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[Die Industrie der Steine + Erden]






Verschleißschutz und Verschleißteile in der Baustoffindustrie

In den Maschinen und Anlagen der Steine und Erden-Industrie treten sehr hohe Materialbeanspruchungen auf. In allen Arbeitsgängen sind Kleid- und Stoßverschleiß, Schlag- und Schieb-Beanspruchung, kombiniert mit hoher Deformation, zu finden. Neben Systemen zur Erkennung und Bewertung des Verschleißzustandes sind hochfeste und trotzdem leicht zu bearbeitende Stahlsorten an den verschleißintensivsten Stellen mehr denn je gefragt.



Wirtschaftlichkeit durch hochfeste Verschleißbleche

Hersteller wie SSAB Oxelösund AB, Schweden, führten in den letzten Jahren intensive und aufwendige Forschungen in Richtung Verschleißschutz durch. Dabei ging es vorrangig um praktische Feldversuche, unterstützt durch begleitende Labortests. Die Resultate erlauben jetzt einige Vorhersagen in Verschleißfragen und geben dem Praktiker Entscheidungshilfen bei der Wahl seiner Verschleiß-Schutz-Materialien.
Unter verschleißfesten Stählen versteht man heute fast immer vergütete Feinkornstähle. Dies gilt besonders bei gewalzten Grobblechen. Die früher verwendeten Güten mit einem hohen Kohlenstoffgehalt werden beim Härten sehr spröde und lassen sich nur unter großen Schwierigkeiten schweißen. Sogenannte Manganstähle mit etwa 12 Prozent Mangananteil brauchen Schläge oder Druck, um eine Kalkverfestigung in der Oberfläche zu bekommen. Ein gutes Einsatzbeispiel hierfür sind die Backen in einem Backenbrecher.
Moderne Verschleißbleche werden heute schon im Walzwerk gehärtet. Sie sind durch und durch hart und trotzdem zäh und gut schweißbar. Diese Kombination aus Härte, Zähigkeit und Schweißbarkeit ergibt sich aus dem Produktionsverfahren. Je schneller der Stahl gekühlt wird, um so weniger Legierungsanteile sind erforderlich, d. h. um so weniger spröde und um so besser schweißbar ist das Material. So erreicht man, dass Hardox 400 beispielsweise bei 20 mm Dicke ähnlich wie St 52-3 legiert ist. Außerdem zeichnet sich das Material wegen der niedrigen Legierungsanteile durch eine sehr hohe Zähigkeit aus. Das spezielle Herstellverfahren zeichnet sich auch im Bereich von Verformung auf. Das Material kann mit einem für Verschleißbleche ganz ungewöhnlich engen Biegeradius abgekantet werden.
Die zweite Güte Hardox 500 weist eine noch höhere Härte auf. Dies wird durch einen etwas höheren Kohlenstoffgehalt erreicht. Trotzdem ist Hardox 500 noch gut schweißbar und zeigt eine relativ hohe Kerbschlagzähigkeit.
Grundsätzlich kann über den Zusammenhang zwischen Härte und Standzeit (Verschleiß) selten eine exakte Vorhersage getroffen werden. Bei der Aufbereitung von Naturstein treten unterschiedliche Gesteinsarten und damit unterschiedliche Gesteinshärten auf. Selbst innerhalb einer Lagerstätte gibt es Unterschiede, welche Aggressivität und Abrasivität verändern. Zudem beeinflussen Materialgeschwindigkeiten, Wasser, chemische Vorgänge, Temperatur das Verschleißverhalten. Die Erfahrung zeigt aber, dass im Normalfall die Standzeiten der Verschleißteile mit zunehmender Härte deutlich vergrößert werden.



