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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Rundläufer-Wickelrolle
für warmgewalzte
Stahlbänder
bzw. Stahlbleche.
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Die erfindungsgemäße Wickelrolle wird am Austrittsende
einer Fertigstraße
in einer kontinuierlich arbeitenden Warmwalzstraße für dünne oder sehr dünne Bänder/Bleche
mit einer Stärke
von bis zu 0,5 mm, wobei die Geschwindigkeiten am Austritt bis zu
20 Metern pro Sekunde und mehr betragen können.
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STAND DER TECHNIK
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Auf dem Gebiet der Walztechnik zur
Herstellung flacher Erzeugnisse ist eine zunehmend ausgeprägte Tendenz
bei den Konstrukteuren zu beobachten, nach Lösungen für die hoch effiziente Herstellung
von dünnem
und ultra-dünnem
Walzgut zu suchen, welches die Fertigstraße mit immer höheren Geschwindigkeiten
verlässt.
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Je dünner das Band ist, desto höher muss die
Geschwindigkeit sein, mit dem es die Fertigstraße verlässt; der Grund hierfür liegt
darin, dass es aus technischen und metallurgischen Gründen erforderlich
ist, die Walztemperatur und die Wickeltemperatur innerhalb gut definierter
Bereiche zu halten.
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Es ist allgemein bekannt, dass es
seitens der Benutzer einen immer höheren Bedarf an fertig bearbeiteten
Bändern
und Blechen mit einer Stärke
von weniger als 1 mm bis zu nur 0,5–0,6 mm gibt, da diese Werte
zwei Möglichkeiten
bieten:
- – Das
Kaltwalzen kann entfallen und das warmgewalzte Produkt kann direkt
oder nach dem Beizen verwendet werden. Bei dieser Lösung wird
mit Stärken
von mehr als 0,6 mm gearbeitet.
- – Die
Walzdurchgänge
in Kaltwalzwerken und auch jegliche zwischengeschalteten Arbeitsgänge zur Wärmebehandlung
können
verringert werden. In diesem Fall wird mit Stärken von unter 0,6 mm und sogar
von nur 0,1 mm gearbeitet.
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Der Wettbewerb zwischen den Herstellerfirmen
ist nicht nur mit der Qualität
des Endprodukts sondern auch mit der Geschwindigkeit verknüpft, mit welcher
die Bänder/Bleche
aus der Fertigstraße
abgezogen und auf die jeweilige Aufnahmeeinrichtung aufgewickelt
werden können.
Je höher
dabei die Geschwindigkeit ist, desto höher ist der Produktionsausstoß.
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Angesichts des Umstands, dass es
immer mehr kontinuierlich arbeitende Walzanlagen sogar in Warmwalzwerken
gibt, wurde es offensichtlich, dass eines der wesentlichen Hindernisse
bei der Erzielung von Geschwindigkeiten in hoch effizienter und
kontinuierlicher Weise das Problem beim Aufwickeln des Bandes/Blechs
beim Verlassen der Fertigstraße
ist.
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Zu diesem Zweck wurde nach dem Stand
der Technik eine drehbar aufgebaute Wickelrolle entwickelt, die
am Austritt aus der Fertigstraße
angeordnet wird und unter Bezeichnung Rundläuferrolle bekannt ist.
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Die Wickelrolle weist mindestens
zwei Dorne auf, die ihre Arbeitsposition abwechselnd und kontinuierlich
wechseln, also mit anderen Worten die Position, in der sie das Band aufwickeln,
wenn es die Fertigstraße
verlässt,
und die Position, in der sie auf das nachfolgende Band warten.
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Bei dieser Lösung sind die Wickelbedingungen
immer gleich, ohne Rücksicht
darauf, auf welchen Dorn das Band gerade aufgewickelt wird.
