Die Kegelbrecherschüssel, auch als festes Kegelgehäuse oder konkaver Rahmen bezeichnet, ist ein wichtiges Strukturbauteil und bildet die stationäre Außenhülle der Brechkammer. Sie befindet sich oberhalb der Exzenterbuchse und umgibt den Mantel. Ihre Hauptfunktionen bestehen darin, die Schüsselauskleidung zu stützen, mit dem Mantel die Brechkammer zu bilden, Lasten auf den Grundrahmen zu verteilen und Materialien aufzunehmen, um einen effizienten Durchfluss zu gewährleisten. Sie erfordert hohe mechanische Festigkeit, Steifigkeit und Maßgenauigkeit und wird typischerweise aus hochfestem Stahlguss oder geschweißten Stahlplatten gefertigt.
Strukturell handelt es sich um ein großes konisches oder zylinderstumpfförmiges Bauteil mit einem hohlen Innenraum, das aus dem Schüsselkörper (hochfester Gussstahl wie ZG35CrMo), der Befestigungsschnittstelle der Schüsselauskleidung (Schwalbenschwanznuten, Klemmflansch), der Schnittstelle des Einstellmechanismus (Außenfläche mit Gewinde, Führungsschlitze), Verstärkungsrippen, der Auslassöffnung und Schmier-/Inspektionsöffnungen besteht.
Der Gießprozess für die Schüssel umfasst die Materialauswahl (ZG35CrMo), die Modellherstellung (mit Schrumpfungstoleranzen), das Formen (harzgebundene Sandform), das Schmelzen und Gießen (kontrollierte Temperatur und Durchflussrate) sowie das Abkühlen mit Wärmebehandlung (Normalisierung und Anlassen). Der Bearbeitungsprozess umfasst die Grobbearbeitung, die Bearbeitung von Gewinden und Führungselementen, die Bearbeitung der Innenflächen und Montageschnittstellen, die Bearbeitung von Flanschen und Bolzenlöchern sowie die Oberflächenbehandlung.
Die Qualitätskontrollprozesse umfassen Materialprüfungen (chemische Zusammensetzung und Zugfestigkeit), Maßgenauigkeitsprüfungen (KMG und Laserscanner), strukturelle Integritätsprüfungen (Ultraschall- und Magnetpulverprüfung), mechanische Leistungsprüfungen (Härte- und Belastungsprüfungen) sowie Montage- und Funktionsprüfungen. Diese stellen sicher, dass die Trommel über die erforderliche strukturelle Festigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit verfügt, um extremen Druckkräften standzuhalten und einen effizienten Langzeitbetrieb im Bergbau und in der Zuschlagstoffverarbeitung zu ermöglichen.
Detaillierte Einführung in die Kegelbrecher-Schüsselkomponente
1. Funktion und Rolle der Schüssel
Die Kegelbrecherschüssel (auch als festes Kegelgehäuse oder konkaver Rahmen bezeichnet) ist ein wichtiges Strukturelement und bildet die stationäre Außenhülle der Brechkammer. Sie befindet sich oberhalb der Exzenterbuchse und umschließt den Mantel. Zu ihren Hauptfunktionen gehören:
Strukturelle Unterstützung: Unterbringung und Befestigung der Schüsselauskleidung (feste Kegelauskleidung), wodurch ein stabiler Rahmen entsteht, der den hohen Quetschkräften (bis zu Tausenden von Kilonewton) standhält, die während des Betriebs entstehen.
Brechkammerbildung: Bildet in Verbindung mit dem Mantel den ringförmigen Brechraum, in dem das Material zwischen der stationären Schalenauskleidung und dem rotierenden Mantel komprimiert und gebrochen wird.
Lastverteilung: Übertragen axialer und radialer Lasten aus dem Brechprozess auf den Grundrahmen des Brechers und reduzieren so die Spannungskonzentration auf kritische Komponenten wie die Hauptwelle und die Lager.
Materialeindämmung: Verhindert, dass zerkleinertes Material aus der Brechkammer austritt, und gewährleistet einen effizienten Materialfluss durch die Auswurföffnung.
Aufgrund ihrer Rolle bei der Aufnahme schwerer Lasten und der strukturellen Stabilität erfordert die Schüssel eine hohe mechanische Festigkeit, Steifigkeit und Maßgenauigkeit und wird häufig aus hochfestem Stahlguss oder geschweißten Stahlplatten hergestellt.
2. Zusammensetzung und Struktur der Schüssel
Die Schale ist typischerweise ein großes, konisches oder zylindrisch-kegelstumpfförmiges Bauteil mit einem hohlen Innenraum, das aus den folgenden Hauptteilen und Strukturdetails besteht:
Schüsselkörper: Die Hauptstrukturschale mit einer Wandstärke von 80–200 mm besteht aus Gussstahl (z. B. ZG35CrMo) oder geschweißtem niedriglegiertem Stahl (z. B. Q355B). Die Außenfläche kann Verstärkungsrippen aufweisen, während die Innenfläche bearbeitet ist, um die Schüsselauskleidung aufzunehmen.
