Die Exzenterwelle, ein Kernbestandteil von Backenbrechern, wandelt die Drehbewegung über ihre exzentrische Struktur, bestehend aus Haupt-/Exzenterwellenhälsen, einem Wellenkörper und Übergangsrundungen, in die Hin- und Herbewegung der schwingenden Backe um. Sie besteht aus hochfesten Legierungen (z. B. 40CrNiMo) und wird geschmiedet (oder bei kleinen Modellen gegossen), präzisionsbearbeitet (Schleifen auf IT6-Toleranz) und wärmebehandelt (Abschrecken/Anlassen), um die Festigkeit zu erhöhen (Zugfestigkeit ≥ 800 MPa).
Die Qualitätskontrolle umfasst die Überprüfung der Materialzusammensetzung, UT/MT auf innere/oberflächliche Defekte und eine dynamische Unwuchtprüfung (Restunwucht ≤10 g·cm). Mit einer Lebensdauer von 5–8 Jahren gewährleistet es einen stabilen Brecherbetrieb unter hoher Belastung.
Detaillierte Einführung in die Exzenterwellenkomponente von Backenbrechern
Die Exzenterwelle ist das Herzstück eines Backenbrechers und im Lagergehäuse des Rahmens montiert. Ein Ende ist mit dem Schwungrad verbunden, das andere wird über eine Riemenscheibe vom Motor angetrieben. Ihre exzentrische Struktur treibt die schwingende Backe an und führt während der Rotation periodische Hin- und Herbewegungen aus. Sie dient als zentrale Kraftübertragungskomponente für die Materialzerkleinerung. Die Exzenterwelle muss enormen Biege-, Drehmoment- und Stoßbelastungen standhalten und erfordert daher extrem hohe Materialfestigkeit, Bearbeitungspräzision und strukturelle Stabilität.
I. Zusammensetzung und Aufbau der Exzenterwelle
Die Konstruktion der Exzenterwelle sorgt für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kraftübertragungseffizienz und Ermüdungsbeständigkeit. Zu den Hauptkomponenten und Konstruktionsmerkmalen gehören:
Wellenhälse: Unterteilt in Hauptwellenhals und Exzenterwellenhals. Der Hauptwellenhals ist ein zylindrisches Teil, das zum Lagergehäuse des Rahmens passt und als Rotationszentrum dient. Er erfordert hohe Zylindrizität und Oberflächenpräzision. Der Exzenterwellenhals ist mit dem Schwenkbackenlager verbunden, wobei seine Achse um eine Exzentrizität (typischerweise 1/4–1/3 des Wellendurchmessers) von der Achse des Hauptwellenhalses versetzt ist. Diese Exzentrizität wandelt die Drehbewegung in die Schwenkbewegung der beweglichen Backe um.
Wellenkörper: Das Zwischenstück zwischen Hauptwellenhals und Exzenterwellenhals, oft gestuft oder zylindrisch. Große Exzenterwellen können Gewichtsreduzierungsnuten am Wellenkörper aufweisen (Gewichtsreduzierung ohne Beeinträchtigung der Festigkeit). Einige Wellenkörper verfügen über Passfedernuten zur Positionierung von Schwungrädern oder Riemenscheiben.
Übergangsrundungen: Verbindungen zwischen dem Hauptwellenhals, dem exzentrischen Wellenhals und dem Wellenkörper verwenden Übergangsrundungen mit großem Radius (normalerweise R ≥ 5 mm), um die Spannungskonzentration zu verringern und Ermüdungsbrüche zu verhindern (dies sind strukturell schwache Bereiche).
Stirnflächen: Beide Stirnflächen der Welle sind plan bearbeitet und dienen als Positionierungsreferenzen für Schwungräder und Riemenscheiben. Einige Stirnflächen haben Zentrierlöcher (zur Positionierung der Kausche während der Bearbeitung).
Die Exzenterwelle besteht typischerweise aus hochfestem legiertem Baustahl. Kleine bis mittelgroße Brecher verwenden 45#-Stahl (nach dem Abschrecken und Anlassen), während mittelgroße bis große Maschinen 40CrNiMo, 35CrMo oder andere legierte Stähle (geschmiedet und angelassen) verwenden, die eine Zugfestigkeit ≥ 800 MPa, eine Streckgrenze ≥ 600 MPa und eine Aufprallenergie (-20 °C) ≥ 40 J gewährleisten.
II. Gießprozess der Exzenterwelle
Exzenterwellen werden meist durch Schmieden hergestellt (beim Gießen sind die hohen Festigkeitsanforderungen nur schwer zu erfüllen), aber auch für einige kleine, einfache Geräte wird Guss verwendet. Details des Gießprozesses sind wie folgt:
Formvorbereitung
Es wird Sandguss (Harzsand) verwendet. Basierend auf der Wellenstruktur werden Holz- oder Metallmodelle hergestellt, mit einer Toleranz von 8–12 mm für das Schmieden/Bearbeiten (unter Berücksichtigung der Schrumpfung beim Guss und der anschließenden Bearbeitungsanforderungen).
Der Formhohlraum ist mit einem geeigneten Anguss- und Steigrohrsystem ausgestattet, um eine vollständige Füllung mit geschmolzenem Metall zu gewährleisten. Große Schächte werden schrittweise gegossen, um Lunker und Porosität zu vermeiden.
Schmelzen und Gießen
Hochwertiges Roheisen und Stahlschrott mit niedrigem Phosphor- und Schwefelgehalt werden in einem Mittelfrequenzofen geschmolzen, wodurch legierter Gussstahl (z. B. ZG35CrMo) mit kontrollierter chemischer Zusammensetzung (C: 0,32–0,40 %, Cr: 0,8–1,1 %, Mo: 0,15–0,25 %) entsteht.
