Integration einer komplexen Regelung in ein numerisches Prozessmodell von Ringwalzprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 185185007

Der Einsatz der Finiten Elemente Methode beim Ringwalzprozess erfordert die Vorgabe aller acht Werkzeugbewegungen über die gesamte Prozesszeit. Da diese Bewegungen im realen Prozess durch komplexe Regelungen abhängig von aktuellen Messwerten angepasst werden, ist es nicht möglich alle Größen vorab vorzugeben. Daher wurden in der ersten Förderphase des Vorhabens, die Regelungsalgorithmen eines industriellen Reglers in ein numerisches Modell des Ringwalzens integriert. Hierzu wurde exemplarisch eine, von einem Anlagenhersteller zur Verfügung gestellte, vorkompilierte Version einer industriellen Regelung erfolgreich in die FE-Simulation eingebunden. In dem Modell wurden alle translatorischen und rotatorischen Geschwindigkeiten als Aktuatoren unter Berücksichtigung von benutzerdefinierten Initialvorgaben (Walzstrategie, Ringwachs¬ geschwindigkeit und Zielgeometrie) in Abhängigkeit von virtuellen Sensorwerten (Positionen, Kräfte und Momente) angepasst. Außerdem werden auch die Kräfte- und Momentenbegrenzungen der Anlage berücksichtigt. Die neue Methode ermöglicht es erstmals, einen kompletten Ringwalzprozess ohne die Verwendung kinematischer Messgrößen aus dem Versuch mit einer anlagenspezifischen realitätsnahen Werkzeugkinematik zu simulieren. Industrielle Regelungen sind darauf ausgelegt, den Prozess an der Leistungsgrenze der Maschine zu führen. Daher kommt bei Simulationen mit integrierter Regelung einer korrekten Berechnung von Kraft und Moment in der Simulation besondere Bedeutung zu. Da diese Größen in der ersten Förderphase nicht immer genau vorhergesagt wurden, ist es ein Ziel der zweiten Förderphase, die Kraft- und Momentenberechnung der FE-Simulation zu untersuchen und ggf. zu verbessern. Hierzu soll einerseits die Modellierung der thermischen Verhältnisse geprüft und ggf. verbessert werden. Andererseits ist zu klären, in welchen Fällen statische Entfestigungsvorgänge zwischen den Walzspaltdurchläufen das Fließverhalten so stark beeinflussen, dass eine Gefügemodellierung (z.B. Strucsim) integriert werden muss. Hierzu soll für Werkstoffe mit stark unterschiedlicher Entfestigungskinetik in Ringwalzsimulationen und Experimenten mit langen und kurzen Umlaufzeiten das Ausmaß der statischen Entfestigung ermittelt werden. Da im ersten Förderzeitraum in einigen Fällen selbst bei korrekt berechneten Kräften vom Experiment abweichende Momente berechnet wurden, soll außerdem die Messgenauigkeit der Walzmomente genauer untersucht und ggf. verbessert werden. Infolge des Black-Box-Charakters des industriellen Reglers war es nicht immer möglich, die Ursachen für die geringen Unterschiede zwischen Simulation und Experiment zu identifizieren. Daher soll ein eigener Regler programmiert werden, dessen Algorithmen sich an denen des industriellen Reglers orientieren. Hierdurch können andere Walzstrategien realisiert und in Zukunft auch Erweiterungen und Modifikationen der Algorithmen im Hinblick auf neue Prozesse, z.B. -axiales Profilieren- ermöglicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen