EP3064293A1 - Gusskörper, verfahren zu seiner herstellung sowie giesswerkzeug zur herstellung des gusskörpers - Google Patents

Gusskörper, verfahren zu seiner herstellung sowie giesswerkzeug zur herstellung des gusskörpers Download PDF

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EP3064293A1
EP3064293A1 EP16158549.2A EP16158549A EP3064293A1 EP 3064293 A1 EP3064293 A1 EP 3064293A1 EP 16158549 A EP16158549 A EP 16158549A EP 3064293 A1 EP3064293 A1 EP 3064293A1
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EP
European Patent Office
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holding body
cast
casting
holding
cast body
Prior art date
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Granted
Application number
EP16158549.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3064293B1 (de
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Christoph Pille
Franz-Josef Wöstmann
Thomas Rahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/24—Accessories for locating and holding cores or inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C21/00—Flasks; Accessories therefor
    • B22C21/12—Accessories
    • B22C21/14—Accessories for reinforcing or securing moulding materials or cores, e.g. gaggers, chaplets, pins, bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/065—Cooling or heating equipment for moulds
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    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2218—Cooling or heating equipment for dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product

Definitions

  • the invention is in the field of mechanical engineering and deals there specifically with the production of components by casting in molds.
  • Such components are often produced in the same form several times, often in mass production. There are a variety of occasions that require distinguishing and identifying the individual castings during the manufacturing process and / or later use. By such measures, for example, the quality management is facilitated in the production, and in the use of the cast body, a lifetime management can be operated.
  • Measures are known to individualize the various castings during the manufacturing process. For this purpose, labeling elements that are individualized, introduced into a mold and to be potted with the cast body. It is also known the possibility to customize the shape of the molten metal during the casting process, for example by inserting different moldings in the mold. Furthermore, a cast body can also be individualized after the casting process by embossing, dyeing or other identification of the casting surface. Finally, labeling by means of stickers, laser processing or similar methods is also conceivable.
  • the DE 10 2008 024 906 B3 describes a method in which a variable device is provided in the mold, which can cause correspondingly different shapes in the casting.
  • a sheet-like code carrier is known, which is partly cast in a cast body and protrudes partly from the cast body with an individualized marked part.
  • thermal insulation layer can on the one hand hinder or delay the passage of thermal energy from the casting material to the marking element and on the other hand absorb even thermal energy.
  • the object is to provide a cast body and a method for its production and a casting tool, which allows the integration of an identification element in the casting, wherein the label element after integration is sufficiently easy to detect and during manufacture can be protected against excessive stress.
  • the solution thus relates concretely to a cast body with an identification element.
  • a holding body is also provided, which positions the identification element, at least partially cast into the casting material of the cast body and having an exposed cooling region, wherein the identification element and the holding body with respect to the material have different nature, wherein the holding body at least the identification element partially surrounds.
  • Such a configuration of the cast body makes it possible to effectively cool the holding body during the production process and thus also to protect the identification element from overheating by the liquid cast material. Due to the exposed cooling region, sufficient heat exchange between the holding body and the environment, for example an element of the casting tool, is possible in order to dissipate heat from the holding body. This can ensure that the marking element is cooled in such a way that limit temperatures at which it would sustainably be damaged are not reached during the casting process.
  • the exposed cooling area is the area of the holding body which is not directly in contact with the casting material and / or has a certain minimum distance to the casting material, which allows cooling by heat conduction and / or convection.
  • the holding body surrounds the marking element at least partially.
  • the holding body can then form a heat-conducting barrier and / or a heat sink in the areas in which it surrounds the marking element.
  • the marking element may also be surrounded by a sheath which is at least partially disposed between the holding element and the marking element, wherein the thermal conductivity of the material of the sheath may be smaller than the thermal conductivity of the material of the holding element.
  • the sheath may for example consist of a plastic or a ceramic.
  • An embodiment of the abovementioned solution can provide that at least the cooling region of the holding body (for cooling the identification element) protrudes from the casting material of the cast body.
  • the cooling region of the holding body may protrude beyond the contour of the cast body, for example, in such a way that it projects beyond all other regions of the cast body in one direction.
  • the holding body projects in a larger recess of the cast body over the immediately adjacent regions of the cast body, but is surmounted by other parts of the cast body. In any case, it makes sense that the cooling region of the holding body is accessible from outside the cast body so that it can be brought into heat-conducting contact with parts, for example, of the casting tool.
  • the marking element often consists of a material that differs from the material of the holding body.
  • the label element contains electronic components, while the holding body may consist of a homogeneous material.
  • the marking element may have a different maximum permissible temperature than the holding body.
  • the holding body itself can also be a carrier of the components of the marking element, so that these components and the holding carrier consist from the outset as an inseparable unit. It is thus possible (for example for identification elements that are designed as RFID) that the RFID and surrounding envelope are not two different components, but that the "envelope" z. B. also consists of a plastic and the electronic components of the RFID (ie at least a chip and an antenna) are embedded directly in this plastic.
  • the holding body has a cavity for receiving the marking element.
  • the identification element may be arranged wholly or partly in the cavity.
  • the marking element may at least partially rest against the wall of the cavity and be in contact with the holding body, but it may also be provided that the marking element is free and unpaved in the cavity and there is movable, so that it only selectively or partially Contact with the walls of the cavity has.
  • the marking element may be positioned, for example, with the interposition of elastic elements, for example embedded in a plastic foam, in the cavity of the holding body.
  • the cavity can be closed on all sides or open on one or more sides.
  • the identification element can also be fixed within a cavity of the holding element only by a narrow attachment bridge and connected to the holding element, which does not form a large thermal bridge to the holding element.
  • a narrow attachment bridge can be connected to the holding element, which does not form a large thermal bridge to the holding element.
  • the labeling element can be only to less than 50% or less than 10% of its Surface to be connected to the material of the holding element.
  • the identification element is on the one hand fixed, on the other hand sufficiently insulated from the holding element.
  • holding body and marking element are in a fixed and immovable spatial relationship to each other, ie in all translational and rotational degrees of freedom are related to each other ("may not wobble"). Alternatively, movements in certain degrees of freedom (translational or rotational) may be provided.
  • a further embodiment of the solution may provide that the identification element protrudes partially from the holding body.
  • the identification element is a transmitter or contains a transmitter or transponder or reflector, such as in the case of an RFID transponder, it may be useful to make it protrude from the holding body so that the transmission or reflection of electromagnetic waves possible is little handicapped.
  • the identification element may protrude at one end of the holding body from this, which is opposite to the cast into the cast body end of the holding body. This also makes it possible, for example, for the marking element to be brought into direct contact with the casting tool and / or a cooling device of the casting tool during the casting process.
  • the marking element can protrude, for example, from the exposed cooling area.
  • the marking element should be attached to the holding body or incorporated into it so that it is not readily exchangeable, especially not without an exchange can be subsequently detected.
  • the identification element can be glued to the holding body, for example, cast or pressed into it.
  • the holding body consist of a thermoplastic element with a cavity into which the identification element can be introduced, after which the holding body can be heated and closed by a stamping tool. The holding body can be melted or removed later for removal of the marking element; however, this is generally not possible without the removal or replacement of the tag later being apparent.
  • the holding body at least partially surrounds the marking element in the form of a coating.
  • the identification element can be pressed into the holding body, or the holding body may be applied as a coating on the marking element.
  • a further embodiment can provide that at least one channel is provided in a wall of the holding body, which is filled with electrically and / or thermally conductive casting material serving as an electrical conductor with at least one electrical connection of the holding body, a functional element provided in the holding body or the identification element in contact.
  • the channel is filled with an electrically and / or thermally conductive metal, which serves as an electrical and / or thermal conductor in the solidified state and an electrical connection contacted in or on the holding body.
  • an electrical unit which is provided on or in the holding body, for example, the identification element, are made functional only. For example, can be made by the potting contact with a power supply.
  • At least one channel remains free in the wall of the holding body. This can then serve for heat and / or gas exchange.
  • the holding body has a thermoelectric voltage generator.
  • a thermoelectric voltage generator can, for example, have a Peltier element and serve to supply power to the identification element or else to supply a data or energy store, an actuator or a measuring instrument / sensor which records and stores measured values during the manufacturing process and / or thereafter , As temperature, pressure, release agent residues, etc. This is later in the cast body a manufacturing, processing or component history queried.
  • thermoelectric voltage generator can be contacted by the casting with the casting material and brought into electrical contact with the measuring device and / or the marking element.
  • the resulting by the potting electrically conductive body in the channel or channels of the holding body can also be used for heat conduction in the course of operation of the thermoelectric generator.
  • the holding body has at least two releasably interconnected parts, of which at least one is poured into the casting material.
  • the two parts of the holding body form the partners of a threaded connection, of which one part is cast into the cast body, while the other part is screwed to the first part, but also detachable from it by unscrewing.
  • a screw and a bayonet connection is conceivable.
  • a releasable connection between the holding body and the cast body is formed by the potting and this connection is solvable only once and then can not be restored again to permanently mark a removal of the marking element.
  • a positive connection between the holding body and a recess in the cast body in releasable form for example, by a directly introduced into the cast body thread or a matching bayonet connection between the holding body and the cast body is formed.
  • a device that makes this separation process irreversibly visible in the separation of the two parts such as a seal.
  • a method for producing a cast body in which a holding body which is an identification element holds, coupled to a casting tool and then at least partially encapsulated with a casting material.
  • the coupling of the holding body to the casting tool allows effective cooling of the holding body and thus indirectly also of the marking element. Later, the holding body is removed with the cast body from the casting tool.
  • the holding body is first of all connected to an identification element (or alternatively the holding body and the identification element can also be provided as an already prefabricated unit, which is already finished, for example, by an external supplier), either by surrounding the identification element with the holding body in the form of a coating or is introduced into a cavity or a recess of the holding body. Then the holding body is brought into contact, for example, with a good heat-conducting region of the casting tool.
  • an identification element or alternatively the holding body and the identification element can also be provided as an already prefabricated unit, which is already finished, for example, by an external supplier
  • the holding body is brought into contact, for example, with a good heat-conducting region of the casting tool.
  • a fit between a recess of the casting tool in a conical shape to form Entformschrägen
  • the fit can be designed so that the holding body holds without further attachment in the recess of the casting tool.
  • the cooling of the casting tool can be active, for example by a coolant flow. Then the projecting out of the recess part of the holding body in the course of casting the cast body is encapsulated.
  • the marking element may be located during the casting process within the casting tool, but also within the holding body outside of the casting tool, provided that the heat dissipation through the holding body to the casting tool is sufficient.
  • a coupling device for coupling a holding body, which is in particular connected to a cooling device presented.
  • the coupling device has a receptacle with a recess for a holding body, wherein the Recess in particular has a Entformschräge.
  • the recess may, for example, form a negative shape of the exposed cooling region and absorb it partially or completely.
  • the receptacle is shaped, for example, such that a part of the holding body fits into it without gaps and therefore contacts as large as possible. This ensures good heat transfer. It can also be provided to improve the heat transfer and a pasty thermal mass in the coupling device. In order to achieve the best possible fit, combined with the possibility of easy removal after the casting process, a Entformschräge can be provided both at the receptacle and on the holding body with an angle in the order of preferably 1 ° to 3 °.
  • the holding body also positions the marking element with respect to its orientation with respect to the insertion direction of the holding body into the receptacle, so that the orientation of the holding body in the cast body should also be defined. It may be provided for this purpose, a shape coding of the recording in the casting mold.
  • a recess may be provided for the holding body, which fixes the orientation of the holding body when positioned in the recess and in particular permits rotations about fixed angular sizes.
