DE102015203802A1

DE102015203802A1 - Formkörper mit einem Datenspeicher

Info

Publication number: DE102015203802A1
Application number: DE102015203802.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Uhle
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Balluff GmbH; Volkswagen AG
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkörper (1) mit einem Datenspeicher, der im Fertigungsprozess eines Werkstückes der Identifizierung und der Speicherung digitalisierter, produktionstechnisch relevanter Daten dient. Nach der Fertigstellung des Werkstückes wird der Formkörper (1) einschließlich des Datenspeichers entfernt und steht für weitere Anwendungen zur Verfügung. Erfindungsgemäß hat der Formkörper (1) darüber hinaus zumindest eine Ausformung (5) mit einem Umfangsabschnitt (6), an dem zur definierten, reproduzierbaren Positionierung und Fixierung Spannmittel der Produktionsanlagen kraft- und formschlüssig angreifen und den Formkörper (1) und das Werkstück dadurch festlegen. Indem der Formkörper (1) zugleich mit einem Datenspeicher und einer Ausformung (5) zur definierten Festlegung des damit verbundenen Werkstückes ausgestattet ist, wird der Handlingsaufwand beim Einsatz des Formkörpers (1) verringert, der dadurch universell einsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen zur vorübergehenden Anordnung an einem Werkstück mit einer lösbaren Fixierung ausgestatteten, einen Datenspeicher für digitalisierte, produktionstechnisch relevante Daten tragenden Formkörper, wobei die Daten während des Produktionsprozesses in Schreib-/Lesestationen veränderbar sind.
In der Praxis werden bei der Fertigung insbesondere hoch belasteter Werkstücke, beispielsweise Zylinderköpfe oder Kurbelgehäuse von Verbrennungsmotoren, immer höhere Qualitätsanforderungen gestellt. Dies betrifft sowohl ihre mechanischen Eigenschaften als auch ihre Maßhaltigkeit.
Da die Qualität eines Gussstückes entscheidend durch den Herstellprozess beeinflusst wird, ist es deshalb zunehmend von Bedeutung, die verschiedenen bei der Herstellung von Gusswerkstücken zu durchlaufenden Prozessschritte nachzuverfolgen.
Die Rückverfolgbarkeit von jedem Gussstück individuell zugeordneten Produktionsdaten ist beispielsweise wichtig für die Prozessoptimierung und die Qualitätssicherung sowie auch zur Schadensbegrenzung bei Auslieferung von nicht anforderungskonformen Werkstücken. Die in dieser Hinsicht wichtigen Produktionsdaten sind beispielsweise der Produktionszeitpunkt, die Gießgeschwindigkeit, die Gießtemperaturen und die Art der Produktionsanlage.
Durch die Nachverfolgbarkeit des Herstellprozesses ist es einerseits möglich, den Prozessablauf zu optimieren. Andererseits ist eine exakte Nachverfolgung des Herstellprozesses in Fällen, in denen trotz aller Vorkehrungen Werkstücke von unzureichender Qualität erzeugt worden sind, Voraussetzung dafür, dass die Ursache des jeweils entstandenen Fehlers eindeutig einer bestimmten Stufe des Produktionsprozesses zugeordnet werden kann.
Eine heute geltende Mindestanforderung an die Kennzeichnung von Gussteilen besteht üblicherweise darin, dass an dem Gussteil die Modellnummer und der Zeitpunkt des Gusses vermerkt sind. Zusätzlich werden häufig auch Hinweise auf die gegebenenfalls durchlaufene Wärmebehandlung verlangt.
Die DE 20 2008 018 295 U1 betrifft ein Gussteil, beispielsweise ein Gussrohteil, an dem ein Code angeordnet ist. Um ein eindeutig gekennzeichnetes Gussteil zur Verfügung zu stellen, das mit hinreichender Prozesssicherheit eindeutig identifiziert werden kann, ist der maschinenlesbare Code in Form von Buchstaben- und sonstigen Zeichenfolgen, Punkten, Strichen oder Schraffierungen an einem separat vorgefertigten Codeträger angebracht, der mit einem Abschnitt in das Gussteil eingegossen und unlösbar mit diesem verbunden ist.
