Die Kegelbrecherbuchsen-Auskleidung, ein austauschbares, verschleißfestes Bauteil im Lagerhohlraum der Buchse, fungiert als Schnittstelle zwischen der rotierenden Hauptwelle und der stationären Buchse. Sie schützt vor Verschleiß, reduziert die Reibung (≤0,15 mit Schmierung), verteilt Lasten und gleicht kleinere Fluchtungsfehler aus. Dies erfordert eine gute Verschleißfestigkeit und Schmiermittelverträglichkeit.
Strukturell handelt es sich um eine zylindrische/geflanschte Hülse mit einem Laufbuchsenkörper (Bronze, Weißmetall oder Bimetall), einer inneren Lagerfläche (Ra0,8–1,6 μm mit Ölnuten), einer Außenfläche (Presspassung), einem optionalen Flansch, Schmierfunktionen und Fasen mit einer Wandstärke von 5–15 mm.
Die Herstellung umfasst das Gießen (Schleudern/Sandgießen) für Bronzebuchsen sowie Wärmebehandlung und Bearbeitung bzw. die Vorbereitung der Stahlschale, das Aufbringen der Lagerschicht (Sintern/Walzplattieren) und die Bearbeitung für Bimetallbuchsen.
Die Qualitätskontrolle umfasst Materialprüfungen (Zusammensetzung, Härte), Maßprüfungen (KMG, Rundheitsprüfung), mikrostrukturelle Analysen, Leistungstests (Reibung, Verschleiß) und Passungsprüfungen, um sicherzustellen, dass die Komponenten für einen effizienten Brecherbetrieb geschützt sind.
Detaillierte Einführung in die Kegelbrecher-Sockel-Liner-Komponente
1. Funktion und Rolle des Socket Liners
Die Kegelbrecherbuchse (auch Hauptwellenbuchse oder Schwenkbuchse genannt) ist ein austauschbares, verschleißfestes Bauteil, das in der Lagerhöhle der Buchse installiert ist und als Schnittstelle zwischen der rotierenden Hauptwelle und der stationären Buchse fungiert. Zu ihren Hauptfunktionen gehören:
Verschleißschutz: Schützt die Lagerhöhle und die Hauptwelle der Buchse vor direktem Metall-Metall-Kontakt und reduziert so den Abrieb durch Hochgeschwindigkeitsrotation (500–1500 U/min) und axiale Belastungen (bis zu Tausenden von Kilonewton).
Reibungsreduzierung: Bereitstellung einer reibungsarmen Oberfläche (Reibungskoeffizient ≤0,15 bei Schmierung), um Energieverlust und Wärmeentwicklung zwischen Hauptwelle und Buchse zu minimieren.
Lastverteilung: Gleichmäßige Verteilung der axialen und radialen Belastungen von der Hauptwelle auf die Buchse, wodurch lokale Spannungskonzentrationen vermieden und die Lebensdauer beider Komponenten verlängert werden.
Ausrichtungskompensation: Ermöglicht durch seine leichte Elastizität eine geringfügige Fehlausrichtung zwischen Hauptwelle und Buchse und reduziert so Vibrationen und Geräusche während des Betriebs.
Da die Buchsenauskleidung in einer geschmierten, aber hochbelasteten Umgebung betrieben wird, muss sie über eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, Druckfestigkeit und Kompatibilität mit Schmiermitteln (z. B. Mineralöl oder Fett) verfügen.
2. Zusammensetzung und Aufbau des Socket Liners
Bei der Muffenauskleidung handelt es sich typischerweise um eine zylindrische oder geflanschte Hülse mit präzisen Innen- und Außenmaßen, die die folgenden Hauptteile und Strukturdetails aufweist:
Liner-Körper: Eine hohle zylindrische Hülse aus Lagerbronze (z. B. ZCuSn10Pb1), Weißmetall (Zinnbasis: Sn 83–85 %, Sb 11–13 %) oder bimetallischem Material mit Stahlrücken (Stahlmantel mit einer Schicht aus Sinterbronze). Die Wandstärke beträgt je nach Brechergröße 5–15 mm.
Innere Lagerfläche: Eine präzisionsgefertigte Oberfläche mit geringer Rauheit (Ra0,8–1,6 μm), die direkt mit der Hauptwelle in Kontakt steht. Sie verfügt häufig über umlaufende Ölnuten (0,5–2 mm tief), um das Schmiermittel zurückzuhalten und die Reibung zu verringern.
Äußere Oberfläche: Eine zylindrische oder leicht konische Oberfläche, die mit einer Presspassung (0,01–0,05 mm) in die Lagerhöhle der Fassung passt, um eine Drehung relativ zur Fassung zu verhindern.
Flansch (optional): Ein radialer Flansch an einem Ende, um die axiale Bewegung in der Fassung zu begrenzen und sicherzustellen, dass die Auskleidung auch bei hohen axialen Belastungen fest sitzt.