Schweißen eines Baggerlöffels aus Hardox 400. Bis 20 mm Blechdecke ist bei Hardox 400 keine Vorwärmung erforderlich. (Foto: SSAB Swedish Steel)<BR>
Schweißen eines Baggerlöffels aus Hardox 400.
Bis 20 mm Blechdecke ist bei Hardox 400 keine Vorwärmung erforderlich.
(Foto: SSAB Swedish Steel)





Tipps zur Bearbeitung

Bezüglich der Bearbeitung solcher hochfesten Verschleißstähle stehen die Themen Brennschneiden, Schweißen und Bohren an erster Stelle. Das Brennschneiden bereitet aufgrund der „mageren" Legierung keine Schwierigkeiten. Bis 30 mm Blechstärke erübrigt sich bei Hardox 400 eine Vorwärmung. Für größere Dicken empfiehlt der Hersteller eine Vorwärmung auf 75 °C bis 150 °C. Bei Hardox 500 muss aber, um Rissbildung zu vermeiden, immer auf eine gute Vorwärmung geachtet werden. Für das Schweißen wird vom Werk empfohlen, Zusatzwerkstoffe mit niedriger Festigkeit einzusetzen, welche die unvermeidlichen Schweißspannungen niedriger halten. In einer ausführlichen Schweißempfehlung werden hierzu weitere Einzelheiten genannt und viele verschiedene Elektroden bzw. Drähte vorgeschlagen. Wenn nicht besondere Voraussetzungen vorliegen, z. B. die Schweißnaht selbst dem Verschleiß ausgesetzt ist, kommt man meistens mit den Zusatzwerkstoffen, wie sie für St 52-3 eingesetzt werden, aus. Bis 20 mm Blechdecke ist bei Hardox 400 keine Vorwärmung erforderlich. Erst bei größeren Blechdicken und generell bei Hardox 500 werden Vorwärmtemperaturen von 100°C bis 150°C empfohlen. Übrigens kann Hardox aufgrund seiner Legierungsbestandteile sowohl mit hochfesten Stählen als auch mit einfachen Baustählen verschweißt werden.
Trotz der großen Härte kann man Hardox 400 noch gut bohren. Die besten Erfahrungen wurden mit kobaltlegierten Bohrern „HSS-Co" gemacht, wenn eine Schnittgeschwindigkeit von 10 m/min und ein Vorschub von 1 Prozent des Lochdurchmessers eingehalten wird (0,3 mm Vorschub bei 30 mm Lochdurchmesser). Auch Hardox 500 sollte man mit HSS-Co-Bohrern bei etwa halber Schnittgeschwindigkeit bearbeiten. Allerdings ist es vorteilhafter auf das Bohren in Hardox 500 zu verzichten. Stattdessen können Verschleißbleche auch eingeheftet werden. Dieses Verfahren ist oft billiger und verschleißfeste Schrauben sind überflüssig. Mit einer einfachen Trennscheibe lässt sich die Verbindung leicht wieder lösen. Neuerdings werden auch Gewinde werkseitig direkt in die Hardox-Bleche geschnitten. Auf diesem Wege lassen sich Arbeitsgänge, wie das Senkbohren, einsparen.



