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Blockscherenantrieb durch Drehstrommotor Die Erfindung betrifft einen
Antrieb von schweren Blockscheren für Walzgut durch Drehstrommotor, bei dem eine
Schwungmasse zur Mitarbeit beim Schneiden herangezogen wird.
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Es sind zwar Antriebe bekannt, bei denen ein dauernd durchlaufender
Drehstrommotor mit einer Schwungscheibe gekuppelt ist, der zum Zweck des Schneidens
mit der vorher stehenden Schere durch eine magnetische Reibungskupplung verbunden
wird und die Schere auf die volle Schneidegeschwindigkeit beschleunigt, ehe das
Schneiden beginnt. Beim Schneiden liefert dann die Schwungmasse zunächst das ganze
von der Schere geforderte Drehmoment, an dem sich dann mit abfallender Drehzahl
der Drehstrommotor zunehmend beteiligt, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist,
in welchem der letztere bei unverändert bleibender Drehzahl das erforderliche Scherendrehmoment
allein aufbringt, das dann allerdings meistens schon seinen Höchstwert überschritten
hat.
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Immerhin liegen bei neuzeitlichen Blockscheren, von denen zehn und
mehr Schnitte in der Minute verlangt werden, die Verhältnisse so, daß der Motor
für .ein größtes Drehmoment bemessen werden muß, das % bis % des von der Schere
anfänglich geforderten Höchstdrehmomentes ausmacht. Dementsprechend groß ist auch
die Spitze der Energieaufnahme aus dem speisenden Drehstromnetz, die bei Scheren
zum Schneiden von Blöcken von etwa 30o mm Seitenlängen 250o kW und mehr betragen
kann, was auf der Ni iederspannungsseite der Netze meistens schon als unzulässig
hoch betrachtet wird.
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Die magnetisch betätigte Reibungskupplung muß dabei so bemessen werden,
daß sie das anfänglich geforderte Höchstdrehmoment
noch sicher überträgt,
ohne daß es dabei zu einem Gleiten der Reibflächen kommt. Bei der sich hiermit ergebenden
Bemessung fällt sie allerdings meistens so reichlich aus, daß sie die Reibungsarbeit
aufnehmen kann, ohne zu heiß zu werden, die bei der Beschleunigung der Massen der
Schere an den Reibflächen auftritt, welche gleich groß ist wie die zur Beschleunigung
dieser Massen aufzubringende Arbeit.
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Gegenstand der Erfindung ist eine solche Anordnung von Motor und Schwungrad,
daß sowohl Motor wie Kupplung für die gleiche Schneideleistung kleiner ausfallen
als bei der betrachteten Anordnung und daß außerdem auch die das speisende Drehstromnetz
belastende Energiespitze niedriger wird.
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Bei dein Antrieb nach der Erfindung, den die Abbildung schematisch
darstellt, ist mit der Vorgelegewelle i der Blockschere a der Drehstrommotor 3 durch
eine normale flexible Kupplung 4 dauernd verbunden, und dieser Motor wird so bemessen,
daß sein größtmögliches Drehmoment nur wenig höher ist als die Hälfte des Höchstdrehmomentes,
welches die Schere beim Schneiden erfordert. Während der Motor mit der Schere im
Stillstand verharrt, solange nicht geschnitten wird, befindet sich eine zweckentsprechend
bemessene Schwungscheibe 5 im Lauf ungefähr mit der synchronen Drehzahl des Motors
3. Auf diese wird sie durch einen kleinen Drehstrommotor 6, der die gleiche synchrone
Drehzahl hat wie der Motor 3, vor Beginn des Arbeitens mit der Schere gebracht und
auch weiterhin dauernd gehalten. Dies geschieht durch Einlegen des Schalters 15,
der den Motor mit dem Drehstromnetz. 7 verbindet, welches beim Schneiden auch den
Motor 3 speist.
