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Patent Searching and Data


Title:
SHEAR FOR METALWORKING HAVING AN ELECTRICAL DIRECT DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/034679
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a shear (200, 300), preferably a cut-to-length shear or flying shear, for cutting a strip-shaped metal material in metalworking, the shear (200, 300) comprising: a frame (210, 310); a blade carrier (230, 330), which can be moved along a cutting trajectory and has a blade (240, 340), which comes in contact with the metal material and cuts through the metal material during a movement of the blade carrier (230, 330) along the cutting trajectory in order to cut the metal material; and a drive (10, 100, 100'), which has an electric motor having a stator (12, 120, 120') and having a mover (11, 110, 110'), which can be moved relative to the stator (12, 120, 120'), the mover (11, 110, 110') being connected or connectable to the blade carrier (230, 330) in such a way that the blade carrier (230, 330) can be driven by the mover (11, 110, 110') for the cutting operation, and the electric motor being either a linear motor or a rotary electric motor, in the latter case the mover being a rotor (11, 110'), the rotation of which can be transferred to a shaft (320), preferably a crankshaft or eccentric shaft, of the shear (300), and the stator (12, 120') being directly mounted on the frame (310) and/or the rotor (11, 110') being directly connected to the shaft.

Inventors:
DE KOCK, Peter (Storpskamp 29, Oberhausen, 46117, DE)
TIMMERBEUL, Walter (Herzkamperstraße 36, Wuppertal, 42281, DE)
PLATE, Frank (Itterstr. 93 D, Düsseldorf, 40589, DE)
Application Number:
EP2018/072093
Publication Date:
February 21, 2019
Filing Date:
August 15, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SMS GROUP GMBH (Eduard-Schloemann-Str. 4, Düsseldorf, 40237, DE)
International Classes:
B23D15/12; B23D25/02; B26D5/08
Foreign References:
CN201824003U2011-05-11
CN203409337U2014-01-29
US1856546A1932-05-03
CN101602257A2009-12-16
CN101912995B2013-04-03
DE2611988A11977-09-29
Attorney, Agent or Firm:
KLÜPPEL, Walter (Hammerstr.2, Siegen, 57072, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Schere (200, 300), vorzugsweise Querteilschere oder fliegende Schere, zum Schneiden eines bandförmigen Metallmaterials in der Metallbearbeitung, wobei die Schere (200, 300) aufweist:

ein Gestell (210, 310);

einen Messerträger (230, 330), der entlang einer Schneidtrajektorie bewegbar ist und ein Messer (240, 340) aufweist, das zum Schneiden des Metallmaterials während einer Bewegung des Messerträgers (230, 330) entlang der Schneidtrajektorie mit dem Metallmaterial in Kontakt kommt und dieses durchtrennt; und

einen Antrieb (10, 100, 100'), der einen Elektromotor mit einem Stator (12, 120, 120') und einem relativ zum Stator (12, 120, 120') beweglichen Läufer (1 1 , 1 10, 1 10') aufweist, wobei

der Läufer (1 1 , 1 10, 1 10') so mit dem Messerträger (230, 330) verbunden oder verbindbar ist, dass der Messerträger (230, 330) für den Schneidvorgang vom Läufer (1 1 , 1 10, 1 10') antreibbar ist, und der Elektromotor entweder

ein Linearmotor oder

ein rotatorischer Elektromotor ist, wobei der Läufer im letzteren Fall ein Rotor (1 1 , 1 10') ist, dessen Drehung auf eine Welle (320), vorzugsweise Kurbelwelle oder Exzenterwelle, der Schere (300) übertragbar ist, und der Stator(12, 120') direkt am Gestell (310) montiert ist und/oder der Rotor (1 1 , 1 10') direkt mit der Welle verbunden ist.

2. Schere (200, 300) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein rotatorischer Elektromotor ist, wobei die Welle (320) und der Rotor (1 1 , 1 10') einstückig ausgebildet sind. Schere (200, 300) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein rotatorischer Elektromotor ist, wobei

das Gestell (310) die Welle (320) auf einer Seite lagert, während das

Gestell (310) keine zweite Lagerung für die Welle (320) aufweist, sondern die Welle (320) auf der gegenüberliegenden Seite über eine Rotorlagerung des Antriebs (10, 100, 100') gelagert ist, oder

das Gestell (310) die Welle (320) auf zwei Seiten lagert, wobei eine

Lagerung des Rotors (1 1 , 1 10') im Antrieb (10, 100, 100') entfällt.

Schere (200, 300) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass zwei Antriebe (10, 100, 100') auf

gegenüberliegenden Seiten des Gestells (210, 310) zum Antreiben des Messerträgers (230, 330) vorgesehen sind.

Schere (200, 300) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein rotatorischer Elektromotor ist, wobei der Rotor (1 1 , 1 10') des Antriebs (10, 100, 100') ohne

Zwischenschaltung eines Drehmomentgetriebes mit der Welle (320) verbunden ist.

Schere (200, 300) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Gestell (210, 310) horizontal beweglich ist, vorzugsweise auf einen horizontal beweglichen Schlitten montiert ist, und mittels eines Horizontalantriebs, der vorzugsweise einen elektrischen Linearmotor aufweist, auf eine Weise horizontal bewegbar ist, dass die Schere (200, 300) eine fliegende Schere ist.

Schere (200, 300) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10, 100, 100') mindestens einen Fangmagneten aufweist, der eingerichtet ist, um magnetische Partikel aufzufangen und sie vom Stator (12, 120, 120') und Läufer (1 1 , 1 10, 1 10') des Antriebs (10, 100, 100') fernzuhalten.

Schere (200, 300) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10, 100, 100') einen modularen Aufbau aufweist, wobei dieser durch Zusatzmodule erweiterbar ist, beispielsweise ein Bremsmodul und/oder Haltemodul und/oder Getriebemodul und/oder Leistungssteigerungsmodul und/oder Kühlmodul.

Schere (200, 300) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10) aufweist:

eine elektrische Bremseinrichtung (40), die eingerichtet ist, um den Läufer (1 1 ) aus einem Arbeitszustand reibungsfrei in einen Haltezustand, in dem der Läufer (1 1 ) im Wesentlichen stillsteht, abzubremsen;

eine mechanische Halteeinrichtung (50), die eingerichtet ist, um den Läufer (1 1 ) bei Betätigung der mechanischen Halteeinrichtung (50) im Haltezustand mechanisch zu arretieren; und

eine Steuereinrichtung (31 ), die eingerichtet ist, um die elektrische Bremseinrichtung (40) und die mechanische Halteeinrichtung (50) so zu steuern, dass im Wesentlichen die gesamte Bewegungsenergie aus dem Arbeitszustand von der elektrischen Bremseinrichtung (40) umgewandelt wird, während die mechanische Halteeinrichtung (50) nur im Haltezustand des Läufers (1 1 ) betätigt wird.

Schere (200, 300) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10) einen speisenden Umrichter (13) aufweist, der eingerichtet ist, um den Elektromotor des Antriebs (10) im Arbeitszustand mit Leistung zu versorgen und vorzugsweise eine Funktion zum Abbremsen des Läufers

(1 1 ) in einem Normalbetriebszustand aufweist, wobei

die elektrische Bremseinrichtung (40) und/oder die Steuereinrichtung (31 ) so eingerichtet ist, dass sie in einem außerordentlichen Betriebszustand, der eine Störung des speisenden Umrichters (13) umfasst, den speisenden Umrichter (13) galvanisch vom Elektromotor trennt und den Läufer (1 1 ) in den Haltezustand abbremst, indem sie Wicklungen des Elektromotors über einen Bremswiderstand und/oder eine Widerstand/Kondensator-Schaltung und/oder direkt kurzschließt und/oder eine externe Gleichspannungsquelle aufschaltet.