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Dies geschieht bei herkömmlichen
Abwärtswicklern
nicht, wo geringfügige
Unterschiede im Betrieb (die sich nur schwer ausgleichen lassen,
da ihre Ursachen nicht gesteuert werden können) sowie Unterschiede in
der Bahn, der das Band folgt, zu unterschiedlichen Wickelbedingungen
führen
können,
die sich auf die geometrische Qualität der Wickelrolle und auf die
metallurgische Güte
des Bandes auswirken.
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Während
des Arbeitszyklus zum Aufwickeln bei der Rundläufer-Wickelrolle dreht sich
nach Beginn des Aufwickelns des Bandes auf den ersten Dorn in der
Arbeitsposition und nach dem Wickeln einer gewünschten Zahl von Wickelgängen die
Rolle, und während
der erste Dorn weiterarbeitet und den Wickelvorgang beendet, versetzt
sich der zweite Dorn in seine Arbeitsposition, während er das nächste Band
erwartet.
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An diesem Punkt greift ein Abscherelement ein;
es wird zwischen die Fertigstraße
und den Eintrittspunkt an der Wickelrolle verbracht und schert das
Band auf die gewünschte
Größe bezüglich des kontinuierlich
aufgewickelten Walzgutes ab, womit man Spulen mit dem gewünschten
Endgewicht erhält.
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Rundläufer-Wickelspulen dieser Art
sind nach dem Stand der Technik bekannt und weisen dementsprechend
mindestens ein Paar Wickeldorne auf, denen eine Tragkonstruktion
zugeordnet ist, die von einer Antriebsmechanik geregelt wird, die
sich dazu eignet, die Konstruktion zur Drehung über einen Kreisbogen von mindestens
180° zu
veranlassen, um so die Veränderungen
in der Position der Dorne je nach dem Arbeitsschritt beim Wickelzyklus
herbeizuführen.
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Nach dem Stand der Technik weisen
die Antriebsmechaniken für
die Dorne komplizierte kinematische Vorrichtungen mit seitlich von
der Achse liegenden Motoren auf, die am Boden fest angebracht sind
und für
Bewegung mit Hilfe von kinematischen Ketten sorgen, die entsprechende Übersetrungsgetriebe
aufweisen oder bei denen Kraftübertragungssysteme
mit Kardangelenken oder dergleichen zum Einsatz kommen.
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Auch wenn diese Anregungen aus dem Stand
der Technik für
bestimmte und eingeschränkte Anwendungsbereiche
zufriedenstellend sind, haben sie sich dennoch nicht ausreichend
wirksam in Warmwalzwerken erwiesen, bei denen die Abstrahlung des
Bandes Verformungen der Konstruktion unter Wärmeeinfluss verursachen kann
und bei denen es notwendig ist, dass der Wickelvorgang mit der gleichen
Betriebsgeschwindigkeit beginnt, was bei Kaltwalzwerken niemals
vorkommt.
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Darüber hinaus führen diese
Lösungen
niemals zu Wickelzyklen mit hoher Produktivität und mit den äußerst hohen
Austrittsgeschwindigkeiten des Bandes/Blechs aus der Fertigstraße, die
bis zu 20 Metern pro Sekunde und mehr betragen können und mit der heutigen Technologie
erreichbar sind und bei denen die immer geringere Stärke des
Bandes erzielt wird, die der Markt wünscht.
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Die Einschränkungen der Anregungen, die aus
dem Stand der Technik bekannt sind, beziehen sich auf die mechanische,
wärmebezogene
und elektrische Belastungsfähigkeit,
angesichts des heftigen steilen Anstiegs bzw. Abfalls bei der Beschleunigung/Verlangsamung,
der die Dorne während
der Arbeitsgänge
ausgesetzt werden, die zur Vorbereitung des Aufwickelvorgangs und
bei Ende des Wickelvorgangs ausgeführt werden.
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Genauer gesagt wirken auf den Dorn
hohe Torsionsbelastungen ein, weil gegenüber dem Motor ein axialer Abstand
vorhanden ist.
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Weitere Nachteile beziehen sich auf
die komplizierten Arbeiten beim Einbau und Ausbau, auf die Schwierigkeiten
bei Wartungsarbeiten, auf vorzeitige Abnutzung der empfindlicheren
Bauelemente in der kinematischen Kette und weitere Probleme.