  • the holding body can be provided as polygonal in cross-section, for example square or hexagonal body, which can be inserted only in finitely many mutually rotated positions in the receptacle of the casting tool and thus in the coupling device for cooling.
  • the orientation of the identification element positioned in the holding body is also defined, with the exception of a few variants. This can be particularly important if the marking element emits and / or reflects electromagnetic waves, so that the orientation of a transmitting / receiving antenna of the marking element is crucial for an effectiveness of the recognition of the cast body.
  • FIG. 1 schematically shows a holding body 1, which is cast in a cast body 2 made of metal.
  • a cavity 3 is provided, in which an identification element 4 is arranged.
  • the identification element 4 is positioned in the holding body 1 and can not be easily removed therefrom.
  • the marking element is not only roughly positioned, but also (ideally) "stable", ie, it can not wobble or move back and forth or slip. This can be done, for example, with the described cover or casing; Alternatively, it is also possible that the marking element and the holding body already exist as a prefabricated unit and with respect to all Translational and rotational degrees of freedom are related to each other.
  • the cast body can be identified individually and interrogated.
  • RFID radio frequency identification
  • another electronic element may be provided, which is identifiable in a suitable form from the outside, such as a coil with a defined inductance or a capacitor. It is also possible to install components as identification elements which can be contacted and identified from the outside by means of a plug connection in the holding body.
  • the type of identification element (the type of identification) is not fixed, so that identification means can also be provided in which the identification element is not read out by radio, but rather, for example, mechanically or optically; In these cases, the marking element may only be readable when the cover is opened (principle "fortune cookie”). This can also be detected an abuse, if destruction happens when breaking the envelope / the holding body.
  • Such labeling elements serve the recognition and tracking of castings, for example, to operate in the manufacturing process quality management or later to track the whereabouts of individual castings. It may also be useful to be able to reduce castings in use / in use to a specific manufacturing batch.
  • identification element 4 can not be readily removed and replaced, so that it unmistakably identifies the cast body. Such marking elements, once they have completed their task, can be removed and recycled, the removal being later identified.
  • FIG. 2 shows a cast body 2 with a casting tool 5.
  • the holding body 1 is inserted into a recess 5a of the casting tool 5 and is in close contact with the walls of the recess, which ensures good heat exchange with the casting tool 5.
  • a cooling device 6 with cooling coils 6a which run as close as possible to the receptacle for the holding body, and a cooling unit 6b is provided, which cools a cooling liquid and pumps through the cooling coils 6a.
  • the marking element 4 located in it is also effectively cooled.
  • the holding body and the recess 3 are arranged in the holding body such that the holding body 1 the interior of the recess 3 with respect to the heat input from the cast body 2 insulated or heat from the cast body 2 receives and that on the other hand, the heat can be easily dissipated to the casting tool 5 , Especially in the area in which the recess 3 and especially in this the marking element 4 is located.
  • optical marking on the holding body is preferably a barcode, DataMatrixCode or QR code or a plain text provided.
  • a coloring (for example, in green) or embossing of the holding body may be provided, for example with a logo or a brand name.
  • Another embodiment provides the embedding of special pigments in the holding body to serve as a proof of authenticity or plagiarism.
  • the information contained in the optical tag may be available redundantly or in addition to information that is available electronically or by radio.
  • the marking element 4 can be arranged within the recess 3 in the holding body 1, for example outside the contour of the cast body 2 or at least partially outside the contour of the cast body. However, the marking element 4 can also be provided within the contour of the cast body, if the heat introduced into the holding body 1 during the casting process can be effectively dissipated to the casting tool 5.
  • the contour of the casting 2 is based on the FIG. 2 completed by the dashed line 7.
  • the contour thus spans recesses such as the one in which the holding body 1 is inserted in the casting.
  • the identification element 4 can thus be permanently connected on the one hand to the cast body 2 by casting, so that it is difficult to remove together with the holding body 1, and at the same time the identification element 4 can protrude beyond the cast body 2, ie lie outside of the cast body, and thus thermally sufficient far from this.
  • the holding body should consist of a suitable material, for example of an insulating material which, depending on the selected casting method with a metallic melt, for example, withstands the high-acting temperatures at least for the duration of the casting process.
  • the material of the holding body should preferably be selected such that the energy consumption of the holding body is greater than the energy provided by the molten metal in order to ensure a thermal resistance upon contact with molten metal.
  • the holding body should be dimensioned such that neither acting by the molten metal pressure and / or temperature affect the intended by the holding body insulation effect. Depending on the selected material for the holding body is an intermediate energy consumption with effect of the phase transition as a thermal insulation effect possible.
  • thermoplastics and thermosets such as PA (polyamide), PPS (polyphenylene sulfide), PC (polycarbonate), liquid crystal polymer (LCP), POM (polyoxymethylene), PEEK (polyether ether ketone), PI (polyimide) or PAI (for example) are suitable for this purpose.
  • PA polyamide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PC polycarbonate
  • LCP liquid crystal polymer
  • POM polyoxymethylene
  • PEEK polyether ether ketone
  • PI polyimide
  • PAI for example
  • Polyamide-imide as well as vitreous and ceramic materials and Biopolymers and silicone-based materials.
  • the materials PEEK, PI, PAI and LCP can be provided with an additional fiber reinforcement and have excellent mechanical and thermal properties. They are therefore able to withstand particularly high flow rates and densification pressures of the molten metal in the die casting process.
  • the holding body can be produced both in a primary molding process, such as a casting process or a sintering process, as well as in a machining process.
  • the holding body After use with the cast body 2 and the connection with this in the casting process, the holding body has a first region in which it is in solid cohesive and / or non-positive and / or positive connection with the cast body 2, and a second region which is not is directly connected to the casting 2 and thus exposed.
  • the positioning and fixing of the holding body in the casting tool should be performed in a manner that allows a mold filling of the casting mold with molten metal and subsequent demolding of the casting even without an inserted holding body.
  • no complicated embodiment with slide technology should be necessary, but an embodiment in which the recess for the holding body permits demolding over a minimum draft angle of, for example, 1 °, is advantageous. Undercuts and parallel surfaces in the direction of shape without a draft angle should be avoided.
  • the holding body should hold in the recess self-locking in the casting mold, so that prevents the penetration of the molten metal into the recess in the casting over the dense conical seat in the recess and a coating of the holding body is avoided with the molten metal.
  • a metallic coating could provide a shield for a form electrically functioning identification element 4, which should be avoided.
  • the recess in the casting mold should be shaped to match the outer shape of the holding body 1. This technical aspect is relevant in order to ensure a possibly defined location and position of the marking element aligned with the geometry of the component as well as to a reading unit / antenna for the later functioning of the marking technology.
  • FIG. 3 For this purpose, different variants of cross sections of the holding body 1 and the recess from the plan view are shown.
  • the cross section 1a is circular and thus does not fix the position of the holding body with respect to the rotation about the insertion axis.
  • the plug-in axis is in FIG. 1 shown in dashed lines.
  • the cross sections 1b and 1c are rectangular or oval and allow by a twofold symmetry axis plugging in two mutually rotated by 180 ° positions.
  • the triangular cross-section 1d allows three plug-in positions by a threefold symmetry axis, while the cross-section 1e allows four mutually rotated by 90 ° plug positions.
  • the trapezoidal cross section 1f allows only a single plug position.
  • the cross sections shown are each for conical or pyramidal body, which are formed by forming the respective Entformschrägen or other, shallower cone angle.
  • the region 9 of the holding body 1, which is encapsulated by the molten metal of the cast body 2 may have various embodiments.
  • FIG. 4 three variants are shown, wherein the first variant 1g shows the continuation of a conical or pyramidal contour of the holding body in the first exposed area 8 as well as in the second introduced into the casting 2 area 9.
  • the embodiment 1h shows in the second cast into the casting 2 area 9 a microscopic or macroscopic roughening of the surface with undercuts.
  • the third variant 1i shows in the area 9 a cylindrical or cuboid contour with larger Undercuts 10, for example in the form of holes or grooves that can be designed, for example, circumferential.
  • FIG. 5 shows an identification element 4 in a recess 3 of a holding body 1, wherein the marking element 4 has a sheath 11.
  • the sheath 11 may be made of a dielectric material such as silicone, rubber, elastomer, thermoplastic, thermosetting plastic, ceramic or the like as a coating, tube, sheath or capsule and performs the function of a dielectric separating layer between the marking element 4 and the holding body 1.
  • the sheath 11 In addition, it can ensure that the identification element 4 does not lie with play in the cavity 3, but is preferably clamped there elastically.
  • the material of the sheath 11 may for example be formed as a porous material, in particular foam, to facilitate the clamping determination of the marking element 4 in the recess 3. Shocks of the marking element 4 are thus avoided or reduced, and also thermal expansion effects during the casting process by the temperature changes can be compensated by the sheath 11.
  • the marking element can already be embedded in it during the original shaping of the holding body, for example during casting, injection molding or sintering. It can also be provided that the cavity 3 is introduced into the holding body 1 after the original forming, for example by machining.
  • the identification element 4 can also be introduced into the cavity 3 after the initial shaping of the holding body, after which it is preferable to close it permanently and irreversibly. This can be done for example by a known joining technique such as gluing, welding or pressing.
  • FIG. 6 shows by way of example how an identification element 4 can be introduced into the cavity 3 of a holding body 1.
  • the identification element is introduced into a recess, and in the representation 13 is a heated die 14th pressed onto the opening of the holding body 1 such that it softens the material of the holding body, which may be a thermoplastic in this case, and partially liquefied and pressed and thus closes the recess around the marking element 4 around.
  • the representation 15 shows the embossing process, while the representation 16 shows the pressed holding body.
  • FIG. 7 shows a possible method for removing the holding body from the cavity 3 in the cast body 2.
  • the holding body 1 is located in the cavity in the casting 2, and the identification element 4 is positioned in the recess 3 of the holding body 1.
  • the holding body 1 is separated in the region of the contour 7 (shown in dashed lines) of the cast body 2.
  • the upper area 8 (cooling area) of the holding body 1 can then be removed, as a result of which the identification element 4 is also removed from the cast body 2.
  • the remaining area 9 of the holding body 1 in the recess of the cast body 2 can be deformed and removed later.
  • the identification element 4 can later be reused, for example.
  • the area 9 of the holding body 1 directly connected to the casting is connected to the area 8 exposed outside the cast body 2 by means of a plug-in, bayonet or screw connection or a similar releasable connection form.
  • a cast-in part of the holding body can be formed as a threaded sleeve 20a (see illustration 25) and cast into the cast body 2, while the other area of the holding body is screwed in there.
  • the cast body itself forms part of a releasable connection with the holding body, for example when the holding body has an external thread, which is encapsulated by the cast body, so that the cast body itself forms a thread from which the holding body are unscrewed can.
  • FIG. 8 shows a corresponding embodiment, wherein the representation 19 shows the insertion of a holding body 20 in a recess 21 of the casting tool 5.
  • the holding body 20 has in its later-encapsulated area 9 a thread 22 and is with its conical or pyramidal Area 8 in the recess 21 self-locking inserted.
  • the representation 23 shows the holding body after the sprue in the cast body 2, wherein the cast body by the casting process, the thread 22 of the holding body 20 images.
  • the representation 24 indicates the unscrewing of the holding body 20 from the cast body 2, while the representation 25 shows the cast body 2 without the holding body and with the remaining recess. In this way, it is possible that the holding body and the marking element are reusable.
  • the representation 25a shows the variant in which the holding body is formed in two parts, wherein a first part 20 with a sleeve 20a is screwed.
  • the sleeve 20a is cast in the cast body 2 and carries an internal thread.
