DE3630957A1 - Rotierende schere mit deren antriebsvorrichtung zugeordnete drehzahl-regelvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine einem Walzgerüst zugeordnete rotierende Schere, insbesondere eine Kurbelschere, deren Antrieb eine Drehzahl-Regelvorrichtung vorgeordnet ist, der von einem Generator eine Führungsgröße vorgegeben wird, die zur Einleitung eines Schnittes den Scherenantrieb hochfährt und nach der Durchführung des Schnittes ihn auf eine Ausgangsposition hin verzögert, wobei die Führungsgröße für den Beginn des Schnittes durch einen Vorhalt eine die Solldrehzahl überschreitende Drehzahl einregelt.

Dergleichen, einem Walzgerüst zugeordnete rotierende Scheren werden benutzt, um das Walzgerüst durchlaufendes Walzgut zu schopfen und/oder zu zerteilen. Hierbei soll die Schere, solange ihre Messer sich im Bereiche des zu schneidenden Walzgutes befinden, mit dessen Geschwindigkeit angepaßter Geschwindigkeit mitlaufen. Zwar wird durch das Eingreifen der Messer in das Schneidgut eine Verbindung und damit ein synchroner horizontaler Vorschub von Messern und Schneidgut erreicht, durch den Entzug der zum Schnitt benötigten Energie sowie durch die geometrisch bedingte Beschleunigung der Horizontalkomponente der Messer entstehen jedoch üblicherweise Geschwindigkeitsabweichungen, die als Zug- oder Druckspannungen sich auf den Walzvorgang im Walzgerüst auswirken und unerwünschte Änderungen der Umformarbeit auslösen.

Beim üblichen Betriebe wird die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidgutes ermittelt und zum Erwirken eines Schnittes die Schere aus dem Stand auf die Solldrehzahl beschleunigt, im Eingriffsbereich der Messer wird die Führungsgröße auf dem der ermittelten Vorschubgeschwindigkeit des Schneidgutes zugeordneten Wert gehalten, und nach Austreten der Messer aus dem Eingriffsbereich wird durch rampenartiges Absenken der die Regelvorrichtung steuernden Führungsgröße die Schere in vorgegebener Winkelposition wieder zum Stillstand gebracht. Es wurde jedoch gefunden, daß insbesondere die beim Beginn und Fortschreiten des Schnittes auftretenden hohen Schneidkräfte der Messer ein dem Antrieb entgegenwirkendes Moment entwickeln, das einen erheblichen Geschwindigkeitseinbruch des Antriebes bedingt und von der Drehzahlregelung nicht sofort ausregelbar ist. Man hat daher schon vorgeschlagen, die in Fig. 4 dargestellte Einschaltrampe 23 der Führungsspannung U um einen Vorhalt 24 gegenüber der eigentlichen Solldrehzahl zu überhöhen, um in den mit dem Phasenwinkel α _a beginnenden Schnitt mit zusätzlicher kinetischer Energie hineingehen zu können; es ist aber nicht gelungen, auf diese Art den durch die Schnittlast gegebenen Einbruch 26 des in Fig. 5 hier diagrammatisch dargestellten Horizontalgeschwindigkeit auszugleichen, wenn auch die bereits bei Schnittbeginn überhöhte Führungsspannung auch ein schnelleres Ansprechen der Regelvorrichtung ermöglicht. Als nachteilig zeigt sich auch, daß, gegeben durch den geometrischen Bewegungsablauf, die Horizontalgeschwindigkeit der Messer bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Schere von der Anlaufkurve 25 bis zum maximalen Messerhub zunimmt, so daß im folgenden Kurvenverlauf 36 das mitgenommene Schneidgut über seine Einlaufgeschwindigkeit 27 hinaus beschleunigt wird, bis es beim Schnittende α _e freigegeben wird und spontan auf seine Einlaufgeschwindigkeit 27 zurückfällt. Dem nachgeordneten Gerüste werden hierbei unvorteilhaft hohe Zug- und danach Druckspannungen übermittelt.

