Kegelbrecher der CS-Serie

Oberer Rahmen: Der Oberrahmen besteht aus hochfestem Gussstahl (z. B. ZG270–500) und ist zylindrisch gestaltet. Er verfügt über einen Flansch an der Oberseite, der als Anschlusspunkt für den Einfülltrichter dient. Die Innenwand des Oberrahmens ist sorgfältig bearbeitet, um die feste Kegelauskleidung präzise aufzunehmen. Um die strukturelle Integrität zu verbessern und den erheblichen Quetschkräften standzuhalten, sind radiale Verstärkungsrippen integriert. Diese Rippen, typischerweise mit einer Dicke von 40–100 mm, sind strategisch platziert, um die Last gleichmäßig zu verteilen und so die Langlebigkeit des Rahmens zu gewährleisten.

Unterer Rahmen: Der untere Rahmen aus hochbelastbarem Stahlguss (z. B. ZG35CrMo) bildet das Fundament des Brechers. Er beherbergt wichtige Komponenten wie die Exzenterwellenhülse, das Hauptwellenlager und bei einigen Modellen auch Hydraulikzylinder. Dieser Rahmen wird mit Ankerbolzen (üblicherweise im Bereich von M30 bis M60) sicher am Fundament befestigt. Der untere Rahmen enthält außerdem interne Ölkanäle, die für die ordnungsgemäße Schmierung beweglicher Teile, die Reduzierung der Reibung und einen reibungslosen Betrieb unerlässlich sind.

Beweglicher KegelDer bewegliche Kegel ist ein kritischer Teil des Brechmechanismus. Er besteht aus einem geschmiedeten 42CrMo-Kegelkörper und einer verschleißfesten Auskleidung. Der Kegelkörper ist präzise geschmiedet, wobei sein kugelförmiger Boden eng an das Kugellager der Hauptwelle anschließt. Dies ermöglicht eine gleichmäßige und flexible Schwingbewegung während des Betriebs. Die verschleißfeste Auskleidung aus hochchromhaltigem Gusseisen (Cr20) oder Manganstahl (ZGMn13) wird mittels Zinklegierungsguss am Kegelkörper befestigt. Dieses Verfahren gewährleistet eine dichte und sichere Verbindung. Die verschleißfeste Schicht hat typischerweise eine Dicke von 30 bis 80 mm, um den abrasiven Kräften des Brechprozesses standzuhalten.

Fester Kegel (konkav): Der Festkegel, auch Konkav genannt, ist eine ringförmige Auskleidung, die an der Innenwand des oberen Rahmens montiert ist. Er ist üblicherweise in 3 bis 6 Segmente unterteilt, was Installation und Austausch vereinfacht. Das Material des Festkegels ist das gleiche wie das der beweglichen Kegelauskleidung und sorgt so für hohe Verschleißfestigkeit. Jedes Segment verfügt über ein sorgfältig gestaltetes Hohlraumprofil mit einem Winkel von typischerweise 18° bis 25°. Die ineinandergreifenden Strukturen zwischen den Segmenten verhindern Materialaustritt und gewährleisten so eine effiziente und gleichmäßige Zerkleinerung.

Exzenterwellenhülse: Die Exzenterwellenhülse aus Stahlguss (ZG35CrMo) ist eine Schlüsselkomponente für die Schwingung der Hauptwelle. Ihre Exzentrizität liegt typischerweise zwischen 10 und 30 mm und bestimmt die Schwingweite des beweglichen Kegels. Die Außenfläche der Exzenterwellenhülse ist mit einem großen Kegelrad aus 20CrMnTi-Legierungsstahl ausgestattet, das einer Aufkohlungs- und Abschreckbehandlung unterzogen wurde. Diese Behandlung erhöht die Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit des Zahnrads und gewährleistet eine zuverlässige Kraftübertragung.

Kegelradpaar: Das Kegelradpaar besteht aus einem kleinen Kegelrad, das auf der Eingangswelle montiert ist, und einem großen Kegelrad, das auf der Exzenterwellenhülse befestigt ist. Es ist für die Kraftübertragung vom Motor verantwortlich. Das Übersetzungsverhältnis wird sorgfältig ausgewählt und liegt normalerweise im Bereich von 1:4 bis 1:6, um die gewünschte Drehzahl und das gewünschte Drehmoment für die Exzenterwellenhülse zu erreichen.

