Auto-ID UHF-RFID identifiziert Karossen trotz „Heavy Metal“

Autor / Redakteur: Michael Fislage und Dieter Häge / Dipl.-Betriebswirt (FH) Bernd Maienschein

Einsatzort Trockner im Prozessabschnitt Oberfläche des Mercedes-Benz-Werkes Rastatt: Metall, wohin das Auge schaut – und wohin die Antenne sendet und woher sie empfängt. In diesem für RFID extrem widrigen Umfeld bewähren sich die Schreib-Lese-Geräte RFU630 bei der Identifikation von A- und B-Klasse-Karossen.

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Selbst unter den „Heavy-Metal“-Bedingungen hinter dem KTL-Trockner erreicht der UHF-Interrogator RFU630 Schreib-Lese-Raten von 99,98 %.
Selbst unter den „Heavy-Metal“-Bedingungen hinter dem KTL-Trockner erreicht der UHF-Interrogator RFU630 Schreib-Lese-Raten von 99,98 %.
(Bild: Sick)

Da das System unter diesen „Heavy-Metal“-Bedingungen Schreib-Lese-Raten von 99,98 % erreicht, ist es auch für andere, prozesskritische Identifikationspunkte (I-Punkte) in der Oberfläche die erste Wahl, zum Beispiel für die Vorbehandlungsanlage oder die Übergabestation der Karossen an die kathodische Tauchlackierung (KTL).

Rastatt: Kompetenz für Kompakte mit zunehmender Typenvielfalt

An allen Stellen werden die Produktionsnummer ausgelesen und zusätzlich weitere Daten auf dem Datenträger hinterlegt, die zur Steuerung der Anlage verwendet werden. Es muss eindeutig erkannt werden, ob es sich um eine Karosse der aktuellen A-Klasse, der neuen B-Klasse oder um eine Karosse der neuen A-Klasse handelt, die sich bereits in der Produktionsvorbereitung befindet. Denn: Bei „no reads“ steht die Fördertechnik und es kann zu Ausschuss kommen.

Bei Lesefehlern droht Verwechslungsgefahr der Karossen – und damit die Zuführung falscher Karossen, Kollisionsgefahr beim Karossenhandling oder eine Fehlleitung der Karosse. Lesesicherheit ist also ein Muss – und das bei etwa 300.000 Lesungen pro Tag im System.

Das Mercedes-Benz-Werk in Rastatt wurde 1992 gegründet und ist mit seinen derzeit etwa 6000 Mitarbeitern das Kompetenzzentrum für Kompaktfahrzeuge von Mercedes-Benz. Derzeit werden an diesem Standort zwei Modelle gefertigt: die aktuelle A-Klasse, die im Jahr 2012 von der dritten Generation abgelöst wird, und seit wenigen Wochen auch die neue B-Klasse, von deren erster Generation über 700.000 Fahrzeuge vom Band liefen. Mittelfristig wird das Kompaktwagensegment von Mercedes-Benz um zwei weitere Modelle erweitert, von denen eines ebenfalls in Rastatt gefertigt werden soll.

Höchstanforderungen der Oberfläche an RFID-Komponenten

Die Typenvielfalt der Karossen nimmt also zu – und damit die Anforderungen an die Steuerung der komplexen Fertigungsabläufe. Es gilt, Prozessqualität zu sichern und Störungen zu vermeiden.

Den etwa 400 I-Punkten im gesamten Werk kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu. Die dort installierten RFID-Schreib-Lese-Geräte steuern die Karossen, die im Rohbau mit einem Transponder gekennzeichnet werden, von dort per Skidfördertechnik durch die verschiedenen Arbeits- und Behandlungsstationen bis in die Endmontage. Sie aktualisieren die Bearbeitungs- und Qualitätsdaten für jede Karosse und erlauben es, einzelne Karossen physisch wie auch datentechnisch jederzeit in Pufferstrecken oder zur zentralen Nacharbeit in den Förderkreislauf ein- und auszuschleusen. Das geht nur, wenn die Karossen jederzeit sicher identifiziert werden können.

Will man wie Mercedes-Benz im Automobilbau ein durchgängiges Identifikationssystem einsetzen, spart man sich nicht nur die Hardware- und Handlingkosten für mehrere Systeme und verschiedene Transpondertypen, sondern auch die funktions- und datentechnischen Risiken, die mit jeder Schnittstelle einhergehen können. Bei der Auswahl der richtigen RFID-Lösung definiert der schwierigste I-Punkt die Leistungsanforderungen an die Datenträger wie auch an die Schreib-Lese-Geräte.

