Bei der Aufbereitung von Kunststoffabfällen entstehen aus Angüssen, Fehlteilen oder Produktionsresten gleichmäßige Mahlgüter, die anschließend erneut verarbeitet werden können. Für diesen Arbeitsschritt kommt ein Granulator zum Einsatz. Seine Schneidwerkzeuge müssen den Werkstoff nicht nur zerteilen, sondern gleichzeitig eine gleichbleibende Korngröße ermöglichen. Bereits geringe Veränderungen an Schneidkante oder Schneidspalt können die Qualität des Mahlguts beeinflussen.
Das eigentliche Zerkleinern erfolgt durch das Zusammenwirken von Rotor- und Statormessern innerhalb des Granulators. Materialeigenschaften, Geometrie der Schneiden und die Einstellung des Schneidsystems bestimmen gemeinsam den Schneidvorgang. Deshalb wird die Auslegung von Granuliermessern immer auf den jeweiligen Einsatzbereich abgestimmt.
Kurzfassung
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Aufbau des Schneidsystems im Granulator
Ein Granulator besitzt in der Regel eine rotierende Messerwelle sowie fest montierte Gegenmesser. Während der Rotor das Material erfasst und beschleunigt, bilden die feststehenden Messer den eigentlichen Gegenschnitt. Kunststoff wird dadurch nicht einfach abgeschlagen, sondern zwischen beiden Schneiden kontrolliert abgeschert.
Dieses Scherprinzip unterscheidet sich deutlich von einem Schlag- oder Brechverfahren. Statt hoher Stoßbelastungen entsteht ein definierter Schneidvorgang. Dadurch fallen gleichmäßigere Kunststoffstücke an, die sich anschließend besser fördern, sieben oder erneut einschmelzen lassen.
Entscheidend bleibt dabei der Schneidspalt. Er beschreibt den Abstand zwischen Rotor- und Statormesser. Fällt dieser zu groß aus, wird das Material stärker gedrückt oder gerissen. Ist der Abstand dagegen zu klein, steigt die mechanische Belastung der Schneiden, was den Verschleiß beschleunigen kann.
Unterschiede zwischen Rotor- und Statormessern
Granuliermesser bestehen je nach Bauart aus Rotor- und Statormessern, die unterschiedliche Aufgaben innerhalb des Schneidsystems übernehmen.
Rotormesser bewegen sich mit der Messerwelle und schneiden das Material aktiv in Richtung der feststehenden Gegenmesser. Ihre Geometrie beeinflusst unter anderem den Materialeinzug sowie die Belastung während des Schneidvorgangs.
Statormesser bleiben dagegen unbeweglich im Maschinengehäuse montiert. Sie bilden die Gegenschneide, an der der eigentliche Scherschnitt entsteht. Bereits geringe Veränderungen an ihrer Position können den Schneidspalt verändern und dadurch sowohl die Schnittqualität als auch die Beanspruchung der gesamten Schneideinheit beeinflussen.
Da beide Messer zusammenarbeiten, genügt es häufig nicht, lediglich ein einzelnes Messer auszutauschen. Unterschiedliche Schneidenhöhen oder ungleichmäßiger Verschleiß verändern das Zusammenspiel des gesamten Systems.
Werkstoff und Schneidengeometrie beeinflussen den Schneidvorgang
Nicht jeder Kunststoff stellt dieselben Anforderungen an ein Schneidwerkzeug. Weiche Polyolefine verhalten sich anders als glasfaserverstärkte Kunststoffe oder mineralisch gefüllte Compounds. Abrasive Füllstoffe beanspruchen die Schneidkante deutlich stärker als unverstärkte Materialien.
Aus diesem Grund kommen je nach Anwendung unterschiedliche Werkzeugstähle zum Einsatz. Hochleistungsschnellstahl (HSS) wird häufig verwendet, weil er auch bei hoher mechanischer Belastung eine widerstandsfähige Schneidkante bietet. Die passende Härte muss jedoch zum zu verarbeitenden Material und zur gesamten Schneideinheit passen. Eine hohe Härte führt nicht automatisch zu einer längeren Nutzungsdauer. Mit steigender Härte nimmt auch die Gefahr von Ausbrüchen zu, wenn Stoßbelastungen oder Fremdkörper auftreten. Für bestimmte Polymere können sich auch Gegenmesser aus Hartmetall eignen, sofern deren Eigenschaften auf das jeweilige Material und die auftretenden Belastungen abgestimmt sind.
