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Antriebsvorrichtung für einen Gleichschrittofen
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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Gleichschritt:ofen
mit zwei ineinanderliegenden Hubbalkensystemen, wobei die Hubbalken der beiden Systeme
zueinander wechselweise heb- und gleichzeitig vorbewegbar sowie anschließend senk-
und gleichzeitig zurückbewegbar sind und wobei für die Hub- und Senkbewegung einerseits
und die Vor- und Zurückbewegung (Fahrbewegung) andererseits je ein eigener Bewegungsmechanismus
vorgesehen ist. Solche Gleichschrittöfen können beispielsweise zum Glühen von Blechen
oder anderen Stahlprodukten eingesetzt werden.
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Die beiden Hubbalkensysteme dienen dazu, die in dem Ofen zu behandelnden
Güter durch diesen hindurch zu transportieren. Zu diesem Zwecke werden die beiden
Systeme so bewccjt, daß immer ein Hubbalkensystem das zu transportierende Gut trägt
und vorwärtsbewegt, während das zweite
System abgesenkt wird und,
meist mit höherer Geschwindigkeit, zu einem Ausgangspunkt zurückbewegt wird, wo
es dann angehoben und gleichzeitig bis zur Transportgeschwindigkeit in Vorwärtsrichtung
beschleunigt wird. In den meisten Fällen soll der durch die Bewegung der Hubbalkensysteme
bewerkstelligte Transport mit möglichst gleichmäßiger Geschwindigkeit erfolgen.
Hierzu müssen während einer gewissen Zeitspanne, in der das übergehen des zu behandelnden
Gutes von einem Hubbalkensystem auf das andere erfolgt, diese beiden Hubbalkensysteme
mit gleicher Geschwindigkeit vorbewegbar sein.
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Für diese Bewegungsweisen der beiden Hubbalkensysteme ist sowohl ein
mechanischer als auch ein hydraulischer Bewegungsmechanismus bekannt. Der bekannte
mechanische Bewegungsmechanismus verwendet für die Fahrbewegung und die Hubbewegung
schwere Kurvenscheiben, die alle auf einer gemeinsamen Welle sitzen und über ein
Getriebe und einen regelbaren Elektromotor angetrieben werden. Die Kurvenscheiben
müssen die vollen Kräfte und Leistungen übernehmen. Der Elektromotor ist drehzahlregelbar,
weil die gleichmäßige Transportgeschwindigkeit im Ofen auch in ihrer Größe verstellbar
sein muß. An den Kurvenscheiben liegen schwere Laufrollen an, die an Hebeln gelagert
sind, die durch ihre Schwenkbewegung den Hubbalkensystemen die gewünschten Fahr-
und Hubbewegungen vermitteln.
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Bei dem bekannten hydraulischen Bewegungsmechanismus werden als Fahr-
und als Hubantrieb für die beiden Hubbalkensysteme getrennte Hydraulikzylinder verwendet,
die von je einer Gruppe regelbarer Hydraulikpumpen mit Drucköl versorgt werden.
Um dabei die Synchronisierung ailer Bewegungen zu erzielen, ist ein elektro-hydraulischer
Regelkreis vorgesehen, der seine Sollwerte von einem separaten kleinen Kurvenscheibentriebwerk
bekomm-t und seine Istwerte an den Zylindern elektrisch abgreift. Durch Vergleich
der
Ist- und Sollwerte werden die Zylinder gezwungen, die beiden Hubbalkensysteme in
der erforderlichen synchronisierten Weise anzutreiben.
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Diese beiden bekannten Bewegungsmechanismen haben einige technische
und finanzielle Nachteile. So ist es bei dem mechanischen Bewegungsmechanismus mit
vertretbarem Aufwand nicht möglich, die sehr großen Kurvenscheiben mit der erforderlichen
Genauigkeit herzustellen. Durch die Anordnung sämtlicher Kurvenscheiben für die
Fahr- und Hubbewegung beider Hubbalkensysteme auf der selben Antriebswelle wird
eine gegenseitige unerwünschte Beeinflussung dieser beiden Antriebsarten ausgeübt.
Die maximal mögliche Durchlaufgeschwindigkeit der im Ofen zu behandelnden Güter
wird darüber hinaus durch den mechanischen Aufwand des jeweiligen Antriebs, insbesondere
der Kurvenscheiben und Kurvenscheibenrollen, begrenzt. Er läßt daher eine weitere
Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit nicht zu.
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Der bekannte hydraulische Bewegungsmechanismus ermöglicht zwar etwas
größere Leistungen, findet jedoch seine Grenze in der Kompressibilität des öls.