Wendezähne sind wirtschaftlicher

Zahnsysteme spielen unabhängig von der Größe eines Baggers oder Radladers eine wichtige Rolle beim Erbringen der gewünschten Leistungen. Abgenutzte Zähne verhindern ein zügiges Füllen des Ladegefäßes, sie verlängern die Ladespiele und sie sind für einen erhöhten Treibstoff- und Reifenverschleiß verantwortlich.
Zahnsysteme für Baumaschinen werden grundsätzlich in solche mit und ohne Zahnhalter unterteilt. Diejenigen mit Halter bestehen aus Zahnhaltern, welche auf die Schaufel geschweißt werden. An diese werden die unterschiedlichen Zähne mit Bolzen, Splinten, Keilen oder anderen lösbaren Verbindungen befestigt. Die andere Gruppe sind die halterlosen Systeme, die direkt mit der Schneide verbunden werden. Dies geschieht entweder mit Bolzen / Mutter oder wie bei dem von Kamatsu angebotenen KVX-System, mit konischen Bolzen. Das in Norwegen gefertigte System, dass Komatsu in einem Joint-Venture-Unternehmen mit dem norwegischen Hersteller Kverneland produziert, hat sich bei Hydraulikbaggern mit Gewichten bis weit über 100 t Gewicht bewährt. Das KVX-System wird aufgrund des hochfesten Sagitta-Stahles mit seiner extremen Härte von bis zu 630 Brinell-Härte speziell für die Gewinnungs-Industrie empfohlen. Besonderes Merkmal des KVX-Systemes sind die aufgrund ihrer speziellen Form wendbaren Zähne und Verschleißplatten. Da sich die Zähne im Laufe der Einsatzzeit selbst im Material formen und schärfen, ist ihre Oberfläche sehr klein und verändert sich im Laufe des Einsatzes nicht, sondern bleibt wegen des „sich ständig Schärfens" immer gleich. Da die KVX-Zähne mit dem Ladegefäß verschraubt werden, können keine Halter oder Keile während des Ladebetriebes abfallen und so den Brecher oder nachgeschaltete Verarbeitungsanlagen beschädigen.
Bei der Erst-Montage wird lediglich die Schneide an das Ladegefäß angeschweißt. Anschließend werden die Zähne mit dem einfachen Bolt-On-Prinzip an der Schneide befestigt. Grundsätzlich müssen die Schrauben zum Halten der Zähne mit sehr hohen Drehmomenten angezogen werden. Das KVX-System wird für alle Komatsu-Bagger- und Radlader angeboten. Dabei lassen sich für verschiedene Einsatzbedingungen und Ausrüstungsvarianten jeweils entsprechend optimierte Systeme konfigurieren. Bei besonders abrasiven Material sollte eine Kombination aus Zähnen und Verschleißplatten zum Einsatz kommen. Bei weniger anspruchsvollen Material reichen oft auch nur Zähne. Besonders beim Einsatz von Radladern im Recyclingbereich hat sich das Kombi-System sehr gut bewährt.



Gelenkspiel vermeiden

Gelenkspiel entsteht mit der Zeit an allen Maschinen und Aggregaten mit mechanischen Gelenken. Auch bei engen Fertigungstoleranzen entsteht Spiel in den Bohrungen der Befestigungshülsen. Der Verschleiß nimmt zu und die Bohrungen werden unrund. Eine konventionelle Reparatur ist kompliziert, teuer und zeitaufwendig. Die Maschine muss außer Betrieb gesetzt und in die Werkstatt gebracht werden. Die Bohrungen der Befestigungsölsen müssen nachgearbeitet werden, um die ursprüngliche Durchmessertoleranz wieder zu erhalten. Trotz dieser kostenintensiven Maßnahme ist das Problem nicht dauerhaft gelöst. Das Gelenkspiel wird wieder auftreten. Mit dem Expander-Bolzen kann das Problem schnell und dauerhaft gelöst werden. Der Bolzen kann direkt in unrunde Bohrungen mit Spiel montiert werden. Die angezogenen Muttern des Bolzens drücken die geschlitzten Hülsen auf den konischen Teil des Bolzens. Die geschlitzten Hülsen dehnen sich parallel aus. Der Expander-Bolzen wird beidseitig in der Gelenkbefestigung fixiert. Die Montage ist in der Regel einfach und kann am Einsatzort erfolgen, so der Hersteller.
Alle Varianten sind entweder bei Expander Deutschland oder bei den Maschinenherstellern, die den Expanderbolzen als Originalersatzteil anerkannt haben, erhältlich. In der Zwischenzeit montieren eine Reihe von Maschinenherstellern dieses System werkseitig in ihre Maschinen und Ausrüstungen. Von Maschinenherstellern wie z. B. VME, Case Poclain, Timberjack, Valmet, Liebherr und Massey Fergusson wird der Expander-Bolzen als Originalersatzteil anerkannt.



Wendelschaufelmischwerk (Foto: BHS Sonthofen)<BR>
Wendelschaufelmischwerk
(Foto: BHS Sonthofen)





BHS reduziert Verschleißkosten

Das Wendelschaufelmischwerk des BHS-Doppelwellen-Chargenmischers der Typenreihe DKX ist in seiner heutigen Form vor circa 15 Jahren auf den Markt gekommen. In der Zwischenzeit hat BHS das Mischwerk weiterentwickelt, um vor allem die Verschleißkosten weiter zu senken. Für die Trogauskleidung mit Verschleißguß-Kacheln stehen jetzt zwei Varianten zur Verfügung:
  • Normalauskleidung (wie bisher) Kachelstärke 19 mm,
  • Dicke Kachel (neu) Kachelstärke 28 mm.

