Die Kegelbrecher-Vorgelegewellenbuchse, ein wichtiges Lagerbauteil zwischen Vorgelegewelle und Gehäuse, dient der Lastaufnahme (Aufnahme radialer und axialer Lasten), der Reibungsreduzierung (Minimierung des Energieverlusts bei 500–1500 U/min), der Aufrechterhaltung der Ausrichtung (Sicherstellung der Konzentrizität) und dem Schutz vor Verunreinigungen. Sie erfordert hervorragende Verschleißfestigkeit, geringe Reibung und Dimensionsstabilität.
Strukturell handelt es sich um eine zylindrische oder geflanschte Hülse, bestehend aus einem Buchsenkörper (Lagerbronze wie ZCuSn10Pb1, Weißmetall oder bimetallische Werkstoffe mit Stahlrücken), einer inneren Lagerfläche (Ra0,8–1,6 μm mit Ölnuten), einer Außenfläche (Presspassung mit Gehäuse), einem optionalen Flansch, Schmiervorrichtungen (Ölnuten und -bohrungen) und optionalen Druckflächen. Die Wandstärke beträgt 5–20 mm.
Der Herstellungsprozess von Bronzebuchsen umfasst die Materialauswahl, das Gießen (Schleuderguss für zylindrische, Sandguss für komplexe Formen), die Wärmebehandlung (Glühen bei 500–600 °C) und die Bearbeitung (Vor- und Fertigbearbeitung, Bearbeitung der Ölnut). Bei Bimetallbuchsen werden die Stahlschale vorbereitet, die Lagerschicht aufgetragen (Sintern oder Walzplattieren) und die Endbearbeitung durchgeführt.
Die Qualitätskontrolle umfasst Materialprüfungen (chemische Zusammensetzung und Härte), Maßprüfungen (KMG und Rundheitsprüfer), mikrostrukturelle Analysen, Leistungsprüfungen (Reibungskoeffizient und Verschleiß) sowie Passungsprüfungen. Diese gewährleisten die Präzision, Verschleißfestigkeit und geringe Reibung der Buchse für eine effiziente Kraftübertragung in Kegelbrechern.
Detaillierte Einführung in die Komponente der Vorgelegewellenbuchse des Kegelbrechers
1. Funktion und Rolle der Vorgelegewellenbuchse
Die Vorgelegewellenbuchse des Kegelbrechers (auch Zwischenwellenbuchse genannt) ist ein wichtiges Lagerbauteil, das zwischen der Vorgelegewelle und ihrem Gehäuse montiert ist und als austauschbares Verschleißteil im Kraftübertragungssystem dient. Zu ihren Hauptfunktionen gehören:
Lastunterstützung: Aufnahme radialer und axialer Belastungen von der Vorgelegewelle, die das Drehmoment vom Motor auf das Ritzel und schließlich auf die Exzenterbuchse überträgt.
Reibungsreduzierung: Bietet eine reibungsarme Schnittstelle zwischen der rotierenden Vorgelegewelle und dem stationären Gehäuse, wodurch Energieverlust und Wärmeentwicklung bei Hochgeschwindigkeitsrotation (typischerweise 500–1500 U/min) minimiert werden.
Ausrichtungswartung: Sicherstellen, dass die Vorgelegewelle konzentrisch zu ihrem Gehäuse bleibt, wodurch Fehlausrichtungen vermieden werden, die zu übermäßigem Verschleiß von Zahnrädern und Lagern führen könnten.
Kontaminationsschutz: Dient als Dichtung, um das Eindringen von Staub, Erzpartikeln und Feuchtigkeit in die Lagerschnittstelle zu verhindern und so die Lebensdauer sowohl der Buchse als auch der Vorgelegewelle zu verlängern.
Aufgrund ihrer Rolle im Hochgeschwindigkeits- und Hochlastbetrieb muss die Vorgelegewellenbuchse über eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und Maßhaltigkeit verfügen.