Wegen der elastischen Eigenschaften der Ölsäule darf der Druck nicht über 70 bar
steigen, da sonst unerwünschte Schwingungen des Feder-Masse-Systems auftreten. Dies
führt zu großen und teuren Hydraulikpumpen, die wegen ihrer Größe nicht mehr in
der erforderlichen kurzen Zeit von Null auf volle positive bzw. negative Fördermenge
hochgesteuert werden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile
beseitigt sind, welche also weder Kurvenscheiben mit ihren oben angegebenen Nachteilen
noch hydraulische Einrichtungen mit langen elastischen und umgesteuerten ölleitungen
benötigt.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Bewegungsmechanismen
über Kurbeltriebe antreibbar sind, wobei der Kurbeltrieb für die Vor- und Rückbewegung
(Fahrbewegung) mit einer Drehzahlsteuerung ausgestattet ist, mit welcher seine Drehzahl
mindestens in einer Hälfte des Kurbelkreises so herunterregelbar ist, daß sich dadurch
in Verbindung mit der Umlaufbewegung der Kurbel eine im wesentlichen gleichförmige
Vorbewegung des betreffenden Hubbalkensystems ergibt. Dabei kann es zweckmäßig sein,
daß der Kurbeltrieb für die Hub- und Senkbewegung während der Vorbewegung des jeweiligen
Hubbalkensystems zeitweise im wesentlichen stillgesetzt wird, um während der Vorbewegung
dieses Hubbalkensystems keine Veränderung von dessen Höhenlage in Kauf nehmen zu
müssen.
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Jedes der beiden Hubbalkensysteme kann über eine Kurbelstange mit
einem eigenen drehzahlgesteuerten Kurbeltrieb für die Fahrbewegung und über eine
weitere Kurbel stange mit einem eigenen gegebenenfalls stillsetzbaren Kurbeltrieb
für die Hubbewegung verbunden sein. Jeder Kurbeltrieb wird zweckmäßig von einem
eigenen Antriebsmotor angetrieben, der ein regelbarer Elektro- oder Hydraulikmotor
sein kann. Zur Synchronsteuerung der Antriebsmotore fü.< die Kurbeltriebe kann
entweder eine zentrale Steuerung für alle Antriebe oder es können jeweils einzelne
Steuerungen für jeden Antrieb mit einem Führungsantrieb vorgesehen sein.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Bewegungsmechanismen für
die Fahr- und die Hubbewegung als Kurbeltriebe ist eine zwangsgeführte Bewegung
der Hubbalken beim Fahren und Heben möglich. Damit können die bei den Zylindern
der bekannten hydraulischen Bewegungsmechanismen erfoderlichen überlaufsicherungen
und die bei den bekannten mechanischen Bewegungsmechanismen notwendigen Andrückeinrichtungen
für die Laufrollen an den Kurvenscheiben entfallen.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der Bewegungsmechanismen ermöglicht
außerdem eine größere Steifigkeit des Feder-Masse-Systems mit geringeren Einlauf
schwingungen in der Beschleunigungsphase. Außerdem sind im Gegensatz zu den bekannten
hydraulischen Bewegungsmechanismen keine Drehrichtungs- oder Umsteuerungsvorgänge
notwendig. Da der Kurbeltrieb für die Hub- und Senkbewegung eine Zwangsführung darstellen
kann, ist eine vollständige Kompensation der Hublasten möglich.
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Die Erfindung ermöglicht außerdem höhere Leistungen als mit den bekannten
mechanischen und hydraulischen Bewegungsmechanismen, da fertigungstechnisch wie
bei dem bekannten mechanischen Bewegungsmechanismus und schwingungstechnisch wie
bei dem bekannten hydraulischen Bewegungsmechanismus keine Grenzen gesetzt sind.
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In der Zeichnung sind die gewünschten Bewegungsgeschwindigkeitskurven
der Hubbalkensysteme sowie ein besonders zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, welche im folgenden näher beschrieben werden: Fig. 1 zeigt im Diagramm
die Fahrgeschwindigkeit (Vor-und Zurückbewegung) der beiden Hubbalkensysteme im
Diagramm; Fig. 2 zeigt die Hubgeschwindigkeit (Heben und Senken) der beiden Hubbalkensysteme
im Diagramm; Fig. 3 zeigt die beiden Hubbalkensysteme in ihrer Ineinanderlage im
Querschnitt durch die nebeneinanderliegenden Balken; Fig. 4 veranschaulicht eine
Seitenansicht des genannten Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 zeigt
eine Draufsicht auf dieses Ausführmlgsbeispiel; Fig. 6 veranschaulicht das Verhältnis
der Fahrgeschwindigkeit eines Hubbalkensystems und der Drehzahl des Kurbeltriebs
für dieses System.
