TY - THES

T1 - Interaktion des Belastungskollektives und der Werkzeuggeometrie eines langsamlaufenden Einwellenzerkleinerers

AU - Feyerer, Christoph

N1 - gesperrt bis 01-03-2025

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Zerkleinerungsmaschinen - insbesondere den langsamlaufenden Einwellenzerkleinerern - kommen bei der Aufbereitung von gemischten Abfällen eine besondere Bedeutung zu. Zum einen sind diese leistungsbedingt für einen signifikanten Anteil der Gesamtbetriebskosten der Aufbereitungskette verantwortlich, zum anderen werden die Materialqualität und damit die weitere Verwertungsmöglichkeit der behandelten Einsatzstoffe entscheidend beeinflusst. Deshalb steht dieser Maschinentyp im Fokus der ständigen Optimierung. Im Falle des wissenschaftlichen Kooperationspartners im Rahmen dieser Arbeit, der Firma Komptech GmbH, handelt es sich um die Terminator-Baureihe als Versuchsträger, bei welcher insbesondere deren Schneidwerkzeuggeometrien bzw. die unterschiedlichen Ausführungen der Zerkleinerungseinheiten betrachtet werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden mithilfe einer speziellen Vorrichtung sämtliche Versuchsträger mit einer Möglichkeit zur Drehmomentmessung ausgestattet. In weiterer Folge wurden Belastungskollektive im Rahmen von Versuchen unter Realbetrieb und unter Variation definierter Maschinenparameter aufgenommen. Zusätzlich wurde eine weitere Versuchsserie durchgeführt, bei welcher die Messung der erforderlichen Zahnkräfte für das Durchbrechen bzw. –reißen definierter Probekörper im Fokus stand. Auf Basis dieser Untersuchungen konnte ein Zusammenhang zwischen den bestehenden Geometrieverhältnissen der betrachteten Zerkleinerungseinheiten und der im Rahmen der Versuche gemessenen Belastungskollektive sowie eine Verbindung zu den erreichten Durchsatzleistungen hergestellt werden. Aus den Versuchen geht hervor, dass sich die erforderliche Zahnkraft für das Zerkleinern eines definierten Probekörpers zwischen den unterschiedlichen Zerkleinerungseinheiten um ca. 60% unterscheidet. Dieser Unterschied zwischen den unterschiedlichen Zerkleinerungseinheiten kann im Betrieb unter Realbedingungen an den relativen Häufigkeiten von Extremwerten des Drehmoments mit über siebzig Prozent des Maximalwerts erkannt werden. Diese differenzieren sich um mindestens 46% zwischen den betrachteten Varianten. Ein Effizienzvergleich, unter Betrachtung des auf den Volumendurchsatz bezogenen Treibstoffverbrauchs zeigt, dass eine Steigerung der Ziel–Materialqualität von kleiner 100mm Siebdurchgang um fünf Prozent bei der Variante XXF einen um 21% höheren Treibstoffverbrauch zur Folge hat als bei der Maschinenvariante F. Die Variante V ermöglicht einen weiteren Anstieg der Ziel-Materialqualität des Siebdurchgangs um fünf Prozent, was sich jedoch in einem um 111% höheren Treibstoffverbrauch als der Variante F äußert. Dies zeigt, dass eine feinere Materialqualität einen überproportionalen Einfluss auf den Energiebedarf hat. Untersuchungen unterschiedlicher Einstellungen des radialen Schnittspalts zeigen, dass ein größerer radialer Schnittspalt zu einer ca. zehn Prozent geringeren relativen Häufigkeit an siebzig-Prozent Schnittkraftmaximalwert führt. Die Verringerung der Walzendrehzahl reduziert diese ebenso um mindestens 13%. Zusätzlich wurde die Abhängigkeit der Einflussgrößen mittels Kohonenkarten studiert und ein neuronales Netz zur Abschätzung des spezifischen Treibstoffverbrauchs für zwei Maschinenvarianten aufgestellt. Durch die im Rahmen dieser Masterarbeit durchgeführten Untersuchungen konnten wesentliche Einflussgrößen identifiziert und deren Auswirkung quantifiziert werden. Diese Informationen bilden eine umfassende Grundlage für die Neu- und Weiterentwicklung des untersuchten Einwellenzerkleinerers (Terminator). Des Weiteren ergeben sich aus den Erkenntnissen des Effizienzvergleichs wichtige Informationen für die gesamtheitliche verfahrenstechnische Prozesskonzeption einer Recyclinganlage.