Es ist zwar in der europäischen Patentschrift 41 018 vorgeschlagen worden, die Schere mit einer Schneidkraftmeßvorrichtung zu versehen, um beim Auftreten dieser Schneidkraft den Antriebsmotor stärker beaufschlagen zu können. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß auch hierdurch Geschwindigkeitsänderungen der Schere bzw. des Schneidgutes und damit auf dieses ausgeübte Horizontalkräfte nicht ausreichend unterbunden werden.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine einem Walzgerüst zugeordnete rotierende Schere mit ihr zugeordneter Drehzahlvorrichtung so auszubilden, daß die Schere zum Schnitt auf eine der Vorschubgeschwindigkeit des Schneidgutes angepaßte Horizontalkomponente ihrer Messer beschleunigbar ist und auch unter der durch den Schnitt gegebenen Belastung diese vorgegebene Geschwindigkeit einhält, um auf den benachbarten Walzspalt rückwirkende Zug- und/oder Druckspannungen auszuschließen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch bezeichneten Merkmale. Durch Überlagerung der Führungsgröße mit einer die Geometrie der Horizontalkomponente der Messerbewegung bewirkenden weiteren Kurve wird erreicht, daß nicht auf eine konstante Winkelgeschwindigkeit eingeregelt wird, sondern vielmehr mit Fortschreiten der Messer in ihrer Bahn die bei konstanter Winkelgeschwindigkeit auftretende Erhöhung der Horizontalkomponente ihrer Geschwindigkeit unterbunden wird. Mit Vorteil werden auch die Maßnahmen des Patentanspruches 2 eingesetzt, die durch Verlängerung des an sich bekannten Vorhaltes über den Beginn des Schnittes hinaus den sonst durch die Belastung des Schnittes eintretenden Geschwindigkeitseinbruch praktisch ausschalten.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Im einzelnen ist die Erfindung anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden und erläuternden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen hierbei

Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf die Kurbeltriebe einer rotierenden Schere,

Fig. 2 eine deren Antrieb aufzeigende Aufsicht,

Fig. 3 schematisch die die Regelung der Antriebe bewirkenden Anordnungen,

Fig. 4 diagrammatisch den zeitlichen Verlauf einer bekannten, durch eine Spannung dargestellten Führungsgröße,

Fig. 5 den bei einer Führungsgröße nach Fig. 4 sich einstellenden Geschwindigkeitsverlauf sowohl des Schneidgutes als auch der Horizontalkomponente der Bewegung der Messer,

Fig. 6 eine entsprechend der Erfindung gestaltete Führungsgröße, und

Fig. 7 den sich hierbei ergebenden Geschwindigkeitsverlauf.

In der Fig. 1 sind Kurbelscheiben 1 und 2 erkennbar, welche einen oberen Rahmen 3 und einen unteren Rahmen 4 führen, welcher das Obermesser 5 bzw. das Untermesser 6 tragen. Die Bewegung der Messer erfolgt infolge von Kurbeln im allgemeinen ungleicher Radien zwar nicht kreisförmig, wohl aber bogenförmig, so daß bei konstant gehaltener Drehzahl die Horizontalkomponente des Vorschubes der Messer sich nach Beginn des den Schnitt bewirkenden Eingriffes zunächst steigert und dann wieder abfällt.

Der Antrieb der Kurbelscheiben ist in Fig. 2 dargestellt. Antriebsspindeln 7 und 8 verbinden die Kurbelscheiben 1 und 2 der Fig. 1 mit einem Kammwalzgerüst 9, in dem die den angetriebenen Kurbelscheiben zugeordneten Antriebsspindeln 7 und 8 mit ineinander kämmenden Zahnrädern 10 und 11 versehen sind, die einen synchronen Gleichlauf der Kurbelscheiben sichern. Der Antrieb selbst erfolgt über Ritzel 12 und 13, welche in die Zahnräder 10 und 11 eingreifen und durch Motore 14 und 15 betrieben werden. Einem der Zahnräder, dem Zahnrad 11, ist ein Positionsgeber 16 zugeordnet, welcher die jeweilige Stellung der Kurbelscheiben der Schere wiedergibt. Einer der Motoren, der Motor 14, ist mit einer Tachodynamo 17 verbunden, welche eine der Winkelgeschwindigkeit des Motors und damit der Schere proportionale Spannung abgibt.

