Der Kegelbrecherkorb, auch Festkegel- oder Schüsselauskleidung genannt, ist ein wichtiges verschleißfestes Bauteil, das an der Innenfläche der Schüssel montiert ist und den stationären Teil der Brechkammer bildet. Seine Hauptfunktionen umfassen die Materialzerkleinerung (in Zusammenarbeit mit dem rotierenden Mantel), den Verschleißschutz (Abschirmung der Schüssel), die Materialflussführung (über das Innenprofil) und die Kontrolle der Produktgröße (beeinflusst durch die Innengeometrie). Er benötigt außergewöhnliche Verschleißfestigkeit (Oberflächenhärte ≥ HRC 60), Schlagzähigkeit (≥ 12 J/cm²) und strukturelle Integrität, um kontinuierlichen Materialeinwirkungen standzuhalten.
Strukturell handelt es sich um eine segmentierte (3–8 Teile bei großen Brechern) oder einteilige konische Komponente. Sie besteht aus konkaven Segmenten/einer einteiligen Struktur, einem verschleißfesten Körper (Chromguss Cr20–Cr26 oder Ni-Hard 4), einem inneren Verschleißprofil (konisches Design mit 15°–30° Winkel, Rippen/Nuten, parallele Abschnitte), Befestigungselementen (Schwalbenschwanzlaschen, Klemmlöcher, Positionierstifte), einer äußeren Verstärkung (bei Bimetall-Designs) sowie oberen/unteren Flanschen.
Der Gussprozess für hochchromhaltige Gusseisen-Konkavteile umfasst die Materialauswahl (Cr20Mo3 mit kontrollierter Zusammensetzung), die Modellherstellung (segmentierte Modelle mit Schrumpfungstoleranzen), die Formgebung (harzgebundene Sandform mit feuerfester Schlichte), das Schmelzen und Gießen (Induktionsofen, kontrollierte Temperatur und Durchflussrate) sowie die Kühlung und Wärmebehandlung (Lösungsglühen und Bainitisieren). Der Bearbeitungsprozess umfasst die Grobbearbeitung, die Bearbeitung der Montageelemente, die Innenprofilbearbeitung, die Segmentmontage (bei mehrteiligen Konstruktionen) und die Oberflächenbehandlung.
Die Qualitätskontrollprozesse umfassen Materialprüfungen (chemische Zusammensetzung und metallografische Analyse), Prüfungen der mechanischen Eigenschaften (Härte- und Schlagprüfung), Maßhaltigkeitsprüfungen (KMG und Laserscanner), zerstörungsfreie Prüfungen (UT und MPT) sowie die Validierung des Verschleißverhaltens (beschleunigte Prüfungen und Feldversuche). Diese gewährleisten, dass der Konkavkorb die erforderliche Verschleißfestigkeit, Präzision und Haltbarkeit für eine effiziente, langfristige Zerkleinerungsleistung im Bergbau, Steinbruch und bei der Zuschlagstoffverarbeitung erreicht.
Detaillierte Einführung in die konkave Komponente des Kegelbrechers
1. Funktion und Rolle des Konkavs
Der Kegelbrecherkorb (auch als feste Kegelauskleidung oder Schüsselauskleidung bezeichnet) ist ein wichtiges, verschleißfestes Bauteil, das an der Innenfläche der Schüssel (festes Kegelgehäuse) montiert ist und den stationären Teil der Brechkammer bildet. Zu seinen Hauptfunktionen gehören:
Materialzerkleinerung: In Zusammenarbeit mit dem rotierenden Mantel (bewegliche Kegelauskleidung) werden Druck- und Scherkräfte auf Materialien (Erze, Gesteine) ausgeübt, wodurch diese durch wiederholtes Quetschen und Mahlen auf die gewünschte Partikelgröße reduziert werden.
Verschleißschutz: Schützt die Schüssel vor direktem Kontakt mit abrasiven Materialien, verhindert so vorzeitigen Verschleiß des Strukturrahmens und senkt die Wartungskosten.