1 . Schere (200, 300) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10) ein Gehäuse aufweist, in dem die mechanische Halteeinrichtung (50) integriert oder an das die mechanische Halteeinrichtung (50) angeflanscht ist.

2. Schere (200, 300) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Halteeinrichtung (50) so eingerichtet ist, dass die Arretierung im Haltezustand formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgt, wobei die Betätigung der mechanischen Halteeinrichtung (50) vorzugsweise elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgt.

Description:
SCHERE ZUR METALLBEARBEITUNG MIT ELEKTRISCHEM DIREKTANTRIEB

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Schere, vorzugsweise Querteilschere oder fliegende Schere, zum Schneiden eines bandförmigen Metallmaterials in der Metallbearbeitung, wobei die Schere einen Antrieb und einen beweglichen Messerträger aufweist.

Hintergrund der Erfindung

In Bandanlagen werden Querteilscheren und fliegende Scheren in verschiedenen Ausführungen eingesetzt, um bandförmige Metallmaterialien aus Stahl oder Nichteisenmetallen, den NE-Metallen, zu schneiden. Sogenannte Start/Stopp- Scheren werden überwiegend hydraulisch und/oder pneumatisch angetrieben, doch weiterhin sind Ausführungen bekannt, bei denen der Antrieb über einen elektrischen Kurbeltrieb realisiert wird. Bei solchen elektrischen Motorscheren wird der bewegliche Messerträger über eine Kurbelwelle betätigt. Eine dauerhaft über einen Drehstrommotor angetriebene Schwungmasse liefert die Antriebsenergie. Mit Hilfe einer Kupplungs-/Bremskombination wird die Schwungmasse kurzzeitig mit der Kurbelwelle verbunden und somit der Schnitt ausgeführt. Anschließend bremst das System die Kurbelwelle wieder ab und positioniert diese in der Ausgangslage.

Eine Querteilschere, bei der über einen geeigneten mechanischen Kurbeltrieb während des Schnittes sowohl eine vertikale Schneidbewegung als auch eine horizontale Vorwärtsbewegung realisiert wird, wird als fliegende Schere bezeichnet. Die Antriebskomponenten umfassen ein Untersetzungsgetriebe, eine Synchronwelle, eine Kupplung mit Bremse, einen Grundrahmen und Abdeckungen. Damit lassen sich am kontinuierlich laufenden Band Teile des Bandes, beispielsweise zur Verschrottung abtrennen. Eine fliegende Schere mit einem Messerträger, der in Schneidrichtung von einer elektrisch betätigten Kurbelwelle bewegt wird, ist in der DE 26 1 1 988 A1 beschrieben.

Motorscheren der oben beschriebenen Art erlauben in der Regel eine hohe Schnittfolge, im Vergleich zu einer hydraulisch angetriebenen Schere. Jedoch erfolgt die Betätigung der Schere über einen Antriebsstrang, der, wie oben erwähnt, neben einem Drehstrommotor zur Erzeugung des Drehmoments weitere mechanische Komponenten zur Übertragung und Änderung des Drehmoments aufweist, wie etwa Kupplungen, eine Antriebsspindel, die etwa als Kardanwelle ausgeführt sein kann, ein Untersetzungsgetriebe mit Zahnrädern, Lager, Bremsmittel und andere bewegliche mechanische Teile. Diese technologische Trennung führt dazu, dass die Schnittstelle zwischen dem anzutreibenden Maschinenteil und dem Antrieb nicht optimal ist. Die Komponenten des Antriebsstrangs, insbesondere die Kupplungs-/Bremskombination, sind störungsanfällig und wartungsintensiv. Hinzukommt, dass bei der Regelung einer solchen Maschine das Problem auftreten kann, dass sowohl die Kupplung als auch der Übergang vom Getriebe zur Kupplung und von der Kupplung zum Rotor des Antriebs gegen Torsionsbelastungen nicht in dem gewünschten Maß drehmomentsteif sind. Durch die Torsionsnachgiebigkeit können die Drehzahl und der Drehwinkel der Kurbelwelle der Arbeitsmaschine gegen den Antrieb schwingen, was zu Problemen bei der Regelgenauigkeit führen kann. Die Antriebskonstruktion nimmt ferner viel Bauraum ein. Dies führt zu hohen Kosten sowie zu Leistungsverlusten im Antriebsstrang. Aus den oben genannten Gründen sind Motorscheren in der Praxis von hydraulischen Lösungen verdrängt worden.

