Das Kegelbrecher-Verstellgetriebe, ein wichtiger Bestandteil des Spaltverstellsystems, verändert den Brechspalt zwischen Mantel und Konkavität, um die Produktgröße zu steuern. Zu seinen Funktionen gehören die Spaltverstellung (Umwandlung der Rotation in eine vertikale Schüsselbewegung), die Drehmomentübertragung, die Verriegelung der eingestellten Positionen und die Lastverteilung. Dies erfordert hohe Festigkeit und eine präzise Zahngeometrie.
Strukturell handelt es sich um ein ringförmiges Bauteil mit einem Zahnkranzkörper (hochfester Gussstahl ZG42CrMo), Außen-/Innenverzahnung (Modul 8–20), Befestigungsflansch, optionaler Gewindeschnittstelle, Schmierkanälen und Verriegelungsfunktionen.
Die Herstellung umfasst Sandguss (Materialauswahl, Modellherstellung, Formen, Schmelzen/Gießen, Wärmebehandlung), Bearbeitung (Grobbearbeitung, Zahnbearbeitung, Gewinde-/Flanschbearbeitung, Bohren von Schmierkanälen) und Oberflächenbehandlung (Zahnaufkohlen, Epoxidbeschichtung).
Die Qualitätskontrolle umfasst Materialprüfungen (Zusammensetzung, Zugfestigkeit), Maßprüfungen (KMG, Zahnradmesszentrum), Strukturprüfungen (UT, MPT), mechanische Leistungsprüfungen (Härte, Belastungstests) und Funktionsprüfungen. Diese gewährleisten eine zuverlässige und präzise Spalteinstellung für einen konstanten Kegelbrecherbetrieb.
Detaillierte Einführung in die Kegelbrecher-Einstellgetriebekomponente
1. Funktion und Rolle des Verstellgetriebes
Das Kegelbrecher-Verstellgetriebe (auch Verstellringgetriebe oder Exzenterverstellgetriebe genannt) ist ein wichtiges Bauteil im Spaltverstellsystem des Brechers. Es verändert den Brechspalt zwischen Mantel und Konkavität, um die Produktgröße zu steuern. Seine Hauptfunktionen umfassen:
Spalteinstellung: Durch die Umwandlung der Drehbewegung in eine vertikale Bewegung der Schüssel (oder des Konkavraums) kann der Bediener den Brechspalt vergrößern oder verkleinern, um die gewünschte Partikelgröße zu erreichen.
Drehmomentübertragung: Die Kraftübertragung vom Verstellantriebsmotor (über ein Ritzel oder Hydrauliksystem) auf die Schüssel ermöglicht eine präzise Positionierung auch bei hoher Belastung.
Verriegelungsmechanismus: Einrasten mit Verriegelungsvorrichtungen (z. B. hydraulische Klemmen oder Kontermuttern), um die eingestellte Position zu sichern und so eine unbeabsichtigte Bewegung während des Zerkleinerns zu verhindern.
Lastverteilung: Verteilt axiale Belastungen während der Einstellung und des Betriebs von der Schüssel auf den Rahmen, sorgt für Stabilität und reduziert den Verschleiß der Anschlusskomponenten.
Da das Einstellgetriebe in einer staubigen Umgebung mit hohem Drehmoment betrieben wird, ist eine hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und präzise Zahngeometrie erforderlich, um eine reibungslose und zuverlässige Spalteinstellung zu gewährleisten.
2. Zusammensetzung und Aufbau des Verstellgetriebes
Das Verstellgetriebe ist typischerweise ein großes, ringförmiges Bauteil mit Außen- oder Innenverzahnung und weist die folgenden Hauptteile und Strukturdetails auf:
Zahnkranzkörper: Ein Hochleistungsring aus hochfestem Stahlguss (z. B. ZG42CrMo) oder Schmiedestahl mit einem Außendurchmesser von 500 mm bis 3000 mm, je nach Brechergröße. Die Körperdicke beträgt 80–200 mm, um axialen Belastungen standzuhalten.
Zahnprofil:
Außenzähne: Häufigste Ausführung mit am Außenumfang eingearbeiteter Trapez- oder Evolventenverzahnung (Modul 8–20), die in ein kleineres Ritzel des Verstellantriebs eingreift.
