Ein Shredder mit 30 kW Antriebsleistung zerkleinert 2 t/h Weich-PVC problemlos – aber bei 500 kg/h glasfaserverstärktem Kunststoff geht er in die Knie. Warum? Weil nicht die Leistung allein entscheidet, sondern das Zusammenspiel aus Drehmoment, Drehzahl, Messergeometrie und Materialwiderstand.
Die richtige Dimensionierung ist für KMU besonders kritisch: Zu klein dimensioniert, steht die Anlage bei härteren Chargen still. Zu groß, zahlen Sie jahrelang für ungenutztes Potenzial bei Anschaffung, Energie und Wartung. Dieser Artikel zeigt Ihnen die systematische Auslegung mit konkreten Formeln, Kennwerten und drei durchgerechneten Praxisbeispielen.
📌 TL;DR – Das Wichtigste in Kürze
- Grundformel: P = M · n / 9550 (Leistung in kW, Drehmoment in Nm, Drehzahl in U/min)
- Typische KMU-Leistungen: 15-55 kW für Zweiwellen, 30-90 kW für Vierwellen, 22-110 kW für Schneidmühlen
- Drehmoment vor Leistung: Bei langsam laufenden Shreddern (15-80 U/min) ist hohes Drehmoment wichtiger als reine kW-Zahl
- Spezifischer Energiebedarf: 10-30 kWh/t für Kunststoffe, 5-15 kWh/t für Holz, 30-80 kWh/t für Metalle
- Sicherheitsfaktor: Mindestens 1,3-1,5 auf den berechneten Wert – Material variiert, Spitzen kommen vor
- Häufigster Fehler: Nur auf Durchsatz-Angaben des Herstellers vertrauen – diese gelten oft für optimales Material
Die drei Grundfragen vor jeder Dimensionierung
Bevor Sie eine einzige Formel anwenden, müssen drei Fragen beantwortet sein. Diese bestimmen alle weiteren Parameter:
- WAS wird zerkleinert? (Material, Dichte, Festigkeit, Zähigkeit, Feuchtigkeit, Verunreinigungen)
- WIE VIEL pro Stunde? (Durchsatz in kg/h oder t/h)
- WIE KLEIN soll es werden? (Zielkorngröße in mm)
Die Antworten beeinflussen sich gegenseitig: Feinere Zielkorngröße erfordert mehr Energie pro Tonne. Härteres Material reduziert den Durchsatz bei gleicher Leistung. Feuchtes Material verklumpt und verstopft Siebe – hier helfen weder mehr Leistung noch größere Maschinen, sondern Prozessanpassungen.
Dreiecksdiagramm: Material ↔ Durchsatz ↔ Korngröße mit Pfeilen, die zeigen wie sich Änderungen auswirken
Materialspezifische Kennwerte – Die Basis jeder Berechnung
Jedes Material hat charakteristische Zerkleinerungseigenschaften. Die folgende Tabelle zeigt Richtwerte für den spezifischen Energiebedarf – also wie viel elektrische Energie pro Tonne Material benötigt wird:
| Material | Energiebedarf [kWh/t] | Bemerkung |
|---|---|---|
| Weich-PVC, PE-Folie | 8-15 | Wickelgefahr bei Folien |
| Hart-PVC, PP, PS | 15-25 | Standardmaterial |
| GFK, CFK | 25-45 | Hoher Messeverschleiß |
| Holz (trocken, <15 % Feuchte) | 5-12 | Gut zerkleinerbar |
| Holz (feucht, >30 % Feuchte) | 12-20 | Verstopfungsgefahr |
| Papier, Karton | 3-8 | Staubentwicklung |
| Aluminium (dünnwandig) | 20-40 | Verklumpt leicht |
| Stahl (Späne, dünn) | 40-80 | Hoher Verschleiß |
| E-Schrott | 15-35 | Stark materialabhängig |
💡 Faustregel: Der spezifische Energiebedarf steigt mit der Materialfestigkeit und der geforderten Feinheit. Halbierung der Zielkorngröße bedeutet typischerweise 30-50 % mehr Energiebedarf pro Tonne.