Darstellung der Erfindung Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schere, vorzugsweise Querteilschere oder fliegende Schere, zum Schneiden eines bandförmigen Metallmaterials anzugeben, die wenigstens einen der oben genannten technischen Nachteile überwindet. Insbesondere soll die Schere bei kompakter Bauart und geringen Kosten eine hohe Zuverlässigkeit und Regelungsgenauigkeit aufweisen.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Schere mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Die Schere gemäß der Erfindung, die vorzugsweise als Querteilschere oder fliegende Schere ausgebildet ist, dient zum Schneiden eines bandförmigen Metallmaterials vorzugsweise aus Stahl oder Nichteisenmetallen, den sogenannten NE-Metallen. Die Schere weist ein Gestell und einen Messerträger auf. Der Messerträger ist entlang einer Schneidtrajektorie bewegbar und weist ein Messer auf, das zum Schneiden des Metallmaterials während einer Bewegung des Messerträgers entlang der Schneidtrajektorie mit dem Metallmaterial in Kontakt kommt und dieses durchtrennt. Dazu weist das Gestell vorzugsweise Führungsmittel auf, die mit dem Messerträger zusammenwirken, so dass dieser zuverlässig entlang der Schneidtrajektorie bewegbar ist. Ferner weist die Schere einen Antrieb auf, der einen Elektromotor mit einem Stator und einem relativ zum Stator beweglichen Läufer aufweist, wobei der Läufer so mit dem Messerträger verbunden oder verbindbar ist, dass der Messerträger für den Schneidvorgang vom Läufer antreibbar ist. Der Elektromotor ist entweder ein Linearmotor oder ein rotatorischer Elektromotor, wobei der Läufer im letzteren Fall ein Rotor ist, dessen Drehung auf eine Welle, vorzugsweise eine Kurbelwelle oder Exzenterwelle, der Schere übertragbar ist, und der Stator direkt am Gestell montiert ist und/oder der Rotor direkt mit der Welle verbunden ist. Das Gestell kann offen oder geschlossen sein, insbesondere fallen Gehäuse, Grundrahmen, Maschinenrahmen und dergleichen unter die Bezeichnung "Gestell". Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gestell im Fall eines rotatorischen Elektromotors ein oder mehrere Lager zur drehbaren Lagerung der Welle, die zur Betätigung des Messerträgers mit diesem zusammenwirkt, auf. Der Elektromotor kann als Innenläufer oder Außenläufer konzipiert sein. Der Elektromotor des Antriebs kann als Kompaktmotor mit eigenen Lagern oder lagerlos ausgeführt sein. Der Elektromotor kann ein permanent erregter Drehstrommotor sein, er hat vorzugsweise ein Motorgehäuse oder Motorgestell, in dem der Läufer gelagert ist, der beispielsweise auf herkömmliche Weise durch die Kraft, die von einem Magnetfeld auf stromdurchflossene Leiter einer Spule ausgeübt wird, in Bewegung versetzt wird. Alternativ kann das Gestell der Schere oder ein Teil davon als Motorgehäuse mitgenutzt werden. Vorzugsweise ist der Elektromotor ein Torquemotor oder Synchronmotor. Derartige Motoren können sehr hohe Drehmomente bei relativ kleinen Drehzahlen erzeugen, wodurch sie als Motoren für Direktantriebe besonders geeignet sind. Beispielsweise kann bei der Verwendung eines Torquemotors in vielen Fällen auf ein Untersetzungsgetriebe verzichtet werden. Im Fall eines rotatorischen Elektromotors ist der Rotor mit der Welle verbunden, wodurch die Drehung des Rotors auf die Welle übertragen wird. Der Stator ist direkt am Gestell der Schere montiert und/oder der Rotor ist direkt mit der Welle verbunden. Wenn der Stator des Antriebs direkt mit dem Gestell verbunden ist, sind das Gestell der Schere und der Antrieb auf diese Weise miteinander "verblockt". Ein etwaiges Antriebsgehäuse oder Motorgehäuse, Antriebsgestell oder Motorgestell wird hierbei als Teil des Stators angesehen. Bei einer "direkten Verbindung", "direkten Befestigung" oder "direkten Montage" im Sinne der vorliegenden Anmeldung stehen die betreffenden mechanischen Komponenten unmittelbar miteinander in Kontakt, vorzugsweise auf eine starre Weise. Dies kann beispielsweise durch Verschrauben, Vernieten oder Verschweißen erreicht werden, aber auch eine einstückige Ausbildung ist umfasst. Gemäß dem obigen Aufbau fungiert der Antrieb als Direktantrieb zur Betätigung des Messerträgers. Durch die besondere Integration wird einerseits eine ausgesprochen hohe Steifigkeit, insbesondere Drehsteif ig keit im Fall des rotatorischen Elektromotors, zwischen dem Elektromotor und dem Messerträger bzw. der Welle erreicht, auf der anderen Seite können aufwendige mechanische Komponenten, wie etwa Getriebe, Kupplungen, Bremsen, Kardanwellen usw., im Antriebsstrang entfallen. Damit wird der Antriebsstrang vereinfacht, er ist kompakt, wartungsarm, leicht und zuverlässig. Die Schere erzielt bei geringen Kosten somit eine Verbesserung der regelungstechnischen Eigenschaften. Dies führt neben der Gewichtsreduzierung auch zu einer Verbesserung des energetischen Wirkungsgrads. Die Fundamente und Hallen zur Aufnahme der Maschine können verkleinert werden. Ferner erlaubt das dargestellte Antriebssystem eine einfache Erhöhung der Antriebsleistung, beispielsweise bei einem Umbau oder einer Modernisierung der Anlage, wenn etwa neue Materialien verarbeitet werden sollen, ohne dass der bestehende Antrieb ausgetauscht werden muss. Durch die Verringerung der Anzahl der Komponenten wird die Wartungsarbeit an der Schere vermindert, wodurch die Produktionszeit der Anlage verlängert werden kann. Ferner geht damit eine Reduzierung von sicherheitstechnischen Aufwendungen einher. Insgesamt werden die Freiheitsgrade der Maschine in Bezug auf Funktion und Design erhöht. Die Reduktion im Antriebsstrang ist günstig im Hinblick auf eine etwaige Standardisierung bzw. Normierung solcher Antriebssysteme. Durch die besondere Nähe des Antriebs zum Gestell der Schere kann das Gestell ferner als Kühlkörper oder Kühloberfläche des Elektromotors genutzt werden. Eine etwaige Durchführung für Medien, beispielsweise Hydrauliköl und/oder Kühlwasser, ist auch von der Antriebsseite möglich. Im Fall des rotatorischen Elektromotors sind der Rotor und die Welle vorzugsweise einstückig ausgebildet. Dadurch lässt sich die Drehsteifigkeit zwischen dem Antrieb und der Welle, somit die Regelungsgenauigkeit weiter verbessern. Zur weiteren Reduzierung von mechanischen Komponenten lagert das Gestell die Welle vorzugsweise nur auf einer Seite, während das Gestell keine zweite Lagerung für die Welle aufweist, sondern die Welle auf der gegenüberliegenden Seite über eine Rotorlagerung des Antriebs gelagert ist. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform lagert das Gestell die Welle auf zwei Seiten, wobei eine Lagerung des Rotors im Antrieb entfällt. Auf diese Weise können sich die Welle und der Rotor eine Lagerung teilen.

Vorzugsweise sind zwei Antriebe auf gegenüberliegenden Seiten des Gestells zum Antreiben des Messerträgers vorgesehen, um die Kraft- und Gewichtsverteilung zu vergleichmäßigen und/oder die Antriebsleistung unter Beibehaltung eines kompakten Bauraums zu erhöhen.

Der Rotor des Antriebs ist vorzugsweise ohne Zwischenschaltung eines Drehmomentgetriebes, insbesondere ohne Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes, mit der Welle verbunden. Indem auf ein Drehmomentgetriebe verzichtet wird, findet eine direkte und unmittelbare Drehmomentübertragung vom Antrieb auf die Welle statt. Unter die Bezeichnung "Drehmomentgetriebe" fallen all jene Getriebeformen, die ein Eingangsdrehmoment oder eine Eingangsdrehzahl in ein Ausgangsdrehmoment oder eine Ausgangsdrehzahl anderer Größe umwandeln, die somit eine Drehmomentwandlung bzw. Drehzahlwandlung durchführen.

Der Antrieb kann in bestimmten Ausführungsvarianten über eine Spindel und/oder eine Kardanwelle mit der Welle verbunden sein. Dies kommt insbesondere bei Antrieben mit großer Leistung oder in widrigen Umgebungsbedingungen, etwa im Warmwalzwerk, in Betracht.

Vorzugsweise ist das Gestell horizontal beweglich vorgesehen, beispielsweise auf einen horizontal beweglichen Schlitten montiert, und mittels eines Horizontalantriebs, der vorzugsweise einen elektrischen Linearmotor aufweist, horizontal antreibbar, d.h. horizontal bewegbar. Auf diese Weise lässt sich eine robuste fliegend schneidende Schere herstellen, die besonders gut zum Schneiden dicker Bänder, beispielsweise Warmbänder, geeignet ist. Durch die Anwendung des Linearmotors als Antriebseinrichtung zur horizontalen Verschiebung des Gestells kann auf einen mechanisch aufwändigen und wartungsintensiven Kurbeltrieb, der während des Schnittes sowohl eine vertikale Schneidbewegung als auch eine horizontale Vorwärtsbewegung realisieren muss, verzichtet werden.

Vorzugsweise weist der Antrieb mindestens einen Fangmagneten auf, der beispielsweise ringförmig um eine Rotorverlängerung angeordnet sein kann. Der Fangmagnet ist eingerichtet, um magnetische Partikel aufzufangen und sie vom Stator und Läufer des Antriebs fernzuhalten. Dadurch kann trotz des integralen Aufbaus des Antriebs verhindert werden, dass magnetische Partikel in den Elektromotor geraten, wodurch die Zuverlässigkeit des Antriebs verbessert wird. Der oben dargelegte Antrieb lässt sich modular aufbauen, wobei er zumindest ein Basismodul mit einem Stator und Läufer aufweist. Der Antrieb kann bei Bedarf durch weitere Module, die vorzugsweise zylindrisch oder scheibenförmig sind, erweitert werden. Mögliche Erweiterungsmodule umfassen beispielsweise ein Bremsmodul, Haltemodul, Leistungssteigerungsmodul mit Antriebsmitteln (etwa Läufer und Stator) zur Erhöhung der Leistung des Basismoduls, ein Getriebemodul und/oder ein Kühlmodul. Damit die Module miteinander kombinierbar sind, weisen sie technisch kompatible Komponenten, insbesondere miteinander verbindbare bzw. aneinander flanschbare Gehäuse bzw. Gestelle auf. Durch eine solche modulare Bauweise kann die Wiederholhäufigkeit baugleicher Teile (Motorscheiben, Statorscheiben, Statorbleche, Statorspulen, Bremsscheiben, Bremsbeläge usw.) erhöht werden, wodurch die Kosten reduziert und die Zuverlässigkeit des Antriebs erhöht werden können.