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In dem in Fig. 1 gezeigten Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm sind die
Geschwindigkeiten der Vor- und Zurückbewegung (Fahrbewegung) der beiden Hubbalkensysteme
I und II dargestellt. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Hubbalkensystems I ist in
ununterbrochenen Linien gezeigt, während die Bewegungsgeschwindigkeit des Hubbalkensystems
II in unterbrochenen Linien dargestellt ist.
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Aus diesem Diagramm ergibt sich, daß das Hubbalkensystem I zunächst
auf die Transportgeschwindigkeit vT heschleunigt wird. Im gleichen Zeitraum wird
das zweite Hubbalkensystem II mit der erwähnten Transportgeschwindigkeit VT vorwärtsbewegt.
Während einer anschließenden relativ kurzen Zeitspanne t1 werden beide Hubbalkensysteme
I und II mit der gleichen Geschwindigkeit vT vorbewegt. Dann setzt das Hubbalkensystem
I diese Vorbewegung in gleicher Gesc:hwindigkeit fort, während das Hubbalkensystem
II (entsprechend der unterbrochenen Kurve) abgebremst und mit erhöhter Geschwindigkeit
zu einem Ausgangspunkt zurückbewegt wird, der durch den Schnittpunkt der wieder
ansteigenden Geschwindigkeitskurve des Systems II mit der Geschwindigkeits-Null-Linie
dargestellt ist. Von dort wird das Hubbalkensystem II wieder in einer Vorbewegung
bis zur Geschwindigkeit vT beschleunigt, mit welcher Geschwindigkeit nach wie vor
das Hubbalkensystem 1 vorbewegt worden ist. Während einer kurzen Zeitspanne t2 werden
dann beide Hubbalkensysteme I und II mit gleicher Geschwindigkeit vT vorbewegt,
wobei die Übernahme des bisher vom Hubbalkensystem I transportierten Transportgutes
auf
das Hubbalkensystem II erfolgt. Anschließend beginnt der Rücklaufzyklus des Hubbalkensystems
I mit Absenkung und gleichzeitiger Abbremsung sowie anschliessender Rückwärtsbewegung.
Während dieser Zeit wird das Hubbalkensystem II mit gleichmäßiger Geschwindigkeit
vT vorbewegt, bis nach zurückbewegtem Hubbalkensystem I dieses erneut auf Vorbewegungsgeschwindigkeit
vT beschleunigt wird und bei dieser Geschwindigkeit ein Übergeben des Transportgutes
vom Hubbalkensystem II wiederum auf das Hubbalkensystem I erfolgen kann.
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Während in Fig. 1 die Fahrbewegungsgeschwindigkeiten der beiden Hubbalkensysteme
gezeigt sind, sind in Fig. 2 deren Hubbewegungsgeschwindigkeiten dargestellt. Auch
hier sind in ununterbrochenen Linien die Geschwindigkeiten der Hub-und Senkbewegungen
des Hubhallcensystems 1 und in unterbrochenen Linien die Hub- und Senkbewegungen
des Hubbalkensystems II dargestellt. Aus diesem Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm ist
ersichtlich, daß bereits vor Beginn der Beschleunigung der Vorbewegung des Hubbalkensystems
1 die Hubbewegung dieses Systems begonnen hat. Während des Zeitraumes t1, in welchem
die beiden Hubbalkensysteme mit gleicher Geschwindigkeit vT vorbewegt werden, wird
die Hubbewegung des Hubbalkensystems I bis auf Null abgebremst. In der gleichzeitig
erreichten Höchstlage des Hubbalkensystems I wird während eines Großteils der Zeit
t3, in der dieses System in der Geschwindigkeit vT vorbewegt wird, keinerlei Hub-
oder Senkbewegung dieses Systems durchgeführt, bis dann kurz vor Ende des Zeitraumes
t3 die in Fig 2 mit ununterbrochener Kurve gezeigte Absenkungsbewegung des Systems
I beginnt. Unmittelbar nach dem Abbremsen der Hubbewegung des Hubbalkensystems I
wird das Hubbalkensystem II abgesenkt und zwar zunächst mit steigender und anschließend
mit abnehmender Geschwindigkeit. Die entsprechende Geschwindigkeitskurve ist in
Fig. 2 links unterhalb der Gescilwindigkeits-Null-Linie
in unterbrochenen
Linien gezeigt. Während eines Großteils der Zeitspanne, in der das Hubbalkensystem
II mit erhöhter Geschwindigkeit zurückbewegt wird, führt dieses System weder eine
Hub- noch eine Senkbewegung durch. Dann erfolgt zunächst mit steigender dann mit
fallender Geschwindigkeit eine Hubbewegung dieses Systems (siehe die in Fig. 2 Mitte
oberhalb der Geschwindigkeits-Null-Linie gezeigte Kurve).
