Detailseite
Projekt
Thermomechanisches Ringwalzen mit prädiktiver Eigenschaftsregelung
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424337466
Das thermomechanische tangentiale Profilringwalzen (TMR) stellt ein Verfahren zur Herstellung endkonturnaher Ringgeometrien bei gleichzeitig gezielter Beeinflussung der Mikrostruktur und Härte durch eine geregelte Prozessführung hinsichtlich Umformung und Temperatur dar. Hierfür kommt ein kombinierter Ansatz aus PID und prädiktiven Modellen zum Einsatz, der es ermöglicht das vorhandene Prozessfenster so auszunutzen, dass die Sollwerte für Endgeometrie, Mikrostruktur und Härte gleichzeitig erreicht werden können. In den FÖP I und II erfolgte die Entwicklung der Systemarchitektur, der benötigten Softsensoren und zugehörigen Modelle, sowie die Umsetzung einer echtzeitfähigen Messdatenaufnahme, um einen geschlossenen Regelkreis an der Ringwalzanlage realisieren zu können. Mithilfe kaskadierter Regelkreise wurde die Regelung von Umformgeschwindigkeit und Luftstrom und daraus resultierend die Abkühlgeschwindigkeit und die entstehende Mikrostruktur ermöglicht. In experimentellen Versuchsreihen wurden die Stell- und Störgrößen analysiert und ihr Einfluss charakterisiert, sowie im Verlauf der FÖP II die Wirksamkeit des Ansatzes zur Temperaturregelung nachgewiesen. Der Softsensor zur Erfassung der Mikrostrukturentwicklung kombiniert Temperatursensoren und einen im Projekt entwickelten, oberflächennah arbeitenden Wirbelstromsensor mit schnellen Temperatur-, Werkstoff- und Umformmodellen zur Vorhersage der Ringeigenschaften im Inneren. Die optimalen Eingabeparameter werden laufend auf Basis der gemessenen Daten und eines Prädiktionsmodells angepasst. Die Erkenntnisse aus der FÖP II führten zu einem Konzept für die Regelung der Ringwalzanlage und zur Identifizierung zugehöriger Prozessfenster, welche in der dritten Förderperiode aufgegriffen werden. Das Ziel in FÖP III ist es, die Implementierung des Reglers unter produktionsnahen Bedingungen abzuschließen. Dies soll dazu dienen, den Einfluss der Regelkreise auf die Prozessleistung in verschiedenen Konfigurationen zu ermitteln und zu quantifizieren. Darüber hinaus gewährleistet die Identifizierung der Prozessgrenzen die Übertragbarkeit der entwickelten Methodik, z.B. auf verschiedene Ringgeometrien oder Materialien. Zu diesem Zweck wird der bereits vorhandene digitale Zwilling erweitert, um eine Simulation des Prozesses, einschließlich des geschlossenen Regelkreises, zu ermöglichen. Nach der Validierung auf der realen Maschine wird es möglich sein, die Kontrollstrategie für Geometrien und Konfigurationen auf Fälle zu übertragen, die nicht auf der vorhandenen Walzanlage realisierbar sind. Eine Analyse des Prozesses und der Systemleistung soll die Ableitung von Gestaltungsprinzipien und -regeln hinsichtlich der Systemarchitektur (Aktoren, Sensoren, Modellierung und Steuerung) für die Implementierung des thermomechanisch geregelten Ringwalzens ermöglichen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Teilprojekt zu
SPP 2183:
Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse
