WO2018065228A1 - Verfahren zur kennzeichnung von werkstücken und werkstück - Google Patents

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WO2018065228A1
WO2018065228A1 PCT/EP2017/073943 EP2017073943W WO2018065228A1 WO 2018065228 A1 WO2018065228 A1 WO 2018065228A1 EP 2017073943 W EP2017073943 W EP 2017073943W WO 2018065228 A1 WO2018065228 A1 WO 2018065228A1
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WO
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marking
blank
metal body
label
phosphor
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/073943
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Zeh
Thomas Härtling
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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Priority to JP2019517067A priority patent/JP6781835B2/ja
Publication of WO2018065228A1 publication Critical patent/WO2018065228A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C51/00—Measuring, gauging, indicating, counting, or marking devices specially adapted for use in the production or manipulation of material in accordance with subclasses B21B - B21F
    • B21C51/005—Marking devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D1/00—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B21D1/02—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling by rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D1/00—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B21D1/06—Removing local distortions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/1233—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for marking strands

Definitions

  • a method for marking workpieces is given.
  • such a manufactured workpiece is specified.
  • Be provided phosphor marking.
  • a problem to be solved is a workpiece
  • the method of the step of providing a blank is, for example, a slab or a sheet metal roll, also referred to as a coil.
  • a material of the blank is a metal such as iron, an iron alloy, steel, a steel alloy, aluminum, an aluminum alloy or a non-ferrous metal.
  • a weight of the blank is for example, at least 0.5 t or 1 t or 5 t
  • the method comprises the step of applying one or more markings to the blank.
  • the at least one marking is preferably applied only in places on the blank and not over the entire surface.
  • An "identification" may here and below mean any type of marking or coding.
  • the marking is for example in the form of a lettering or a number or a sign
  • the identification is preferably a machine-readable encoding, for example in the form of a
  • the label preferably comprises one or more types of pigments.
  • the term pigment is used as a generic term for color pigments without phosphor property, ie without the ability to convert wavelengths, and for phosphors.
  • the pigments do not melt or at least do not completely melt during the process.
  • the pigments are preferably present as particles.
  • An average particle diameter of the pigments is, for example, at least 0.1 ⁇ m or 0.3 ⁇ m and / or at most 5 ⁇ m or 3 ⁇ m.
  • the blank is deformed to the metal body. This is done via at least one roller. The rolling can be done above a
  • a flat product is produced via the rolling, which has a greater width than thickness and whose length is greater than the width.
  • the thickness of the blank changes more than the width of the blank.
  • a metal body is formed by rolling from the blank.
  • the metal body does not have to be an end product. It is possible that the metal body in another
  • Process step as a further rolling is used as a further blank for a further metal body.
  • the marking is not destroyed and remains preferably readable, in particular machine-readable, obtained.
  • the marking comprises at least part of the near ultraviolet
  • the marking is from both a surface of the surface
  • Blanks before deformation as well as from a surface of the metal body after deformation clearly distinguishable, for example by a camera or by the human eye.
  • the label has a high contrast to a surface of the blank and the metal body, at least among suitable ones
  • the spectral range is understood to be the range from 300 nm to 420 nm
  • the visible spectral range denotes in particular wavelengths from 420 nm to 760 nm
  • Brightness difference the current standard ISO / TEC TR 29158 which is required for directly marked components.
  • the method comprises the following steps:
  • the deformation in step C) is a rolling such that a thickness of the blank changes more towards the metal body than a width of the blank, -
  • the marking remains at least until after step C) on the metal body and is not destroyed by the deformation, and
  • Metal body has a reflectance difference and / or a remission grade difference and / or an albedo difference of at least 15 percentage points.
  • the method comprises a step D).
  • Step D) preferably follows step C).
  • the step D) is a
  • Temperature treatment of the metal body is tempering or annealing of the
  • Metal body is a
  • Recrystallization annealing alternatively, annealing, stress relieving, normalizing, coarse grain annealing, diffusion annealing, or solution annealing.
  • a temperature during the temperature treatment is at least 350 ° C or
  • the temperature is at most 1300 ° C or 900 ° C or 750 ° C or 550 ° C. In particular, lies the
  • Temperature treatment at least 1 h or 12 h or one day or three days or a week. Alternatively or additionally, the temperature treatment lasts at most one month or two weeks or one week. Thus, the lasts
  • the identification is pressed predominantly or completely into the blank and / or the metal body.
  • Predominantly can mean to a proportion of at least 50% or 80% or 95%.
  • the marking does not protrude out of the metal body after deformation.
  • Marking can be flush with a surface of the
  • the marking is both before the step of deforming the blank to the metal body and after the step
  • Temperature treatment readable especially machine-readable.
  • Temperature treatment changed. This can result in readout of the label before and after one of these steps in different spectral ranges.
  • the tag is attached to both ends of the blank.
  • the marking is located on two opposite sides, specifically Main pages, blank and / or marking.
  • the marking is applied to both ends of the blank on both sides and still present at corresponding points of the metal body after deformation.
  • the marking is applied distorted.
  • a distortion factor preferably corresponds to a thickness change factor and / or a
  • the marking is preferably applied compressed along a rolling direction. This makes it possible that when deforming a change in length and / or a change in thickness of the blank toward the metal body takes place in such a way that the compression of the marking is removed during deformation and the label after deformation without problems is legible.
  • the marking as pigments has at least one heat-resistant
  • coloring material on or consists of one or
  • the temperature-resistant material and thus the pigments are selected from several such materials.
  • the temperature-resistant material and thus the pigments are selected from several such materials.
  • the ceramic for example, a ceramic with a different color from the blank and the workpiece.
  • the ceramic is white, colored or black and is preferably in
  • Labeling may be present, which have different colors, to provide increased contrast within the
  • the ceramic is not configured for wavelength conversion of radiation.
  • the ceramic is, for example, a ceramic based on alumina or Aluminum titanate to form a silicic acid ceramic, a
  • Silicate ceramic Silicate ceramic, a nitride ceramic or a kaolin.
  • the marking as pigments has one or more phosphors or consists of one or more phosphors.
  • At least one phosphor is then one
  • Phosphors can be used in spectral sub-areas where the phosphor is above
  • Emitted photoluminescence have a reflectance of more than 100%. A reflectance exceeding 100% is thus provided by that produced by the phosphor
  • the phosphor may be present in addition to the ceramic.
  • the phosphor or phosphor mixture contains
  • the luminescent materials which can also be used are the phosphors specified in EP 2 549 330 A1. With regard to the phosphors used, the disclosure of this document is incorporated by reference.
  • the phosphor can be designed to shorten the wavelength of an excitation radiation, also referred to as up conversion, and then convert, for example, infrared light into visible light. Alternatively, the phosphor can convert short wavelength light into long wavelength light. Excitation of the phosphor occurs in the near ultraviolet, visible and / or near-infrared spectral region.
  • Readout of the phosphor is preferably carried out in the visible or in the near ultraviolet spectral range.
  • the phosphor is changed in its luminescence properties in particular by the temperatures during rolling and / or the subsequent temperature treatment. As a result, a quality control can be achieved whether the temperature treatment and / or rolling has been carried out with correct process parameters.
  • the identification in step B) is applied directly to the blank.
  • the Application of the label or a raw material for the marking takes place for example via analog printing such as screen printing or digital printing such as inkjet.
  • the marking or a raw material for the marking can be sprayed on or via a voltage-driven
  • Dye powders are applied, as indicated in the document WO 2010/057470 A2. The disclosure of this document is incorporated by reference.
  • the identification comprises an organic matrix material, for example
  • the label in particular the coloring component of the label as the phosphor, at least in step B) attached to the blank.
  • the matrix material acts as a type of adhesive for the coloring ingredient.
  • the organic matrix material includes, for example, a binder, an organic solvent, a dispersant and / or a plasticizer.
  • the marking contains an inorganic adhesion promoter for the adhesion between the pigments and the blank, which may be equivalent to an inorganic one
  • the adhesion promoter softens preferentially when Rolling and / or during the temperature treatment.
