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Title:
REEL FOR WINDING OR UNWINDING MATERIAL IN STRIP FORM, AND METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/156955
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a reel (10) for winding or unwinding material in strip form, in particular a metal strip or the like, and to a method for tensioning a coil (12), the reel comprising a frame (13), at least one reel head (14) for arranging the the coil for winding or unwinding material (11), a drive assembly (15) with at least one electric motor (16), and a shaft (20) connecting the electric motor to the reel head, the electric motor being formed with a stator (17) and with a rotor (18) and being arranged on the frame, the electric motor being a torque motor or synchronous motor, the shaft connecting the rotor directly to the reel head, the rotor being mounted on the stator so as to be axially displaceable relative to the stator.

Inventors:
BARTEN ANDRÉ (DE)
SCHNEIDER CHRISTIAN (DE)
MENN FELIX (DE)
SCHLAG HARALD (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/084948
Publication Date:
July 28, 2022
Filing Date:
December 09, 2021
Export Citation:
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Assignee:
ACHENBACH BUSCHHUETTEN GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
B21C47/00; B21C47/04; B21C47/18; B21C47/24; B21C47/34; B65H23/182; B65H23/185; B65H23/188; B65H23/192
Attorney, Agent or Firm:
ADVOTEC. PATENT- UND RECHTSANWALTSPARTNERSCHAFT TAPPE MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche Haspel (10, 48, 51, 57) zum Aufwickeln oder Abwickeln von bandförmigen Material (11), insbesondere Metallband oder dergleichen, wobei die Haspel ein Gestell (13, 49), zumindest einen Haspelkopf (14, 52) zur Anordnung einer Spule (12, 50, 54) zum Aufwickeln oder Abwickeln von Material, eine Antriebsanordnung (15) mit zumindest einem Elektromotor (16), und eine den Elektromotor mit dem Haspelkopf verbindende Welle (20) umfasst, wobei der Elektromotor mit einem Stator (17) und mit einem Rotor (18) ausgebildet und an dem Gestell angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Elektromotor ein Torquemotor oder Synchronmotor ist, wobei die Welle den Rotor direkt mit dem Haspelkopf verbindet, wobei der Rotor relativ zu dem Stator axial verschiebbar an dem Stator gelagert ist. Haspel nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stator (17) aus einem Wicklungspaket (23) mit einer Mehrzahl von Wicklungen ausgebildet ist, und den Rotor (18) umgibt, wo- bei der Rotor aus einem Ringpaket (21) mit einer Mehrzahl von Ringen mit jeweils Magneten an einem Umfang (22) des j eweiligen Rings gebildet ist, wobei die Ringe miteinander verbunden sind, wobei bezogen auf eine Längsachse (30) der Welle (20) eine Länge (LR) des Ringpakets kleiner ist als die Länge (Lw) des Wicklungspakets ausgebildet ist, und ein Verschiebebereich (V) des Rotors einer Differenz der Längen (Lw, LR) entspricht.

3. Haspel nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antriebsanordnung (15) zumindest einen Elektromotor (16) umfasst, wobei der Elektromotor jeweils ein Gestell (13, 49) und einen Haspelkopf (14, 52) aufweisen, wobei zwischen den Haspelköpfen eine Spule (12, 50, 54) anordbar ist, wobei die jeweiligen Wicklungspakete (23) der Elektromotoren eine übereinstimmende Länge (Lw) aufweisen.

4. Haspel nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Leistung der Elektromotoren (16) verschieden oder gleich groß ist.

5. Haspel nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Länge (LR) der jeweiligen Ringpakete (21) der Elektromotoren (16) verschieden ist.

6. Haspel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ringe eine voneinander verschiedene oder eine identische jeweilige Breite aufweisen. Haspel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antriebsanordnung (15) eine Spanneinrichtung (39) mit einem Aktor (36) umfasst, wobei mittels des Aktors der Rotor (18) relativ zu dem Stator (17) axial verschiebbar ist. Haspel nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rotor (18) an der Welle (20) angeordnet und mit Radiallagern und zumindest einem Axiallager an einem Gehäuse (25) des Stators (17) gelagert ist, wobei, bezogen auf eine Längsachse (30) der Welle, beiderseits des Rotors jeweils eine Längsführung (29) zwischen den Lagern (35) und dem Gehäuse ausgebildet ist. Haspel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antriebsanordnung (15) einen weiteren Aktor (40) umfasst, mittels dem der Elektromotor (16) relativ zu dem Gestell (13, 49), bezogen auf eine Längsachse (30) der Welle (20), an einer an dem Gestell ausgebildeten weiteren Längsführung (42) axial verschiebbar ist. Haspel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Elektromotor (16) mit einem Gehäuse (25) ausgebildet ist, welches an dem Gestell (13, 49) befestigt ist, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Gestell zumindest ein Kraftaufnehmer (47) einer Sensoreinrichtung einer Steuervorrichtung der Haspel (10, 48, 51, 57) angeordnet ist. Haspel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , 22 dass die Antriebsanordnung (15) zwei Haspelköpfe (14, 52) aufweist, wobei die Haspelköpfe jeweils mit einem Spreizkopf (43) oder einem Konus (53) zur Aufnahme der Spule (12, 50, 54) ausgebildet sind. Haspel nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Spreizkopf (43) eine Spreizsegmente aufweisende und zum radialen Spannen der Spule (12, 50) ausgebildete Spreizsegmentanordnung aufweist, wobei innerhalb der Welle (20) zumindest eine Hydraulikleitung ausgebildet oder eine Zugstange zur Betätigung der Spreizsegmente angeordnet ist. Modulsystem zur Ausbildung einer Haspel (10, 48, 51, 57) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen aus einem Wicklungspaket (23) mit einer Mehrzahl von Wicklungen ausgebildeten Stator (17) und eine Mehrzahl von Ringen mit jeweils Magneten an einem Umfang (22) des jeweiligen Rings oder in Einschubtaschen direkt unter dem Umfang des Rings, die zur Ausbildung eines Ringpakets (21) eines Rotors (18) dienen, wobei die Ringe aus einem ersten Satz von Ringen mit einer ersten Breite und einem zweiten Satz von Ringen mit einer zweiten Breite, die sich von der ersten Breite unterscheidet, ausgewählt sind. Verfahren zum Spannen von einer Spule (12, 50, 54, 60) zum Aufwickeln oder Abwickeln von bandförmigen Material (11), insbesondere Metallband oder dergleichen, mit einer Haspel (10, 48, 51, 57), dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass an zumindest einem Elektromotor (16) einer Antriebsanordnung (15) der Haspel ein Rotor (18) relativ zu einem Stator (17) des Elektromotors mittels einer Spanneinrichtung (39) der Antriebsanordnung axial verschoben wird, derart, dass die zwischen Haspelköpfen (14, 52) der Antriebsanordnung angeordnete Spule gespannt oder freige- 23 geben wird, wobei der Elektromotor ein Torquemotor oder Synchronmotor ist. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die axiale Verschiebung zu einer Bandmittenregelung und/oder einer Bandmittenzentrierung vor oder während eines Walzbetriebes verwendet wird.