Motor und Keilriemenantrieb: Ein Frequenzumrichtermotor mit einer Leistung von typischerweise 160 bis 630 kW dient als Antriebsquelle für den Brecher. Der Motor ist über Keilriemen mit der Antriebswelle verbunden, die Riemenscheibendrehzahl kann im Bereich von 980 bis 1480 U/min eingestellt werden. Dieses drehzahlvariable Antriebssystem ermöglicht einen flexiblen Betrieb und ermöglicht die Anpassung des Brechers an unterschiedliche Materialien und Produktionsanforderungen.

Hydraulische Verstelleinheit: Einige moderne Modelle der CS-Serie verfügen über eine hydraulische Verstelleinheit. Diese besteht typischerweise aus 6–12 Hydraulikzylindern, die um den unteren Rahmen angeordnet sind. Diese Zylinder arbeiten mit einem Arbeitsdruck von 16–25 MPa und dienen zur Verstellung der Auslassöffnungsgröße, die zwischen 5 und 50 mm liegen kann. Integrierte Positionssensoren gewährleisten eine präzise Steuerung der Auslassöffnungsbreite mit einer Genauigkeit von ±0,1 mm.

Sicherheitssystem: Der Brecher ist mit einem Überlastschutz ausgestattet. Bei Modellen mit Hydraulikzylindern schützen Druckbegrenzungsventile vor Überlastung. Gelangen nicht zerkleinerbare Materialien, wie z. B. Metallgegenstände, in den Brechraum, ziehen sich die Hydraulikzylinder zurück und erweitern die Auswurföffnung, um die Fremdkörper ausstoßen zu können. Sobald die Verstopfung beseitigt ist, kehren die Zylinder automatisch in ihre Ausgangsposition zurück. Bei herkömmlichen Modellen mit Federmechanismus dient ein Satz Federn (meist 16 Paar Hochleistungsfedern aus legiertem Stahl) als Überlastschutz. Bei übermäßiger Krafteinwirkung spannen sich die Federn zusammen, wodurch die beweglichen Teile wieder beweglich werden und Schäden am Brecher vermieden werden.

Intelligenter Schaltschrank: Einige moderne Kegelbrecher der CS-Serie sind mit einem intelligenten Schaltschrank ausgestattet. Dieser basiert auf einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), die verschiedene Parameter wie Temperatur, Druck und Stromverbrauch überwacht. Er ermöglicht außerdem die Fernsteuerung und bietet Fehlerdiagnosefunktionen, sodass Bediener auftretende Probleme während des Betriebs schnell erkennen und beheben können.

Dünnschichtölschmierung: Ein unabhängiges Dünnschichtöl-Schmiersystem sorgt für den reibungslosen Betrieb kritischer Komponenten. Dieses System verfügt über Doppelpumpen zur Redundanz, Kühler zur Regulierung der Öltemperatur und Filter zur Entfernung von Verunreinigungen. Das System zirkuliert ISO VG 46-Öl zu Lagern und Getrieben, hält einen Öldruck im Bereich von 0,2 bis 0,4 MPa und die Öltemperatur unter 55 °C.

Staubdichte StrukturUm zu verhindern, dass Staub in den Brecher eindringt und dessen Leistung beeinträchtigt, ist eine umfassende Staubschutzkonstruktion implementiert. Diese umfasst typischerweise eine Kombination aus Labyrinthdichtungen, Öldichtungen und einem Luftspülsystem. Das Luftspülsystem, das mit einem Druck von 0,3 bis 0,5 MPa arbeitet, erzeugt einen Überdruck im Brecher und verhindert so das Eindringen von Staub. In Umgebungen mit hoher Staubbelastung können einige Modelle zusätzlich mit einer Wassersprühfunktion ausgestattet werden, um die Staubentwicklung zusätzlich zu unterdrücken.