  • the pigments preferably do not or only rarely soften during the process and a bond between the pigments and the metal body is achieved by the adhesion promoter and / or by sinking or pressing in the adhesion promoter and the pigments bound thereto.
  • the pigments adhere solely by being pressed into the blank during the process
  • the finished marking consists of the particles of the pigments and
  • Matrix material In this case, it is in the
  • Matrix material preferably to an inorganic material, such as a glass based on silica.
  • a bond between the pigments and the metal body results from a binding of the pigments directly to a material of the metal body.
  • the marking after step C) in a step E) of the finished workpiece is removed, such as by cutting or punching.
  • the marking is cut off so that during step E) the metal body can be shortened.
  • Matrix material partially deformed during deformation. That is, during rolling, the matrix material can be ground.
  • the pigment particles preferably remain undamaged.
  • the matrix material has a lower hardness than the pigment particles.
  • the matrix material ground during rolling is subsequently melted.
  • the re-melting preferably forms an envelope around the pigment particles, so that a seal results which protects the pigment particles during the subsequent temperature treatment, for example before reactions with a gas from the surrounding atmosphere.
  • the pigment particles it is possible for the pigment particles to have a core-shell structure.
  • the core is preferred for the contrast of
  • Pigment particles have a greater hardness than the blank, the metal body and / or a rolling tool for rolling.
  • a hardness of the pigment particles is preferably between a hardness of the blank and of the rolling tool.
  • the thickness of the blank toward the metal body changes at least a factor of 1.25 or 1.5 or 2 or 3.
  • the width in rolling changes by a factor of 1.001 or 1.0001 or less 1.00001.
  • the thickness and thus the length of the blank changes significantly while the width of the blank remains constant.
  • an anisotropic deformation of the blank thus takes place.
  • the blank has at least 100 m or 250 m or 0.5 km after being provided and / or after rolling. Alternatively or additionally, this length is at most 30 km or 10 km or 5 km.
  • a tagging area is applied periodically at regular intervals. A distance between adjacent ones
  • Marking ranges for example, at least 0.1 m or 0.5 m and / or at most 10 m or 2 m.
  • Marking seen in plan view, a variety of point-like, soap-shaped portions.
  • the partial areas are separated from each other and not connected by a material of the marking.
  • a middle one is
  • the diameter of the partial regions is, for example, at least 0.5 ⁇ m or 1 ⁇ m and / or at most 50 ⁇ m or 20 ⁇ m or 10 ⁇ m.
  • the marking, as seen in plan view, is preferred by the individual
  • Subareas composed which may be present in a density modulation.
  • a mean extent of the marking overall is preferably at least 20 times or 50 times the mean diameter of the subregions.
  • the pigments are present in a homogeneous, densely packed or nearly densely packed, in particular single-layered distribution on the surface of the metal body. Should an island formation be given, so lies
  • the islands prefers a uniform distribution of the islands over the Marking area so that the islands, viewed with the naked eye or with a readout system, appear coherent.
  • the identifier is one or more contiguous
  • tag areas represent bars of a bar code, elements of a dot code or matrix code, or numbers, letters, or symbols.
  • Identification range is preferably at least a 20-compartment or a 50-compartment of a mean diameter of color pigments of the label.
  • the color pigments are, for example, ceramic, colored particles or
  • a workpiece is specified.
  • the workpiece is manufactured by a method as specified in connection with one or more of the above-mentioned embodiments. Features of the method are therefore also disclosed for the workpiece and vice versa.
  • the workpiece comprises a rolled metal body having a length of at least 250 m and a marking having one or more different pigments, especially in particle form.
  • Pigment is formed by at least one phosphor and / or by at least one ceramic.
  • the metal body was subjected to tempering and / or annealing.
  • the marking is completely pressed into the metal body. It is the marking at least at both ends of the
  • the label has at least a portion of the near ultraviolet, visible and / or
  • Remission grade difference and / or albedo difference of at least 15 percentage points Remission grade difference and / or albedo difference of at least 15 percentage points.
  • the fact that the metal body is rolled and subjected to tempering or annealing can be demonstrated, for example, on the basis of the microstructure, a surface structure and / or a crystal grain size distribution.
  • FIGS. 1 and 3 show exemplary embodiments of steps of methods described here for the production of workpieces described here, in schematic sectional representations and perspective illustrations,
  • Figure 2 is a schematic perspective views of
  • FIG. 4 shows schematic plan views of exemplary embodiments of workpieces described here.
  • FIG. 1 shows an embodiment of one here
  • a slab is set as the blank 2.
  • the slab is made of an iron alloy.
  • a roll 2 referred to as a coil, is provided as the blank 2. This role is, for example, by hot rolling from a
  • the marking 3 is printed or sprayed about as a paste / ink.
  • the paste / ink includes pigment particles and optionally a solvent and / or a binder.
  • the solvent is to
  • the optional binder is preferably adapted to the pigment particles
  • the pigment particles are, for example, ceramic particles or phosphor particles, it being possible to apply different types of pigment particles as a mixture.
  • FIG. 1C it is illustrated in FIG. 1C that the marking 3 is applied distorted, so that the individual regions of the marking 3 along a length L of the blank 2 a have significantly lower expansion than along a width B.
  • the blank 2 of FIG. 1C is in particular the slab of FIG. 1A or the roll of FIG. 1B.
  • the blank 2 is rolled into a metal body 11. This is done by means of at least one rolling tool 4, schematically as a single
  • the length L of the finished rolled metal body 11 is preferably several
  • the step of Figure 1D is a
  • Hot rolling or cold rolling are Hot rolling or cold rolling.
  • FIG. 1F shows the finished workpiece 1 with the metal body 11 and the marking 3.
  • the workpiece 1 is rolled up in the form of a roll. At both ends of the metal body 11 and on both main sides of the metal body 11 are each one of the markings. 3
  • the temperature treatment is carried out, for example, at a temperature of about 710 ° C and over a period of one to two weeks. Due to the temperature treatment, the marking is not destroyed.
  • the temperature of treatment in particular annealing, of whatever kind, may be used in a process gas, such as in air, in a 2 _ or be made of a H2-atmosphere.
  • a process gas such as in air
  • a 2 _ or be made of a H2-atmosphere.
  • the marking contains pigments which do not react with the process gas, in particular do not oxidize or reduce it, and thus lead to a
  • T1O2 as a common pigment in an H2 atmosphere, would reduce to Ti, thereby possibly turning gray
  • Labeling 3 makes it possible to identify the rolls even after the temperature treatment, other than when the signs are damaged by rolling or by organic-based inks which are destroyed by the high temperatures.
  • the label can be removed prior to delivery, so that a workpiece 1 'results without marking.
  • the marking is thereby removed without trace and without residue, for example by punching, wherein the portion of the workpiece with the
  • a core idea of the method described here is therefore to apply a marking 3, which in the form of an ink, paste or the like directly to the
  • the paste or the ink preferably contains hard, exclusively inorganic pigments, more preferably ceramic pigments and inorganic
  • Dyes and phosphors which are pressed by the rolling process permanently on and / or in a metal surface or pressed. Adhesion of the pigments on or in the material surface is better than on
  • the coding by the marking 3 takes place, for example, in the lD-form of a barcode, so that an extension of the
  • the coding is selected in 2D form so that an extension of the coding in the rolling direction leads to a coding in the correct aspect ratio, since the marking 3 first in a compressed form on the
  • uncrushed blank 2 is applied.
  • the contrast between the workpiece surface and the pigments is also at a low pigment concentration, based on a
  • the pigments can be a ceramic phosphor, so that an extension of the workpiece and the so
  • Pigments are applied and printed, which is preferably not visible to the naked eye. Due to the low concentration of the pigments on the surface, other functionally relevant properties of the workpiece are not or only insignificantly changed and succession processes, such as
  • Metal body 11 from the role across the entire role possible, for example, characterized in that the pigments are a custom blend of phosphor pigments.
  • the individual areas for the marking 3 can be applied centrally along a longitudinal axis to a main side of the metal body 11.