Schüssel-Liner-Montageschnittstelle:
Schwalbenschwanznuten: Längs- oder Umfangsrillen auf der Innenfläche, die mit entsprechenden Vorsprüngen an der Schüsselauskleidung zusammenpassen und diese beim Zerkleinern gegen Rotationskräfte sichern.
Klemmflansch: Ein radialer Flansch an der Oberseite der Schüssel mit Schraubenlöchern zur Befestigung der Schüsselauskleidung, der sicherstellt, dass sie auch bei Stoßbelastungen an ihrem Platz bleibt.
Schnittstelle des Einstellmechanismus:
Außenfläche mit Gewinde: Viele Schüsseln verfügen über externe Trapezgewinde, die mit dem Einstellring in Eingriff stehen und eine vertikale Einstellung der Schüssel ermöglichen, um den Brechspalt (und somit die Produktgröße) zu verändern.
Führungsschlitze: Lineare Rillen auf der Außenfläche, die mit Führungsstiften am oberen Rahmen ausgerichtet sind und so eine Drehung der Schüssel während der Spalteinstellung verhindern.
Verstärkungsrippen: Auf der Außenfläche verteilte radiale oder axiale Rippen (20–50 mm dick) erhöhen die Steifigkeit und reduzieren die Durchbiegung unter Last bei maximalem Betriebsdruck auf ≤0,5 mm.
Auslassöffnung: Ein runder oder rechteckiger Auslass am Boden der Schüssel, dessen Größe die maximale Produktgröße kontrolliert und den Materialfluss zum Austragsförderer erleichtert.
Schmier- und Inspektionsöffnungen: Kleine Öffnungen oder Kanäle zur Schmiermittelzufuhr zur Schnittstelle des Einstellgewindes und zur optischen Überprüfung des Verschleißzustands der Schüsselauskleidung.
3. Gießprozess für die Schale
Für große und komplexe Schalenkonstruktionen ist Sandguss das primäre Herstellungsverfahren, da es strukturelle Integrität und Maßgenauigkeit gewährleistet:
Materialauswahl:
Hochfester Gussstahl (ZG35CrMo) wird aufgrund seiner hervorragenden Zugfestigkeit (≥700 MPa), Schlagzähigkeit (≥35 J/cm²) und Schweißbarkeit bevorzugt, wodurch er sich für Anwendungen mit hoher Belastung eignet.
Musterherstellung:
Aus Polyurethanschaum oder Holz wird ein maßstabsgetreues Muster erstellt, das die äußere Form der Schale, den inneren Hohlraum, die Rippen, das Gewinde (vereinfacht) und die Flanschdetails nachbildet. Schrumpfungstoleranzen (1,5–2,5 %) werden hinzugefügt, wobei für dickwandige Abschnitte größere Toleranzen gelten.
Das Muster umfasst interne Kerne zur Bildung des Hohlraums und der Montagenuten, wodurch genaue Maßbeziehungen zwischen den Merkmalen sichergestellt werden.
Formen:
Es wird eine harzgebundene Sandform vorbereitet. Das Modell wird in der unteren Formhälfte positioniert und die obere Formhälfte darüber geformt. Sandkerne werden eingesetzt, um den inneren Hohlraum und die Rippen zu erzeugen. Die präzise Ausrichtung gewährleistet eine gleichmäßige Wandstärke (Toleranz ±3 mm).
Schmelzen und Gießen:
Der Gussstahl wird in einem Lichtbogenofen bei 1520–1560 °C geschmolzen, wobei die chemische Zusammensetzung auf 0,32–0,40 % C, 0,8–1,1 % Cr und 0,15–0,25 % Mo kontrolliert wird, um Festigkeit und Zähigkeit auszugleichen.
Das Gießen erfolgt mithilfe einer Bodengießpfanne mit kontrollierter Durchflussrate (50–100 kg/s), um den Formhohlraum ohne Turbulenzen zu füllen, die Porosität zu minimieren und eine vollständige Füllung dünner Rippen sicherzustellen.
Kühlung und Wärmebehandlung:
Das Gussteil wird 72–120 Stunden in der Form gekühlt, um die thermische Spannung zu reduzieren, und anschließend durch Ausschalen entfernt. Durch Kugelstrahlen (G18-Stahlsand) werden Sandreste entfernt, wodurch eine Oberflächenrauheit von Ra50–100 μm erreicht wird.
Normalisierung: Erhitzen auf 850–900 °C für 4–6 Stunden, anschließendes Abkühlen an der Luft zur Verfeinerung der Kornstruktur.
Temperieren: Erhitzen auf 600–650 °C für 3–5 Stunden, um die Härte auf 180–230 HBW zu reduzieren und so die Bearbeitbarkeit zu verbessern, während die Festigkeit erhalten bleibt.
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess
Schruppbearbeitung:
Die gegossene Schüssel wird auf einer CNC-Vertikaldrehmaschine montiert, um die Außenfläche, den oberen Flansch und die untere Auslassöffnung zu bearbeiten. Dabei wird eine Nachbearbeitungstoleranz von 5–8 mm eingehalten. Die wichtigsten Abmessungen (Außendurchmesser, Höhe) werden auf ±1 mm kontrolliert.
