DE102018210138A1

DE102018210138A1 - Kennzeichnungselement für ein Metallgussteil und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102018210138A1
Application number: DE102018210138.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas RAHN; Christoph Pille; Franz-Josef Wöstmann; Matthias Busse
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-24
Also published as: EP3810355A1; WO2019243492A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kennzeichnungselement für die Kennzeichnung eines Metallgussteils, beim Gießprozess, mit einem Transponder (11, 21), der von einer Kapsel (4, 4', 13, 13', 28, 28') aus einem oder mehreren nicht metallischen Materialien wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, umgeben ist, wobei die Kapsel eine erste, innere Schicht (4a, 4a', 13a) aus einem Innenschichtmaterial sowie eine zweite, die innere Schicht wenigstens teilweise, insbesondere vollständig umgebende, äußere Schicht (4b, 4b', 13b) aus einem Außenschichtmaterial aufweist und wobei wenigstens das Außenschichtmaterial unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Metalls durch Gießen oder Spritzgießen verarbeitbar ist. Durch eine zweischichtige Ausbildung der Kapsel kann der Materialeinsatz an wärmeresistentem Material der Kapsel minimiert und dennoch der Transponder vor der Temperatureinwirkung durch die Metallschmelze geschützt werden.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Prozesstechnik sowie der Gießereitechnik. Sie ist mit besonderem Vorteil bei der gusstechnischen Herstellung von Metallteilen verwendbar.
Bei der serienmäßigen gusstechnischen Herstellung von Metallteilen ergibt sich oft die Notwendigkeit, dass die Gussteile individuell gekennzeichnet werden sollen, um identifizierbar und nachverfolgbar zu sein.
Die Kennzeichnung von Metallgussteilen erweist sich deshalb als schwierig, weil sie mechanisch und thermisch robust genug sein muss, um den eigentlichen Gießprozess zu überstehen. Es sind Kennzeichnungsverfahren auf der Basis von optischen Kodierungen bekannt. Diese sind insbesondere dann nicht nutzbar, wenn eine Kennzeichnung des Gussteils erst nach dessen Herstellung nicht sinnvoll ist.
Es sind zudem Methoden zur Kennzeichnung von Gussbauteilen mittels RFID-Transpondern bekannt, die die Positionierung eines Transponders im Gießwerkzeug vorsehen, derart, dass der Transponder zumindest teilweise in das Gussteil mit eingegossen wird und dort verbleibt. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der DE 10 2005 018 936 A1 bekannt.
Aus der DE 10 2015 203 797 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine thermische Isolationskapsel hergestellt und ein Transponder in diese eingeführt wird. Die Kapsel besteht aus einem temperaturstabilen Thermoplasten, der den Transponder beim Gießprozess zumindest eine Zeitlang vor dem Einfluss der hohen Temperaturen schützen kann. Nach dem Einführen des Transponders in die Kapsel wird diese verschlossen.
Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Kennzeichnungselement für die Kennzeichnung eines Metallgussteils zu schaffen, das mit geringem Aufwand herstellbar und beim Gießprozess in das Gussteil einbringbar ist, um eine Identifizierung des Gussteils zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Kennzeichnungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf Implementierungen der Erfindung. Die Erfindung bezieht sich zudem auf ein Gussteil mit einem derartigen Kennzeichnungselement sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kennzeichnungselements.
Konkret bezieht sich die Erfindung somit zunächst auf ein Kennzeichnungselement für die Kennzeichnung eines Metallgussteils, beim Gießprozess, mit einem Transponder, der von einer Kapsel aus einem oder mehreren nicht metallischen Materialien wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, umgeben ist, wobei die Kapsel eine erste, innere Schicht aus einem Innenschichtmaterial sowie eine zweite, die innere Schicht wenigstens teilweise, insbesondere vollständig umgebende, äußere Schicht aus einem Außenschichtmaterial aufweist und wobei wenigstens das Außenschichtmaterial unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Metalls durch Gießen oder Spritzgießen verarbeitbar ist. Gegebenenfalls ist der Aufbau mehrschichtig, das heißt, zwischen der Innenschicht und der Außenschicht können eine oder mehrere Schichten vorgesehen sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Kennzeichnungselement ergibt es sich, dass der Transponder von einer Kapsel wenigstens teilweise umgeben ist, die ihn vor den thermischen Einflüssen beim Metallguss schützt. Der ein-, zwei- oder mehrschichtige Aufbau der Kapsel erlaubt eine passende Materialwahl derart, dass die Außenschicht besonders temperaturbeständig ist und den hohen beim Metallguss auftretenden Temperaturen zumindest eine Zeitlang, beispielsweise bis zum Erstarren der Metallschmelze, jedoch möglichst lange standhält. Hierzu eignen sich Materialien, beispielsweise Thermoplasten, die einerseits bereits bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls verarbeitbar sind, die jedoch bei Temperaturen, die die Metallschmelze während des Gießprozesses erreicht, noch eine Stabilität aufweisen, die ausreichend ist, um eine Deformierung der Kapsel durch die einfließende und bei der Erstarrung komprimierte Metallschmelze zu verhindern.
