Dieses Dokument bietet einen detaillierten Überblick über das Kegelbrecherritzel, ein wichtiges Getriebebauteil, das mit dem Hauptzahnrad kämmt, um die Motorleistung auf die Exzenterbaugruppe zu übertragen und so die oszillierende Bewegung des beweglichen Kegels zu ermöglichen. Es erläutert die Funktionen des Ritzels, einschließlich Kraftübertragung, Drehmomentverstärkung und präzisem Eingriff. Zusammensetzung und Struktur werden detailliert beschrieben und bestehen aus Zahnradzähnen, Wellenkörper, Lagerzapfen, Schultern/Krägen, Schmierlöchern und Keilnut/Verzahnung, zusammen mit ihren strukturellen Eigenschaften. Für große Ritzel wird der Gießprozess beschrieben, einschließlich Materialion, Modellherstellung, Formen, Schmelzen und Gießen, Abkühlen und Ausschütteln, Wärmebehandlung und Prüfung. Für geschmiedete Ritzel wird der Bearbeitungs- und Herstellungsprozess umrissen, einschließlich Schmieden, Grobbearbeitung, Wärmebehandlung, Feinbearbeitung und Entgraten/Polieren. Zusätzlich werden Maßnahmen zur Qualitätskontrolle festgelegt, wie z. B. Materialvalidierung, Prüfung der Maßgenauigkeit, Härte- und Mikrostrukturprüfung, dynamische Leistungsprüfung, zerstörungsfreie Prüfung und Endkontrolle. Diese Prozesse stellen sicher, dass das Ritzel die erforderliche Festigkeit, Präzision und Haltbarkeit erreicht und eine zuverlässige Kraftübertragung bei anspruchsvollen Zerkleinerungsvorgängen gewährleistet.
Detaillierte Einführung in die Kegelbrecher-Ritzelkomponente
1. Funktion und Rolle des Ritzels
Das Kegelbrecherritzel (auch Antriebsritzel oder kleines Zahnrad genannt) ist ein wichtiges Getriebeelement im Antriebssystem des Brechers. Es greift direkt in das große Hauptzahnrad ein und überträgt die Rotationsenergie vom Motor auf die Exzenterbaugruppe. Zu seinen wichtigsten Funktionen gehören:
Kraftübertragung: Umwandlung der Hochgeschwindigkeitsrotation des Motors (normalerweise 1450 U/min bei Elektromotoren) in die vom Hauptzahnrad benötigte Bewegung mit niedrigerer Geschwindigkeit und hohem Drehmoment, wodurch die oszillierende Bewegung des beweglichen Kegels angetrieben wird.
Drehmomentverstärkung: Fungiert als Untersetzungsgetriebe (Übersetzungsverhältnis 5:1 bis 8:1), um das Drehmoment zu vervielfachen, sodass der Brecher harte Materialien wie Granit oder Basalt verarbeiten kann.
Präzisionsvernetzung: Aufrechterhaltung eines stabilen Eingriffs mit dem Hauptzahnrad, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten und Vibrationen und Lärm während des Zerkleinerns zu reduzieren.
Aufgrund seiner Rolle im Dauerbetrieb mit hoher Belastung muss das Ritzel eine Balance zwischen hoher Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Maßgenauigkeit aufweisen, um einen vorzeitigen Ausfall zu vermeiden.
2. Zusammensetzung und Aufbau des Ritzels
Das Ritzel ist ein kleines zylindrisches Zahnrad mit Voll- oder Hohlwelle und weist folgende Komponenten und Konstruktionsdetails auf:
Zahnradzähne: Außenliegende Evolventenzähne (Modul 6–16, je nach Brechergröße) mit einem Eingriffswinkel von 20°, ausgelegt für den Eingriff mit dem Hauptzahnrad. Das Zahnprofil weist an der Zahnwurzel einen Ausrundungsradius auf, um die Spannungskonzentration zu reduzieren.
Wellenkörper: Eine zylindrische Welle, die in das Getriebe integriert ist. Ein Ende ist über eine Kupplung (z. B. eine flexible oder Flüssigkeitskupplung) mit dem Motor verbunden, das andere Ende ist durch Lager (Rollen- oder Kugellager) gestützt. Die Wellendurchmesser reichen von 50 mm bis 300 mm, mit Passfedernuten oder Keilwellenverzahnungen zur Drehmomentübertragung.