Bearbeitung von Gewinde- und Führungsmerkmalen:
Außentrapezgewinde (zur Justierung) werden mit einer CNC-Gewindefräsmaschine mit einer Feinzugabe von 0,5–1 mm vorgefertigt. Die Gewindeparameter (Steigung, Steigung, Profil) werden auf Kompatibilität mit dem Justierring geprüft.
Mithilfe einer CNC-Fräsmaschine werden Führungsschlitze in die Außenfläche gefräst, mit Toleranzen von ±0,1 mm in Tiefe (10–20 mm) und Breite (15–30 mm), um sie an den Führungsstiften des oberen Rahmens auszurichten.
Bearbeitung der Innenfläche und der Montageschnittstelle:
Die Innenfläche (die mit der Schüsselauskleidung zusammenpasst) wird fertiggedreht, um eine Oberflächenrauheit von Ra3,2 μm und eine Kegelwinkeltoleranz von ±0,1° zu erreichen und so eine korrekte Passung mit der Schüsselauskleidung sicherzustellen.
Schwalbenschwanznuten werden mit einer CNC-Räummaschine präzise in die Innenfläche eingearbeitet, wobei die Abmessungen (Tiefe, Breite) auf ±0,05 mm genau kontrolliert werden, um eine sichere Befestigung der Laufbuchse zu gewährleisten.
Flansch- und Bolzenlochbearbeitung:
Der obere Klemmflansch wird mit einer CNC-Schleifmaschine auf Ebenheit (≤0,05 mm/m) und Rechtwinkligkeit zur Schüsselachse (≤0,1 mm/100 mm) fertigbearbeitet.
Die Bolzenlöcher werden mit einer Toleranz der Klasse 6H gebohrt und mit Gewinden versehen, mit einer Positionsgenauigkeit (±0,2 mm) relativ zur Flanschmittellinie, um eine gleichmäßige Klemmkraft auf die Schüsselauskleidung sicherzustellen.
Oberflächenbehandlung:
Die Außenfläche ist mit einer Epoxidgrundierung und einer Polyurethan-Deckschicht (Gesamtdicke 100–150 μm) beschichtet, um Korrosion in rauen Bergbauumgebungen zu widerstehen.
Die Gewindeoberflächen sind mit einem Festfressen verhindernden Mittel behandelt, um eine reibungslose Einstellung zu ermöglichen und ein Festfressen zu verhindern.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Durch Analyse der chemischen Zusammensetzung (mittels optischer Emissionsspektrometrie) wird bestätigt, dass der Gussstahl den Spezifikationen entspricht (z. B. ZG35CrMo: C 0,32–0,40 %, Cr 0,8–1,1 %).
Zugversuche an Gussproben bestätigen eine Zugfestigkeit von ≥700 MPa und eine Dehnung von ≥15 %.
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft kritische Abmessungen: Außendurchmesser (±0,5 mm), innerer Kegelwinkel (±0,1°), Gewindeparameter und Flanschebenheit.
Ein Laserscanner überprüft das Gesamtprofil und stellt die Übereinstimmung mit dem 3D-CAD-Modell sicher.
Strukturelle Integritätsprüfung:
Eine Ultraschallprüfung (UT) wird am Schüsselkörper und an den Rippen durchgeführt, um innere Defekte zu erkennen (z. B. werden Schrumpfporen >φ5 mm abgelehnt).
Bei der Magnetpulverprüfung (MPT) wird in stark beanspruchten Bereichen (Gewindewurzeln, Flanschkanten) auf Oberflächenrisse geprüft. Jeder lineare Defekt von weniger als 1 mm führt zur Ablehnung.
Mechanische Leistungsprüfung:
Durch Härteprüfungen (Brinell) wird sichergestellt, dass die Schüssel eine Härte von 180–230 HBW aufweist, wodurch Festigkeit und Bearbeitbarkeit im Gleichgewicht bleiben.
Bei der Belastungsprüfung werden 120 % der Nenndruckkraft über hydraulische Pressen aufgebracht. Die Kontrolle nach der Prüfung zeigt, dass keine bleibende Verformung vorliegt (Durchbiegung ≤ 0,3 mm).
Montage und Funktionsprüfung:
Eine Probemontage mit der Schalenauskleidung und dem Einstellring bestätigt die richtige Ausrichtung: Die Auskleidung sitzt sicher in den Schwalbenschwanznuten und der Einstellring dreht sich reibungslos, ohne zu klemmen.
Die Auslassöffnung wird gemessen, um sicherzustellen, dass sie der Konstruktionsgröße entspricht (Toleranz ±2 mm), wodurch der ordnungsgemäße Materialfluss sichergestellt wird.
Durch diese Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse erreicht die Kegelbrecherschüssel die strukturelle Festigkeit, Maßgenauigkeit und Zuverlässigkeit, die erforderlich sind, um extremen Brechkräften standzuhalten und einen effizienten und langfristigen Betrieb im Bergbau, Steinbruch und bei der Verarbeitung von Zuschlagstoffen zu gewährleisten.
