In diesem Dokument wird der Brennerring des Kegelbrechers detailliert beschrieben. Er ist ein wichtiges Dichtungs- und Schutzelement zwischen wichtigen Baugruppen wie dem Einstellring und dem Hauptrahmen bzw. dem beweglichen und dem festen Kegel. Zu seinen Hauptfunktionen gehören die Hochtemperaturabdichtung (bis zu 150 °C), die Vermeidung von Verunreinigungen, die Wärmedämmung und die Vibrationsdämpfung. Dafür sind Hitzebeständigkeit, Ölbeständigkeit und mechanische Festigkeit erforderlich.
Der Brennerring hat eine Verbundstruktur, bestehend aus einem Metallrahmen (kohlenstoffarmer oder legierter Stahlguss) mit U-/L-förmigem Querschnitt, einer Dichtungsauskleidung (Hochtemperaturgummi, Graphitverbundstoff oder metallverstärkter Filz), Haltenuten, Flanschkanten und optionalen Entlüftungslöchern.
Das Metallgerüst wird im Sandgussverfahren hergestellt: Materialauswahl (Q235 oder ZG230–450), Modellherstellung mit Schrumpfungstoleranzen, Grünsandformen, Schmelzen und Gießen (1450–1480 °C), Abkühlen und Ausschalen sowie Glühen zum Spannungsabbau. Der Bearbeitungs- und Herstellungsprozess umfasst die Bearbeitung des Gerüsts, die Vorbereitung der Dichtungsauskleidung, die Verklebung der Auskleidung mit hitzebeständigem Klebstoff, die Endbearbeitung und optional die Oberflächenbehandlung.
Die Qualitätskontrolle umfasst Materialprüfungen (chemische Zusammensetzung, Zugfestigkeit, Härte), Maßprüfungen (KMG für Genauigkeit), Haftfestigkeitsprüfungen, Bewertungen der Dichtungsleistung (Druck- und Wärmezyklen) sowie Sicht- und Funktionsprüfungen. Diese stellen sicher, dass der Brennerring auch bei hohen Temperaturen und starken Vibrationen zuverlässig abdichtet, die internen Komponenten schützt und einen effizienten Brecherbetrieb gewährleistet.
Detaillierte Einführung in die Brennerringkomponente des Kegelbrechers
1. Funktion und Rolle des Fackelrings
Der Brennerring (auch Feuerring oder Dichtungsring genannt) ist ein wichtiges Dichtungs- und Schutzelement zwischen dem Einstellring und dem Hauptrahmen bzw. zwischen dem beweglichen und dem festen Kegel. Zu seinen Hauptfunktionen gehören:
Hochtemperaturversiegelung: Hält der beim Zerkleinern entstehenden Reibungswärme (Temperaturen bis zu 150 °C) stand, um eine dichte Abdichtung aufrechtzuerhalten und das Austreten von Schmieröl oder das Eindringen von Kühlwasser zu verhindern.
Kontaminationsprävention: Verhindert das Eindringen von Staub, Erzpartikeln und anderen Ablagerungen in das interne Schmiersystem und reduziert so den Verschleiß von Lagern und Zahnrädern.
Wärmedämmung: Trennung der Hochtemperatur-Brechkammer vom Niedertemperatur-Schmiersystem, um empfindliche Komponenten vor Hitzeschäden zu schützen.
Schwingungsdämpfung: Absorbiert kleinere radiale und axiale Vibrationen zwischen zusammenpassenden Teilen, reduziert Geräusche und verlängert die Lebensdauer benachbarter Komponenten.
Da der Brennerring hohen Temperaturen, Abrieb und chemischer Korrosion (durch Erzmineralien) ausgesetzt ist, muss er hitzebeständig (bis zu 200 °C), ölbeständig und mechanisch belastbar sein.
2. Zusammensetzung und Struktur des Fackelrings
Der Brennerring ist typischerweise ein ringförmiges Bauteil mit einer Verbundstruktur aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen. Zu seinen wichtigsten Komponenten und Strukturdetails gehören:
Metallrahmen: Eine runde Basis aus kohlenstoffarmem Stahl (Q235 oder 10# Stahl) sorgt für strukturelle Stabilität. Sie verfügt über einen U- oder L-förmigen Querschnitt, um das Dichtungsmaterial zu stützen und die Dimensionsstabilität bei Hitze zu gewährleisten.