AB - Zerkleinerungsmaschinen - insbesondere den langsamlaufenden Einwellenzerkleinerern - kommen bei der Aufbereitung von gemischten Abfällen eine besondere Bedeutung zu. Zum einen sind diese leistungsbedingt für einen signifikanten Anteil der Gesamtbetriebskosten der Aufbereitungskette verantwortlich, zum anderen werden die Materialqualität und damit die weitere Verwertungsmöglichkeit der behandelten Einsatzstoffe entscheidend beeinflusst. Deshalb steht dieser Maschinentyp im Fokus der ständigen Optimierung. Im Falle des wissenschaftlichen Kooperationspartners im Rahmen dieser Arbeit, der Firma Komptech GmbH, handelt es sich um die Terminator-Baureihe als Versuchsträger, bei welcher insbesondere deren Schneidwerkzeuggeometrien bzw. die unterschiedlichen Ausführungen der Zerkleinerungseinheiten betrachtet werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden mithilfe einer speziellen Vorrichtung sämtliche Versuchsträger mit einer Möglichkeit zur Drehmomentmessung ausgestattet. In weiterer Folge wurden Belastungskollektive im Rahmen von Versuchen unter Realbetrieb und unter Variation definierter Maschinenparameter aufgenommen. Zusätzlich wurde eine weitere Versuchsserie durchgeführt, bei welcher die Messung der erforderlichen Zahnkräfte für das Durchbrechen bzw. –reißen definierter Probekörper im Fokus stand. Auf Basis dieser Untersuchungen konnte ein Zusammenhang zwischen den bestehenden Geometrieverhältnissen der betrachteten Zerkleinerungseinheiten und der im Rahmen der Versuche gemessenen Belastungskollektive sowie eine Verbindung zu den erreichten Durchsatzleistungen hergestellt werden. Aus den Versuchen geht hervor, dass sich die erforderliche Zahnkraft für das Zerkleinern eines definierten Probekörpers zwischen den unterschiedlichen Zerkleinerungseinheiten um ca. 60% unterscheidet. Dieser Unterschied zwischen den unterschiedlichen Zerkleinerungseinheiten kann im Betrieb unter Realbedingungen an den relativen Häufigkeiten von Extremwerten des Drehmoments mit über siebzig Prozent des Maximalwerts erkannt werden. Diese differenzieren sich um mindestens 46% zwischen den betrachteten Varianten. Ein Effizienzvergleich, unter Betrachtung des auf den Volumendurchsatz bezogenen Treibstoffverbrauchs zeigt, dass eine Steigerung der Ziel–Materialqualität von kleiner 100mm Siebdurchgang um fünf Prozent bei der Variante XXF einen um 21% höheren Treibstoffverbrauch zur Folge hat als bei der Maschinenvariante F. Die Variante V ermöglicht einen weiteren Anstieg der Ziel-Materialqualität des Siebdurchgangs um fünf Prozent, was sich jedoch in einem um 111% höheren Treibstoffverbrauch als der Variante F äußert. Dies zeigt, dass eine feinere Materialqualität einen überproportionalen Einfluss auf den Energiebedarf hat. Untersuchungen unterschiedlicher Einstellungen des radialen Schnittspalts zeigen, dass ein größerer radialer Schnittspalt zu einer ca. zehn Prozent geringeren relativen Häufigkeit an siebzig-Prozent Schnittkraftmaximalwert führt. Die Verringerung der Walzendrehzahl reduziert diese ebenso um mindestens 13%. Zusätzlich wurde die Abhängigkeit der Einflussgrößen mittels Kohonenkarten studiert und ein neuronales Netz zur Abschätzung des spezifischen Treibstoffverbrauchs für zwei Maschinenvarianten aufgestellt. Durch die im Rahmen dieser Masterarbeit durchgeführten Untersuchungen konnten wesentliche Einflussgrößen identifiziert und deren Auswirkung quantifiziert werden. Diese Informationen bilden eine umfassende Grundlage für die Neu- und Weiterentwicklung des untersuchten Einwellenzerkleinerers (Terminator). Des Weiteren ergeben sich aus den Erkenntnissen des Effizienzvergleichs wichtige Informationen für die gesamtheitliche verfahrenstechnische Prozesskonzeption einer Recyclinganlage.

KW - Belastungskollektive

KW - Zerkleinerungsprozess

KW - Einwellenzerkleinerer

KW - Werkzeuggeometrie

KW - SOM

KW - Datenanalyse

KW - Load collectives

KW - Shredding process

KW - Single-shaft shredder

KW - tool geometry

KW - SOM

KW - Data analysis

M3 - Masterarbeit

ER -