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Die japanische Patentschrift JP-A-61.124478,
welche die Grundlage für
den Oberbegriff des Anspruchs 1 darstellt, lehrt, dass jeder Welle
jedes Dorns ein Elektromotor zugeordnet ist, wobei der Stator bzw.
Ständer
fest mit der drehbaren Konstruktion verbunden ist.
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Es ist möglich, den Elektromotor auszubauen,
sobald der Stator von der drehbaren Konstruktion getrennt wurde,
indem die Dornwelle herausgezogen wird, die auf Lagern auf der drehbaren
Konstruktion läuft.
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Diese Lehre ist zwar interessant,
doch sind mit den täglichen
Wartungsarbeiten an dem Dorn erhebliche Probleme verbunden, wobei
an dem Dorn häufig
Wartungsarbeiten erforderlich sind, und ebenso mit den nicht-routinemäßigen Wartungsarbeiten am
Motor.
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Darüber hinaus treten Probleme
bei der koaxialen Anordnung des Rotors bzw. Läufers und des Stators sowie
bei der koaxialen Anordnung der Dornwelle und des Rotors auf.
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Genau zur Verringerung der typischerweise bei
der japanischen Patentschrift JP-A-61.124478 lehrt die europäische Patentschrift,
dass die drehbare Konstruktion Auflageflächen aufweisen sollte, auf welchen
Elektromotoren – komplett
mit Motorgehäuse – angebracht
werden.
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Das Gehäuse trägt die Hauptlager des Rotors
und die Montagekonstruktion ermöglicht
ein Herausziehen des Dorns, ein Herausziehen des Rotors allein und
auch zusammen mit dem Dorn und den Abbau des Gehäuses, damit auch der Stator
ausgebaut werden kann.
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Auch diese Lösung ist interessant, doch weist
sie Nachteile auf, wie zum Beispiel das erhöhte Gewicht aufgrund der Gehäuse des
Motors, die Ausrichtung der Hauptlager des Rotors, die verminderte Steifigkeit
der Konstruktion, da die Zugkraft des Blechs bzw. des Bandes von
dem einzelnen Gehäuse,
der Verbindung zwischen dem Gehäuse
und der drehbaren Konstruktion aufgenommen wird, wenn anhaltend
Schwingungen und Belastungen auftreten, sowie die Zentrifugalkraft,
die an das Gehäuse
und an die Klemmeinrichtungen abgegeben wird.
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Die Anmelder der vorliegenden Anmeldung haben
nun diese Erfindung entwickelt, geprüft und realisiert, um die Nachteile
nach dem Stand der Technik zu überwinden
und weitere Vorteile zu erzielen, die nachstehend aufgezeigt werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird nun die Erfindung
im Hauptanspruch umrissen und gekennzeichnet, während weitere Merkmale der
Erfindung in den rückbezogenen
Ansprüchen
umrissen werden.
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Die Zielsetzung der Erfindung besteht
darin, eine Wickelrolle zu schaffen, die speziell zum Aufrollen
warm gewalzter dünner
Bänder/dünner Bleche mit
hoher Geschwindigkeit ausgelegt ist, mit anderen Worten mit Geschwindigkeiten,
die höher
als 10 Meter pro Sekunde sind und bis mehr als 20 Meter pro Sekunde
betragen, und die geeignet ist, eine hohe Leistung, ein höheres übertragenes
Drehmoment, Zuverlässigkeit,
hohe Produktivität,
Leistung, niedrigen Wartungsaufwand und hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber
mechanischer Belastung und Wärmebelastungen
sicherzustellen.
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Die Wickelrolle gemäß der Erfindung
weist ein Paar Dorne auf, die sich auf ihrer eigenen Längsachse
drehen und denen eine Konstruktion zugeordnet ist, die sich um eine
Achse drehen kann, die im wesentlichen zwischen den Dornachsen liegt.