Durch die neue dicke Kachel wird die Lebensdauer der Auskleidung nach Angaben von BHS um bis zu 60 Prozent gesteigert. Vor allem für Anlagen mit hoher Jahresleistung und abrasiven Zuschlägen ergibt sich eine deutliche Kostenersparnis. Bei der Keramik-Verschleißauskleidung wird zusätzlich zu der heute üblichen eingeklebten Variante als neue Alternative eine auf kachelförmigen Trägerblechen aufgeklebte Keramik angeboten. Diese ermöglicht einen wesentlich leichteren Austausch der Auskleidung oder von Teilen davon. Auch die Kombination von Guß und Keramik kann so realisiert werden. Die Kunststoff-Mischschaufeln für die Keramikauskleidung sind ebenfalls neu. Sie werden nicht mehr aus Voll-Kunststoff gefertigt, sondern verfügen nur noch über eine leicht austauschbare, verschleiß-optimierte Kunststoff-Lippe auf speziellen Trägerschaufeln. Dies senkt die Verschleißkosten und verlängert die Lebensdauer der Schaufeln.



Schlauchventil mit Frühwarnsystem

Schlauchventile werden typischerweise überall dort eingesetzt, wo extrem abrasive und inkrustierende Prozessbedingungen herrschen. Die neu entwickelte SensoMate Schlauchmanschette von Larox Flowsys bietet erstmals ein „Frühwarnsystem“, das dem Wartungspersonal einen drohenden Verschleiß vorzeitig ankündigt. Der Austausch der Manschette kann somit geplant und notwendige Stillstandzeit möglichst gering gehalten werden.
Bei den SensoMate Manschetten der Larox Flowsys Schlauchventile ist ein feines Drahtgewebe zwischen Verschleißschutzschicht und Traggewerbe einvulkanisiert. Eine durch Abrasion mögliche Abnutzung der inneren Schicht führt zum direkten Kontakt zwischen Prozessmedium und Drahtgewebe. Dies verursacht eine Veränderung der Leitfähigkeit zwischen Rohrleitung und Drahtgewebe. Diese Abweichung wird von Messaufnehmern registriert. Die Signalisierung erfolgt entweder direkt vor Ort am Schlauchventil oder in der übergeordneten Leitwarte. Durch das Drahtgewebe bleibt die Leitfähigkeit über zahlreiche Anschlüsse innerhalb eines Rohrleitungsnetzes hinweg erhalten. Somit arbeitet dieses Frühwarnsystem nach Angaben von Larox Flowsys auch in Anlagen mit hohem Verrohrungsaufwand zuverlässig.



Effiziente Kontrolle von Siebgewebebrüchen

In der Absiebung von stark schleißenden, trockenen Materialien müssen im Trennschnittbereich kleiner 2000 micron oft sehr dünne Drahtstärken eingesetzt werden. Hauptgrund hierfür ist, dass man eine möglichst große offene Siebfläche zur Verfügung haben möchte, um wiederum die Siebmaschinen nicht übermäßig groß dimensionieren zu müssen. Folge ist, dass es in diesem Bereich erhöht zu Gewebebrüchen kommt, was zu Fehlkörnungen in den Silos führen kann. Regelmäßige Laboruntersuchungen helfen zwar bei der Erkennung solcher Fehlkörnungen vor Auslieferung an den Kunden, der Schaden in der Produktion ist jedoch dann nur mit großem Aufwand zu korrigieren. Die von Haver & Boecker entwickelte und bereits vielfach erfolgreich eingesetzte Lösung dieses Problems ist die Siebkontrolleinrichtung HaverQ-Check.
Die auf der Siebmaschine klassierten Körnungen werden kontinuierlich über einen Teilstrom, der über die Kontrolleinrichtung geleitet wird, analysiert. Hierzu läuft die Teilprobe über ein elektromagnetisch angetriebenes Kleinsieb mit einer Maschenweite, die dem Trennschnitt auf der Produktionssiebmaschine entspricht. Kommt es zu einem Gewebebruch, so gelangt das Überkorn über das Kontrollsieb in einen kleinen Wägebehälter, der bei Erreichung einer bestimmten Menge einen Initiator betätigt. Diese Betätigung kann dann über die kundenseitige Anlagensteuerung einen Alarm auslösen oder ggf. die Siebanlage stoppen.


