Der Kreiselbrecher ist heute die am weitesten verbreitete Maschine in den Aufbereitungsstufen von Erzen und Materialien. Kontinuierliche Durchsatzleistung, hohe Zerkleinerungsgrade, die Fähigkeit, nahezu jede Brechaufgabe zu bewältigen: Diese Maschinen haben von jahrzehntelanger Forschung profitiert und zählen zu den leistungsfähigsten am Markt.
Wer ihr Funktionsprinzip versteht, wählt die passende Maschine für eine bestimmte Brechstufe und kann ihr Verhalten je nach Art des verarbeiteten Gesteins vorhersehen.
Das mechanische Prinzip des Kreiselbrechers
Alle Kreiselbrecher beruhen auf derselben Architektur, unabhängig von Größe und Einsatzstufe. Es sind schwerkraftbeschickte Maschinen, die durch Quetschen arbeiten — wie Backenbrecher, jedoch mit einer anderen Kinematik.
Brechschale und Brechkegel
Die Maschine besteht aus zwei Rotationskörpern:
- einem feststehenden Außenteil, der die sogenannte Brechschale trägt;
- einem beweglichen Innenteil, der den sogenannten Brechkegel trägt.
Der Brechkegel schwingt frei um eine Welle, deren Achse die Vertikalachse der Maschine im oberen Bereich der Brechkammer schneidet. Im unteren Bereich ist diese Welle in einer drehenden Kammer außermittig geführt, die den Exzenter bildet.
Eine kontinuierliche und ausgeglichene Verdichtung
Die resultierende Bewegung dieser Welle erzeugt einen Kegel. In einem gegebenen Sektor der Kammer wird das Material verdichtet; bei 180° entspannt sich der gegenüberliegende Sektor und erleichtert den Eintrag des zu brechenden Materials.
Dieser ständige Wechsel unterscheidet den Kreiselbrecher vom Backenbrecher: Während Letzterer nur während eines Teils des Zyklus arbeitet, leistet der Kreiselbrecher eine kontinuierliche und ausgeglichene Arbeit. Daraus ergeben sich seine hohen Leistungen bei Durchsatzleistung wie bei Produktqualität.
Zwei Familien von Kreiselbrechern
Über dieses gemeinsame Prinzip hinaus bestehen zwei Bauarten nebeneinander, die sich durch die Lagerung des Brechkopfs unterscheiden.
Maschinen mit Kopf auf geführter und gestützter Welle
Die Welle ruht auf einem Hydraulikzylinder am Fuß, auf dem Exzenter, und ist im oberen Bereich lediglich in einer mit dem Rahmen verbundenen Traverse geführt.
Von einfacher und konventioneller mechanischer Bauweise, rüsten diese Maschinen die meisten Primäranwendungen aus. Sie existieren auch in Sekundär- und sogar Tertiärausführungen, auch wenn in diesen Stufen häufig Maschinen mit fliegend gelagertem Kopf vorgezogen werden.
Zu dieser Familie zählt man die alten Maschinen mit sogenannter aufgehängter Welle oder Pendelbauart, die heute praktisch nicht mehr gebaut werden. Aus geometrischer Analogie wurde der Begriff Pendelbauart mitunter auf Brecher mit gestützter und geführter Welle ausgedehnt — eine unzutreffende Bezeichnung, die in Lastenheften besser vermieden wird.
Maschinen mit fliegend gelagertem Kopf
Hier sitzt der Kopf auf einer fliegend gelagerten Welle, die direkt im Rahmen oder mittelbar über den Exzenter eingespannt ist. Diese Anordnung gibt die Einlauföffnung vollständig frei: Die Beschickung wird erleichtert und das Verstopfungsrisiko sinkt.
Diese Maschinen werden ab der Sekundärstufe und in Tertiäranwendungen eingesetzt. Sie bieten gegenüber Brechern mit gestützter und geführter Welle mehrere entscheidende Vorteile:
- einem bessere Kubizität des Brechguts, besonders gefragt für Gesteinskörnung für Beton und Straßenbau;
- die Möglichkeit eines Anlaufs unter Last, während Brecher mit gestützter Welle in der Regel einen Leerlaufanlauf verlangen;
- eine bessere Eignung für bereits zerkleinerte Materialien, dank einer freieren Kammer und einer Kinematik, die Reibung und Verdichtung verbindet;
- eine Verringerung des Zusetzens, insbesondere bei feuchten oder leicht tonigen Materialien;
- einem Betriebsflexibilität erhöhte, besonders in Kaskaden- oder geschlossenen Kreisläufen.
Die fliegende Lagerung bietet überdies eine bessere Zugänglichkeit für die Wartung und lässt sich leichter in moderne automatisierte Anlagen einbinden.
Die drei Brechstufen
Ein Kreiselbrecher wird stets im Hinblick auf die Stufe ausgelegt, in der er in der Aufbereitungskette arbeitet. Drei Konfigurationen unterscheiden sich, weniger im Prinzip als in der Geometrie ihrer Brechkammer und ihrem Zerkleinerungsgrad.
