Einleitung
Pkw- und Lkw-Reifen gelangen als elastische, stahlverstärkte Verbundmaterialien in die Reifenrecyclinganlage. Vor der Granulierung müssen sie stufenweise grob zerkleinert werden. Der für diese erste Stufe ausgewählte Doppelwellenzerkleinerer sollte daher danach beurteilt werden, ob er ganze Reifen abscheren, Stahldrähte freilegen und trotz wiederkehrender Drehmomentspitzen einen gleichmäßigen Streifenstrom bereitstellen kann.
Reifenrecycler fragen häufig zuerst nach dem Durchsatz. Entscheidender ist jedoch, ob der Zerkleinerer zuverlässig weiterarbeitet, wenn sich das Aufgabematerial von Pkw-Reifen auf Lkw-Reifen ändert. Ein Reifen besteht nicht aus homogenem Gummi: Er enthält Stahlgürtel, flexible Seitenwände und einen dichten Wulstring aus hochfestem Stahldraht. Gelangt diese gesamte Struktur direkt in einen Granulator, verformt sich der Gummi, anstatt zu brechen. Gleichzeitig erhitzen sich die Schneidkanten, und Drähte können sich um rotierende Komponenten wickeln. Die Grobzerkleinerung ist deshalb der notwendige erste Schritt, um eine elastische, stahlverstärkte Karkasse in offene Streifen umzuwandeln, die anschließend getrennt und weiterzerkleinert werden können.
Reifen sind auf Flexibilität und Verschleißfestigkeit ausgelegt, nicht auf eine einfache Größenreduzierung. Die Lauffläche enthält Stahlgürtel, die Seitenwand ist für Millionen von Biegezyklen ausgelegt, und der Wulst besteht aus einem kompakten Ring hochfester Drähte. Wird diese vollständige Struktur zu früh einem Granulator zugeführt, absorbiert der Gummi den Aufprall, die Schneidkanten überhitzen und freiliegender Stahl kann den Schneidbereich beschädigen.
Ein Granulator eignet sich vor allem für gleichmäßige Gummi- oder Kunststoffpartikel, nicht für eine runde, stahlverstärkte Reifenkarkasse. Deshalb wird in Anlagen zur Herstellung von Gummigranulat oder Gummipulver üblicherweise vor dem Granulator ein Doppelwellenzerkleinerer eingesetzt. Er öffnet den Reifen, schneidet ihn in Streifen, löst die Drähte aus der Gummimatrix und erzeugt Stücke, die von den nachgeschalteten Maschinen verarbeitet werden können.
Die Grobzerkleinerung schützt außerdem frühzeitig die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage. Sobald die Zerkleinerung die Stahlcorde freigelegt hat, kann ein Magnetabscheider diese entfernen, bevor das Gummi den Granulator erreicht. Der Granulator verarbeitet dadurch saubereres und weicheres Material, mit weniger Wärmeentwicklung, geringerem Messerverschleiß und weniger drahtbedingten Stillständen.
Werden ganze Reifen direkt zu feinem Gummigranulat verarbeitet, häufen sich die Probleme schnell: Wärme lässt den Gummi altern, Stahldrähte stumpfen die Schneidkanten ab und faserige Cordreste verstopfen die Siebe. Die stufenweise Verarbeitung ist somit kein unnötiger zusätzlicher Handhabungsschritt, sondern entscheidend für einen zuverlässigen Granulatorbetrieb.
Pkw- und Lkw-Reifen erzeugen unterschiedliche Belastungen in der Schneidzone. Pkw-Reifen sind kleiner, leichter und lassen sich einfacher von den Messern greifen. Ein reiner Pkw-Reifenstrom führt daher tendenziell zu einem gleichmäßigeren Drehmoment. Lkw-Reifen haben dagegen einen größeren Umfang, steifere Seitenwände und schwerere Wulstpakete. Beim Eintritt eines ganzen Lkw-Reifens in die Zerkleinerungskammer kann das Drehmoment deshalb stark ansteigen.
Industrielle Aufgabeströme sind selten vollkommen gleichmäßig. Ein Recycler kann morgens Pkw-Reifen, nachmittags Lkw-Reifen und zwischen den Chargen Seitenwandstreifen oder Reifen ohne Wulstdrähte verarbeiten. Der Zerkleinerer sollte daher auf den schwersten zu erwartenden Reifen ausgelegt sein, nicht lediglich auf die durchschnittliche Tonnage.
Stahlverstärkter Gummi lässt sich durch Scheren besser kontrollieren als durch Stoßen oder Quetschen. Ein Doppelwellenzerkleinerer besitzt zwei gegenläufige Wellen mit ineinandergreifenden Schneidscheiben. Die Messer greifen das Material, ziehen es in die Schneidzone und scheren es gegen die benachbarte Scheibe.
Die niedrige Wellendrehzahl gibt den Stahldrähten Zeit, sich zu verformen und zu lösen, anstatt sich um einen Hochgeschwindigkeitsrotor zu wickeln. Jeder Schnitt erfolgt kontrolliert. Das ist wichtig, weil ein Lkw-Reifen nicht mit einem einzigen Schlag sauber zerkleinert werden kann: Wulst, Stahlgürtelpaket und Seitenwand müssen schrittweise durchtrennt werden.