  • Figure 2B the individual areas of
  • Marking 3 are located on an edge of the metal body 11, so that there is also an identification of the metal body 11 in the rolled up state.
  • the pigment particles 33 can be embedded in the matrix material 35.
  • the particles 33 are in the metal body 11th pressed.
  • the matrix material 35 was partially destroyed during rolling and broken.
  • Matrix material 35 still the particles 33rd
  • the matrix material 35 is again melted off, so that a tight seal of the particles 33 results.
  • Matrix material 35 are released.
  • the pigment particles themselves are thermally stable, so that a matrix material or a seal can be omitted.
  • the individual pigment particles of the marking 3 form island-shaped subregions 38 which are grouped, see FIG. 4A.
  • the grouped subareas 38 combine the identifier 3, for example, to form a bar code or lettering.
  • the individual pigment particles in the subregions are not covered by a material of
  • the identification 3 is formed by a plurality of contiguous identification regions 39.
  • a thickness of the marking areas 39 is
  • a degree of coverage of the metal body 11 with the pigment particles in the region of the marking is alternatively or additionally at least 5% or 10% and / or at most 50% or 30%, as may be the case in all other embodiments ,
  • the pigment particles 33 can be present next to one another densely packed or approximately densely packed, wherein the matrix material 35 can form a coherent layer.

Landscapes

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Abstract

In einer Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden Schritte zur Kennzeichnung von Werkstücken (1) in der angegebenen Reihenfolge auf: A) Bereitstellen eines Rohlings (2), B) Aufbringen einer Kennzeichnung (3) stellenweise auf den Rohling (3), und C) Verformen des Rohlings (2) zu einem Metallkörper (11), wobei - das Verformen im Schritt C) ein Walzen ist, sodass sich eine Dicke (T) des Rohlings (2) zu dem Metallkörper (11) hin stärker ändert als eine Breite (B) des Rohlings (2), - die Kennzeichnung (3) mindestens bis nach dem Schritt C) am Metallkörper (11) verbleibt und durch das Verformen nicht zerstört wird, und - die Kennzeichnung (3) in zumindest einem Teil des nahen ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten Spektralbereichs sowohl zu dem Rohling (2) als auch zu dem Metallkörper (11) einen Reflexionsgradunterschied und/oder einen Remissionsgradunterschied und/oder einen Albedounterschied von mindestens 15 Prozentpunkten aufweist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Kennzeichnung von Werkstücken und Werkstück
Es wird ein Verfahren zur Kennzeichnung von Werkstücken angegeben. Darüber hinaus wird ein derart hergestelltes Werkstück angegeben.
In der Druckschrift WO 2011/101001 AI ist ein Verfahren angegeben, bei dem metallische Komponenten mit einer
Leuchtstoffmarkierung versehen werden.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 107 744 B3 ist ein
Markierungsverfahren bei einer Warmumformung bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Werkstück
anzugeben, das über Walzen hergestellt wird und das eine Identifizierungsmarkierung aufweist .
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren und durch ein Werkstück mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines Rohlings. Bei dem Rohling handelt es sich beispielsweise um eine Bramme oder um eine Blechrolle, auch als Coil bezeichnet.
Insbesondere handelt es sich bei einem Material des Rohlings um ein Metall wie Eisen, eine Eisenlegierung, Stahl, eine Stahllegierung, Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder um ein Nichteisenmetall. Ein Gewicht des Rohlings liegt beispielsweise bei mindestens 0,5 t oder 1 t oder 5 t
und/oder bei höchstens 20 t oder 12 t.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt des Aufbringens einer oder mehrerer Kennzeichnungen auf den Rohling auf. Die mindestens eine Kennzeichnung wird dabei bevorzugt nur stellenweise auf den Rohling aufgebracht und nicht ganzflächig. Eine "Kennzeichnung" kann hier und im Folgenden eine beliebige Art von Markierung oder Codierung bedeuten. Die Kennzeichnung wird beispielsweise in Form eines Schriftzuges oder einer Nummer oder eines Zeichens
aufgebracht. Bevorzugt handelt es sich bei der Kennzeichnung um eine maschinenlesbare Codierung, etwa in Form eines
Strichcodes oder eines zweidimensionalen Codes. Über die Kennzeichnung ist es etwa möglich, dem Rohling eine
eindeutige Bauteilnummer zu geben. Ferner kann es möglich sein, bestimmte Teilgebiete des Rohlings eindeutig zu
identifizieren, indem sich beispielsweise eine fortlaufende Nummerierung von Teilgebieten über den Rohling hinweg
erstreckt .
Die Kennzeichnung umfasst bevorzugt eine oder mehrere Arten von Pigmenten. Im Folgenden wird der Begriff Pigment als Oberbegriff für Farbpigmente ohne Leuchtstoffeigenschaft, also ohne das Vermögen Wellenlängen umzuwandeln, und für Leuchtstoffe verwendet. Besonders bevorzugt schmelzen die Pigmente während des Verfahrens nicht oder zumindest nicht vollständig auf. Die Pigmente liegen bevorzugt als Partikel vor. Ein mittlerer Partikeldurchmesser der Pigmente liegt beispielsweise bei mindestens 0,1 ym oder 0,3 ym und/oder bei höchstens 5 ym oder 3 ym. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Rohling zu dem Metallkörper verformt. Dies erfolgt über zumindest ein Walzen. Das Walzen kann oberhalb einer
Kristallisationstemperatur als Warmwalzen oder alternativ als Kaltwalzen erfolgen. Insbesondere wird über das Walzen ein Flachprodukt erstellt, das eine größere Breite als Dicke aufweist und deren Länge größer ist als die Breite. Besonders bevorzugt ändert sich beim Walzen die Dicke des Rohlings stärker als die Breite des Rohlings.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird durch das Walzen aus dem Rohling ein Metallkörper gebildet. Dabei muss es sich bei dem Metallkörper nicht um ein Endprodukt handeln. Es ist möglich, dass der Metallkörper in einem weiteren
Verfahrensschritt wie einem weiteren Walzen als weiterer Rohling für einen weiteren Metallkörper herangezogen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbleibt die
Kennzeichnung mindestens bis nach dem Verformen des Rohlings an dem Metallkörper. Durch das Walzen des Rohlings hin zu dem Metallkörper wird die Kennzeichnung nicht zerstört und bleibt bevorzugt lesbar, insbesondere maschinenlesbar, erhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kennzeichnung zumindest in einem Teil des nahen ultravioletten, des
sichtbaren und/oder des nahinfraroten Spektralbereichs sowohl gegenüber dem Rohling als auch gegenüber dem Werkstück einen Reflexionsgradunterschied und/oder einen
Remissionsgradunterschied und/oder einen Albedounterschied von mindestens 15 Prozentpunkten oder 25 Prozentpunkten oder 50 Prozentpunkten auf. Mit anderen Worten ist die Kennzeichnung aufgrund ihrer optischen Eigenschaften sowohl von einer Oberfläche des
Rohlings vor dem Verformen als auch von einer Oberfläche des Metallkörpers nach dem Verformen deutlich unterscheidbar, beispielsweise durch eine Kamera oder durch das menschliche Auge. Anders ausgedrückt weist die Kennzeichnung zu einer Oberfläche des Rohlings und des Metallkörpers einen hohen Kontrast auf, zumindest unter geeigneten
Beleuchtungsbedingungen, die zum Auslesen der Kennzeichnung verwendet werden. Unter dem nahen ultravioletten
Spektralbereich wird insbesondere der Bereich von 300 nm bis 420 nm verstanden, der sichtbare Spektralbereich bezeichnet insbesondere Wellenlängen von 420 nm bis 760 nm und der nahinfrarote Spektralbereich Wellenlängen von 760 nm bis 1500 nm. Es ist möglich, dass zum Auslesen der Kennzeichnung optische Filter verwendet werden, die zum Beispiel eine
Anregungswellenlänge eines Leuchtstoffs blockieren, sodass dann nur die vom Leuchtstoff aufgrund der Anregung erzeugte Strahlung detektiert wird. Insbesondere erfüllt die
Kennzeichnung hinsichtlich des Kontrasts und/oder eines
Helligkeitsunterschieds die derzeitige Norm ISO/TEC TR 29158, welche für direkt markierte Bauteile gefordert wird.