Lagerzapfen: Präzisionsgefertigte zylindrische Abschnitte auf der Welle, in denen Lager montiert sind, mit engen Toleranzen (IT5–IT6), um eine gleichmäßige Rotation und minimalen Rundlauf zu gewährleisten.
Schultern oder Kragen: Axiale Vorsprünge auf der Welle, die die Lager positionieren und eine axiale Bewegung während des Betriebs verhindern.
Schmierlöcher: Kleine Bohrlöcher, die zu den Zahnrädern und Lagerzapfen führen und Öl oder Fett zuführen, um Reibung und Verschleiß zu verringern.
Keilnut oder Keilwelle: Ein Schlitz oder eine Reihe von Rippen am Wellenende, die mit der Motorkupplung zusammenpassen und so eine Drehmomentübertragung ohne Schlupf gewährleisten.
3. Gießverfahren für das Ritzel (für Großritzel)
Während kleine Ritzel oft geschmiedet werden, können große Ritzel (Wellendurchmesser 150 mm) aus Kostengründen durch Gießen hergestellt werden. Dabei sind die folgenden Schritte erforderlich:
Materialauswahl:
Bevorzugt wird hochfester legierter Stahlguss (ZG40CrNiMo) mit einer Zugfestigkeit von ≥ 800 MPa und einer Schlagzähigkeit von ≥ 60 J/cm², um zyklischen Belastungen standzuhalten.
Musterherstellung:
Es wird ein maßstabsgetreues Schaum- oder Holzmodell erstellt, das die Zahnräder, die Welle und die Zapfen nachbildet. Zur Berücksichtigung der Abkühlungskontraktion werden Schrumpfungszugaben (2–2,5 %) hinzugefügt.
Formen:
Um das Modell herum werden harzgebundene Sandformen geformt, mit einem Sandkern für die Hohlwelle (falls vorhanden). Der Formhohlraum wird mit einer feuerfesten Schlichte beschichtet, um eine glatte Oberfläche zu gewährleisten.
Schmelzen und Gießen:
Die Legierung wird in einem Lichtbogenofen bei 1550–1600 °C geschmolzen, wobei die chemische Zusammensetzung auf 0,38–0,45 % C, 0,8–1,1 % Cr, 1,2–1,5 % Ni und 0,2–0,3 % Mo eingestellt wird.
Das Gießen erfolgt bei 1500–1530 °C mit einer Bodengießkelle, um Turbulenzen zu minimieren und eine vollständige Füllung der Form sicherzustellen.
Abkühlen und Ausschütteln:
Der Guss wird 48–72 Stunden in der Form gekühlt, um die thermische Spannung zu reduzieren. Anschließend wird er durch Vibration entfernt. Sandrückstände werden durch Kugelstrahlen entfernt.
Wärmebehandlung:
Durch Normalisierung (880–920 °C, luftgekühlt) wird die Kornstruktur verfeinert, gefolgt von Anlassen (600–650 °C), um eine Härte von 220–250 HBW zu erreichen und die Bearbeitbarkeit zu verbessern.
Gussteilprüfung:
Durch Sichtprüfung und Farbeindringprüfung (DPT) wird auf Oberflächenrisse oder Lunker geprüft.
Durch Ultraschallprüfungen (UT) werden innere Defekte innerhalb strenger Grenzen erkannt (keine Defekte >φ2 mm in Zahnradzähnen oder Wellenkernen).
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess (geschmiedete Ritzel)
Die meisten Ritzel werden für eine höhere Festigkeit geschmiedet, wobei die folgenden Fertigungsschritte durchgeführt werden:
Schmieden:
Ein Stahlblock (40CrNiMoA) wird auf 1100–1200 °C erhitzt und mithilfe einer hydraulischen Presse in eine grobe Wellenzahnradform geschmiedet, wodurch der Kornfluss und die mechanischen Eigenschaften verbessert werden.
Schruppbearbeitung:
Der geschmiedete Rohling wird auf einer CNC-Drehmaschine gedreht, um den Außendurchmesser der Welle, die Schultern und die Lagerzapfen zu bearbeiten, wobei 2–3 mm Endbearbeitungszugabe verbleiben.
