Beschreibung Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung, welche zur Kennzeichnung oder Markierung von Gussteilen dient. Die Gussteile werden während des Gießvorganges mit einer fortlaufenden Kennzeichnung versehen, so dass die Gussteile individualisiert werden können. Der Erfindung liegt auch ein Verfahren zur Kennzeichnung von Gussteilen während des Urformprozesses zugrunde. Um Gussteile in der Serienproduktion individuell zu identifizieren, bedarf es einer eindeutigen Kennzeichnung, die zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen werden kann, wodurch eine RückVerfolgbarkeit in der Produktionskette ermöglicht wird. Herkömmliche Verfahren bringen eine Markierung durch einen zusätzlichen Arbeitsschritt an der Außenseite des Gussteils an. Gussteile haben jedoch nach dem Gießvorgang eine zu hohe Temperatur, wodurch dieser Arbeitsschritt erst sehr spät erfolgen kann. Wird eine ausreichende Abkühlphase eingehalten, erschwert dies allerdings die genaue Zuordnung zu dem jeweiligen Herstellungsprozess, da eine geordnete Lagerung während des Abkühlvorgangs nicht möglich ist.

Der Stand der Technik zeigt die Möglichkeit, Markierungen mittels einer Gießuhr auf dem fertigen Gussteil auszubilden. Die als Gießuhr bekannte Lösung besteht aus mehreren konzentrischen Ringen, auf denen Ziffern für Monat, Kalendertag, Schicht und teilweise auch Stunde angebracht sind. Eine Referenzmarke ermöglicht das Auslesen vom Zeitpunkt des Gussvorgangs. Das Verfahren ermöglicht nur eine RückVerfolgbarkeit bis maximal zu einer Stunde, der dadurch gewonnene Informationsgehalt ist sehr gering. Außerdem ist ein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig, wodurch ein Taktzeitverlust entstehen kann. Die DE 10 2010 024 037 A1 und die DE 199 58 123 A1 zeigen derartige Wechselmarkierungsstempel.

Weiterhin zeigt der Stand der Technik die Möglichkeit, Markierungen mittels Laser oder Prägen auf dem fertigen Gussteil aufzubringen. Dazu können Gussteile vor oder nach dem Gießen direkt mittels Laser oder mechanischen Werkzeugen, z.B. Nadelpräger, markiert werden, so wie dies in der JP 2000 15395 A beschrieben ist. Nachteilig bei Lösungen dieser Art sind sowohl hohe Anschaffungskosten als auch hohe Wartungskosten unter Extrembedingungen. Die Analyse des Standes der Technik zeigt, dass die bekannten Lösungen entweder kostenaufwendig sind oder zu wenig detaillierte Informationen zum Gussvorgang bieten. Weitere Nachteile bestehen in der Beschränkung des Anwendungsgebietes oder in Beeinträchtigungen der Gussqualität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, automatischer Einsetzbarkeit die Aufbringung von Kennzeichnungen oder Markierungen ermöglicht, die eine individuelle Kennzeichnung jedes einzelnen Gussteils ermöglichen und die insbesondere automatisch auslesbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird somit eine Sandgussformkennzeichnungsvorrichtung geschaffen, welche ein Gehäuse umfasst, welches eine Formbildungsoberfläche aufweist. In der Formbildungsoberfläche sind erfindungsgemäß mehrere individuell einstellbare Indikatorenelemente angeordnet, die jeweils von einem Rahmenelement umgeben sind. Die Indikatorenelemente sind jeweils mit einem in dem Gehäuse angeordneten Aktuator verbunden, wobei die Aktuatoren zur individuellen Einstellung der Indikatorenelemente mit einer elektronischen Steuerung betriebsverbunden sind.

Das mit der erfindungsgemäßen Lösung erreichte Ziel einer individuellen Gussteilmarkierung ist es, individuelle Markierungen prozesssicher und kostengünstig an Gussteilen anzubringen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein individueller Code auf einem in das Modell zur Herstellung einer Sandgussform integrierbaren Gerät erzeugt, welcher sich auf der Negativ-Gussform abbildet. Durch den Gießvorgang wird dieser auf dem Gussteil abgebildet.