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Die Drehbewegung der Konstruktion
während
des Wickelzyklus dient wie bei einem herkömmlichen System dazu, die beiden
Dorne abwechselnd aus der Betriebsposition in die Bereitschaftsposition und
umgekehrt zu führen,
um so Spulen mit einem gewünschten
Endgewicht mit dem Bandmaterial zu erzielen, welches die Fertigstraße kontinuierlich
mit hoher Geschwindigkeit verlässt.
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Die Dorne weisen jeweilige Motoren
auf, die auf der Achse der Längsachse
des Dorns angebracht sind.
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Die Motoren sind so gebaut, dass
in axialer Richtung einen Hohlraum aufweisen, in den die Welle des
jeweiligen Dorns eingeführt
und dabei in verdrehungssicherer Weise verbunden sind; sie sind
unmittelbar direkt neben der drehbaren Konstruktion angeordnet,
welche die Dorne abstützt
und sie in Umfangsrichtung positioniert.
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Die Motoren erstrecken sich symmetrisch auf
der einen und der anderen Seite der Drehachse der drehbaren Konstruktion,
die mit Antriebseinrichtungen zusammenwirkt, welche die Konstruktion
positioniert und sie zur Drehung veranlasst.
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Gemäß der Erfindung stützen sich
die Rotoren über
Lager ab, die in Auflagern untergebracht sind, die in den beiden
Korpusseiten der Drehkonstruktion ausgebildet sind; die Korpusseiten
sind vor und hinter dem Rotor positioniert und in Berührung mit
diesem.
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Auf diese Weise ist es möglich, eine
starre stabile Konstruktion zu bilden.
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Der Stator ist verdrehungssicher
mit einer Korpusseite verbunden, beispielsweise der vorderen Korpusseite,
oder mit einem Stangenteil, welches die beiden Korpusseiten verbindet.
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Die Auflagefläche für die Lager ist so ausgebildet,
dass sie mit einem kappenartigen Element zusammenwirkt, das mit
Befestigungsmitteln stabil mit der darunter liegenden Basis verbunden
ist; das kappenartige Element bildet zusammen mit der darunter liegenden
Basis eine Korpusseite.
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Diese Lösung hält eine hohe strukturelle Steifigkeit
des Systems aufrecht und macht es gleichzeitig möglich, sowohl den Dorn als
auch den Rotor zusammen mit dem Stator auszubauen.
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Gemäß einer Ausbildungsvariante
ist der Stator in Längsrichtung
in zwei Teile unterteilt, so dass es durch Öffnen des Stators, d. h. durch
Abbau eines seiner Teile, möglich
ist, den Rotor auszubauen, ohne den gesamten Stator abzumontieren.
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Die Position der mit den jeweiligen
Wellen des Dorns verbundenen Motoren in axialer Richtung und auch
die Nähe
zur Position der höchstmöglichen Belastung
werden die Kräfte
und die mechanischen Belastungen für die Übertragung der Bewegungen sogar
dann auf ein Mindestmaß verringert,
wenn die Beschleunigung/Verlangsamung sehr schnell und sehr steil
ansteigt oder abfällt.
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Die Verbindung zwischen dem Motor
und dem Dorn ist tatsächlich äußerst kompakt
und verwindungssteif.
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Mit dieser Lösung wird die Konstruktion
vereinfacht und erhält
ein geringeres Gewicht, während es äußerst einfach
wird, jegliche Bauelemente oder sogar den Dorn selbst rasch zu warten
oder auszuwechseln.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung bestehen die Einrichtungen zur Positionierung der drehbaren
Konstruktion in Umfangsrichtung aus einer Motoreneinrichtung, die
auf der Achse der Drehachse der Konstruktion angeordnet ist.
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Gemäß einer Variante bestehen die
Einrichtungen zur Positionierung der drehbaren Einrichtungen in
Umfangsrichtung aus einer Motoreinrichtung mit einer Achse, die senkrecht
zur Drehachse verläuft und
mit der drehbaren Konstruktion mittels einer kinematischen Kette
mit Kegelrädern
oder mit einem Schneckengetriebe verbunden ist.