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Zwischen der Schwungscheibe 5 und dem anderen Ende der Vorgelegewelle
i ist eine elektromagnetische Reibungskupplung ä angeordnet, deren Erregerwicklung
aus dein Gleichstromnetz g gespeist wird, die aber auch noch nach dem Anfahren der
Schwungscheibe stromlos ist. Diese Kupplung ist so bemessen, daß sie nur wenig mehr
als die Hälfte des größten Drehmomentes übertragen kann, «-elches die Schere beim
Schneiden erfordert. Wird dieses Drehmoment überschritten, so sollen die Reibungsflächen
der Kupplung gegeneinander gleiten, wobei ebenfalls kein größeres als das genannte
Drehmoment übertragen werden soll. Die Kupplung ist also für ein Übertragungsmoment
zu bemessen, das kleiner ist als die Hälfte desjenigen, welches die Kupplung bei
dein eingangs betrachteten bekannten Antrieb haben müßte, da jene auch bei dem auftretenden
Höchstdrehmoment noch nicht ins Gleiten kommen darf. Das Schneiden spielt sich bei
&-t- beschriebenen Anordnung und Bemessung der einzelnen Antriebselemente folgendermaßen
ab: Der Scherenmotor 3 wird beispielsweise durch Betätigung des Druckknopfes Io
mittels des Schützes i i an das Drehstromnetz geschaltet und beschleunigt sich sofort
durch eine selbsttätig ansprechende mehrstufige Läuferschützensteuerung bis zur
vollen Drehzahl hinauf, was bei den meistens vorliegenden Massenverhältnissen der
Schere und des Motorläufers in weniger als i Sekunde möglich ist, ohne daß dabei
die Stromspitzen mehr als =/g des Wertes übersteigen, die dem größtmöglichen Drehmoment
des Motors entsprechen. Vor Ablauf des Anlaßvorganges wird selbsttätig durch den
mit der Scherenhauptwelle 12 gekuppelten Nockenschalter 13 die Erregung der Magnetkupplung
8 eingeschaltet, damit diese ihr volles Übertragungsmoment entwickeln kann, wenn
das Schneiden beginnt.
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Da die Schere kurz nach Beginn des Schneidens ein Drehmoment erfordert,
das entsprechend der obengenannten Bemessung doppelt so groß ist als das größte
von der Kupplung übertragbare, und da der Drehstrommotor bei der vor Beginn des
Schneidens erreichten hohen Drehzahl außerstande ist, sofort ein nennenswertes Drebmoment
zu entwickeln, wird der fehlende Teil im ersten Augenblick durch einen starken Drehzahlabfall
des Drehstrommotors mit der Schere aufgebracht. Da der Drehzahlabfall der Schwungscheibe
durch das übertragbare größte Drehmoment der Kupplung bestimmt wird und da deswegen
die Abfallgeschwindigkeit derSchwungscheibe viel kleiner ist als die des Motors
mit der Schere, die zusammen nur etwa 1/,, der Masse haben wie die Scheibe, kommt
es zunächst zu einem Gleiten der Kupplung. Der Scherenmotor mit der Schere fällt
nach dieser Loslösung' dann so weit in der Drehzahl ab, bis sein sich hiermit steigerndes
Drehmoment so hoch gestiegen ist, bis es zusammen mit dem weiter wirksam gebliebenen
Drehmoment der Schwungscheibe ausreicht, das von der Schere im betrachteten Augenblick
geforderte Drehmoment aufzubringen. Damit hört ein weiterer Drehzahlabfall am Drehstrommotor
so lange auf, bis das in der Drehzahl weiter abfallende Schwungrad die konstant
gewordene Drehzahl des Scherenmotors erreicht hat, womit andererseits das Gleiten
der Kupplung beendet ist. Bei den in praktischen Fällen vorliegenden Verhältnissen
dauert dieses Gleiten etwa o,i bis o,2 Sekunden, und die dabei auftretende Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen den beiden Kupplungshälften erreicht im ungünstigsten Augenblick kaum mehr
als 4/,. Entsprechend
einem sich damit ergebenden zeitlichen Mittelwert
von etwa 2 °/o ist die durch Reibung in der Kupplung in Wärmeumgesetzte Arbeit nur
ein Bruchteil von der, welche beim Anfahren der Schere in der Kupplung entsteht,
die bei der eingangs betrachteten Anordnung mit durchlaufendem Motor auftreten würde.
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Nach Beendigung des Gleitens der Kupplung liefern Motor und Schwungmasse
zusammen unter für den Motor von neuem beginnendem Drehzahlabfall das von der Schere
jeweils geforderte Drehmoment, bis ein Zustand erreicht ist, in dem das jeweils
wirksame Drehmoment des Motors allein ausreicht, das von der Schere geforderte Drehmoment
zu decken, womit gleichzeitig der Drehzahlabfall für die betrachtete Schneideperiode
beendet ist. Mit sinkendem erforderlichem Drehmoment an der Scherenwelle beginnt
dann die Drehzahl des Motors zusammen mit der Schwungscheibe wieder zu steigen,
wobei sich dieses Ansteigen auch nach Beendigung des Schneidens der Schere noch
so lange fortsetzt, bis die volle Motordrehzahl ungefähr wieder erreicht ist. Da
der Drehstrommotor allein imstande -ist, das absinkende Scherendrehmoment aufzubringen,
und weil der folgende Drehzahlanstieg ausschließlich durch den Drehmomentcharakter
des Motors bestimmt wird, kommt es auch beim Wiederaufladen der Schwungscheibe nicht
mehr zu einem Gleiten der Kupplung.
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Nach beendetem Beschleunigungsvorgang ist ,die Schere zum nächsten
Schnitt ohne weiteres bereit, bei dem sich .die Vorgänge in der gleichen Art abspielen,
wie sie oben .beschrieben wurden.