Durch die individuelle Gussteilmarkierung wird eine eindeutige Fehlerzuordnung ermöglicht, wodurch mögliche Risiken und Einflussfaktoren ermittelt werden können. Eine spezifische Bauteilkennzeichnung ermöglicht es zudem, wichtige prozessbezogene Informationen zuzuordnen. Die dadurch erzeugten Datensätze ermöglichen eine präzise Ursachen- Wirkungs-Analyse, was die Ursachenermittlung bei Fehlern erleichtert. Die sich ergebenden positiven Effekte bei einer Reduzierung der Fehlerquote sind u.a. das Verringern des Ausschussbestands, die Senkung der Energie-/Material-/Mitarbeiterkosten sowie eine Verringerung des C0 ₂ -Ausstoßes. Mit der Erfindung wird eine Lösung vorgestellt, welche eine kostengünstige, prozesssichere und auf dem breiten Anwendungsgebiet der verschiedenen Gusstechnologien eine Markierung von Gussteilen während des Urform prozesses ermöglicht. Des Weiteren arbeitet die Markiereinheit vollständig autonom und ist nicht auf zusätzliche Steuerungseinheiten angewiesen. Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in einer Form zur Herstellung einer Sandgussform oder eines Sandgusskerns so eingebaut, dass die Formbildungsoberfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung, an welcher die Indikatorenelemente angeordnet sind, sich in der Oberfläche der Sandgussform oder des Sandgusskerns abbildet. Beim nachfolgenden Abguss wird diese Form somit auf dem fertigen Bauteil übernommen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass jedes einzelne Gussteil oder jeder einzelne Sandgusskern eine individuelle Kennzeichnung durch die Indikatorenelemente erhält. Diese werden mittels der ihnen zugeordneten Aktuatoren bei jedem Abformvorgang zur Herstellung einer Sandgussform in einer automatischen Gießanlage oder einer Kernschießmaschine nach einer vorgegebenen Regel durch die elektronische Steuerung, welche die Aktuatoren bedient, eingestellt. Somit trägt jedes fertige Gussteil oder jeder fertige Kern eine individuelle Kennzeichnung durch die Abbildung der Indikatorenelemente. Dies erweist sich insbesondere bei automatischen Gießanlagen oder Kernschießmaschinen als besonders vorteilhaft, da der gesamte Gießvorgang auf diese Weise dokumentiert und nachverfolgt werden kann. Sollten bei einzelnen Gußteilen oder Sandkernen Fehler auftreten, so ist exakt nachprüfbar, wie dieses einzelne Gussteil oder der einzelne Sandkern mit dem vorangegangenen und dem nachfolgenden Gussteil oder Sandkern zugeordnet werden kann. Die jeweiligen Gießparameter können dabei ebenfalls zugeordnet werden, beispielsweise die Schmelzentemperatur, die Abkühlbedingungen oder Ähnliches. Somit ist es möglich, bei auftretenden Fehlern sofort zu überprüfen, wodurch diese Fehler hervorgerufen wurden. Fehler können sich selbstverständlich auch aus der automatischen Herstellung der Sandgussform oder dem Kernschießen der Sandgusskerne ergeben, beispielsweise bei der Begasung oder bei der Aufbereitung des Sandes selbst. All diese Faktoren sind somit jeweils für das individuelle Gussteil zuordenbar.

Ein wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Vorgehensweise liegt darin, dass die auf der Oberfläche des fertigen Gussteils abgebildeten Indikatorenelemente, welche mit einem Rahmenelement umgeben sind, durch automatische Bilderkennungssysteme ausgelesen werden können. So ist es beispielsweise bei der nach der Abkühlung der Gussteile erfolgenden automatischen oder teilautomatischen Qualitätskontrolle möglich, das individuelle Gussteil zu identifizieren und dem Verlauf des automatischen Gießvorgangs zuzuordnen.

In besonders günstiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aktuator zur Drehung der Indikatorenelemente um eine senkrecht zur Formbildungsoberfläche angeordnete Drehachse ausgebildet ist. Besonders günstig dabei ist es, wenn der Aktuator in Form eines elektrischen Schrittmotors ausgebildet ist. Die einzelnen Formgebungselemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden somit nach einer vorgegebenen Regel verdreht. Eine derartige Verdrehung kann in der Form zur Herstellung der Sandform, in welcher nachfolgend das fertige Gussteil gegossen wird, vollautomatisch erfolgen. Die jeweiligen Positionen der Indikatorenelemente, die in der Oberfläche des fertigen Gussteils abgebildet werden, sind somit zum einen exakt vorwählbar und zum anderen exakt auf die Gussteiloberfläche übertragbar.