Materialflussführung: Leitet Materialien durch die Brechkammer über ihr konisches oder abgestuftes Innenprofil und sorgt so für eine gleichmäßige Verteilung und fortschreitende Größenreduzierung von der Einfüllöffnung bis zum Auswurf.
Produktgrößenkontrolle: Die innere Geometrie des Konkavs (z. B. parallele Abschnitte, Kurvenradius) beeinflusst direkt den Brechspalt und die Partikelgrößenverteilung und bestimmt so die Qualität des Endprodukts.
Beim Betrieb in Umgebungen mit hoher Stoß- und Abriebbelastung muss die Konkavität eine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit (Oberflächenhärte ≥ HRC 60), Schlagzähigkeit (≥ 12 J/cm²) und strukturelle Integrität aufweisen, um kontinuierlichen Materialstößen standzuhalten.
2. Zusammensetzung und Struktur des Konkavs
Der Konkavkörper ist typischerweise eine segmentierte oder einteilige konische Komponente mit einem komplexen inneren Verschleißprofil, das aus den folgenden Hauptteilen und Strukturdetails besteht:
Konkave Segmente (für große Brecher): Mehrere bogenförmige Segmente (3–8 Stück), die im zusammengesetzten Zustand einen vollständigen Kegel bilden und so den einfachen Austausch einzelner verschlissener Segmente ermöglichen. Jedes Segment hat je nach Brechergröße eine Dicke von 50–150 mm.
Einteiliger Konkavkorb (für kleine Brecher): Eine einzelne konische Struktur ohne Nähte, die eine höhere strukturelle Steifigkeit für leichte Anwendungen bietet.
Verschleißfester Körper: Hergestellt aus hochchromhaltigem Gusseisen (Cr20–Cr26) oder nickelhartem Gusseisen (Ni-Hard 4), mit einer martensitischen Matrix, die durch harte Chromkarbide (M7C3) verstärkt ist, um Abrieb zu widerstehen.
Inneres Verschleißprofil:
Konisches Design: Ein Kegelwinkel von 15°–30° (entsprechend der Verjüngung des Mantels), um eine sich allmählich verengende Brechkammer zu schaffen und so eine fortschreitende Materialreduzierung zu gewährleisten.
Rippen oder Rillen: Quer- oder Längsrippen (5–15 mm hoch) auf der Innenfläche verbessern die Materialhaftung, verhindern ein Verrutschen und fördern einen gleichmäßigen Verschleiß.
Parallele Abschnitte: Flache Segmente in der Nähe des Auslassendes erzeugen durch Beibehaltung eines konstanten Brechspalts feinere, gleichmäßigere Partikel.
Montagefunktionen:
Schwalbenschwanzlaschen: Vorsprünge auf der Außenfläche, die in entsprechende Schwalbenschwanznuten in der Schale passen und den Dreschkorb beim Zerkleinern vor Rotationskräften schützen.
Klemmlöcher: Schraubenlöcher am äußeren Flansch oder Rand zur Befestigung an der Schüssel, wodurch eine axiale Verschiebung bei Stoßbelastungen verhindert wird.
Positionierstifte: Kleine Vorsprünge oder Löcher, die die Segmente während der Montage ausrichten und so ein durchgehendes Innenprofil mit minimalen Lücken (≤0,5 mm zwischen den Segmenten) gewährleisten.
Äußere Rückseite: Eine Verstärkungsschicht aus Gusseisen oder Stahl (bei Bimetall-Ausführungen), die die Schlagfestigkeit durch Stoßdämpfung verbessert, wobei die verschleißfeste Schicht (Eisen mit hohem Chromgehalt) auf die Unterlage gegossen ist.
Obere und untere Flansche: Radiale Kanten an den Zufuhr- und Auslassenden, die sich mit den Flanschen der Schüssel überlappen und so ein Austreten von Material zwischen Dreschkorb und Schüssel verhindern.