In mindestens einer Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
A) Bereitstellen eines Rohlings,
B) Aufbringen einer Kennzeichnung stellenweise auf den
Rohling, und
C) Verformen des Rohlings zu einem Metallkörper,
wobei
- das Verformen im Schritt C) ein Walzen ist, sodass sich eine Dicke des Rohlings zu dem Metallkörper hin stärker ändert als eine Breite des Rohlings, - die Kennzeichnung mindestens bis nach dem Schritt C) am Metallkörper verbleibt und durch das Verformen nicht zerstört wird, und
- die Kennzeichnung in zumindest einem Teil des nahen
ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten
Spektralbereichs sowohl zu dem Rohling als auch zu dem
Metallkörper einen Reflexionsgradunterschied und/oder einen Remissionsgradunterschied und/oder einen Albedounterschied von mindestens 15 Prozentpunkten aufweist.
Bevorzugt werden die einzelnen Verfahrensschritte
nacheinander und in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt D) . Der Schritt D) folgt bevorzugt dem Schritt C) nach. Bei dem Schritt D) handelt es sich um eine
Temperaturbehandlung des Metallkörpers. Bevorzugt ist die Temperaturbehandlung ein Anlassen oder Glühen des
Metallkörpers. Insbesondere handelt es sich um ein
Rekristallisationsglühen, alternativ um ein Weichglühen, ein Spannungsarmglühen, ein Normalglühen, ein Grobkornglühen, ein Diffusionsglühen oder ein Lösungsglühen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Temperatur bei der Temperaturbehandlung bei mindestens 350 °C oder
450 °C oder 600 °C oder 700 °C oder 1050 °C. Alternativ oder zusätzlich liegt die Temperatur bei höchstens 1300 °C oder 900 °C oder 750 °C oder 550 °C. Insbesondere liegt die
Temperatur bei 500 °C oder 650 °C oder 710 °C oder 800 °C oder 1200 °C, etwa mit einer Toleranz von jeweils 20 °C.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform dauert die
Temperaturbehandlung mindestens 1 h oder 12 h oder einen Tag oder drei Tage oder eine Woche. Alternativ oder zusätzlich dauert die Temperaturbehandlung höchstens einen Monat oder zwei Wochen oder eine Woche. Somit dauert die
Temperaturbehandlung vergleichsweise sehr lange, relativ zum Verformen des Rohlings zu dem Metallkörper.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird beim Verformen des Rohlings die Kennzeichnung überwiegend oder vollständig in den Rohling und/oder den Metallkörper eingedrückt.
Überwiegend kann bedeuten zu einem Anteil von mindestens 50 % oder 80 % oder 95 %. Insbesondere ragt die Kennzeichnung nach dem Verformen nicht aus dem Metallkörper heraus. Die
Kennzeichnung kann bündig mit einer Oberfläche des
Metallkörpers abschließen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kennzeichnung sowohl vor dem Schritt des Verformens des Rohlings zu dem Metallkörper als auch nach dem Schritt der
Temperaturbehandlung lesbar, insbesondere maschinenlesbar.
Es ist möglich, dass sich mindestens eine optische
Eigenschaft der Kennzeichnung beim Schritt des Verformens des Rohlings zu einem Metallkörper und/oder bei der
Temperaturbehandlung verändert. Dies kann zur Folge haben, dass ein Auslesen der Kennzeichnung vor und nach einem dieser Schritte in verschiedenen Spektralbereichen erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Kennzeichnung an beiden Enden des Rohlings angebracht. Insbesondere
befindet sich dann eine Kennzeichnung an beiden Enden einer Blechrolle, die den Rohling und/oder den Metallkörper bildet. Alternativ oder zusätzlich befindet sich die Kennzeichnung an zwei einander gegenüberliegenden Seiten, speziell Hauptseiten, des Rohlings und/oder der Kennzeichnung.
Bevorzugt ist die Kennzeichnung an beiden Enden des Rohlings beiderseits aufgebracht und an entsprechenden Stellen des Metallkörpers nach dem Verformen noch vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Kennzeichnung verzerrt aufgebracht. Ein Verzerrungsfaktor entspricht dabei bevorzugt einem Dickenänderungsfaktor und/oder einem
Längenänderungsfaktor beim nachfolgenden Verformen. Somit wird die Kennzeichnung bevorzugt entlang einer Walzrichtung gestaucht aufgebracht. Hierdurch ist es möglich, dass beim Verformen eine Längenänderung und/oder eine Dickenänderung des Rohlings hin zu dem Metallkörper derart erfolgt, so dass die Stauchung der Kennzeichnung beim Verformen entfernt wird und die Kennzeichnung nach dem Verformen ohne Probleme lesbar ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kennzeichnung als Pigmente zumindest ein temperaturbeständiges,
farbgebendes Material auf oder besteht aus einem oder
mehrerer solcher Materialien. Bei dem temperaturbeständigen Material und somit bei den Pigmenten handelt es sich
beispielsweise um eine Keramik mit einer von dem Rohling und dem Werkstück verschiedenen Farbe. Beispielsweise ist die Keramik weiß, bunt oder schwarz und liegt bevorzugt in
Partikelform vor. Es können mehrere Teilgebiete der
Kennzeichnung vorhanden sein, die unterschiedliche Farben aufweisen, um einen erhöhten Kontrast innerhalb der
Kennzeichnung zu gewährleisten. Anders als ein Leuchtstoff ist die Keramik nicht zu einer Wellenlängenumwandlung von Strahlung eingerichtet. Bei der Keramik handelt es sich zum Beispiel um eine Keramik auf Basis von Aluminiumoxid oder Aluminiumtitanat , um eine Silicidkeramik, eine
Silikatkeramik, eine Nitridkeramik oder um ein Kaolin.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kennzeichnung als Pigmente einen oder mehrere Leuchtstoffe auf oder besteht aus einem oder aus mehreren Leuchtstoffen. Durch den
zumindest einen Leuchtstoff ist dann ein
Reflexionsgradunterschied zwischen der Kennzeichnung und dem Rohling sowie dem Werkstück bewirkt. Leuchtstoffe können in spektralen Teilbereichen, in denen der Leuchtstoff über
Fotolumineszenz emittiert, einen Reflexionsgrad von mehr als 100 % aufweisen. Ein über 100 % hinausgehender Reflexionsgrad ist somit durch das von dem Leuchtstoff erzeugte
Sekundärlicht hervorgerufen. Der Leuchtstoff kann zusätzlich zu der Keramik vorhanden sein.
Der Leuchtstoff oder die Leuchtstoffmischung enthält
bevorzugt zumindest einen der folgenden Leuchtstoffe oder besteht hieraus: Eu2+-dotierte Nitride wie
(Ca, Sr) AlSiN3:Eu2+, Sr (Ca, Sr) Si2Al2N6 : Eu2+,
(Sr, Ca) AlSiN3*Si2N20:Eu2+, (Ca,Ba, Sr) 2Si5N8 :Eu2+,
(Sr,Ca) [L1AI3N4] :Eu2+; Granate aus dem allgemeinen System (Gd, Lu, b, Y) 3 (AI, Ga, D) 5 (0, X) 12 :RE mit X = Halogenid, N oder zweiwertiges Element, D = drei- oder vierwertiges Element und RE = Seltenerdmetalle wie LU3 (Al]__xGax) 50]_2 : Ce^+ ,
Y3 (Al]__xGax) 5θι2 :Ce3 + ; Eu2 +-dotierte Sulfide wie
(Ca, Sr, Ba) S :Eu2+; Eu2+-dotierte SiONe wie
(Ba, Sr, Ca) Si202N2 :Eu2+; SiAlONe etwa aus dem System
LixMyLnzSi]_2_ (m+n) AI (m+n) OnN]_ g_n; beta-SiAlONe aus dem System
Sig_xAlzOyNg_y :REZ; Nitrido-Orthosilikate wie
AE2-x-aRExEuaSi04_xNx, AE2_x_aRExEuaSi1_y04_x_2yNx mit RE = Seltenerdmetall und AE = Erdalkalimetall; Orthosilikate wie (Ba, Sr, Ca,Mg) 2S1O4 :Eu2+; Chlorosilikate wie
CagMg ( S1O4 ) 4CI2 : Eu2 + ; Chlorophosphate wie
(Sr,Ba,Ca,Mg) 10 (PO4) gCl2:Eu2+; BAM-Leuchtstoffe aus dem BaO- MgO-Al203-System wie BaMgAl]_QO]_7 :Eu2 + ; Halophosphate wie M5 (P04) 3 (Cl, F) : (Eu2 + , Sb3 + , Mn2 + ) ; SCAP-LeuchtStoffe wie
( Sr, Ba, Ca) 5 ( PO4 ) 3CI : Eu2+ . Als Leuchtstoffe sind auch die in der Druckschrift EP 2 549 330 AI angegebenen Leuchtstoffe einsetzbar. Hinsichtlich der verwendeten Leuchtstoffe wird der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift durch Rückbezug mit aufgenommen.