Die Steuerung zur Einstellung der Positionen der einzelnen Indikatorenelemente, welche die einzelnen Aktuatoren betätigt, arbeitet gemäß einer vorgegebenen Regel.

Die Indikatorenelemente sind beispielsweise in zwei übereinander liegenden Reihen angeordnet und in Form einer parallel zur Formgebungsoberfläche angeordneten Nadel ausgebildet. Das Indikatorenelement hat aufgrund seiner symmetrischen Nadel-Form beispielsweise vier verschiedene Möglichkeiten, sich zu positionieren. Dabei wird PO als Nullstellung mit 0° zu einer vorgegebenen Bilderkennungsrichtung bezeichnet. Mögliche Positionen der Indikatorenelemente sind:

- PO = 0° - P1 = 45°

- P2 = 90°

- P3 = 135°

Durch die bereits erwähnte Symmetrie der nadeiförmigen Indikatorenelemente wird bei 180° wieder die Anfangsposition PO erreicht. Bei der Anordnung von sechs Indikatorenelementen sind 4.096 verschiedene Kombinationen möglich. Ein Orientierungselement auf der Formgebungsoberfläche, die ebenfalls mit abgeformt wird, gibt an, aus welcher Richtung der durch die Indikatorenelemente gebildete Code gelesen werden muss. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektronische Steuerung mit zumindest einem Lagesensor oder Beschleunigungssensor, der bevorzugterweise ebenfalls in dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung untergebracht ist, betriebsverbunden. Somit kann die elektronische Steuerung erkennen, wenn die Form zur Herstellung der Sandform beispielsweise geöffnet ist. In diesem geöffneten Zustand ist es dann besonders einfach möglich, die Indikatorenelemente einzustellen. Dabei ist es auch besonders vorteilhaft, wenn in dem Gehäuse eine Energieversorgungsvorrichtung angeordnet ist, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung autonom arbeiten kann. Dabei ist es günstig, dass sämtliche Elemente, nämlich die Indikatorenelemente, die Aktuatoren, die Steuerung, der Lagesensor oder der Beschleunigungssensor und die Energieversorgungsvorrichtung in dem Gehäuse untergebracht sind. Dieses ist bevorzugterweise abgedichtet und so isoliert, dass kein Formsand eintreten kann und somit die Funktionsfähigkeit des Gehäuses über einen sehr langen Zeitraum gewährleistet ist. Die Indikatorenelemente sind dabei bevorzugterweise mittels einer Dichtung in dem Gehäuse gelagert, so dass bei Drehung der Indikatorenelemente keine Verunreinigungen in das Gehäuse eintreten können.

Wie bereits erwähnt, ist es günstig, wenn an der Formbildungsoberfläche ein Orientierungselement ausgebildet ist, welches über seine Abformung in der Sandgussform ebenso wie die Indikatorenelemente auf der Oberfläche des fertigen Gussteils ausgebildet wird. Das Orientierungselement dient zur Definition einer Bezugsrichtung oder Bezugsfläche zur Bestimmung der jeweiligen Positionen der Indikatorenelemente. Es kann mittels einer Bilderkennungsvorrichtung zusammen mit den Indikatorenelementen ausgelesen werden.

Das Rahmenelement ist bevorzugterweise konkav auf der Formgebungsoberfläche ausgebildet. In der Oberfläche des fertigen Gussteils ergibt sich somit eine konkave, bevorzugt ringförmige Ausnehmung, in deren Mitte das jeweilige Indikatorenelement vorsteht. Diese sehr typische Formgestaltung erleichtert eine automatische Auslesung mittels einer Bilderkennungssoftware.

Die elektronische Steuerung beinhaltet vorteilhafterweise mehrere Motorcontroller zur Betätigung der Aktuatoren, eine SD-Karte, einen WLAN-Adapter, einen Beschleunigungssensor sowie eine Energiequelle. Alle Komponenten befinden sich in dem Gehäuse, welches an der Formplatte zur Erzeugung der Sandform angebracht wird und als Steuergerät für das erfindungsgemäße Markierungswerkzeug

(Sandgussformkennzeichnungsvorrichtung) dient. Der angeschlossene WLAN-Adapter ermöglicht die Datenübertragung an eine Datenbank der Gießerei und den Eingriff von außen. Über einen Zeitstempel werden den einzelnen Seriennummern die Informationen über die Prozessparameter zugeordnet.