Der Antrieb weist vorzugsweise einen Drehgeber oder Geschwindigkeitsmesser zum Messen des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit auf. Der Drehgeber kann als eigenes Modul oder als Bestandteil eines Moduls vorgesehen sein. Alternativ ist eine geberlose Fahrweise möglich.

Der Antrieb kann ferner mit einer Kühleinrichtung ausgestattet sein. Diese kann beispielsweise als separates Modul zwischen der Bremse und dem Elektromotor und/oder als Kühlmantel im oder am Motorgehäuse des Antriebs angeordnet sein. Die Kühlung kann etwa mittels eines Gebläses und/oder als Wasser- bzw. Fluidkühlung ausgebildet sein. Eine etwaige Durchführung für Medien, etwa Hydraulikol und/oder Kühlwasser, ist von der Antriebsseite her möglich, beispielsweise durch den Rotor des rotatorischen Elektromotors. Ferner kann der Antrieb einen oder mehrere integrierte Umrichter aufweisen. Der Antrieb weist vorzugsweise auf: eine elektrische Bremseinrichtung, die eingerichtet ist, um den Läufer aus einem Arbeitszustand reibungsfrei in einen Haltezustand, in dem der Läufer im Wesentlichen stillsteht, abzubremsen; eine mechanische Halteeinrichtung, die eingerichtet ist, um den Läufer bei Betätigung der mechanischen Halteeinrichtung im Haltezustand mechanisch zu arretieren; und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um die elektrische Bremseinrichtung und die mechanische Halteeinrichtung so zu steuern, dass im Wesentlichen die gesamte Bewegungsenergie von der elektrischen Bremseinrichtung umgewandelt wird, während die mechanische Halteeinrichtung nur im Haltezustand des Läufers betätigt wird.

Das Abbremsen erfolgt in dieser bevorzugten Ausführungsform reibungsfrei mittels einer elektrischen Bremseinrichtung. Unter "reibungsfrei" ist hierbei die Abwesenheit von mechanischer Reibung zu verstehen, das Abbremsen erfolgt in diesem Sinne berührungslos. Materialinnere Prozesse, die beim elektrischen Bremsen auftreten können, wie etwa Gegen- oder Wirbelströme, fallen folglich nicht unter die Bezeichnungen "Reibung", "reibungsfrei" und dergleichen. Vorzugsweise wird der Elektromotor in einem Normalbetriebszustand an der geregelten Rampe eines speisenden Umrichters, der den Elektromotor mit Leistung versorgt, etwa durch Anpassung der Frequenz und Spannung, abgebremst. Die elektrische Bremseinrichtung, die beispielsweise als Gegenstrombremse oder Wirbelstrombremse ausgeführt sein kann, arbeitet reibungslos und somit im Wesentlichen verschleißfrei. Nachdem der Läufer durch das Abbremsen mittels der elektrischen Bremseinrichtung den Haltezustand erreicht hat, wird der Läufer gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform durch Betätigen einer mechanischen Halteeinrichtung mechanisch arretiert. Die Arretierung erfolgt vorzugsweise auf eine kraftschlüssige oder formschlüssige Weise. Die mechanische Halteeinrichtung kann beispielsweise über Haltebacken auf eine Haltescheibe wirken, sie kann an der Welle der Schere oder auch am Läufer des Elektromotors vorgesehen sein bzw. darauf wirken. Die elektrische Bremseinrichtung und die mechanische Halteeinrichtung werden von der Steuereinrichtung nun so gesteuert, dass im Wesentlichen die gesamte Bewegungsenergie von der elektrischen Bremseinrichtung abgebaut bzw. umgewandelt wird, während die mechanische Halteeinrichtung nur im Haltezustand des Läufers betätigt wird. Die mechanische Halteeinrichtung hat somit die technische Funktion, den Läufer im Haltezustand, d.h. in der Stillstandposition zu fixieren bzw. zu arretieren, ohne dass sie Bewegungsenergie durch Reibung abbaut.

Die mechanische Halteeinrichtung kann demzufolge besonders kompakt ausgeführt werden, da sie im Wesentlichen keine Bewegungsenergie umwandeln muss. Sie weist keine Verschleißteile auf, zumindest findet ein Verschleiß nur in geringem Maß statt. Ferner wird vermieden, dass Abriebpartikel von der mechanischen Halteeinrichtung in den Antrieb eindringen können. Wenn somit in diesem Zusammenhang davon die Rede ist, dass der Läufer im Haltezustand "im Wesentlichen" stillsteht oder "im Wesentlichen" die gesamte Bewegungsenergie von der elektrischen Bremseinrichtung umgewandelt wird, dann ist damit gemeint, dass die elektrische Bremseinrichtung zum Abbau der gesamten Bewegungsenergie aus dem Arbeitszustand ausgelegt ist, während die mechanische Halteeinrichtung diesbezüglich keinen Beitrag leistet. Kleine Energien aus einer Kriechbewegung etwa, aus Erschütterungen und dergleichen können hingegen von der mechanischen Halteinrichtung aufgenommen und umgewandelt werden.

Vorzugsweise ist ein speisender Umrichter vorgesehen, der den Elektromotor des Antriebs im Arbeitszustand mit Leistung versorgt und die oben erwähnte Funktion zum Abbremsen des Läufers in einem Normalbetriebszustand aufweist. In einem außerordentlichen Betriebszustand wird der speisende Umrichter zum Abbremsen vorzugsweise galvanisch vom Elektromotor getrennt und der Läufer in den Haltezustand gebracht, indem Wicklungen des Elektromotors über einen Bremswiderstand und/oder eine Widerstand/Kondensator-Schaltung und/oder direkt kurzgeschlossen werden und/oder eine externe Gleichspannungsquelle aufgeschaltet wird. Die mechanische Halteeinrichtung muss somit auch in einem außerordentlichen Betriebszustand, etwa bei einer Störung des speisenden Umrichters, keine Bewegungsenergie aus dem Arbeitszustand in den Haltezustand umwandeln. Die gesamte Bewegungsenergie der Maschine wird vorzugsweise in allen Betriebszuständen - beispielsweise Halt, Schnellhalt, Not- Halt, Not-Aus - von der elektrischen Bremseinrichtung umgewandelt. Die mechanische Halteeinrichtung übernimmt somit vorzugsweise in jedem Fall - auch im Notfall - lediglich die technische Funktion, den Läufer in der Stillstandposition zu fixieren bzw. zu arretieren. Vorzugsweise erfolgt die Betätigung der mechanischen Halteeinrichtung elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch. Haltebacken, Haltescheibe, Kolben, Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder und Leitungen, Halteklammern, Haltestifte - all solche Komponenten, die zum Aufbau der mechanischen Halteeinrichtung geeignet sind, können für geringe Kräfte ausgelegt und somit kompakt, leicht und kostengünstig realisiert werden. Der speisende Umrichter kann weitere Funktionen zur Motorsteuerung umfassen, vorzugsweise eine Drehzahlmessung und/oder ein Verfahren zur Anpassung des Drehfelds in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand der Maschine. Der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargelegte Antrieb mit elektrischer Bremseinrichtung und mechanischer Halteeinrichtung ist besonders gut als Direktantrieb geeignet. Denn bei einem Direktantrieb für Scheren müssen, wie oben dargelegt, teilweise sehr hohe Drehmomente von einer Bremse gehalten werden können. Während herkömmliche Bremszangen dafür einen großen Bauraum erfordern, ist die beschriebene Kombination aus der elektrischen Bremseinrichtung und der mechanischen Halteeinrichtung zur Verwendung mit einem Direktantrieb optimal geeignet.