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Anschließend beginnt der Zyklus der Hub- und Senkbewegung der beiden
Hubbalkensysteme aufs neue.
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Fig. 3 bis 5 veranschaulichen das eingangs erwähnte besonders zweckmäßige
und vorteilhafte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
Fig. 3 zeigt in einem Querschnitt durch die Hubbalken die beiden Hubbalkensysteme.
Dabei sind die Balken 1 des Systems I in abgesenkt er und die Balken 2 des Systems
II in angehobener Stellung gezeigt, während die Antriebsmechanismen 3,4 für die
Hubbalken 1 und 2 schematisch dargestellt sind.
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Diese Antriebsmechanismen sind in Fig. 4 und 5 anhand eines der beiden
Hubbalkensysteme, nämlich des Hubbalkensystems I mit den Hubbalken 1, näher dargestellt.
Um die Ubersichtlichkeit zu wahren, ist in diesen Figuren die Lage der Hubbalken
2 des Hubbalkensystems II nicht gezeigt.
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Die Hubbalken 1 des Hubbalkensystems I ruhen auf Rollen an den oberen
Enden von Winkelhebeln 6, die in ihrem Knickpunkt schwenkbar gelagert sind. An den
den Rollen 5 gegenüberliegenden Enden sind diese Hebel durch eine Zugstange 7 miteinander
verbunden, an welche eine Kurbelstange 8 angeschlossen ist. Diese Kurbelstange 8
greift mit ihrem anderen Ende am Kurbelzapfen 9 einer Kurbel 10 an. Durch Umlauf
des Kurbelzapfens 9 auf dem Kurbelkreis 11 wird über die Kurbelstange 8 der Zugstange
7 eine hin-und hergehende Bewegung im Sinne des in Fig. 4 angegebenen
waagerechten
Doppelpfeils erteilt, welche über eine entsprechende Schwenkbewegung der Winkelhebel
6 zu einem Heben und Senken der Rollen 5 und damit der auf diesen Rollen aufliegenden
Hubbalken 1 im Sinne des in Fig. 4 gezeigten senkrechten Doppelpfeils führt. Bei
der in Fig. 4 gezeigten Stellung der Kurbel 10 befinden sich die Hubbalken 4 in
etwa mittlerer Höhenlage.
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Die Hubbalken 1 sind an ihrem einen Ende durch eine Traverse 13 miteinander
verbunden, an welcher eine Kurbelstange 12 schwenkbar angreift, die mit dem Kurbelzapfen
14 einer weiteren Kurbel 15 verbunden ist. Bei Umlauf des Kurbelzapfens 14 auf dem
Kurbelkreis 16 werden über die Kurbelstange 12 die Hubbalken 1 einer hin- und hergehenden
Bewegung (Fahrbewegung) unterworfen.
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Sowohl die Kurbel 10 für die vertikale Hubbewegung als auch die Kurbel
15 für die horizontale Fahrbewegung der Hubbalken 1 haben jeweils eigene Antriebe.
Der Antrieb für die Kurbel 10 erfolgt von einem Antriebsmotor 17 über ein Getriebe
18, während der Antrieb für die Kurbel 15 über einen zweiten Antriebsmotor 19 und
ein Getriebe 20 erfolgt. Beide Antriebe 17, 18 und 19, 20 sind synchron zueinander
so gesteuert, daß sich die in Fig. 4 über dem Hubbalken gezeigte Bewegungskurve
21 für diesen Hubbal ken ergibt.
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Diese Bewegungskurve 21 zeigt, daß die Hubbalken 1 während des größten
Teiles ihrer in der Zeichnung nach links geric1iteten Vorbewegung sich in angehobener
Lage befinden, in welcher die Kurbel 10 für die Hubbewegung stillgesetzt ist (siehe
in Fig. 1 die ununterbrochen dargestellte Geschwindigkeitskurve im positiven Geschwindigkeitsbereich
und in Fig. 2 die ununterbrochen dargestellten Geschwindigkeitslinien senkrecht
darunter). Die Rückbewegung (in Fig. 4 nach rechts) beginnt nach etwa halber Absenkung
der
Hubbalken und endet nach etwa halber Anhebung derselben.