Der Leuchtstoff kann zu einer Verkürzung der Wellenlänge einer Anregungsstrahlung, auch als Up Conversion bezeichnet, eingerichtet sein und dann beispielsweise infrarotes Licht in sichtbares Licht umwandeln. Alternativ kann der Leuchtstoff kurzwelliges Licht in langwelliges Licht umwandeln. Eine Anregung des Leuchtstoffs erfolgt im nahen ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten Spektralbereich. Ein
Auslesen des Leuchtstoffs erfolgt bevorzugt im sichtbaren oder im nahen ultravioletten Spektralbereich.
Es ist möglich, dass der Leuchtstoff insbesondere durch die Temperaturen während des Walzens und/oder der nachfolgenden Temperaturbehandlung in seinen Lumineszenzeigenschaften verändert wird. Hierdurch ist auch eine Qualitätskontrolle erzielbar, ob die Temperaturbehandlung und/oder das Walzen bei korrekten Prozessparametern erfolgt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Kennzeichnung im Schritt B) unmittelbar auf den Rohling aufgebracht. Das Aufbringen der Kennzeichnung oder eines Rohmaterials für die Kennzeichnung erfolgt beispielsweise über Analogdruck wie Siebdruck oder über Digitaldruck wie Inkjet. Ebenso kann die Kennzeichnung oder ein Rohmaterial für die Kennzeichnung aufgesprüht werden oder über ein spannungsgetriebenes
Verfahren wie Elektrophorese oder Galvanisieren aufgebracht werden. Beispielsweise wird die Kennzeichnung oder das
Rohmaterial als eine Paste oder als eine Flüssigkeit mit Tinteneigenschaften aufgebracht. Ebenso kann die
Kennzeichnung mit einem Laserschreiben etwa mit
Farbstoffpulvern aufgebracht werden, wie in der Druckschrift WO 2010/057470 A2 angegeben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird durch Rückbezug mit aufgenommen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kennzeichnung ein organisches Matrixmaterial auf, beispielsweise auf
Acrylatbasis . Über dieses organische Matrixmaterial ist die Kennzeichnung, insbesondere der farbgebende Bestandteil der Kennzeichnung wie der Leuchtstoff, zumindest im Schritt B) an dem Rohling befestigt. Das Matrixmaterial wirkt als eine Art Klebstoff für den farbgebenden Bestandteil. Das organische Matrixmaterial beinhaltet zum Beispiel ein Bindemittel, ein organisches Lösungsmittel, ein Dispergiermittel und/oder einen Weichmacher. Insbesondere wird eine
Phosphorpastenzusammensetzung verwendet, wie in der
Druckschrift DE 602 18 966 T2 beschrieben. Der
Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird durch Rückbezug mit aufgenommen.
Enthält die Kennzeichnung einen anorganischen Haftvermittler für die Haftung zwischen den Pigmenten und dem Rohling, was gleichbedeutend sei kann mit einem anorganischen
Matrixmaterial, so erweicht der Haftvermittler bevorzugt beim Walzen und/oder bei der Temperaturbehandlung. Die Pigmente erweichen dabei bevorzugt nicht oder nur kaum während des Verfahrens und eine Bindung zwischen den Pigmenten und dem Metallkörper wird durch den Haftvermittler und/oder durch ein Einsinken oder Eindrücken des Haftvermittlers und die daran gebundenen Pigmente erreicht. Alternativ haften die Pigmente alleine durch das Eindrücken in den Rohling während des
Walzens an dem Metallkörper.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die fertige Kennzeichnung aus den Partikeln der Pigmente und dem
Matrixmaterial. In diesem Fall handelt es sich bei dem
Matrixmaterial bevorzugt um ein anorganisches Material, etwa um ein Glas auf Basis von Siliziumdioxid.
Enthält die Kennzeichnung keinen anorganischen
Haftvermittler, sondern nur die Pigmente als anorganische, feststoffliche Komponente, so erweichen die Pigmente
bevorzugt nicht oder nur oberflächlich während des Verfahrens und eine Bindung zwischen den Pigmenten und dem Metallkörper ergibt sich durch eine Bindung der Pigmente direkt an ein Material des Metallkörpers. Gemäß zumindest einer
Ausführungsform wird die Kennzeichnung nach dem Schritt C) in einem Schritt E) von dem fertiggeformten Werkstück entfernt, etwa durch ein Abschneiden oder Stanzen. Beispielsweise wird die Kennzeichnung abgeschnitten, sodass während des Schritts E) der Metallkörper verkürzt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bricht das
Matrixmaterial beim Verformen teilweise. Das heißt, beim Walzen kann das Matrixmaterial zermahlen werden. Dabei bleiben die Pigmentpartikel bevorzugt unbeschädigt erhalten. Insbesondere weist das Matrixmaterial eine geringere Härte auf als die Pigmentpartikel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das beim Walzen zermahlene Matrixmaterial nachfolgend aufgeschmolzen. Durch das erneute Aufschmelzen bildet sich bevorzugt eine Umhüllung um die Pigmentpartikel herum, so dass eine Versiegelung resultiert, die die Pigmentpartikel bei der nachfolgenden Temperaturbehandlung geschützt sind, etwa vor Reaktionen mit einem Gas aus der umgebenden Atmosphäre.
Alternativ zu einem solchen Matrixmaterial ist es möglich, dass die Pigmentpartikel einen Kern-Schale-Aufbau aufweisen. Dabei ist der Kern bevorzugt für den Kontrast der
Kennzeichnung verantwortlich und die Schale verhindert eine etwa chemische Zerstörung des Kerns.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Pigmentpartikel eine größere Härte auf als der Rohling, der Metallkörper und/oder ein Walzwerkzeug für das Walzen.
Bevorzugt liegt eine Härte der Pigmentpartikel zwischen einer Härte des Rohlings und des Walzwerkzeugs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ändert sich beim Walzen die Dicke des Rohlings hin zu dem Metallkörper mindestens einen Faktor 1,25 oder 1,5 oder 2 oder 3. Alternativ oder zusätzlich ändert sich die Breite beim Walzen um höchstens einen Faktor 1,001 oder 1,0001 oder 1,00001. Mit anderen Worten ändert sich die Dicke und damit auch die Länge des Rohlings signifikant, während die Breite des Rohlings konstant bleibt. Beim Walzen erfolgt somit ein anisotropes Verformen des Rohlings. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Rohling beim Bereitstellen und/oder weist der Metallkörper nach dem Walzen eine Länge von mindestens 100 m oder 250 m oder 0,5 km auf. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Länge bei höchstens 30 km oder 10 km oder 5 km.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Kennzeichnung über die gesamte Länge des Rohlings und/oder des
Metallkörpers hinweg aufgebracht. Beispielsweise wird ein Kennzeichnungsbereich in periodischen, regelmäßigen Abständen angebracht. Ein Abstand zwischen benachbarten
Kennzeichnungsbereichen liegt beispielsweise bei mindestens 0,1 m oder 0,5 m und/oder bei höchstens 10 m oder 2 m.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Kennzeichnung, in Draufsicht gesehen, eine Vielzahl von punktartigen, inseiförmigen Teilbereichen. Die Teilbereiche sind voneinander getrennt und nicht durch ein Material der Kennzeichnung miteinander verbunden. Ein mittlerer
Durchmesser der Teilbereiche liegt beispielsweise bei mindestens 0,5 ym oder 1 ym und/oder bei höchstens 50 ym oder 20 ym oder 10 ym. In diesem Fall ist die Kennzeichnung, in Draufsicht gesehen, bevorzugt durch die einzelnen
Teilbereiche zusammengesetzt, die in einer Dichtemodulation vorliegen können. Eine mittlere Ausdehnung der Kennzeichnung insgesamt liegt dabei bevorzugt bei mindestens dem 20-Fachen oder 50-Fachen des mittleren Durchmessers der Teilbereiche.
