RFID bringt die Intelligenz - Werkstatt

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TOOLMANAGEMENT
Industrie 4.0 W Transponder W Werkzeugkennzeichnung
RFID bringt die Intelligenz
Eine praktikable Methode, Werkzeuge zum ›Mitdenken‹ zu bringen, ist ihre Ausstattung mit
Transpondern zur Radiofrequenz-Identifikation (RFID). Möglich wird ein automatisierter
­Prozess vom Wareneingang über die Werkzeuggestaltung bis zur Lagerung und zum Service.
von Yilmaz Benzer und Christian Debus
1 Transponder
im Press-fit-Gehäuse mit Darstellung der Größenverhältnisse.
Die Farbgebung
des Gehäuses
kann variiert
werden (Bild:
­Neosid)
E
ine erfolgreiche Umsetzung erster
Schritte der Langzeitstrategie Industrie 4.0 bedeutet eine größtmögliche Automatisierung sämtlicher
Abläufe, um die involvierten Prozesse zu
optimieren, Fehler zu reduzieren und zugleich die beteiligten Personen zu entlasten. Hierfür ist es notwendig, dass die
Produkte und Bauteile eine bestimmte
›Intelligenz‹ besitzen. Ein Lösungsansatz
zur Automatisierung ist die Markierung
mithilfe eines Auto-Identifikations- (ID-)
Verfahrens, beispielsweise per Radio­
frequenz-Identifikation, abgekürzt RFID
(aus dem Englischen).
RFID-Transponder sind auch für
das Werkzeugmanagement bedeutende
Komponenten, denn mit ihnen lässt sich
die elektronische Dokumentation der Fertigungs- und Wartungsprozesse durchgängig automatisieren.
Vernetzung von Materialeingang
über Werkzeugbau bis Produktion
Ein Werkzeug oder ein Werkstück, das einen RFID-Transponder trägt, kann über
die Transponder-UID (Unique Identification Number) eindeutig identifiziert
werden, indem der Transponder elektronisch und kontaktlos gelesen wird. Mit
dieser Erkennung kann der Anwender
über Zuordnung von Datensätzen jede
Art von Information zu dem Werkzeug
direkt einsehen. Somit kann eine durchgehende Vernetzung von Materialeingang
über Werkzeugbau bis zur Produktion
mit einem RFID-Werkzeugmanagement
vollautomatisch ablaufen.
Der automatisierte Prozess beginnt
im Wareneingang mit der Entgegennahme des Materials. Die automatisierten
Prozessschritte schließen die Bedienung
der Maschine, die Unterstützung bei der
Qualitätskontrolle (QC), die Montage des
Werkzeugs und die Lagerung mit ein. Der
Transponder stellt auch bei modularen
Werkzeugsystemen sicher, dass alle ›intelligenten‹ Teile wie Formeinsätze korrekt identifiziert und montiert werden.
Nach Beendigung der Werkzeugerstel­
lung bleibt noch die Einlagerung des
Werkzeugs, wobei über den Transponder
der Lagerplatz zugeordnet und das Werkzeug für die Produktion sofort verfügbar
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2 Einbringen eines Transponders in einen metallischen
­Werkzeuggrundkörper (Bild: Neosid)
wird. Aufgrund der Vernetzung der Maschinen und Werkstücke ist es der Produktionsplanung möglich, das Werkzeug
zeitnah für weitere Prozesse einzuplanen.
Durch die Integration des Wartungsprozesses werden Totzeiten reduziert.
Der Transponder unterstützt auch
das automatisierte Werkzeugmanagement für den Produktions- und den Serviceprozess. Die Prozessschritte starten
mit der Entnahme des Werkzeugs aus
dem Lager. Maschinenparameter werden
automatisch abgerufen, Produktionszyklen automatisiert erfasst und notwendige
Serviceaufträge sofort nach Beendigung
des Produktionsauftrags generiert und
den beteiligten Abteilungen umgehend
übermittelt.
