Industrial-RFID-Systeme für den LF-, HF- und UHF-Bereich für große Lesedistanzen

  • Tool-ID: Vorbereitete Werkzeuge in der Werkzeugvoreinstellung – insgesamt gibt es rund 10.000 technologisch und geometrisch unterschiedliche Werkzeuge, die mit RFID-Technologie einfach zu handhaben sind.Tool-ID: Vorbereitete Werkzeuge in der Werkzeugvoreinstellung – insgesamt gibt es rund 10.000 technologisch und geometrisch unterschiedliche Werkzeuge, die mit RFID-Technologie einfach zu handhaben sind.
  • Tool-ID: Vorbereitete Werkzeuge in der Werkzeugvoreinstellung – insgesamt gibt es rund 10.000 technologisch und geometrisch unterschiedliche Werkzeuge, die mit RFID-Technologie einfach zu handhaben sind.
  • Selbstklebende Balluff-OnMetal-RFID-Tags erlauben eine sehr flache Kennzeichnung der Shuttles.

RFID gilt als Schlüsseltechnologie, wenn in der smarten Fabrik  Produktionsfortschritte zu verfolgen und zu dokumentieren sind. Doch sind die Umgebungsbedingungen in industriellen Anlagen rau – Schock,  Vibration sowie elektromagnetische, thermische oder chemische Einflüssen setzen der Technik zu. Eine Lösung sind Identifikations-Systeme, die diesen Einflüssen standhalten und zudem unterschiedliche Reichweiten und Datenübertragungsgeschwindigkeiten realisieren können.

Häufig müssen Objekte auch Informationen untereinander austauschen können – mit RFID einfach umsetzbar. Eine weitere Anforderung im Rahmen von Industrie 4.0 ist die Rückverfolgbarkeit. Auch diese ist einfach zu realisieren, wenn der RFID-Transponder auf dem Produkt verbleibt.
Konventionelle funkgestützte RFID-Systeme, wie man sie aus dem Einzelhandel kennt, stoßen hier allerdings schnell an ihre Grenzen. Schließlich ist der industrielle Einsatz meist mit extremen Belastungen durch Schock, Vibrationen sowie elektromagnetischen, thermischen oder chemischen Einflüssen verbunden. Deshalb haben sich spezielle, robuste Industrial-RFID-Systeme wie die des Automatisierungsspezialisten Balluff bewährt. Verfügbar sind sie für den Niederfrequenz(LF)-, Hochfrequenz(HF)- und Ultrahochfrequenz(UHF)-Bereich für große Lesedistanzen.
Je nach Ausführung und Frequenz ermöglichen die Identifikations-Systeme BIS von Balluff unterschiedliche Reichweiten und Datenübertragungsgeschwindigkeiten. In Abhängigkeit der jeweils zu übertragenden Datenvolumen ergibt sich die notwendige Verweildauer des Datenträgers in einer begrenzten räumlichen Entfernung vom Schreib-/Lesekopf beziehungsweise Lesekopf. Da sich diese Verweilzeiten in Fertigungs- und Montageprozessen meist zu den Hauptzeiten addieren, gehört die Frequenz zu den wesentlichen Kriterien bei der Auswahl eines Identifikationssystems für industrielle Applikationen. Die verfügbare Speichergröße ist ein weiterer Wirtschaftlichkeitsfaktor.

Der Transponder

Kern der induktiv einkoppelnden HF- und LF-BIS-Systeme für extrem raue Umgebungen und nahe Lese-/Schreibabstände von bis zu 300 mm, die es in vier unterschiedlichen Baureihen gibt, sind ihre robusten Datenträger in Miniaturbauweise – die Transponder.

Hinzu kommen ein oder mehrere Schreib-/Leseköpfe und eine Auswerteeinheit, die die Daten an die Steuerungsebene weiterleitet. Der Datenaustausch zwischen Schreib-/Lesekopf und Transponder erfolgt berührungslos und damit verschleißfrei und je nach Ausführung nicht nur im statischen, sondern auch dynamischen Betrieb. Daten und Energie, die der Datenträger benötigt, werden dazu induktiv vom Schreib-/Lesekopf eingekoppelt, was eine separate Spannungsversorgung, wie zum Beispiel eine Batterie, überflüssig macht.
Wer dagegen größere Schreib-Leseabstände von bis zu sechs Metern benötigt, wird  auf die  Industrial-UHF-Lösung (868-870 MHz)  BIS U zurückgreifen, die eine automatische Identifizierung von Objekten gleich welcher Art und sogar ohne direkten Sichtkontakt zwischen Datenträger und Lesegerät gewährleistet.