Die Primärzerkleinerung
Der Primärbrecher nimmt das Haufwerk unmittelbar aus dem Abbau auf. Seine Brechkammer ist weit geöffnet, mit nahezu senkrechter Winkelhalbierender, und der Materialaustrag erfolgt unten über einen ringförmigen Austrag.
Der Antrieb erfolgt am Fuß über den Exzenter, meist in einer Bronzebuchse, mitunter auf einem Wälzlager gelagert. Je nach Hersteller übernimmt die Kraftübertragung entweder ein Kegelradpaar — das zugleich Untersetzung und Winkelumlenkung leistet — oder ein Direktantrieb über Keilriemen.
Bei modernen Maschinen erlaubt der Zylinder, der die Welle trägt, eine nahezu unmittelbare Einstellung der Spaltweite sowie den Ausgleich des Verschleißes. Die alten Maschinen mit aufgehängtem Kopf verlangten dagegen eine Einstellung über eine Mutter am oberen Wellenende, im Betrieb deutlich aufwendiger.
Ein Primär-Kreiselbrecher wird üblicherweise durch zwei Maße gekennzeichnet, meist in Zoll angegeben: das Radialmaß der Einlauföffnung, das die maximal zulässige Stückgröße bestimmt, und den Durchmesser des Brechkegels an seinem unteren Ende, der die mögliche Durchsatzleistung bei einer gegebenen Spaltweite bedingt.
Die Sekundärzerkleinerung
Nach einer Zwischenlagerung durchläuft das Material aus der Primärstufe eine Zwischenzerkleinerung, im Hinblick auf eine Tertiärzerkleinerung und die Endaufbereitung. Die Sekundärzerkleinerung leistet noch ein Zerkleinerungsgrad in der Größenordnung von 4 bis 5.
Ein erheblicher Anteil vermarktbarer Gesteinskörnung kann jedoch unmittelbar daraus hervorgehen — so bei Gleisschotter und bestimmten Kiestragschichten.
Die konstruktiven Randbedingungen bleiben denen der Primärstufe nahe: sehr freier Einlauf und Austrag, Brechwinkel an der Grenze der Materialaufnahme festgelegt. Bei Maschinen mit fliegend gelagertem Kopf ruht der obere Teil auf einem Federungssystem — früher Federn, heute Hydraulikzylinder oder Stickstoffspeicher —, das Überlastungen durch nicht brechbare Fremdkörper aufnehmen soll.
Die Einstellung der Spaltweite erfolgt entweder durch direktes senkrechtes Verschieben oder durch Einschrauben der Brechschalenaufnahme in den Rahmen, heute häufig hydraulisch unterstützt.
Die Tertiärzerkleinerung
Tertiärbrecher unterscheiden sich von Sekundärbrechern allein durch die Geometrie ihrer Brechkammer. Sie leisten gleichmäßige Durchsatzleistungen bei einem Zerkleinerungsgrad von 3 bis 4, bei zugleich beherrschtem Verschleiß, auch in abrasiven Materialien.
Es sind die Maschinen der Herstellung von Gesteinskörnung für Straßenbau und Beton. Die Kammer gliedert sich dort in drei aufeinanderfolgende Zonen: Einlauf, Vorbrechen und Endaufbereitung.
Die Parameter, die den Wirkungsgrad bestimmen
Unabhängig von der Stufe hängen Produktion und Wirkungsgrad eines Kreiselbrechers von drei Faktoren ab:
- der Baugröße der Maschine ;
- der Drehzahl ;
- derExzentrizität der Welle — manche Hersteller bieten mehrere Exzentrizitäten je nach angestrebter Leistung und Art des Gesteins an.
In der Sekundär- und Tertiärstufe betrifft die Optimierung genauer die Form der Brechkammer, die Drehzahl und die Neigung des Kopfs. Diese drei Parameter bestimmen den Zerkleinerungsgrad, die Kornform der Gesteinskörnung, die Verschleißkosten und den energetischen Wirkungsgrad.
Auf dem Weg zur automatisierten Einstellung
Die auffälligste Entwicklung der letzten Jahrzehnte betrifft die Steuerung. Die Einstellsysteme, lange rein mechanisch, gehen heute in Richtung Fernsteuerung und speicherprogrammierbarer Steuerung.
Moderne Anlagen stellen die Spaltweite automatisch nach Leistungsaufnahme, Füllstand und Durchsatzleistung ein. Der Nutzen ist zweifach: eine gleichbleibende Produktqualität trotz schwankender Beschickung und eine höhere Produktivität ohne manuellen Eingriff.
Einen Kreiselbrecher auswählen
Die Wahl entscheidet sich an drei Fragen: der angestrebten Brechstufe, der Art und Abrasivität des Materials und der gewünschten Austragskorngröße. Erst die Kombination dieser drei Elemente bestimmt die Bauart des Kopfs, die Geometrie der Brechkammer und die Auslegung der Maschine.
WEIL Brechertechnik konstruiert und fertigt in Deutschland ein vollständiges Programm an Kreiselbrechern, von der Primär- bis zur Tertiärstufe, mit dokumentierten Sieblinien für jedes Modell. Die WEIL Kreiselbrecher entdecken und ihre ausführlichen technischen Daten.