Mit Hilfe eines Beschleunigungssensors wird der aktuelle Zustand der Formanlage aus einem vordefinierten Bewegungsprofil ermittelt. Der geeignete Zeitpunkt der Einstellung für einen neuen Code ist eine Lage der Schwenkplatte, an der sie waagerecht zur Sandvorschubrichtung steht. In dieser Position gibt der Beschleunigungssensor den Impuls zur Einstellung eines neuen Codes.

Die Energieversorgung für die ECU sowie die Aktuatoren wird durch eine Energiequelle wie beispielsweise Batterien oder ein Powerpack gewährleistet. Dadurch kann die ECU flexibel und kabellos an der Formplatte angebracht werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sandgussformkennzeichnungsvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht im montierten Zustand,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Sandgussformherstellungsvorrichtung mit integrierter erfindungsgemäßer Sandgussformherstellungsvorrichtung, und

Fig. 4 eine vereinfachte Seitenansicht eines Indikatorenelements mit zugeordnetem

Aktuator.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Gehäuse 1 , welches aus mehreren Bauelementen zusammengesetzt ist und eine Formbildungsoberfläche 2 aufweist, die an der Oberfläche einer Formplatte zur Erzeugung einer Sandform (s. Fig. 3) angeordnet ist.

An der Formbildungsoberfläche 2 sind mehrere Indikatorenelemente 3 angeordnet, welche beispielsweise in Form von symmetrischen Nadeln ausgebildet sind. Die Indikatorenelemente sind so gewählt, dass sie nach der Erzeugung eines Gussteils auf dessen Oberfläche so sichtbar sind, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet somit einen Teil einer Modelloberfläche, die zur Erzeugung einer Sandform angeformt wird und dann von der in der Sandform erzeugten Negativform wiederum auf dem fertigen Gussteil als Positivoberfläche, so wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wiedergegeben wird.

Die einzelnen Indikatorenelemente sind in einem Rahmenelement 4 aufgenommen, welches konkav ausgebildet ist. Somit ergibt sich ein rückversetzter konkaver Ring, der das jeweilige Indikatorenelement 3 umgibt. Das Indikatorenelement 3 steht somit nicht oder nur unwesentlich über die Oberfläche des fertigen Gussteils über und beeinträchtigt somit nicht die Funktion des Gussteils. Die Rahmenelemente 4 sind auch hinsichtlich der Materialfestigkeit optimiert, da sich keine erkennbare Schwächung des Gussteils selbst ergibt. Auf der Formbildungsoberfläche 2 ist weiterhin ein Orientierungselement 7 abgebildet, welches konkav oder konvex sein kann. Das Orientierungselement 7 ist so gewählt, dass es mittels einer automatischen Bilderkennung ebenso erkannt werden kann, wie die Positionen der einzelnen Indiktorenelemente 3.

Wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt, ist jedes Indikatorenelement 3 mit einem Aktuator 5 verbunden, welcher beispielsweise als Schrittmotor ausgebildet ist. Der Aktuator 5 ist mittels einer Kupplung 10 mit einem Sockelteil 8 des Indikatorenelements 3 gekoppelt. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet die Drehachse sowohl des Indikatorenelements 3 als auch des Aktuators 5.

In dem Sockelteil 8 ist eine Dichtung 9 angeordnet, die den Innenbereich des Gehäuses 1 abdichtet.

In der Darstellung der Fig. 1 wurde darauf verzichtet, die elektrische Verkabelung der einzelnen Aktuatoren 5 darzustellen. Weiterhin sind die elektronische Steuerung, die Energieversorgung hierfür sowie weitere Sensoren, beispielsweise eine Lagesensor, nicht bezeichnet. Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer automatischen Anlage zur Erzeugung einer Sandform. Diese umfasst zwei einander zugewandte Formplatten 1 1 , die relativ zueinander in einem Gehäuse 12 verfahrbar sind. Die beiden Formplatten 1 1 tragen jeweils ein Modell 13, durch welches die gewünschte Sandgussform aus dem automatisch zugeführten Sand 14 erzeugt wird. Dieser tritt aus einem Trichter 15 durch eine Öffnung 16 in einen Formhohlraum 17 ein. Das in Fig. 3 rechts gezeigte Modell 13 weist das in ihm integrierte Gehäuse 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Formbildungsoberfläche 2 auf. Wenn nach dem Einfüllen des Sandes 14 die beiden Formplatten 1 1 gegeneinander verfahren werden, um die Sandgussform zu erzeugen, wird somit auf der Oberfläche der Sandgussform die Formbildungsoberfläche 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgebildet.