Dichtungsliner: Ein verschleißfestes, hitzebeständiges Material, das mit dem Metallrahmen verklebt oder mechanisch befestigt wird. Gängige Materialien sind:
Hochtemperaturkautschuk (EPDM oder Viton): Beständig gegen Öle und Temperaturen bis zu 200 °C, wird bei mäßig heißen Anwendungen verwendet.
Graphit-eingebetteter Verbundwerkstoff: Verbessert die Hitzebeständigkeit (bis zu 300 °C) und Selbstschmierung, geeignet für Umgebungen mit hoher Reibung.
Metallverstärkter Filz: Komprimierte Wolle oder synthetische Fasern, imprägniert mit hitzebeständigem Harz, bietet gute Anpassungsfähigkeit an unebene Oberflächen.
Haltenuten: Umlaufende Rillen am Metallrahmen sichern die Dichtungsauskleidung und verhindern ein Ablösen bei Vibrationen.
Flanschkanten: Dünne, flexible Lippen auf der Dichtungsauskleidung, die gegen die Passflächen (Einstellring oder Hauptrahmen) drücken, um unter Vorspannung eine dichte Abdichtung zu erzeugen.
Entlüftungslöcher (optional): Kleine Löcher, die durch den Metallrahmen gebohrt werden, um eingeschlossene Luft oder Feuchtigkeit abzulassen und so einen Druckaufbau zu verhindern, der die Versiegelung zerstören könnte.
3. Gussprozess für das Metallgerüst
Das Metallgerüst des Brennerrings wird aus Kostengründen und wegen der komplexen Formen häufig im Sandgussverfahren hergestellt:
Materialauswahl:
Kohlenstoffarmer Stahl (Q235) wird aufgrund seiner guten Gießbarkeit, Schweißbarkeit und mäßigen Festigkeit (Zugfestigkeit ≥ 375 MPa) bevorzugt. Für Anwendungen mit hoher Beanspruchung wird legierter Stahlguss (ZG230–450) verwendet, um die Steifigkeit zu verbessern.
Musterherstellung:
Ein Holz- oder Schaumstoffmodell wird hergestellt, um den Außendurchmesser (typischerweise 300–1200 mm), den Innendurchmesser und die Querschnittsform (U-/L-förmig) des Rings nachzubilden. Schrumpfungszugaben (1,2–1,5 %) werden hinzugefügt, um die Abkühlungskontraktion zu berücksichtigen.
Formen:
Grünsandformen werden mit Ober- und Unterteil hergestellt, wobei ein Sandkern zur Bildung der Innenbohrung verwendet wird. Der Formhohlraum wird mit einer Schlichte auf Tonbasis beschichtet, um eine glatte Oberfläche des Gussteils zu gewährleisten.
Schmelzen und Gießen:
Der Stahl wird in einem Kupolofen oder Elektroofen bei 1500–1550 °C geschmolzen, wobei die chemische Zusammensetzung auf 0,12–0,20 % C und 0,3–0,6 % Mn (für Q235) kontrolliert wird, um Sprödigkeit zu vermeiden.
Das Gießen erfolgt bei 1450–1480 °C mit einer Schöpfkelle und einer gleichmäßigen Fließgeschwindigkeit, um den Formhohlraum ohne Turbulenzen zu füllen und so die Porosität zu verringern.
Abkühlen und Ausschütteln:
Der Guss wird 12–24 Stunden in der Form gekühlt, um die thermische Belastung zu minimieren. Anschließend wird er durch Vibration entfernt. Sandrückstände werden durch Kugelstrahlen (G40-Stahlsand) entfernt.
Wärmebehandlung:
Durch Glühen bei 600–650 °C (luftgekühlt) werden Gussspannungen abgebaut und die Härte auf 130–180 HBW reduziert, was eine einfachere Bearbeitung ermöglicht.
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess
Rahmenbearbeitung:
Der Gussring wird auf einer CNC-Drehmaschine montiert, um den Außendurchmesser, den Innendurchmesser und die Flanschflächen zu bearbeiten. Dabei wird eine Toleranz von 0,5–1 mm eingehalten. Wichtige Abmessungen (z. B. Ringbreite, Flanschdicke) werden auf ±0,1 mm kontrolliert.
