Dieses Dokument bietet eine detaillierte Einführung in die Sicherungsmutter von Kegelbrechern. Als wichtiges Befestigungselement dient sie hauptsächlich zur Sicherung wichtiger Baugruppen wie der Hauptwelle, der festen Kegelbuchse oder des Einstellrings. In Zusammenarbeit mit dem Einstellring kann sie Funktionen wie sichere Fixierung, Lastverteilung und die Aufrechterhaltung des Brechspalts erfüllen.
Zu ihrer Zusammensetzung und Struktur gehören der Mutternkörper, die Gewindebohrung, der Verriegelungsmechanismus (wie Verriegelungslöcher, Stellschrauben und konische Oberflächen), der Flansch oder die Schulter und die Schlüsselflächen, wobei jedes Teil ein spezifisches Design und eine spezifische Funktion hat. Beim Gussverfahren werden für große Sicherungsmuttern häufig Grauguss, Sphäroguss oder Stahlguss verwendet. Dabei werden Schritte wie Materialauswahl, Modellherstellung, Formen, Schmelzen und Gießen, Abkühlen und Reinigen sowie Wärmebehandlung durchlaufen.
Der Bearbeitungs- und Herstellungsprozess umfasst Schritte wie die Grobbearbeitung, die Bearbeitung der Verriegelungselemente, die Feinbearbeitung, die Oberflächenbehandlung und die Montage mit Verriegelungskomponenten. Die Qualitätskontrolle umfasst Maßnahmen wie Materialprüfung, Maßhaltigkeitsprüfung, Gewindequalitätsprüfung, Prüfung der Verriegelungsleistung und zerstörungsfreie Prüfungen. So wird sichergestellt, dass die Komponente eine gute Verschleißfestigkeit, ein sicheres Lösen und eine hohe strukturelle Steifigkeit in Umgebungen mit starken Vibrationen aufweist und so den stabilen Betrieb des Brechers gewährleistet.
Detaillierte Einführung in die Sicherungsmutterkomponente des Kegelbrechers
1. Funktion und Rolle der Sicherungsmutter
Die Kontermutter (auch Klemmmutter oder Haltemutter genannt) ist ein wichtiges Befestigungselement zur Sicherung wichtiger Baugruppen wie der Hauptwelle, der festen Kegelbuchse oder des Einstellrings. Zu ihren Hauptfunktionen gehören:
Sichere Fixierung: Verriegeln der festen Kegelauskleidung am Hauptrahmen oder Sichern der Hauptwelle an der Exzenterbaugruppe, um ein Lösen durch hochfrequente Vibrationen während des Zerkleinerns zu verhindern.
Lastverteilung: Gleichmäßige Verteilung axialer und radialer Belastungen auf die verbundenen Komponenten, wodurch lokale Spannungen reduziert und Verformungen vermieden werden.
Anpassungskompatibilität: In Verbindung mit dem Einstellring wird durch Verriegeln der eingestellten Position der richtige Brechspalt beibehalten, wodurch eine stabile Partikelgröße beim Ausstoß gewährleistet wird.
Aufgrund ihrer Rolle in Umgebungen mit starken Vibrationen muss die Sicherungsmutter eine hohe Verschleißfestigkeit, ein sicheres Lösen und eine hohe strukturelle Steifigkeit aufweisen.
2. Zusammensetzung und Aufbau der Sicherungsmutter
Bei der Sicherungsmutter handelt es sich typischerweise um eine große, hochbelastbare Sechskant- oder Rundmutter mit Innengewinde, die folgende Komponenten und Konstruktionsdetails aufweist:
Mutternkörper: Eine zylindrische oder sechseckige Hauptstruktur aus hochfestem legiertem Stahl (z. B. 45# Stahl oder 40Cr) mit Innengewinden (metrisch oder Zoll), die mit präzisen Toleranzen (Klasse 6H) bearbeitet wurden. Die Außenfläche kann sechseckig zum Anziehen mit einem Schraubenschlüssel oder rund mit Löchern für Sicherungsstifte sein.
Gewindebohrung: Das zentrale Innengewinde, das mit dem entsprechenden Außengewinde an der Hauptwelle oder dem Einstellring zusammenpasst. Gewinde sind häufig mit einem Festfressen verhindernden Mittel beschichtet, um ein Festfressen beim Ein- und Ausbau zu verhindern.