Beschichtungen können den Verschleiß zusätzlich verringern. Ihr Nutzen liegt beispielsweise darin, Reibung zu reduzieren oder die Schneidkante gegenüber abrasiven Bestandteilen besser zu schützen. Welche Beschichtung geeignet ist, hängt jedoch vom jeweiligen Kunststoff sowie den Betriebsbedingungen ab.
Ursachen für den Verschleiß
Verschleiß entsteht selten allein durch die Betriebsdauer. Häufig wirken mehrere Belastungen gleichzeitig auf die Schneidkante ein.
Besonders stark beanspruchen glasfaserverstärkte Kunststoffe, mineralische Füllstoffe oder harte Fremdpartikel die Messeroberfläche. Gelangen Metallteile, Schrauben oder andere Fremdkörper unbeabsichtigt in den Granulator, können Ausbrüche an der Schneide entstehen.
Auch ein falsch eingestellter Schneidspalt erhöht die Belastung. Liegen Rotor- und Statormesser nicht mehr im vorgesehenen Abstand zueinander, entstehen zusätzliche Druckkräfte anstelle eines sauberen Scherschnitts. Gleichzeitig verändern sich Schnittbild, Energiebedarf und Geräuschentwicklung der Maschine.
Ebenso wirken sich ungeeignete Betriebsbedingungen aus. Überlastungen durch zu hohe Materialmengen oder ungeeignete Werkstoffe erhöhen die mechanische Beanspruchung der Messer erheblich.
Nachschleifen, Schärfen und Austausch voneinander unterscheiden
Im Zusammenhang mit Schneidwerkzeugen werden die Begriffe Schärfen, Nachschleifen und Austausch häufig gleichgesetzt. Tatsächlich beschreiben sie unterschiedliche Maßnahmen.
Beim Nachschleifen wird Material von den Schneidflächen abgetragen, um eine verschlissene Schneidengeometrie wiederherzustellen. Dieser Vorgang verändert die Abmessungen des Messers geringfügig. Nach mehreren Schleifzyklen kann deshalb ein Punkt erreicht werden, an dem die ursprüngliche Geometrie nicht mehr eingehalten wird.
Unter Schärfen versteht man das Wiederherstellen der Schneidkante durch Schleifen auf den vorgesehenen Schneidenwinkel. Dabei wird die Schneide auf den vorgesehenen Winkel gebracht und ihre Oberfläche bearbeitet. Das Schärfen ist somit Bestandteil eines Nachschleifprozesses, beschreibt aber nicht zwangsläufig dessen gesamten Umfang.
Ein Austausch wird erforderlich, wenn Risse, Ausbrüche, Verformungen oder ein zu großer Materialabtrag die sichere Verwendung ausschließen. In solchen Fällen reicht eine erneute Bearbeitung der Schneidkante nicht mehr aus, weil sich die ursprüngliche Messergeometrie nicht vollständig wiederherstellen lässt.
Regelmäßige Kontrolle verhindert Folgeschäden
Nicht jeder Verschleiß ist sofort an einer stumpfen Schneide zu erkennen. Veränderungen an Granuliermessern zeigen sich häufig zuerst am Mahlgut oder am Maschinenlauf. Unregelmäßige Granulatgrößen, ausgefranste Schnittflächen oder ein steigender Energiebedarf können darauf hinweisen, dass sich der Schneidzustand verändert hat.
Ebenso lohnt sich ein Blick auf den Schneidspalt und die Befestigung der Messer. Lockere Verschraubungen oder ungleichmäßig verschlissene Schneiden verändern den Schnittverlauf und erhöhen die Belastung einzelner Bauteile. Bleiben solche Veränderungen über längere Zeit unbemerkt, können zusätzlich Rotor, Lager oder Gegenmesser beschädigt werden.
Angesichts dessen werden Schneidwerkzeuge bei Wartungsarbeiten nicht nur auf ihre Schneidkante geprüft. Ebenso gehören die Kontrolle der Auflageflächen, der Befestigungspunkte und der Messerposition zum üblichen Prüfumfang.
Fazit
Granuliermesser bilden gemeinsam mit Rotor- und Statormessern ein abgestimmtes Schneidsystem. Werkstoff, Schneidengeometrie und Schneidspalt beeinflussen den Schervorgang ebenso wie die Eigenschaften des zu verarbeitenden Kunststoffs. Verschleiß entsteht durch unterschiedliche mechanische und abrasive Belastungen. Ob Nachschleifen möglich ist oder ein Austausch erforderlich wird, richtet sich nach dem Zustand des Messers und der verbleibenden Geometrie.
Er liebt es, mit seiner Familie zu reisen und neue Orte zu entdecken. Das E-Bike ist ein täglicher Begleiter.
Gleichzeitig interessiert er sich für alles rund um Technik und Computer.
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