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Vorschläge für Studien-, Diplom- <strong>oder</strong> Promotionsar<strong>bei</strong>ten:Vergleich von Kardangelenkwellen undFlachzapfenspindeln <strong>bei</strong>m Einsatz in denHauptantrieben von Walzanlagen<strong>Voith</strong> Turbo GmbH & Co. KGAlexanderstraße 289522 Heidenheim, Germanyjerry.mackel@voith.com+49 172 2576967Seite 1 von 3Themenvorschlag 1:Untersuchung der Investitions-, Betriebs- und InstandhaltungskostenDas Ziel der Untersuchung ist es, die Basisdaten für einen quantitativen Vergleich der Gesamtkostender <strong>bei</strong>den Antriebskonzepte zu erfassen und diese anschließend zu einem Total-Cost-of-Ownership-Modell (TCO) zusammenzuführen. Die TCO <strong>bei</strong>nhalten Investitions- und Betriebskosten,d.h. Kosten für Energieverbräuche, Schmiermittel, Ersatzteile, vorzuhaltende Reserveteile (fürNotreparaturen bzw. für regulären Austausch), Wartungsaufwand, Stillstandszeiten undPersonalaufwand zur Durchführung von Reparatur- und Wartungsar<strong>bei</strong>ten einschließlich derBewertung der Ausfallrisiken der Antriebssysteme und der mit einer Havarie verbundenenAusfallkosten.● Ein erster Schritt der Ar<strong>bei</strong>t besteht darin die unterschiedlichen Kostenarten zu definieren, so dasseine Vergleichbarkeit gegeben ist. Dazu sind insbesondere die unterschiedlichen Verschleißartenund Verschleißmechanismen zu beschreiben und die möglichen Instandhaltungsstrategien zubeleuchten. Das Ergebnis dieser Voruntersuchung ist ein Fragebogen, mit dem die zur Ermittlungder Gesamtkosten relevanten Daten von Walzwerksbetreibern erfasst werden können.● Das zweite Ar<strong>bei</strong>tspaket beschäftigt sich mit der Wirkungsgradhypothese der <strong>bei</strong>denAntriebskonzepte, d.h. mit der unterschiedlichen Energieeffizienz, die sich aus derreibungsbehaftete Abknickbewegung in Flachzapfen im Vergleich zu der wälzgelagerten,kardanischen Drehbewegung ergibt. Das Ergebnis sind zwei Wirkungsgrade bzw.Berechnungsformeln für deren Bestimmung. Als weiteres Ergebnis sollte <strong>ab</strong>geschätzt werden, obsich aufgrund von der Verlustreibung thermische <strong>oder</strong> tribologische Einsatzgrenzen für dieVerwendung von Flachzapfenspindeln ergeben, insbesondere in Aluminium- <strong>oder</strong>Steckelwalzanlagen <strong>bei</strong> denen eine hohe Drehmomentbelastung über lange Kontakt- undentsprechend kurzen Leerlaufzeiten auftreten.● Im dritten Teil der Ar<strong>bei</strong>t ist eine Auswahl an Stahl- und Aluminiumwalzwerken zu besuchen unddie Datenerhebung durchzuführen. Art und Anzahl der zu bereisenden Werke ergeben sich ausden in der Vorbereitungsphase gewonnenen Erkenntnissen hinsichtlich der Vergleichbarkeit undder notwendigen statistischen Basis für eine solide Bewertung● Der vierte letzte Abschnitt ist die zusammenfassende Auswertung der erfassten Daten und derBerechnungsansätze mit Hinblick auf die TCO. Es sind alle Kostenarten aus der Datenerhebungbzw. aus den theoretischen Betrachtungen (z.B. Energieeffizienz) zusammenzufassen. DieAusar<strong>bei</strong>tung soll in Form einer Berechnungst<strong>ab</strong>elle dargestellt werden, mit der es möglich ist,unter Ang<strong>ab</strong>e von Antriebsdaten eine vergleichende Gesamtbewertung der TCO durchzuführen.Anhand von 5 Beispielrechnungen soll die Praxistauglichkeit des Berechnungstools belegtwerden.Es wird ein umfassender Abschlussbericht, das TCO-Berechnungstool mit Überg<strong>ab</strong>e des gesamtenDatenmaterials sowie eine Abschlusspräsentation erwartet. Fachveröffentlichungen werdenausdrücklich unterstützt, sofern Geheimhaltungsverpflichtungen dadurch nicht verletzt werden,insbesondere gegenüber Unternehmen, die Datenmaterial zur Verfügung gestellt h<strong>ab</strong>en.