Description:
Haspel zum Aufwickeln oder Abwickeln von bandförmigen Material und Verfahren

Die Erfindung betrifft eine Haspel zum Aufwickeln oder Abwickeln von bandförmigen Material insbesondere Metallband oder dergleichen, und ein Verfahren zum Spannen einer Spule, wobei die Haspel ein Gestell, zumindest einen Haspelkopf zur Anordnung einer Spule zum Aufwickeln oder Abwickeln von Material, eine Antriebsanordnung mit zumindest einem Elektromotor und eine den Elektromotor mit dem Haspelkopf verbindende Welle umfasst, wobei der Elektromotor mit einem Stator und mit einem Rotor ausgebildet und an dem Gestell angeordnet ist.

Haspeln der eingangs genannten Art werden beispielsweise bei der Bandherstellung in einem Walzverfahren eingesetzt, wo regelmäßig in einem Einweg- oder Reversierbetrieb das Band mit einem definierten Bandzug von einer ersten Haspel abgewickelt, durch einen Walzspalt einer Walzeneinrichtung hindurch bewegt und auf einer weiteren Haspel mit definiertem Bandzug aufgewickelt wird. Weiter kann anschließend in einem nachfolgenden Walzgang nach mehrfach wiederholtem Durchlauf durch die Walzeneinrichtung das Band auf der Haspel aufgewickelt werden, wenn die gewünschte Walzbandstärke erreicht i st. Das bandförmige Ma- terial wird in Form eines sogenannten Coils auf einer Spule oder auf einer Papphülse oder als ein Rohbund ausgebildet sein kann, angeordnet, welche von einem Haspeldorn bzw. Haspelkopf aufgenommen wird. Die Spule kann auf dem Haspelkopf aufgespannt, der als Spreizkopf oder Ko- nenkopf ausgebildet sein kann, sein oder es können beiderseits der Spule Haspelköpfe vorgesehen sein, die die Spule zwischen sich aufnehmen.

Der bzw. die Haspelköpfe sind j eweils an einer Welle angeordnet, welche an einem Haspelbock gelagert ist. Die Welle ist über ein Getriebe mit einem Elektromotor verbunden. Es können auch mehrere Elektromotoren an das Getriebe gekoppelt sein, um unterschiedliche Leistungsabstufungen zu erzielen. Die Welle kann an dem Haspelbock entlang einer Längsachse der Welle verschiebbar gelagert sein, sodass die Spule zwischen zwei Haspelköpfen aufgenommen werden kann. Der Elektromotor, das Getriebe, gegebenenfalls eine Kupplung, und ein Gestell, auf dem diese Komponenten befestigt sind, bilden so eine Haspel aus. Eine derartige Haspel ist beispielsweise aus der EP 2 896 465 B l bekannt.

Bei den bekannten Haspeln wird das bandförmige Material mit einem definierten Bandzug bzw. einer im Band durch die Haspel ausgebildeten Zugkraft aufgewickelt. Diese Zugkraft wird durch eine Regeleinrichtung der Haspel eingestellt, insbesondere durch eine Regelung des Elektromotors. Zur Regelung wird ein Drehmoment des Elektromotors berechnet, woraus dann ein Drehmoment des Haspelkopfs bzw. der Spule ermittelt werden kann. Das Drehmoment kann beispielsweise aus einer Leistungsaufnahme des Elektromotors und dessen aktueller Drehzahl bestimmt werden. Da j edoch zwischen Elektromotor und Haspelkopf ein Getriebe, eine Kupplung und gegebenenfalls eine Zwischenwelle zwischengeschaltet ist, kann z. B . durch den Wirkungsgrad des Getriebes, dass an der Haspelkopf ankommende Drehmoment reduziert sein.

Nachteilig bei den bekannten Haspeln ist, dass diese aufgrund ihres Aufbaus einen vergleichsweise großen Bauraum in einer Fertigungsstätte in Anspruch nehmen. Weiter wird j ede Haspel stets für eine bestimmte Ver- wendung und damit individuell hergestellt. So sind Elektromotor, Getriebe, Kupplung und Haspelbock mit Haspelkopf stets aufeinander abgestimmt, sodass beispielsweise eine Leistungserhöhung der Haspel durch einen leistungsstärkeren Elektromotor, meist eine Verstärkung des Antriebsstranges erfordert und somit kaum wirtschaftlich realisierbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Haspel und ein Verfahren zum Spannen einer Spule vorzuschlagen, die bzw. das eine Herstellung und einen Betrieb besonders kostengünstig ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Haspel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Modulsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.