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Um eine gleichförmige Vorbewegung der Hubbalken 1 zu gewährleisten,
muß die Winkelgeschwindigkeit der Kurbel 15 und damit die Umlaufgeschwindigkeit
des Kurbelzapfens 14 in demjenigen Bereich, in welchem diese den Hubbalken 1 eine
Vorbewegung (in Fig. 4 nach links) erteilen, vorübergehend reduziert werden. Fig.
6 zeigt in ununterbrochener Linie die Geschwindigkeitskurve v des Balkensystems
I (der Hubbalken 1) sowie in unterbrochener Linie die Winkelgeschwindigkeit der
Kurbel 15 in Abhängigkeit von der Zeit t für eine Umlaufperiode der Kurbel. Daraus
ergibt sich, daß die Winkelgeschwindigkeit der Kurbel 15 in demjenigen Zeitraum,
in welchem die Hubbalken vorbewegt werden, also in welcher der Kurbelzapfen in Fig.
4 die obere Hälfte des Kurbelkreises 16 durchläuft, zunächst herabgesetzt und anschließend
wieder auf den ursprünglichen Wert gesteigert wird. Diese Änderung der Winkelgeschwindigkeit
wird durch eine elektronische Drehzahländerung des Antriebsmotors 19 erreicht. Fig.
6 läßt ferner erkennen, daß der Rücklauf des Hubbalken systems mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
der Kurbel 15 staut inden kann, da im abgesenkten Zustand die Hubbalken 1 das Transportgut
nicht berühren.
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Demgegenüber kann die Kurbel 10 für den Hubvorgang innerhalb einer
halben Umdrehung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Diese Kurbel muß
nur im richtigen Augenblick angesteuert und mit angepaßter Drehzahl laufen, um dann
nach einer halben Umdrehung stillgesetzt zu werden, damit der Hubvorgang im richtigen
Zeitpunkt beendet ist.
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Für das zweite in Fig. 4 und 5 nicht dargestellte Hubbalkensystem
II gelten die gleichen Bewegungsabläufe und Steuerungsbedingungen, nur sind diese
um 180 Grad phasenverschoben.
Die beiden Hubbalkensysteme müssen
in dieser Phasenverschiebung genau synchronisiert sein.
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Zur Synchronisierung sämtlicher Bewegungsabläufe sowohl für die Hubbewegung
als auch für die Fahrbewegung beider Hubbalkensysteme kann ein zentrales Steuerorgan
dienen, welches aus zwei kleinen Kurvenscheiben bestehen kann, die jeweils um 180
Grad versetzte Sollwert-Potenziometer bewegen. Die beiden Kurvenscheiben als Sollwertgeber
geben den Weg der Kurbelzapfen 9 und 14 vor. Den Balkenweg vorzugeben ist unzweckmäßig,
da in den Totpunkten der Kurbeln 10 und 15 die Situation undefinierbar ist ueber
Regelkreise werden die vier Antriebsmotore für die Kurbeln der beiden Hubbalkensysteme
angesteuert und Istwert-Potenziometer an den Kurbeln schließen den Kreis. Die verschiedenen
Durchlaufgeschwindigkeiten im Ofen lassen sich einfach durch unterschiedlich gewählte
Drehzahlen des Steuerorgans herstellen.
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Eine andere Synchronisierung durch eine zentrale Führung beider Hubbalkensysteme
läßt sich rein elektronisch über einen Programmgeber, zum Beispiel einen Mikroprozessor,
erreichen, dessen Periodenzeit einstellbar ist. Ferner ist noch eine Programmvorgabe
für nur ein Bubbalkensystem möglich, wobei das zweite Hubbalkensystem um 180 Grad
phasenverschoben mit einem Regelkreis nachgeführt wird.
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Die Antriebsmotore 17 und 19 können elektrische oder hydraulische
Motore sein Bei hohen Transportgeschwindigkeiten der Hubbalkensysteme kommen Blindleistungsspitzen
an den Motoren von mehreren hundert Kilowatt vor. Gleichstrommotoren bis 1200 Kilowatt
können im Drehzahlbereich 1 : 3 ohne Drehrichtungsänderungen schnell verstellt werden.
Auch schnellaufende Hydraulikmotoren lassen sich schnell drehzahlverstellen, da
bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung höhere hydraulische
Drücke
gewählt werden können und die Hydraulikmotoren nicht die Transportrichtung umkehren
müssen.
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Es sei noch daraufhingewisen, daß anstelle von üblichen Kurbeln, wie
sie in der Zeichnung dargestellt sind, auch Kurbel schleifen oder Kurbel schwingen
verwendet werden können.
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L e e r s e i t e