  • the sleeve 20a can also carry a part of a bayonet closure, in which case the other part 20 of the sleeve carries the counterpart of the bayonet closure.
  • FIG. 9 shows an embodiment of a holding body with an identification element 4, which is shown plugged into the recess of a casting tool 5 in the left-hand illustration of the figure.
  • There are two channels 26, 27 are provided in the holding body 1, which are empty in the non-cast state and lead up to contacts of the marking element 4.
  • the corresponding terminal contacts terminate in the region of the channels 26, 27 and are connected via connecting lines with the marking element 4.
  • the holding body with channels after casting with the cast body 2 is shown.
  • the channels 26, 27 are filled there with the metallic casting material, so that the casting material with the contacts of the marking element 4 is in contact and this either contacted with each other or connects to another electrical unit.
  • FIG. 10 shows an identification element 4 in a holding body 1, which is irradiated by an antenna 28 from an RFID transmitter. Since the marking element 4 is still not active due to the lack of contact with the casting material, no corresponding response signal is returned by the marking element which is an RFID transponder.
  • FIG. 11 is the holding body 1 with the marking element FIG. 10 after casting with the casting 2 and thus shown in potted, contacted form. It becomes clear that the identification element has taken up its function there and responds to an irradiated signal with a reflected-back signal and thus has taken up its identification function.
  • thermoelectric generator itself is in FIG. 12 designated 29 and may, for example, contain a Peltier element.
  • the thermoelectric generator is arranged in the holding body 1 in addition to the marking element, which in the FIGS. 12, 13, 14 not shown separately.
  • thermoelectric generator TEG
  • the channels 31 and 32 are provided for cooling the TEG with the casting tool to form the "cold side". Accordingly, they should already be lined thermally conductive or potted / filled.
  • Channel 30 is filled with melt to contact the TEG and form the "hot side".
  • FIG. 13 it is shown that the holding body 1 is inserted into a recess of the casting tool 5, wherein the casting tool 5 has a cooling device which cools the holding body 1.
  • the cooling of the thermoelectric generator then happens on the one hand on the material of which the holding body 1 consists, and on the other hand on the filling of the channels 31, 32, which terminate in the region of the holding body 1, which after the casting remains free with the casting 2.
  • the filling of the channels 31, 32 may for example consist of a metal.
  • FIG. 14 shows the state of the holding body after the casting with the cast body 2, wherein at the same time the channel 30 is filled with a casting material.
  • the hot casting material heats the thermoelectric generator 29 at least from the side of the cast body 2.
  • the thermoelectric generator is cooled by the cooling device of the casting tool 5, so that a full power development of the thermoelectric generator can take place due to the temperature difference.
  • the casting of the channel 30 with the casting material may also cause the closing of a contact or the contacting of a terminal of the thermoelectric generator, wherein the corresponding contact projects into the channel 30.
  • thermoelectric generator 29 an aggregate, such as the marking element 4, operated, or even a measuring device that detects during the manufacturing process or even later when using the cast body 2 measurement data and stores in a memory device. In this way, even after the casting process temperature differences can be exploited on the thermoelectric generator to ensure a permanent power supply of such an aggregate in the holding body.
  • thermoelectric generator is protected from direct contact with the molten metal of the cast body 2 by an insulating layer, which moreover can also have an electrical insulating property.
  • a heat transfer from the molten metal to the thermoelectric generator can also be done by heat transfer through the holding body 1 itself, or by heat radiation or heat conduction by means of a heat conducting body which extends outside of the holding body and may be formed there, for example by solidification of the molten metal.
  • the channel 30 need not be exclusively filled with molten metal in certain embodiments to direct the heat to the TEG. He can partially or completely (like the other channels) filled with thermally conductive material (pre-).
  • a holding body 1 which receives an identification element 4 or alternatively a thermoelectric generator or a functional element for data and / or energy transfer in its interior and is also connected via a connection 33 with an additional functional element 29, for example, a sensor, an actuator , a microelectronic circuit, an energy storage, a data memory or a data logger, a control element or a likewise a thermoelectric generator can be.
  • an additional functional element for example, a sensor, an actuator , a microelectronic circuit, an energy storage, a data memory or a data logger, a control element or a likewise a thermoelectric generator can be.
  • This can be supplied, for example by the thermoelectric generator or the functional element for data and / or energy transmission with energy (alternatively by electrical, inductive or electromagnetic waves or fields).
  • signals can be emitted, for example, by means of the identification element, wherein the signals can also be measurement signals or data of the functional element 29 obtained in another way.
  • the transmission energy can originate, for example, from an additional energy store in the holding body 1 or be provided by a thermoelectric generator.
  • the functional element 29 can acquire measured data during the production and / or the subsequent post-processing of the cast body 2 and optionally buffer it in a data memory.
  • the measured data can be read in real time during data acquisition or subsequently from the data memory or sent independently.
  • the identification element 4 can also provide a technical device to ensure the energy transfer required for the operation of the sensor, for example by an inductive energy transfer.
  • FIG. 17 shows a further embodiment of a holding body with a plug connection, which has a first plug connection element 34 and a second plug connection element 35.
  • the holding body 1 has a socket, while a plug 35 can be inserted from the outside into the holding body 1.
  • the holding body 1 also has a functional element 29, which may be, for example, a sensor, actuator, thermoelectric generator or an identification element or may contain such and which is connected to the socket 34 for the transmission of data.
  • a memory device for storing data in the holding body 1 may be provided in addition to the functional element 29.
  • connection between the functional element 29 and the socket 34 for example, by casting a cavity in the holding body 1 during casting of the cast body 2 arise.
  • the identification element may be formed by the functional element 29 in conjunction with an element of the connector 34, 35.
  • the plug 35 is usually connected via a line 36 to a readout device, which may have a microcontroller and / or may consist of a data processing system.
  • FIG. 19 shows a cast body 2 with a cast-in this holding body 1, in which an identification element 4 is arranged.
  • the cast body is subjected to a thermal treatment after the actual casting process, which can last from a few minutes to hours.
  • a cooling cap 37 is provided which is adapted to the holding body with respect to its shape so that a good heat transfer between the cooling cap 37 and holding body 1 can take place.
  • the cooling cap can at least partially consist of a thermally well insulating material, such as. As airgel, or of a material with high specific heat capacity, such.
  • B. PCM ( Phase Change Material), through which a latent heat energy of a phase transition can be stored.
  • the various embodiments described should make it clear that by the holding body shown and described in connection with its positioning in a cast body and a corresponding arrangement of the marking element in the casting process, the label element largely before the influence of high melting temperatures can be protected without compromising the quality and distinctiveness of the label.
  • the casting process can be used to make certain contacts and to operate a thermoelectric generator during manufacture. It goes without saying that various aspects of the holding body presented here can be combined with each other in different variants.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gusskörper mit einem Kennzeichnungselement (4), und einem Haltekörper (1, 20), der das Kennzeichnungselement (4) positioniert, der wenigstens zum Teil in das Gussmaterial des Gusskörpers (2) eingegossen ist und einen freiliegenden Kühlbereich (8) aufweist, wobei das Kennzeichnungselement und der Haltekörper bezüglich des Materials verschiedene Beschaffenheit aufweisen und wobei der Haltekörper (1, 20) das Kennzeichnungselement wenigstens teilweise umgibt. Damit wird eine thermisch schonende Behandlung des Kennzeichnungselementes (4) während des Gussprozesses ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und befasst sich dort konkret mit der Herstellung von Bauteilen durch Gießen in Gussformen.
  • Derartige Bauteile werden oft in gleicher Form mehrfach, oft in Massenproduktion, hergestellt. Es gibt dabei eine Vielzahl von Anlässen, die es erfordern, die individuellen Gusskörper während des Herstellungsvorgangs und/oder bei einer späteren Verwendung unterscheiden und identifizieren zu können. Durch derartige Maßnahmen wird beispielsweise das Qualitätsmanagement in der Herstellung erleichtert, und bei der Verwendung der Gusskörper kann ein Lifetime-Management betrieben werden.
  • Es sind Maßnahmen bekannt, um die verschiedenen Gusskörper während des Herstellungsverfahrens zu individualisieren. Hierzu können Kennzeichnungselemente, die für sich individualisiert sind, in eine Gussform eingebracht und mit dem Gusskörper vergossen werden. Es ist auch die Möglichkeit bekannt, die Formgebung der Metallschmelze beim Gießprozess zu individualisieren, beispielsweise durch Einlegen von unterschiedlichen Formteilen in die Gussform. Weiterhin kann ein Gusskörper auch nach dem Gießvorgang durch Prägen, Färben oder sonstige Kennzeichnung der Gussteiloberfläche individualisiert werden. Letztlich ist auch eine Kennzeichnung durch Aufkleber, Laserbearbeitung oder ähnliche Methoden denkbar.
  • Vielfältige derartige Möglichkeiten sind auch aus der Patentliteratur schon bekannt. So ist aus der DE 199 25 674 A1 ein Verfahren zur Individualisierung der Gussformoberfläche bekannt, durch die eine individualisierte Abbildung an der Oberfläche des Gussteils erzeugt wird.
  • Die DE 10 2008 024 906 B3 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine veränderliche Vorrichtung in der Gießform vorgesehen ist, die entsprechend verschiedene Formgebungen im Gussteil hervorrufen kann.
  • Aus der DE 20 2008 018 295 U1 ist ein blechartiger Codeträger bekannt, der zum Teil in einen Gusskörper eingegossen ist und zum Teil aus dem Gusskörper mit einem individualisierten gekennzeichneten Teil herausragt.
  • Aus der EP 1645 350 B1 ist die Umkapselung eines RFID-Transponders mit einer thermischen Isolationsschicht vor dem Eingießen in ein Gussteil bekannt. Die Wärmeisolationsschicht kann dabei einerseits den Durchtritt thermischer Energie vom Gusswerkstoff zum Kennzeichnungselement behindern oder verzögern und andererseits selbst thermische Energie aufnehmen.
  • Beim Einbringen eines RFID-Transponders in ein Bauteil zur Bauteilkennzeichnung ist in der EP 2 025 433 B1 das Freilassen eines Spalts zwischen dem eingegossenen Transponder und der Gussteiloberfläche zur Bildung eines dielektrischen Spaltes bekannt. Ein solcher Spalt ist für die Ertüchtigung des RFID-Transponders zum Senden bzw. Reflektieren von Signalen notwendig, um Wirbelströme im Material des Gussteils zu unterbrechen und eine Ankopplung an eine Luftschnittstelle zu ermöglichen.
  • Vor dem Hintergrund des Standes der Technik stellt sich die Aufgabe, einen Gusskörper sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung und ein Gießwerkzeug zu schaffen, das die Integration eines Kennzeichnungselements in den Gusskörper ermöglicht, wobei das Kennzeichnungselement nach der Integration ausreichend einfach detektierbar ist und während der Herstellung vor übermäßiger Beanspruchung geschützt werden kann.
  • Die Aufgabe wird gemäß dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein weiterer Patentanspruch bezieht sich auf ein lösungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Gusskörpers. Weitere Patentansprüche geben konkrete Ausgestaltungen des Gießwerkzeugs an.
  • Die Lösung bezieht sich somit konkret auf einen Gusskörper mit einem Kennzeichnungselement. Bei einem derartigen Gusskörper ist zudem ein Haltekörper vorgesehen, der das Kennzeichnungselement positioniert, wenigstens zum Teil in das Gussmaterial des Gusskörpers eingegossen ist und einen freiliegenden Kühlbereich aufweist, wobei das Kennzeichnungselement und der Haltekörper bezüglich des Materials verschiedene Beschaffenheit aufweisen, wobei der Haltekörper das Kennzeichnungselement wenigstens teilweise umgibt. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des Haltekörpers mit verschiedenen Funktionalitäten, sowie verschiedene darin befindliche Funktionselemente (v.a. als Kennzeichnungselement) beschrieben.