Ein Transponder muss robust,
kompakt und unauffällig sein
In der RFID-Technologie kommuniziert
ein Transponder mit einem Lesegerät
(Reader) kontaktlos. Dies erfolgt über das
magnetische Feld, das zwischen Reader
und Transponder aufgebaut wird. Diesem Magnetfeld stehen metallische Gegenstände, wie in der Mehrzahl in einem
Werkzeug vorhanden, störend gegenüber
und sind für die Anwendung eines RFID-­
Systems im Werkzeugmanagement eine
signifikante Herausforderung.
Weitere Anforderungen an den Trans­
ponder sind Temperaturbeständigkeit,
Druckbeständigkeit sowie die Forderung,
dass der Transponder wenig Raum beansprucht und beim Design des Werkzeugs
vernachlässigt werden kann.
Um diese Forderungen zu erfüllen,
wurde im Jahr 2012 ein Forschungs- und
Entwicklungsprojekt erfolgreich abgeschlossen. Ergebnis der Arbeiten ist ein
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3 Metallbearbeitungsprozesse können ohne besondere
­Berücksichtigung des Transponders vonstatten gehen (Bild: Neosid)
miniaturisierter ­13,56-MHz-Transponder
mit ungefähr 2,6 mm × 2,4 mm Außenabmessung. Dieser RFID-Transponder
ist kompatibel zur NFC-Technologie
(Near-Field-­Communication) und kann
deswegen mit entsprechenden Geräten
und sogar mit Smartphones ausgelesen
werden.
Die Kennzeichnung der Gegenstände
erfolgt mittels einer Bohrung von minimal 2,8 mm Durchmesser und durch das
Einbringen des Transponders direkt in
das Metall. Zur einfacheren Handhabung
ist auch ein Design mit einem Press-fit-­
Gehäuse verwendbar. Der Transponder,
wie er in Bild 1 zu sehen ist, wird einfach
in eine 4-mm-Bohrung eingepresst. Es
ist sichergestellt, dass der Transponder
im Werkzeug gegen mechanische Einflüsse geschützt ist und zugleich die
­äußeren Abmessungen des Werkzeugs
beibehalten werden.
Dank der Miniaturisierung kann der
Transponder in verschiedenste Gegenstände eingesetzt werden. Als Markierung aufgefasst, ist er als zusätzliches
Sicherheitsmerkmal und als weltweit eindeutige Markierung zum Schutz gegen
Plagiate nutzbar.
Beim Bearbeiten von Metallwerkstücken herrschen üblicherweise sehr raue
Umgebungsbedingungen, die für Transponder gefährdend sein können. Neben
den mechanischen Einflüssen wie Vibrationen und Schläge sind Verschmutzungen, auch mit Öl und Chemikalien, und
hohe sowie wechselnde Temperatureinflüsse eine starke Beanspruchung für den
Transponder. In einer Reihe von Beanspruchungstests und auch in mehrmonatiger Praxisanwendung hat sich der Transponder als beständig für den Einsatz im
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Werkzeugbau, in Fertigungsmaschinen
und darüber hinaus erwiesen.
Bearbeitung problemlos möglich
Die Bearbeitungsprozesse von Werkstücken können ohne besondere Berücksichtigung des Transponders durchgeführt werden. Alle üblichen Vorgänge,
wie Bohren, Sägen, Fräsen oder Erodieren, auch in Entfernungen von wenigen
Millimetern, haben keinen Einfluss auf
den Transponder. Gleiches gilt für den
Einsatz von Kühl-und Reinigungsmitteln
und anderen Betriebsstoffen.
Fazit: Miniaturisierte RFID-Transponder, die direkt in Metall montiert
werden, erweisen sich als geeignet zur
Markie­rung von Werkzeugen und Werkstücken. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Bereiche, in denen ein manuelles Handling bisher unverzichtbar war,
einfach und sicher zu automatisieren. W
INFORMATION & SERVICE
=
HERSTELLER
Neosid Pemetzrieder GmbH & Co. KG
58553 Halver
Tel. +49 2353 71-0
www.neosid.de
DIE AUTOREN
Yilmaz Benzer ist Vertriebsleiter bei
Neosid Pemetzrieder in Halver
[email protected]
Dr. Christian Debus ist als Entwickler
bei Neosid Pemetzrieder tätig
[email protected]
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