Verriegelungsmechanismus: Zusätzliche Funktionen zur Verhinderung des Lösens, wie zum Beispiel:
Verriegelungslöcher: Durch den Mutternkörper gebohrte radiale Löcher zum Einsetzen von Sicherungsstiften, die in Schlitze am Gegenstück eingreifen.
Stellschrauben: Gewindelöcher auf der Seite der Mutter zur Aufnahme von Stellschrauben, die gegen die Passfläche drücken und so eine Reibungsverriegelung erzeugen.
Konische Oberfläche: Ein konischer Sitz an einem Ende der Mutter, der mit einer entsprechenden Verjüngung am festen Konus oder Einstellring zusammenpasst und so die axiale Verriegelungskraft erhöht.
Flansch oder Schulter: Ein radialer Vorsprung an einem Ende der Mutter, der als Anschlag dient, die axiale Bewegung begrenzt und einen ordnungsgemäßen Sitz am verbundenen Bauteil gewährleistet.
Schraubenschlüssel mit flachen Flächen: Sechs flache Flächen an Sechskantmuttern (oder zwei parallele Flächen an Rundmuttern), um das Aufbringen des Drehmoments mit einem Schraubenschlüssel oder hydraulischen Drehmomentschlüssel zu ermöglichen.
3. Gießprozess für die Sicherungsmutter
Bei großen Sicherungsmuttern (Außendurchmesser ca. 300 mm) wird zur Herstellung der Rohform häufig ein Gussverfahren verwendet. Dabei werden die folgenden Schritte durchgeführt:
Materialauswahl:
Hochwertiger Grauguss (HT300) oder Sphäroguss (QT500-7) wird aufgrund seiner guten Gießbarkeit und Bearbeitbarkeit gewählt. Für Anwendungen mit hoher Belastung wird Stahlguss (ZG310-570) wegen seiner höheren Festigkeit bevorzugt.
Musterherstellung:
Es wird ein Holz- oder Schaumstoffmuster erstellt, das die äußere Form, den Flansch und die Positionen der vorgebohrten Löcher der Mutter nachbildet. Schrumpfungszugaben (1–1,5 %) werden hinzugefügt, um die Abkühlungskontraktion zu berücksichtigen.
Formen:
Sandformen werden aus harzgebundenem Sand hergestellt. Der Kern dient zur Bildung der Innengewindebohrung (die für die spätere Bearbeitung rau belassen wird). Der Formhohlraum wird zur Verbesserung der Oberflächengüte mit einer feuerfesten Beschichtung versehen.
Schmelzen und Gießen:
Für Gusseisen: Flüssiges Eisen (1380–1420 °C) wird mithilfe einer Schöpfkelle in die Form gegossen. Dabei wird die Gießgeschwindigkeit kontrolliert, um Turbulenzen und Porosität zu vermeiden.
Für Stahlguss: In einem Lichtbogenofen (1500–1550 °C) geschmolzen und in die Form gegossen, mit strengerer Temperaturkontrolle, um eine vollständige Füllung zu gewährleisten.
Abkühlen und Ausschütteln:
Das Gussstück wird 24–48 Stunden in der Form gekühlt, um die thermische Spannung zu reduzieren, und anschließend durch Vibration entfernt. Sandrückstände werden durch Kugelstrahlen entfernt.
Wärmebehandlung:
Gusseisenmuttern werden geglüht (550–600 °C), um Gussspannungen abzubauen und die Bearbeitbarkeit zu verbessern.
Muttern aus Gussstahl werden normalisiert (850–900 °C, luftgekühlt), um die Kornstruktur zu verfeinern und eine Härte von 180–220 HBW zu erreichen.
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess
Schruppbearbeitung:
Der gegossene oder geschmiedete Rohling wird auf einer CNC-Drehmaschine montiert, um den Außendurchmesser, die Flanschfläche und beide Endflächen zu bearbeiten, wobei 1–2 mm Endzugabe verbleiben.
Die Innenbohrung wird vorgebohrt und auf eine Vorgewindegröße geschnitten, um sicherzustellen, dass der Gewindekerndurchmesser innerhalb der Toleranz liegt.
