Antriebssysteme und -komponenten in Recyclinganlagen: Welche Rolle hydraulische Schrumpfscheiben und Spannsätze spielen
Recyclingmaschinen arbeiten unter extremen Bedingungen: Hohe Drehmomente, harte Stöße und wechselnde Lasten stellen enorme Anforderungen an die Antriebssysteme. Umwelteinflüsse wie Staub oder Feuchtigkeit belasten die Komponenten zusätzlich. Um Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten, muss eine robuste und spielfreie Verbindung zwischen Welle und Nabe gewährleistet sein: Die Auswahl der passenden Technik – wie Schrumpfscheiben oder Spannsätze – spielt eine zentrale Rolle für den zuverlässigen Betrieb von Recyclinganlagen.
Papier, Stoff, Glas oder Baustoffe: Mobile wie stationäre Recyclingmaschinen verarbeiten unterschiedlichste Materialien. Diese werden zerkleinert, transportiert und neu zusammengefügt. Entsprechend breit sind die Anforderungen, denen die Maschinen und ihren Antrieben gerecht werden müssen. Das Recycling von Papier geht zum Beispiel mit der Belastung durch Säuren, Feuchtigkeit und der Gefahr von Korrosion einher; beim Recycling von Bauschutt entstehen Staub und Schmutz. Gerade bei schweren und harten Materialien treten zudem Stöße und unvorhersehbare Lasten auf; bei der Sortierung und Zerkleinerung werden hohe Drehmomente übertragen. Hinzu kommen Umwelt- und Temperatureinflüsse, wenn die Anlage im Freien steht und Hitze, Kälte oder Nässe ausgesetzt ist. Bei der Reinigung der Maschinen kommen nicht zuletzt oft scharfe Substanzen zum Einsatz, denen die Komponenten standhalten müssen.
Spielfreie, robuste Kupplungsformen
Recyclingmaschinen benötigen deswegen einen verlässlichen Antrieb mit einer spielfreien Welle-Nabe-Verbindung von Getriebe und Motor, um den physischen Anforderungen der Verarbeitung gerecht zu werden. Nur eine zuverlässige Welle-Nabe-Verbindung erlaubt es, hohe Drehmomente zu übertragen, ohne dass die Teile verrutschen. Abhängig vom Anwendungsfall und der Bauform sind hochbelastbare Kupplungsformen wie mechanische oder hydraulische Schrumpfscheiben, Flanschkupplungen oder Spannsätze als Verbindung des Getriebes mit der Antriebswelle sinnvoll. Sie kommen in Zerkleinerern wie Schreddern, Brechern und Walzen in der Recyclinganlage und in der Fördertechnik zum Einsatz.
Spannsätze und Schrumpfscheiben schaffen eine reibschlüssige Verbindung: Durch Anziehen der Spannschrauben mit einem vorgegebenen Schraubenanzugsmoment wird der Druckring einer Schrumpfscheibe axial auf die Hülse gezogen. Durch die Verwendung von konischen Flächen verringert sich der Innendurchmesser der Hülse, wodurch eine radiale Klemmkraft auf die Hohlwelle ausgeübt wird. Durch die von der Schrumpfscheibenverbindung aufgebrachte Spannkraft entsteht an den Kontaktflächen zwischen Welle und Nabe schließlich eine reibschlüssige Verbindung.
Diese stabile Verbindung beugt nicht nur einem frühen Verschleiß und heimtückischen Materialfressern vor; spielfreie Systeme verhindern zudem einen Ausschlag auch unter hohen Belastungen und bei Schlägen, sodass die Sicherheitsreserven der Maschinen nicht ausgereizt werden müssen. Dies reduziert das Risiko eines Maschinenstillstands. Bei der mechanischen Schrumpfscheibe wird die notwendige Kraft für die Verbindung von Welle und Nabe über eine Verschraubung aufgebracht, bei der hydraulischen Schrumpfscheibe durch Öldruck, wodurch signifikant Montagezeiten eingespart werden können. Spannsätze erzeugen die reibschlüssige Verbindung durch eine radiale Pressung: Sie dehnen sich nach außen und komprimieren sich nach innen. Neben der Übertragung von Drehmomenten und Axialkräften halten sie gleichzeitig hohen Biegemomenten stand.
Die Vorteile hydraulischer Schrumpfscheiben
„Besondere Relevanz kommt der Staub- und Schmutzbelastung in Brecheranlagen zu. Mensch und Materialien arbeiten unter harten Bedingungen,“ erläutert Christian Kurz, Geschäftsführer bei der TAS Schäfer GmbH, einem führenden Hersteller für Reibschlussverbindungen in der Antriebstechnik. Entsprechend häufig müssen Wartungsarbeiten stattfinden. In dieser Zeit steht die Maschine – das kostet nicht nur Zeit, sondern auch Geld: „Eine Recyclingmaschine hat einen hohen Materialdurchsatz. Da es um Tausende oder Zehntausende Euro pro Stunde geht, müssen Serviceeinsätze schnell und unkompliziert durchgeführt werden,“ erklärt Rolf Gertner, Leiter Entwicklung und Konstruktion, ebenfalls bei TAS Schäfer.
Mit hydraulischen Schrumpfscheiben lassen sich diese Prozesse deutlich verkürzen, weil damit der schnelle Wechsel beziehungsweise der Austausch von Komponenten für Wartung oder Reparatur möglich wird: Hydraulische Schrumpfscheiben lassen sich schnell lösen und wieder spannen, Betriebsstillstände verkürzen sich. Viele Recyclingmaschinen verfügen bereits über ein Hydraulikaggregat, welches zur Verspannung der hydraulischen Schrumpfscheibe genutzt werden kann. Da sie durch ihre Bauform meist etwas breiter als die mechanischen Ausführungen sind, muss der Einsatz von Fall zu Fall geprüft werden – am besten von einem erfahrenen Partner. Der Öldruck spielt meist keine große Rolle, da die Schrumpfscheiben der TAS Schäfer GmbH beispielsweise nur 180 bar Druck für den Verspannungsprozess benötigen.