RFID in der Anwendung

Ein Praxisbeispiel, wie auf Industrie 4.0 Einzug in die Produktion nehmen kann, ist Tool-ID von Balluff. Es ist heute integraler Bestandteil der Tool-Managementsysteme vieler Werkzeugmaschinen und macht mittels Balluff-RFID den Einsatz der Werkzeuge rückverfolgbar, gewährleistet deren optimale Auslastung und unterstützt die vorausschauende Instandhaltung (Predective Maintenance). Alle Werkzeuge sind dazu mit Datenträgern bestückt, auf denen ihre Identifikations- und Verschleißdaten gespeichert sind. Diese Parameter werden bei einem Werkzeugwechsel automatisch ausgelesen, was die Maschinennebenzeiten reduziert. So lässt sich die Standzeitenausnutzung der Werkzeuge optimieren.
Bei einer anderen Applikation nutzt ein namhafter Hersteller von Kurbelwellen RFID-Transponder als elektronische Warenbegleitscheine in Verbindung mit Werkstückträgerpaletten auf einer flexiblen Fertigungsstraße für einbaufertige Kurbelwellen im Mischbetrieb. Er organisiert und steuert so verwechslungssicher und effizient den hoch automatisieren Materialfluss und Fertigungsprozess.
Das Unternehmen Schweizer Ferag setzt auf RFID, um  mittels  eines Fördersystems Silikon-Kartuschen abzufüllen, sortieren und verpacken zu können. Eine spezielle Variante des Systems Skyfall bedient die hohen Anforderungen hinsichtlich Taktrate und Robustheit mit 12.000 Kartuschen in der Stunde und kann auch in schwieriger metallischer Umgebung ihre Aufgabe erfüllen. Das System ermöglicht eine lückenlose Dokumentation der Abläufe und liefert so auch in Echtzeit die Daten zur Steuerung und Automatisierung des kompletten Materialflusses einschließlich des Abfüll- und Verpackungsprozesses. Art und momentaner Aufenthaltsort jeder einzelnen Kartusche sind während des gesamten Prozesses bekannt.  Die Datenverwaltung erfolgt im zentralen Rechner der Anlage.
Mit RFID lässt sich auch die Effizienz von Spritzgießprozessen steigern. So unterliegen Werkzeuge von Spritzgießmaschinen Verschleiß und müssen daher regelmäßig gewartet werden. Häufig werden Inspektionen und Wartung jedoch in vielen Fällen erst dann durchgeführt, wenn die Qualität der produzierten Komponenten nicht mehr den Anforderungen entspricht oder das Werkzeug seinen Dienst versagt. Abhilfe bietet hier Mold-ID von Balluff.
Mittels Industrial-RFID macht es den Einsatz von Spritzgießwerkzeugen rückverfolgbar und liefert so die objektive Datenbasis für eine zustandsorientierte Wartung. Es handelt sich dabei um ein autarkes System, das jederzeit weltweit nachrüstbar ist.  Dazu speichert ein robuster RFID-Datenträger an jedem Werkzeug berührungslos neben der Werkzeugidentität die aktuelle Schusszahl und verschiedene werkzeugspezifische Prozessparameter unverlierbar ab. Diese Daten können zu jeder Zeit abgerufen werden. Als Schusszähler dient ein extern angebauter induktiver oder optischer Sensor.
Der Mehrwert liegt in der automatisierten Datenerfassung direkt am Werkzeug und der Verknüpfung mit anderen Daten. Denn durch LAN, W-LAN oder Powerline können alle Mold-ID-Systeme per Webservices mit der Leitebene, einem ERP bzw. MES-System verbunden werden. Damit besteht von überall Zugriff auf die Daten und Prozesse.

Lufthansa Industry Solutions als Partner

Jetzt ist der Sensorspezialist in einer gemeinsamen Industrie-4.0-Konzeptstudie mit Lufthansa Industry Solutions als Partner noch einen Schritt weitergegangen. Bei Smart Mold-ID sind zusätzlich zur Werkzeugidentifizierung Sensoren in die Spritzgießwerkzeuge integriert. Diese erfassen während des Fertigungsprozesses kontinuierlich wichtige Prozessparameter wie die Temperaturverteilung in den Kavitäten, Hydraulikdruck, Wasserdurchfluss und die Schließkraft im Werkzeug. Mit dem Verfahren erfährt der Nutzer neue Details über die Beanspruchung der Werkzeuge und ihren Zustand. Der Prozess wird für den Nutzer transparenter: Zudem steht ihm jetzt  erstmals die Datenbasis zur Verfügung, die er für den Aufbau einer intelligenten Fertigung und Predictive Maintenance im Sinne von Industrie 4.0 verwenden kann.
Dabei werden die Daten aus der Feld- und Netzwerkebene auf die übergeordnete Ebene der IT-Infrastruktur geleitet. Das derzeit noch nicht verkäufliche Konzept zeigt, wie sich Daten erzeugen, transportieren, verarbeiten und mit Hilfe des Nachrichtenprotokolls MQTT (Message Queue Telemetry Transport) verschlüsselt an eine cloudbasierte Applikation senden lassen. Die Software analysiert die Informationen, bereitet die Ergebnisse visuell auf und macht sie so nutzbar. Auf diese Weise können Anwender unter anderem die Instandhaltung und Wartung von Maschinen genauer planen und besser mit dem tatsächlichen Gerätezustand abstimmen. Auch die Qualitätskontrolle ist so effizienter und damit kostengünstiger organisierbar, bei Abweichungen können die zuständigen Mitarbeiter in Echtzeit in die Produktionsprozesse eingreifen. Ein weiterer großer Vorteil, den die Studie aufführt, ist die Flexibilität, die das System bietet. Alle Arten von analogen, digitalen und IO-Link-Sensoren sind integrierbar.

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Balluff GmbH
Schurwaldstraße 9
73765 Neuhausen
Telefon: +49 7158 173 0
Telefax: +49 7158 5010

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