Bearbeitung von Verriegelungsfunktionen:
Verriegelungslöcher oder Stellschraubenlöcher werden mit einer CNC-Bohrmaschine gebohrt, mit einer Positionstoleranz (±0,1 mm) im Verhältnis zu den Gewinden.
Konische Oberflächen (falls zutreffend) werden mit einer CNC-Drehmaschine gedreht, mit Winkeltoleranz (±0,5°) und einer Oberflächenrauheit von Ra3,2 μm.
Fertigbearbeitung:
Das Innengewinde wird mit einem Gewindeschneider mit Kühlmittel präzise auf das Endmaß (Klasse 6H) geschnitten, wodurch glatte Gewindeflanken und ein korrekter Flankendurchmesser gewährleistet werden.
Die äußeren Sechskantflächen (oder runden Flächen) werden fertiggedreht, um eine Maßtoleranz (±0,1 mm) und eine Oberflächenrauheit von Ra1,6 μm zu erreichen.
Die Stirnflächen werden geschliffen, um Ebenheit (≤0,05 mm/m) und Rechtwinkligkeit zur Gewindeachse (≤0,02 mm) sicherzustellen.
Oberflächenbehandlung:
Die Mutternoberfläche ist mit Rostschutzfarbe oder einer Zinkbeschichtung (5–8 μm Dicke) beschichtet, um Korrosion zu verhindern, insbesondere im Außenbereich oder in feuchten Umgebungen.
Die Gewinde sind mit einem Festfressen verhindernden Mittel auf Molybdändisulfidbasis beschichtet, um die spätere Demontage zu erleichtern.
Montage mit Verriegelungskomponenten:
In den entsprechenden Löchern werden Verriegelungsstifte oder Stellschrauben installiert, wobei die Stifte 5–10 mm hervorstehen, um in die entsprechenden Schlitze einzugreifen.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Die Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) bestätigt, dass das Grundmaterial den Standards entspricht (z. B. 45#-Stahl: C 0,42–0,50 %, Mn 0,50–0,80 %).
Durch Härteprüfung (Brinell) wird sichergestellt, dass Muttern aus Gusseisen eine Härte von 180–230 HBW und Muttern aus Stahl eine Härte von 200–250 HBW aufweisen.
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Die Gewindeparameter (Flankendurchmesser, Außendurchmesser, Innendurchmesser) werden mit Gewindelehren (Lehrringe für Innengewinde) geprüft, um die Toleranzklasse 6H sicherzustellen.
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) überprüft Außenmaße, Lochpositionen und Kegelwinkel und stellt die Übereinstimmung mit den Zeichnungen sicher.
Gewindequalitätsprüfung:
Das Gewindeprofil wird mit einem Gewindekomparator überprüft, um sicherzustellen, dass keine Grate, Risse oder unvollständigen Gewinde vorhanden sind.
Ein Gewindepassungstest wird durchgeführt, indem die Mutter mit einer Messschraube verbunden wird, um ein reibungsloses Einrasten ohne übermäßiges Spiel oder Klemmen sicherzustellen.
Leistungstests für Sperren:
Für Sicherungsstiftkonstruktionen: Die Mutter wird auf einer Prüfvorrichtung installiert und der Sicherungsstift wird eingeführt, um das Eingreifen in den Schlitz zu überprüfen und sicherzustellen, dass keine axiale Bewegung unter 50 % des Nenndrehmoments erfolgt.
Bei Ausführungen mit Stellschrauben: Stellschrauben werden mit dem angegebenen Drehmoment angezogen und die Mutter wird 1 Stunde lang einem Vibrationstest (10–500 Hz) unterzogen, wobei ein Lösen nicht zulässig ist.
Zerstörungsfreie Prüfung (NDT):
Bei hochbelastbaren Muttern wird eine Magnetpulverprüfung (MPT) durchgeführt, um Oberflächenrisse in den Gewindegründen oder Verriegelungslöchern zu erkennen.
Bei der Sichtprüfung wird auf Oberflächendefekte (Kratzer, Dellen) geprüft, die den Sitz oder die Drehmomentanwendung beeinträchtigen könnten.
Durch die Einhaltung dieser Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse gewährleistet die Kontermutter des Kegelbrechers eine zuverlässige Fixierung kritischer Komponenten und hält hohen Vibrationen und Belastungen stand, um die Stabilität und Sicherheit des Brechers zu gewährleisten.