Die erfindungsgemäße Haspel zum Aufwickeln oder Abwickeln von bandförmigen Material, insbesondere Metallband oder dergleichen umfasst ein Gestell, zumindest einen Haspelkopf zur Anordnung an einer Spule zum Aufwickeln von Material, eine Antriebsanordnung mit zumindest einem Elektromotor, und eine den Elektromotor mit dem Haspelkopf verbindende Welle, wobei der Elektromotor mit einem Stator und mit einem Rotor ausgebildet und an dem Gestell angeordnet ist, wobei der Elektromotor ein Torquemotor oder Synchronmotor i st, wobei die Welle den Rotor direkt mit dem Haspelkopf verbindet, wobei der Rotor relativ zu dem Stator axial verschiebbar an dem Stator gelagert ist.

Dadurch dass der Elektromotor ein Torquemotor oder ein Synchronmotor ist, wird es möglich den Haspelkopf direkt über die Welle mit dem Rotor zu verbinden. Da mit dem Elektromotor ein vergleichsweise großes Drehmoment ausgebildet werden kann, ist es nicht mehr erforderlich ein Getriebe vorzusehen, welches zwischen einem Elektromotor und einem Haspelbock zwischengeschaltet i st. Weiter kann auch eine Kupplung, erforderliche Motorlager und der Haspelbock selbst entfallen. Das Gestell bzw. ein für das Gestell erforderliches Fundament an einer Produktionsstätte kann so wesentlich verkleinert werden. Insbesondere ein Bauraum der Haspel und eine Größe des Gestells ergeben sich dann alleine aus den Abmessungen des in den Haspelbock integrierten Elektromotors und des Haspelkopfs. Dadurch dass ein Großteil des ursprünglich benötigten Bauraums und damit des Fundaments eingespart werden kann, kann die Haspel besonders kostengünstig hergestellt und energieeffizient betrieben werden.

Erfindungsgemäß ist der Rotor relativ zu dem Stator axial verschiebbar an dem Stator gelagert. Die axiale Verschiebbarkeit des Rotors relativ zu dem Stator kann dadurch realisiert werden, dass der Rotor axial verschiebbar an dem Stator gelagert ist. Der Elektromotor wird dadurch, wie ein aus dem Stand der Technik bekannter Haspelbock nutzbar. Eine Spule kann dann besonders einfach zwischen zwei Haspelköpfen aufgespannt bzw. ein Haspelkopf an eine Länge oder Lage einer Spule relativ zu der Längsachse einer Welle angepasst werden.

Weiter ist der Rotor aus einem Ringpaket gebildet, welches wiederum aus einer Mehrzahl von Ringen zusammengesetzt ist. An den Ringen sind j eweils Magnete an einem Umfang des j eweiligen Rings oder in Einschubtaschen direkt unter dem Umfang des Rings angeordnet. Eine Größe der Magnete ist dabei auf die Abmessungen des j eweiligen Rings beschränkt, das heißt die Magnete sind nicht über Ringe hinweg, an diesen angeordnet. Die Ringe können ihrerseits aus Scheiben bzw. aus Metallblechen zusammengesetzt sein. Die Ringe sind direkt oder indirekt miteinander verbunden. Beispielsweise können die Ringe miteinander verschraubt, das heißt lösbar miteinander verbunden sein. Weiter können die Ringe auch direkt auf der Welle befestigt oder auf einem zwischen der Welle und einem Innendurchmesser der Ringe angeordneten Rotorträger angeordnet sein. Der Stator kann den Rotor umgeben, wobei prinzipiell der Rotor auch den Stator umgeben kann. Durch die Verwendung von mehreren Ringen zur Ausbildung des Rotors wird es möglich den Elektromotor modular auszubilden. Eine Anzahl von Ringen kann stets so gewählt werden, dass ein Elektromotor mit einer gewünschten Leistung ausgebildet wird, ohne dass der Stator verändert werden müsste. Es ist daher möglich mit einem Stator Elektromotoren mit unterschiedlicher Leistung herzustellen. Eine Produktion von individuell ausgebildeten Haspeln kann so standardisiert und dadurch besonders kostengünstig erfolgen.

Die Antriebsanordnung kann getriebelos ausgebildet sein. Dadurch wird die Haspel noch kostengünstiger herstellbar. Insbesondere kann dann auch auf eine Getriebeölanlage verzichtet werden. Weiter kann ein Wirkungsgrad der Haspel verbessert werden, da keine Reibungsverluste durch ein vorhandenes Getriebe anfallen. Darüber hinaus werden die Geräuschemissionen der Haspel signifikant reduziert. Insgesamt ist auch ein Wartungsaufwand der Haspel geringer, da diese weniger Bauteile aufweist.

