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Im Kunststoffshredder dreht der Rotor nur mit einigen zehn Umdrehungen pro Minute, benötigt aber ein sehr hohes Drehmoment, um das Material zu zerreißen. Dieses Drehmoment erzeugt nicht der Elektromotor allein, sondern Elektromotor und Getriebe gemeinsam: Die Drehzahl eines 4-poligen Drehstrom-Standardmotors wird über das Getriebe reduziert, das Drehmoment wächst im gleichen Verhältnis. Beim Shredderantrieb liegt die eigentliche Entscheidung deshalb bei der Getriebeübersetzung und der Stoßfestigkeit des Getriebes; die Leistung des Elektromotors ist ein Glied dieser Kette.
Wie verändert der Unterschied zwischen Shredder und Granulator die Auswahl des Elektromotors?
Im Kunststoffrecycling werden zwei Maschinentypen häufig verwechselt. Der Granulator (Schneidmühle) schneidet das Material mit einem schnell drehenden Messerrotor bis auf eine Größe, die durch das Sieb passt; der Elektromotor ist meist über einen Riementrieb mit dem Rotor verbunden, und die Rotorträgheit ist Teil des Prozesses. Der Shredder dagegen zerreißt mit langsam drehenden, hakenförmigen oder gezahnten Messern große Teile, Kanister, Profile und Folienballen. Der Antriebsbedarf beider ist unterschiedlich:
| Merkmal | Shredder | Granulator |
|---|---|---|
| Rotordrehzahl | Niedrig (über Getriebe) | Hoch (über Riemen oder direkt) |
| Antriebsstrang | Elektromotor + Getriebe (+ Kupplung oder Riemen) | Elektromotor + Riementrieb |
| Bestimmende Größe | Abtriebsdrehmoment des Getriebes | Rotorträgheit und Anlauf |
| Verhalten bei Blockade | Rotor stoppt, wird häufig reversiert | Riemen rutscht oder Motorschutz löst aus |
Dieser Beitrag konzentriert sich auf den Shredderantrieb: hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl, Passung zum Getriebe und Reversieren.
Wie wächst das Drehmoment im Getriebe?
Das Getriebe senkt die Drehzahl um die Übersetzung und erhöht das Drehmoment etwa im gleichen Verhältnis; die Differenz ist der Getriebewirkungsgrad. Die einfache Beziehung lautet: Abtriebsdrehmoment ≈ Motordrehmoment × Übersetzung × Wirkungsgrad. Die Abtriebsdrehzahl ergibt sich aus der Nenndrehzahl des Elektromotors geteilt durch die Übersetzung.
Ein hypothetisches Rechenbeispiel: Ein 4-poliger Elektromotor mit 22 kW hat ein Nenndrehmoment von 142,9 Nm und eine Nenndrehzahl von 1470 U/min. Wird er mit einem Getriebe der Übersetzung 20:1 und einem angenommenen Wirkungsgrad von etwa 0,95 betrieben, dreht der Rotor mit etwa 73 U/min, und am Getriebeabtrieb steht ein Nenndrehmoment von etwa 2700 Nm zur Verfügung. Dasselbe Rotordrehmoment kann auch ein kleinerer Elektromotor mit einem Getriebe der Übersetzung 40:1 liefern, dann halbiert sich aber die Rotordrehzahl. Die Rotordrehzahl ist ein Auslegungswert der Maschine; eine Änderung der Übersetzung verändert Kapazität und Schneidverhalten.
Anlauf- und Kippmoment
Anlauf- und Kippmoment eines Asynchronmotors liegen über dem Nenndrehmoment; diese Werte sind im Motorkatalog angegeben. Wenn im Shredder ein hartes Teil den Rotor belastet, liefert der Elektromotor kurzzeitig ein Drehmoment über dem Nennwert; diese Spitze wird unvermindert auf Getriebe und Wellen übertragen. Deshalb wird beim Getriebe nicht nur das Nenndrehmoment, sondern auch die Festigkeit gegen Spitzen- und Stoßmomente geprüft. Die Drehmomentwerte je Modell finden Sie in der Drehmomenttabelle.
Getriebeauswahl und Kupplung: Wer fängt die Stöße auf?
Im Shredder ist die Last nicht gleichmäßig; jeder Messereingriff erzeugt eine Drehmomentwelle. Das Getriebe, das diese Last tragen soll, wird mit dem Anwendungs- (Betriebs-)Faktor ausgewählt, den sein Hersteller für stoßartige Lasten angibt. Dieser Getriebefaktor ist ein anderer Begriff als der Servicefaktor auf dem Typenschild des Elektromotors und wird dem Getriebekatalog entnommen.
- Getriebetyp: Für hohe Drehmomente und Stöße werden meist Planeten- oder Kegelstirnradgetriebe verwendet. Schneckengetriebe stoßen in dieser Anwendung hinsichtlich Wirkungsgrad und Stoßfestigkeit unter Umständen an Grenzen.
- Hydrodynamische Kupplung (Strömungskupplung): Zwischen Elektromotor und Getriebe eingesetzt, macht sie den Anlauf sanfter, lässt den Elektromotor lastfrei hochlaufen und dämpft bei plötzlicher Blockade einen Teil des Stoßes.
- Drehmomentbegrenzer: Schützt den Antriebsstrang bei einem unzerkleinerbaren Gegenstand wie einem Metallteil. Auch ein Riementrieb bietet eine begrenzte Schlupfreserve, ständiges Rutschen des Riemens bedeutet jedoch Erwärmung und Verschleiß.
- Verbindung von Elektromotor und Getriebe: Beim direkten Flanschanbau müssen IEC-Baugröße und Flanschmaß zum Getriebeantrieb passen. Die Bauformen werden je nach Baugröße angeboten; das Flanschmaß wird bei der Bestellung bestätigt. Optionen für Getriebeantriebe finden Sie auf der Seite Elektromotoren für Getriebe.
Reversieren und Blockadebehandlung
Shredder erkennen eine Blockade meist am Stromanstieg: Überschreitet der Motorstrom einen bestimmten Wert, stoppt die Steuerung den Rotor, reversiert ihn kurz und fährt dann wieder vorwärts. Dieser Zyklus kann sich in einer Schicht viele Male wiederholen – und genau das belastet den Elektromotor am stärksten.
- Reversiert wird erst nach vollständigem Stillstand des Rotors; einen drehenden Elektromotor abrupt umzusteuern, erzeugt Strom- und Drehmomentstöße.
- Häufiges Reversieren summiert die Anlaufwärme. Ein Frequenzumrichter verringert diese Wärme und die mechanischen Stöße über Rampen. Die Drehstrom-Baureihen von HEM Motor sind für die Drehzahlregelung mit Umrichter geeignet. Bei längerem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter erforderlich sein; bei langen Kabeln zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dv/dt- oder Sinusfilter geprüft. Diese Bedingungen sind bei der Bestellung anzugeben; Einzelheiten stehen in der Frage zum Betrieb mit Umrichter.
- Haben Zweiwellenshredder zwei getrennte Elektromotoren, werden Lastaufteilung und Gleichlauf auf Steuerungsseite gelöst; die Elektromotoren müssen dieselbe Leistung und Drehzahl haben.