  • Durch eine derartige Ausgestaltung des Gusskörpers ist es ermöglicht, beim Herstellungsvorgang den Haltekörper effektiv zu kühlen und damit auch das Kennzeichnungselement vor Überhitzung durch den flüssigen Gusswerkstoff zu schützen. Durch den freiliegenden Kühlbereich ist ein ausreichender Wärmeaustausch zwischen dem Haltekörper und der Umgebung, beispielsweise einem Element des Gießwerkzeugs, möglich, um Wärme vom Haltekörper abzuführen. Damit kann sichergestellt werden, dass das Kennzeichnungselement derart gekühlt wird, dass Grenztemperaturen, bei denen es nachhaltig beschädigt würde, während des Gießvorgangs nicht erreicht werden.
  • Der freiliegende Kühlbereich ist der Bereich des Haltekörpers, der nicht unmittelbar mit dem Gussmaterial in Kontakt steht und/oder einen gewissen Mindestabstand zum Gussmaterial aufweist, der eine Kühlung durch Wärmeleitung und/oder Konvektion ermöglicht.
  • Zum besonderen Schutz und zur Wärmeisolation des Kennzeichnungselements ist vorgesehen, dass der Haltekörper das Kennzeichnungselement wenigstens teilweise umgibt. Der Haltekörper kann dann in den Bereichen, in denen er das Kennzeichnungselement umgibt, eine Wärmeleitungsbarriere und/oder eine Wärmesenke bilden.
  • Das Kennzeichnungselement kann zudem von einer Ummantelung umgeben sein, die wenigstens teilweise zwischen dem Halteelement und dem Kennzeichnungselement angeordnet ist, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Materials der Ummantelung kleiner sein kann, als die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Halteelementes. Die Ummantelung kann beispielsweise aus einem Kunststoff oder einer Keramik bestehen.
  • Eine Ausgestaltung der oben genannten Lösung kann vorsehen, dass wenigstens der Kühlbereich des Haltekörpers (zur Kühlung des Kennzeichnungselements) aus dem Gussmaterial des Gusskörpers herausragt. Hierzu kann der Kühlbereich des Haltekörpers über die Kontur des Gusskörpers beispielsweise derart hinausragen, dass er über sämtliche anderen Bereiche des Gusskörpers in einer Richtung hinaussteht. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Haltekörper in einer größeren Ausnehmung des Gusskörpers über die unmittelbar benachbarten Bereiche des Gusskörpers hervorsteht, jedoch von anderen Teilen des Gusskörpers überragt wird. Jedenfalls ist es sinnvoll, dass der Kühlbereich des Haltekörpers so von außerhalb des Gusskörpers zugänglich ist, dass er mit Teilen beispielsweise des Gießwerkzeugs in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden kann.
  • Das Kennzeichnungselement besteht oft aus einem Material, das sich vom Material des Haltekörpers unterscheidet. Oft enthält das Kennzeichnungselement elektronische Komponenten, während der Haltekörper aus einem homogenen Material bestehen kann. Insbesondere kann das Kennzeichnungselement eine andere zulässige Höchsttemperatur haben als der Haltekörper.
  • Alternativ kann der Haltekörper selbst auch Träger der Komponenten des Kennzeichnungselements sein, so dass diese Komponenten und der Halteträger von vornherein als untrennbare Einheit bestehen. Es ist somit (beispielsweise für Kennzeichnungselemente, die als RFID ausgeführt sind) möglich, dass RFID und umgebende Hülle nicht zwei verschiedene Komponenten sind, sondern dass die "Hülle" z. B. auch aus einem Kunststoff besteht und die elektronischen Komponenten des RFID (also zumindest ein Chip und eine Antenne) direkt in diesen Kunststoff eingebettet sind.
  • Es kann zudem vorgesehen sein, dass der Haltekörper einen Hohlraum zur Aufnahme des Kennzeichnungselements aufweist. In diesem Fall kann das Kennzeichnungselement ganz oder teilweise in dem Hohlraum angeordnet sein. Das Kennzeichnungselement kann dabei wenigstens teilweise an der Wand des Hohlraums anliegen und in Kontakt mit dem Haltekörper stehen, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Kennzeichnungselement frei und unbefestigt in dem Hohlraum liegt und dort beweglich ist, so dass es nur punktuell bzw. teilweise Kontakt mit den Wänden des Hohlraums hat.
  • Das Kennzeichnungselement kann beispielsweise unter Zwischenlage von elastischen Elementen, beispielsweise in einen Kunststoffschaum eingebettet, in dem Hohlraum des Haltekörpers positioniert sein. Der Hohlraum kann allseitig geschlossen oder ein- oder mehrseitig offen sein.
  • Das Kennzeichnungselement kann auch in einer Ausgestaltung der Erfindung innerhalb eines Hohlraumes des Halteelementes nur durch eine schmale Befestigungsbrücke fixiert und mit dem Halteelement verbunden sein, die keine große Wärmebrücke zum Halteelement bildet Beispielsweise kann das Kennzeichnungselement nur auf weniger als 50% oder weniger als 10% seiner Oberfläche mit dem Material des Halteelementes verbunden sein. In diesem Fall ist das Kennzeichnungselement einerseits fixiert, andererseits ausreichend gegenüber dem Halteelement wärmeisoliert.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Haltekörper und Kennzeichnungselement in fester und unverrückbarer räumlicher Beziehung zueinander stehen, d. h. in allen Translations- und Drehfreiheitsgraden fest zueinander bezogen sind ("darf nicht wackeln"). Alternativ hierzu können auch Bewegungen in bestimmten Freiheitsgraden (translatorisch oder rotatorisch) vorgesehen sein.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Lösung kann vorsehen, dass das Kennzeichnungselement teilweise aus dem Haltekörper herausragt. Insbesondere dann, wenn das Kennzeichnungselement ein Sender ist oder einen Sender oder Transponder oder Reflektor enthält, wie beispielsweise im Fall eines RFID-Transponders, kann es sinnvoll sein, diesen aus dem Haltekörper derart herausragen zu lassen, dass das Senden oder Reflektieren von elektromagnetischen Wellen möglichst wenig behindert ist. Beispielsweise kann das Kennzeichnungselement an einem Ende des Haltekörpers aus diesem herausragen, das dem in den Gusskörper eingegossenen Ende des Haltekörpers entgegengesetzt ist. Dies ermöglicht beispielsweise auch, dass das Kennzeichnungselement während des Gießvorgangs mit dem Gießwerkzeug und/oder einer Kühleinrichtung des Gießwerkzeugs unmittelbar in Kontakt gebracht wird. Das Kennzeichnungselement kann beispielsweise aus dem freiliegenden Kühlbereich herausragen.
  • Das Kennzeichnungselement sollte an dem Haltekörper so befestigt sein oder in diesen eingelagert sein, dass es nicht ohne weiteres austauschbar ist, insbesondere nicht, ohne dass ein Austausch nachträglich festgestellt werden kann. Zu diesem Zweck kann das Kennzeichnungselement mit dem Haltekörper beispielsweise verklebt, in diesen eingegossen oder eingepresst sein. Beispielsweise kann der Haltekörper aus einem thermoplastischen Element mit einem Hohlraum bestehen, in den das Kennzeichnungselement eingebracht werden kann, wonach der Haltekörper durch ein Prägewerkzeug erwärmt und verschlossen werden kann. Der Haltekörper kann später zur Entnahme des Kennzeichnungselements aufgeschmolzen oder abgetrennt werden; jedoch ist dies im Allgemeinen nicht möglich, ohne dass die Entfernung oder ein Austausch des Kennzeichnungselements später erkennbar ist.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass der Haltekörper das Kennzeichnungselement in Form einer Beschichtung wenigstens teilweise umgibt. In diesem Fall kann das Kennzeichnungselement in den Haltekörper eingepresst sein, oder der Haltekörper kann als Beschichtung auf das Kennzeichnungselement aufgebracht sein.
  • Eine weitere Ausgestaltung kann vorsehen, dass wenigstens ein Kanal in einer Wand des Haltekörpers vorgesehen ist, der mit elektrisch und/oder thermisch leitendem Gussmaterial gefüllt ist, das als elektrischer Leiter mit wenigstens einem elektrischen Anschluss des Haltekörpers, eines im Haltekörper vorgesehenen Funktionselements oder des Kennzeichnungselements in Kontakt steht.
  • Es kann zum Zwecke dieser Ausgestaltung in dem Haltekörper vor dem Gießvorgang ein leerstehender Kanal oder mehrere leerstehende Kanäle vorgesehen sein, die im Zuge des Gießverfahrens mit dem Gusswerkstoff, oft einem Metall, vergossen werden. Dabei wird der Kanal mit einem elektrisch und/oder thermisch leitenden Metall gefüllt, das im erstarrten Zustand als elektrischer und/oder thermischer Leiter dient und einen elektrischen Anschluss im oder am Haltekörper kontaktiert. Mit einer solchen Kontaktierung kann ein elektrisches Aggregat, das am oder im Haltekörper vorgesehen ist, beispielsweise auch das Kennzeichnungselement, erst funktionsfähig gemacht werden. Beispielsweise kann durch den Verguss der Kontakt mit einer Spannungsversorgung hergestellt werden.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Kanal in der Wand des Haltekörpers frei bleibt. Dieser kann dann zum Wärme- und/oder Gasaustausch dienen.
  • Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass der Haltekörper einen thermoelektrischen Spannungsgenerator aufweist. Ein solcher thermoelektrischer Spannungsgenerator kann beispielsweise ein Peltier-Element aufweisen und zur Spannungsversorgung des Kennzeichnungselements oder auch zur Versorgung eines Daten- oder Energiespeichers, eines Aktors oder auch eines Messinstruments/Sensors dienen, das während des Herstellungsverfahrens und/oder danach Messwerte aufnimmt und abspeichert wie z. B. Temperatur, Druck, Trennmittelrückstände etc. Hierdurch ist später bei dem Gusskörper eine Herstellungs-, Bearbeitungs- oder Bauteilhistorie abfragbar.
  • Der thermoelektrische Spannungsgenerator kann durch den Verguss mit dem Gießwerkstoff kontaktiert und mit der Messeinrichtung und/oder dem Kennzeichnungselement in elektrischen Kontakt gebracht werden. Die durch den Verguss entstehenden elektrisch leitenden Körper in dem oder den Kanälen des Haltekörpers können auch zur Wärmeleitung im Zuge des Betriebs des thermoelektrischen Generators dienen.
  • Es kann im Rahmen der beschriebenen Lösung auch vorgesehen sein, dass der Haltekörper wenigstens zwei lösbar miteinander verbundene Teile aufweist, von denen wenigstens eines in das Gussmaterial eingegossen ist. Hierdurch ist das Befestigen des Haltekörpers im Gussmaterial möglich, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass ein Teil des Haltekörpers, an dem beispielsweise das Kennzeichnungselement befestigt ist, von einem weiteren, mit dem Gussmaterial verbundenen Teil des Haltekörpers trennbar ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die beiden Teile des Haltekörpers die Partner einer Gewindeverbindung bilden, von der ein Teil in den Gusskörper eingegossen ist, während der andere Teil mit dem ersten Teil verschraubt, von diesem jedoch durch Herausschrauben auch lösbar ist. Anstelle einer Schraubverbindung ist auch eine Bajonettverbindung denkbar. Zudem ist auch denkbar, dass eine lösbare Verbindung zwischen dem Haltekörper und dem Gusskörper durch das Vergießen gebildet wird und diese Verbindung nur einmal lösbar und danach nicht wieder herstellbar ist, um ein Entfernen des Kennzeichnungselements dauerhaft kenntlich zu machen.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Formschluss zwischen dem Haltekörper und einer Ausnehmung in dem Gusskörper in lösbarer Form, beispielsweise durch ein in den Gusskörper direkt eingebrachtes Gewinde oder eine passende Bajonettverbindung zwischen dem Haltekörper und dem Gusskörper, gebildet ist.
