Industrielle Zerkleinerer sind keine zufälligen Zerkleinerer; sie sind präzisionsgefertigte Maschinen, die die mechanischen Eigenschaften von Materialien nutzen, um deren Zersetzung herbeizuführen. Ob 100 Mikrometer dünne LDPE-Folie oder 20 mm dickes Stahlblech verarbeitet wird, die zugrunde liegenden physikalischen Prinzipien bleiben dieselben: Die Scherspannung überschritt die Materialfestigkeit. Dieser Leitfaden untersucht die maschinenbaulichen Prinzipien, die der Größenreduzierung zugrunde liegen.
Zugehörige Ausrüstung: Einwellen-Häcksler.
1. Mechanik des Materialversagens
Aktenvernichter nutzen hauptsächlich Scheren Kräfte, obwohl Zug Und Kompression Die Streitkräfte spielen eine unterstützende Rolle.
Scherung vs. Reißen
- ScherversagenTritt auf, wenn zwei gegenüberliegende Klingen ohne Abstand aneinander vorbeigleiten, ähnlich wie bei einer Schere.
- Gleichung: $\tau = F / A$ wobei $\tau$ die Schubspannung, $F$ die Kraft und $A$ die Querschnittsfläche ist.
- AnwendungReifen, Metalle, Hartkunststoffe.
- Zugversagen (Reißen): Tritt auf, wenn der Haken das Material erfasst und es gegen ein Gegenmesser oder Sieb zieht, wobei es so lange gedehnt wird, bis es reißt.
- AnwendungTextilien, Teppiche, Jumbo-Säcke.
2. Drehmoment- und Schnittkraftberechnung
Die “Leistung” eines Schredders wird selten in kW angegeben; sie liegt eher bei … Drehmoment ($T$).
$$T = (P × 9550) / n$$
Wo:
* $T$ = Drehmoment (Newtonmeter)
* $P$ = Leistung (kW)
* $n$ = Drehzahl (U/min)
Einblick in die IngenieurwissenschaftenEin 100-kW-Motor, der mit 1500 U/min läuft (Granulator), erzeugt ein Drehmoment von ca. 636 Nm. Derselbe 100-kW-Motor, der mit 80 U/min läuft (Schredder), erzeugt über ein 20:1-Getriebe ein Drehmoment von ca. 636 Nm. 11.937 Nm des Drehmoments. Deshalb können Schredder Autoreifen zerschneiden, während Granulatoren sofort zum Stillstand kommen würden.
3. Geometrie schneiden: Der ‘Biss’
Die Effizienz eines Aktenvernichters wird bestimmt durch Neigungswinkel Und Hakenprofil.
Positiver vs. negativer Rechen
- Positiver NeigungswinkelDie Klingenfläche neigt sich hinein der Schnitt.
- WirkungSchärferer Schnitt, geringerer Energieverbrauch.
- Risiko: Zerbrechliche Kante, neigt bei Metall zum Absplittern.
- Negativer NeigungswinkelDie Klingenfläche neigt sich weg aus dem Schnitt.
- WirkungHohe Schnittfestigkeit (Stumpfkraft), höherer Energieverbrauch.
- Am besten für: Altmetall, Elektronikschrott.
Der “Knabber”-Effekt
Die Rotormesser sind in einer bestimmten Anordnung angeordnet. Helixmuster (V-förmige) Verzahnungen entlang der Welle gewährleisten, dass in jeder Millisekunde nur ein oder zwei Messer schneiden. Würden alle Messer gleichzeitig auf das Material treffen, würde die Stoßbelastung den Motor blockieren. Die spiralförmige Verzahnung sorgt für einen kontinuierlichen, gleichmäßigen Schnitt und stabilisiert die Stromaufnahme.
4. Bildschirmdynamik
Der Bildschirm bestimmt die Ausgabegröße, stellt aber den Hauptengpass dar.
- Freiflächenanteil (OAR)Der prozentuale Anteil von Löchern im Verhältnis zu massivem Metall.
- Standard: 35-45% Freifläche.
- DurchsatzregelDie Kapazität ist direkt proportional zum OAR (Open Air Rate). Ein Sieb mit 50-mm-Löchern hat einen deutlich höheren OAR als eines mit 20-mm-Löchern, wodurch sich der Durchsatz oft verdoppelt.
- RezirkulationMaterial, das das Sieb nicht passiert, wird vom Rotor zur erneuten Zerkleinerung zurückgeführt (“Carryover”). Zu starke Rezirkulation erzeugt Wärme und Staub (Feinstaub), was die Effizienz verringert.
5. Antriebssysteme: Hydraulisch vs. Elektrisch
- Prinzipien des hydraulischen Antriebs:
- Verwendet eine Verstellpumpe.
- VorteilKann bei niedriger Drehzahl ein sehr hohes Drehmoment liefern, ohne zu überhitzen. Nützlich für hartnäckige Verstopfungen, bei denen ein schneller automatischer Rücklauf erforderlich ist.
- Elektrischer Antrieb (Frequenzumrichter):
- Nutzt einen Wechselrichter zur Steuerung der Wechselstromfrequenz.
- VorteilHöhere Wandsteckdoseneffizienz (95% im Vergleich zu 75% für Hydraulik). Geringerer Wartungsaufwand (keine Öllecks).
Abschluss
Die Auswahl eines Schredders erfordert die Berücksichtigung dieser physikalischen Einschränkungen. Eine für hohe Scherkräfte (Reifen) ausgelegte Maschine versagt bei der Verarbeitung hochfester Fasern (Seile) aufgrund von Verwicklungen. Das Verständnis des Versagensverhaltens des Materials ist der erste Schritt bei der Maschinenkonstruktion.
Referenzen
[1] “Mechanik der Werkstoffe”,” Hibbeler. Werkstoffmechanik
[2] “Konstruktion von Zerkleinerungsanlagen”,” Fachzeitschrift für Abfallwirtschaft. Konstruktion von Zerkleinerungsanlagen