Der Stator kann aus einem Wicklungspaket mit einer Mehrzahl von Wicklungen ausgebildet sein und den Rotor umgeben, wobei der Rotor aus einem Ringpaket mit einer Mehrzahl von Ringen mit j eweils Magneten an einem Umfang des j eweiligen Rings gebildet sein kann, wobei die Ringe miteinander verbunden sein können, wobei bezogen auf eine Längsachse der Welle eine Länge L R des Ringpakets kleiner als die Länge L w des Wicklungspakets ausgebildet sein kann, und ein Verschiebebereich V des Rotors einer Differenz V = L w - L R der Längen entsprechen kann. Folglich kann der Rotor als ein Innenläufer ausgebildet sein. Der Stator kann aus einem Stapel ringförmiger Metallbleche ausgebildet sein, in denen die Wicklungen integriert angeordnet sind. Die ringförmigen Bleche können von einem Rahmen umgeben sein, der diese befestigt. Weiter kann der Rahmen mit Kanälen oder Leitungen ausgebildet sein, die von einem Kühlmedium durchströmt werden. Wenn eine Länge des Ringpakets kleiner i st als eine Länge des Wicklungspakets ist es möglich einfach eine Leistungssteigerung des Elektromotors dadurch zu erzielen, dass dem Ringpaket ein Ring hinzugefügt wird. Die Länge des Wicklungspakets kann für alle Elektromotoren, die zur Ausbildung einer Has- pel verwendet werden, stets gleich sein, wobei die für die j eweilige Haspel individuell erforderliche Leistung des Elektromotors dadurch angepasst werden kann, dass die Länge des Ringpakets ausgewählt wird. Es ist vorteilhaft eine Länge des Stators bzw. dessen Wicklungspaket zu standardisieren. Wenn die Länge des Rotorpakets und die Länge des Wicklungspakets im Wesentlichen gleich ist, können dem Elektromotor keine Ringe mehr hinzugefügt werden. Die Möglichkeit den Rotor axial zu verschieben, ergibt sich dann dadurch, dass die Länge des Wicklungspakets größer ist, als die Länge des Ringpakets. Der sich aus der Differenz der Längen ergebende Verschiebebereich ermöglicht eine Verschiebung des Rotors innerhalb dieses Verschiebebereichs, ohne dass sich aus einer derartigen Verschiebung eine Leistungsänderung des Elektromotors ergeben würde. Dies kann insbesondere dadurch sichergestellt werden, dass das Ringpaket innerhalb des Verschiebebereichs stets von dem Wicklungspaket im Betrieb überdeckt i st.

Die Antriebsanordnung kann zumindest einen Elektromotor umfassen, wobei der Elektromotor j eweils ein Gestell und einen Haspelkopf aufweisen können, wobei zwischen den Haspelköpfen eine Spule angeordnet werden kann, wobei die j eweiligen Wicklungspakete der Elektromotoren eine übereinstimmende Länge L w aufweisen können. Folglich kann beiderseits der Spule ein Elektromotor angeordnet sein. Wenn die j eweiligen Wicklungspakete der Elektromotoren eine übereinstimmende Länge aufweisen, ist der j eweilige Stator der Elektromotoren im Wesentlich übereinstimmend ausgebildet. Die Elektromotoren können dann im Wesentlichen übereinstimmend oder mit unterschiedlichen Rotoren ausgebildet sein. Dadurch, dass die Wicklungspakete nicht zur Ausbildung von Elektromotoren unterschiedlicher Leistung unterschiedlich ausgebildet sein müssen, können die Elektromotoren einfacher hergestellt und gewartet werden. Auch durch eine Herstellung gleicher Statoren in großer Stückzahl können Kosten eingespart werden. Jeder der Elektromotoren kann auf einem eigens dafür vorgesehenen Gestell angeordnet bzw. befestigt sein, wobei die Elektromotoren auch auf einem gemeinsamen Ge- stell angeordnet sein können. Die dann zwischen den Elektromotoren bzw. den j eweiligen Haspelköpfen angeordnete Spule kann auf einem Wagen, der beispielsweise auf Schienen geführt ist, quer zu einer Längsachse der beiden Wellen der Elektromotoren bewegt werden. Eine so für den Wagen ausgebildete Förderbahn kann auf einem eigens dafür ausgebildeten Fundament angeordnet sein.

Die Leistung der Elektromotoren kann verschieden oder gleich groß sein. Die Elektromotoren können bei einem Aufwickeln von bandförmigen Material synchron betrieben werden. Weiter kann vorgesehen sein, nur einen der beiden Elektromotoren zu betreiben, wenn eine geringere Leistung benötigt wird. Wenn die Elektromotoren Torquemotoren oder Synchronmotoren sind, kann eine Antriebsleistung des j eweiligen Elektromotors bei Bedarf elektrisch zwischen zwei Umrichtern umgeschaltet werden, sodass zwei oder mehr Leistungsstufen des j eweiligen Elektromotors ausgebildet werden können. Je nachdem welche Gesamtleistung der Haspel erforderlich ist, können die j eweiligen Einzelleistungen der Elektromotoren entsprechend ausgebildet und daher gleich groß oder verschieden sein.

Eine Länge L R der j eweiligen Ringpakte der Elektromotoren kann verschieden sein. Die Länge des Ringpakets bestimmt eine Masse an Magneten an einem Umfang des j eweiligen Ringpakets, und damit eine Leistung des j eweiligen Elektromotors. Die Ausbildung von Elektromotoren mit unterschiedlicher Leistung kann dann über die Länge des j eweiligen Ringpakets einfach erfolgen.

Die Ringe können eine voneinander verschiedene oder eine identische j eweilige Breite aufweisen. Da ein Ringpaket aus einer Mehrzahl von Ringen ausgebildet ist, wird es so möglich eine Länge des Ringpakets zu beeinflussen. Dies kann dadurch erfolgen, dass eine bestimmte Anzahl von Ringen zur Ausbildung der gewünschten Länge, und damit Leistung des Elektromotors, genutzt wird. Die verwendeten Ringe können eine übereinstimmende Breite oder eine voneinander abweichende Breite aufwei- sen. Wenn eine Auswahl von Ringen mit voneinander abweichender Breite zur Verfügung steht, besteht die Möglichkeit bei der Ausbildung eines Elektromotors eine größere Anzahl von möglichen ausbildbaren Längen des Ringpakets zur Verfügung zu stellen. Eine große mögliche Variation einer Länge des Ringpakets ergibt sich bereits, wenn das Ringpaket aus einer Anzahl von Ringen mit zwei oder drei unterschiedlichen Breiten zusammengestellt werden kann.

Die Antriebsanordnung kann eine Spanneinrichtung mit einem Aktor umfassen, wobei mittels des Aktors der Rotor relativ zu dem Stator axial verschiebbar sein kann. Der Aktor kann beispielsweise ein hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Kolben oder ein Linearmotor sein. Der Aktor kann dabei so an die Welle des Elektromotors gekoppelt sein, dass eine Bewegung des Aktors eine Verschiebung der Welle entlang der Längsachse bewirkt. Dadurch, dass dann der Rotor relativ zu dem Stator mittels des Aktors verschiebbar ist, kann der Haspelkopf ebenfalls entlang der Längsachse verschoben werden. Es ist dann möglich eine Spule zwischen Haspelköpfen anzuordnen und die Spule an den Haspelköpfen zu spannen bzw. die Haspelkopfe in die Spule hineinzubewegen und/oder eine Spannkraft zwi schen den Haspelköpfen und der Spule auszubilden.