Der dargelegte Direktantrieb ist besonders gut für Scheren, insbesondere Querteilscheren und fliegende Scheren, zum Schneiden von Metallbändern und Blechen, insbesondere von Stahl und NE-Metallen, anwendbar. Doch die Erfindung kann auch in verwandten Bereichen umgesetzt werden, beispielsweise in der Papier-, Textil-, Gummi-, Kunststoff- oder Grundstoffindustrie. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. Kurze Beschreibung der Figuren

Die Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Maschine, die einen Direktantrieb mit einem Elektromotor, eine vom Direktantrieb anzutreibende Arbeitsmaschine sowie eine Haltevorrichtung zum Abbremsen der Maschine aufweist.

Die Figur 2 zeigt schematisch eine Querteilschere, bei welcher der Obermesserträger von einem Linearmotor angetrieben wird. Die Figur 3 zeigt schematisch eine fliegende Schere, bei welcher der Obermesserträger über eine Welle von einem rotatorischen Elektromotor angetrieben wird.

Die Figur 4 zeigt schematisch eine Kurbelschwingschere mit beidseitigem Antrieb.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.

Bevor Ausführungsbeispiele für Querteilscheren und fliegende Scheren dargestellt werden, soll zunächst ein beispielhafter Antrieb beschrieben werden, der als Direktantrieb geeignet ist, da er mit einer Haltevorrichtung ausgestattet ist, die durch eine Kombination aus einer elektrischen Bremseinrichtung und mechanischen Halteeinrichtung in der Lage ist, hohe Drehmomente trotz kompakter Bauform zuverlässig abzubremsen. Die Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Maschine, die einen Antrieb 10 mit einem Elektromotor, eine vom Antrieb 10 anzutreibende Arbeitsmaschine 20, die vorzugsweise eine Querteilschere oder fliegende Schere mit einem vom Antrieb 10 anzutreibenden Messerträger ist, sowie eine Haltevorrichtung 30 zum Abbremsen der Maschine aufweist. Die Haltevorrichtung 30 weist eine elektrische Bremseinrichtung 40 und eine mechanische Halteeinrichtung 50 auf.

Der Elektromotor, vorzugsweise ein Synchronmotor oder Torquemotor, des Antriebs 10 weist allgemein einen Läufer 1 1 , der im vorliegenden Beispiel als Rotor ausgebildet ist, und einen Stator 12 auf, der vorzugsweise direkt an einem Gestell oder Gehäuse der Arbeitsmaschine 20 befestigt ist. Alternativ kann der Elektromotor auf analoge Weise als Linearmotor konzipiert sein. Der Rotor 1 1 ist mit einer Welle der Arbeitsmaschine 20 verbunden, wodurch die Drehung des Rotors 1 1 auf die Welle und damit auf bewegliche Teile der Arbeitsmaschine 20 übertragen wird. Bei einer "direkten" Befestigung oder Verbindung oder synonym "integralen" Befestigung oder Verbindung im Sinne der vorliegenden Anmeldung stehen die betreffenden mechanischen Komponenten auf eine unmittelbare Weise miteinander in Kontakt. Dies kann beispielsweise durch Verschrauben, Vernieten oder Verschweißen erreicht werden, aber auch eine einstückige Ausbildung ist umfasst. Die Arbeitsmaschine 20 und der Antrieb 10 sind auf diese Weise miteinander "verblockt". Durch die besondere Integration wird eine ausgesprochen hohe Drehsteifigkeit zwischen dem Antrieb 10 und der Welle der Arbeitsmaschine 20 erzielt. Die enge integrale Verbindung zwischen dem Antrieb 10 und der Arbeitsmaschine 20 erlaubt einen bauraumsparenden Anlagenbau. Damit gehen Vereinfachungen beim Anlagenbau einher, beispielsweise durch eine Fundamenteinsparung, eine bessere Zugänglichkeit der Anlage, eine Verringerung der Reserveteile, eine Verringerung des Wartungsaufwands, eine Verkleinerung der Halle. Die Motoren sind nicht oder weniger durch Bunde oder andere herabfallende Teile gefährdet. Ein großer Vorteil des hier dargestellten Antriebskonzepts wird bei der thermischen Auslegung der Motoren deutlich. Durch die innige Verbindung des Antriebs 10 mit der Arbeitsmaschine 20 kann die Masse und die Oberfläche der mechanischen Einrichtung zur Wärmeableitung mitgenutzt werden. Die Leistung des Elektromotors kann dadurch ohne bauliche Maßnahmen gesteigert werden. Die Verlustleistung des Antriebsstrangs wird erheblich reduziert. Auf eine Fremdlüftung oder Wasserkühlung kann in vielen Fällen verzichtet werden. Der Antrieb 10 kann als Innenläufer oder Außenläufer konzipiert sein. Das Integralkonzept bietet zudem Verbesserungen im Hinblick auf die Sicherheit, da auf drehende äußere Antriebsteile, wie etwa Gelenkwellen, Kupplungen, Bremsscheiben usw., verzichtet werden kann. Es entfallen Bauteile wie Lager, Wellen, Kupplungen, Motoruntersätze, Getriebeuntersätze usw.. Eine Verringerung der sich bewegenden Teile hat zudem eine höhere Regelgenauigkeit zur Folge, was sich wiederum positiv auf die Qualität der herzustellenden Produkte auswirkt.

Die Haltevorrichtung 30 weist eine Steuereinrichtung 31 auf, welche die elektrische Bremseinrichtung 40, die mechanische Halteeinrichtung 50 sowie gegebenenfalls Funktionen des Antriebs 10 und/oder seines speisenden Umrichters 13 steuert. Im Folgenden werden Steuerfunktionen der Steuereinrichtung 31 für verschiedene Betriebszustände, insbesondere den Normalbetriebszustand und einen außerordentlichen Betriebszustand, beschrieben:

Zum Abbremsen oder Anhalten der Arbeitsmaschine 20 ist die Haltevorrichtung 30 vorgesehen, welche die elektrische Bremseinrichtung 40 und die mechanische Halteeinrichtung 50 aufweist. Hierbei findet die Steuerung über die Steuereinrichtung 31 so statt, dass die elektrische Bremseinrichtung 40 die Abbremsung der Arbeitsmaschine 20 auf eine reibungsfreie Weise bis zum Stillstand oder nahezu bis zum Stillstand übernimmt, während die mechanische Halteeinrichtung 50 die Arbeitsmaschine 20 nach Erreichen der Stillstandposition arretiert bzw. hält. Das kann durch eine formschlüssige oder auch kraftschlüssige Verbindung geschehen, etwa mittels einer auf dem Rotor 1 1 oder der Welle der Arbeitsmaschine 20 mitlaufenden Bremsscheibe, an die Bremsbeläge beidseitig gepresst werden. Die Ansteuerung kann beispielsweise elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen. Ein geringes Abbremsen von einem fast stillstehenden Zustand der Arbeitsmaschine 20 bis zum absoluten Stillstand kann von der mechanischen Halteeinrichtung 50 übernommen werden, wie es oben dargelegt ist.