Weiterhin kann auch eine mittels eines geeigneten Lesegerätes auslesbare Transponder-Codierung vorgesehen sein, wenn der jeweilige Transponder ausreichend hitzebeständig ist oder während des Gießvorganges so geschützt angeordnet wird, dass er nicht überhitzt. So kann der Codeträger beispielsweise einen RFID-Chip (Radio Frequency Identification) tragen, der berührungslos ausgelesen werden kann. In Fällen, in denen das Gussteil ein Gussrohteil mit einem Speiser ist, kann der Codeträger mit einem Abschnitt in den Speiser des Gusskörpers eingegossen sein.
In der Praxis werden derzeit oftmals einerseits ein Datenträger, andererseits zumindest ein, vorzugsweise mehrere Formkörper mit Ausformungen als sogenannte Nullpunktspanner verwendet, die an dem Werkstück lösbar fixiert werden. Dabei dienen die Nullpunktspanner dem problemlosen Handling und Aufspannen des Werkstückes mittels Spannmitteln mit reproduzierbarer Genauigkeit, insbesondere bei der automatisierten Bearbeitung in einem Bearbeitungszentrum. Der Nullpunktspanner ist somit ein Halteelement mit definierten Abmessungen und dient zugleich als Referenzpunkt bei der Positionierung.
Der Datenträger dient der Rückverfolgbarkeit sowie der Typensteuerung und wird nach der ersten mechanischen Bearbeitung an dem Werkstück lösbar fixiert. Der dafür notwendige Anguss einschließlich einer Gewindeaufnahme wird im Vorfeld von der Gießerei erzeugt.
Sowohl der Datenträger als auch die Nullpunktspanner werden nach der Fertigstellung des Werkstückes von diesem vorzugsweise in einem automatisierten Arbeitsschritt getrennt und wieder verwendet.
Obwohl durch den Einsatz von Robotern der manuelle Eingriff zum Anbringen des Nullpunktspanners sowie des Datenträgers verringert wird, ist damit dennoch ein zeitlicher Aufwand durch die erforderlichen Montage- und Demontagevorgänge sowie gegebenenfalls auch ein zusätzlicher Herstellungsaufwand für die Aufnahmen der Fixierung an dem Werkstück verbunden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den mit dem Einsatz und der Anordnung des Datenspeichers verbundenen Aufwand zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Formkörper gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß weist also der Formkörper zumindest eine Ausformung mit einem Umfangsabschnitt zur definierten, reproduzierbaren Positionierung und/oder Fixierung mittels Spannmitteln einer Produktionsanlage auf. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der mit dem Einsatz und der Anordnung des Datenspeichers verbundene zusätzliche Aufwand dann wesentlich vermindert werden kann, wenn durch eine Integration des Datenspeichers und des Nullpunktspanners in einer gemeinsamen Baueinheit die Anzahl der Bauelemente und damit der vorbereitende Aufwand zu deren Anordnung reduziert werden können. Zudem kann dadurch die Anzahl unterschiedlicher Funktionselemente, die zudem verschiedene Montagewerkzeuge und eine separate Lagerhaltung erfordern, verringert werden. Indem also der Formkörper zugleich einen Umfangsabschnitt für Spannmittel der Produktionsanlage und einen Datenspeicher aufweist, kann dieser universell eingesetzt werden. Der Formkörper kann dadurch beispielsweise auch in solchen Positionen an dem Werkstück eingesetzt werden, die lediglich zur Spann- oder Positionierungszwecken genutzt werden, hingegen jedoch keinen Datenspeicher erfordern. Mit anderen Worten ersetzt der Formkörper die bisher in vollkommen unterschiedlichen Bauformen realisierten Nullpunktspanner und Datenträger. Dabei besteht der Formkörper vorzugsweise aus einem hoch belastbaren Werkstoff, insbesondere mit einem hohen Materialanteil aus Metall oder einem Faserverbundwerkstoff.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass der Datenspeicher an einem der Fixierung abgewandten Endabschnitt angeordnet ist. Hierdurch wird die Zugänglichkeit zu dem den Datenspeicher enthaltenden Bereich wesentlich erleichtert, indem dieser in einem distalen Endabschnitt angeordnet ist und so durch ortsfeste Schreib-Lese-Einheiten problemlos erfasst werden kann. Indem der Datenspeicher und die Ausformung in demselben Formkörper integriert sind, kann eine gegenseitige Beeinträchtigung der jeweils zugeordneten Erfassungs- bzw. Spannmittel zuverlässig vermieden werden. Zudem ist der Datenspeicher aufgrund der hochbelastbaren Fixierung des Formkörpers vor Beschädigungen optimal geschützt.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform wird dadurch realisiert, dass zumindest ein Umfangsabschnitt der Ausformung rotationssymmetrisch ausgeführt ist. Hierdurch kann der Formkörper mit seinem Fixiermittel beispielsweise mittels eines Gewindeabschnittes oder eines Bajonettverschlusses mit einem vorbestimmten Anzugsmoment angebracht werden, ohne die relative Winkelstellung des Formkörpers gegenüber dem Werkstück zu beachten, sodass die Montage des Formkörpers weiter vereinfacht wird. Im Produktionsprozess des Werkstückes wird die gewünschte Orientierung vorzugsweise mittels eines weiteren Formkörpers bestimmt, welcher ebenfalls als erfindungsgemäßer Formkörper oder als ein an sich bekannter Nullpunktspanner ausgeführt sein kann.