  • Es kann auch bei einem zweiteiligen Haltekörper eine Vorrichtung vorgesehen sein, die bei dem Trennen der beiden Teile diesen Trennvorgang irreversibel sichtbar macht, wie beispielsweise ein Siegel.
  • Als Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Gusskörpers angegeben, bei dem ein Haltekörper, der ein Kennzeichnungselement hält, an ein Gießwerkzeug gekoppelt und danach mit einem Gussmaterial wenigstens teilweise umgossen wird. Die Kopplung des Haltekörpers an das Gießwerkzeug erlaubt eine effektive Kühlung des Haltekörpers und damit indirekt auch des Kennzeichnungselements. Später wird der Haltekörper mit dem Gusskörper aus dem Gießwerkzeug entnommen.
  • Der Haltekörper wird dazu zunächst mit einem Kennzeichnungselement verbunden (oder alternativ können der Haltekörper und das Kennzeichnungselement auch als bereits vorgefertigte Einheit bereitgestellt werden, die beispielsweise von einem externen Zulieferer bereits fertig zugeliefert wird), indem entweder das Kennzeichnungselement mit dem Haltekörper in Form einer Beschichtung umgeben oder in einen Hohlraum oder eine Ausnehmung des Haltekörpers eingebracht wird. Darauf wird der Haltekörper beispielsweise mit einem gut wärmeleitenden Bereich des Gießwerkzeugs in Kontakt gebracht. Dazu kann eine Passung zwischen einer Ausnehmung des Gießwerkzeugs (in konischer Form, um Entformschrägen auszubilden) und dem Haltekörper gebildet sein. Die Passung kann so gestaltet sein, dass der Haltekörper ohne weitere Befestigung in der Ausnehmung des Gießwerkzeugs hält. Die Kühlung des Gießwerkzeugs kann aktiv, beispielsweise durch einen Kühlmittelfluss, erfolgen. Darauf wird der aus der Ausnehmung herausragende Teil des Haltekörpers im Zuge des Gießens des Gusskörpers mit umgossen. Das Kennzeichnungselement kann sich während des Gießvorgangs innerhalb des Gießwerkzeugs, jedoch auch innerhalb des Haltekörpers außerhalb des Gießwerkzeugs befinden, sofern die Wärmeabfuhr durch den Haltekörper zum Gießwerkzeug ausreicht.
  • Es wird zudem ein Gießwerkzeug zur Herstellung eines Gusskörpers der oben genannten Art mit einer Koppeleinrichtung zur Ankopplung eines Haltekörpers, die insbesondere mit einer Kühleinrichtung verbunden ist, vorgestellt. Mittels der Koppeleinrichtung, die üblicherweise einen Berührungskontakt zwischen dem Haltekörper und dem Gießwerkzeug mit ausreichender Kontaktfläche bietet, kann ein ausreichender Wärmeübergang zur effektiven Kühlung des Haltekörpers bereitgestellt werden.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Koppeleinrichtung eine Aufnahme mit einer Ausnehmung für einen Haltekörper aufweist, wobei die Ausnehmung insbesondere eine Entformschräge aufweist. Die Ausnehmung kann beispielsweise eine Negativ-Form des freiliegenden Kühlbereichs bilden und diesen teilweise oder vollständig aufnehmen.
  • Die Aufnahme ist beispielsweise so geformt, dass ein Teil des Haltekörpers spaltfrei in sie hineinpasst und damit möglichst großflächig kontaktiert. Damit ist ein guter Wärmeübergang gewährleistet. Es kann zudem zur Verbesserung des Wärmeübergangs auch eine pastöse Wärmeleitmasse in der Koppeleinrichtung vorgesehen sein. Um eine möglichst gute Passung, verbunden mit der Möglichkeit einer einfachen Entfernung nach dem Gießvorgang, zu erreichen, kann sowohl an der Aufnahme als auch am Haltekörper eine Entformschräge mit einem Winkel in der Größenordnung von vorzugsweise 1° bis 3° vorgesehen sein.
  • Vorteilhaft positioniert der Haltekörper das Kennzeichnungselement auch in Bezug auf seine Orientierung in Bezug auf die Einsteckrichtung des Haltekörpers in die Aufnahme, so dass auch die Orientierung des Haltekörpers im Gusskörper definiert sein sollte. Es kann zu diesem Zweck eine Formkodierung der Aufnahme im Gießwerkzeug vorgesehen sein.
  • Vorteilhaft kann eine Ausnehmung für den Haltekörper vorgesehen sein, die die Orientierung des Haltekörpers bei einer Positionierung in der Ausnehmung festlegt und dabei insbesondere Verdrehungen um feste Winkelgrößen zulässt. Beispielsweise kann der Haltekörper als im Querschnitt polygonaler, beispielsweise quadratischer oder hexagonaler Körper vorgesehen sein, der nur in endlich vielen, gegeneinander verdrehten Positionen in die Aufnahme des Gießwerkzeugs und damit in die Koppeleinrichtung zur Kühlung einführbar ist. Damit ist auch bis auf wenige Varianten die Orientierung des in dem Haltekörper positionierten Kennzeichnungselements festgelegt. Dies kann besonders dann wichtig sein, wenn das Kennzeichnungselement elektromagnetische Wellen aussendet und/oder reflektiert, so dass die Ausrichtung einer Sende-/Empfangsantenne des Kennzeichnungselements für eine Effektivität der Erkennung des Gusskörpers ausschlaggebend ist.
  • Im Folgenden wird die beschriebene Lösung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt
    • Fig. 1
    schematisch einen Gusskörper mit einem Haltekörper und einem Kennzeichnungselement,
    Fig. 2
    einen Gusskörper mit Haltekörper und Kennzeichnungselement in Verbindung mit einem Gießwerkzeug,
    Fig. 3
    verschiedene Querschnittsformen von Haltekörpern,
    Fig. 4
    verschiedene Varianten der Formgebung zur Verankerung von Haltekörpern im Gusskörper,
    Fig. 5
    schematisch die Darstellung eines Kennzeichnungselements im Hohlraum eines Haltekörpers,
    Fig. 6
    verschiedene Stadien beim Einbringen eines Kennzeichnungselements in den Hohlraum eines Haltekörpers mit anschließendem Verschließen des Haltekörpers, insbesondere durch Stopfen oder Verschmelzen mit heißem Stempel,
    Fig. 7
    verschiedene Stadien beim Öffnen eines mit dem Gussteil verbundenen Haltekörpers, um das Kennzeichnungselement aus dem Haltekörper zu entfernen ,
    Fig. 8
    das Einbringen des Haltekörpers in das Gießwerkzeug und die spätere Entnahme eines lösbar mit einem Gusskörper verbundenen Haltekörpers, insbesondere durch Schraubgewinde oder Klemmverbindung,
    Fig. 9
    den Verguss von hohlen Kanälen in einem Haltekörper zur Herstellung einer leitenden Verbindung des im Haltekörper befindlichen Funktionselementes, insbesondere eines Kennzeichnungselementes, Sensor oder thermoelektrischer Generator,
    Fig. 10
    die Situation eines nicht kontaktierten Funktionselementes in einem Haltekörper vor dem Verguss,
    Fig. 11
    eine Konstellation ähnlich der aus Figur 10 nach dem Verguss mit einer Kontaktierung des Funktionselementes im Haltekörper durch den Gießwerkstoff,
    Fig. 12
    einen Haltekörper mit einem thermoelektrischen Generator, leitenden Verbindungen, Kanal zur Kontaktierung des thermoelektrischen Generators mit Metallschmelze und ggf. weiteres Funktionselement,
    Fig. 13
    einen Haltekörper aus Figur 12 nach dem Einsatz in ein Gießwerkzeug,
    Fig. 14
    den Haltekörper aus Figur 12 nach dem Verguss,
    Fign. 15, 16
    die Funktionsweise eines Haltekörpers mit einem integrierten Aggregat vor und nach dem Kontaktieren durch einen Verguss,
    Fign. 17, 18
    einen Haltekörper mit einer integrierten Steckverbindung sowie
    Fig. 19
    einen Gusskörper mit einem Haltekörper und einem Kühlaufsatz.
  • Figur 1 zeigt schematisch einen Haltekörper 1, der in einen Gusskörper 2 aus Metall eingegossen ist. In dem Haltekörper 1 ist ein Hohlraum 3 vorgesehen, in dem ein Kennzeichnungselement 4 angeordnet ist. Das Kennzeichnungselement 4 ist in dem Haltekörper 1 positioniert und aus diesem nicht ohne weiteres entnehmbar. Vorliegend ist das Kennzeichnungselement nicht nur grob positioniert, sondern darüber hinaus auch (idealerweise) "lagefest", d. h., es kann nicht wackeln oder hin- und her- bzw. verrutschen. Dies kann beispielsweise mit der beschriebenen Zusatzhülle oder Ummantelung geschehen; alternativ ist es aber auch möglich, dass das Kennzeichnungselement und der Haltekörper bereits als vorgefertigte Einheit vorliegen und bezüglich sämtlicher Translations- und Rotationsfreiheitsgrade lagefest aufeinander bezogen sind.
  • Durch das Kennzeichnungselement kann der Gusskörper individualisiert und abfragbar gekennzeichnet werden. Eine solche Kennzeichnung kann beispielsweise als Kennzeichnungselement 4 ein RFID-Element (RFID = radio frequency identification) aufweisen, das kontaktlos elektronisch mittels elektromagnetischer Wellen abfragbar und identifizierbar ist. Anstelle eines RFID-Transponders kann beispielsweise auch ein anderes elektronisches Element vorgesehen sein, das in geeigneter Form von außen identifizierbar ist, wie beispielsweise eine Spule mit definierter Induktivität oder ein Kondensator. Es können auch Bauteile als Kennzeichnungselemente verbaut sein, die mittels einer Steckverbindung im Haltekörper von außen kontaktierbar und identifizierbar sind.
  • Grundsätzlich ist die Art des Kennzeichnungselements (die Art der Identifikation) nicht festgelegt, so dass auch Identifikationsmittel vorgesehen sein können, bei denen nicht durch Funk das Kennzeichnungselement ausgelesen wird, sondern beispielsweise auf mechanische bzw. optische Weise; in diesen Fällen ist das Kennzeichnungselement unter Umständen erst auslesbar, wenn die Hülle geöffnet wird (Prinzip "Glückskeks"). Hiermit kann auch ein Missbrauch detektiert werden, falls Zerstörungen beim Aufbrechen der Hülle / des Haltekörpers geschehen.
  • Derartige Kennzeichnungselemente dienen der Wiedererkennung und Nachverfolgung von Gusskörpern, um beispielsweise im Herstellungsprozess Qualitätsmanagement zu betreiben oder später den Verbleib einzelner Gusskörper nachverfolgen zu können. Es kann auch sinnvoll sein, im Gebrauch / in der Anwendung befindliche Gusskörper auf eine bestimmte Herstellungscharge zurückführen zu können.