3. Gießprozess für die Konkave
Chromreiches Gusseisen, das Hauptmaterial für Konkavitäten, wird im Sandgussverfahren hergestellt, um komplexe Verschleißprofile zu erreichen:
Materialauswahl:
Aufgrund seiner hervorragenden Verschleißfestigkeit wird hochchromhaltiges Gusseisen (Cr20Mo3) bevorzugt. Die chemische Zusammensetzung liegt bei 2,5–3,5 % C, 20–26 % Cr und 0,5–1,0 % Mo. Dadurch bildet sich ein hartes Karbidnetzwerk (30–40 % Volumenanteil) in einer martensitischen Matrix, das eine Härte von ≥ HRC 60 gewährleistet.
Musterherstellung:
Für jedes konkave Segment werden segmentierte Muster (Schaum, Holz oder 3D-gedrucktes Harz) erstellt, die das innere Verschleißprofil, die äußeren Befestigungselemente und die Rippen nachbilden. Schrumpfungszugaben (1,5–2,5 %) werden hinzugefügt, um die Abkühlungskontraktion zu berücksichtigen.
Formen:
Für jedes Segment wird eine harzgebundene Sandform vorbereitet, wobei ein Sandkern das innere Verschleißprofil bildet. Der Formhohlraum wird mit einer feuerfesten Schlichte (auf Aluminiumoxidbasis) beschichtet, um Sandeinschlüsse zu verhindern und die Oberflächengüte zu verbessern.
Schmelzen und Gießen:
Das Gusseisen wird in einem Induktionsofen bei 1450–1500 °C geschmolzen, wobei der Kohlenstoffäquivalentwert (CE = C + 0,3 (Si + P) ≤ 4,2 %) streng kontrolliert wird, um Schrumpfungsfehler zu vermeiden.
Das Gießen erfolgt bei 1380–1420 °C mit einer Schöpfkelle und einer langsamen, gleichmäßigen Fließgeschwindigkeit, um den Formhohlraum ohne Turbulenzen zu füllen und so eine dichte Struktur mit dünnen Rippen zu gewährleisten.
Kühlung und Wärmebehandlung:
Die Form wird 24–48 Stunden gekühlt, um die thermische Spannung zu reduzieren. Anschließend wird das Gussteil durch Ausschalen entnommen. Durch Kugelstrahlen (G25-Stahlsand) werden Sandreste entfernt, wodurch eine Oberflächenrauheit von Ra50–100 μm erreicht wird.
Lösungsglühen: Erhitzen auf 950–1050 °C für 2–4 Stunden, anschließendes Abkühlen an der Luft, um Carbide aufzulösen und die Struktur zu homogenisieren.
Bainitisieren: Abschrecken in Öl bei 250–350 °C, dann Anlassen bei 200–250 °C, um die Matrix in Martensit umzuwandeln und eine Härte von HRC 60–65 bei gleichbleibender Zähigkeit zu erreichen.
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess
Schruppbearbeitung:
Jedes konkave Segment wird auf einer CNC-Vertikaldrehmaschine montiert, um die Außenfläche, die Montagelaschen und die Flanschkanten mit einer Nachbearbeitungstoleranz von 1–2 mm zu bearbeiten. Wichtige Abmessungen (z. B. Segmentbogenlänge, Dicke) werden auf ±0,5 mm kontrolliert.
Bearbeitung von Montagemerkmalen:
Schwalbenschwanzlaschen werden mit einer CNC-Fräsmaschine in die Außenfläche gefräst, mit Maßtoleranz (±0,1 mm), um einen festen Sitz in den Rillen der Schüssel zu gewährleisten.
Die Klemmlöcher werden mit einer Toleranz der Klasse 6H gebohrt und mit Gewinden versehen, mit einer Positionsgenauigkeit (±0,2 mm), um sie mit den Schraubenlöchern der Schüssel auszurichten.
Innenprofilbearbeitung:
Die innere Verschleißfläche wird auf Gussfehler (z. B. Poren, Risse) untersucht und leicht geschliffen, um Oberflächenunregelmäßigkeiten zu beseitigen und das vorgesehene Profil zu erhalten. Die Oberflächenrauheit wird auf Ra3,2 μm kontrolliert, um den Materialfluss zu optimieren.
