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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Codeelements, eine mit einem Codeelement versehene Baugruppe sowie ein Verfahren zur Identifikation der Baugruppe, um die Echtheit der Baugruppe zu verifizieren.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 102 48 142 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines magnetisch abtastbaren Codeelements bekannt, bei der das Codeelement an einem Bauelement bzw. einer Baugruppe dadurch ausgebildet wird, dass das metallische Bauelement bzw. die Baugruppe mit einer Gefügeveränderung versehen wird, die die magnetische Leitfähigkeit gegenüber dem unbehandelten Bauelement bzw. der unbehandelten Baugruppe verändert. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das Codeelement integraler Bestandteil des Bauelements bzw. der Baugruppe selbst ist und nach dem Herstellen des Bauelements bzw. der Baugruppe erzeugt wird. Das soweit beschriebene Verfahren setzt voraus, dass das Bauelement bzw. die Baugruppe selbst aus einem ferromagnetischen Material besteht, um die magnetischen Eigenschaften ändern zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines magnetisch abtastbaren Codeelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es mit relativ geringem vorrichtungstechnischem Aufwand eine individuelle Herstellung von Codeelementen ermöglicht, wobei sich die Codeelemente darüber hinaus durch eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen. Daher lassen sich derartige Codeelemente insbesondere auch bei Baugruppen einsetzen, die beispielsweise so hohen Temperaturen ausgesetzt sind, die ansonsten zu einer Zerstörung bzw. Beschädigung des Codeelements führen können.
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Im Rahmen von Untersuchungen hat es sich herausgestellt, dass in einem austenitischen Metallschaum durch eine thermochemische Wärmebehandlung ein ferromagnetisches Gefüge realisierbar ist. Weiterhin zeichnen sich Metallschäume bzw. die Oberflächen der Metallschäume dadurch aus, dass sie aufgrund des Herstellprozesses individuelle Oberflächenstrukturen (Anordnung von offenporigen Bereichen mit individueller Form und Größe) aufweisen. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die in Art von Fingerabdrücken individuellen Oberflächen von Metallschäumen durch eine Magnetisierung zu codieren, die aufgrund der individuellen Oberflächen ebenfalls einzigartig ist.
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Vor diesem Hintergrund schlägt es die Lehre der Erfindung vor, das Codeelement durch Ausbildung eines abtastbaren ferromagnetischen Bereichs, insbesondere einer abtastbaren ferromagnetischen Schicht, durch eine thermochemische Behandlung an einem aus offenporigen, austenitischen Stahl bestehenden Metallschaum auszubilden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Zur Ausbildung der ferromagnetischen Schicht bzw. Bereichs an dem Metallschaum wird vorgeschlagen, dass die thermochemische Behandlung ein Nitrieren und/oder Nitrocarbonieren des Metallschaums bei einer Temperatur zwischen 400 °C und 600 °C umfasst. Eine derartige Behandlung führt zu einer Anreichung der Randschicht des Metallschaums mit Stickstoff bzw. mit Stickstoff und Kohlenstoff. Bei austenitischen Stählen kommt es dabei zur Ausbildung von sogenannten „expanded austenite“, d.h., eine um die eingelagerten Atome verzerrte kubisch flächenzentrierte Struktur, die ferromagnetisch ist.
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Um die Ausbildung des individuellen Codeelements zu beschleunigen und somit eine wirtschaftliche Herstellung von Codeelementen zu ermöglichen, genügt es, dass die ferromagnetische Schicht an der Randschicht des Metallschaums erzeugt wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine Baugruppe mit einem Codeelement, das nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Derartige Baugruppen können insbesondere sicherheitsrelevante Baugruppen in Maschinen oder ähnlichem sein, die mit Blick auf die Möglichkeit der Erkennung, ob die Baugruppe eine originale Baugruppe ist oder ein Nachbau, mit einem entsprechenden Codeelement versehen ist.
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Die Fälschungssicherheit bzw. die Möglichkeit eines Nachbaus derartiger Baugruppen kann dadurch erschwert werden, dass das Codeelement innerhalb der Baugruppe angeordnet bzw. von dem Material der Baugruppe umgeben ist. Weiterhin ermöglicht es eine derartige Anordnung, dass die Baugruppe von außen betrachtet eine homogene Oberfläche aufweist bzw. das Codeelement von außen nicht erkennbar ist. Dies kann ggf. mit Blick auf die zu erfüllenden (äußere) Funktionseigenschaften oder Medienbeständigkeit der Baugruppe von Vorteil sein.