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Sollen nur Einzelschnitte ausgeführt werden, so wird der Drehstrommotor
3 durch den mit der Scherenhauptwelle 12 gekuppelten Nockenschalter Iq. selbsttätig
vom Netz abgeschaltet und gleichzeitig durch irgendein Bremsverfahren zum Stillstand
gebracht. Kurz vor Abschalten des Drehstrommotors wird die Erregung der Magnetkupplung
8 durch den Nockenschalter 13 unterbrochen, damit :die Schwungscheibe mit dem Motor
6 ungehindert weiterlaufen kann.
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Soll im Durchlaufbetrieb :die Zeit zwischen den einzelnen Schnitten
der Schere verlängert werden, so kann dies dadurch geschehen, daß man den Drehstrommotor
gegebenenfalls sogar vor Beendigung des Schneidens vom Netz abschaltet. Mit diesem
Abtrennen ist selbsttätig eine Unterbrechung der Erregung der Kupplung verbunden,
so daß .die weiterlaufende Schwungscheibe :den Scherenmotor nicht an,der beabsichtigten
Abnahme der Umlaufgeschwindigkeit hindert. Genügt die so erreichte Verlängerung
der Umlaufzeit noch nicht, um ein für den nächsten Schnitt zu frühes Zusammengehender
Scherenmesser zu verhindern, so kann eine Bremsung des Scherenmotors durch mehr
oder weniger starkes Erregen seiner Ständerwicklung mit Gleichstrom zu Hilfe genommen
werden. Vor dem Wiedereintreffender Scherenmesser in :die Schneidestellung wird
der Motor wieder an das Netz geschaltet, wobei ihn die bereits erwähnte selbsttätige
Läuferschützenstellung schnell wieder auf die volle Drehzahl bringt, während gleichzeitig
wieder ,die Erregung der Kupplung eingeschaltet wird.
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Soll die Schere schnell stillgesetzt oder aus irgendeinem Grund rückwärts
gedreht werden, so geschieht dies durch Umschaltung der Ständerwicklung des Motors
auf gegenläufiges Drehfeld, womit selbsttätig wieder eine Unterbrechung der Erregung
der Kupplung verbunden ist.
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Die Mitarbeit der Schwungscheibe beim Schneiden kann durch Schwächung
der Erregung der Kupplung bis zur völligen Unwirksamkeit herabgeregelt werden. Hiervon
kann Gebrauch gemacht werden, wenn man kleinere Querschnitte zu schneiden hat, um
nach Möglichkeit den Reibungsbelag der Kupplung zu schonen.
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Sinken die Querschnitte unter :die Hälfte der im Höchstfall zu schneidenden,
so wird das Schwungrad ganz stillgesetzt und mit dem Drehstrommotor allein gearbeitet.
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Um einen Drehzahlabfall am Drehstrommotor zu bekommen, der mit der
Annäherung desselben an :das von der Schere anteilig geforderte höchste Moment möglichst
stark proventual wächst, wird :der Motor so bemessen, .daß sein größtmögliches Drehmoment
nur wenig größer ist, als .das anteilig von ihm geforderte. Der Motor kann aber
auch für ein größeres Höchstmoment ausgelegt werden, und es können mit wachsender
Belastung selbsttätig Widerstände in den Läuferkreis nach beendetem Anlassen geschaltet
werden. An deren Stelle können auch Widerstände Verwendung finden, deren wirksamer
Widerstand durch Stromverdrängung bei mit der Belastung wachsender Läuferfrequenz
oder durch mit der Belastung schnell ansteigender Erhitzung sich vergrößert.
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Zuletzt sei noch auf einen weiteren nicht unwesentlichen Vorteil der
Anordnung nach der Erfindung gegenüber der bekannten mit durchlaufendem Motor und
fest gekuppelter Schwungscheibe hingewiesen, der vor allem bei solchen Scheren ins
Gewicht fällt, bei denen die Messer :durch einen Kurbeltrieb bewegt werden. Bei
solchen kann mit der Annäherung des Getriebes an die Totpunktlage die Beanspruchung
des Schneidewerkes so hoch steigen, daß es irgendwo zum Bruch kommt, wenn zu große
Schwungmassen bei
steilem Drehzahlabfall das Motordrehmoment zu
stark unterstützen. Infolge des betriebsmäßig eintretenden Gleiters :der Kupplung
bei der neuen Anordnung wird von der Schwungscheibe keinesfalls wesentlich mehr
als das halbe von :der Schere geforderte Höchstdrehmoment auf die. Schere übertragen.
Bei der bekannten Anordnung kann in :diesem Fall eine Drehkraft wirksam werden,
die etwa 21/2 fach so hoch ist, weil .die Kupplung dort so bemessen werden muß,
daß ein Gleiten aus Sicherheitsgründen erst dann eintreten darf, wenn das von der
Schere geforderte Höchstdrehmoment um etwa 2o"/" überschritten wird.