Die eigentliche Regelung wird anhand der Fig. 3 beschrieben. Die Antriebsmotoren 14 und 15 sind der Regelvorrichtung 18 als Stellglieder nachgeordnet, und der Motor 14 ist mit der Tachodynamo 17 verbunden, welche den Ist-Wert der Drehzahl auf die Regelvorrichtung 18 zurückgibt. Als Sollwert wird dieser Regelvorrichtung von einem Generator 19 eine Führungsgröße aufgeschaltet. Diese Führungsgröße wird zunächst aufgrund der Vorschubgeschwindigkeit des Schnittgutes eingestellt, die mittels der Geschwindigkeitsmeßvorrichtung 20 ermittelt wird. Diese Geschwindigkeitsmeßvorrichtung 20 kann mittels eines auf dem Schneidgut aufliegenden, durch Friktion angetriebenen Rades betätigt werden; es ist aber auch möglich, andere die Geschwindigkeit ermittelnde Meßvorrichtungen vorzusehen. Der Geschwindigkeitsmeßvorrichtung 20 ist eine Speichervorrichtung 21 nachgeordnet, welche zumindest im Falle des Auslaufens des Schneidgutes aus der der Schere vorgeordneten Geschwindigkeitsmeßvorrichtung 20 deren letzte Vorschubgeschwindigkeit festhält. Es kann sich aber auch als vorteilhaft erweisen, grundsätzlich im Falle des Auslösens eines Schnittes mit Auslösebeginn die ermittelte Geschwindigkeit zu speichern und die folgenden Vorgänge von diesem gespeicherten Wert aus abzuleiten.

Im Falle des Auslösens des Schnittes bewirkt der Generator 19 als Führungsgröße der Regelvorrichtung 18 eine Spannung, die entsprechend Fig. 6 über eine Einschaltrampe 23 auf einen Vorhalt 28 ansteigt, der mit dem Schnittbeginn im Phasenwinkel α _a , festgestellt durch den Positionsgeber 16, erreicht ist, und der gemäß der Erfindung um eine weitere, vorgegebene Drehung der Schere, bis zur Erreichung des Phasenwinkels β , aufrechterhalten wird. Hier schaltet der Generator 19 auf eine ihm eingeprägte bzw. ebenfalls vorgegebene Übergangskurve 29 um, die daher mit einem Knick an den Vorhalt 28 ansetzt, steil auf eine Kompensationskurve 30 abfällt und asymptotisch in diese übergeht. Die Übergangskurve folgt hierbei der im Anspruch 3 bezeichneten Formel, die sich allerdings auf die jeweilige Drehzahl bezieht, die durch die Spannung der Führungsgröße bestimmt ist. Der Klammerausdruck wird hierbei potenziert, wobei es als empfehlenswert gefunden wurde, den Exponenten x mindestens 4 betragen zu lassen.

Der Winkel β bzw. die Verweilzeit des Vorhaltes 28 sowie dessen Betrag können mittels der Eingabevorrichtung 22 manuell oder vermittels von Datenträgern eingegeben bzw. aus einer Speichervorrichtung ausgewählt oder durch Microcomputer den jeweiligen Schnittleistungen entsprechend errechnet werden.

Die anschließende Kompensationskurve 30 entspricht dem Umkehrwert der aus der Geometrie der als Messerträger wirkenden Rahmen sich ergebenden Beschleunigungsverhältnisse. Hierbei führt das vordere Ende des Rahmens entsprechend der Exzentrizität seiner Aufhängung eine Kreisbahn durch, während sein hinteres Ende an eine Kurbelscheibe 2 angelenkt ist, die im vorliegenden Falle nur als Lasche ausgebildet ist und sich nur über einen vorgegebenen Schwenkweg bewegt. Insbesondere die kreisbogenförmige Bewegungskomponente wird bei gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit der Kurbelscheiben 1 mit konstanter Winkel- und damit Umfangsgeschwindigkeit durchlaufen, so daß die Horizontalkomponente der Geschwindigkeit einem Ausschnitt einer Kosinus-Funktion angenähert ist und die Kompensationskurve 30 daher eine Form erhält, welche deren Kehrwert entspricht. Damit wird über den gesamten Eingriffsbereich der Messer in den Bereich des Schneidgutes eine weitgehend konstante Horizontalgeschwindigkeit der Scherenmesser und damit die gewünschte gleichförmige Geschwindigkeit des Schneidgutes selbst erreicht, und Druck- sowie Zugspannungen, die sich auf den Walzvorgang negativ auswirken, werden vermieden.