Im Normalbetriebszustand wird der Antrieb 10 an der geregelten Rampe (Frequenz, Spannung) eines speisenden Umrichters 13 abgebremst. Dieser speisende Umrichter 13, der den Motor des Antriebs 10 mit Leistung versorgt, ist ein elektronisches Gerät und kann Teil des Antriebs 10, Teil der Arbeitsmaschine 20 oder auch ein eigenständiges Bauteil sein. Der Elektromotor des Antriebs 10 kann als Drehstrommotor ausgelegt sein. Der Umrichter 13 kann neben der Leistungsversorgung zusätzliche Funktionen zur Motorsteuerung umfassen, wie beispielsweise eine Drehzahlmessung und/oder Verfahren zur Anpassung des Drehfelds in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand der Maschine. Insbesondere umfasst der Umrichter 13 eine Funktion zum Abbremsen der Arbeitsmaschine durch Anpassen der Frequenz und Spannung bis zum Stillstand oder fast bis zum Stillstand der Arbeitsmaschine 20.

Bei einer Störung des Umrichters 13 ist ein Abbremsen des Antriebs 10 bzw. der Arbeitsmaschine 20 auf diese Weise nicht möglich. Die elektrische Bremseinrichtung 40 ist so eingerichtet, dass in diesem Fall der Umrichter 13 galvanisch vom Motor des Antriebs 10 getrennt wird, gleichzeitig die Motorwicklungen über einen Bremswiderstand, eine Widerstand/Kondensator- Schaltung oder direkt kurzgeschlossen werden oder eine externe Gleichspannungsquelle aufgeschaltet wird. Auf diese Weise wird im Notfall sichergestellt, dass die Arbeitsmaschine 20 rasch abgebremst werden kann. Insbesondere erlaubt der oben dargelegte Aufbau der elektrischen Bremseinrichtung 40 ein reibungsfreies, d.h. nicht-mechanisches Abbremsen der Arbeitsmaschine 20 nicht nur im Normalbetrieb, sondern auch im Fall einer Störung des speisenden Umrichters 13. Die gesamte Bewegungsenergie der Arbeitsmaschine 20 und des Antriebs 10 wird in allen Betriebszuständen - beispielsweise Halt, Schnellhalt, Not-Halt, Not-Aus - von der elektrischen Bremseinrichtung 40 abgebaut bzw. umgewandelt. Die mechanische Halteeinrichtung 50 übernimmt nun in jedem Fall (auch im Notfall) lediglich die Aufgabe, die Arbeitsmaschine 20 in der Stillstandposition zu fixieren. Durch das Abbremsen der Arbeitsmaschine 20 allein aufgrund der elektrischen Bremseinrichtung 40 in allen Betriebszuständen wird die Energie von der mechanischen Halteeinrichtung 50 nicht in Wärme umgewandelt. Es wird keine Energie in Reibung umgewandelt, und dies gilt nicht nur für den Normalbetrieb, sondern insbesondere auch bei einer Störung des speisenden Umrichters 13. Die mechanische Halteeinrichtung 50 kann demzufolge besonders kompakt ausgeführt werden, da sie auch im Notfall keine Bewegungsenergie umwandeln muss. Außerdem weist die mechanische Halteeinrichtung 50 dadurch keine Verschleißteile auf, zumindest findet ein Verschleiß nur in geringem Maß statt. Damit wird ferner vermieden, dass Abriebelemente von der mechanischen Halteeinrichtung 50 in den Antrieb 10 eindringen können. Vorzugsweise ist die mechanische Halteeinrichtung 50 im Gehäuse des Antriebs 10 integriert oder direkt an diesen angeflanscht. Die mechanische Halteeinrichtung 50 sowie die elektrische Bremseinrichtung 40 können Teile oder Module eines Motorbaukastens für den Antrieb 10 sein.

Der dargelegte Antrieb 10 fungiert als Direktantrieb, wodurch die Komplexität herkömmlicher Antriebsstränge (bestehend beispielsweise aus einem Elektromotor, einer Motorkupplung inkl. Bremse, einem Untersetzungsgetriebe und einer Maschinenkupplung) deutlich reduziert werden kann. Dabei befindet sich der Antrieb 10, insbesondere der Stator12 des Antriebs 10, vorzugsweise direkt an oder in der Arbeitsmaschine 20. Der dargelegte Antrieb 10 lässt sich modular aufbauen. Der Elektromotor als Basismodul wird in diesem Sinne durch die mechanische Halteeinrichtung 50 und die elektrische Bremseinrichtung 40 als Module erweitert. Der Antrieb 10 kann bei Bedarf durch weitere Module erweitert werden. Mögliche Erweiterungsmodule umfassen beispielsweise ein Leistungssteigerungsmodul mit Antriebsmitteln (Rotor und Stator) zur Erhöhung der Leistung des Basismoduls und/oder ein Kühlmodul, das mittels eines Gebläses oder einer Fluidkühlung den Antrieb und gegebenenfalls Teile der Arbeitsmaschine kühlt. Damit die Module miteinander kombinierbar sind, weisen sie technisch kompatible Komponenten, insbesondere miteinander verbindbare bzw. aneinander flanschbare Gehäuse auf. Durch eine solche modulare Bauweise kann die Wiederholhäufigkeit baugleicher Teile (Motorscheiben, Statorscheiben, Statorbleche, Statorspulen usw.) erhöht werden, wodurch die Kosten reduziert und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht werden können.

In der Systematik der Figuren 2 bis 4 ist der Antrieb entsprechend mit den Bezugszeichen 100 bzw. 100' bezeichnet, statt dem Bezugszeichen 10 der Figur 1 , um deutlich zu machen, dass der in der Figur 1 dargestellte Antrieb ein beispielhafter, wenn auch bevorzugter Antrieb ist. Diese Unterscheidung gilt analog für die mit Bezugszeichen versehenen Komponenten des Antriebs, wie etwa den Stator 12 in der Figur 1 und den Stator 120 in der Figur 2 und 120' in den Figuren 3 und 4. Der Figurenausschnitt 2a) zeigt schematisch eine Querteilschere 200, die mit einem Antrieb 100, der einen elektrischen Linearmotor aufweist, ausgestattet ist. Dargestellt ist das Schneiden von oben nach unten, umgekehrt ist auch das Schneiden von unten nach oben denkbar, das speziell bei dünnen bis mittleren Bandabmessungen Vorteile bieten kann. Auch ein kombiniertes Schneiden, bei dem zwei oder mehr Messer beweglich vorgesehen sind, ist möglich. Die Querteilschere 200 weist ein Gestell 210 auf, das mit Führungen 220 ausgestattet ist, um den Messerträger 230, der hier als Obermesserträger ausgeführt ist, entlang einer Schneidtrajektorie zu führen. Der Messerträger 230 bewegt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel entlang einer vertikal orientierten geradlinigen Schneidtrajektorie. Jedoch sind auch andere, gegebenenfalls gekrümmte Schneidtrajektorien möglich. Der Messerträger 230 weist ein Messer auf, das hier als Obermesser 240 ausgeführt ist. Das Obermesser 240, das mit dem zu schneidenden Metallband oder Blech (in der Figur nicht dargestellt) in Kontakt kommt, um es entlang einer Querrichtung zu durchtrennen, weist nicht notwendigerweise eine geradlinige Form auf. Das Obermesser 240, insbesondere dessen Schneidkante, kann beispielsweise eine geneigte oder schwache V-Form haben, wie es in dem Figurenausschnitt 2a) gezeigt ist, oder eine andere geeignete Form und Beschaffenheit, um ein sauberes Durchtrennen des Metallmaterials zu erreichen. Insbesondere kann das Obermesser 240 auch mehrteilig sein. Mit dem fallenden, allgemein beweglichen, Obermesser 240 wirkt ein Untermesser 250 zusammen, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel stationär ausgebildet ist. Auch das Untermesser 250 kann gegebenenfalls beweglich ausgebildet sein, und dessen Form kann wie das Obermesser 240 im Hinblick auf die Arbeitsbedingung und das Schneidergebnis optimiert sein. Optional kann der Messerträger 230 eine Zusatzmasse 260 aufweisen, um das Schneidergebnis zu verbessern.