Die zentrale Formel: Leistung, Drehmoment, Drehzahl
Die Grundbeziehung zwischen den drei Antriebsparametern lautet:
P = M · n / 9550
Dabei ist:
- P = Leistung [kW]
- M = Drehmoment [Nm]
- n = Drehzahl [U/min]
- 9550 = Umrechnungsfaktor (exakt: 60.000 / 2π)
Umgestellt ergibt sich:
- Drehmoment: M = P · 9550 / n
- Drehzahl: n = P · 9550 / M
💡 Berechnungsbeispiel: Drehmoment bei verschiedenen Drehzahlen
Gegeben: Antriebsleistung P = 30 kW
Berechnung für verschiedene Shredder-Typen:
Zweiwellen-Shredder (n = 30 U/min):
M = 30 · 9550 / 30 = 9.550 Nm
Vierwellen-Shredder (n = 60 U/min):
M = 30 · 9550 / 60 = 4.775 Nm
Schneidmühle (n = 600 U/min):
M = 30 · 9550 / 600 = 478 Nm
Erkenntnis: Gleiche Leistung, aber 20× mehr Drehmoment beim Zweiwellen-Shredder gegenüber der Schneidmühle. Das erklärt, warum Zweiwellen-Shredder auch schwere Störstoffe verkraften.
Diagramm mit drei Achsen: Leistung (kW), Drehmoment (Nm), Drehzahl (U/min) – mit eingezeichneten Bereichen für verschiedene Shredder-Typen
Shredder-Typen und ihre typischen Kennwerte
Verschiedene Shredder-Typen haben charakteristische Arbeitsbereiche. Die Wahl des richtigen Typs ist oft wichtiger als die exakte Leistungsberechnung:
| Shredder-Typ | Drehzahl [U/min] | Leistung KMU [kW] | Stärke |
|---|---|---|---|
| Einwellen-Shredder | 60-120 | 15-75 | Gleichmäßiges Korn, Folien |
| Zweiwellen-Shredder | 15-80 | 15-55 | Störstoffe, gemischte Materialien |
| Vierwellen-Shredder | 40-100 | 30-90 | Feine Korngröße in einem Schritt |
| Schneidmühle | 300-1500 | 22-110 | Sehr feine Korngröße, homogen |
Die detaillierten Unterschiede zwischen den Bauarten – inklusive Aufbau von Welle, Messern und Lagerung – beeinflussen die Dimensionierung erheblich.
Durchsatzberechnung: Von der Theorie zur Praxis
Die theoretische Durchsatzberechnung folgt der Formel:
Q = P / Espez
Dabei ist:
- Q = Durchsatz [t/h]
- P = Antriebsleistung [kW]
- Espez = Spezifischer Energiebedarf [kWh/t]
💡 Berechnungsbeispiel: Durchsatz für Kunststoff-Recycling
Gegeben:
Shredder mit P = 37 kW
Material: Hart-PVC (Espez = 20 kWh/t)
Zielkorngröße: 30 mm
Berechnung:
Q = 37 kW / 20 kWh/t = 1,85 t/h
Praxiskorrektur:
Der theoretische Wert gilt für optimale Bedingungen. In der Praxis reduzieren Schwankungen in Materialzusammensetzung, Zuführung und Anlagenverfügbarkeit den effektiven Durchsatz um 15-30 %.
Effektiver Durchsatz: 1,85 · 0,75 = 1,4 t/h (konservative Schätzung)
❌ Typischer Fehler: Herstellerangaben zum Durchsatz werden als Planungsgrundlage übernommen. Diese gelten aber oft für optimales, vorgebrochenes Material unter Laborbedingungen.
✅ Lösung: Durchsatzangaben des Herstellers um 20-40 % reduzieren für die Kapazitätsplanung. Besser: Referenzanlage mit gleichem Material besichtigen oder Testlauf vereinbaren.