Beim Einfügen des Transponders in die Außenschicht der Kapsel kann der Transponder durch die Innenschicht umgeben und somit geschützt sein. Diese Konstruktion erlaubt beispielsweise, dass der Transponder, der von der Innenschicht umgeben ist, beim Herstellungsprozess der Kapsel mit einem hochschmelzenden Material der Außenschicht bei hohen Temperaturen umspritzt wird, ohne dass die hohe Temperatur unmittelbar auf den Transponder wirkt. Das Innenschichtmaterial kann andere Eigenschaften haben, insbesondere bei geringeren Temperaturen schmelzen oder verarbeitbar sein als das Außenmaterial, so dass der Transponder beispielsweise in einem thermischen Verarbeitungsprozess mit dem Material der Innenschicht bei einer Temperatur umgeben werden kann, der der Transponder standhält. Es sind jedoch auch andere Methoden denkbar, die weiter unten erläutert werden und durch die der Transponder mit der Innenschicht umgeben werden kann, bevor eine Außenschicht aufgebracht wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Transponder zunächst einem Behälter angebracht wird, der die Außenschicht bildet, in diesem Behälter fixiert und mit dem Material einer Innenschicht umspritzt wird, so dass die Innenschicht in der als Gießform wirkenden Außenschicht gebildet wird. Die Aufteilung der Kapsel in eine Innenschicht und eine Außenschicht erlaubt eine Spezialisierung bei der Auswahl der Eigenschaften der Materialien, die für die Herstellung der Innenschicht und der Außenschicht verwendet werden.
Es hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, dass wenigstens eine der Schichten, die den Transponder vollständig umgeben, also beispielsweise die Innenschicht und/oder die Außenschicht, vollständig dicht, homogen und/oder fügestellenfrei oder ohne nachträglich verschlossene Öffnungen ausgebildet ist. Dies gelingt beispielsweise dadurch, dass wenigstens eine der Schichten in einem einzigen Arbeitsschritt vollständig um den Transponder herum geschaffen und/oder angeordnet wird.
Eine Implementierung der Erfindung kann beispielsweise vorsehen, dass das Innenschichtmaterial mit dem Außenschichtmaterial identisch ist.
Eine weitere mögliche Implementierung des Kennzeichnungselements kann vorsehen, dass das Innenschichtmaterial von dem Außenschichtmaterial verschieden ist.
Die Aufteilung der Kapsel in zwei Schichten lässt beispielsweise zu, dass zunächst ein Behälter aus einem ersten Material, dem Innenschichtmaterial, hergestellt wird, in den ein Transponder eingeschlossen wird. Dies kann beispielsweise so geschehen, dass der Behälter als Klappbehälter mit einem Filmgelenk hergestellt oder aus zwei oder mehr Teilen zusammengesetzt wird. Der Behälter kann auch eine Öffnung aufweisen, durch die der Transponder eingefügt werden kann und die danach verschlossen oder bei Herstellung des Außenschichtmaterials zugespritzt werden kann. Wenn das Innenschichtmaterial einen genügend geringen Schmelzpunkt aufweist, kann der Transponder auch unmittelbar mit dem Innenschichtmaterial umspritzt werden.
Auf das Innenschichtmaterial können sowohl in dem Fall einer unmittelbaren Umspritzung des Transponders als auch in dem Fall eines den Transponder aufnehmenden Behälters gegebenenfalls eine oder mehrere Zwischenschichten und danach das Außenschichtmaterial aufgebracht werden, beispielsweise durch Umspritzen des Innenschichtmaterials. Das Außenschichtmaterial wird üblicherweise so gewählt, dass seine Verarbeitungstemperatur/Schmelztemperatur höher ist als die des Innenschichtmaterials. Beim Umspritzen des Innenschichtmaterials können sich vorzugsweise die Schichten des Innenschichtmaterials und des Außenschichtmaterials stoffschlüssig miteinander verbinden. Die Verarbeitungs-/Schmelztemperatur des Innenschichtmaterials sollte dabei so gewählt werden, dass sich das Innenschichtmaterial beim Umspritzen mit dem Außenschichtmaterial nicht verflüssigt, zumindest nicht während des Einspritzens vom Außenschichtmaterial in eine verwendete Spritzgießform.
Wird als Innenschicht zum Umhüllen des Transponders ein Behälter aus dem Innenschichtmaterial gewählt, der separat von dem Transponder hergestellt wird und den Transponder aufnimmt, so kann entweder vorgesehen sein, dass der Transponder passgenau in eine Ausnehmung des Innenschichtmaterials hineinpasst oder dass das Innenschichtmaterial als dünnwandiger Behälter den Transponder in einem Hohlraum so aufnimmt, dass ein Zwischenraum zwischen der Wand des Innenschichtbehälters und dem Transponder gegeben ist.
Bei der Auswahl des Außenschichtmaterials kann vorgesehen sein, dass dieses PEEK (Polyetheretherketon) aufweist oder aus diesem Material besteht. Dieses thermoplastische Material weist einen sehr hohen Schmelzpunkt/ Erweichungspunkt auf, so dass das Material dem Umspritzen/Umgießen mit einem Metall eine Zeitlang standhält, ohne stark aufzuweichen.