Angetrieben wird der Messerträger 230 vom Antrieb 100, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Linearantrieb ausgebildet ist. Dazu weist der Antrieb 100 einen Läufer 1 10 auf, der mit einem Stator 120 zusammenwirkt. Der Läufer 1 10 ist mit dem Messerträger 230 verbunden, hierbei ist auch eine direkte, integrale oder sogar einstückige Ausbildung denkbar, so dass der Messerträger 230 vom Läufer 1 10 entlang der Schneidtrajektorie bewegbar ist. Dazu wirken der Läufer 1 10 und der Stator 120 zusammen, wobei die Magnetfelder des Stators 120 und die Magnetfelder des Läufers 1 10 so kombiniert werden, dass der Läufer 1 10 linear bewegt wird. Die Schneidbewegung vertikal nach unten kann hierbei auch die Schwerkraft nutzen, um auf kurzer Strecke die nötige Geschwindigkeit aufzubauen. Zum kontrollierten Abbremsen des Messerträgers 230 sind ein oder mehrere Dämpfer 280 vorgesehen, die beispielsweise mittels eines Federelements realisiert werden können. Nach erfolgtem Schnitt wird der Läufer 1 10 nach oben in die Ausgangsposition gebracht.

Um den Läufer 1 10 und den daran angebrachten Messerträger 230 an der Ausgangsposition zu halten und für den nächsten Schnitt vorzubereiten, ist eine Rasterung 270 vorgesehen. Diese ist in der vorliegenden Ausführungsform beispielhaft mittels einer Rasterspule oder einem Rasterzylinder 271 , einer Rasterfeder 273 und einer verfahrbaren Rasterklinke 272, die mit einer Aussparung im Messerträger 230 zusammenwirkt, realisiert. Der beispielhafte Aufbau der Rasterung 270 geht aus dem Figurenausschnitt 2b) hervor. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Führung 220, der Läufer 1 10, der Stator 120, die Dämpfung 280 und die Rasterung 270 jeweils paarweise vorgesehen, um eine gleichmäßige Gewichtsverteilung, Kraftverteilung und Schnittführung zu gewährleisten. Allerdings sind Ausführungsformen möglich, in denen der Antrieb des Messerträgers 230 auf andere Weise, insbesondere einseitig realisiert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung des Konzeptes, das in der Figur 2 dargestellt ist, ist eine Anwendung der Querteilschere 200 als fliegende Schere möglich. Dazu ist das Gestell 210 der Schere 200 auf einen horizontal beweglichen Rahmen gesetzt oder bildet selbst einen horizontal beweglichen Rahmen. Dieser ist vorzugsweise (jedoch nicht zwangsläufig) ebenfalls mit einem Linearantrieb ausgestattet, der zur Unterscheidung des oben dargelegten Linearantriebs 100 als Horizontalantrieb bezeichnet wird und in der Figur 2 das Bezugszeichen 290 trägt. Durch die Kombination der Horizontalbewegung mit der Vertikalbewegung der Messer 240, 250 lassen sich Bänder fliegend abschneiden und bearbeiten. Speziell die Energiezuführung zum beweglichen Gestell 210 bei diesen sogenannten Schlittenscheren hat sich als schwierig herausgestellt. Mit der dargestellten elektrischen Lösung, die einen linearen Direktantrieb anwendet, lässt sich dieses Problem lösen. Anstatt die Kraft herkömmlicher Pneumatikzylinder zu nutzen, wird der Antrieb gemäß den Ausführungsvarianten der Figur 2 mit elektrischen Linearmotoren realisiert, wobei gegebenenfalls zusätzlich die kinetische Energie des Obermesserträgers 230 aus der Schwerkraft für den Trennvorgang genutzt wird. Da derartige Linearmotoren hohe Beschleunigungen realisieren können, kann der Obermesserträger 230 zusätzlich zur Erdbeschleunigung auf relativ kurzer Strecke eine hohe Geschwindigkeit erreichen. Aufgrund der hohen Dynamik des Linearantriebs 100 sind kurze Schneidintervalle, somit kurze Blechabschnitte bei gleichzeitig kompakter Abmessung der Querteilschere 200 möglich. Die gespeicherte Energie und zusätzlich die Antriebsenergie des Linearmotors kann für den Trennvorgang genutzt werden. Am Ende des Arbeitshubes kann der Messerträger 230 vom Linearmotor elektrisch abgebremst werden und/oder durch Dämpfer 280 abgefangen werden. Die Durchgangshöhe zwischen dem Obermesser 240 und dem Untermesser 250 liegt vorzugsweise bei ca. 200 mm, sie kann jedoch vergrößert werden, sofern erforderlich. Dies ergibt genügend Spielraum für den Beschleunigungsprozess. Der Antrieb 100 treibt den Obermesserträger 230 direkt an, ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, einer Kupplung und dergleichen. Eine Verrohrung der Maschine ist nicht erforderlich.

Die Figur 3 mit ihren beiden Figurenausschnitten 3a) und 3b) zeigt schematisch eine fliegende Schere, bei welcher der Obermesserträger 330 über eine Welle 320, vorzugsweise eine Kurbelwelle oder Exzenterwelle, von einem Antrieb 100', der einen rotatorischen Elektromotor mit einem Stator 120' und einem Rotor 1 10' (vgl. Figurenausschnitt 3b) aufweist, angetrieben wird. Der Antrieb 100' kann als Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet sein. Dargestellt ist das Schneiden von oben nach unten, umgekehrt ist auch das Schneiden von unten nach oben oder ein kombiniertes Schneiden möglich. Die Querteilschere 300 weist ein Gestell 310 auf, das einen beweglichen Messerträger 330, der hier als Obermesserträger ausgeführt ist, trägt. Der Messerträger 330 ist entlang einer Schneidtrajektorie beweglich, im vorliegenden Ausführungsbeispiel entlang einer vertikal orientierten geradlinigen Schneidtrajektorie. Der Messerträger 330 weist ein Messer auf, das hier als Obermesser 340 ausgeführt ist. Das Obermesser 340, das mit dem zu schneidenden Metallband oder Blech (in den Figuren nicht dargestellt) in Kontakt kommt, um es entlang einer Querrichtung zu durchtrennen, kann eine geeignete Form und Beschaffenheit aufweisen, um ein sauberes Durchtrennen des Metallmaterials zu erreichen. Mit dem Obermesser 340 wirkt ein Untermesser 350 zusammen, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel stationär ausgebildet ist. Auch das Untermesser 350 kann gegebenenfalls beweglich ausgebildet sein. Die Formen und Beschaffenheiten der beiden Messer 340, 350 können im Hinblick auf die Arbeitsumgebung und das gewünschte Schneidergebnis optimiert sein.