Innenzähne: Wird in einigen Designs verwendet, mit Zähnen am Innenumfang, um Platz zu sparen, und passt zu einem zentralen Antriebszahnrad.
Montageflansch: Ein radialer Flansch an der Unter- oder Oberseite des Zahnkranzes mit Schraubenlöchern zur Verbindung mit der Schüssel oder dem Einstellring. Der Flansch gewährleistet die Konzentrizität zwischen Zahnrad und Schüssel.
Gewindeschnittstelle (optional): Ein Trapezgewinde auf der Innenfläche, das in ein entsprechendes Gewinde am Rahmen eingreift und die Drehbewegung in eine vertikale Bewegung der Schüssel umwandelt.
Schmierkanäle: Radiale oder axiale Löcher leiten Schmiermittel an Zahnoberflächen und Gewindeschnittstellen, wodurch die Reibung verringert und ein Festfressen verhindert wird.
Sperrfunktionen:
Klemmnuten: Umlaufende Nuten auf der Außenfläche für hydraulische Klemmkolben zum Feststellen des Zahnrads in seiner Position.
Kerben oder Löcher: Für mechanische Sicherungsstifte, die die eingestellte Position während der Wartung sichern.
3. Gießprozess für das Verstellgetriebe
Aufgrund seiner Größe und komplexen Form wird das Verstellgetriebe überwiegend im Sandgussverfahren hergestellt:
Materialauswahl:
Hochfester Stahlguss (ZG42CrMo) wird aufgrund seiner hervorragenden Zugfestigkeit (≥750 MPa), Schlagzähigkeit (≥30 J/cm²) und Verschleißfestigkeit bevorzugt. Die chemische Zusammensetzung wird auf 0,38–0,45 % C, 0,9–1,2 % Cr und 0,15–0,25 % Mo kontrolliert, um Festigkeit und Bearbeitbarkeit in Einklang zu bringen.
Musterherstellung:
Es wird ein maßstabsgetreues Muster (aus Schaumstoff, Holz oder 3D-gedrucktem Harz) erstellt, das den Außendurchmesser, den Flansch, die Bolzenlöcher und die Zahnprofile (vereinfacht für den Guss) des Zahnkranzes nachbildet. Schrumpfungstoleranzen (1,5–2,5 %) werden hinzugefügt, wobei für dicke Abschnitte größere Toleranzen gelten.
Formen:
Eine harzgebundene Sandform wird vorbereitet und das Modell so positioniert, dass es die Außenfläche und den Flansch des Zahnrads bildet. Kerne werden verwendet, um die Innenbohrung und die Bolzenlöcher zu erzeugen und eine gleichmäßige Wandstärke (Toleranz ±3 mm) zu gewährleisten.
Schmelzen und Gießen:
Der Gussstahl wird in einem Lichtbogenofen bei 1520–1560 °C geschmolzen, wobei der Schwefel- und Phosphorgehalt (jeweils ≤0,035 %) streng kontrolliert wird, um Sprödigkeit zu vermeiden.
Das Gießen erfolgt bei 1480–1520 °C mit einer Schöpfkelle und einer kontrollierten Durchflussrate (50–100 kg/s), um den Formhohlraum ohne Turbulenzen zu füllen und die Porosität in den Zahnrädern zu minimieren.
Wärmebehandlung:
Normalisierung: Erhitzen auf 850–900 °C für 4–6 Stunden, anschließendes Abkühlen an der Luft, um die Kornstruktur zu verfeinern und innere Spannungen abzubauen.
Temperieren: Erhitzen auf 600–650 °C für 3–5 Stunden, um die Härte auf 180–230 HBW zu reduzieren und so die Bearbeitbarkeit zu verbessern, während die Festigkeit erhalten bleibt.
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess
Schruppbearbeitung:
Der gegossene Zahnkranz wird auf einer CNC-Vertikaldrehmaschine montiert, um Außendurchmesser, Innenbohrung und Flansch zu bearbeiten. Dabei wird eine Nachbearbeitungstoleranz von 5–10 mm eingehalten. Wichtige Abmessungen (z. B. die Ebenheit des Flansches) werden auf ±1 mm kontrolliert.