Als weitere Materialien können anstelle des PEEK oder in Verbindung mit diesem beispielsweise Polyimid, Polyamidimid, LCP (Liquid Crystal Polymer) oder Epoxide, Silikone oder Keramiken verwendet werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Kennzeichnungselements kann vorsehen, dass der Transponder vollständig und fluiddicht von dem Innenschichtmaterial und/oder dem Außenschichtmaterial umgeben ist. Damit wird sichergestellt, dass die Metallschmelze beim Gießprozess nicht in die Nähe des Transponders gelangt.
Eine weitere Implementierung des Kennzeichnungselements kann vorsehen, dass die Kapsel einen Aufnahmeteil und einen Befestigungsteil aufweist, wobei der Aufnahmeteil zur Aufnahme des Transponders und der Befestigungsteil zur Befestigung der Kapsel in einer Gussform vor dem Gießprozess dient. Dabei kann der Transponder innerhalb der Kapsel und in dem Aufnahmeteil in dem Fall, dass die Kapsel in eine Aufnahme in der Gussform gesteckt ist, ganz oder wenigstens teilweise in die Wand der Gussform hineinragen. Der Transponder kann andererseits innerhalb des Aufnahmeteils auch ganz oder teilweise in dem Raum angeordnet sein, der im Rahmen des Gießprozesses mit der Metallschmelze gefüllt wird.
Maßgeblich ist bei der Aufteilung der Kapsel, dass das Befestigungsteil ganz oder wenigstens teilweise in die Wand der Gussform hineinragt. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Befestigungsteil als ein mit dem Aufnahmeteil verbundenes, von diesem abstehendes Kragelement, insbesondere als Stab, Steg oder Steganordnung oder als Rohrstutzen ausgebildet ist. Ein solches Kragelement kann in eine entsprechende Aufnahme/Öffnung in der Wand der Gussform eingeschoben werden. Dabei sollte die Passung so eng sein, dass der Befestigungsteil selbsthemmend in der Gussform stecken bleibt und durch den Metallverguss nicht bewegt werden kann. Andererseits sollte das Befestigungsteil eine Entformschräge aufweisen, die das Herausziehen aus der Wand der Gussform beim Entformen des Metallgussteils erlaubt.
Der Befestigungsteil kann als hohles, halboffenes Kragelement ausgebildet sein, beispielsweise als Rohrstutzen. In diesem Fall weist die Wand der Gussform vorteilhaft eine Öffnung zum Einschieben des Befestigungsteils auf.
Eine weitere Implementierung des Kennzeichnungselements kann vorsehen, dass das Innenschichtmaterial und das Außenschichtmaterial stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Beim Vorhandensein von Zwischenschichten kann auch ein stoffschlüssiger Verbund der Innenschicht und/oder der Außenschicht mit einer solchen Zwischenschicht vorgesehen sein. Zwischenschichten können den Transponder und/oder eine Innenschicht vollständig oder nur teilweise umgeben.
Es kann auch als eine Implementierung bei einem Kennzeichnungselement vorgesehen sein, dass der Transponder in einem vorgeformten, verschließbaren Behälter angeordnet ist, der eine Innenschicht bildet und der von einer mit dieser stoffschlüssig verbundenen Außenschicht ganz oder teilweise umgeben ist, wobei der Behälter wenigstens eine Öffnung und/oder einen Spalt aufweist, der von der Außenschicht vollständig überdeckt und verschlossen ist, wobei insbesondere ein bei der Kapsel vorgesehener Aufnahmeteil von der Außenschicht vollständig abgedeckt und/oder insbesondere ein bei der Kapsel vorgesehener Befestigungsteil von der Außenschicht freigelassen ist und wobei weiter insbesondere die Außenschicht auf den Behälter durch Umspritzen des Behälters aufgebracht ist.
Die von der Außenschicht abgedeckten Spalte und/oder Öffnungen sind üblicherweise die Öffnung oder der Spalt, die nach einem Schließen oder Zuklappen eines zweiteiligen Behälters mit minimaler Durchlässigkeit existieren. Der Rand / Die Ränder solcher Öffnungen/Spalte sollten dann rundum stoffschlüssig mit der Außenschicht bedeckt und auf diese Weise hermetisch verschlossen sein.
Die Außenschicht kann insgesamt zusammenhängend ausgebildet sein und beispielsweise mindestens 20%, insbesondere mindestens 30% oder mehr als 50 % der Oberfläche der Kapsel bedecken.
Wie oben erläutert, kann zudem vorgesehen sein, dass die erste Schicht aus dem Innenschichtmaterial unmittelbar durch einen Gussprozess mit dem Transponder verbunden ist oder als vorgefertigter Behälter den Transponder aufnimmt.
Zudem kann bei dem Kennzeichnungselement vorgesehen sein, dass eine Sollbruchstelle vorgesehen ist, an der der Befestigungsteil wenigstens teilweise von den übrigen Bereichen der Kapsel abgebrochen werden kann. Damit kann das Material der Kapsel, welches insbesondere im Fall der Verwendung von PEEK kostenintensiv sein kann, zu einem großen Teil wiederverwendet werden.
Die Bruchstelle der Kapsel kann im Querschnitt eine wiedererkennbare Form aufweisen, insbesondere dann, wenn das Innenschichtmaterial und das Außenschichtmaterial unterschiedlich sind, so dass sich die zwischen diesen Materialien angeordnete Trennfuge an der Sollbruchstelle gegebenenfalls auch erkennen lässt. Die Sollbruchstelle kann so ausgeführt sein, dass eine möglichst glatte Trennebene (flächenbündig bei Abtrennung) entsteht.
Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Kennzeichnungselement der oben erläuterten Art auch auf ein Gussteil mit einem solchen Kennzeichnungselement. Ein solches Gussteil kann mittels des Kennzeichnungselements unverwechselbar gekennzeichnet sein und bezüglich des Herstellungsprozesses oder der Herstellungscharge zurückverfolgbar sein.
Die Öffnung in dem Gussteil, in dem die Kapsel steckt, stellt für den Transponder einen dielektrischen Spalt dar, durch den dieser mit Kommunikationsgeräten mittels elektromagnetischer, kapazitiver oder induktiver Kopplung sowie Funk, Bluetooth, RFID, NFC oder anderer Kommunikationsstandards kommunizieren kann.
Die Erfindung bezieht sich zudem auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kennzeichnungselements der oben erläuterten Art, bei dem ein Transponder zuerst mit einem Innenschichtmaterial vollständig oder wenigstens teilweise umgeben und dieses darauf vollständig oder wenigstens teilweise mit einem Außenschichtmaterial umhüllt wird.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass bei der Herstellung der Kapsel ein mit einem Aufnahmeteil zur Aufnahme eines Transponders einstückig verbundenes Befestigungsteil ausgebildet wird, das aus dem Außenschichtmaterial oder aus dem Außenschichtmaterial und dem Innenschichtmaterial besteht. Durch diese Herstellungsform wird sichergestellt, dass der Befestigungsteil der Kapsel so temperaturfest ist, dass er beim Kontakt mit der Metallschmelze oder der Gussform bis zum Erstarren der Metallschmelze stabil bleibt.
Eine weitere Implementierung des Verfahrens kann vorsehen, dass zunächst der Transponder in einem vorgeformten, verschließbaren Behälter angeordnet wird, der eine Innenschicht bildet und der darauf von einer mit dieser stoffschlüssig verbundenen Außenschicht ganz oder teilweise umgeben wird, wobei der Behälter wenigstens eine Öffnung und/oder einen Spalt aufweist, der von der Außenschicht vollständig überdeckt und verschlossen wird, wobei insbesondere ein bei der Kapsel vorgesehener Aufnahmeteil von der Außenschicht vollständig abgedeckt und /oder insbesondere ein bei der Kapsel vorgesehener Befestigungsteil von der Außenschicht freigelassen wird und wobei weiter insbesondere die Außenschicht auf den Behälter durch Umspritzen des Behälters aufgebracht wird.
Unter einem verschließbaren Behälter wird in diesem Zusammenhang ein mittels eines vorgeformten Deckels verschließbarer Behälter verstanden, wobei der Deckel separat als gesondertes Bauteil vorliegen oder mit dem Rest des Behälters, beispielsweise mittels eines Filmgelenks verbunden sein kann.
Eine weitere Implementierung des Verfahrens kann vorsehen, dass zunächst ein Kennzeichnungselement mit wenigstens einem Teil des Befestigungsteils in eine Aufnahme einer Gussform eingesteckt und dann mit dem Gussteil vergossen wird und dass darauf das Gussteil mit der Kapsel oder wenigstens mit dem Aufnahmeteil der Gussform entnommen wird.
Um die Kapsel wenigstens teilweise zu recyceln, kann dabei vorgesehen sein, dass das Gussteil mit der Kapsel der Gussform entnommen wird und dass darauf der Befestigungsteil von dem Aufnahmeteil abgetrennt und wiederverwendet wird, beispielsweise durch Einschmelzen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt

1 im Querschnitt eine Gussform für den Metallguss mit einer Kapsel in ihrem Inneren,
2 die Gussform aus 1, wobei die Kapsel in eine Aufnahme in der Wand der Gussform eingesteckt ist,
3 eine Gussform mit einem gegossenen Metallteil, in das die Kapsel mit eingegossen ist,
4 eine Außensicht des Metallgussteils mit einer Kapsel,
5 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Kapsel,
6 eine Querschnittsansicht einer Kapsel, die sich konstruktiv von der Kapsel aus 5 unterscheidet,
7 eine Querschnittsansicht der Innenschicht der Kapsel, die als Behälter mit einem darin angeordneten Transponder ausgestaltet ist,
8 den Behälter aus 7 in aufgeklappter Stellung,
9 die Innenschicht der Kapsel, die als Verguss des Transponders ausgestaltet ist,
10 eine Kapsel in einem Querschnitt mit einem Aufnahmeteil und einem an diesen angeformten Befestigungsteil in Form eines Rohrstutzens,
11 eine Kapsel mit einem angeformten Befestigungsteil in Form eines Stabes,
12 die Entwicklung von einer massiven Kapsel in eine Kapsel, die im Bereich des Befestigungsteils einen Hohlraum aufweist,
13 einen Querschnitt eines Metallgussteils im Bereich der Ausnehmung, in der eine Kapsel aufgenommen ist,
14 eine Draufsicht auf ein Metallgussteil mit teilweise sichtbarer Kapsel in der Ausnehmung,
15 eine Draufsicht auf ein Metallgussteil, wie es in 13 im Schnitt dargestellt ist, mit einer sichtbaren Trennfläche einer Kapsel in einer anderen Ausgestaltung,
16 einen offenen Behälter für einen Transponder,
17 das Einsetzen eines Transponders in den Behälter,
18, 19 den Vorgang des Schließens des Behälters, der den Transponder (RFID) aufnimmt,
20 das Einsetzen des Behälters, der als Innenschicht fungiert, in eine Aufnahme innerhalb einer Spritzgießform, in der die Innenschicht mit einer Außenschicht umspritzt wird,
21 das Verschließen der Spritzgießform aus 20,
22 eine komplette, zweischichtige Kapsel, die einen Transponder enthält,
23 - 27 eine Abfolge von Darstellungen eines weiteren Behälters, in den ein Transponder eingelegt wird, worauf der Behälter mit einer Außenschicht umspritzt wird, sowie
28 - 31 eine weitere Variante eines Behälters für einen Transponder, der mit einer Außenschicht umgeben werden kann.