Vorschläge für Studien-, Diplom- <strong>oder</strong> Promotionsar<strong>bei</strong>ten:Vergleich von Kardangelenkwellen undFlachzapfenspindeln <strong>bei</strong>m Einsatz in denHauptantrieben von Walzanlagen<strong>Voith</strong> Turbo GmbH & Co. KGAlexanderstraße 289522 Heidenheim, Germanyjerry.mackel@voith.com+49 172 2576967Seite 3 von 3Themenvorschlag 3:Untersuchung der dynamischen Eigenschaften und deren Auswirkungen aufAntriebsschwingungen und ProduktqualitätDas Ziel der Untersuchung ist die Erfassung der dynamischen Effekte <strong>bei</strong>m Zusammenspiel derbewegten Massen einer Walzanlage, den Spielen und der Motorsteuerung <strong>bei</strong>m Aufbringen vonBrems- bzw. Beschleunigungsvorgängen. In der Praxis treten solche Effekte <strong>bei</strong>m Einlaufen desWalzgutes in die Ar<strong>bei</strong>tswalzen (Anstich), <strong>bei</strong>m Walzprozess selbst <strong>oder</strong> <strong>bei</strong>m Verlassen desWalzgutes auf. Insbesondere <strong>bei</strong>m Anstich kommt es zu massiven Drehmomentüberhöhungen(TAF= torque amplification factor), welche unter anderem durch die Drehsteifigkeit und möglicheSpiele der Antriebswellen beeinflusst werden.● Für die <strong>bei</strong>den Antriebskonzepte, Flachzapfenspindeln und Kardangelenkwellen, sindparametrierbare Modelle zur Simulation von Drehschwingungen zu entwickeln. Diese <strong>bei</strong>nhaltenden Walzensatz, das Walzgut, Treffer, Spindel bzw. Gelenkwelle, Motor und Motorsteuerung undggf. zwischengeschaltete Getriebe und Kupplungen. Besonders sorgfältig ist die Modellierung vonspielbehafteten Anschlussstellen vorzunehmen. Zusätzlich sind geeignete Lasteingangsfunktionenzu definieren (Anstich, Bandauslauf). Zur Kalibrierung des Modells können Messdaten vonDrehmomentmessungen zur Verfügung gestellt werden.● In einem weiteren Schritt ist eine Parameterstudie durchzuführen, welche den Einfluss vonSpielen im Antrieb untersucht. Hier sind vor allem die relativen Veränderungen <strong>bei</strong>m Vergleich vonFlachzapfenspindeln und Kardangelenkwellen, <strong>ab</strong>er auch der Einfluss von Trefferverschleißsystematisch aufzuzeigen.● Der dritte Teil der Ar<strong>bei</strong>t beschäftigt sich damit, wie sich die in den Simulationsrechnungenfestgestellten Torsionsschwingungen <strong>oder</strong> dynamische Inst<strong>ab</strong>ilitäten auf die Produktqualität, dieBelastung und den Verschleiß der Antriebskomponenten und den Walzprozess insgesamtauswirken. Die potentiellen, auf torsionsdynamische Effekte zurückzuführende Produktfehler <strong>oder</strong>Prozessstörungen sind zu definieren und zu untersuchen, <strong>bei</strong>spielsweise die Ski-Ausprägung <strong>oder</strong>das Auftreten von Ratterschwingungen.Es wird ein umfassender Abschlussbericht, die Überg<strong>ab</strong>e der Simulationsmodelle, des gesamtenDatenmaterials sowie eine Abschlusspräsentation erwartet. Fachveröffentlichungen werdenausdrücklich unterstützt, sofern Geheimhaltungsverpflichtungen dadurch nicht verletzt werden.Ansprechpartner:Dr.-Ing. Jerry Mackel+49 172 2576967jerry.mackel@voith.com