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Am stärksten belastet wird der Elektromotor einer Reifenzerkleinerungsmaschine nicht durch die mittlere Last, sondern durch kurze, harte Drehmomentstöße in den Momenten, in denen Gummi und Stahldraht zwischen den Messern reißen. Diese Stöße zeigen sich als plötzliche Stromspitzen, als Ermüdung von Welle und Lagern und als Lockerung der Fußbefestigung. Richtig ausgewählt wird, wer weiß, auf welcher Stufe der Linie der Antrieb arbeitet, bei großen Leistungen ein geeignetes Anlaufverfahren vorsieht, den Schutz auf den Stoßcharakter abstimmt und einen fest verankerten Elektromotor mit Graugussgehäuse einsetzt.
Warum sind Reifen eine andere Last als Kunststoff?
Ein Reifen ist ein Verbundwerkstoff aus elastischem Gummi mit eingebettetem Stahldraht, textilem Cord und hartem Wulstdraht. Unter dem Messer dehnt sich der Gummi zunächst, speichert Energie und reißt dann schlagartig. Der Stahldraht spannt sich vor dem Durchtrennen zwischen den Messern. Das Ergebnis ist keine gleichmäßige Lastkurve, sondern eine Folge von Drehmomentspitzen. Gerät Wulstdraht oder eine dicke Lkw-Reifenlauffläche zwischen die Messer, bleibt der Rotor kurzzeitig fast stehen.
Diese Lastcharakteristik wirkt sich in dreifacher Hinsicht auf den Antrieb aus:
- Elektrisch: Jede Drehmomentspitze bedeutet eine Stromspitze. Häufige Spitzen erwärmen die Wicklung und können Schutzrelais unnötig auslösen.
- Mechanisch: Wiederholte Drehmomentstöße ermüden Welle, Passfedernut und Kupplung; die Lager tragen stoßartige Radial- und Axiallasten.
- Befestigung: Die auf das Gehäuse übertragenen Schwingungen lockern mit der Zeit Fußschrauben, Klemmverbindungen und Kabeleinführungen.
Elektromotoren in der Reifenrecyclinglinie: Last Stufe für Stufe
Reifen werden meist nicht in einer Maschine, sondern in mehreren Stufen zerkleinert. Jede Stufe hat eine andere Last, und die Auswahl des Elektromotors richtet sich danach.
| Stufe | Aufgabe | Stoßintensität | Schwerpunkt beim Antrieb |
|---|---|---|---|
| Vorzerkleinerer (Primärshredder) | Ganzen Reifen in grobe Stücke zerlegen | Sehr hoch, unregelmäßig | Große Leistung, häufige Reversierung, robustes Anlaufverfahren |
| Sekundärzerkleinerer / Rasper | Stücke verkleinern, Teil des Drahts abtrennen | Hoch | Dauerlast plus Stöße, thermische Kapazität |
| Granulatmühle (Cracker Mill) | Herstellung von Granulat und Mehl | Mittel, gleichmäßiger | Lange Volllastphasen, Kühlung |
| Förderband, Magnetabscheider, Sieb | Transport und Trennung | Niedrig | Standardauswahl, Staubschutz |
Beim Vorzerkleinerer sind Getriebe- und Kupplungswahl entscheidend; für Einzelheiten zu Getriebeantrieb und Drehmomentberechnung gilt die Logik unseres Beitrags zum Elektromotor für Kunststoffshredder auch hier. In diesem Beitrag konzentrieren wir uns darauf, wie der Elektromotor die Stoßlast aufnimmt.
Auswirkungen der Stoßlast auf den Antrieb und Gegenmaßnahmen
Thermische Last: auf die Spitzen achten, nicht auf den Mittelwert
Auch wenn der am Amperemeter abgelesene Mittelwert unter dem Nennstrom bleibt, können häufige Spitzen die Wicklung erwärmen. Um die tatsächliche thermische Last zu erkennen, sollten Sie den Stromverlauf aufzeichnen und die Gehäusetemperatur über die Schicht beobachten. Ein in die Wicklung eingebauter Kaltleiter (PTC) mit passendem Auslösegerät überwacht die Wicklungstemperatur bei Stoßlasten direkt; geben Sie diesen Bedarf bei der Bestellung an. Stromwerte finden Sie in der Stromtabelle.