Messer, Schneidspalt und Sieb – Die Feinabstimmung
Nach der Grundauslegung von Leistung und Drehmoment folgt die Feinabstimmung über:
Messeranzahl und -geometrie
Mehr Messer bedeuten mehr Schnitte pro Umdrehung – aber auch höhere Kosten und mehr Verschleißstellen. Die Messergeometrie und der Schneidspalt bestimmen maßgeblich die Schnittqualität und den Energiebedarf.
Richtwerte für die Messeranzahl:
- Zweiwellen-Shredder: 20-60 Messer pro Welle (abhängig von Breite)
- Einwellen-Shredder: 30-80 Messer am Rotor
- Schneidmühle: 3-6 Rotormesser, 2-4 Statormesser
Schneidspalt
Der Schneidspalt zwischen Rotor- und Statormessern beeinflusst direkt:
- Zu eng (<0,3 mm): Hoher Energiebedarf, Reibungswärme, schneller Verschleiß
- Optimal (0,3-1,0 mm je nach Material): Sauberer Schnitt, moderate Energie
- Zu groß (>2 mm): Quetschen statt Schneiden, unsaubere Kanten, Faserbildung
Siebgröße und Durchsatz
Bei Shreddern mit Sieb bestimmt die Lochgröße die maximale Korngröße des Outputs:
| Sieblochung [mm] | Typische Anwendung | Durchsatz-Faktor* |
|---|---|---|
| 80-120 | Vorzerkleinern, Volumenreduktion | 1,0 (Referenz) |
| 40-60 | Nachzerkleinern, RDF-Produktion | 0,6-0,8 |
| 20-30 | Regranulat-Vorbereitung | 0,4-0,6 |
| 8-15 | Feinzerkleinerung | 0,2-0,4 |
*Durchsatz-Faktor: Relativer Durchsatz bezogen auf grobe Vorzerkleinern (= 1,0)
X-Achse: Siebgröße (mm), Y-Achse: Relativer Durchsatz (%), Kurve zeigt exponentiellen Abfall bei kleiner werdendem Sieb
Antriebsstrang: Motor, Getriebe, Kupplung
Die Dimensionierung des Antriebsstrangs muss auf den Shredder-Typ abgestimmt sein:
Motorauswahl
Drehstrom-Asynchronmotoren sind Standard für KMU-Shredder:
- Kostengünstig und robust
- Überlastfähigkeit: 2-3× Nennmoment kurzzeitig
- Mit Frequenzumrichter: Drehzahlregelung 10-100 %
Hydraulikantriebe bei Anwendungen mit extremen Anforderungen:
- Sehr hohes Anlaufmoment
- Stufenlose Drehzahlregelung
- Integrierter Überlastschutz (Druckbegrenzung)
- Höhere Anschaffungs- und Wartungskosten
Getriebeauslegung
Für langsam laufende Shredder (15-80 U/min) ist ein Getriebe zwischen Motor (1450 oder 2900 U/min) und Welle erforderlich:
Übersetzungsverhältnis: i = nMotor / nWelle
💡 Praxis-Tipp: Das Getriebe-Nennmoment sollte mindestens das 1,5-fache des berechneten Betriebsmoments betragen. Shredder erzeugen Lastspitzen durch Fremdkörper, die kurzzeitig das 3-5-fache des Nennmoments erreichen können.
Kupplungen und Überlastschutz
Zwischen Getriebe und Welle sichern Schutzeinrichtungen die Anlage:
- Rutschkupplung: Rutscht bei definiertem Moment durch, schützt vor Überlast
- Scherstift-Kupplung: Bricht bei Überlast, erfordert Stiftwechsel
- Elektronische Überwachung: Strombegrenzung, Reversieren bei Blockade
Die Werkstoffe der Antriebskomponenten – insbesondere der Wellen und Lager – müssen auf die Belastungen abgestimmt sein.
