DE102006009898A1

DE102006009898A1 - RFID-Transpondereinrichtung für matallische Gegenstände und Verfahren zum Anbringen der RFID-Transpondereinrichtung

Info

Publication number: DE102006009898A1
Application number: DE200610009898
Authority: DE
Inventors: Werner Gessler; Heinz-Jürgen Luig; Patrick Luig
Original assignee: INNOVATIVE FERTIGUNGSTECHNOLOG; Innovative Fertigungstechnologie (ift) GmbH
Current assignee: INNOVATIVE FERTIGUNGSTECHNOLOG; Innovative Fertigungstechnologie (ift) GmbH
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine RFID-Transpondereinrichtung für metallische Gegenstände, insbesondere für Eisenbahn-Bauteile, wie Radsätze und Achslagergehäuse, und ein Verfahren zum Anbringen der RFID-Transpondereinrichtung. Erreicht wird dies, indem der Chip und die Antennenspule von einer aus einem Spezial-Mineralguss mit nativen Epoxiden bestehenden Trägerstruktur unterschiedlicher geometrischer Form und Größe gleichmäßig umschlossen sind und die Trägerstruktur eine Schichtdicke H von > 10 mm hat. Die neue RFID-Transpondereinrichtung hat die Vorteile, dass sie kostengünstig herstellbar ist sowie ihre Herstellung und Anbringung an metallische Gegenstände durch den Spezial-Mineralguss mit nativen Epoxiden technologisch in einem Verfahrensschritt durchführbar sind. Die besondere Bindungsfähigkeit der nativen Epoxide gegenüber klassischen Epoxiden sichert die stoffschlüssige Verbindung der RFID-Transpondereinrichtung mit den metallischen Gegenständen.

Description

Die Erfindung betrifft eine RFID-Transpondereinrichtung für metallische Gegenstände, insbesondere für Eisenbahn-Bauteile, wie Radsätze und Achslagergehäuse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Anbringen der RFID-Transpondereinrichtung.

Bekannt ist es, dass Eisenbahn-Bauteile aus sicherheitstechnischen Gründen zu kennzeichnen sind. Hierzu werden unterschiedliche Kennnummern und/oder Kennzeichen verwendet, die verschlüsselte Angaben zum Hersteller, zu Teilelieferern und zu den verwendeten Werkstoffen eines Bauteiles enthalten. Die Kennnummern und/oder Kennzeichen werden entweder direkt auf das Bauteil, z. B. auf ein Achslagergehäuse oder auf einen metallischen Datenträger (Metallband) gestempelt und dann am Bauteil, beispielsweise an einem Radsatz, befestigt. Im Schadensfall soll so eine konkrete Fehleranalyse zu den Schadensursachen eines Eisenbahn-Bauteiles möglich sein. Nachteilig ist aber, dass die Kennzeichnung des Bauteiles sehr aufwendig ist und die Kennnummern und/oder Kennzeichen oft nur schwer zu entschlüsseln sind, wodurch auch nicht immer eine eindeutige Identifizierung des Bauteiles erfolgen kann. Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Transponder für metallische Gegenstände bekannt, die aus einem Chip und einer Antennenspule bestehen und mittels eines Schreib-/Lesegerätes sollen dann diese Gegenstände berührungslos gekennzeichnet und identifiziert werden können. In DE 100 56 473 C1 ist beispielsweise ein hochbeständiger montierbarer RFID-Transponder dargestellt, der in einen metallischen Gegenstand, wie z. B. in einen Getriebeblock oder Motorblock eines Kraftfahrzeuges, montiert werden kann. Der Transponder besitzt einen starren Körper, der nach Art einer Montage-Schraube ausgebildet ist und im metallischen Gegenstand durch Einschrauben befestigt wird. Der Körper des Transponders kann ein Metall sein oder ein HT-Kunststoff, der als Gehäuse verwendet wird und mit Kalk, Glasfasern oder ähnlichem gefüllt ist. In dem Material des Körpers ist ein IC-Chip integriert, der mit einer ebenfalls integrierten Antenne elektrisch leitend verbunden ist. Diese Antenne dient der Datenübertragung zum Betrieb der in dem IC-Chip vorhandenen Schaltung. Die Antenne ist im oberen Drittel des Schraubenkopfes, jedoch mindestens im Abstand von 5 mm zu der Schraubenkopfunterseite, anzuordnen. Damit ist eine ausreichende Durchdringung der Antenne mit dem durch das externe Schreib-/Lesegerät erzeugten elektromagnetischen Feld gewährleistet. Die so angeordnete Antenne soll auch die Erzeugung parasitärer Wirbelströme im metallischen Gegenstand verhindern, die dann zu Einbrüchen in der Feldstärke im Schreib-/Lesegerät führen können. Der Körper des Transponders kann auch als Vollgusskörper aus einem hochtemperaturbeständigen Thermoplast ausgebildet sein. Thermoplastische Stoffe sind für Temperaturen über 200 Grad Celsius geeignet, erzeugen keine Verzerrung des elektromagnetischen Feldes und schützen den IC-Chip und die Antenne gegen äußere Einflüsse. Ebenfalls ist durch DE 102 27 683 B4 ein Verfahren zum Anbringen eines Transponders an einem Metallkörper bekannt. Verfahrensgemäß wird der Transponder mit einem Chip und einer Spule in eine Hülle aus einem nicht metallischen Material eingebracht, das so gebildete Transpondermodul wird dann vollständig in eine Kavität des Metallkörpers positioniert gelagert, wobei die Spule im Bereich eines Fensters des Metallkörpers liegt und die Spulenachse parallel zur Metallkörperoberfläche, in der das Fenster angeordnet ist, verläuft und abschließend wird die Kavität des Metallkörpers mit einem nicht metallischen, elastischen Material vergossen. Der Transponder kann beispielsweise in eine parallel zur Oberfläche des Metallkörpers verlaufende Bohrung eingebracht werden, wobei er dann bis auf die Bohrungsöffnung und die Fensteröffnung vollständig von Metall umschlossen ist. Es ist auch möglich, den Transponder in eine als Nut ausgebildete Kavität in der Oberfläche des Metallkörpers einzubringen. Durch die Bildung des Transpondermoduls soll der Transponder gegen thermomechanische Spannungen, Schockeinwirkungen, Vibrationen und mechanische Schläge geschützt sein. Die Kavität des Metallkörpers wird nach dem Einbringen des Tranpondermoduls zweckmäßigerweise mit einem Kunststoffmaterial, beispielsweise einem Epoxidharz, vergossen. Das Vergussmaterial ist härter als das elastische Material, in welches der Transponder eingebettet bzw. mit welchem die Hülle verfüllt ist. Dadurch soll der Transponder gegen mechanische Beschädigungen geschützt sein. Die Nachteile der bekannten RFID-Transponder für metallische Gegenstände bestehen darin, dass der Aufwand zur Herstellung der Transponder bzw. Transpondermodule hoch ist und die metallischen Gegenstände zur Anbringung der Transponder stets spanend zu bearbeiten sind, wodurch sich die statischen und dynamischen Festigkeitskriterien ändern. Bei Eisenbahn-Bauteilen sind aus sicherheitstechnischen Gründen keine Änderungen der statischen und dynamischen Festigkeitskriterien zulässig.