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Gemäß einer weiteren Variante bestehen
die Einrichtungen zur Positionierung in Umfangsrichtung aus Motoreinrichtungen
mit einer Achse, die auf einer Ebene liegt, die parallel zur Drehachse
der Konstruktion verläuft
aber gegenüber
dieser versetzt ist, und die mit dazwischen angeordneten Mitteln
zur Übertragung
der Bewegung zusammenwirken.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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In den beiliegenden Figuren sind
zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung, die keine Einschränkungen
darstellen, exemplarisch dargestellt.
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Rundläufer-Wickelrolle;
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2 zeigt
teilweise einen Querschnitt durch eine Variante des Ausführungsbeispiels
aus 1;
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3 ist
eine Vorderansicht vom Punkt "A" der in 1 dargestellten Variante, und
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4 stellt
eine Variante des in 1 gezeigten
Axialmotors dar.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Die Rundläufer-Wickelrolle 10 für ein Warmwalzwerk
gemäß der Erfindung
ist in 1 und 2 in zwei
möglichen
Varianten dargestellt.
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Die Rolle 10 besitzt eine
Dreh- und Positionierachse 14 und zwei umlaufende Dorne 11a und 11b,
welche jeweils eine Längsachse 12a bzw. 12b aufweisen,
die bezüglich
einer drehbaren Konstruktion 13 freitragend angeordnet
sind.
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Die Dreh- und Positionierachse 14 befindet sich
zwischen den beiden Achsen 12a und 12b.
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Entsprechend der Erfindung ist jedem
Dorn 11a bzw. 11b ein jeweiliger Antriebsmotor 15a bzw. 15b in
axialer Lage zugeordnet.
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Jeder Antriebsmotor 15a, 15b besteht
aus einem Rotor bzw. Läufer 115 und
einem Stator bzw. Ständer 215.
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Der Stator 251 ist in verdrehungssicherer Weise
an der drehbaren Konstruktion 13 mit Einrichtungen zur
Verdrehsicherung 27 angebracht, die mit Hilfe von Befestigungsmitteln 36 mit
dem Stator 215 verbunden sind.
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Die Einrichtungen zur Verdrehsicherung 27 können in
Brückenbauweise
ausgeführt
sein und die Korpusseiten 28a und 28b der drehbaren
Konstruktion 13 verbinden, oder sie können der einen oder der anderen
Korpusseite 28 zugeordnet sein.
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Die Auflageflächen 29a und 29b für die Hauptlager 18a, 18b befinden
sich auf den Korpusseiten 28a und 28b.
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Die Auflageflächen 29 werden im
wesentlichen senkrecht zur Verbindungsebene 34 zwischen dem
kappenartigen Element 30 und der Basis 31 erreicht,
wobei das kappenartige Element 30 mit Hilfe von Befestigungsmitteln
zeitweilig fest mit der Basis 31 in der Weise verbunden
wird, dass es die eine Korpusseite 28 oder die andere bildet.
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Die Lager 18a und 18b wirken
direkt mit dem Rotor 115 zusammen, positionieren und stützen ihn.
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Um den Motor 15 abzubauen,
muss zunächst
der Stator 215 von der Einrichtung 27 zur Verdrehsicherung
getrennt werden und dann müssen die
kappenartigen Elemente 30, welche den Lagern eines Rotors 115 entsprechen,
abmontiert werden.
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Der Rotor 115 weist eine
axiale Auflagefläche 33 auf,
die sich zur Aufnahme der Welle 16 des Dorns 11 eignet,
sowie dazu, diese verdrehungssicher festzuklemmen, aber sie dennoch
frei in axialer Richtung gleiten zu lassen.