Die Zahnräder werden mit einer Wälzfräsmaschine grob geschnitten, mit einer Toleranz von 0,5 mm für die Endbearbeitung.
Wärmebehandlung:
Aufkohlen: Die Zahnräder und die Wellenoberfläche werden 6–10 Stunden lang bei 900–930 °C aufgekohlt, um eine harte Schicht (0,8–1,2 mm dick) zu erzeugen, die die Verschleißfestigkeit erhöht.
Abschrecken und Anlassen: In Öl auf 850–880 °C abgeschreckt, dann bei 180–200 °C angelassen, um eine Oberflächenhärte von HRC 58–62 (Zähne) und eine Kernhärte von HRC 30–35 (Welle) zu erreichen.
Fertigbearbeitung:
Die Zahnräder werden mit einer Zahnradschleifmaschine auf eine Genauigkeit von AGMA 7–8 geschliffen, mit einer Zahnprofilabweichung von ≤ 0,015 mm und einer Oberflächenrauheit von Ra 0,8 μm.
Die Lagerzapfen sind auf IT5-Toleranz präzisionsgeschliffen, mit einer Rundheit ≤ 0,005 mm und einer Oberflächenrauheit Ra 0,4 μm, um einen reibungslosen Lagerbetrieb zu gewährleisten.
Für einen sicheren Kupplungseingriff werden Keilnuten oder Keilwellen mit engen Toleranzen (Breite ±0,01 mm) geräumt.
Entgraten und Polieren:
Um Spannungskonzentrationen vorzubeugen, werden die Zahnkanten mit einer Bürste oder einer Schleifscheibe entgratet.
Schmierlöcher sind versenkt und poliert, um eine Behinderung des Ölflusses zu vermeiden.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialvalidierung:
Die chemische Analyse (Spektrometrie) bestätigt die Legierungszusammensetzung (z. B. 40CrNiMoA: C 0,37–0,44 %，Ni 1,25–1,65 %，Mo 0,15–0,25 %).
Zugversuche an geschmiedeten Proben bestätigen die Streckgrenze (≥835 MPa) und Dehnung (≥12 %).
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft die Zahnradparameter: Teilungsfehler (≤ 0,02 mm), Zahndicke (± 0,01 mm) und Wellenschlag (≤ 0,02 mm).
Die Konzentrizität der Lagerzapfen zur Zahnradachse (≤0,01 mm) wird mit einer Messuhr geprüft.
Härte- und Mikrostrukturprüfung:
Die Oberflächenhärte der Zähne wird mit einem Rockwell-Tester gemessen (HRC 58–62 erforderlich).
Durch metallografische Analysen wird sichergestellt, dass die aufgekohlte Schicht gleichmäßig tief ist und kein übermäßiger Restaustenit vorhanden ist.
Dynamische Leistungstests:
Eingriffstest: Das Ritzel wird auf einem Prüfstand mit einem Großrad gepaart, um Geräusche (≤ 80 dB bei Nenndrehzahl) und Vibrationen (≤ 0,05 mm/s) zu messen.
Überlastungstest: 2 Stunden lang bei 120 % des Nenndrehmoments betrieben, um auf Zahnverformungen oder Lagerüberhitzung zu prüfen.
Zerstörungsfreie Prüfung (NDT):
Durch die Magnetpulverprüfung (MPT) werden Oberflächenrisse in Zähnen, Wellenschultern und Keilnuten erkannt.
Mittels Ultraschallprüfung (UT) wird der Wellenkern auf innere Defekte untersucht (keine Defekte >φ2 mm).
Endkontrolle:
Vor der Genehmigung wird eine vollständige Prüfung der Prüfberichte, einschließlich Materialzertifikaten und Maßaufzeichnungen, durchgeführt.
Zur Rückverfolgbarkeit ist das Ritzel mit Teilenummer, Härte und Prüfdatum gekennzeichnet.
Durch diese strengen Prozesse erreicht das Kegelbrecherritzel die erforderliche Festigkeit, Präzision und Haltbarkeit und gewährleistet eine zuverlässige Kraftübertragung und lange Lebensdauer in anspruchsvollen Brechumgebungen.