Drei komplette Dimensionierungsbeispiele
Beispiel 1: Kunststoff-Recycler (Produktionsabfälle)
💡 Auslegung: PP/PE-Mischkunststoff, 800 kg/h, Zielgröße 30 mm
Schritt 1: Spezifischen Energiebedarf bestimmen
PP/PE-Mischkunststoff: Espez ≈ 18 kWh/t
Schritt 2: Erforderliche Leistung berechnen
P = Q · Espez = 0,8 t/h · 18 kWh/t = 14,4 kW
Schritt 3: Sicherheitsfaktor einrechnen
Pinstalliert = 14,4 · 1,4 = 20 kW
Schritt 4: Shredder-Typ wählen
→ Einwellen-Shredder mit Sieb (gleichmäßige Körnung für Regranulierung)
Schritt 5: Empfohlene Konfiguration
Motor: 22 kW (nächste Normgröße)
Drehzahl: 80 U/min
Sieb: 30 mm Rundlochung
Arbeitsbreite: 800 mm
Ergebnis: Investition ca. 35.000-50.000 € für Komplettanlage
Beispiel 2: Holzverarbeiter (Restholz zu Hackschnitzeln)
💡 Auslegung: Restholz gemischt, 2 t/h, Zielgröße 50 mm
Schritt 1: Spezifischen Energiebedarf bestimmen
Restholz (teilweise feucht): Espez ≈ 10 kWh/t
Schritt 2: Erforderliche Leistung berechnen
P = 2,0 t/h · 10 kWh/t = 20 kW
Schritt 3: Sicherheitsfaktor (höher wegen Störstoffe)
Pinstalliert = 20 · 1,5 = 30 kW
Schritt 4: Shredder-Typ wählen
→ Zweiwellen-Shredder (toleriert Nägel, Schrauben im Altholz)
Schritt 5: Empfohlene Konfiguration
Motor: 2× 18,5 kW (37 kW total)
Drehzahl: 25 U/min
Ohne Sieb (definierte Korngröße durch Messerabstand)
Arbeitsbreite: 1200 mm
Ergebnis: Investition ca. 55.000-80.000 € für Komplettanlage
Beispiel 3: E-Schrott-Aufbereitung
💡 Auslegung: Kleingeräte-Schrott, 500 kg/h, Zielgröße 40 mm
Schritt 1: Spezifischen Energiebedarf bestimmen
E-Schrott (gemischt): Espez ≈ 28 kWh/t
Schritt 2: Erforderliche Leistung berechnen
P = 0,5 t/h · 28 kWh/t = 14 kW
Schritt 3: Sicherheitsfaktor (hoch wegen Materialvariation)
Pinstalliert = 14 · 1,6 = 22,4 kW
Schritt 4: Shredder-Typ wählen
→ Vierwellen-Shredder (definierte Endkorngröße, gute Aufschlussqualität)
Schritt 5: Empfohlene Konfiguration
Motor: 4× 7,5 kW (30 kW total)
Drehzahl: 50 U/min
Sieb: 40 mm
Arbeitsbreite: 600 mm
Zusätzlich erforderlich: Metalldetektor vor Shredder, Magnetabscheider nach Shredder
Ergebnis: Investition ca. 70.000-100.000 € für Komplettanlage
Flowchart: Material → Störstoffe? → Korngröße → Shredder-Typ-Empfehlung
Checkliste für die Shredder-Dimensionierung
Vor der Anfrage beim Hersteller sollten Sie diese Punkte klären:
- ☐ Material genau spezifizieren (nicht nur „Kunststoff“, sondern „PP-Spritzguss-Angüsse, 3-8 mm Wandstärke“)
- ☐ Durchsatz definieren (Spitze und Durchschnitt)
- ☐ Zielkorngröße festlegen (Minimum und Maximum)
- ☐ Störstoffe identifizieren (Metallteile? Steine? Textilien?)
- ☐ Materialfeuchte bestimmen (<15 % ideal)
- ☐ Anlagenverfügbarkeit planen (1-Schicht, 2-Schicht, 24/7?)
- ☐ Aufstellfläche und Hallenhöhe prüfen
- ☐ Elektrische Anschlussleistung sicherstellen
- ☐ Materialzu- und -abführung konzipieren
- ☐ Budget für Anlage UND Peripherie (Förderband, Bunker, Absaugung) kalkulieren
FAQ – Häufig gestellte Fragen
Wie viel kW brauche ich pro Tonne Durchsatz?