1 zeigt eine Gussform 1, die beispielsweise aus Metall oder einer Keramik oder aus Sand, Gips oder phosphatgebundenen Stoffen bestehen kann, mit einer Eingussöffnung 2. In der Wand der Gussform 1 ist eine Ausnehmung 3 zur Aufnahme einer Kapsel 4 vorgesehen, vorzugsweise mit Selbsthemmung und vorzugsweise frei endformbar ohne Hinterschneidung.
In 2 ist die Gussform 1 mit einer Kapsel 4 dargestellt, die in die Aufnahme 3 eingesetzt ist. Ein Befestigungsteil der Kapsel 4 ist somit in der Aufnahme 3 angeordnet, während ein Aufnahmeteil, in dem typisch ein Transponder angeordnet ist, aus der Wand der Gussform 1 herausragt und mit dem Metall, aus dem das Metallgussteil hergestellt wird, umgossen wird.
3 zeigt die Situation, in der das Metallteil 5 in der Gussform gegossen ist, derart, dass der Aufnahmeteil der Kapsel 4 in das Gussteil 5 eingegossen ist. Nach dem Entfernen des Metallteils 5 aus der Gussform 1 kann die Kapsel 4 wenigstens teilweise aus dem Metallteil herausragen. Es ragt üblicherweise der Teil der Kapsel 4 aus dem Metallteil 5 heraus, der in der Aufnahme 3 in der Wand der Gussform 1 angeordnet war.
Eine Sollbruchstelle an der Kapsel 4 im Bereich der gedachten Fortsetzung der Oberfläche des Metallteils 5 kann ermöglichen, dass ein Teil der Kapsel 4 abgebrochen werden kann, um recycelt zu werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Material, aus dem die Kapsel 4 besteht, wertvoll ist. Üblicherweise wird eine derartige Kapsel 4 wenigstens teilweise aus einem hochschmelzenden Stoff, beispielsweise einem hochschmelzenden Polymer, z. B. PEEK (Polyetheretherketon), hergestellt, einem Material, das sehr teuer ist. Die Wiederverwendung dieses Materials lohnt sich, so dass es sinnvoll ist, einen Teil der Kapsel wiederzuverwenden. Es ist dafür sinnvoll, die Kapsel 4 so zu konzipieren, dass der Aufnahmeteil, in dem ein Transponder untergebracht wird, beim Gießen des Metallteils vollständig innerhalb des Teils der Kapsel 4 liegt, der später in dem Metallteil aufgenommen wird. Die Sollbruchstelle in der Kapsel sollte deshalb so liegen, dass die Kapsel entlang einer Bruchfläche gebrochen wird, die an der oder außerhalb der Kontur des Metallteils 5 liegt.
Eine Kapsel ist vergrößert beispielhaft in 5 dargestellt. Die Kapsel 4 umfasst eine Innenschicht 4a und eine diese umgebende Außenschicht 4b. Beispielsweise kann die Außenschicht 4b aus einem hochschmelzenden Polymer, z. B. PEEK, bestehen, während die Innenschicht 4a aus einem anderen Material bestehen kann, dessen Schmelz- oder Verarbeitungstemperatur geringer ist als die Schmelz- oder Verarbeitungstemperatur des Materials der Außenschicht. Die Innenschicht 4a kann jedoch auch ebenso wie die Außenschicht 4b aus PEEK oder generell aus dem gleichen Material wie die Außenschicht bestehen.
Die Kapsel 4 kann in ihrem Inneren, beispielsweise durch eine Trennwand 6, geteilt werden in einen Aufnahmeteil 7, der in 5 den links der Trennwand 6 gelegenen Teil der Kapsel 4 bezeichnet, und einen Befestigungsteil 8, der in 5 den rechts der Trennwand 6 gelegenen Teil der Kapsel 4 bezeichnet. Im Bereich der Außenschicht 4b sind symbolisch zwei Kerben 9, 10 dargestellt, die in Form einer um die Kapsel umlaufenden Einkerbung der Außenschicht eine Sollbruchstelle der Kapsel 4 bezeichnen. In diesem Bereich kann die Kapsel später abgebrochen oder abgeschnitten werden, um das Material des Befestigungsteils wiederzuverwenden.