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Rückwärtige hydraulische
Einrichtungen 32 klemmen die Welle 16 in axialer
Richtung fest und versehen sie mit den Hydraulik- und Befehlsfunktionen,
die sie benötigt;
die rückwärtigen Hydraulikeinrichtungen 32 umfassen
herkömmliche
Einrichtungen, welche die Welle 16 in axialer Richtung
festklemmen und lösen
und mit den nötigen
Bedienungen und Befehlen versorgen.
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In dem in 1 und 3 dargestellten
Fall befindet sich die vordere Korpusseite 28a auf Rollen 37 und
stützt
sich die drehbare Konstruktion 13 hinten über eine
Abstützung 38 ab,
welche die mit dem Motor 19 verbundene Welle abstützt, wobei
der Motor dazu dient, die drehbare Konstruktion 13 und
damit die Dorne 11 in Umfangsrichtung zu positionieren.
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Die Position der Motoren 15a, 15b auf
einer Achse mit den jeweiligen Dornen 11a, 11b,
welche die Dornwellen 16a, 16b in einer Position
in großer Nähe erfassen,
sorgt für
eine äußerst effiziente Übertragung
der Bewegungen, die gegenüber
mechanischen Belastungen, Wärmebelastungen
und elektrischen Belastungen, sogar heftigen Belastungen, in einer
Konstruktion sorgen, die sich leicht aufrecht erhalten und auseinander
bauen lässt.
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Der Motor 19 ermöglicht es,
dass sich die drehbare Konstruktion 13 in der Weise drehen
kann, dass sie die Dorne 11a, 11b je nach dem
Arbeitsschritt des Wickelzyklus aus der Wickelposition in die Bereitschaftsposition
und umgekehrt bringen kann.
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Die Einbeziehung des Motors 19 in
koaxialer Lage zur Drehachse der drehbaren Konstruktion 13, in
welcher die Drehwelle ohne zwischengeschaltete Elemente zur Übertragung
von Bewegungen, wie Zahnräder,
Gelenke, usw. erfasst wird, stellt eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber
mechanischen Belastungen und eine wirksame Bewegungsübertragung
sicher.
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2 stellt
ein Beispiel für
Einrichtungen 21 zur raschen Montage/Demontage dar, sowie
die Montagehülsen 22 für einen
raschen Austausch der Dorne 11a, 11b.
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1 zeigt
das vertikale Stützelement 23, das
die Spule 20 abstützt,
sobald der Wickelvorgang beendet ist, sowie die relative Laufkatze 25,
um die Spule 20 aus der Rolle herauszunehmen.
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Es kann auch ein weiteres Stützelement
vorgesehen sein, welches mit dem äußeren Ende der Dornwelle zusammenwirkt
und hier nicht dargestellt ist; es wird dazu eingesetzt, das Gewicht
der Spule 20 abzustützen,
während
diese in der Endposition gewickelt wird.
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Bei der in 2 dargestellten Variante wird der Motor 19,
der die drehbare Konstruktion 13 zur Drehung veranlasst,
auf einer Achse angeordnet, die parallel zu der in Längsrichtung
verlaufenden Drehachse 14 der Konstruktion selbst verläuft, aber
nicht mit dieser zusammenfällt
und die zu dieser übertragenen
Bewegungen mit Hilfe eines Übersetzungsgetriebes 24 und
eines Zahnrads 26 überträgt.
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Entsprechend einer weiteren Variante
weist der Motor 19 eine Achse auf, die senkrecht auf der Längsachse 14 der
drehbaren Konstruktion 13 steht.
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4 stellt
eine Variante des Motors 15 dar, bei welcher der Stator 215 in
zwei Hälften
(215a und 215b) ausgeführt ist; die beiden Hälften werden
mittels eines Verbindungsgehäuses 35,
das ebenfalls aus zwei Hälften 35a und 35b besteht,
an einander angebracht und positioniert.
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In diesem Fall kann die Einrichtung 27 zur Verdrehsicherung
in jeder beliebigen Stellung positioniert werden, zum Beispiel bei 127,
sogar bezüglich der
Korpushälfte
des Verbindungsgehäuses 35.