Beispielsweise liegen die Pigmente in einer homogenen, dichtgepackten oder annähernd dichtgepackten, insbesondere einlagigen Verteilung an der Oberfläche des Metallkörpers vor. Sollte eine Inselbildung gegeben sein, so liegt
bevorzugt eine gleichmäßige Verteilung der Inseln über den Kennzeichnungsbereich vor, sodass die Inseln, mit bloßem Auge oder mit einem Auslesesystem betrachtet, als zusammenhängend erscheinen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kennzeichnung durch einen oder durch mehrere zusammenhängende
Kennzeichnungsbereiche gebildet. Die einzelnen
Kennzeichnungsbereiche stellen beispielsweise Balken eines Strichcodes, Elemente eines Punktcodes oder Matrixcodes oder Ziffern, Buchstaben oder Symbole dar. Innerhalb der
Kennzeichnungsbereiche bedeckt die Kennzeichnung das
Werkstück vollständig, lückenlos und zusammenhängend. Eine mittlere Ausdehnung des mindestens einen
Kennzeichnungsbereichs beträgt bevorzugt mindestens ein 20- Faches oder ein 50-Faches eines mittleren Durchmessers von Farbpigmenten der Kennzeichnung. Die Farbpigmente sind dabei beispielsweise keramische, farbige Partikel oder
Leuchtstoffpartikel .
Darüber hinaus wird ein Werkstück angegeben. Das Werkstück ist mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das Werkstück offenbart und umgekehrt .
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Werkstück einen gewalzten Metallkörper mit einer Länge von mindestens 250 m und eine Kennzeichnung mit einem oder mit mehreren verschiedenen Pigmenten, speziell in Partikelform. Das
Pigment ist durch zumindest einen Leuchtstoff und/oder durch zumindest eine Keramik gebildet. Der Metallkörper wurde einem Anlassen und/oder einem Glühen unterzogen. Die Kennzeichnung ist vollständig in den Metallkörper eingedrückt. Es befindet sich die Kennzeichnung zumindest an beiden Enden des
Metallkörpers auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Metallkörpers. Die Kennzeichnung weist in zumindest einem Teil des nahen ultravioletten, sichtbaren und/oder
nahinfraroten Spektralbereichs zu dem Metallkörper einen Reflexionsgradunterschied und/oder einen
Remissionsgradunterschied und/oder einen Albedounterschied von mindestens 15 Prozentpunkten auf.
Dass der Metallkörper gewalzt ist und einem Anlassen oder Glühen unterzogen wurde, lässt sich beispielsweise anhand der Gefügestruktur, einer Oberflächenstruktur und/oder einer Kristallkorngrößenverteilung nachweisen .
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Verfahren und ein hier beschriebenes Werkstück unter Bezugnahme auf die
Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 und 3 Ausführungsbeispiele von Schritten von hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen Werkstücken in schematischen Schnittdarstellungen und perspektivischen Darstellungen,
Figur 2 schematische perspektivische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Werkstücken, und Figur 4 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Werkstücken.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier
beschriebenen Verfahrens illustriert. Gemäß Figur 1A wird eine Bramme als Rohling 2 gestellt. Die Bramme weist
beispielsweise ungefähre Abmessungen von I m x 5 m x 0,2 m auf. Die Bramme ist etwa aus einer Eisenlegierung.
Alternativ hierzu wird gemäß Figur 1B als Rohling 2 eine Rolle, englisch als coil bezeichnet, bereitgestellt. Diese Rolle ist beispielsweise durch ein Warmwalzen aus einer
Bramme etwa gemäß Figur 1A hergestellt. Messungen des aufgerollten Rohlings 2 liegen zum Beispiel in der
Größenordnung von 1 m x 3 mm x 5 km.
Gemäß Figur IC wird auf den Rohling 2 stellenweise eine
Kennzeichnung 3 aufgebracht. Die Kennzeichnung 3 wird etwa als Paste/Tinte aufgedruckt oder aufgesprüht. Die Paste/Tinte beinhaltet Pigmentpartikel und optional ein Lösungsmittel und/oder ein Bindemittel. Das Lösungsmittel ist dazu
eingerichtet, in nachfolgenden Verfahrensschritten
rückstandsfrei abzudampfen. Das optionale Bindemittel ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Pigmentpartikel
untereinander oder an dem Rohling 2 zu befestigen. Bei den Pigmentpartikeln handelt es sich etwa um keramische Partikel oder um Leuchtstoffpartikel , wobei unterschiedliche Arten von Pigmentpartikeln als Mischung aufgebracht werden können.
Weiterhin ist in Figur IC illustriert, dass die Kennzeichnung 3 verzerrt aufgebracht wird, sodass die einzelnen Gebiete der Kennzeichnung 3 entlang einer Länge L des Rohlings 2 eine signifikant geringere Ausdehnung aufweisen als entlang einer Breite B . Bei dem Rohling 2 der Figur IC handelt es sich insbesondere um die Bramme der Figur 1A oder um die Rolle der Figur IB.
Im Verfahrensschritt der Figur 1D wird der Rohling 2 zu einem Metallkörper 11 gewalzt. Dies erfolgt mit Hilfe zumindest eines Walzwerkzeugs 4, schematisch als nur eine einzige
Walzrolle veranschaulicht. Durch das Walzen wird eine Dicke T des Rohlings 2 hin zu dem Metallkörper 11 signifikant
verringert, die Breite B bleibt unverändert oder nahezu unverändert. Weiterhin erfolgt durch das Walzen eine
signifikante Änderung der Länge L. Die Länge L des fertig gewalzten Metallkörpers 11 liegt bevorzugt bei mehreren
100 m.
Durch das Walzen werden ferner die Pigmentpartikel,
insbesondere ein Leuchtstoff 33, vollständig in den
Metallkörper 11 eingepresst. Dabei weisen die Pigmentpartikel eine größere Härte auf als der Rohling 2 und der Metallkörper 11. Beim Schritt der Figur 1D handelt es sich um ein
Warmwalzen oder ein Kaltwalzen.
Die Veränderung des Metallkörpers 11 ist in Figur IE in
Draufsicht veranschaulicht. Durch das Walzen, symbolisiert durch einen Pfeil, ändert sich die Länge L und damit auch ein Abstand zwischen einzelnen Bereichen der Markierung 3 entlang der Länge L. In Richtung parallel zur Breite B hingegen erfolgt keine oder keine signifikante Veränderung des
Werkstücks 11 sowie der Markierung 11. Die Dickenänderung ist aus Figur IE nicht ersichtlich. In Figur 1F ist das fertige Werkstück 1 mit dem Metallkörper 11 und der Kennzeichnung 3 gezeigt. Das Werkstück 1 liegt dabei aufgerollt in Form einer Rolle vor. An beiden Enden des Metallkörpers 11 und auf beiden Hauptseiten des Metallkörpers 11 befindet sich jeweils eine der Kennzeichnungen 3.
Hierdurch ist eine Identifikation der Rolle einfach
ermöglicht .