Mittels eines Bewegungssensors oder eines Lagesensors ist es für die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich, automatisch zu bestimmen, wann der richtige Zeitpunkt zur Verstellung der Indikatorenelemente 3 vorliegt. Es ist beispielsweise der in Fig. 3 gezeigte geöffnete Zustand. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Markierung von mittels automatischer Gießanlagen hergestellten Gussteilen besitzt somit durch die Indikatorenelemente 3 und die elektronische Steuerung eine Markierungseinrichtung zur Generierung einer aktuellen Seriennummer der jeweiligen Sandform und damit auch des durch die jeweilige Sandform hergestellten Gussteils. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insgesamt so aufgebaut, dass das Gehäuse 1 mit der Formbildungsoberfläche 2 vollständig abgedichtet ist und damit vor äußeren Einflüssen, wie Formsand, Pressdruck, Sandpartikel, Feuchtigkeit und Temperatur geschützt ist. Zusätzlich zu der bereits beschriebenen Dichtung 9 der Indikatorenelemente 3 ist eine Dichtungsplatte 18 unterhalb des Deckels 19, der die Formbildungsoberfläche 2 trägt, angeordnet. Zusätzlich ist eine Dichtung 20 vorgesehen. Das Sockelteil 8 der Indikatorenelemente 3 verhindert ein Verkanten der Indikatorenelemente 3 und vermeidet radiale Belastungen auf die Aktuatoren 5. Zusätzlich dämpft das Sockelteil 8 den Druck während des Sandeinschusses und des Formenpressens.

Die Aktuatoren 5 werden durch eine Klemmverbindung befestigt, um die Aktuatoren im Gehäuse 1 zu fixieren. Die Klemmverbindung wird durch ein Mittelteil 21 und seitliche Verbindungsteile 22 realisiert. Ein Gehäuseboden 23 dient zur Verbindung mit dem Deckel 19. Die gesamte Anordnung wird durch Passstifte 24 verbunden.

Erfindungsgemäß wird die Sandgussformkennzeichnungsvorrichtung somit wie folgt eingesetzt: Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird, wie in Fig. 3 gezeigt, in ein Modell 13, welches mit einer Formplatte 1 1 verbunden ist, eingebaut. Die Indikatorenelemente weisen somit zu der in der fertigen Form der Schmelze zugewandten Seite. Nachfolgend wird der Urformprozess gestartet. Der (nicht gezeigte) Beschleunigungssensor sendet an die Steuerung an einem definierten Punkt aus dem Beschleunigungsprofil bzw. Bewegungsprofil des Modells 13 einen Impuls zur Generierung einer neuen Seriennummer durch Verstellung der Indikatorenelemente. Dabei wird die zu generierende Seriennummer softwaremäßig in einem mittels einer automatischen Bilderkennung maschinenlesbaren Code der Zuordnung der einzelnen Indikatorenelemente umgewandelt. Dies ist die zugrundeliegende Regel, nach der die Indikatorenelemente verstellt werden. Nachfolgend erfolgt ein Einschießen des Sandes 14. Hierbei wird ein Negativabdruck der Indikatorenelemente 3 und des Orientierungselements 7 erzeugt. Bei der nachfolgenden Füllung der Sandform mit der Schmelze und dem hierbei ablaufenden Gießvorgang wird der durch die Indikatorenelemente 3 gebildete Code auf der Außenfläche des Gußteils abgebildet. Nach der Abkühlung und dem Auspacken des Gussteils kann der Code mit Hilfe einer automatischen Bilderkennung ausgelesen werden.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 Formbildungsoberfläche

3 Indikatorenelement

4 Rahmenelement

5 Aktuator

6 Drehachse

7 Orientierungselement

8 Sockelteil

9 Dichtung

10 Kupplung

1 1 Formplatte

12 Gehäuse

13 Modell

14 Sand

15 Trichter

16 Öffnung

17 Formhohlraum

18 Dichtungsplatte

19 Deckel

20 Dichtung

21 Mittelteil

22 Verbindungsteil

23 Gehäuseboden

24 Passstift