Der Messerträger 330 wird über die Welle 320 betätigt, die wiederum direkt vom Antrieb 100' angetrieben wird. Dies bedeutet, dass der Stator 120' direkt am Gestell 310 montiert ist und/oder der Rotor 1 10' direkt mit der Welle 320 verbunden ist. In einer Ausführungsform, bei der der Stator 120' direkt am oder auch im Gestell 310 der Schere 300 montiert ist, kann die Welle 320 über eine Kupplung mit dem Rotor 1 10' des Antriebs 100 verbunden sein. Der Antrieb 100' ist vorzugweise als Torquemotor ausgebildet. Durch das hohe Drehmoment des Antriebs 100' beschleunigt dieser das System aus dem Stand heraus auf die erforderliche Geschwindigkeit und verzögert anschließend wieder auf eine Ruheposition. Damit entfallen wartungsintensive und empfindliche Komponenten herkömmlicher Antriebsstränge, wie etwa die übliche Kupplungs- /Bremskombination. Ferner kann eine hohe Schnittfolge realisiert werden. Wenn das Gestell 310 der Schere 300 horizontal verschiebbar ist oder auf einen horizontal verschiebbaren Schlitten gesetzt und mit einem Horizontalantrieb 390 ausgestattet ist, lässt sich eine robuste fliegend schneidende Schere für dickere Bänder, beispielsweise Warmbänder, herstellen. Diese kann eine herkömmliche Kurbelschwingschere ersetzen. Die Figur 4 zeigt schematisch eine Kurbelschwingschere 300 mit beidseitigem Antrieb 100'. Auch in dieser Ausführungsform wird der herkömmliche Antriebsstrang durch einen Direktantrieb ersetzt. Aufgrund der mechanischen Ausführung der Schere 300 ist jedoch ein Kammwalzgetriebe 360 vorgesehen. Die Statoren der beiden Antriebe 100' sind direkt mit dem Gestell 310 verbunden. Die Rotoren der beiden Antriebe 100' können alternativ oder zusätzlich über Spindeln und/oder Kardanwellen mit der Welle bzw. den Wellenzapfen, welche den Obermesserträger 330 betätigen, verbunden werden.

Der anhand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellte Direktantrieb erzielt in Verbindung mit einer Schere bei kompakter Abmessung eine hohe Steifigkeit zwischen dem Elektromotor und dem Messerträger, insbesondere Drehsteifigkeit zwischen dem Elektromotor und der Welle, die vorzugsweise als Kurbelwelle oder Exzenterwelle ausgebildet ist. Aufgrund der hohen Phasengenauigkeit des Antriebs kann die Synchronisation rein elektrisch erfolgen, auf eine mechanische Synchronisation der Schneideinheit kann verzichtet werden. Ferner kann auf einseitig oder beidseitig angeordnete Untersetzungsgetriebe verzichtet werden.

Der Antrieb kann sowohl als Kompaktmotor mit eigenen Lagern ausgeführt sein als auch lagerlos, wenn der Rotor fest mit der Welle bzw. der Kupplung verbunden ist und somit deren Lagerung mitnutzt. Der Stator ist vorzugsweise fest mit dem Gestell verbunden und nutzt somit das Gestell zusätzlich zur Wärmeabfuhr. Hierbei kann in vielen Fällen auf eine Fremdkühlung mit Gebläsen oder gar Wasser verzichtet werden. Die speziell bei einer Kurbelschwingschere verwendete sogenannte Leerschnitteinrichtung kann ebenfalls elektrisch betätigt werden, wodurch aufwändige Hydraulikverrohrungen eingespart werden können. Für alle dargestellten Ausführungsformen gilt: Eine Durchführung für Medien, etwa Hydrauliköl und/oder Kühlwasser, ist von der Antriebsseite möglich, etwa indem entsprechende Leitungen durch den innenliegenden Rotor oder Stator geführt werden. Die enge, integrale Verbindung zwischen dem Antrieb und der Arbeitsmaschine erlaubt einen bauraumsparenden Anlagenbau. Damit gehen Vereinfachungen beim Anlagenbau einher, beispielsweise durch eine Fundamenteinsparung, eine bessere Zugänglichkeit der Anlage, eine Verringerung der Reserveteile, eine Verringerung des Wartungsaufwands, eine Verkleinerung der Halle. Die Motoren sind nicht oder weniger durch Bunde oder andere herabfallende Teile gefährdet. Ein großer Vorteil des hier dargestellten Konzepts wird bei der thermischen Auslegung der Motoren deutlich. Durch die innige Verbindung des Antriebs mit der Arbeitsmaschine kann die Masse und die Oberfläche der mechanischen Einrichtung zur Wärmeableitung mitgenutzt werden. Die Leistung der Elektromotoren kann dadurch ohne bauliche Maßnahmen gesteigert werden. Die Verlustleistung des Antriebsstrangs wird erheblich reduziert. Auf eine Fremdlüftung oder Wasserkühlung kann in vielen Fällen verzichtet werden. Die Motoren können als Innenläufer oder Außenläufer konzipiert sein. Das beschriebene Integralkonzept bietet zudem Verbesserungen im Hinblick auf die Sicherheit. Es können Bauteile wie Lager, Wellen, Kupplungen, Bremsen, Motoruntersätze, Getriebeuntersätze usw. zumindest teilweise entfallen. Eine Verringerung der sich bewegenden Teile hat zudem eine höhere Regelgenauigkeit zur Folge, was sich wiederum positiv auf die Qualität der herzustellenden Produkte auswirkt. Die Notwendigkeit einer Ölschmierung kann teilweise entfallen, wodurch die Verlustleistung des Antriebs weiter verringert wird. Motorlüfter oder Wasserkühler können entfallen oder kleiner ausfallen, da das Gestell der Arbeitsmaschine und der Stator des Antriebs eng miteinander integriert sind, wodurch die Verlustleistung weiter reduziert wird. Durch eine deutliche Verringerung von Verschleißteilen, wie etwa Zahnrädern und deren Lager, verbessert sich die Wartungsfreundlichkeit und Zuverlässigkeit der Maschine. Darüber hinaus ist der Antriebsstrang insgesamt ausgesprochen belastbar, insbesondere mit Blick auf etwaige Stoßbelastungen. Ferner werden eine Verminderung von Betriebsgeräuschen und des sicherheitstechnischen Aufwands erreicht, etwa durch Wegfall von Abdeckungen für bewegliche Teile. Es vereinfacht sich die Anlagenplanung, da die Antriebsstränge im Allgemeinen mit viel Aufwand auf einem Fundament individuell geplant werden müssen. Bei einer Integration oder "Verblockung" des Antriebs mit dem Gestell der Arbeitsmaschine, wie oben im Detail beschrieben, verringert sich der Aufwand bei der Anlagenplanung. Der Antrieb kann zudem gegebenenfalls schon ab Werk mit dem Gestell der Arbeitsmaschine verblockt werden. Damit kann die Vorrichtung in der Fertigungsstätte getestet werden und kommt geprüft auf die Baustelle, wodurch sich die Endmontage vereinfacht und die Maschine schnell in Betrieb genommen werden kann.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Bezuqszeichenliste

10 Antrieb/Direktantrieb

1 1 Rotor

12 Stator

13 speisender Umrichter

20 Arbeitsmaschine

30 Haltevorrichtung

31 Steuereinrichtung

40 elektrische Bremseinrichtung

50 mechanische Halteeinrichtung 100 Antrieb mit Linearmotor

1 10 Läufer

120 Stator

200 Querteilschere

210 Gestell

220 Führung

230 Messerträger

240 Obermesser

250 Untermesser

260 Zusatzmasse

270 Rasterung

271 Rasterspule/Rasterzylinder

272 Rasterklinke

273 Rasterfeder

280 Dämpfer

290 Horizontalantrieb ' Antrieb mit rotatorischem Elektromotor ' Rotor

' Stator Querteilschere

Gestell

Welle

Messerträger

Obermesser

Untermesser

Kammwalzgetriebe

Horizontalantrieb