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Um ein innerhalb der Baugruppe angeordnetes Codeelement besonders einfach und sicher auslesen zu können, ist es von Vorteil, wenn das Material der Baugruppe aus einem paramagnetischen Stahl besteht. Dadurch weist die Baugruppe gleichzeitig eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit, Festigkeit und Medienbeständigkeit z.B. gegen Säuren auf.
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Für die Herstellung einer derartigen Baugruppe gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Baugruppe ist es vorgesehen, dass diese als generatives Bauteil ausgebildet ist. Gemeint ist damit, dass die Herstellung der Baugruppe in einem generativen Herstellverfahren erfolgt. Beispielhaft seien 3D-Druckverfahren unter Verwendung von Metallpartikeln, die durch partielles Aufschmelzen und anschließendes Erstarren ein Bauteil ausbilden, genannt.
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Alternativ ist es auch denkbar, dass die Baugruppe in Form eines Sinterbauteils ausgebildet ist.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Identifikation einer mit einem Codeelement versehenen, soweit beschriebenen Baugruppe. Dieses Verfahren umfasst dabei zumindest folgende Schritte: Zunächst wird ein magnetisch abtastbares Codeelement auf die oben beschriebene erfindungsgemäße Art und Weise erzeugt. Anschließend werden die individuellen magnetischen Eigenschaften des Codeelements durch magnetische Abtastmittel erfasst und in einem Speichermedium abgespeichert. Bereits vor, oder aber nach dem Erfassen und Abspeichern der individuellen magnetischen Eigenschaften des Codeelements wird die Baugruppe durch Integration des Codeelements bzw. Verbinden des Codeelements mit der Baugruppe erzeugt. Zur späteren Verifikation, ob eine Baugruppe eine originale Baugruppe ist, d.h. von einem bestimmten Hersteller erzeugt wurde, oder aber es sich dabei um eine nachgemachte bzw. gefälschte Baugruppe handelt, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren darüber hinaus den Schritt des Erfassens der magnetischen Eigenschaften des Codeelements im Falle einer Verifikation der Baugruppe und ein Vergleichen der erfassten magnetischen Eigenschaften mit den im Speichermedium abgespeicherten magnetischen Eigenschaften von (originalen) Codeelementen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einen Schnitt durch einen Teilbereich eines metallischen Schaums,
- 2 eine mit ferromagnetischen Partikeln versehene Randschicht des Metallschaums gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung,
- 3 eine schematische Darstellung eines mit einem Codeelement versehenen Bauteils und
- 4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Herstellung eines erfindungsgemäßen Codeelements.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ausschnittsweise ein Metallschaum 1 im Schnitt dargestellt, der mittels an sich bekannter Technologien beispielsweise durch Expansion von in dem metallischen Grundmaterial in Form von Stahl eingebrachtem Gas hergestellt wurde. Alternativ ist es auch möglich, den Metallschaum 1 durch einen Sinterprozess oder durch Strangpressen zu erzeugen. Der Metallschaum 1 weist neben Gaseinschlüssen in seinem Inneren an seiner Oberfläche eine individuelle Struktur 2 mit Poren 3 aufgrund freigewordenen Gases auf, die bei der Herstellung des Metallschaums 1 entstehen. Wesentlich dabei ist, dass die Struktur 2, ähnlich wie bei einem Fingerabdruck, eine individuelle Struktur 2 des Metallschaums 1 ist, d.h., dass diese eine Unterscheidung unterschiedlicher Metallschäume 1 ermöglicht.
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Um die individuelle Struktur 2 als solche erfassbar zu machen, wird der Metallschaum 1 einer thermochemischen Behandlung unterzogen. Die thermochemische Behandlung führt dazu, dass die in der 1 erkennbare Randschicht 4 des Metallschaums 1 mit der individuellen Struktur 2 an ihrer Oberfläche, die in der 2 in größerem Maßstab dargestellt ist, magnetisch abtastbar ausgebildet wird. Dies erfolgt durch ein Nitrieren oder Nitrocarbonieren des Metallschaums 1 bei einer Temperatur zwischen 400 °C und 600 °C.