Der Rotor kann an der Welle angeordnet und mit Radiallagern und zumindest einem Axiallager an einem Gehäuse des Stators gelagert sein, wobei bezogen auf eine Längsachse der Welle, beiderseits des Rotors j eweils eine Längsführung zwischen den Lagen und dem Gehäuse ausgebildet sein kann. Die Lager können Gleitlager und/oder vorzugsweise Wälzlager sein. Die Wälzlager können beispielsweise Rillenkugellager sein, sodass die Lager Axial- und Radialkräfte aufnehmen können. In diesem Fall kann das Radiallager und das Axiallager von einem einzelnen Lager ausgebildet werden. Die Längsführung kann beispielsweise durch eine Hülse ausgebildet sein, die in Richtung der Längsachse in einer Buchse bewegbar ist. Es können aber auch andere Arten von Längsführungen Verwendung finden. Die Hülse kann ein Teil des Gehäuses des Stators sein und der Rotor ist dann mit den Radiallagern bzw. dem Axiallager an der Hülse drehbar gelagert. Vorzugsweise kann beiderseits des Rotors eine derartige Lagerung der Welle an dem Gehäuse vorgesehen sein. So ist es dann möglich dass der Rotor relativ zu dem Stator drehbar und gleichzeitig entlang der Längsachse der Welle, zusammen mit der Welle verschiebbar ist. Eine derartige Längsführung ist besonders einfach ausbildbar. Der Aktor kann dann auch mit der Buchse verbunden sein. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Buchse in der Hülse alleine in einer axialen Richtung verschiebbar ist. Prinzipiell können neben einer kreisrunden Hülse bzw. Buchse beliebige Querschnittsformen zur Ausbildung einer derartigen Längsführung vorgesehen sein.

Die Antriebsanordnung kann einen weiteren Aktor umfassen, mittels dem der Elektromotor relativ zu dem Gestell, bezogen auf eine Längsachse der Welle, an einem an dem Gestell ausgebildeten weiteren Längsführung axial verschoben werden kann. Der weitere Aktor kann wie der Aktor ausgebildet sein und an einem Gehäuse des Stators oder an dem Gestellt angeordnet sein. Der weitere Aktor kann dann mit beispielsweise einem Kolben an dem Gehäuse oder dem Gestell gekoppelt sein, sodass eine Bewegung des Kolbens eine Relativbewegung von Gestell und Gehäuse bewirkt. Zwischen dem Gehäuse und dem Gestell kann weiter eine weitere Linearführung ausgebildet sein, die eine Längsverschiebung des Elektromotors ermöglicht. Umfasst die Antriebsanordnung mehrere Elektromotoren, kann j eder dieser Elektromotoren derart längs verschiebbar ausgebildet sein. Insbesondere kann so ein Verschiebebereich des Elektromotors wesentlich erweitert werden, sodass Spulen mit unterschiedlichsten Längen an der Haspel aufgenommen werden können.

Der Elektromotor kann mit einem Gehäuse ausgebildet sein, welches an dem Gestell befestigt sein kann, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Gestell zumindest ein Kraftaufnehmer einer Sensoreinrichtung einer Steuervorrichtung der Haspel angeordnet sein kann. Die Steuervorrichtung kann folglich zur Steuerung und Regelung von der Haspel und ins- besondere des Bandzugs der Haspel dienen, welcher durch eine Bandzugkraft innerhalb eines Bands, welches von der Haspel auf der Spule aufgewickelt wird, ausgebildet wird. Der Elektromotor bewirkt mit dem Rotor ein Drehmoment, welches über die Welle auf den Haspelkopf und damit die Spule übertragen wird. Je nach einer auf der Spule gespeicherten Materialmenge kann ein Durchmesser der Spule stark variieren, sodass die Bandzugkraft stets auch von diesem Durchmesser abhängig i st. Eine Regeleinrichtung der Steuervorrichtung kann so ausgebildet sein, dass der betreffende Durchmesser bei der Regelung der Bandzugkraft Berücksichtigung findet. Zur Regelung der Bandzugkraft kann folglich auch ein Drehmoment der Welle mittels der Regeleinrichtung geregelt werden. Dies erfolgt dann regelmäßig durch eine Regelung des mit der Welle verbundenen Elektromotors. Da der Elektromotor direkt mit dem Haspelkopf über die Welle verbunden ist, ohne dass ein Getriebe, eine Kupplung oder dergleichen in einem Antriebsstrang dazwi schen geschaltet ist, wird es möglich das Drehmoment, welches effektiv auf den Haspelkopf bzw. die Spule wirkt, an dem Elektromotor zu messen, da in Folge der direkten Kraftübertragung von einer sehr genauen Messung des Drehmoments ausgegangen werden kann. Die direkte Kraftübertragung ermöglicht es die Drehmomentmessung mittels des Kraftaufnehmers, der zwischen dem Gehäuse des Elektromotors und dem Gestell, auf dem der Elektromotor befestigt ist, vorzunehmen. Wenn der Kraftaufnehmer zwischen dem Gehäuse und dem Gestell befestigt ist, wird durch ein von dem Elektromotor auf die Welle bewirktes Drehmoment der Kraftaufnehmer mit einer Kraft beaufschlagt die gemessen werden kann, wobei die Sensoreinrichtung bzw. die Regeleinrichtung aus den Messwerten das Drehmoment der Welle bestimmen kann. Erst die direkte Verbindung zwischen dem Elektromotor und dem Haspelkopf über die Welle ermöglicht diese Art der Drehmomentmessung und damit eine besonders genaue Regelung des Bandzugs.