Musterherstellung: Für den Guss des Rahmens werden hochpräzise Modelle erstellt. In der modernen Fertigung werden häufig 3D-gedruckte Harzmodelle verwendet. Diese Modelle werden mit Schrumpfungstoleranzen von typischerweise 1,2 bis 1,5 % entworfen, um die während des Gussprozesses auftretenden Maßänderungen zu berücksichtigen. Die Modelle enthalten auch alle komplizierten Details wie Rippenstrukturen und Ölkanäle mit hoher Genauigkeit.

Formen: Für den Rahmenguss werden üblicherweise harzgebundene Sandformen verwendet. Der Formhohlraum wird mit einer feuerfesten Beschichtung auf Zirkoniumbasis beschichtet, die typischerweise 0,2 bis 0,3 mm dick ist. Diese Beschichtung verbessert die Oberflächenbeschaffenheit des Gussteils und trägt zur Reduzierung von Defekten bei. Kerne werden verwendet, um die inneren Hohlräume, wie z. B. die Ölkanäle, zu formen und so die korrekte Ausrichtung und Maßgenauigkeit zu gewährleisten.

Schmelzen und Gießen:

Für Stahlguss ZG270–500 werden die Rohstoffe in einem Induktionsofen geschmolzen. Die Schmelztemperatur wird sorgfältig im Bereich von 1520–1560 °C kontrolliert. Zur weiteren Verbesserung der Gussqualität kann vakuumunterstütztes Gießen eingesetzt werden. Der geschmolzene Stahl wird dann bei einer Temperatur von 1480–1520 °C in die Form gegossen. Dabei wird die Gießgeschwindigkeit streng kontrolliert, um Turbulenzen und die Bildung von Einschlüssen zu vermeiden.

Bei ZG35CrMo-Stahlguss werden während des Schmelzprozesses Chrom (0,8 – 1,2 %) und Molybdän (0,2 – 0,3 %) hinzugefügt, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Die Gießtemperatur für ZG35CrMo beträgt typischerweise 1500 – 1540 °C.

WärmebehandlungNach dem Gießen durchläuft der Rahmen eine Reihe von Wärmebehandlungsprozessen. Zunächst erfolgt eine Normalisierung bei 880–920 °C, gefolgt von einer Luftkühlung. Dieser Prozess verfeinert die Kornstruktur des Metalls. Anschließend wird bei 550–600 °C getempert, um innere Spannungen abzubauen und einen Härtebereich von 180–220 HB zu erreichen. Dies gewährleistet die strukturelle Integrität und Haltbarkeit des Rahmens.

Formen: Das Schalenformen mit Phenolharz als Bindemittel ist ein bevorzugtes Verfahren zum Gießen der Exzenterwellenhülse. Dieses Verfahren bietet eine hohe Maßgenauigkeit mit Toleranzen von ±0,1 mm an der Exzenterbohrung. Die Schalenform sorgt für eine glatte Oberfläche, wodurch aufwändige Nachbearbeitungen vermieden werden.

Gießen und Wärmebehandlung: Der geschmolzene ZG35CrMo-Stahl wird bei einer Temperatur von 1500–1540 °C in die Schalenform gegossen. Nach dem Gießen wird die Exzenterwellenhülse in Öl bei 850 °C abgeschreckt, um die Oberfläche zu härten. Anschließend erfolgt ein Anlassen bei 580 °C, um die gewünschte Kombination aus Härte (HB 220–260) und Zugfestigkeit (≥ 785 MPa) zu erreichen und so die Widerstandsfähigkeit unter hochbelasteten Betriebsbedingungen sicherzustellen.

Schmieden: Der 42CrMo-Stahlblock wird zunächst in einem Gasofen auf 1150–1200 °C erhitzt. Diese hohe Temperatur macht den Stahl formbar und ermöglicht effizientes Schmieden. Anschließend wird der Block einer Reihe von Stauch- und Schmiedevorgängen unterzogen, um ihn in die konische Form mit kugelförmiger Basis zu bringen. Diese Schmiedeprozesse stellen sicher, dass die Metallkornströmung in Spannungsrichtung ausgerichtet ist, was die mechanischen Eigenschaften des beweglichen Kegelkörpers verbessert.