Weiterhin erfolgt im Schritt der Figur 1F eine
Temperaturbehandlung, insbesondere ein
Rekristallisationsglühen. Die Temperaturbehandlung erfolgt beispielsweise bei einer Temperatur von ungefähr 710 °C und über eine Dauer von ein bis zwei Wochen hinweg. Durch die Temperaturbehandlung wird die Kennzeichnung nicht zerstört.
Die Temperaturbehandlung, insbesondere das Glühen, gleich welcher Art, kann in einem Prozessgas wie beispielsweise in Luft, in einer 2_ oder einer H2-Atmosphäre erfolgen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Kennzeichnung Pigmente enthält, welche nicht mit dem Prozessgas reagieren, insbesondere nicht oxidieren oder reduzieren, und es so zu einer
Kontraständerung kommt. Auf diese Weise werden auch
Legierungsbildungen ausgeschlossen. Beispielsweise würde T1O2 als gängiges Pigment in einer H2-Atmosphäre zu Ti reduziert, würde dadurch grau werden gegebenenfalls eine
intermetallische Phase mit dem Metallkörper ausbilden. Eine derartige Reaktion sollte durch die Wahl der Pigmente und des Prozessgases vermieden werden.
In der Darstellung der Figur IG ist zu erkennen, dass durch das Walzen in Figur 1D auch die Kennzeichnung 3 selbst gestreckt wurde, und nicht nur das Werkstück 11, vergleiche Figur IC. Damit ist nach dem Walzen die Kennzeichnung gut lesbar .
Insbesondere bei der Temperaturbehandlung nach dem Walzen erfolgt eine Lagerung vieler unterschiedlicher Rollen in einem Ofen über eine vergleichsweise lange Zeit hinweg. Durch die Kennzeichnung 3 ist eine Identifizierung der Rollen auch nach der Temperaturbehandlung möglich, anders als dies bei aufgebrachten Schildern, die durch das Walzen zerstört werden, oder durch Tinten auf organischer Basis, die durch die hohen Temperaturen zerstört werden, der Fall ist.
Optional, siehe Figur 1H, kann die Kennzeichnung vor einem Ausliefern entfernt werden, so dass ein Werkstück 1 ' ohne Kennzeichnung resultiert. Die Kennzeichnung wird dabei spurlos und rückstandsfrei beispielsweise durch Stanzen entfernt, wobei das Teilstück des Werkstücks mit der
Kennzeichnung abgetrennt wird.
Somit ist insbesondere zum Zweck der RückVerfolgbarkeit mit dem hier beschriebenen Verfahren eine eindeutige
Kennzeichnung von Rohstoffen, Halbzeugen und Produkten auch über Temperaturbehandlungen hinweg ermöglicht. Für einige Objekte gestaltet sich diese Kennzeichnung ansonsten
schwierig, da extreme Prozessbedingungen durchlaufen werden, welche zum Versagen anderer Kennzeichnungsverfahren führen. Ohne eine solche Kennzeichnung sind Verwechslungen oder der Verlust der Kennzeichnung unter anderem in Stahlwerken und in Walzwerken an der Tagesordnung. Die hier beschriebene Methode der Kennzeichnung erlaubt das dauerhafte Anbringen der
Kennzeichnung 3 am Werkstück 1. Eine Verwechslung oder ein Verlust der Kennzeichnung 3 ist daher nicht mehr gegeben. Ein Kerngedanke des hier beschriebenen Verfahrens liegt somit darin, eine Kennzeichnung 3 aufzubringen, welche in Form einer Tinte, Paste oder ähnlichem direkt auf die
WerkstoffOberfläche aufgetragen wird, insbesondere durch Aufdrucken eines Codes. Dabei enthält die Paste oder die Tinte bevorzugt harte, ausschließlich anorganische Pigmente, besonders bevorzugt Keramikpigmente und anorganische
Färbstoffe und Leuchtstoffe, welche durch den Walzprozess dauerhaft an und/oder in eine Metalloberfläche angedrückt oder eingedrückt werden. Eine Haftung der Pigmente auf oder in der WerkstoffOberfläche ist hierbei besser als am
Wal zWerkzeug .
Die Codierung durch die Kennzeichnung 3 erfolgt zum Beispiel in lD-Form eines Barcodes, sodass eine Streckung der
Codierung in Walzrichtung die Lesbarkeit nicht
beeinträchtigt. Bevorzugt ist die Codierung in 2D-Form so gewählt, dass eine Streckung der Codierung in Walzrichtung zu einer Codierung im richtigen Aspektverhältnis führt, da die Kennzeichnung 3 zunächst in gestauchter Form auf den
ungewalzten Rohling 2 aufgebracht wird. Der Kontrast zwischen der Werkstückoberfläche und den Pigmenten ist auch bei geringer Pigmentkonzentration, bezogen auf einen
Flächenanteil, hoch, speziell dadurch, dass es sich bei den Pigmenten um einen keramischen Leuchtstoff handeln kann, sodass eine Streckung des Werkstücks und die damit
einhergehende Verringerung der Pigmentflächenkonzentration beim Walzen nicht zu einer Unlesbarkeit der Codierung führt. So kann von vorneherein eine geringe Konzentration der
Pigmente aufgebracht und verdruckt werden, welche bevorzugt mit dem bloßen Auge nicht sichtbar ist. Durch die geringe Konzentration der Pigmente an der Oberfläche sind andere funktionsrelevante Eigenschaften des Werkstücks nicht oder nur unwesentlich verändert und Nachfolgeprozesse, wie
insbesondere eine Lackierung, und die geplante
Bauteilverwendung werden nicht gestört. Dadurch, dass solche keramischen Pigmente temperaturstabil sind, sind auch lange Temperaturbehandlungen möglich.
Gemäß Figur 2 erfolgt die Kennzeichnung durch die
Kennzeichnung 3 auf dem Metallkörper 11 fortlaufend,
bevorzugt als wiederkehrendes Muster etwa in Form eines
Barcodes oder einfach nur in Form von Punkten in einem festgelegten Abstand von zum Beispiel 1 m. Hierdurch ist ein Echtheitsnachweis insbesondere beim Abrollen des
Metallkörpers 11 von der Rolle über die gesamte Rolle hinweg möglich, beispielsweise dadurch, dass die Pigmente eine kundenspezifische Mischung aus Leuchtstoffpigmenten sind.
Dabei können, siehe Figur 2A, die einzelnen Bereiche für die Kennzeichnung 3 mittig entlang einer Längsachse auf eine Hauptseite des Metallkörpers 11 aufgebracht sein. Ebenso, siehe Figur 2B, können die einzelnen Bereiche der
Kennzeichnung 3 sich an einem Rand des Metallkörpers 11 befinden, so dass auch eine Identifizierung des Metallkörpers 11 in aufgerolltem Zustand gegeben ist.
Beim Verfahren der Figur 3A werden die Pigmentpartikel, insbesondere der Leuchtstoff 33, auf dem Rohling 2
aufgebracht. Nachfolgend wird ein Matrixmaterial 35,
beispielsweise ein niedrigschmelzendes Glas, aufgebracht und optional aufgeschmolzen. Hierdurch können die Pigmentpartikel 33 in das Matrixmaterial 35 eingebettet werden.
Vor der Darstellung in Figur 3B ist das Walzen erfolgt.
Dadurch sind die Partikel 33 in den Metallkörper 11 eingepresst. Dabei wurde das Matrixmaterial 35 beim Walzen teilweise zerstört und zerbrochen. Jedoch umgibt das
Matrixmaterial 35 immer noch die Partikel 33.
In einem nachfolgenden Schritt, vergleiche Figur 3C, ist das Matrixmaterial 35 nochmals abgeschmolzen, sodass eine dichte Versiegelung der Partikel 33 resultiert. Optional können die verbleibenden Bereiche der Oberfläche des Metallkörpers 11, an denen sich keine Partikel 33 befinden, von dem
Matrixmaterial 35 befreit werden.
Alternativ ist es möglich, siehe Figur 3D, dass Kern-Schale- Partikel verwendet werden, die bereits beim Schritt des Aufbringens eine Versiegelung 35 um den Keramikkern oder den Leuchtstoffkern 33 herum aufweisen. Dieser Kern-Schale-Aufbau wird beim Walzen bevorzugt nicht zerstört.
