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Bei einer hydraulischen Tafelschere wird der Pumpenmotor nicht nach der Spitzenleistung im härtesten Moment des Schnitts gewählt, sondern nach der äquivalenten (thermischen) Last über den gesamten Schneidzyklus; die Spitzenleistung wird gesondert daraufhin geprüft, ob sie unter dem Kippmoment des Elektromotors bleibt. Die Spitzenleistung ergibt sich aus dem Volumenstrom der Pumpe beim höchsten Druck; die äquivalente Last hängt dagegen von der Zahl der Schnitte pro Minute, der Dauer jeder Phase und der Leerlaufzeit des Antriebs ab. Dieser Beitrag geht den Zyklus der Tafelschere Schritt für Schritt durch und erläutert, wie die Leistung des Elektromotors überprüft wird und worauf beim Austausch zu achten ist.
Hydraulische und mechanische Tafelschere: Der Elektromotor hat unterschiedliche Aufgaben
Bei Tafelscheren gibt es zwei Antriebskonzepte, nach denen sich die Auswahl des Elektromotors unterscheidet:
- Mechanische Tafelschere (mit Schwungrad): Der Elektromotor treibt über Riemen ein schweres Schwungrad an; im Moment des Schnitts wird die Energie vom Schwungrad über eine Kupplung auf das Messer übertragen. Zwischen den Schnitten beschleunigt der Elektromotor das Schwungrad wieder. Entscheidend sind bei dieser Bauart die Trägheit des Schwungrads und die Anlaufbedingungen.
- Hydraulische Tafelschere: Der Elektromotor treibt eine Hydraulikpumpe an; die Pumpe versorgt die Zylinder, die zuerst die Niederhalter auf das Blech drücken und dann das Messer absenken. Die Last des Elektromotors ändert sich mit dem Pumpendruck innerhalb von Sekunden.
Dieser Beitrag behandelt die hydraulische Tafelschere. Messerbalken, Niederhalter, Sicherheitsventile und Handschutzeinrichtungen liegen in der Verantwortung des Maschinenherstellers; die Auswahl des Elektromotors ersetzt oder verändert diese Einrichtungen nicht.
Was erlebt der Elektromotor in einem Schneidzyklus?
Ein typischer Zyklus einer hydraulischen Tafelschere besteht aus vier Phasen. In jeder Phase sind der Pumpendruck und damit die Last des Elektromotors unterschiedlich:
| Phase | Hydraulischer Zustand | Last des Elektromotors |
|---|---|---|
| Leerlauf | Die Pumpe fördert in den Tank, der Druck ist niedrig | Gering; nur Reibungs- und Umlaufverluste |
| Absenken der Niederhalter und Annähern des Messers | Hoher Volumenstrom, mittlerer Druck | Mittel |
| Schnitt | Der Druck steigt schnell auf den Höchstwert | Am höchsten; von kurzer Dauer |
| Rückhub des Messers | Hoher Volumenstrom zum Rückzugzylinder, niedriger bis mittlerer Druck | Mittel |
Der Schneiddruck hängt von Blechdicke, Festigkeit des Werkstoffs, Schnittlänge und Messerwinkel ab. Bei einer Maschine, die dünnes Blech schneidet, erreicht der Druck den Höchstwert unter Umständen nie. Wie häufig Sie das dickste Blech aus der Kapazitätstabelle der Maschine schneiden, wirkt sich deshalb direkt auf die Last des Elektromotors aus.
Spitzenleistung und äquivalente Leistung: zwei getrennte Prüfungen
Die Spitzenleistung ist die Leistung, die die Pumpe beim höchsten Druck und dem dann anliegenden Volumenstrom aufnimmt. Näherungsweise berechnet man sie als Produkt aus Druck und Volumenstrom, geteilt durch den Pumpenwirkungsgrad; der Wert wird der Tabelle des Pumpenherstellers oder dem Maschinenprojekt entnommen. Ein Asynchronmotor kann bei kurzzeitigen Lasten über seine Typenschildleistung hinausgehen, diese Spitzenlast sollte sich dem Kippmoment des Elektromotors jedoch nicht ohne sichere Reserve nähern. Das Kippmomentverhältnis erfahren Sie vom Hersteller des Elektromotors.
Die äquivalente Leistung bestimmt die Erwärmung des Elektromotors. Bei stoßweisen Lasten ist das quadratische Mittel ein verbreitetes Verfahren: Das Quadrat der Leistung jeder Phase wird mit deren Dauer multipliziert, die Summe durch die gesamte Zykluszeit geteilt und daraus die Quadratwurzel gezogen. Die Typenschildleistung des Elektromotors sollte nicht unter diesem äquivalenten Wert liegen. Das Verfahren ist eine Näherung; bei langen Hochdruckphasen oder sehr häufigen Schnitten wird es gemeinsam mit dem Hersteller des Elektromotors bewertet.
Beide Prüfungen ergänzen sich. Ein nur nach der Spitzenleistung gewählter Elektromotor ist überdimensioniert und läuft im Betrieb mit geringer Last; ein nur nach dem Mittelwert gewählter Elektromotor verliert beim Schnitt an Drehzahl, wird langsamer und bleibt im Extremfall stehen.
Hypothetisches Rechenbeispiel: eine mittelgroße hydraulische Tafelschere
Die folgenden Werte sind hypothetische Zahlen, die nur zur Veranschaulichung des Verfahrens gewählt wurden; sie sind keine Daten einer realen Maschine. Angenommen, jeder Schneidzyklus einer hydraulischen Tafelschere dauert 6 Sekunden:
- Schneidphase: 2 Sekunden, Pumpenleistung 14 kW
- Annähern und Rückhub: zusammen 2 Sekunden, 6 kW
- Leerlauf: 2 Sekunden, 2 kW
Quadratisches Mittel: (14² × 2 + 6² × 2 + 2² × 2) / 6 ≈ 78,7; die Quadratwurzel beträgt etwa 8,9 kW. Da die äquivalente Last in diesem Zyklus bei etwa 8,9 kW liegt, ist der Elektromotor mit der nächsthöheren Normleistung von 11 kW der Kandidat. Die Spitzenlast von 14 kW entspricht etwa dem 1,3-Fachen der Typenschildleistung; ob dieses Verhältnis sicher unter dem Kippmoment des Elektromotors bleibt, wird anhand der Motordaten bestätigt. Wartet der Bediener lange zwischen den Schnitten, sinkt die äquivalente Last weiter; schneidet die Maschine fortlaufend in Serie, verkürzt sich die Leerlaufphase, und die äquivalente Last steigt.