Der Formkörper könnte abschnittsweise als ein Hohlkörper ausgeführt sein und den Datenspeicher in seinem Inneren aufnehmen. Hierzu besteht der Formkörper beispielsweise aus einem Metall und wird durch spanende Bearbeitung außenseitig mit der gewünschten Ausformung, beispielsweise mit einem Sackloch versehen. Als besonders sinnvoll hat sich bereits eine Ausgestaltung erwiesen, bei welcher sich ein den Datenspeicher aufnehmender Abschnitt der Ausformung konturbündig anschließt, sodass der Datenspeicher leicht ausgelesen werden kann. Insbesondere wird also die Datenübertragung nicht in unerwünschter Weise durch den üblicherweise aus Metall gefertigten Formkörper abgeschirmt oder der Datenaustausch beeinträchtigt. Durch die konturbündige Anordnung wird zudem das Risiko einer Beschädigung vermindert und zugleich sichergestellt, dass die von Spannelementen aufgebrachten Fixierkräfte nicht unbeabsichtigt auf den Datenspeicher einwirken können.
Besonders bevorzugt ist der Datenspeicher innerhalb einer Aufnahme mit einem wesentlichen Materialanteil aus Kunststoff angeordnet, sodass die Aufnahme eine Außenfläche des Formkörpers bildet. Die Aufnahme schützt den Datenspeicher effizient vor Umwelteinflüssen und verhindert dadurch wirksam eine mögliche Beschädigung durch chemische oder thermische Einflüsse. Die Aufnahme bildet dabei ein Gehäuse für den Datenspeicher, in dem dieser beispielsweise auch austauschbar angeordnet ist, oder aber der Datenspeicher wird mit dem Kunststoff vergossen, wobei zugleich die dauerhafte Verbindung mit der Ausformung geschaffen werden kann.
Dabei hat es sich als besonders praxisnah erwiesen, wenn die Aufnahme den Datenspeicher gasdicht einschließt, sodass der Datenspeicher optimal geschützt ist und ein Luft- oder Feuchtigkeitsaustausch mit der Umgebung vermieden wird.
Die Aufnahme könnte beispielsweise mittels einer Schraub- oder Steckverbindung mit der Ausformung verbunden werden. Weiterhin kann die Aufnahme auch durch eine Rast- oder Clipverbindung unlösbar an der Ausformung befestigt werden. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn die Aufnahme durch eine Adhäsionsverbindung entlang einer Kontaktfläche mit der Ausformung unlösbar verbunden ist, um so eine dauerhafte, manipulationssichere Verbindung zu realisieren.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Kontaktfläche mit insbesondere regelmäßig verlaufenden Erhebungen und/oder Vertiefungen ausgestattet ist, um so durch eine entsprechende Flächenvergrößerung die Haftung zu verbessern. Selbstverständlich können die Haltekräfte durch geeignete Hinterschneidungen weiter verbessert werden. Zudem kann so bedarfsweise auch eine vorbestimmte relative Winkelposition zwischen der Aufnahme und der Ausformung sichergestellt werden. Hierzu eignen sich vorzugsweise unregelmäßig in der Kontaktfläche verteilte Erhebungen oder Vertiefungen, die eine Verbindung in lediglich einer einzigen vorbestimmten relativen Winkelstellung gestatten.
Der berührungslose Datenaustausch lässt sich vor allem dadurch in besonders sinnvoller Weise realisieren, dass der Datenspeicher als ein berührungslos durch eine Funkdatenverbindung einer Funkübertragungsstrecke auslesbarer oder beschreibbarer Transponder ausgeführt ist. Hierbei wird zusammen mit einem Schreib-Lesegerät durch den Transponder beispielsweise ein RFID-System realisiert. Der Datenaustausch erfolgt durch ein vom Lesegerät erzeugtes magnetisches Wechselfeld geringer Reichweite oder durch hochfrequente Radiowellen. Damit werden nicht nur die Daten übertragen, sondern wird auch der Transponder mit Energie versorgt. Selbstverständlich können zur Erhöhung der Reichweite auch aktive Transponder mit eigener Stromversorgung eingesetzt werden.
Eine weitere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausgestaltungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Ausformung ausschließlich in einer definierten Winkelposition gegenüber dem Werkstück an diesem mittels der Fixierung festlegbar ausgeführt ist. Hierdurch wird insbesondere bei einer Ausgestaltung des Datenspeichers bzw. Transponders, bei welcher der Datenaustausch richtungsabhängig ist, eine einheitliche Orientierung bzw. Winkelstellung in Bezug auf eine Flächennormale zu der Oberfläche des Werkstückes sichergestellt. Dadurch lässt sich die Ausrichtung bzw. Positionierung der Schreib-Lesegeräte weiter optimieren. Zudem kann so auch bei dem Einsatz eines einzigen Formkörpers nicht nur die Position, sondern auch die Orientierung des Werkstückes bestimmt werden.
Der Formkörper kann durch beliebige Fixiermittel an dem Werkstück festlegbar sein. Als besonders praxisgerecht hat sich dabei eine Ausführungsform erwiesen, bei welcher die Fixierung einen Gewindeabschnitt zur lösbaren Verbindung mit dem Werkstück aufweist. Hierdurch kann der Formkörper problemlos und mit einer definierten Fixierkraft an dem Werkstück lösbar angebracht werden, wobei die hierfür geeignete Gewindeaufnahme nach dem Entfernen des Formkörpers gegebenenfalls auch für weitere Verwendungszwecke nutzbar ist. Selbstverständlich kann der Formkörper auch mit mehreren, beispielsweise auch verschiedenen Fixierungen ausgestattet sein, um so die Anordnung des Formkörpers an unterschiedlichen Werkstücken zu erleichtern.
Obwohl in dem Datenspeicher im Wesentlichen die in den Produktionsanlagen erfassten und mittels den Schreib-Lese-Einheiten übertragenen Daten gespeichert werden, kann der Formkörper auch weitere, beispielsweise mittels in dem Formkörper integrierter Sensoren oder weiterer Empfänger, beispielsweise GPS-Empfänger, erfasste Daten speichern.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Diese zeigt in
1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Formkörpers mit einem Datenspeicher;
2 eine perspektivische Darstellung des in 1 gezeigten Formkörpers;
3 eine vergrößerte Vorderansicht des in 1 erkennbaren Transponders;
4 eine Draufsicht auf den in 3 gezeigten Transponder.