Wirtschaftlicher Verschleißschutz im Hochtemperaturbereich

Besondere Anforderungen an den Verschleißschutz stellt der Hochtemperaturbereich. Hier treten neben Verschleißbeanspruchungen auch thermische Probleme auf. Zwar sind seit längerer Zeit mineralische Werkstoffe verfügbar, die auch im Hochtemperaturbereich Schutz gegen Verschleiß bieten, aber oft scheiterte die Anwendung in der Praxis an einer dauerhaften Befestigung. Die Kalenborn Kalprotect, Vettelschloss, hat dafür Lösungen entwickelt.
Als Werkstoffe für verschleißschützende Auskleidungen im Heißbereich kommen Schmelzkorunder Kalkcor, Oxidkeramik Kalocer; Siliziumkarbidkeramik Kalsica und Hartstoffkompound Kalcret in Frage. Die im Bereich üblicher Umgebungstemperaturen bewährten Verlegemassen und -techniken lassen sich jedoch nicht uneingeschränkt anwenden, weil die Kleber und Mörtel selbst meist nicht hitzebeständig genug sind und weil die bei Temperaturwechseln auftretenden Spannungen zwischen Stahlteil und starrer Auskleidung zu Rissen in Schutzwerkstoffen und Verfugungen führen. Folge: Vielfach musste bisher auf einem wirkungsvollen Verschleißschutz verzichten werden.
Aufgrund langjähriger Praxiserfahrung wurden von Kalenborn mechanische Befestigung in Form von Verschraubungen oder im Auskleidungsteil eingegossene Anschweißlaschen entwickelt. Diese enthalten offene oder freilaufende Fugen, die eine temperaturabhängige Bewegung der einzelnen Elemente ermöglichen.
Mit diesen Techniken lassen sich auch komplizierte Anlagenteile wirkungsvoll und wirtschaftlich vor Verschleiß schützen. Zudem sind Verschleißschutzlösungen mit Hartstoffkompounds Kalcret in auftragbaren oder gießbaren Qualitäten verfügbar.
Wichtigste Voraussetzungen zur Realisierung einer wirkungsvollen Auskleidung im Hochtemperaturbereich ist die genaue Kenntnis der Betriebsbedingungen. Neben dem Fördermedium, seiner Korngestalt und Härte, der Fördergeschwindigkeit und dem Durchsatz ist es ebenso wichtig zu wissen, welche Temperaturen erreicht, wie sie erreicht werden, wie sie evtl. schwanken und welche Störfälle auftreten können, die zu einem Herunterfahren der Anlage zwingen.
Ein wesentliches Problem bei hohen Temperaturen ist die Ausdehnung der unterschiedlichen Werkstoffe. Sie kann zu Spannungen und Verformungen im Stahlteil führen und sie kann Fugen und Auskleidungselemente beschädigen oder zerstören. Erheblichen Einfluss auf die Ausdehnung der Materialien hat daher der konstruktive Aufbau eines Anlagenteils, besonders der Einsatz und die Lage einer möglichen Isolierung.
Eine intensive Beratung durch den Verschleißschutz-Experten ist daher bereits im Planungsstadium eines Projektes sinnvoll und lohnenswert.


Hochtemperaturbeständige Vershleißschutz-Auskleidung <BR>(Foto: Kalenborn)
Hochtemperaturbeständige Vershleißschutz-Auskleidung
(Foto: Kalenborn)






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