Schmierfunktionen:
Ölnuten: Axiale oder spiralförmige Rillen auf der Innenfläche, die das Schmiermittel gleichmäßig entlang der Kontaktfläche verteilen und so Trockenreibung verhindern.
Öllöcher: Kleine Löcher (φ3–φ6 mm), die die Außenfläche mit den Innennuten verbinden und mit den Schmierkanälen der Buchse ausgerichtet sind, um den Ölfluss sicherzustellen.
Fasen: Abgerundete Kanten (Radius 0,5–2 mm) an beiden Enden erleichtern die Installation und verhindern Spannungskonzentrationen an der Schnittstelle zwischen Laufbuchse und Welle.
3. Herstellungsprozess des Socket Liners
Je nach Material werden Buchsenbuchsen im Guss-, Sinter- oder Bearbeitungsverfahren hergestellt. Bei Buchsen aus Bronze ist der Hauptprozess:
Materialauswahl:
Lagerbronze (ZCuSn10Pb1) wird aufgrund ihrer hohen Druckfestigkeit (≥300 MPa), guten Wärmeleitfähigkeit und Kompatibilität mit Stahlwellen bevorzugt. Ihre Zusammensetzung beträgt 9–11 % Sn, 0,5–1,0 % Pb und der Rest Cu. Die Härte liegt zwischen 80 und 100 HB.
Besetzung:
Schleuderguss: Geschmolzene Bronze wird in eine rotierende Form (1000–3000 U/min) gegossen, um eine zylindrische Hülse mit dichter, gleichmäßiger Struktur zu bilden. Dieses Verfahren gewährleistet Konzentrizität und minimiert die Porosität (≤5 Vol.-%).
Sandguss: Für Flanschbuchsen werden Sandformen mit Kernen verwendet, um Ölnuten oder -löcher zu formen. Die Gießtemperatur beträgt 1000–1100 °C, um eine vollständige Füllung dünner Abschnitte 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 Außendurchmesser, Innenbohrung und Flansch (falls zutreffend) zu bearbeiten, wobei 0,5–1 mm Schlichtzugabe verbleiben.
Fertigbearbeitung: 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: Zur Optimierung der Schmiermittelrückhaltung werden Rillen mit präziser Tiefe und Abständen in die Innenfläche gefräst oder gestochen.
4. Herstellungsverfahren für Bimetall-Liner
Für Anwendungen mit hoher Belastung werden bimetallische Auskleidungen mit Stahlrücken hergestellt unter Verwendung von:
Vorbereitung der Stahlschale: Eine Hülse aus kohlenstoffarmem Stahl (Q235) wird auf die gewünschten Außenmaße gezogen oder bearbeitet und dann gereinigt und aufgeraut (z. B. durch Sandstrahlen), um die Bindung mit der Lagerschicht zu verbessern.
Tragende Schichtanwendung:
Sintern: Ein Bronzepulver (z. B. CuSn10) wird bei 800–900 °C unter Schutzatmosphäre (Stickstoff) auf die Stahlschale gesintert, wobei sich eine 0,5–2 mm dicke poröse Schicht bildet.
Walzenbonden: Ein dünnes Bronzeblech (0,3–1 mm dick) wird unter hohem Druck (100–200 MPa) kalt auf die Stahlschale gewalzt, wodurch eine metallurgische Verbindung entsteht.
Endbearbeitung: Die Innenfläche wird auf die erforderlichen Abmessungen und Rauheiten fertig bearbeitet und bei Bedarf mit Ölnuten versehen.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Durch Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) wird die Einhaltung der Materialnormen überprüft (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-/Außendurchmesser, Gleichmäßigkeit der Wandstärke und 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 Bimetall-Auskleidungen (keine Delamination zwischen Stahl- und Lagerschichten) überprüft.
Leistungstests:
Reibungskoeffizientenprüfung: Ein Tribometer misst die Reibung unter simulierter Last (10–50 MPa) und Geschwindigkeit (500–1500 U/min), wobei bei Schmierung Werte ≤0,15 erforderlich sind.
Verschleißprüfung: Bei einem Stift-auf-Scheibe-Test wird das Linermaterial 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 der Liner probeweise in eine Prüfbuchse eingesetzt: Er sollte eine leichte Presskraft (5–20 kN) ohne Verformung erfordern.
Die Innenbohrung wird auf Kompatibilität mit einer Standard-Hauptwellenprobe geprüft, um eine reibungslose Rotation ohne Blockieren unter Last zu gewährleisten.
Durch diese Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse erreicht die Buchsenauskleidung die Präzision, Verschleißfestigkeit und geringe Reibung, die zum Schutz der Buchse und der Hauptwelle erforderlich sind, und gewährleistet so einen effizienten und zuverlässigen Betrieb von Kegelbrechern im Bergbau und in der Zuschlagstoffverarbeitung.