Der erfindungsgemäße, mit einem Datenspeicher 2 ausgestattete Formkörper 1 wird nachstehend anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Der in 3 dargestellte Datenspeicher 2 des gezeigten Formkörpers 1 dient im Fertigungsprozess eines nicht gezeigten Werkstückes der Identifizierung dieses Werkstückes. Beispielhaft kann der Formkörper bei der Fertigung von Zylinderköpfen oder Kurbelgehäusen von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Zudem werden bei der Bearbeitung die in der Abfolge mehrerer Bearbeitungsstationen erfassten Daten mittels einer an sich bekannten Schreib-Lese-Einheit als Datensatz auf den ein Funktionselement eines nicht weiter dargestellten Transponders bildenden Datenspeicher 2 übertragen. Hierdurch wird durch die Erfassung digitalisierter, produktionstechnisch relevanter Daten eine lückenlose Fertigungskontrolle ermöglicht. Nach der Fertigstellung des Werkstückes wird der Formkörper 1 einschließlich des Datenspeichers 2 entfernt und steht für weitere Anwendungen zur Verfügung. Hierzu ist der Formkörper 1 mit einer einen Gewindeabschnitt 3 aufweisenden Fixierung 4 ausgestattet, sodass zur Anordnung des Formkörpers 1 lediglich eine Gewindeaufnahme in dem Werkstück vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß dient der Formkörper 1 jedoch nicht lediglich als Träger des Datenspeichers 2, sondern hat darüber hinaus zumindest eine Ausformung 5 mit einem Umfangsabschnitt 6, an dem zur definierten, reproduzierbaren Positionierung und Fixierung Spannmittel der Produktionsanlagen kraft- und formschlüssig angreifen und den Formkörper 1 dadurch festlegen. Dabei greifen die Spannmittel im Wesentlichen umfangsseitig an, sodass eine an einem der Fixierung 4 abgewandten Endabschnitt 7 angeordnete, konturbündig mit der Ausformung 5 abschließende Aufnahme 8 für den Datenspeicher 2 vor einer unerwünschten mechanischen Krafteinwirkung und somit vor Beschädigung geschützt ist. Die Aufnahme 8 ist dabei an einer mit Erhebungen 9 und Vertiefungen 10 ausgestatteten Kontaktfläche 11 durch eine Adhäsionsverbindung mit der Ausformung 5 unlösbar verbunden. Indem der Formkörper 1 zugleich mit einem Datenspeicher 2 und einer Ausformung 5 zur definierten Festlegung des damit verbundenen Werkstückes ausgestattet ist, wird der Handlingsaufwand beim Einsatz des Formkörpers 1 verringert, der dabei universell einsetzbar ist. Zudem wird so erreicht, dass bei der Fertigung des Werkstückes stets ein Datenspeicher 2 verfügbar ist, der durch seine exponierte Anordnung an dem Werkstück problemlos mittels der Schreib-Lese-Einheit erreichbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Formkörper
2: Datenspeicher
3: Gewindeabschnitt
4: Fixierung
5: Ausformung
6: Umfangsabschnitt
7: Endabschnitt
8: Aufnahme
9: Erhebung
10: Vertiefung
11: Kontaktfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202008018295 U1 [0007]

Claims

Ein zur vorübergehenden Anordnung an einem Werkstück mit einer lösbaren Fixierung (4) ausgestatteter, einen Datenspeicher (2) für digitalisierte, produktionstechnisch relevante Daten tragender Formkörper (1), gekennzeichnet durch zumindest eine Ausformung (5) mit einem Umfangsabschnitt (6) zur definierten, reproduzierbaren Positionierung und/oder Fixierung (4) mittels Spannmitteln einer Produktionsanlage.
Formkörper (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (2) an einem der Fixierung (4) abgewandten Endabschnitt (7) des Formkörpers (1) angeordnet ist.
Formkörper (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Umfangsabschnitt (6) der Ausformung (5) rotationssymmetrisch ausgeführt ist.
Formkörper (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (1) eine den Datenspeicher (2) einschließende Aufnahme (8) aufweist.
Formkörper (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aufnahme (8) der Ausformung (5) konturbündig anschließt.
Formkörper (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (8) durch eine Adhäsionsverbindung entlang einer Kontaktfläche (11) mit der Ausformung (5) unlösbar verbunden ist.
Formkörper (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (11) mit insbesondere regelmäßig verlaufenden Erhebungen (9) und/oder Vertiefungen (10) ausgestattet ist.
Formkörper (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (2) als ein berührungslos durch eine Funkdatenverbindung auslesbarer und/oder beschreibbarer Transponder ausgeführt ist.
Formkörper (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (5) ausschließlich in einer definierten Winkelposition gegenüber dem Werkstück an diesem mit der Fixierung (4) festlegbar ausgeführt ist.
Formkörper (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung (4) einen Gewindeabschnitt (3) zur lösbaren Festlegung an dem Werkstück aufweist.