Die Gießtemperatur wird auf 1520–1560 °C geregelt. Durch Bodengießen wird eine stabile Füllung gewährleistet und das Einbringen von Gasen oder Einschlüssen verhindert.
Ausschütteln und Wärmebehandlung
Nach dem Abkühlen auf unter 300 °C wird das Gussstück ausgeschlagen. Die Steigrohre werden entfernt und es erfolgt ein Glühen (Erhitzen auf 650–700 °C, 4–6 Stunden halten, dann langsam abkühlt), um Gussspannungen zu beseitigen.
Nach der Grobbearbeitung werden Abschrecken und Anlassen durchgeführt: Erhitzen auf 850–880 °C zum Abschrecken in Öl, gefolgt von Anlassen bei 550–580 °C, um eine angelassene Sorbitstruktur mit einer Härte von 220–260 HBW und einer Zugfestigkeit ≥ 700 MPa zu erhalten.
III. Herstellungsprozess der Exzenterwelle (Schmiedeteile)
Schmiedeprozess
Hochwertige Baustahlblöcke aus legiertem Stahl (z. B. 40CrNiMo) werden auf 1100–1200 °C erhitzt und einem Freischmiedeverfahren unterzogen. Dabei werden Zieh- und Stauchprozesse eingesetzt, um die Form zu erhalten und so die innere Dichte und das Fehlen von Schmiederissen sicherzustellen.
Nach dem Schmieden wird ein Kugelglühen (bei 780–800 °C gehalten, langsam abgekühlt) durchgeführt, um die Härte zu verringern und die Bearbeitbarkeit zu verbessern.
Schruppbearbeitung
Der Hauptwellenhals, der Exzenterwellenhals und der Wellenkörper werden auf einer Drehbank oder CNC-Drehmaschine vorgedreht, wobei eine Endbearbeitungstoleranz von 3–5 mm verbleibt und die Durchmessertoleranz auf ±1 mm kontrolliert wird.
In die Wellenenden werden Zentrierlöcher gebohrt, die als Positionierungsreferenzen für die nachfolgende Bearbeitung dienen.
Vorschlichten
Mithilfe von Zentrierbohrungen zur Positionierung werden die Haupt- und Exzenterwellenhälse auf nahezu Konstruktionsmaße fertiggedreht (0,5–1 mm Schleifzugabe verbleiben), wobei eine Zylindrizität ≤ 0,1 mm und eine Exzentrizitätsabweichung ≤ 0,05 mm sichergestellt wird.
Passfedernuten werden gefräst: auf dem Wellenkörper oder den Enden mit einer Breitentoleranz von ±0,05 mm, einer Tiefentoleranz von ±0,1 mm und einer Nutgrundrauheit von Ra ≤ 6,3 μm bearbeitet.
Fertigstellung
Schleifen von Haupt- und Exzenterwellenhälsen: Außenrundschleifmaschinen werden eingesetzt, um die Maßtoleranz IT6, eine Oberflächenrauheit Ra ≤ 0,8 μm, eine Rundheit ≤ 0,005 mm und eine Achsengeradheit ≤ 0,01 mm/m zu erreichen.
Präzisionsschleifen der Stirnflächen: Sicherstellung der Rechtwinkligkeit zur Achse ≤ 0,02 mm/100 mm.
IV. Qualitätskontrollprozess der Exzenterwelle
Materialprüfung
Vor dem Schmieden/Gießen wird eine Spektralanalyse der Rohstoffe durchgeführt, um die Einhaltung der chemischen Zusammensetzung zu überprüfen. An den Proben werden Zug- und Schlagprüfungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass die mechanischen Eigenschaften den Normen entsprechen (z. B. erfordert 40CrNiMo nach dem Anlassen eine Schlagenergie von ≥ 60 J).
Interne Qualitätsprüfung
An Schmiedeteilen wird eine 100%ige Ultraschallprüfung (UT) durchgeführt, um innere Defekte ≥ φ2 mm auszuschließen. Die Magnetpulverprüfung (MT) wird in Spannungskonzentrationsbereichen wie Wellenhals-Übergangsrundungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass keine Oberflächenrisse auftreten.
Präzisionsprüfung bei der Bearbeitung
Wellenhalsdurchmesser werden mit Mikrometern gemessen, Rundheit/Zylindrizität mit Messuhren. Die Exzentrizität wird mit einem Exzentrizitätsmessgerät geprüft, wobei eine Abweichung von ±0,03 mm vom Sollwert erforderlich ist.
Eine Koordinatenmessmaschine überprüft die Positionsgenauigkeit der Keilnut und stellt sicher, dass der Symmetriefehler mit der Achse ≤ 0,05 mm beträgt.
Überprüfung vor der Montage
Es werden dynamische Unwuchttests durchgeführt (Drehzahl ≥ 1500 U/min) mit einer Restunwucht ≤ 10 g·cm. Durch Probemontage mit Lagern und Schwungrädern wird das richtige Passungsspiel (H7/js6 für Hauptwellenhals und Lager) sichergestellt.
Durch eine strenge Prozesskontrolle behält die Exzenterwelle auch bei langfristigem Hochlastbetrieb ihre stabile Leistung bei und hat eine Lebensdauer von 5–8 Jahren (je nach Materialhärte und Wartungshäufigkeit). Damit ist sie eine Kernkomponente, die den kontinuierlichen Betrieb von Backenbrechern gewährleistet.