Die größte mechanische Herausforderung ist das Wulstpaket. Sobald der Wulst eines vollständigen Lkw-Reifens die Messer erreicht, steigt das übertragene Drehmoment stark an. Die Wellenverbindung muss diese Spitzenlast übertragen, ohne durchzurutschen oder zu reißen. Keilwellenverbindungen nach DIN 5480 übertragen das Antriebsmoment über mehrere Zähne, statt sich auf eine einzelne Passfeder zu verlassen. Deshalb findet dieser Standard bei industriellen Zerkleinerern für stahldrahthaltige Materialien Anwendung.
Allgemein steigt die Torsionsbeanspruchung einer rotierenden Welle mit dem übertragenen Drehmoment. Durchmesser und Profil der Wellenverbindung sind daher zentrale Faktoren für die Zuverlässigkeit beim Zerkleinern von Reifen.
Stahldrähte erhöhen auch die Abrasivität des Prozesses. Jedes Stahlstück, das durch die Maschine läuft, verschleißt die Messerkanten und die Auskleidung der Zerkleinerungskammer. Vakuumgehärteter CrMoV-Vergütungsstahl bietet eine harte, verschleißbeständige Struktur für den wiederholten Kontakt mit Draht. Verschleißfeste HARDOX-Stahlplatten schützen die Kammer zusätzlich vor Abrieb.
Die Dicke der Schneidscheiben ist eine verfahrenstechnische Entscheidung: Dickere Scheiben erzeugen breitere Streifen, dünnere Scheiben einen schmaleren Materialstrom für Granulatoren, die keine großen Stücke aufnehmen können.
Für die Vorzerkleinerung von Reifen eignet sich ein siebloser Austrag häufig besser als ein Austrag mit Sieb. Gummistreifen mit freiliegenden Stahldrähten passieren ein Sieb nicht problemlos; die Öffnungen können Drähte festhalten und den Schneidzyklus verlangsamen. Bei einem sieblosen Doppelwellenzerkleinerer bestimmen die Schneidscheiben die Streifenbreite, und das Material fällt durch die Schwerkraft aus der Maschine.
Überlastet ein besonders widerstandsfähiger Streifen dennoch die Wellen, erkennt die Siemens-SPS den Drehmomentanstieg, kehrt die Drehrichtung um, um das Material freizugeben, und setzt anschließend den normalen Schneidbetrieb fort. Diese automatische Überlastumkehr ist unverzichtbar, wenn ganze Reifen unterschiedlicher Größe und mit unterschiedlichem Stahlanteil verarbeitet werden.
Die Antriebsart sollte dem Aufgabemuster entsprechen. Ein gleichmäßiger Reifenstrom während einer achtstündigen Schicht lässt sich effizient mit einem Elektromotor verarbeiten. Bei kurzen, schweren Belastungsspitzen – beispielsweise durch unregelmäßig aufgegebene ganze Lkw-Reifen – kann ein leistungsstarker Hydraulikantrieb Vorteile bieten, da er hohe Drehmomentspitzen bewältigen kann.
SOYU bietet für seine Doppelwellenzerkleinerer sowohl elektrische als auch leistungsstarke hydraulische Antriebskonfigurationen an. Der allgemeine Kapazitätsbereich liegt bei 1–30 t/h; als geeignete Materialien werden Pkw-, Lkw- und OTR-Reifen genannt. Der tatsächliche Durchsatz hängt vom Zustand der Reifen und der gewünschten Streifenbreite ab. Diese Parameter sollten deshalb für jede Anlage individuell geprüft werden.
Da Stahldraht und schwere Gummimassen alle Komponenten wechselnden Belastungen aussetzen, gehören die Eignung der Maschine und die Wartungsanforderungen ebenfalls zur Auswahl. Dies steht im Zusammenhang mit Arbeitsschutzvorgaben für Arbeitsmittel, etwa den britischen Provision and Use of Work Equipment Regulations (PUWER) der britischen Arbeitsschutzbehörde HSE.
Eine aussagekräftige Angebotsanfrage (RFQ) sollte das tatsächliche Aufgabematerial beschreiben und nicht nur die Gesamttonnage nennen. Der Lieferant kann Scherdrehmoment, Messerstärke, Antriebsart und Überlaststeuerung nur dann passend auslegen, wenn folgende Bedingungen bekannt sind.
Geben Sie an, ob Pkw-Reifen, Lkw-Reifen oder eine Mischung verarbeitet werden und ob die Wulstdrähte noch vorhanden sind. Ganze Reifen mit intakten Wulstpaketen verursachen die höchsten Drehmomentbelastungen, da der Wulst eine dichte Stahlstruktur bildet. Seitenwandstreifen oder Reifen ohne Wulstdrähte reduzieren die mechanische Belastung. Können ganze Lkw-Reifen in einer Pkw-Reifencharge vorkommen, muss der Zerkleinerer für den schwersten Reifen und nicht für den typischen Reifen ausgelegt werden.
Geben Sie an, ob die Anlage kontinuierlich über 8–10 Stunden oder mit intermittierenden Lastspitzen arbeitet. Ein gleichmäßiger Materialstrom ermöglicht Getriebe, Antrieb und SPS eine besser vorhersehbare Betriebsweise. Die automatische Überlastumkehr ist wichtig, um Produktionsunterbrechungen zu vermeiden. Kurze, schwere Chargen ganzer Reifen verursachen wiederkehrende Drehmomentspitzen und sprechen eher für einen Hydraulikantrieb. Die RFQ sollte den durchschnittlichen Durchsatz in Tonnen pro Stunde von den Spitzenbedingungen unterscheiden.
Bestätigen Sie die Streifenbreite, die der nachgeschaltete Granulator oder Magnetabscheider aufnehmen kann. Diese Vorgabe beeinflusst die Messerstärke, da die Streifenbreite hauptsächlich durch den Abstand zwischen den Schneidscheiben bestimmt wird. Bei sieblosem Austrag bleibt die Streifenlänge dagegen unregelmäßig. Geben Sie außerdem an, ob zwischen Zerkleinerer und Granulator ein Magnetabscheider installiert wird. Eine frühe Stahlabscheidung reduziert Verunreinigungen und abrasiven Verschleiß in den nachgeschalteten Anlagen.
Mit diesen Angaben kann der Hersteller Keilwellenverbindung, Messerprofil, Kammerauskleidung, Antrieb und Steuerung auf die tatsächlich zu erwartenden ungünstigsten Reifenbedingungen abstimmen.
Anlagen, die ausschließlich Pkw-Reifen verarbeiten, können möglicherweise mit einer leichteren Ausführung arbeiten. Bei gemischten Reifenströmen geht jedoch jedes Mal Produktionszeit verloren, wenn ein Lkw-Reifen eine unterdimensionierte Maschine zum Stillstand bringt. Die erste RFQ sollte daher Reifentyp, Wulstzustand, geplanten Durchsatz, Schichtdauer und erforderliche Austragsbreite in einer vollständigen Beschreibung des Aufgabematerials zusammenfassen.
Das Reifenrecycling funktioniert am zuverlässigsten als mehrstufiger Prozess, weil ganze Reifen elastischen Gummi mit Stahlverstärkungen kombinieren, die einer einstufigen Feinzerkleinerung widerstehen. Der Doppelwellenzerkleinerer ist die vorgeschaltete Maschine, die den Reifen öffnet, den Stahl freilegt und einen gleichmäßigen Streifenstrom zur Magnetabscheidung und Granulierung bereitstellt.
Beim Vergleich von Maschinen sollten die Bauteile im Mittelpunkt stehen, die wiederholte Reifenbelastungen aufnehmen: Keilwellen nach DIN 5480, Messer aus CrMoV-Stahl, HARDOX-Auskleidungen, siebloser Austrag, SPS-gesteuerte Überlastumkehr, Antriebsart und Schneidscheibendicke.
Übermitteln Sie dem Lieferanten anschließend die entscheidenden Angaben zum Aufgabematerial: Verhältnis von Pkw- zu Lkw-Reifen, Zustand der Wulstdrähte, Tonnen pro Stunde, Schichtdauer und erforderliche Austragsbreite. Der SOYU-Doppelwellenzerkleinerer ist für Pkw-, Lkw- und OTR-Reifengummi vorgesehen und bietet elektrische sowie leistungsstarke hydraulische Antriebsoptionen. Für ein Reifenrecyclingprojekt ist deshalb eine anwendungsspezifische Anfrage der nächste sinnvolle Schritt.
A: Geben Sie an, ob ausschließlich Pkw-Reifen, ausschließlich Lkw-Reifen oder eine Mischung verarbeitet werden. Beschreiben Sie außerdem, ob die Reifen vollständig angeliefert oder die Wulstdrähte bereits entfernt wurden, und nennen Sie den geplanten Durchsatz in Tonnen pro Stunde oder pro Schicht. Ganze Lkw-Reifen mit intakten Wulstpaketen erfordern das höchste Drehmoment; Seitenwandstreifen oder Reifen ohne Wulstdrähte reduzieren die mechanische Belastung.
A: Die Grobzerkleinerung schneidet ganze Reifen in Streifen, legt die Stahlgürtel frei und reduziert die Stückgröße, bevor das Material den Granulator erreicht. Ein Granulator kann einen runden, flexiblen, stahlverstärkten Reifen nicht effizient verarbeiten, weil sich der Gummi verformt, sich Wärme an den Schneidkanten aufbaut und sich Drähte um Siebe oder Rotoren wickeln können.
A: Erforderlich sind ausreichend dicke Schneidscheiben, die dem wiederholten Kontakt mit dem Wulstpaket standhalten, sowie eine Wellenverbindung, die hohes Drehmoment ohne Durchrutschen übertragen kann. Keilwellen nach DIN 5480 sind für diese Anforderung ausgelegt.