  • Wichtig ist, dass das Kennzeichnungselement 4 nicht ohne weiteres entnommen und ausgetauscht werden kann, so dass es den Gusskörper unverwechselbar kennzeichnet. Derartige Kennzeichnungselemente können, nachdem sie ihre Aufgabe erfüllt haben, entnommen und recycelt werden, wobei die Entnahme später erkennbar ist.
  • Figur 2 zeigt einen Gusskörper 2 mit einem Gießwerkzeug 5. Der Haltekörper 1 ist in eine Ausnehmung 5a des Gießwerkzeugs 5 eingebracht und steht mit den Wänden der Ausnehmung in einem engen Kontakt, der einen guten Wärmeaustausch mit dem Gießwerkzeug 5 gewährleistet. Innerhalb des Gießwerkzeugs 5 ist eine Kühleinrichtung 6 mit Kühlschlangen 6a, die möglichst nah an der Aufnahme für den Haltekörper verlaufen, sowie einem Kühlaggregat 6b vorgesehen, das eine Kühlflüssigkeit kühlt und durch die Kühlschlangen 6a pumpt.
  • Durch die Kühlung des Haltekörpers 1 wird auch das in diesem befindliche Kennzeichnungselement 4 effektiv gekühlt. Zu diesem Zweck sind der Haltekörper sowie die Ausnehmung 3 im Haltekörper derart angeordnet, dass der Haltekörper 1 das Innere der Ausnehmung 3 gegenüber dem Wärmeeintrag vom Gusskörper 2 isoliert bzw. Wärme vom Gusskörper 2 aufnimmt und dass andererseits die Wärme leicht zum Gießwerkzeug 5 abgeführt werden kann, insbesondere in dem Bereich, in dem sich die Ausnehmung 3 und speziell in dieser das Kennzeichnungselement 4 befindet.
  • Es kann vorgesehen sein, zusätzlich zu dem beschriebenen Kennzeichnungselement 4 noch weitere Kennzeichnungen anderer Art in dem Haltekörper anzubringen, die redundant oder komplementär zur Kennzeichnung durch das Kennzeichnungselement 4 funktionieren. Als optische Kennzeichnung auf dem Haltekörper ist vorzugsweise ein Barcode, DataMatrixCode oder QR-Code oder eine Klarschrift vorzusehen. Dazu kann beispielsweise auch zusätzlich eine Einfärbung (beispielsweise in grün) oder Prägung des Haltekörpers vorgesehen sein, z.B. mit einem Logo oder einer Markenbezeichnung. Eine weitere Ausführungsform bietet die Einbettung spezieller Pigmente in den Haltekörper, um als Echtheitsnachweis bzw. Plagiatschutz zu dienen. Die Information, die in der optischen Kennzeichnung enthalten ist, kann redundant oder ergänzend zu einer auf elektronischem Wege oder funktechnisch verfügbaren Information zur Verfügung stehen. Vorteilhaft hieran ist, dass für jeden Betrachter auch der Markenschutz (d. h. Herkunftshinweis) auf den Erfinder bzw. Patentinhaber der Technologie des Kennzeichnungselements sichtbar ist.
  • Das Kennzeichnungselement 4 kann innerhalb der Ausnehmung 3 im Haltekörper 1 beispielsweise außerhalb der Kontur des Gusskörpers 2 oder wenigstens teilweise außerhalb der Kontur des Gusskörpers angeordnet sein. Das Kennzeichnungselement 4 kann jedoch auch innerhalb der Kontur des Gusskörpers vorgesehen sein, wenn die beim Gießvorgang in den Haltekörper 1 eingetragene Wärme effektiv zum Gießwerkzeug 5 abgeführt werden kann.
  • Die Kontur des Gusskörpers 2 ist anhand der Figur 2 durch die gestrichelte Linie 7 vervollständigt. Die Kontur überspannt somit Ausnehmungen wie beispielsweise diejenige, in der der Haltekörper 1 im Gussteil steckt.
  • Das Kennzeichnungselement 4 kann somit einerseits gießtechnisch mit dem Gusskörper 2 dauerhaft verbunden werden, so dass es mitsamt dem Haltekörper 1 nur schwer zu entfernen ist, und gleichzeitig kann das Kennzeichnungselement 4 über den Gusskörper 2 hinausragen, also außerhalb des Gusskörpers liegen, und damit thermisch ausreichend weit von diesem entfernt.
  • Der Haltekörper sollte aus einem passenden Material bestehen, beispielsweise aus einem Isolationsmaterial, das in Abhängigkeit vom gewählten Gussverfahren mit einer beispielsweise metallischen Schmelze den hohen wirkenden Temperaturen zumindest für die Dauer des Gussverfahrens widersteht. Das Material des Haltekörpers sollte vorzugsweise zur Gewährleistung einer thermischen Widerstandsfähigkeit bei Kontakt mit Metallschmelze derart gewählt sein, dass die Energieaufnahme des Haltekörpers größer ist als die von der Metallschmelze bereitgestellt Energie. Der Haltekörper soll derart dimensioniert sein, dass weder durch die Metallschmelze wirkender Druck und/oder Temperatur die durch den Haltekörper bezweckte Isolationswirkung beeinträchtigen. Abhängig vom gewählten Material für den Haltekörper ist eine zwischenzeitliche Energieaufnahme mit Effekt des Phasenübergangs als thermische Isolationswirkung möglich.
  • Beispielsweise eignen sich für diesen Zweck Thermoplaste und Duromere, wie PA (Polyamid), PPS (Polyphenylensulfid), PC (Polycarbonat), LCP (liquid crystal polymer), POM (Polyoxymethylen), PEEK (Polyetheretherketon), PI (Polyimid) oder PAI (Polyamidimid) sowie glasartige und keramische Werkstoffe und Biopolymere und silikonbasierte Materialien. Insbesondere die Werkstoffe PEEK, PI, PAI und LCP können mit einer zusätzlichen Faserverstärkung versehen sein und weisen ausgezeichnete mechanische und thermische Eigenschaften auf. Sie können somit besonders gut hohen Fließgeschwindigkeiten und Nachverdichtungsdrücken der Metallschmelze im Druckgießverfahren widerstehen.
  • Der Haltekörper kann sowohl in einem Urformverfahren, wie beispielsweise einem Gießverfahren oder einem Sinterprozess, als auch in einem spanenden Verfahren hergestellt sein.
  • Nach der Verwendung mit dem Gusskörper 2 und der Verbindung mit diesem im Gießverfahren weist der Haltekörper einen ersten Bereich auf, in dem er mit dem Gusskörper 2 in festem stoffschlüssigem und/oder kraftschlüssigem und/oder formschlüssigem Verbund steht, sowie einen zweiten Bereich, der nicht mit dem Gusskörper 2 unmittelbar verbunden ist und damit freiliegt.
  • Die Positionierung und Fixierung des Haltekörpers im Gießwerkzeug sollte in einer Weise ausgeführt sein, die eine Formfüllung des Gießwerkzeugs mit Metallschmelze und anschließende Entformung des Gussteils auch ohne einen eingesteckten Haltekörper ermöglicht. Hierzu sollte keine aufwendige Ausführungsform mit Schiebertechnik notwendig sein, sondern vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Ausnehmung für den Haltekörper eine Entformung über eine Mindestausformschräge von beispielsweise 1° erlaubt. Hinterschneidungen und in Ausformrichtung parallele Flächen ohne eine Entformungsschräge sollten dabei vermieden werden.
  • Es sollte die Ausnehmung im Gießwerkzeug für den Haltekörper eine Ausformschräge aufweisen, die zur Selbsthemmung führt, so dass das Herausfallen eines in das Gießwerkzeug eingesteckten Haltekörpers verhindert wird. Eine derartige Ausformschräge kann vorzugsweise zwischen 1° und 3° betragen. Der Haltekörper sollte in der Ausnehmung selbsthemmend im Gießwerkzeug halten, so dass über den dichten Kegelsitz in der Ausnehmung auch das Eindringen der Metallschmelze in die Ausnehmung im Gießwerkzeug verhindert und ein Überzug des Haltekörpers mit der Metallschmelze vermieden wird. Ein solcher metallischer Überzug könnte eine Abschirmung für ein elektrisch funktionierendes Kennzeichnungselement 4 bilden, die vermieden werden sollte.
  • Um den Bereich 8 des Haltekörpers, der in das Gießwerkzeug eingesteckt wird, bezüglich seiner Anordnung und Orientierung festzulegen, sollte die Ausnehmung im Gießwerkzeug passend zur äußeren Form des Haltekörpers 1 formkodiert sein. Dieser technische Aspekt ist relevant, um für die spätere Funktionsfähigkeit der Kennzeichnungstechnologie eine ggf. definierte Orts- und Lageposition des Kennzeichnungselementes ausgerichtet zu der Geometrie des Bauteils sowie zu einer Leseeinheit / Antenne zu gewährleisten.
  • In Figur 3 sind hierzu verschiedene Varianten von Querschnitten des Haltekörpers 1 und der Ausnehmung aus der Draufsicht gezeigt. Der Querschnitt 1a ist kreisförmig und legt damit die Position des Haltekörpers bezüglich der Drehung um die Einsteckachse nicht fest. Die Einsteckachse ist in Figur 1 gestrichelt dargestellt. Die Querschnitte 1b und 1c sind rechteckig bzw. oval und lassen durch eine zweizählige Symmetrieachse das Einstecken in zwei gegeneinander um 180° verdrehten Positionen zu. Der dreieckige Querschnitt 1d lässt drei Steckpositionen durch eine dreizählige Symmetrieachse zu, während der Querschnitt 1e vier gegeneinander um 90° verdrehte Steckpositionen zulässt. Der trapezförmige Querschnitt 1f lässt hingegen nur eine einzige Steckposition zu.
  • In drei Dimensionen vervollständigt stehen die gezeigten Querschnitte jeweils für kegel- bzw. pyramidenartige Körper, die durch Ausbildung der jeweiligen Entformschrägen oder auch andere, flachere Kegelwinkel gebildet sind.
  • Auch der Bereich 9 des Haltekörpers 1, der von der Metallschmelze des Gusskörpers 2 umgossen wird, kann verschiedene Ausführungsformen aufweisen. In Figur 4 sind drei Varianten gezeigt, wobei die erste Variante 1g die Fortsetzung einer kegel- bzw. pyramidenförmigen Kontur des Haltekörpers im ersten freiliegenden Bereich 8 ebenso wie im zweiten in das Gussteil 2 eingebrachten Bereich 9 zeigt. Die Ausführungsform 1h zeigt im zweiten in das Gussteil 2 eingegossenen Bereich 9 eine mikroskopische oder makroskopische Aufrauung der Oberfläche mit Hinterschneidungen. Die dritte Variante 1i zeigt im Bereich 9 eine zylindrische oder quaderförmige Kontur mit größeren Hinterschneidungen 10, beispielsweise in Form von Bohrungen oder Nuten, die beispielsweise auch umlaufend gestaltet sein können.
  • Durch die gezeigten Varianten wird eine feste Halterung des Haltekörpers im Gusskörper 2 gewährleistet.
  • Figur 5 zeigt ein Kennzeichnungselement 4 in einer Ausnehmung 3 eines Haltekörpers 1, wobei das Kennzeichnungselement 4 eine Ummantelung 11 aufweist. Die Ummantelung 11 kann als Überzug, Schlauch, Hülle oder Kapsel aus einem dielektrischen Material wie Silikon, Gummi, Elastomer, Thermoplast, Duroplast, Keramik oder Ähnlichem bestehen und übernimmt die Funktion einer dielektrischen Trennschicht zwischen dem Kennzeichnungselement 4 und dem Haltekörper 1. Die Ummantelung 11 kann zudem dafür sorgen, dass das Kennzeichnungselement 4 nicht mit Spiel in dem Hohlraum 3 liegt, sondern dort vorzugsweise elastisch eingeklemmt wird. Das Material der Ummantelung 11 kann beispielsweise auch als poröser Stoff, insbesondere Schaumstoff, ausgebildet sein, um die klemmende Festlegung des Kennzeichnungselements 4 in der Ausnehmung 3 zu erleichtern. Erschütterungen des Kennzeichnungselements 4 werden somit vermieden oder verringert, und auch Wärmeausdehnungseffekte während des Gießvorgangs durch die Temperaturänderungen können durch die Ummantelung 11 ausgeglichen werden.