Das hängt stark vom Material ab. Als grobe Orientierung: Weiche Kunststoffe 10-15 kW pro t/h, harte Kunststoffe 20-30 kW pro t/h, Holz 8-15 kW pro t/h, Metalle 40-80 kW pro t/h. Diese Werte gelten für mittlere Zielkorngrößen (30-50 mm). Für feinere Zerkleinerung rechnen Sie 30-50 % mehr.
Ist mehr Leistung immer besser?
Nein. Eine überdimensionierte Maschine hat höhere Anschaffungskosten, verbraucht im Teillastbetrieb überproportional Energie und verschleißt bei zu geringer Auslastung an anderen Stellen (Dichtungen, Lager durch häufiges Anlaufen). Die optimale Auslegung liegt bei 70-85 % durchschnittlicher Auslastung mit Reserve für Spitzen.
Warum ist das Drehmoment wichtiger als die Leistung?
Bei langsam laufenden Shreddern (15-80 U/min) entscheidet das Drehmoment über die Fähigkeit, schweres Material und Störstoffe zu bewältigen. Ein 30-kW-Motor bei 30 U/min liefert 20× mehr Drehmoment als bei 600 U/min. Hohe Drehmomentreserven verhindern Blockaden und Wellenbrüche – ein Thema, das wir im Artikel zu Wellenbrüchen im Shredder ausführlich behandeln.
Wie genau sind Herstellerangaben zum Durchsatz?
Vorsicht: Herstellerangaben beziehen sich oft auf optimale Testbedingungen – gleichmäßiges, vorgebrochenes Material, optimale Feuchtigkeit, kontinuierliche Zuführung. In der Praxis liegen reale Durchsätze 20-40 % unter den Katalogwerten. Fragen Sie nach Referenzanlagen mit vergleichbarem Material und vereinbaren Sie wenn möglich einen Testlauf.
Was kostet der Betrieb pro Tonne?
Die Betriebskosten setzen sich zusammen aus: Energie (30-50 %), Verschleißteile/Messer (20-35 %), Personal (15-25 %), Wartung/Instandhaltung (10-15 %). Bei Stromkosten von 0,25 €/kWh und einem spezifischen Energiebedarf von 20 kWh/t liegen allein die Energiekosten bei 5 €/t. Mit Verschleiß, Personal und Wartung sind 10-25 €/t realistisch.
Ab welcher Menge lohnt sich ein eigener Shredder?
Als Faustregel: Ab 500-1.000 t/Jahr ist ein eigener Shredder wirtschaftlich interessant. Darunter ist externe Lohnzerkleinerung meist günstiger. Rechnen Sie: (Mengen × Lohnkosten extern) vs. (Investition + Betriebskosten + Kapitalbindung). Die Amortisation liegt typischerweise bei 2-4 Jahren.
📚 Quellen und weiterführende Literatur
- VDI 3405 Blatt 3 – Recycling von Kunststoffen
- Roloff/Matek – Maschinenelemente: Antriebsauslegung
- Schubert, H. – Handbuch der mechanischen Verfahrenstechnik (Wiley-VCH)
- Herstellerkataloge: WEIMA, Vecoplan, UNTHA, Lindner (für Kennwerte)
⚖️ Rechtlicher Hinweis
Dieser Artikel dient ausschließlich Informationszwecken und stellt keine verbindliche Auslegungsanleitung dar. Die genannten Richtwerte sind Erfahrungswerte und können je nach konkreter Anwendung erheblich abweichen.
Haftungsausschluss:
- Die Anwendung der beschriebenen Berechnungen erfolgt auf eigenes Risiko.
- Für konkrete Anlagenauslegung konsultieren Sie bitte qualifizierte Fachingenieure und Maschinenhersteller.
- Herstellerangaben und technische Daten können abweichen – verwenden Sie aktuelle Datenblätter.
- DS Werk und der Autor übernehmen keine Haftung für Schäden, die aus der Anwendung der Informationen entstehen.
Die endgültige Dimensionierung sollte immer durch den Maschinenhersteller auf Basis Ihrer konkreten Anforderungen erfolgen.
Weiterführende Artikel:
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