Schutzeinstellung
Motorschutzrelais oder Motorschutzschalter werden auf den Nennstrom eingestellt; wer die Einstellung wegen der Stoßspitzen willkürlich erhöht, lässt die Wicklung ungeschützt. Kommt es bei plötzlichen Stromspitzen zu Fehlauslösungen, werden Auslöseklasse (Auslösezeit) der Schutzkennlinie und die Blockiererkennung der Steuerung gemeinsam überprüft.
Mechanische Befestigung
- Der Elektromotor sollte auf einem steifen, ebenen und schwingungsdämpfenden Fundament befestigt werden; die Fußschrauben sind in regelmäßigen Abständen mit dem Drehmomentschlüssel zu prüfen.
- Eine elastische oder hydrodynamische Kupplung zwischen Antrieb und Getriebe verringert den Anteil des Stoßes, der auf Welle und Lager übertragen wird. Die Kupplungsausrichtung wird bei jeder Wartung geprüft.
- Das Kabel sollte mit einer flexiblen Schlaufe zum Antrieb geführt werden; ein steifes, gespanntes Kabel lockert durch Schwingungen die Klemmverbindung.
Gehäuse und Umgebung
Bei der Reifenzerkleinerung entstehen Gummistaub, Drahtspäne und Textilfasern. Fasern und Staub setzen sich an der Lüfterhaube fest und unterbrechen die Kühlung. Das Graugussgehäuse überzeugt in dieser Anwendung durch seine Steifigkeit gegenüber Stößen und Schwingungen; Schutzart IP55 schützt gegen Staubeintritt, die Lüfterhaube muss jedoch regelmäßig gereinigt werden.
Anlauf und Netz bei großen Leistungen
Vorzerkleinerer haben große Antriebsleistungen, und der Anlauf belastet das Netz. Die Optionen werden wie folgt bewertet:
- Stern-Dreieck: Senkt den Anlaufstrom, aber auch das Drehmoment auf etwa ein Drittel. Ist noch Material im Rotor, läuft der Antrieb in Sternschaltung eventuell nicht an. Das Verfahren eignet sich für den Anlauf mit leerem Rotor; ein Elektromotor mit 400/690 V (Δ/Y) läuft am 400-V-Netz in Dreieck und ist für Stern-Dreieck-Anlauf geeignet.
- Sanftanlasser: Begrenzt Anlaufstrom und mechanischen Stoß; beim Anlauf mit gefülltem Rotor muss geprüft werden, ob das Drehmoment ausreicht.
- Frequenzumrichter: Der flexibelste Weg für kontrollierten Anlauf mit vollem Drehmoment und häufiges Reversieren. Die Drehstromreihen von HEM Motor sind für die Drehzahlregelung am Umrichter geeignet. Bei längerem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter erforderlich sein; bei langer Leitung zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein du/dt- oder Sinusfilter geprüft. Diese Bedingungen werden bei der Bestellung angegeben; siehe Betrieb am Umrichter.
Ist die Netzkapazität begrenzt, müssen Transformatorleistung und Kabelquerschnitte der Anlage im Hinblick auf den Spannungsfall beim Anlauf großer Antriebe geprüft werden.
Was bedeutet der Servicefaktor 1,15?
Bei HEM Motor haben alle Modelle ab 75 kW einen Servicefaktor von 1,15; der Elektromotor verfügt damit über eine dauerhafte Leistungsreserve von 15 %. Bei Stoßlasten ist diese Reserve ein Sicherheitspuffer. Den Antrieb unter Einrechnung der Reserve eine Leistungsstufe kleiner zu wählen, wird nicht empfohlen; die Leistung ergibt sich weiterhin aus der tatsächlichen Last der Maschine und den Herstellerdaten.