Weiterhin ist es möglich, dass die Pigmentpartikel selbst thermisch stabil sind, so dass ein Matrixmaterial oder eine Versiegelung weggelassen werden kann.
Durch die einzelnen Pigmentpartikel der Kennzeichnung 3 sind inselförmige Teilbereiche 38 gebildet, die gruppiert sind, siehe Figur 4A. Die gruppierten Teilbereiche 38 setzen die Kennzeichnung 3 beispielsweise zu einem Strichcode oder zu einem Schriftzug zusammen. Die einzelnen Pigmentpartikel in den Teilbereichen sind nicht durch ein Material der
Kennzeichnung 3 untereinander verbunden.
In Figur 4B ist gezeigt, dass die Kennzeichnung 3 durch mehrere zusammenhängende Kennzeichnungsbereiche 39 gebildet ist. Eine Dicke der Kennzeichnungsbereiche 39 liegt
beispielsweise bei mindestens 0,5 ym oder 2 ym und/oder bei höchstens 10 ym oder 25 ym, ein Bedeckungsgrad des Metallkörpers 11 mit den Pigmentpartikeln im Bereich der Kennzeichnung beträgt alternativ oder zusätzlich mindestens 5 % oder 10 % und/oder höchstens 50 % oder 30 %, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann .
In den Kennzeichnungsbereichen 39 der Figur 4B können die Pigmentpartikel 33 nebeneinander dicht oder näherungsweise dicht gepackt vorliegen, wobei das Matrixmaterial 35 eine zusammenhängende Schicht bilden kann.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 118 842.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Werkstück
1 ' Werkstück, von dem die Kennzeichnung entfernt
11 Metallkörper
2 Rohling
3 Kennzeichnung
33 Leuchtstoff
35 Matrixmaterial
38 Teilbereich
39 Kennzeichnungsbereich
4 Walzwerkzeug
B Breite
L Länge
T Dicke

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kennzeichnung von Werkstücken (1) mit den folgenden Schritten in der angegebenen Reihenfolge:
A) Bereitstellen eines Rohlings (2),
B) Aufbringen einer Kennzeichnung (3) stellenweise auf den Rohling (2), und
C) Verformen des Rohlings (2) zu einem Metallkörper (11), wobei
- das Verformen im Schritt C) ein Walzen ist, sodass sich eine Dicke (T) des Rohlings (2) zu dem Metallkörper (11) hin stärker ändert als eine Breite (B) des Rohlings (2),
- die Kennzeichnung (3) mindestens bis nach dem Schritt C) am Metallkörper (11) verbleibt und durch das Verformen nicht zerstört wird, und
- die Kennzeichnung (3) in zumindest einem Teil des nahen ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten
Spektralbereichs sowohl zu dem Rohling (2) als auch zu dem Metallkörper (11) einen Reflexionsgradunterschied und/oder einen Remissionsgradunterschied und/oder einen
Albedounterschied von mindestens 15 Prozentpunkten aufweist.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
ferner umfassend einen Schritt D) , der dem Schritt C) nachfolgt,
wobei der Schritt D) ein Anlassen oder ein Glühen des
Metallkörpers (11) ist, sodass der Metallkörper (11) mit der Kennzeichnung (3) für eine Zeitspanne von mindestens einer Stunde auf eine Temperatur von mindestens 350 °C gebracht wird,
wobei die Kennzeichnung (3) im Verfahrensschritt C)
vollständig in den Rohling (2) eingedrückt wird,
wobei die Kennzeichnung (3) sich zumindest im nahen ultravioletten, sichtbaren oder nahinfraroten Spektralbereich sowohl vor dem Schritt C) als auch nach dem Schritt D) maschinenlesbar von dem Rohling (2) und von dem Metallkörper (11) unterscheidet.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kennzeichnung (3) im Schritt B) zumindest an beiden Enden des Rohlings (2) und auf zwei einander
gegenüberliegenden Seiten des Rohlings (2) aufgebracht wird und sich die Kennzeichnung (3) im sichtbaren Spektralbereich sowohl vor dem Schritt C) als auch nach dem Schritt D) maschinenlesbar von dem Rohling (2) und von dem Metallkörper (11) unterscheidet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kennzeichnung (3) im Schritt B) verzerrt
aufgebracht wird, sodass eine Längsausdehnung der
Kennzeichnung (3) entlang einer Walzrichtung gestaucht ist, wobei im Schritt C) eine Längenänderung und Dickenänderung des Rohlings derart erfolgt, sodass die Kennzeichnung (3) im Schritt C) entzerrt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kennzeichnung (3) durch mindestens einen
Leuchtstoff (33) gebildet ist oder wenigstens einen
Leuchtstoff (33) umfasst, der den Reflexionsgradunterschied und/oder den Remissionsgradunterschied und/oder den
Albedounterschied hervorruft,
wobei die Kennzeichnung (3) ein lichtdurchlässiges,
anorganisches Matrixmaterial (35) umfasst, das zumindest nach dem Schritt C) den Leuchtstoff (33) versiegelt, und
wobei über das Matrixmaterial (3) die Kennzeichnung (3) an dem Rohling (2) sowie an dem Metallkörper (1) befestigt ist.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Matrixmaterial (35) im Schritt C) zum Teil bricht und nachfolgend nochmals aufgeschmolzen wird, um den
Leuchtstoff (33) zu versiegeln,
wobei der Leuchtstoff (33) eine größere Härte aufweist als der Rohling (2), der Metallkörper (11) und ein Walzwerkzeug (4) .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt C) die Dicke (T) um mindestens einen
Faktor 1,5 und die Breite (B) um höchstens einen Faktor 1,001 geändert wird,
wobei der Metallkörper (11) nach dem Schritt C) eine Länge (L) von mindestens 250 m aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kennzeichnung (3) im Schritt B) periodisch über die gesamte Länge (L) des Rohlings (2) hinweg aufgebracht wird .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kennzeichnung (3) , in Draufsicht gesehen, durch eine Vielzahl von punktförmigen, inseiförmigen Teilbereichen (38) mit einem mittleren Durchmesser von höchstens 50 ym gebildet wird,
wobei die Kennzeichnung (3) , in Draufsicht gesehen und alle Teilbereiche zusammengenommen betrachtet, eine mittlere
Ausdehnung von mindestens dem 20-Fachen des mittleren
Durchmessers aufweist, und
wobei eine mittlere Rauheit einer Oberfläche des Werkstücks (1) an der Kennzeichnung (3) von einer mittleren Rauheit von verbleibenden Gebieten der Oberfläche um höchstens einen Faktor 2 abweicht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Kennzeichnung (3) durch mindestens einen
zusammenhängenden Kennzeichnungsbereich (39) gebildet ist, wobei der mindestens eine Kennzeichnungsbereich (39) eine mittlere Ausdehnung von mindestens einem 20-Fachen eines mittleren Durchmessers von Pigmenten der Kennzeichnung (3) aufweist .
11. Werkstück (1), das mit einem Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist, mit
- einem gewalzten Metallkörper (11) mit einer Länge (L) von mindestens 250 m, und
- einer Kennzeichnung (3) mit mindestens einem Pigment, wobei
- das Pigment durch Partikel zumindest eines Leuchtstoffs (33) und/oder durch Keramikpartikel gebildet ist,
- der Metallkörper (11) angelassen oder geglüht ist,
- die Kennzeichnung (3) vollständig in den Metallkörper (3) eingedrückt ist,
- sich die Kennzeichnung (3) zumindest an beiden Enden des Metallkörpers (11) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Metallkörpers (11) befindet, und
- die Kennzeichnung (3) in zumindest einem Teil des nahen ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten
Spektralbereichs zu dem Metallkörper (11) einen
Reflexionsgradunterschied und/oder einen
Remissionsgradunterschied und/oder einen Albedounterschied von mindestens 15 Prozentpunkten aufweist.
12. Werkstück (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
das mit einem Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 3, 5 und außerdem 8 hergestellt ist.
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