Mit einer CNC-Fräsmaschine werden Haltenuten für die Dichtungsauskleidung mit präziser Tiefe (2–5 mm) und Breite (3–8 mm) gefräst, um eine sichere Verbindung zu gewährleisten.
Vorbereitung der Dichtungsauskleidung:
Für Gummiauskleidungen: EPDM- oder Vitonplatten werden durch Stanzen mit einer Toleranz von ±0,5 mm auf die passende Größe zugeschnitten. Die Klebefläche wird durch Sandstrahlen (Ra25–50 μm) aufgeraut, um die Haftung zu verbessern.
Für Graphitverbundstoffe: Komprimierte Graphitplatten werden mittels Wasserstrahlschneiden geschnitten und geformt, um eine gleichmäßige Dicke (3–10 mm) über den gesamten Ring sicherzustellen.
Liner-Verklebung:
Die Klebefläche des Metallgerüsts wird mit Aceton gereinigt, um Öl und Schmutz zu entfernen. Ein hitzebeständiger Klebstoff (auf Epoxidbasis, mit einer Betriebstemperatur von bis zu 200 °C) wird gleichmäßig in einer Dicke von 0,1–0,2 mm aufgetragen.
Der Liner wird mit einer hydraulischen Presse (Druck: 0,5–1 MPa) auf das Gerüst gepresst und im Ofen bei 80–100 °C 2–4 Stunden ausgehärtet, um die volle Verbundfestigkeit zu erreichen.
Fertigstellung:
Der montierte Ring wird fertig gedreht, um sicherzustellen, dass die Dichtlippen eine glatte Oberfläche (Ra 1,6–3,2 μm) aufweisen, was einen effektiven Kontakt mit den Gegenstücken fördert.
Flanschkanten werden entgratet, um scharfe Ecken zu entfernen und so eine Beschädigung benachbarter Dichtungen während der Installation zu verhindern.
Optionale Oberflächenbehandlung:
Der Metallrahmen ist mit einer Zinkbeschichtung (5–8 μm) oder Epoxidfarbe beschichtet, um Korrosion in feuchten Umgebungen zu verhindern.
Dichtungsauskleidung: Gummiproben werden einem Härtetest (Shore A 60–80 für EPDM) und einem Wärmealterungstest (70 °C für 72 Stunden, mit einer Härteänderung von ≤±5 Shore A) unterzogen.
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft kritische Abmessungen: Außendurchmesser (±0,1 mm), Innendurchmesser (±0,1 mm) und Gleichmäßigkeit der Linerdicke (Abweichung ≤0,05 mm).
Die Ebenheit der Flanschoberflächen wird mithilfe einer Messplatte und einer Fühlerlehre mit einer Toleranz von ≤ 0,1 mm/m gemessen.
Prüfung der Haftfestigkeit:
Zerstörende Prüfung von Probenringen: Ein Abschnitt der Auskleidung wird mithilfe eines Zugprüfgeräts senkrecht zum Rahmen gezogen. Dabei ist eine Mindesthaftfestigkeit von 3 MPa für Gummiauskleidungen und 5 MPa für Graphitverbundstoffe erforderlich.
Dichtungsleistungsprüfung:
Druckprüfung: Der Ring wird in eine Prüfvorrichtung eingebaut und 30 Minuten lang einem Luftdruck von 0,3 MPa ausgesetzt, wobei durch die Anwendung der Seifenlösung kein Leck festgestellt werden kann.
Wärmezyklen: Der Ring wird 1 Stunde lang 200 °C ausgesetzt und dann auf 25 °C abgekühlt (100 Zyklen wiederholt). Bei der Kontrolle nach dem Test zeigt sich, dass sich die Auskleidung weder ablöst noch Risse bildet.
Sicht- und Funktionsprüfung:
Die Dichtlippen werden unter Vergrößerung (10-fach) überprüft, um sicherzustellen, dass keine Risse, Blasen oder Unregelmäßigkeiten vorhanden sind.
Eine Probepassung mit den Gegenstücken (Einstellring, Hauptrahmen) bestätigt die richtige Ausrichtung und den Kontaktdruck über die gesamte Dichtfläche.
Durch diese Prozesse erreicht der Brennerring eine zuverlässige Dichtungsleistung in Umgebungen mit hohen Temperaturen und starken Vibrationen, schützt die inneren Komponenten des Kegelbrechers und gewährleistet eine langfristige Betriebseffizienz.