Zahnbearbeitung:
Grobschneiden: Die Zähne werden mit einer CNC-Wälzfräsmaschine grob bearbeitet, wobei überschüssiges Material entfernt wird und dabei dem Evolventen- oder Trapezprofil folgt. Bei großen Zahnrädern kann für die Innenverzahnung ein Zahnradstoßer verwendet werden.
Fertigschleifen: Die Zähne werden mit einer Zahnradschleifmaschine präzisionsgeschliffen, um ein genaues Zahnprofil (Toleranz ISO 8–10), eine genaue Teilung (±0,05 mm) und eine genaue Oberflächenrauheit (Ra1,6 μm) für ein reibungsloses Ineinandergreifen zu erreichen.
Gewinde- und Flanschbearbeitung:
Trapezgewinde (sofern vorhanden) werden mit einer CNC-Gewindefräsmaschine geschnitten, mit einer Steigungs- und Durchgangsgenauigkeit (±0,1 mm), um eine reibungslose vertikale Bewegung zu gewährleisten.
Der Montageflansch wird mit einer CNC-Schleifmaschine auf Ebenheit (≤0,05 mm/m) und Rechtwinkligkeit zur Zahnradachse (≤0,1 mm/100 mm) fertigbearbeitet. Die Schraubenlöcher werden mit einer Toleranzklasse 6H gebohrt und mit Gewinden versehen.
Schmierkanalbohrung:
Axiale und radiale Öllöcher (φ5–φ10 mm) werden mit CNC-Tieflochbohrmaschinen mit einer Positionsgenauigkeit (±0,2 mm) gebohrt, um sicherzustellen, dass das Schmiermittel die Zahnfüße und Gewindeoberflächen erreicht.
Oberflächenbehandlung:
Die Zahnoberflächen werden aufgekohlt und bis zu einer Tiefe von 1–2 mm abgeschreckt, wodurch eine Härte von HRC 58–62 erreicht wird, die die Verschleißfestigkeit erhöht.
Nicht-zahnförmige Oberflächen werden mit Epoxidfarbe (100–150 μm dick) beschichtet, um Korrosion in Bergbauumgebungen zu widerstehen.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Die Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) bestätigt die Einhaltung der ZG42CrMo-Standards (C 0,38–0,45 %, Cr 0,9–1,2 %).
Zugversuche an Gussproben bestätigen eine Zugfestigkeit von ≥750 MPa und eine Dehnung von ≥12 %.
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft die Zahnradabmessungen: Außendurchmesser (±0,5 mm), Zahnteilung und Gewindeparameter.
Ein Zahnradmesszentrum überprüft Zahnprofil, Schrägungswinkel und Teilungsabweichung und stellt so die Einhaltung der ISO 8-Normen sicher.
Strukturelle Integritätsprüfung:
Durch die Ultraschallprüfung (UT) werden innere Defekte im Zahnradkörper und Flansch erkannt, wobei alle Schrumpfporen >φ5 mm aussortiert werden.
Bei der Magnetpulverprüfung (MPT) wird nach Oberflächenrissen in Zahnwurzeln, Bolzenlöchern und Gewindewurzeln gesucht. Lineare Defekte von weniger als 1 mm führen zur Ablehnung.
Mechanische Leistungsprüfung:
Durch Härteprüfungen (Rockwell) wird sichergestellt, dass die Zahnoberflächen HRC 58–62 und der Kern 180–230 HBW aufweisen.
Bei der Belastungsprüfung werden 120 % des Nenndrehmoments über einen hydraulischen Zahnradprüfer aufgebracht, wobei keine Zahnverformung oder Rissbildung zulässig ist.
Funktionstests:
Ein Probeaufbau mit Trommel und Verstellantrieb bestätigt die reibungslose Rotation: Das Zahnrad greift ohne zu klemmen in das Ritzel ein und die Trommel bewegt sich gleichmäßig vertikal.
Verriegelungsmechanismen werden getestet, um sicherzustellen, dass sie die eingestellte Position unter 150 % der Betriebslast halten.
Durch diese Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse erreicht das Einstellgetriebe die Präzision, Festigkeit und Zuverlässigkeit, die für eine genaue, wiederholbare Einstellung des Brechspalts erforderlich sind. Dies gewährleistet eine gleichbleibende Produktgröße und einen effizienten Betrieb in Kegelbrechern für den Bergbau und die Zuschlagstoffverarbeitung.