Das Problem der Erfindung besteht deshalb darin, eine RFID-Transpondereinrichtung für metallische Gegenstände, insbesondere für Eisenbahn-Bauteile, wie Radsätze und Achslagergehäuse, sowie ein Verfahren zum Anbringen der RFID-Transpondereinrichtung vorzuschlagen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und ein Anbringen der RFID-Transpondereinrichtung ohne Änderungen der statischen und dynamischen Festigkeitskriterien der metallischen Gegenstände garantiert. Die Lösung des vorhandenen Problems besteht in einer RFID-Transpondereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und in einem Verfahren zum Anbringen dieser Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3. Die neue RFID-Transpondereinrichtung hat die Vorteile, dass sie kostengünstig herstellbar ist sowie ihre Herstellung und Anbringung an metallische Gegenstände durch den Spezial-Mineralguss mit nativen Epoxiden technologisch in einem Verfahrensschritt durchführbar sind. Die besondere Bindungsfähigkeit der nativen Epoxide gegenüber klassischen Epoxiden sichert die stoffschlüssige Verbindung der RFID-Transpondereinrichtung mit den metallischen Gegenständen. Möglich ist dies durch eine hohe Affinität der Metalle zum Sauerstoff. Dieser Prozess heißt auch Oxidation. Da im Oxiranring ebenfalls chemisch gebundener Sauerstoff ist, führt die Metalloberfläche zur Oxiranringöffnung als Startreaktion des Abbindevorganges. Ein weiterer Metall katalysierter Prozess erfolgt, in dem die Vernetzungssäuren zunächst in einer klassischen Säure/Base-Reaktion unter Bildung von Protonen reagieren. Die Protonen bilden mit dem Metall Metallionen, die starke Lewissäuren sind und mit dem Oxiranring reagieren. Die RFID-Transpondereinrichtung ist durch den Spezial-Mineralguss als Trägerstruktur weiterhin gegen nicht vermeidbare Einflüsse, wie Säuren, Laugen und Temperaturen von minus 50 bis plus 130 Grad Celsius resistent.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist hierzu ein Achslagergehäuse mit der RFID-Transpondereinrichtung in der Draufsicht dargestellt. Sie zeigt, dass die RFID-Transpondereinrichtung 2; 3; 4 die Form eines Quaders hat und an der bearbeitungsfreien, sichtbaren Fläche 1 des Achslagergehäuses angeordnet ist. Der Quader hat die Abmessungen (L × B × H) von 60 mm × 40 mm × 12 mm. Die Schichtdicke H der Einrichtung sollte > 10 mm betragen, wodurch die Funktionsfähigkeit der RFID-Transpondereinrichtung sicher gewährleistet ist. Die Einrichtung kann in Abhängigkeit von der Größe der bearbeitungsfreien, sichtbaren Fläche 1 auch die Form eines geraden Kreiszylinders haben. Um einen ungehinderten technologischen Ablauf gewährleisten zu können, wird die Einrichtung vor der Fertigbearbeitung mit dem Achslagergehäuse vergossen. Alternativ kann die Einrichtung auch nach der Rohteilherstellung mit dem Achslagergehäuse vergossen werden. Hierzu ist verfahrensgemäß auf der bearbeitungsfreien, sichtbaren Fläche 1 des Achslagergehäuses gemäß der vorgegebenen Form und Größe der RFID-Transpondereinrichtung eine Gießform als Formhalter für die Trägerstruktur 2 aufzusetzen. Dann werden der Chip 4 und die Antennenspule 3 mit nicht dargestellten Haltern in der Gießform zentral platziert und die Gießform wird mit einem native Epoxide enthaltenen Spezial-Mineralguss bei einer Temperatur von etwa 20 Grad Celsius vergossen. Nach 40 min. ist der Spezial-Mineralguss ausgehärtet. Die Gießform wird vom Achslagergehäuse entfernt, und die RFID-Transpondereinrichtung ist mit dem Achslagergehäuse stoffschlüssig verbunden. Nach dem Anbringen der RFID-Transpondereinrichtung am Achslagergehäuse können bekannterweise die Daten zur Kennzeichnung und späteren Identifizierung des Achslagergehäuses mit einem Schreib-/Lesegerät in einen Speichersektor des Chips 4 als feste Daten eingeschrieben und gespeichert werden. Die Daten eines Achslagergehäuses sind der Rohteillieferant, Lieferdatum, Teilenummer, Materialnummer, Kundenauftragsnummer, Werkstoffprüfzeugnis und technologische Daten. Bei Radsätzen, die Baugruppen sind, können zu den o. g. festen Daten zusätzlich variable Daten in einen zweiten Speichersektor eingespeichert werden. Variable Daten einer Radsatz-Baugruppe sind beispielsweise Wartungsdaten, Lebenszyklusdaten und die Nutzungsdauer. Zusätzlich können bauteilbezogene Daten, wie Vermessungsdaten der Spurkränze oder die Temperatur- und Schwingungserfassung an Lagern, gespeichert werden, wodurch die sicherheitstechnische Prüfung von Eisenbahn-Bauteilen verbessert wird. Für die Speichersektoren, also für die festen und variablen Daten können unterschiedliche Schreib-/Leseberechtigungen eingerichtet werden.