2. Zusammensetzung und Aufbau der Vorgelegewellenbuchse
Bei der Vorgelegewellenbuchse handelt es sich typischerweise um eine zylindrische oder geflanschte Hülse mit präzisen Innen- und Außenmaßen, die die folgenden Hauptkomponenten und Strukturdetails aufweist:
Buchsenkörper: Der zylindrische Hauptteil besteht aufgrund seiner hervorragenden Gleiteigenschaften üblicherweise aus Lagerbronze (z. B. ZCuSn10Pb1) oder Weißmetall (Legierungen auf Zinn- oder Bleibasis). Einige Hochleistungskonstruktionen verwenden bimetallische Buchsen mit Stahlrücken (Stahlmantel mit Sinterbronze- oder PTFE-Auskleidung).
Innere Lagerfläche: Eine präzisionsgefertigte Oberfläche mit geringer Rauheit (Ra0,8–1,6 μm), die direkt mit der Vorgelegewelle in Kontakt kommt und oft Ölnuten oder -taschen aufweist, um Schmiermittel zurückzuhalten und die Reibung zu verringern.
Äußere Oberfläche: Eine zylindrische oder leicht konische Außenfläche, die mit einer Presspassung (0,01–0,05 mm) in die Gehäusebohrung passt, um eine Drehung relativ zum Gehäuse zu verhindern.
Flansch (optional): Ein radialer Flansch an einem Ende, um die axiale Bewegung der Buchse im Gehäuse zu begrenzen und zusätzlichen Halt gegen axiale Belastungen zu bieten.
Schmierfunktionen:
Ölnuten: Umfangs- oder Axialnuten auf der Innenfläche (0,5–2 mm tief), die das Schmieröl gleichmäßig über die Lagerschnittstelle verteilen.
Öllöcher: Kleine Löcher (φ3–φ8 mm), die die Außenfläche mit den inneren Rillen verbinden und den Schmierstofffluss von den Ölkanälen des Gehäuses in die Buchse ermöglichen.
Druckflächen (optional): Bearbeitete Oberflächen an den Buchsenenden oder am Flansch zur Aufnahme axialer Belastungen, oft gepaart mit Anlaufscheiben für verbesserte Stabilität.
Die Wandstärke der Buchse beträgt typischerweise 5–20 mm, wobei für Hochleistungsanwendungen größere Stärken verwendet werden, um einem stärkeren Verschleiß Rechnung zu tragen.
3. Herstellungsverfahren für die Vorgelegewellenbuchse
Je nach Material werden Vorgelegewellenbuchsen im Guss-, Sinter- oder spanabhebenden Verfahren hergestellt. Bei Bronzebuchsen ist das Hauptverfahren:
Materialauswahl:
Lagerbronze (ZCuSn10Pb1) wird aufgrund ihrer hohen Dauerfestigkeit, guten Wärmeleitfähigkeit und Kompatibilität mit Stahlwellen bevorzugt. Ihre Zusammensetzung ist auf 9–11 % Sn, 0,5–1,0 % Pb und den Rest Cu geregelt, wodurch eine Härte von 80–100 HB gewährleistet wird.
Besetzung:
Schleuderguss: Für zylindrische Buchsen wird geschmolzene Bronze in eine rotierende Form (1000–3000 U/min) gegossen, wodurch eine dichte, gleichmäßige Struktur mit feiner Korngröße entsteht. Dieses Verfahren gewährleistet Konzentrizität und reduziert Porosität.
Sandguss: Für Flanschbuchsen oder Buchsen mit komplexen Formen werden Sandformen mit Kernen zum Formen von Öllöchern oder -nuten verwendet. Die Gießtemperatur beträgt 1000–1100 °C, um eine vollständige Füllung zu gewährleisten.
Wärmebehandlung:
Bronzebuchsen werden 1–2 Stunden lang bei 500–600 °C geglüht und anschließend langsam abgekühlt, um Gussspannungen abzubauen und die Bearbeitbarkeit zu verbessern.
Bearbeitung und Endbearbeitung:
Schruppbearbeitung: Der Gussrohling wird auf einer Drehbank gedreht, um den Außendurchmesser, die Innenbohrung und den Flansch (falls zutreffend) zu bearbeiten, wobei eine Endbearbeitungszugabe von 0,5–1 mm verbleibt.