  • Das Kennzeichnungselement kann bereits während der urformenden Herstellung des Haltekörpers in diesen eingebettet werden, beispielsweise beim Gießen, Spritzgießen oder Sintern. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Hohlraum 3 in den Haltekörper 1 nach der urformenden Herstellung eingebracht wird, beispielsweise durch spanende Bearbeitung. Das Kennzeichnungselement 4 kann auch nach der Urformung des Haltekörpers in dessen Hohlraum 3 eingebracht werden, wonach dieser vorzugsweise dauerhaft und irreversibel zu verschließen ist. Dies kann beispielsweise durch eine bekannte Fügetechnik wie Verkleben, Verschweißen oder Verpressen geschehen.
  • Anhand der Figur 6 wird beispielhaft gezeigt, wie ein Kennzeichnungselement 4 in den Hohlraum 3 eines Haltekörpers 1 eingebracht werden kann. In der Darstellung 12 ist das Kennzeichnungselement in eine Ausnehmung eingebracht, und in der Darstellung 13 wird ein erhitzter Prägestempel 14 derart auf die Öffnung des Haltekörpers 1 gedrückt, dass er das Material des Haltekörpers, das in diesem Fall beispielsweise ein Thermoplast sein kann, erweicht und teilweise verflüssigt sowie verpresst und damit die Ausnehmung um das Kennzeichnungselement 4 herum schließt. Die Darstellung 15 zeigt den Prägevorgang, während die Darstellung 16 den verpressten Haltekörper zeigt.
  • Figur 7 zeigt ein mögliches Verfahren zum Entfernen des Haltekörpers aus dem Hohlraum 3 im Gusskörper 2. In der obersten Darstellung 17 befindet sich der Haltekörper 1 im Hohlraum im Gussteil 2, und das Kennzeichnungselement 4 ist in der Ausnehmung 3 des Haltekörpers 1 positioniert. Entsprechend der Darstellung 18 wird der Haltekörper 1 im Bereich der Kontur 7 (gestrichelt dargestellt) des Gusskörpers 2 abgetrennt. Der obere Bereich 8 (Kühlbereich) des Haltekörpers 1 kann dann entfernt werden, wodurch auch das Kennzeichnungselement 4 von dem Gusskörper 2 entfernt wird. Auch der verbleibende Bereich 9 des Haltekörpers 1 in der Ausnehmung des Gusskörpers 2 kann später verformt und entfernt werden. Das Kennzeichnungselement 4 kann später beispielsweise wiederverwendet werden.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass der mit dem Gussteil unmittelbar verbundene Bereich 9 des Haltekörpers 1 mit dem außerhalb des Gusskörpers 2 freiliegenden Bereich 8 mittels einer Steck-, Bajonett- oder Schraubverbindung oder einer ähnlichen lösbaren Verbindungsform verbunden ist. Es kann beispielsweise ein eingegossener Teil des Haltekörpers als Gewindehülse 20a (vgl. Darstellung 25) ausgebildet und in den Gusskörper 2 eingegossen werden, während der andere Bereich des Haltekörpers dort eingeschraubt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Gusskörper selbst einen Teil einer lösbaren Verbindung mit dem Haltekörper bildet, beispielsweise wenn der Haltekörper ein Außengewinde aufweist, das von dem Gusskörper umgossen wird, so dass der Gusskörper selbst ein Gewinde bildet, aus dem der Haltekörper herausgedreht werden kann.
  • Figur 8 zeigt eine entsprechende Ausführungsform, wobei die Darstellung 19 das Einstecken eines Haltekörpers 20 in eine Ausnehmung 21 des Gießwerkzeugs 5 zeigt. Der Haltekörper 20 weist in seinem später umgossenen Bereich 9 ein Gewinde 22 auf und ist mit seinem kegel- oder pyramidenförmigen Bereich 8 in die Ausnehmung 21 selbsthemmend einsteckbar. Die Darstellung 23 zeigt den Haltekörper nach dem Einguss in den Gusskörper 2, wobei der Gusskörper durch den Gießvorgang das Gewinde 22 des Haltekörpers 20 abbildet. Die Darstellung 24 deutet das Herausdrehen des Haltekörpers 20 aus dem Gusskörper 2 an, während die Darstellung 25 den Gusskörper 2 ohne den Haltekörper und mit der verbleibenden Ausnehmung zeigt. Auf diese Weise ist es ermöglicht, dass der Haltekörper und das Kennzeichnungselement wiederverwendbar sind.
  • Die Darstellung 25a zeigt die Variante, in der der Haltekörper zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein erster Teil 20 mit einer Hülse 20a verschraubbar ist. Die Hülse 20a ist in den Gusskörper 2 eingegossen und trägt ein Innengewinde. Alternativ kann die Hülse 20a auch einen Teil eines Bajonettverschlusses tragen, wobei dann der andere Teil 20 der Hülse den Gegenpart des Bajonettverschlusses trägt.
  • Figur 9 zeigt eine Ausführung eines Haltekörpers mit einem Kennzeichnungselement 4, das in der linken Darstellung der Figur in eine Ausnehmung eines Gießwerkzeugs 5 eingesteckt dargestellt ist. Es sind in dem Haltekörper 1 zwei Kanäle 26, 27 vorgesehen, die im unvergossenen Zustand leer sind und die bis zu Kontakten des Kennzeichnungselements 4 führen. Die entsprechenden Anschlusskontakte enden im Bereich der Kanäle 26, 27 und sind über Anschlussleitungen mit dem Kennzeichnungselement 4 verbunden.
  • Im rechten Teil der Figur 9 ist der Haltekörper mit Kanälen nach dem Verguss mit dem Gusskörper 2 dargestellt. Die Kanäle 26, 27 sind dort mit dem metallischen Gießwerkstoff gefüllt, so dass der Gießwerkstoff mit den Kontakten des Kennzeichnungselements 4 in Kontakt steht und diese entweder untereinander kontaktiert oder mit einem weiteren elektrischen Aggregat verbindet.
  • Damit kann sichergestellt werden, dass bestimmte Funktionen des Kennzeichnungselements 4 oder anderer Aggregate in dem Haltekörper erst nach dem Verguss mit dem Gusskörper 2 ihre Funktion aufnehmen oder verändern.
  • Dies ist in anderer Art noch einmal anhand der Figuren 10 und 11 dargestellt. Figur 10 zeigt ein Kennzeichnungselement 4 in einem Haltekörper 1, das mittels einer Antenne 28 von einem RFID-Sender angestrahlt wird. Da das Kennzeichnungselement 4 mangels einer Kontaktierung durch den Vergusswerkstoff noch nicht aktiv ist, wird von dem Kennzeichnungselement, das ein RFID-Transponder ist, kein entsprechendes Antwortsignal zurückgegeben.
  • In Figur 11 ist der Haltekörper 1 mit dem Kennzeichnungselement aus Figur 10 nach dem Verguss mit dem Gusskörper 2 und somit in vergossener, kontaktierter Form dargestellt. Es wird deutlich, dass das Kennzeichnungselement dort seine Funktion aufgenommen hat und auf ein eingestrahltes Signal mit einem zurückgestrahlten Signal antwortet und somit seine Kennzeichnungsfunktion aufgenommen hat.
  • In den Figuren 12, 13 und 14 ist das Eingießen eines thermoelektrischen Generators in einen Haltekörper 1 näher dargestellt. Der thermoelektrische Generator selbst ist in Figur 12 mit 29 bezeichnet und kann beispielsweise ein Peltier-Element enthalten. Der thermoelektrische Generator ist in dem Haltekörper 1 zusätzlich zu dem Kennzeichnungselement angeordnet, das in den Figuren 12, 13, 14 nicht gesondert dargestellt ist.
  • Aus Figur 12 ist ersichtlich, dass der thermoelektrische Generator (TEG) derart in dem Haltekörper 1 angeordnet ist, dass er mittels dreier Kanäle 30, 31, 32 mit Außenflächen des Haltekörpers 1 verbunden ist. Die Kanäle 31 und 32 sind zur Kühlung des TEG mit dem Gießwerkzeug vorgesehen, um die "kalte Seite" zu bilden. Entsprechend sollten sie bereits wärmeleitend ausgekleidet oder vergossen/gefüllt sein. Kanal 30 wird mit Schmelze gefüllt, um den TEG zu kontaktieren und die "heiße Seite" zu bilden.
  • In Figur 13 ist dargestellt, dass der Haltekörper 1 in eine Ausnehmung des Gießwerkzeugs 5 eingesteckt ist, wobei das Gießwerkzeug 5 über eine Kühleinrichtung verfügt, die den Haltekörper 1 kühlt. Die Kühlung des thermoelektrischen Generators geschieht dann einerseits über den Werkstoff, aus dem der Haltekörper 1 besteht, und andererseits über die Füllung der Kanäle 31, 32, die in dem Bereich des Haltekörpers 1 enden, der nach dem Verguss mit dem Gusskörper 2 frei bleibt. Die Füllung der Kanäle 31, 32 kann beispielsweise aus einem Metall bestehen.
  • Figur 14 zeigt den Zustand des Haltekörpers nach dem Verguss mit dem Gusskörper 2, wobei gleichzeitig der Kanal 30 mit einem Gusswerkstoff verfüllt ist. Dies führt dazu, dass der heiße Gießwerkstoff den thermoelektrischen Generator 29 zumindest von der Seite des Gusskörpers 2 her erwärmt. Gleichzeitig wird der thermoelektrische Generator durch die Kühleinrichtung des Gießwerkzeugs 5 gekühlt, so dass durch die Temperaturdifferenz eine volle Leistungsentfaltung des thermoelektrischen Generators stattfinden kann. Zudem kann das Vergießen des Kanals 30 mit dem Gießwerkstoff auch das Schließen eines Kontaktes oder das Kontaktieren eines Anschlusses des thermoelektrischen Generators bewirken, wobei der entsprechende Kontakt in den Kanal 30 hineinragt.
  • Mittels des thermoelektrischen Generators 29 kann ein Aggregat, wie beispielsweise das Kennzeichnungselement 4, betrieben werden, oder auch eine Messeinrichtung, die während des Herstellungsprozesses oder auch später bei einer Verwendung des Gusskörpers 2 Messdaten erfasst und in einer Speichereinrichtung abspeichert. Auf diese Weise können auch nach dem Gießvorgang Temperaturdifferenzen am thermoelektrischen Generator ausgenutzt werden, um eine dauerhafte Energieversorgung eines derartigen Aggregats im Haltekörper sicherzustellen.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass der thermoelektrische Generator vor einem direkten Kontakt mit der Metallschmelze des Gusskörpers 2 durch eine Isolationsschicht geschützt ist, die zudem auch eine elektrische Isoliereigenschaft aufweisen kann.
  • Ein Wärmetransport von der Metallschmelze zum thermoelektrischen Generator kann auch durch Wärmetransport durch den Haltekörper 1 selbst geschehen, oder durch Wärmestrahlung oder eine Wärmeleitung mittels eines Wärmeleitkörpers, der außerhalb des Haltekörpers verläuft und dort beispielsweise durch Erstarren der Metallschmelze gebildet sein kann. Der Kanal 30 muss in bestimmten Ausführungsformen nicht ausschließlich nur mit Metallschmelze gefüllt werden, um die Hitze zum TEG zu führen. Er kann teilweise oder komplett (wie die anderen Kanäle) mit wärmeleitfähigem Material (vor-)ausgefüllt sein.