In 6 ist eine Kapsel 4' dargestellt, deren Innenschicht 4a' nur teilweise von einer Außenschicht 4b' umgeben ist. Der Teil der Kapsel 4', der während des Gießprozesses innerhalb der Aufnahme der Gussform aufgenommen wird, kann beispielsweise unbedeckt von einer Außenschicht sein, wenn die Gussform während des Gießprozesses eine geringere Temperatur aufweist als die Metallschmelze. In diesem Fall kann ein Schutz der Innenschicht 4a' durch eine zusätzliche Außenschicht 4b' in diesem Bereich unnötig sein.
In 7 ist eine klappbare oder zusammensteckbare Innenschicht 4a" gezeigt, die einen Transponder 11 in Form eines Behälters umgibt. Als Transponder 11 kann beispielsweise ein RFID-Modul (Radio Frequency Identification Module) verwendet werden. Dieses kann durch einen sogenannten dielektrischen Spalt des Metallgussteils mit Kommunikationsgeräten außerhalb des Metallgussteils über elektromagnetische Wellen, kapazitive oder induktive Kopplung, Funk oder andere Kommunikationsstandards kommunizieren.
In 8 ist die Innenschicht 4a" in aufgeklappter Stellung gezeigt, in der die Innenschicht mit einem Transponder 11 bestückt werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn die Innenschicht 4a" als Behälter möglichst gut schließt, jedoch kann ein fluiddichter Abschluss auch durch eine Umhüllung mit einer Außenschicht hergestellt werden.
In 9 ist eine Innenschicht 12 dargestellt, die durch den Verguss eines Transponders 11 in einen massiven Körper gebildet ist. Zwischen der Innenschicht 12 und dem Transponder 11 sind somit keine Zwischenräume angeordnet.
In 10 ist eine Kapsel 13 dargestellt, die eine Innenschicht 13a und eine Außenschicht 13b aufweist, wobei der von der Innenschicht und der Außenschicht umschlossene Raum den Aufnahmeteil 14 der Kapsel bildet. An den Aufnahmeteil 14 ist ein Befestigungsteil 15 in Form eines Rohrstutzens angeformt. Dieser ist komplementär zu einer entsprechenden Aufnahme in einer Metallgussform ausgebildet.
In 11 ist eine Kapsel 13' gezeigt, die ebenso wie die Kapsel 13 zweischichtig aufgebaut ist. An den Aufnahmeteil 14' der Kapsel 13' ist ein Befestigungsteil 15' in Form eines konisch zulaufenden Stabes angeformt. Dieser wird in einer Ausnehmung einer Metallgussform aufgenommen, um die Kapsel 13' während des Metallgießprozesses zu fixieren (vorzugsweise selbsthemmend). Eine Entformschräge sorgt dafür, dass die Kapsel 13' gemeinsam mit dem fertigen Metallgussteil der Metallgussform entnommen werden kann.
Sowohl durch die Formgebung des Befestigungsteils als Stab als auch durch die oben erwähnte hohle Rohrstutzenform kann das Befestigungsteil mit geringem Materialaufwand gebildet werden, so dass sich insgesamt bei der Kapsel eine Materialersparnis ergibt.
In 12 ist im linken Teil eine Kapsel dargestellt, die im oberen Bereich, dunkel eingezeichnet, einen RFID-Transponder aufnimmt und dort als Aufnahmeteil ausgebildet ist. Der untere Teil, der als Befestigungsteil dient, ist im Wesentlichen quaderförmig und mit einer Ausformschräge in beiden Dimensionen versehen. Die Kapsel ist einmal von der Längsseite und einmal von der Querseite aus gesehen dargestellt, wobei der Transponder eingezeichnet ist, obwohl er von außen nicht unmittelbar sichtbar ist.
Im rechten Bereich der 12 ist eine Kapsel 28 dargestellt, bei der im Vergleich zu der im linken Bereich der 12 dargestellten Kapsel der Befestigungsteil ausgehöhlt ist, d. h. eine Ausnehmung aufweist. Die Ausnehmung ist in 12 mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet. Durch die Ausnehmung 16 wird bei der Herstellung der Kapsel Material im Bereich des Befestigungsteils eingespart. Die Außenwände der Ausnehmung 16, die im äußeren Bereich der Kapsel erhalten sind, weisen jeweils für sich Ausformschrägen auf.
In 13 ist in einem Querschnitt ein Teil eines Metallgussteils mit einer Ausnehmung 17 dargestellt, die den Aufnahmeteil einer Kapsel aufnimmt. Die Ausnehmung 17 weist Hinterschneidungen auf, an denen der Aufnahmeteil der Kapsel zurückgehalten wird, beispielsweise wenn ein außerhalb des Metallgussteils liegender Teil der Kapsel zum Recyceln abgebrochen oder anders abgetrennt wird. Zudem wird durch die Hinterschneidung die Kapsel fest mit dem Gussteil verbunden.
In 14 ist eine Draufsicht auf die Ausnehmung 17 gezeigt, in der ein abgetrennter Teil 36 einer Kapsel steckt. Die Kapsel weist im Bereich der Bruchstelle eine Struktur aus mehreren Materialien auf, da dort die Innenschicht und die Außenschicht der Kapsel, wie sie beispielsweise in 19 dargestellt ist, unterscheidbar sind.