Der Kraftaufnehmer kann zur Erfassung einer Druckkraft und/oder Zugkraft bzw. eines Drehmoments ausgebildet sein. Der Kraftaufnehmer kann ein Sensor, insbesondere Kraftsensor, eine Kraftmessdose bzw. Messdose sein mit der eine Kraft messbar ist, die auf den Sensor wirkt. Eine Kraftmessung kann mittels eines Federkörpers, piezoelektrisch, elektromagnetisch, elektrodynamisch oder elektroresistiv erfolgen. Dabei kann vorgesehen sein, dass auf elektroresistive Sensoren, insbesondere Dehnungsmessstreifen verzichtet wird, da diese durch ein Magnetfeld des Elektromotors beeinflusst sein können.

Der Kraftaufnehmer kann in einem radialen Abstand relativ zu einer Längsachse der Welle angeordnet sein. Aus dem radialen Abstand des Kraftaufnehmers relativ zu der Welle kann einfach aus einer mit dem Kraftaufnehmer gemessenen Kraft ein Drehmoment errechnet werden.

Der Kraftaufnehmer kann zur Erfassung einer Druckkraft und/oder Zugkraft ausgebildet sein. Je nach Drehrichtung der Welle in Bezug auf eine Richtung der Bandzugkraft kann der Kraftaufnehmer mit einer Druckkraft oder einer Zugkraft beaufschlagt werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn mit dem Kraftaufnehmer eine Druckkraft und auch eine Zugkraft bestimmt werden können.

Das Gehäuse kann am Gestell an Befestigungspunkten fixiert sein, wobei an zumindest einem Befestigungspunkt ein Kraftaufnehmer angeordnet sein kann. Der Befestigungspunkt kann beispiel sweise durch eine Schraubverbindung zwischen dem Gehäuse und dem Gestell ausgebildet sein. Prinzipiell kann der Befestigungspunkt j edoch auch ein Auflagepunkt des Gehäuses an dem Gestell sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn an allen Befestigungspunkten Kraftaufnehmer angeordnet sind. So wird es möglich sämtliche zwischen dem Gehäuse und dem Gestell wirkenden Kräfte zu erfassen und damit ein Drehmoment der Welle besonders genau zu bestimmen. Prinzipiell ist dies j edoch nicht erforderlich, da bereits auch schon mit einem einzelnen Kraftaufnehmer ein Drehmoment ermittelt werden kann, wenn eine Verteilung der an dem Befestigungspunkten wirkenden Kräfte bekannt ist. Der Kraftaufnehmer kann an einem Verbindungsflansch des Gehäuses und/oder des Gestells angeordnet sein. Beispielsweise können das Gehäuse und das Gestell j eweils einen Verbindungsflansch ausbilden, wobei die Verbindungsflansche dann einander anliegen und über eine Schraubverbindung miteinander fest verbunden sein können. Der Kraftaufnehmer kann dann zwischen diesen Verbindungsflanschen angeordnet sein. Dabei kann bereits eine Vorspannung einer Schraubverbindung auf den Kraftaufnehmer wirken. Die Sensoreinrichtung kann so kalibriert sein, dass diese Vorspannung unberücksichtigt bleibt bzw. ein Messergebnis des Kraftaufnehmers nicht verfälscht. Optional ist es auch möglich den Kraftaufnehmer an den Verbindungsflanschen so anzuordnen, dass der Kraftaufnehmer nicht zwischen den Verbindungsflanschen positioniert ist, sondern die Verbindungsflansche überspannt. Dazu kann der Kraftaufnehmer dann an beiden Verbindungsflanschen j eweils fest fixiert sein, sodass zwischen den Verbindungsflanschen wirkende Kräfte sich auch auf den Kraftaufnehmer übertragen.

Die Antriebsanordnung kann zwei Haspelköpfe aufweisen, wobei die Haspelköpfe j eweils mit einem Spreizkopf oder einem Konus zur Aufnahme der Spule ausgebildet sein können. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Antriebsanordnung, wenn diese lediglich einen Elektromotor aufweist, mit einem einzelnen Spreizkopf ausgebildet ist. Der Spreizkopf kann so ausgebildet sein, dass dieser in eine Öffnung an einem Ende einer Spule eingeführt werden kann. Segmente des Spreizkopfes können dann gegen eine Innenspannung der Spule verspannt werden, sodass die Spule kraftschlüssig fest an dem Spreizkopf fixiert und zentriert wird. Die Bewegung der Segmente kann beispielsweise hydraulisch oder mittels einer Zugstange bewirkt werden. Der Konus kann so ausgebildet sein, dass er an einem Ende der Spule anliegt, sodass die Spule zwischen zwei Haspelköpfen, die gegeneinander verfahren werden können, eingespannt ist. Auch hier erfolgt dann eine Zentrierung der Spule relativ zu dem Haspelkopf. Der Spreizkopf kann eine Spreizsegmente aufweisende und zum radialen Spannen der Spule ausgebildete Spreizsegmentanordnung aufweisen, wobei innerhalb der Welle zumindest eine Hydraulikleitung ausgebildet oder eine Zugstange zur Betätigung der Spreizsegmente angeordnet sein kann. Die Welle kann daher als eine Hohlwelle oder eine Vollwelle ausgebildet sein. Prinzipiell ist es auch möglich den Spreizkopf direkt, das heißt am Spreizkopf selbst eine hydraulische oder mechanische Betätigung anzuschließen, sodass die Welle hiervon unbeeinflusst ist.