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Die thermochemische Behandlung hat zur Folge, dass das aus austenitischem Stahl bestehende Grundmaterial des Metallschaums 1 bzw. dessen Randschicht 4 ferromagnetisch wird und aufgrund der individuellen Struktur 2 ein ebenfalls individuelles Magnetfeld erzeugt. Dies ist aus der 2 durch die individuelle Anordnung bzw. Ausrichtung der ferromagnetischen Partikel 5 erkennbar. Das durch die Anordnung der ferromagnetischen Partikel 5 erzeugte Magnetfeld ist mittels einer in der 2 lediglich symbolisch dargestellten Abtasteinrichtung 8 auslesbar bzw. erkennbar.
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Aus dem Metallschaum 1 lassen sich durch geeignete Technologien (z.B. Sägen mittels Laserstrahleinrichtung) Codeelemente 10 in Plättchenform oder ähnliches erzeugen. Ein derartig entstandenes Codeelement 10 lässt sich gemäß der 3 in einer Baugruppe 100 anordnen.
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Die Baugruppe 100, die insbesondere aus einem paramagnetischen Stahl besteht, und die in der 3 lediglich symbolisch in Form eines Quaders dargestellt ist, zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass das Codeelement 10 im Innenraum der Baugruppe 100 angeordnet ist bzw. vom Material der Baugruppe 100 umgeben ist. Hierzu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Baugruppe 100 durch ein generatives Herstellverfahren, beispielsweise einem 3D-Druckverfahren oder ähnlichem, hergestellt wurde. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Baugruppe 100 in Form eines Sinterbauteils ausgebildet ist. Wesentlich dabei ist lediglich, dass es möglich ist, das Codeelement 10, auch wenn dieses integraler Bestandteil der Baugruppe 100 ist, mittels der Abtastmittel 8 zu erfassen bzw. auslesen zu können.
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Um verifizieren zu können, ob es sich bei einer Baugruppe 100 um eine Baugruppe 100 eines bestimmten Herstellers handelt, oder um ein nachgemachtes bzw. gefälschtes Produkt, ist es erforderlich, das Codeelement 10 mittels der Abtastmittel 8 auszulesen. Anschließend erfolgt ein Vergleich des ausgelesenen Codeelements 10 mit in einem Speichermedium 1000 abgespeicherten Codeelementen 10. Bei diesen, im Speichermedium 1000 abgespeicherten Codeelementen 10 handelt es sich um diejenigen Codeelemente 10, die vom Hersteller der Codeelemente 10 bzw. der Baugruppen 100 zur Identifikation von originalen Baugruppen 100 verwendet wurden.
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In der 4 sind die wesentlichen Schritte zum Herstellen einer mit einem Codeelement 10 versehenen Baugruppe 100 dargestellt. Dabei erfolgt in einem ersten Schritt 201 das Herstellen des Metallschaums 1 aus einem austenitischem Stahl. Anschließend erfolgt in einem Schritt 202 die Ausbildung der ferromagnetischen Randschicht 4 durch die oben beschriebene thermochemische Behandlung des Metallschaums 1. In einem dritten Schritt 203 werden aus dem Metallschaum 1 ein bzw. mehrere Codeelemente 10 erzeugt. In einem vierten Schritt 204 erfolgt das Auslesen bzw. Erfassen der Magnetfelder des bzw. der Codeelements/e 10 und das Abspeichern der erfassten Magnetfelder in dem Speichermedium 1000. In einem fünften Schritt 205 wird anschließend die Baugruppe 100 erzeugt, bei der das Codeelement 10 Bestandteil der Baugruppe 100 ist.
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Das soweit beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Codeelements 10 bzw. einer Baugruppe 100 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, das Magnetfeld des Codeelements 10 erst nach dem Herstellen der Baugruppe 100 mittels der Abtastmittel 8 zu erfassen bzw. abzuspeichern. Auch ist es denkbar, dass die Baugruppe 10 eine durch spanende Fertigungsverfahren hergestellte Baugruppe 100 ist oder als Gussbauteil ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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