Materialien der Antriebskomponenten
In der Recyclingindustrie reichen in der Regel Kupplungsformen aus Standardmaterialien – sie müssen nicht wie in der Papier- oder Lebensmittelherstellung oder in der chemischen Industrie besonders ausgerüstet sein. Stabilität ist aber vonnöten; bei Schrumpfscheiben wird zum Beispiel hochfester Stahl eingesetzt. Bei Spannsätzen gelten ebenfalls hochfester Stahl und rostfreier Edelstahl als Standard. Neben dem Material kann eine intelligente Konstruktion die Langlebigkeit der Komponenten verbessern.
TAS Schäfer baut seine Schrumpfscheiben zum Beispiel so auf, dass wichtige Funktionsflächen im Inneren liegen und damit nicht von äußeren Einflüssen in Mitleidenschaft gezogen werden können. Auch Elemente wie Gummidichtungen können dafür sorgen, dass Staub und Sand keinen direkten Kontakt zum relevanten Bauteil haben – im gespannten wie im ungespannten Zustand. Dichtungen und Abdichtungen werden für widrige Bedingungen in speziellen Kunststoffen gefertigt, Schrauben und Unterlegscheiben mit einer Zinklamellenbeschichtung versehen, Bauteile mit Lacken oder Epoxidharz geschützt oder vernickelt. Stähle werden beschichtet; für bestimmte Komponenten kommen zudem säurefeste und rostfreie Stähle zum Einsatz.
Der richtige Partner
Getriebe- oder Gesamtanlagenbauer, die Maschinen für die Recyclingindustrie herstellen, müssen bei der Auswahl der passenden Kupplungsform ihrer Maschinen Platzbedarf, Festigkeiten, Materialien und Größen berücksichtigen. Ein Partner kann unterstützen, die technisch und kostenseitig optimale Option zu ermitteln. Idealerweise ist er darüber hinaus in der Lage, diese Lösungen selbst zu entwickeln und herzustellen. Er sollte auch in der Lage sein, Modifikationen von Standard- sowie Sonderlösungen umzusetzen, auf Wünsche einzugehen und zeitnah zu fertigen und zu liefern.
TAS Schäfer beispielsweise stellt dies durch ein eigenes Rohmateriallager sicher. Für die Recyclingindustrie hat das Unternehmen Sonderkonstruktionen für Walzen und mobile Brecher erstellt – oft in schwerer Ausführung: „Auch auf der konstruktiven Seite benötigen Anwender häufig die nötige Unterstützung“, stellt Kurz klar. „Es geht immer darum, Wartungsprozesse zu optimieren, Prozesszeiten zu verkürzen und Kosten einzusparen.“
Die hydraulischen Schrumpfscheiben hat TAS Schäfer so optimiert, dass Anwender sie selbst warten, schmieren und reparieren können. Ein Bajonettsystem etwa erlaubt eine schnelle Ver- und Entriegelung ohne zusätzliches Werkzeug. Damit steigt die Arbeitsgeschwindigkeit, wodurch ein einzelner Mitarbeiter den Verriegelungsprozess innerhalb von Sekunden ausführen kann. Konstruktion und Bau zielen zudem darauf ab, die Abnutzung der Bauteile gering zu halten, um den Wartungsbedarf auf das Notwendige zu reduzieren und einen einfachen Austausch von Teilen zu ermöglichen.
Bei Spannsätzen hat TAS Schäfer eine Bauform entwickelt, die die Beschädigung der Welle im Montageprozess verhindert: Die direkte axiale Bewegung des Spannsatzes auf der Welle und in der Nabe wird vermieden; sie findet stattdessen im Spannsatz selbst statt. Das vermeidet Kratzer und Spuren an Welle und Nabe, die sonst zu Materialfressern führen und damit das oft teuerste Bauteil, die Welle, stark beschädigen können.
Worum es stets geht
Den Standardspannsatz TAS 3020 für Bandantriebe beziehungsweise Bandtrommeln hat TAS Schäfer zudem weiterentwickelt, indem die Verschraubung und die Geometrie angepasst wurden und der festere Stahl 42CrMo4 zum Einsatz kommt. Der Spannsatz profitiert dadurch von einer längeren Nutzbarkeit und ist für Bandtrommeln optimiert, wo häufig höhere Biegemomente auftreten und der Spannsatz höheren Belastungen ausgesetzt wird. Außerdem gelang es, den Sicherheitsbereich von Spannsätzen mit einer angepassten Geometrie, dem Einsatz anderer Schrauben und Materialien mit einer höheren Festigkeit und Dauerfestigkeit zu verbessern, was die Grenzen des Sicherheitsbereichs deutlich ausweitet.
Am Ende geht es stets um Betriebsstillstände und -kosten sowie deren Vermeidung und Reduzierung: Durch den gezielten Einsatz hochwertiger Kupplungstechnologien wie hydraulischer Schrumpfscheiben oder robuster Spannsätze lassen sich in Recyclingmaschinen Ausfallzeiten minimieren und Wartungsprozesse optimieren. Ein Partner aus der Fertigung kann hier bei der Auswahl der passenden Lösung unterstützen – und idealerweise auch Sonderlösungen anfertigen, die speziellen Bedürfnissen gerecht werden.
Quelle: TAS Schäfer GmbH
(Erschienen im EU-Recycling Magazin 10/2025, Seite 40 -Fachbeitrag-, Fotos: TAS Schäfer GmbH)