Das erfindungsgemäße Modulsystem zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Haspel umfasst einen aus einem Wicklungspaket mit einer Mehrzahl von Wicklungen bzw. Wicklungsköpfen ausgebildeten Stator und eine Mehrzahl von Ringen mit j eweils Magneten an einem Umfang des j eweiligen Rings oder in Einschubtaschen direkt unter dem Umfang des Rings, die zur Ausbildung eines Ringpakets eines Rotors dienen, wobei die Ringe aus einem ersten Satz von Ringen mit einer ersten Breite und einem zweiten Satz von Ringen mit einer zweiten Breite, die sich von der ersten Breite unterscheiden können, ausgewählt sind. Das erfindungsgemäße Modulsystem ermöglicht eine Ausbildung von Ringpaketen mit unterschiedlichen Längen L R , sodass aus diesen Ringpaketen bzw. den Modulsystemen Elektromotoren mit unterschiedlichen Leistungen zusammengestellt werden können. Dadurch dass verschiedene Sätze an Ringen zur Auswahl von Ringen zur Verfügung stehen, kann eine hohe Variabilität bei einem gleichzeitig stark reduzierten Kostenaufwand erzielt werden. Eine Herstellung von Rotoren bzw. Elektromotoren ist so in einem hohen Maße standardisierbar und damit besonders kostengünstig möglich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Spannen von einer Spule zum Aufwickeln oder Abwickeln von bandförmigen Material, insbesondere Metallband oder dergleichen, mit einer Haspel, wird an zumindest einem Elektromotor einer Antriebsanordnung der Haspel ein Rotor relativ zu einem Stator des Elektromotors mittels einer Spanneinrichtung der Antriebsanordnung axial verschoben, derart, dass die zwischen Haspelköpfen der Antriebsanordnung angeordnete Spule gespannt oder freigegeben wird, wobei der Elektromotor ein Torquemotor oder Synchronmotor ist. Zu den vorteilhaften Wirkungen des Verfahrens wird auf die Vorteilsbeschreibung der erfindungsgemäßen Haspel verwiesen.

Die axiale Verschiebung kann zu einer Bandmittenregelung und/oder einer Bandmittenzentrierung vor oder während eines Walzbetriebes verwendet werden. Die Bandmittenregelung dient dazu das Band von einem nicht kantengerade aufgewickelten Coil während des Walzens abzuwickeln und mittig durch einen Walzspalt zu führen, um es dann kantengerade auf einer Spule aufzuwickeln. Die Bandmittenzentrierung dient dazu einen nicht kantengerade aufgewickelten Coil vor dem walzen in einer Walzlinie zu zentrieren, damit das aufgewickelte Band mittig durch den Walzspalt geführt wird. Eine Bestimmung einer Lage des Bandes kann mittels Sensoren erfolgen. Daten der Sensoren können zur Regelung und damit zur axialen Verschiebung genutzt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erfindungsgemäße Haspel verwendet. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Vorrichtungsanspruch 1 zurückbezogenen Unteransprüche.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Haspel anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine erste Ausführungsform einer Haspel in einer Längsschnittansicht;

Fig- 2 eine zweite Ausführungsform einer Haspel in einer Längsschnittansicht; Fig- 3 eine dritte Ausführungsform einer Haspel in einer Längsschnittansicht;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform einer Haspel in einer Längsschnittansicht.

Die Fig. 1 zeigt eine Haspel 10 zum Aufwickeln von bandförmigen Material 1 1 bzw. einem Metallband auf einer Spule 12. Die Haspel 10 umfasst hier zwei im Wesentlichen übereinstimmend ausgebildete Gestelle 13 , zwei übereinstimmend ausgebildete Haspelköpfe 14 zur Anordnung der Spule 12 und eine Antrieb sanordnung 15 , die ihrerseits zwei übereinstimmend ausgebildete Elektromotoren 16 bzw. Torquemotoren umfasst. Jeder der Elektromotoren 16 ist aus einem Stator 17 und einem Rotor 18 ausgebildet, wobei der Stator 17 den Rotor 18 umgibt und der Rotor 18 innerhalb des Stators 17 drehbar gelagert ist. Der Rotor 18 ist mit einem Rotorträger 19 unmittelbar auf einer Welle 20 des Elektromotors 16 drehfest angeordnet, wobei die Welle 20 ihrerseits unmittelbar mit dem Haspelkopf 14 verbunden ist. Der Rotor 18 ist weiter aus einem Ringpaket 21 aus einer hier nicht näher dargestellten Mehrzahl von Ringen mit j eweils Magneten an einem Umfang 22 des j eweiligen Rings gebildet. Diese Ringe sind lösbar miteinander verbunden. Der Stator 17 ist aus einem Wicklungspaket 23 mit einer Mehrzahl von hier nicht näher dargestellten Wicklungen ausgebildet, die von einem hier nicht näher dargestellten Rahmen umgeben sind. Innerhalb dieses Rahmens sind Kühlkanäle 24 ausgebildet, die von einem hier nicht dargestellten Kühlmedium durchströmt werden und zur Kühlung des Wicklungspakets 23 dienen. Eine passive Kühlung oder eine Oberflächenkühlung des Rahmens i st ebenfalls möglich.

Der Elektromotor 16 ist weiter mit einem Gehäuse 25 ausgebildet, welches den Rotor 18 und den Stator 17 umgibt. Das Gehäuse 25 ist an Befestigungspunkten 26 mit dem Gestell 13 fest verbunden bzw. verschraubt. Das Gestell 13 ist seinerseits an Befestigungspunkten 27 mit einem Fundament 28 fest verbunden. Weiter ist das Gehäuse 25 mit einer Längsführung 29 ausgebildet, die eine axiale Verschiebung des Rotors 18 relativ zu dem Stator entlang einer Längsachse 30 der Welle 20 erlaubt. Die Längsführung 29 ist aus Hülsen 3 1 und 32, welche beiderseits des Rotors 18 angeordnet sind, und die Hülsen 3 1 und 32 umgebende Buchsen 33 bzw. 34 ausgebildet. Die Welle 20 ist innerhalb der Hülsen 3 1 und 32 mittels Wälzlager 35 radial und axial gelagert. Eine Verschiebung des Rotors 18 relativ zu dem Stator ist innerhalb eines Verschiebebereichs V möglich, wobei sich der Verschiebebereich V aus einer Differenz einer Länge L R des Ringpakets 21 und einer Länge L w des Wicklungspakets 23 ergibt. Eine mögliche Verschiebung erfolgt mittels eines Aktors 36, der hier durch einen Hydraulikzylinder 37 ausgebildet und über eine Strebe 38 an die Buchse 33 gekoppelt ist. Durch die Möglichkeit der Verschiebung des Rotors 18 bzw. der Welle 20 mit dem Haspelkopf 14 wird so eine Spanneinrichtung 39 zum Spannen der Spule 12 zwischen den Haspelköpfen 14 ausgebildet.