Bei segmentierten Konkavitäten werden die Passkanten benachbarter Segmente bearbeitet, um im montierten Zustand einen Spalt von ≤0,5 mm sicherzustellen und so Materiallecks und ungleichmäßige Abnutzung zu verhindern.
Segmentmontage (für mehrteilige Konstruktionen):
Die Segmente werden probeweise in eine Vorrichtung eingesetzt, um die Kontinuität des Innenprofils zu überprüfen. Dabei werden Anpassungen vorgenommen, um eine glatte, kontinuierliche Kegeloberfläche zu gewährleisten.
Zur Beibehaltung der Segmentpositionen während der Endmontage im Brecher werden Ausrichtungsstifte installiert.
Oberflächenbehandlung:
Die Außenfläche (die mit der Schüssel zusammenpasst) ist mit einem Festfressen verhindernden Mittel beschichtet, um die Installation zu erleichtern und Korrosion zu verhindern.
Die innere Verschleißfläche kann einem Kugelstrahlen unterzogen werden, um Druckspannungen zu erzeugen und so die Rissausbreitung bei Stößen zu verringern.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Die Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) bestätigt, dass das Gusseisen den Normen entspricht (z. B. Cr20Mo3: Cr 20–23 %, C 2,8–3,2 %).
Durch metallografische Analyse werden die Karbidverteilung (Gleichmäßigkeit ≥ 90 %) und die Matrixstruktur (Martensit mit ≤ 5 % Perlit) überprüft.
Prüfung mechanischer Eigenschaften:
Durch Härteprüfungen (Rockwell C) wird sichergestellt, dass die Innenfläche eine Härte von ≥ HRC 60 aufweist; die Kernhärte beträgt ≤ HRC 55, um die Zähigkeit zu erhalten.
Der Schlagzähigkeitstest (Charpy-V-Kerbe) misst die Zähigkeit bei Raumtemperatur. Um einem Bruch bei starker Einwirkung standzuhalten, sind ≥12 J/cm² erforderlich.
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Ein Koordinatenmessgerät (KMG) prüft die wichtigsten Abmessungen: Segmentbogenlänge, Kegelwinkel (±0,1°) und Schwalbenschwanzlaschengröße.
Ein Laserscanner überprüft, ob das Innenprofil mit dem CAD-Modell übereinstimmt, und stellt so die richtige Ausrichtung mit dem Mantel sicher, um den vorgesehenen Brechspalt einzuhalten.
Zerstörungsfreie Prüfung (NDT):
Durch Ultraschallprüfungen (UT) werden innere Defekte (z. B. Schrumpfporen >φ3 mm) im konkaven Körper erkannt, wobei kritische Bereiche (Rippenwurzeln, Befestigungslaschen) gründlich geprüft werden.
Bei der Magnetpulverprüfung (MPT) wird nach Oberflächenrissen in Schwalbenschwanzlaschen und Flanschkanten gesucht. Jeder Defekt mit einer Länge von weniger als 0,2 mm führt zur Ablehnung.
Validierung der Verschleißleistung:
Bei beschleunigten Verschleißtests (ASTM G65) wird zur Messung des Gewichtsverlusts ein Gerät mit trockenen Sand-/Gummirädern verwendet, wobei hochchromhaltige Konkavitäten ≤0,5 g/1000 Zyklen erfordern.
Bei Feldversuchen wird der Konkavkorb in einem Testbrecher installiert und die Verschleißraten über 500 Betriebsstunden überwacht, um einen gleichmäßigen Verschleiß und keine vorzeitigen Ausfälle sicherzustellen.
Durch diese Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse erreicht der Kegelbrecher die Verschleißfestigkeit, Präzision und Haltbarkeit, die für eine effiziente, langfristige Brechleistung erforderlich sind. Dadurch eignet er sich für Anwendungen im Bergbau, Steinbruch und bei der Verarbeitung von Zuschlagstoffen.