  • In Figur 15 ist ein Haltekörper 1 dargestellt, der ein Kennzeichnungselement 4 oder alternativ einen thermoelektrischen Generator oder ein Funktionselement zur Daten- und/oder Energieübertragung in seinem Inneren aufnimmt und zudem über eine Verbindung 33 mit einem zusätzlichen Funktionselement 29 verbunden ist, das beispielsweise ein Sensor, ein Aktor, eine mikroelektronische Schaltung, ein Energiespeicher, ein Datenspeicher oder ein Datenlogger, ein Stell- oder Regelelement oder ein ebenfalls ein thermoelektrischer Generator sein kann. Dieses kann beispielsweise durch den thermoelektrischen Generator oder das Funktionselement zur Daten- und/oder Energieübertragung mit Energie versorgt werden (alternativ durch elektrische, induktive oder elektromagnetische Wellen bzw. Felder).
  • In Figur 16 ist gezeigt, dass beispielsweise mittels des Kennzeichnungselements Signale abgestrahlt werden können, wobei die Signale auch Messsignale oder anders gewonnene Daten des Funktionselements 29 sein können. Die Sendeenergie kann beispielsweise von einem zusätzlichen Energiespeicher im Haltekörper 1 stammen oder durch einen thermoelektrischen Generator bereitgestellt werden.
  • Ist das Funktionselement 29 ein Sensor, so kann dieser während der Herstellung und/oder der anschließenden Nachbearbeitung des Gusskörpers 2 Messdaten erfassen und gegebenenfalls in einem Datenspeicher zwischenspeichern. Die Messdaten können in Echtzeit während der Datenerfassung oder im Nachgang aus dem Datenspeicher ausgelesen oder selbstständig versendet werden.
  • Das Kennzeichnungselement 4 kann auch eine technische Einrichtung bereitstellen, um die zum Betrieb des Sensors erforderliche Energieübertragung zu gewährleisten, beispielsweise durch eine induktive Energieübertragung.
  • Figur 17 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Haltekörpers mit einer Steckverbindung, die ein erstes Steckverbindungselement 34 sowie ein zweites Steckverbindungselement 35 aufweist. In dem in Figur 17 dargestellten Fall weist der Haltekörper 1 eine Steckbuchse auf, während ein Stecker 35 von außen in den Haltekörper 1 einsteckbar ist. Der Haltekörper 1 weist zudem ein Funktionselement 29 auf, das beispielsweise ein Sensor, Aktor, thermoelektrischer Generator oder ein Kennzeichnungselement sein oder ein solches enthalten kann und das mit der Steckbuchse 34 zur Übermittlung von Daten verbunden ist. Zudem kann außer dem Funktionselement 29 eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Daten im Haltekörper 1 vorgesehen sein.
  • Die Verbindung zwischen dem Funktionselement 29 und der Steckbuchse 34 kann beispielsweise durch Verguss eines Hohlraums im Haltekörper 1 beim Gießen des Gusskörpers 2 entstehen. In diesem Fall kann das Kennzeichnungselement durch das Funktionselement 29 in Verbindung mit einem Element der Steckverbindung 34, 35 gebildet sein. Der Stecker 35 ist über eine Leitung 36 üblicherweise mit einem Auslesegerät verbunden, das einen Mikrocontroller aufweisen und/oder aus einer Datenverarbeitungsanlage bestehen kann.
  • Figur 19 zeigt einen Gusskörper 2 mit einem in diesen eingegossenen Haltekörper 1, in dem ein Kennzeichnungselement 4 angeordnet ist. Der Gusskörper wird nach dem eigentlichen Gießprozess einer thermischen Behandlung unterzogen, die zwischen wenigen Minuten und Stunden dauern kann. Um das Kennzeichnungselement 4 oder andere sensible Elemente im Haltekörper vor der Wärmeeinwirkung zu schützen, ist ein Kühlaufsatz 37 vorgesehen, der bezüglich seiner Form dem Haltekörper so angepasst ist, dass ein guter Wärmeübergang zwischen Kühlaufsatz 37 und Haltekörper 1 stattfinden kann. Der Kühlaufsatz kann wenigstens teilweise aus einem thermisch gut isolierenden Material bestehen, wie z. B. Aerogel, oder aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmekapazität, wie z. B. PCM (= Phase Change Material), durch das eine latente Wärmeenergie eines Phasenübergangs speicherbar ist.
  • Die verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen sollten deutlich machen, dass durch den gezeigten und beschriebenen Haltekörper in Verbindung mit seiner Positionierung in einem Gusskörper und einer entsprechenden Anordnung des Kennzeichnungselements beim Gießvorgang das Kennzeichnungselement weitgehend vor dem Einfluss der hohen Schmelztemperaturen geschützt werden kann, ohne dass die Qualität und Unverwechselbarkeit der Kennzeichnung darunter leidet. Zudem kann der Gießvorgang zur Herstellung bestimmter Kontakte und zum Betrieb eines thermoelektrischen Generators während der Herstellung genutzt werden. Es versteht sich von selbst, dass verschiedene Aspekte des hier vorgestellten Haltekörpers in unterschiedlichen Varianten miteinander kombiniert werden können.

Claims (15)

  1. Gusskörper mit einem Kennzeichnungselement (4), gekennzeichnet durch einen Haltekörper (1, 20), der das Kennzeichnungselement (4) positioniert, wenigstens zum Teil in das Gussmaterial des Gusskörpers (2) eingegossen ist und einen freiliegenden Kühlbereich (8) aufweist, wobei das Kennzeichnungselement und der Haltekörper bezüglich des Materials verschiedene Beschaffenheit aufweisen, wobei der Haltekörper (1, 20) das Kennzeichnungselement wenigstens teilweise umgibt.
  2. Gusskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Kühlbereich (8) aus dem Gussmaterial des Gusskörpers (2) herausragt.
  3. Gusskörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (1, 20) einen Hohlraum (3) zur Aufnahme des Kennzeichnungselements (4) aufweist.
  4. Gusskörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennzeichnungselement (4) teilweise aus dem Haltekörper (1, 20) herausragt.
  5. Gusskörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (1, 20) das Kennzeichnungselement (4) in Form einer Beschichtung wenigstens teilweise umgibt.
  6. Gusskörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kanal (26, 27, 30) in einer Wand des Haltekörpers (1, 20) vorgesehen ist, der mit elektrisch leitendem Gussmaterial gefüllt ist, das als elektrischer Leiter mit wenigstens einem elektrischen Anschluss des Haltekörpers (1, 20), eines im Haltekörper (1, 20) vorgesehenen Funktionselements (29) oder des Kennzeichnungselements (4) in Kontakt steht.
  7. Gusskörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (1, 20) einen thermoelektrischen Spannungsgenerator (29) aufweist, der insbesondere durch eine thermisch und/oder elektrisch isolierende Schicht eingekapselt ist, und/oder
    dass der Haltekörper (1, 20) wenigstens zwei lösbar miteinander verbundene Teile (20, 20a) aufweist, von denen wenigstens eines in das Gussmaterial eingegossen ist, und/oder
    dass der Haltekörper (1, 20) in einer formschlüssigen, durch das Material des Gusskörpers (2) geformten Aufnahme, insbesondere einem Gewinde, fixierbar ist und/oder
    dass das Kennzeichnungselement (4) außerhalb der Gusskörperoberfläche, insbesondere außerhalb der Kontur des Gusskörpers (2), angeordnet ist und/oder
    dass der Haltekörper (1, 20) in dem Bereich, der aus dem Gusskörper (2) herausragt, hinterschneidungsfrei ausgebildet sowie mit einer Entformschräge, insbesondere mit einem Winkel zwischen 1° und 3°, versehen ist und/oder
    dass der Bereich des Haltekörpers (1, 20), der aus dem Gusskörper (2) herausragt, eine nicht zylindersymmetrische Form, insbesondere eine in einer festgelegten Anzahl von gegeneinander verdrehten Winkelpositionen in eine komplementäre Negativform passende Form, aufweist und/oder
    dass der Haltekörper (1, 20) in dem Bereich, der in den Gusskörper (2) eingegossen ist, wenigstens eine Hinterschneidung aufweist, die insbesondere durch eine Form gebildet ist, welche eine Entformschräge in dem aus dem Gusskörper herausragenden Bereich fortsetzt, wobei zudem insbesondere die Ecken und Kanten des Haltekörpers im eingegossenen Bereich abgerundet sind, und/oder
    dass der Haltekörper (1, 20) aus einem Thermoplast besteht und durch Heißverpressen einer Öffnung verschlossen ist und/oder dass der Haltekörper (1, 20) wenigstens einen mit dem Gussmaterial vergossenen Kanal (26, 27, 30) aufweist, der ein Antennenelement eines Transponders bildet.
  8. Gusskörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Haltekörper (1, 20) zusätzlich zu dem Kennzeichnungselement (4) ein Funktionselement, insbesondere in Form eines Sensors und/oder Aktors, einer mikroelektronischen Schaltung, eines Energie- oder Datenspeichers, eines Datenloggers oder eines Stell- oder Regelelements, vorgesehen ist, wobei insbesondere durch ein Funktionselement erfasste Daten mittels einer Funkverbindung, insbesondere mittels des Kennzeichnungselements, auslesbar sind und wobei insbesondere wenigstens eines der Funktionselemente durch einen in oder an dem Haltekörper vorgesehenen thermoelektrischen Spannungsgenerator (29) mit Energie versorgt wird.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Gusskörpers (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haltekörper (1, 20), der ein Kennzeichnungselement (4) hält, an ein Gießwerkzeug (5) gekoppelt und danach mit einem Gussmaterial wenigstens teilweise umgossen wird.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Gusskörpers nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vergießen eines Kanals (26, 27, 30) in dem Haltekörper (1, 20) ein elektrischer Anschluss verbunden und/oder ein Antennenelement gebildet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung ein thermoelektrischer Spannungsgenerator (29) sich inmitten eines Temperaturgefälles von Wärmeenergie der Gussschmelze und Kühlung durch das Gießwerkzeug befindet und somit ein an den thermoelektrischen Spannungsgenerator angeschlossenes Funktionselement in oder an dem Haltekörper (1, 20) mit Energie versorgt.
  12. Verfahren zur thermischen Behandlung eines Gusskörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 8 außerhalb eines Gießwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Haltekörper (1, 20) ein aktives oder passives Kühlelement (37) aufgesetzt wird, das insbesondere thermisch isolierend ist und/oder eine hohe Wärmekapazität aufweist und/oder mit einem Kühlaggregat verbunden ist.
  13. Gießwerkzeug zur Herstellung eines Gusskörpers (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Gießform, gekennzeichnet durch eine Koppeleinrichtung (5a) zur Ankopplung eines Halteelements (1, 20), die insbesondere mit einer Kühleinrichtung (6, 6a, 6b) verbunden ist.
  14. Gießwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung eine Aufnahme (5a) mit einer Ausnehmung für ein Halteelement (1, 20) aufweist, und wobei die Ausnehmung insbesondere eine Entformschräge aufweist.
  15. Gießwerkzeug nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Ausnehmung für das Halteelement (1, 20), die die Orientierung des Halteelements (1, 20) bei einer Positionierung in der Ausnehmung festlegt und dabei insbesondere Verdrehungen um feste Winkelgrößen zulässt.
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