Fertigbearbeitung: Die Innen- und Außenflächen sind präzisionsgedreht, um Maßtoleranzen (IT6–IT7) und eine Oberflächenrauheit von Ra0,8 μm zu erreichen. Die Innenbohrung ist für eine hervorragende Rundheit (≤0,005 mm) gehont.
Ölnutbearbeitung: In die Innenfläche werden Rillen mit präziser Tiefe und Abständen gefräst oder gestanzt, um eine optimale Schmiermittelverteilung zu gewährleisten.
4. Herstellungsverfahren für Bimetallbuchsen
Für Anwendungen mit hoher Belastung werden bimetallische Buchsen mit Stahlrücken hergestellt unter Verwendung von:
Vorbereitung der Stahlschale: Ein Rohr oder Flansch aus kohlenstoffarmem Stahl (Q235) wird auf die gewünschten Außenmaße gezogen oder bearbeitet und dann gereinigt und aufgeraut, um die Bindung mit der Lagerschicht zu verbessern.
Tragende Schichtanwendung:
Sintern: Ein Bronzepulver (z. B. CuSn10) wird bei 800–900 °C unter Schutzatmosphäre auf die Stahlschale gesintert, wobei sich eine 0,5–2 mm dicke poröse Schicht bildet.
Walzenbonden: Ein dünnes Bronze- oder Kupferblech wird unter hohem Druck auf die Stahlhülle gerollt, wodurch eine metallurgische Verbindung entsteht.
Endbearbeitung: Die Innenfläche wird auf die erforderlichen Abmessungen und Rauheiten bearbeitet und bei Bedarf mit Ölnuten versehen.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Durch Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) wird bestätigt, dass Bronzelegierungen den Standards entsprechen (z. B. ZCuSn10Pb1: Sn 9–11 %, Pb 0,5–1,0 %).
Durch Härteprüfungen (Brinell) wird sichergestellt, dass Bronzebuchsen eine Härte von HB 70–90 aufweisen, wodurch Verschleißfestigkeit und Duktilität im Gleichgewicht sind.
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft Innen- und Außendurchmesser, die Gleichmäßigkeit der Wandstärke und die Flanschstärke, wobei die Toleranzen für kritische Abmessungen auf ±0,01 mm begrenzt sind.
Rundheit und Zylindrizität der Innenfläche werden mit einem Rundheitsprüfgerät gemessen. Um ungleichmäßigen Verschleiß zu vermeiden, müssen Werte von ≤0,005 mm eingehalten werden.
Mikrostrukturanalyse:
Durch metallografische Untersuchungen werden Porosität (≤ 5 % in Bronze) und Verbindungsqualität in Bimetallbuchsen (keine Delamination zwischen Stahl- und Lagerschichten) überprüft.
Leistungstests:
Reibungskoeffizientenprüfung: Ein Tribometer misst den Reibungskoeffizienten unter simulierten Last- und Geschwindigkeitsbedingungen. Bei richtiger Schmierung sind Werte ≤0,15 erforderlich.
Verschleißprüfung: Bei einem Stift-auf-Scheibe-Test wird das Buchsenmaterial 10⁶ Zyklen ausgesetzt, wobei der Gewichtsverlust auf ≤5 mg begrenzt wird, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
Passform- und Montageprüfungen:
Zur Überprüfung der Presspassung wird die Buchse probeweise in ein Testgehäuse eingebaut: Sie sollte eine leichte Presskraft (5–20 kN) ohne Verformung erfordern.
Die Innenbohrung wird auf Kompatibilität mit einer Standardprobe der Vorgelegewelle geprüft, um eine reibungslose Rotation ohne Blockieren sicherzustellen.
Durch diese Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse erreicht die Vorgelegewellenbuchse die Präzision, Verschleißfestigkeit und geringe Reibung, die für eine effiziente Kraftübertragung in Kegelbrechern erforderlich sind, und trägt so zu einem zuverlässigen Betrieb im Bergbau und bei der Verarbeitung von Zuschlagstoffen bei.