Die tatsächlich erzielte Horizontalgeschwindigkeit v ist in der Kurve 7 dargestellt. Ausgehend von der Anlaufkurve 31 wird durch den Vorhalt 28 kurz vor dem Eingriff der Messer eine geringfügige Überhöhung 32 über die konstante Vorschubgeschwindigkeit 33 des Schneidgutes erreicht. Mit Einsetzen des wesentlichen Schnittes erfolgt ein geringer Geschwindigkeitseinbruch 34, und für den Rest des Schneidvorganges sowie der Eingriffszeit 35 weisen das Schneidgut und die Messer eine gleiche Horizontalgeschwindigkeit auf, die dem Betrag der ursprünglichen Vorschubgeschwindigkeit des Schneidgutes entspricht. Erst nach dem Lösen aus dem Eingriff sinkt die Drehzahl durch Verzögerung gegen den Wert 0 ab, und die Schere wird in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt. Damit wird durch die willkürliche Aufrechterhaltung des Vorhaltes bis zu einem Winkel β in Verbindung mit der Überleitung der Führungsgröße auf eine Kompensationskurve erreicht, daß der Schnitt der Schere praktisch keine Auswirkungen auf den Walzvorgang auszuüben vermag.

Insbesondere die Kompensationskurve läßt sich in Abhängigkeit von der jeweils vorgesehenen Bewegungsgeometrie der Scheren rechnerisch ermitteln und vorgeben. Auch der Betrag und die Aufrechterhaltung des jeweils optimalen Vorhaltes lassen sich jeweils rechnerisch ermitteln, es hat sich aber auch bewährt, diese empirisch zu ermitteln und in Abhängigkeit von den mechanischen Abmessungen des Schneidgutes, dessen Festigkeit, Verformungswiderstand und dergleichen jeweils individuell vorzugeben, wobei die Eingabe manuell, aus Datenträgern oder Produktionsrechnern erfolgen kann und aufgrund der das Schnittgut kennzeichnenden eingegebenen Werte die Kenndaten für den Vorhalt und gegebenenfalls die Übergangskurve ausgewählt werden, während andererseits diese auch direkt eingebbar sind.

Claims (7)

1. Einem Walzgerüst zugeordnete rotierende Schere, insbesondere Kurbelschere, deren Antrieb eine Drehzahlregelvorrichtung vorgeordnet ist, der von einem Generator eine Führungsgröße vorgegeben wird, die zur Einleitung eines Schnittes den Scherenantrieb hochfährt und nach der Durchführung des Schnittes ihn auf eine Ausgangsposition hin verzögert, wobei die Führungsgröße für den Beginn des Schnittes durch einen Vorhalt eine die Solldrehzahl der Schere überschreitende Drehzahl einregelt, dadurch gekennzeichnet, daß der die Führungsgröße bewirkende Generator (19) mit Beginn des Schnittes der Drehzahlregelvorrichtung (18) ein Signal übermittelt, dessen Funktion die geometrisch bedingte horizontale Beschleunigungskomponente der Messer ausgleicht.

2. Schere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhalt (28) der Führungsgröße um einen Winkel ( β ) über den Beginn des Schnittes ( α _a ) aufrechterhalten wird, und daß die Führungsgröße mit Erreichen des Phasenwinkels ( β ) spontan auf eine Übergangskurve (29) abbricht, die asymptotisch in die geometrisch bedingte, die horizontale Beschleunigungskomponente kompensierende Kurve (30) übergeht.

3. Schere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangskurve (29) einer Funktion folgt, wobei Δ n( α ) die verbliebene Drehzahlabweichung, Δ n _b die im Einsatzpunkt bestehende Drehzahlabweichung und α _e die Winkelposition der Schere bei der Beendigung des Schnittes darstellen.

4. Schere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Exponent (x) mindestens (4) beträgt.

5. Schere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihr eine Geschwindigkeitsmeßvorrichtung (20) zur Bestimmung der Vorschubgeschwindigkeit des Schneidgutes und damit der Solldrehzahl vorgeordnet ist.

6. Schere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Geschwindigkeitsmeßvorrichtung (20) ermittelte Meßwert mindestens bei auslaufendem Schneidgut speicherbar (Speichervorrichtung 21) ist.

7. Schere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihr und/oder ihrer Antriebsvorrichtung ein Positionsgeber (16) sowie ein Geschwindigkeitsgeber (Tachodynamo 17) zugeordnet sind.