Wärmebehandlung: Nach dem Schmieden wird der bewegliche Kegelkörper in 840 °C heißem Wasser abgeschreckt, wodurch das Metall schnell abkühlt und härtet. Anschließend erfolgt ein Anlassen bei 560 °C, um innere Spannungen abzubauen und eine Härte von HRC 28–32 sowie eine Zugfestigkeit von ≥ 900 MPa zu erreichen. Dies gewährleistet die erforderliche Festigkeit und Zähigkeit für den Einsatz im Brecher.

Schruppbearbeitung: CNC-Fräsmaschinen formen zunächst die Flansche und Rippen des Rahmens. Dabei wird eine Bearbeitungszugabe von 2 - 3 mm an den später zu bearbeitenden Flächen belassen. Anschließend werden mit Bohrmaschinen die Lagersitze gefertigt. Die Maßtoleranzen von IT7 gewährleisten einen passgenauen Lagersitz.

Präzisionsbearbeitung: Die Flanschflächen werden geschliffen, um eine Ebenheit von ≤0,1 mm/m und eine Oberflächenrauheit von Ra1,6 μm zu erreichen. Diese glatte Oberfläche ist entscheidend für eine einwandfreie Abdichtung und mechanische Verbindung. Schraubenlöcher, typischerweise im Bereich von M30 bis M60, werden mit einer Gewindetoleranz von 6H gebohrt und mit Gewinden versehen. Die präzise Positionierung dieser Schraubenlöcher ist mit einer Genauigkeit von ±0,1 mm gewährleistet, um eine sichere Befestigung verschiedener Komponenten zu ermöglichen.

Drehen: CNC-Drehmaschinen bearbeiten den Außendurchmesser und die exzentrische Bohrung der Wellenhülse. Beim Drehen wird ein Toleranzbereich von 0,5 mm für nachfolgende Schleifvorgänge belassen. Die Exzentrizität der Bohrung wird mit einer Messuhr sorgfältig überwacht, um sicherzustellen, dass sie den Konstruktionsanforderungen mit einer Toleranz von ±0,05 mm entspricht.

Schleifen: Der Außendurchmesser und die Exzenterbohrung werden geschliffen, um eine Maßtoleranz von IT6 und eine Oberflächenrauheit von Ra0,8 μm zu erreichen. Die Zahnrad-Montagefläche wird ebenfalls bearbeitet, um die Rechtwinkligkeit zur Achse mit einer Toleranz von ≤0,02 mm/100 mm zu gewährleisten. Diese hochpräzise Bearbeitung ist für den reibungslosen Betrieb der Exzenterwellenhülse und das einwandfreie Ineinandergreifen der Kegelräder unerlässlich.

Mahlen: CNC-Bearbeitungszentren werden verwendet, um die konische Oberfläche des beweglichen Kegels zu formen. Der Kegelwinkel wird mit einer Toleranz von ±0,05° eingehalten, und die Oberflächenrauheit beträgt Ra3,2 μm. Die sphärische Basis des beweglichen Kegels wird ebenfalls bearbeitet, um eine optimale Passung mit dem Kugellager zu gewährleisten.

Liner-Montagefläche: Die Oberfläche, auf der die verschleißfeste Auskleidung montiert wird, wird auf eine Ebenheit von ≤0,1 mm/m bearbeitet. Diese ebene Oberfläche ist für den Zinklegierungsgussprozess erforderlich, bei dem die Auskleidung am Konuskörper befestigt wird und eine dichte und gleichmäßige Verbindung gewährleistet wird.

Materialprüfung:

Alle Guss- und Schmiedeteile werden spektrometrischen Analysen unterzogen, um ihre chemische Zusammensetzung zu überprüfen. Beispielsweise sollte bei ZG35CrMo der Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,32 bis 0,40 % und der Mangangehalt zwischen 0,5 und 0,8 % liegen. Jede Abweichung von diesen angegebenen Bereichen kann die mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigen.

Zug- und Schlagprüfungen werden an Prüflingen aus derselben Materialcharge durchgeführt. Für 42CrMo-Schmiedeteile sollte die Streckgrenze ≥785 MPa und die Schlagenergie ≥60 J/cm² betragen. Diese Prüfungen stellen sicher, dass die Materialien den hohen Belastungen während des Brecherbetriebs standhalten.