Claims

RFID-Transpondereinrichtung für metallische Gegenstände, insbesondere für Eisenbahn-Bauteile, wie Radsätze und Achslagergehäuse, bestehend aus einem Chip und einer Antennenspule, die mit einem nicht metallischen Material, z. B. ein Epoxidharz vergossen sind und so eine berührungslose Kennzeichnung und Identifikation dieser metallischen Gegenstände ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (4) und die Antennenspule (3) von einer aus einem Spezial-Mineralguss mit nativen Epoxiden bestehenden Trägerstruktur (2) unterschiedlicher geometrischer Form und Größe gleichmäßig umschlossen sind und die Trägerstruktur (2) eine Schichtdicke H von > 10 mm hat.
RFID-Transpondereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2) ein gerader Kreiszylinder oder ein Quader ist.
Verfahren zum Anbringen der RFID-Transpondereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer bearbeitungsfreien, sichtbaren Fläche (1) der metallischen Gegenstände eine Gießform als Formhalter für die Trägerstruktur (2) aufgesetzt wird, der Chip (4) und die Antennenspule (3) mit Haltern in der Gießform zentral platziert werden, dann die Gießform mit einem native Epoxide enthaltenden Spezial-Mineralguss bei Temperaturen < 30 Grad Celsius direkt stoffschlüssig vergossen wird und abschließend die Gießform nach dem Aushärten des Mineralgusses entfernt wird.
Verfahren zum Anbringen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtzeit des Spezial-Mineralgusses mit nativen Epoxiden bis zu 50 min. beträgt.