Insbesondere durch den direkten Antrieb der Spule 12 durch die Elektromotoren 16 wird es möglich eine Anzahl rotierender Teile der Haspel 10 wesentlich zu vermindern und auf weitere Antriebswellen, Kupplungen oder dergleichen zu verzichten. Auch kann auf eine mechanische Bremse als Betrieb sbremse an der Haspel verzichtet werden da über einen Kurzschluss der Wicklungen über einen Widerstand bei einem Netzausfall oder bei einer Umrichterstörung der Elektromotoren 16 gebremst werden kann. Weiter kann auch eine Stillstandsbremse entfallen, da über einen Kurzschluss der Wicklungen im Stillstand des Rotors dieser in seiner Position gehalten werden kann. Durch die Reduzierung einer Teileanzahl bzw. einer Anzahl von Baugruppen der Haspel 10 können Wartungskosten signifikant reduziert werden.

Weiter ist es möglich eine Leistung der Elektromotoren 16 durch ein Hinzufügen von Ringen auch nach bereits erfolgter Inbetriebnahme der Haspel 10 anzupassen bzw. eine Leistungserhöhung durchzuführen. Die Antriebsanordnung 15 umfasst einen weiteren Aktor 40, welcher an dem Gestell 13 angeordnet und durch einen weiteren Hydraulikzylinder 41 ausgebildet ist. Das Gehäuse 25 ist an einer weiteren Längsführung 42, welche an dem Gestell 13 ausgebildet ist, gehaltert und mittels des weiteren Aktors 40 ebenfalls in Längsrichtung der Längsachse axial verschiebbar.

Die Haspelköpfe 14 sind hier j eweils als ein Spreizkopf 43 ausgebildet, welcher hier nicht dargestellte Spreizsegmente aufweist, welche über eine ebenfalls nicht dargestellte Hydraulikleitung betätigbar sind. Die Spreizsegmente können eine Spannkraft auf eine Innenseite 44 der Spule 12 bewirken, sodass die Spule 12 auf den j eweiligen Spreizköpfen 43 zentriert und drehfest gespannt ist. Ein Transport der Spule 12 mit dem Material 1 1 zu der Haspel 10, kann mittels eines Wagens 45 erfolgen, welcher auf Schienen 46 quer zu der Längsachse 30 bewegbar ist.

Weiter sind an dem Gehäuse 25 bzw. den Befestigungspunkten 26 Kraftaufnehmer 47 zwischen dem Gehäuse 25 und dem Gestell 13 angeordnet. Die Kraftaufnehmer 47 sind ein Bestandteil einer hier nicht näher dargestellten Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung dient zur Regelung eines Bandzugs bzw. einer Bandzugkraft der Haspel 10 bzw. einer Leistung und damit eines Drehmoments der Elektromotoren 16. Die Steuervorrichtung umfasst eine Regeleinrichtung zur Regelung der Bandzugkraft bzw. der Elektromotoren 16 und eine Sensoreinrichtung, die ihrerseits die Kraftaufnehmer 47 umfasst. Dadurch dass die Kraftaufnehmer 47 zwischen dem Gestell 13 und dem Gehäuse 25 angeordnet sind, wird es möglich die zwischen dem Gestell 13 und dem Gehäuse 25 wirkenden Kräfte zu ermitteln. Da die Elektromotoren 16 j eweils unmittelbar über die Welle 20 und den Haspelkopf 14 an die Spule 12 angeschlossen sind kann ein Drehmoment des j eweiligen Elektromotors 16 direkt und damit besonders genau über die Kraftaufnehmer 47 bzw. die Sensoreinrichtung bestimmt werden, was eine verbesserte Regelung der Bandzugkraft ermöglicht. Die Fig. 2 zeigt eine Haspel 48, bei der im Unterschied zu der Haspel aus der Fig. 1 ein Gestell 49 ohne eine weitere Längsführung ausgebildet ist. Ein Spannen einer Spule 50 ist hier bereits durch die Spanneinrichtung 39 möglich. Die Fig. 3 zeigt eine Haspel 51 , bei im Unterschied zu der Haspel aus der Fig. 2 Haspelköpfe 52 vorgesehen sind, die einen Konus 53 zur Aufnahme einer Spule 54 ausbilden. Die Spule 54 ist an ihren j eweiligen Enden 55 mit einem Innenkonus 56 ausgebildet. Die Spule 54 kann durch Spannen zwischen den Haspelköpfen 52 so zentriert und kraftschlüssig drehfest an der Haspel 48 aufgenommen werden.

Die Fig. 4 zeigt eine Haspel 57, bei im Unterschied zu der Haspel aus der Fig. 1 alleine ein Gestell 13 , und ein Elektromotor 16 vorgesehen ist. Anstelle eines weiteren Elektromotors ist hier ein Gegenlager 58 vorgesehen. An der Welle 20 des Elektromotors 16 ist eine Spreiztrommel 59 zur Aufnahme einer Spule 60 oder Rohbund befestigt. Bei einem Rohbund wird das Material 1 1 direkt und ohne die Spule 60 auf der Spreiztrommel 59 angeordnet.