Maßprüfung:

Koordinatenmessgeräte (KMG) werden zur Messung wichtiger Komponentenmaße eingesetzt. Dazu gehört die Messung der Exzentrizität der Exzenterwellenhülse, der Konizität des beweglichen Kegels und der Position der Schraubenlöcher. Das KMG liefert hochpräzise Messungen mit einer Toleranz von ±0,05 mm und stellt sicher, dass die Komponenten bei der Montage korrekt zusammenpassen.

Mithilfe der Laserscantechnologie wird außerdem das Profil des Brechraums ermittelt, der durch den beweglichen und den festen Kegel gebildet wird. Diese Technologie ermöglicht einen präzisen Vergleich des tatsächlichen Profils mit den Konstruktionsspezifikationen und stellt so einen konsistenten und effizienten Brechprozess sicher.

Zerstörungsfreie Prüfung (NDT):

Die Ultraschallprüfung (UT) dient der Erkennung innerer Defekte in Gussteilen, wie z. B. Rahmen und Exzenterwellenhülsen. Defekte mit einem Durchmesser von mehr als 3 mm gelten als inakzeptabel, da sie die strukturelle Integrität des Bauteils beeinträchtigen können.

Schmiedeteile wie die Hauptwelle und der bewegliche Kegelkörper werden mittels Magnetpulverprüfung (MPT) auf Oberflächen- und oberflächennahe Risse untersucht. Risse, die länger als 1 mm sind, werden abgelehnt, da sie im Betrieb zu schwerwiegenden Ausfällen führen können.

Leistungstests:

Rotorbaugruppen wie die Exzenterwellenhülse und die daran befestigten Komponenten werden dynamisch ausgewuchtet. Ziel des Auswuchtprozesses ist die Güte G2,5, die ein Vibrationsniveau von ≤2,5 mm/s im Betrieb gewährleistet. Dieser vibrationsarme Betrieb reduziert den Verschleiß der Komponenten und verbessert die Gesamtstabilität des Brechers.

Ein 48-stündiger Belastungstest wird mit Standardmaterialien wie Granit durchgeführt. Dabei werden Parameter wie Produktionskapazität, Partikelgrößenverteilung und Auskleidungsverschleiß genau überwacht. Die Produktionskapazität sollte den modellspezifischen Vorgaben entsprechen, die Partikelgrößenverteilung im Auslauf sollte im gewünschten Bereich liegen und die Auskleidungen sollten einen gleichmäßigen Verschleiß aufweisen, um eine langfristige Leistung zu gewährleisten.

Vorbereitung des Fundaments: Ein Betonfundament der Güte C30 wird vorbereitet. Eingebettete Ankerbolzen werden in das Fundament eingebracht und die Ebenheit der Fundamentoberfläche sorgfältig geprüft, um sicherzustellen, dass sie ≤0,1 mm/m beträgt. Der Beton wird anschließend 28 Tage lang ausgehärtet, um seine volle Festigkeit zu erreichen.

Installation des unteren Rahmens: Der untere Rahmen wird mit geeigneter Hebevorrichtung auf dem Fundament in Position gebracht. Unterlegscheiben dienen zur Nivellierung des Rahmens, und die Ankerschrauben werden zunächst mit 30 % ihres endgültigen Drehmoments angezogen. Dieses anfängliche Anziehen ermöglicht kleinere Anpassungen bei späteren Installationsschritten.

Exzenterhülse und Hauptwellenbaugruppe: Die Exzenterhülse wird in den unteren Rahmen eingebaut und die Hauptwelle vorsichtig in die Hülse eingeführt. Alle Lager werden vor dem Einbau gründlich mit dem entsprechenden Schmiermittel geschmiert, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten.

Installation eines beweglichen Kegels: Der bewegliche Kegel wird angehoben und präzise mit der Hauptwelle verbunden. Während der Montage der verschleißfesten Auskleidung auf dem beweglichen Kegel wird eine Zinklegierung zwischen Kegelkörper und Auskleidung gegossen. Die Zinklegierung wird auf eine Temperatur von 450 - 500 °C erhitzt, um eine einwandfreie Verbindung und einen festen Sitz zu gewährleisten.