In 15 ist eine Draufsicht auf ein Metallgussteil mit einer Ausnehmung und einer Kapsel dargestellt, wobei die Kapsel ebenfalls an einer Bruchstelle 37 sichtbar ist. Da in diesem Fall die Innenschicht und die Außenschicht aus dem gleichen Material bestehen und stoffschlüssig miteinander verbunden sind, ist an der Bruchstelle keine Innenstruktur Kapsel sichtbar.
In den 16 bis 20 ist der Zusammenbau einer Kapsel sowie die Anordnung eines RFID-Transponders in einer Kapsel dargestellt.
In 16 ist ein zweiteiliger Behälter 18a, 18b dargestellt, dessen beide Teile zur Aufnahme eines Transponders zusammenschiebbar sind. Der Aufnahmeteil des Behälters 18a, 18b weist zwei Teilbehälter 20a, 20b auf, die beim Zusammenfügen insgesamt einen Behälterraum zur Aufnahme eines Transponders 21 bilden.
In 17 ist der Zustand dargestellt, in dem in den Teilbehälter 20b ein Transponder 21 eingeschoben ist.
18 zeigt den Behälter in fast ganz zusammengefügtem Zustand, während 19 den zusammengefügten Zustand zeigt.
In 20 ist der Behälter während des Einsetzens in eine Spritzgießform 26 eingesetzt, in die vorher ein Kern oder Dorn 27 mit einer Positionierhilfe 38 für den Behälter eingebracht wurde. Der Behälter 18a, 18b wird zum Umspritzen mit einem Außenschichtmaterial, z. B. PEEK, auf die Positionierhilfe aufgesetzt, wie in 21 dargestellt. Die Spritzgießform wird dann durch das Oberteil 26a geschlossen, und die Außenschicht wird gespritzt. Dabei wird eine Ausnehmung 23 im Kapselfuß 22, die aus 22 und der dort gezeigten Kapsel ersichtlich ist, durch den Kern 27 in der Spritzgießform 26, 26a ausgenommen.
In 22 ist die Kapsel 28 im vollendeten Zustand mit der gespritzten Außenschicht dargestellt. Der Kapselfuß 22, der bei dieser Art von Kapsel das Befestigungsteil bildet, ist durch eine um die Ausnehmung 23 stehende, von dem Aufnahmeteil 20a, 20b vorkragende umlaufende stegartige Wand gebildet. Die Ausnehmung 23 kann selbstverständlich je nach der Form des Kerns 27 auch zylindrisch sein oder eine andere Form annehmen.
23 zeigt einen zweiteiligen Behälter 29a, 29b für einen Transponder, wobei die Teile des Behälters durch ein Filmgelenk 30 verbunden sind. Der Behälter 29a, 29b kann durch Spritzgießen hergestellt werden.
24 zeigt den Behälter mit eingelegtem Transponder und 25 den geschlossenen Behälter. 26 zeigt den geschlossenen Behälter aus 25 in einer um 90° gedrehten Seitenansicht.
In 27 ist dargestellt, dass der Behälter 29a, 29b in eine Spritzgießform 26, 26a eingesetzt ist, die darauf zum Umspritzen des Behälters mit einer Außenschicht geschlossen wird.
In den 28 bis 31 ist perspektivisch ein Behälter 31 dargestellt, bei dem zwei Teilbehälter durch ein Filmgelenk 32 klappbar miteinander verbunden sind. In einen Aufnahmeraum 33 kann, wie in 29 gezeigt, ein Transponder eingelegt und der Behälter verschlossen werden (30). In 31 ist der geschlossene Behälter 31 mit einem Transponder 21 dargestellt, wobei der Behälter in einer nicht dargestellten Spritzgießform mit einer Außenschicht umspritzt werden kann. Der Befestigungsteil der so gebildeten Kapsel kann dabei bereits durch den Fuß 34 des Behälters 31 gebildet werden, wenn beispielsweise nur der verbreitete Bereich 35 des Behälters 31 umspritzt wird.
Es ist auch denkbar, nach dem Einlegen des Transponders 21 in den Aufnahmeraum 33 den Behälter 31 zu schließen und den Transponder im Aufnahmeraum durch eine nicht dargestellte Einspritzöffnung zu umspritzen. Der Behälter bildet dabei die Spritzgießform und stellt bei der fertigen Kapsel in diesem Fall die Außenschicht dar, während in diesem Fall die Innenschicht durch den Werkstoff gebildet ist, der in den Aufnahmeraum 33 eingespritzt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005018936 A1 [0004]
DE 102015203797 A1 [0005]

Claims

Kennzeichnungselement für die Kennzeichnung eines Metallgussteils, beim Gießprozess, mit einem Transponder (11, 21), der von einer Kapsel (4, 4', 13, 13', 28, 28') aus einem oder mehreren nicht metallischen Materialien wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, umgeben ist, wobei die Kapsel eine erste, innere Schicht (4a, 4a', 4a", 13a) aus einem Innenschichtmaterial sowie eine zweite, die innere Schicht wenigstens teilweise, insbesondere vollständig umgebende, äußere Schicht (4b, 4b', 13b) aus einem Außenschichtmaterial aufweist und wobei wenigstens das Außenschichtmaterial unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Metalls durch Gießen oder Spritzgießen verarbeitbar ist.
Kennzeichnungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenschichtmaterial mit dem Außenschichtmaterial identisch ist.
Kennzeichnungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenschichtmaterial von dem Außenschichtmaterial verschieden ist.
Kennzeichnungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Außenschichtmaterial ein bei der Schmelztemperatur des Metalls wenigstens eine begrenzte Zeit formstabiles Material, insbesondere PEEK (Polyetheretherketon),Polyimid (PI), Polyamidimid (PAI), Liquid Cristal Polymer (LCP), ein Silikon, Epoxid oder eine Keramik aufweist oder aus diesem Material besteht.
Kennzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (11, 21) vollständig und fluiddicht von dem Innenschichtmaterial und/oder dem Außenschichtmaterial umgeben ist.
Kennzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (4, 4', 13, 13', 28, 28') einen Aufnahmeteil (7, 14, 14') und einen Befestigungsteil (8, 15, 15') aufweist, wobei der Aufnahmeteil zur Aufnahme des Transponders und der Befestigungsteil zur Befestigung der Kapsel in einer Gussform (1) vor dem Gießprozess dient.
Kennzeichnungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsteil (8, 15, 15') als ein mit dem Aufnahmeteil (7, 14, 14') verbundenes, von diesem abstehendes Kragelement, insbesondere als Stab, Steg oder Steganordnung oder als Rohrstutzen, ausgebildet ist.
Kennzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenschichtmaterial und das Außenschichtmaterial stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Kennzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (11, 21) in einem vorgeformten, verschließbaren Behälter (4a, 4a', 4a", 13a, 18a, 18b, 29a, 29b, 31) angeordnet ist, der eine Innenschicht bildet und der von einer mit dieser stoffschlüssig verbundenen Außenschicht (4b, 4b', 13b, 22) ganz oder teilweise umgeben ist, wobei der Behälter wenigstens eine Öffnung und/oder einen Spalt aufweist, der von der Außenschicht vollständig überdeckt und verschlossen ist, wobei insbesondere ein bei der Kapsel vorgesehener Aufnahmeteil (7, 14, 14') von der Außenschicht vollständig abgedeckt und /oder insbesondere ein bei der Kapsel vorgesehener Befestigungsteil (8, 15, 15') von der Außenschicht freigelassen ist und wobei weiter insbesondere die Außenschicht auf den Behälter durch Umspritzen des Behälters aufgebracht ist.
Kennzeichnungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (4a, 4a', 4a", 13a) aus dem Innenschichtmaterial unmittelbar durch einen Gussprozess mit dem Transponder (11, 21) verbunden ist oder als vorgefertigter Behälter den Transponder aufnimmt.
Kennzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Sollbruchstelle (9, 10), an der der Befestigungsteil (8, 15, 15') wenigstens teilweise von den übrigen Bereichen der Kapsel (4, 4', 13, 13') abgebrochen werden kann.
Gussteil mit einem Kennzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verfahren zur Herstellung eines Kennzeichnungselementes nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transponder (11, 21) zuerst mit einem Innenschichtmaterial vollständig oder wenigstens teilweise umgeben und dieses darauf vollständig oder wenigstens teilweise mit einem Außenschichtmaterial umhüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Kapsel (4, 4', 13, 13', 28, 28') ein mit einem Aufnahmeteil zur Aufnahme eines Transponders (11, 21) einstückig verbundenes Befestigungsteil (8, 15, 15') ausgebildet wird, das aus dem Außenschichtmaterial oder aus dem Außenschichtmaterial und dem Innenschichtmaterial besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Kennzeichnungselementes nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Transponder (11, 21) in einem vorgeformten, verschließbaren Behälter (4a, 4a', 4a", 13a, 18a, 18b, 29a, 29b, 31) angeordnet wird, der eine Innenschicht bildet und der darauf von einer mit dieser stoffschlüssig verbundenen Außenschicht (4b, 4b', 13b, 22) ganz oder teilweise umgeben wird, wobei der Behälter wenigstens eine Öffnung und/oder einen Spalt aufweist, der von der Außenschicht vollständig überdeckt und verschlossen wird, wobei insbesondere ein bei der Kapsel vorgesehener Aufnahmeteil (7, 14, 14') von der Außenschicht vollständig abgedeckt und /oder insbesondere ein bei der Kapsel vorgesehener Befestigungsteil (8, 15, 15') von der Außenschicht freigelassen wird und wobei weiter insbesondere die Außenschicht auf den Behälter durch Umspritzen des Behälters aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Metallgussteils unter Verwendung eines Kennzeichnungselementes nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Kennzeichnungselement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 mit wenigstens einem Teil des Befestigungsteils (8, 15, 15') in eine Aufnahme (3, 17) einer Gussform (1) eingesteckt und dann mit dem Gussteil vergossen wird und dass darauf das Gussteil mit der Kapsel (4, 4', 13, 13') oder wenigstens mit dem Aufnahmeteil der Gussform (1) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil mit der Kapsel (4, 4', 13, 13') der Gussform (1) entnommen wird und dass darauf der Befestigungsteil (8, 15, 15') von dem Aufnahmeteil (7, 14, 14') abgetrennt und wiederverwertet wird.