RFID-System muss höchste Anforderungen an Lesesicherheit erfüllen

Bei Mercedes-Benz in Rastatt befindet sich dieser I-Punkt an der Fördertechnik hinter dem KTL-Trockner. Nach der Vorbehandlung unter anderem durch Entfetten, Spülen und Phosphatieren in riesigen Spritzanlagen und der kathodischen Tauchlackierung werden die Karossen in Öfen bei etwa 180 °C getrocknet. Danach werden sie – A-Klasse und B-Klasse in beliebiger Reihenfolge – auf einer Skidförderstrecke in drei Linien für die nächsten Prozessschritte, zum Beispiel die Nahtabdichtung per Roboter, bereitgestellt.

Der Bereich hinter dem Trockner ist Metall pur: Wände, Decken, Boden, Fördertechnik und die zahlreichen Karossen – alles ist aus Metall. Für RFID bedeutet dies höchste Anforderungen an die Lesesicherheit, denn die hochfrequenten Reflexionen aus der Anlage dürfen die Datenübertragung zwischen den Transpondern und den Schreib-Lese-Geräten nicht beeinträchtigen.

Schreib-Lese-Geräte von Sick an 24 I-Punkten im Einsatz

Ungefähr die Hälfte aller I-Punkte im Werk – also etwa 200 – befindet sich im Prozessabschnitt Oberfläche. An insgesamt 24 I-Punkten, an denen das Umfeld höchste Anforderungen an die Verfügbarkeit und Lesesicherheit stellt, hat Mercedes-Benz aus Gründen der Lesesicherheit und Systemverfügbarkeit Schreib-Lese-Geräte Interrogator RFU630 von Sick im Einsatz. Sie arbeiten in Europa in einem UHF-Frequenzband von 865 bis 867 MHz und können über diese Luftschnittstelle alle RFID-Transponder identifizieren, die die Spezifikationen gemäß ISO/IEC-18000-6 oder EPC-Global erfüllen.

Die Elektronik wie auch die Antenne des Interrogator RFU630 sind in einem robusten Gehäuse aus Aluminiumdruckguss untergebracht, das nach Anforderung Schutzart IP67 bietet. Die Integration in eine Vielzahl industrieller Netzwerkumgebungen ist möglich – bei Mercedes-Benz in Rastatt sind die Schreib-Lesegeräte über externe Anschlussmodule CDF600 von Sick in Profibus DP eingebunden.

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Was ebenfalls für den Interrogator RFU630 spricht, ist die einfache Parametrierung und Bedienung. Mithilfe der Programmiersoftware Sopas können zum Beispiel die Datenausgabeformate frei festgelegt, Filter- und Diagnosefunktionen definiert sowie die insgesamt acht Anzeige-LED in ihren Belegungen und Funktionen so programmiert werden, wie es der Anwender wünscht. Im Fall eines Gerätetauschs minimiert das Parameter-Cloning per Micro-SD-Karte den Zeit- und Kostenaufwand.

Kurzzeitiger Stopp der Karosse schafft konstante Lesebedingungen

Um eine maximale Lesesicherheit im Metallumfeld hinter dem KTL-Trockner zu erreichen, haben die Instandhalter von Mercedes-Benz und die Anwendungsspezialisten von Sick eine I-Punkt-spezifische Parametrierung der Schreib-Lese-Geräte vorgenommen. Die Lesereichweite wurde jeweils auf den tatsächlichen Abstand zum Transponder, das heißt auf 0,4 bis 1,2 m reduziert und so sowohl die Ausgangsleistung wie auch die Empfangsempfindlichkeit optimiert. Das Lesen selbst erfolgt beim kurzzeitigen Stopp der Karosse, sodass hierbei weitgehend konstante Umfeld- beziehungsweise Übertragungs- und Reflexionsbedingungen erreicht werden. Für das sichere Lesen und Schreiben wurden Funktionen in das Gerät verlagert sowie aus Diagnosegründen teilweise auf dem gemeinsam entwickelten Funktionsbaustein implementiert. Falschlesung Fehlanzeige: Es wird nur die Karosse identifiziert, die sich gerade am I-Punkt befindet – mit einer bestätigten Lesesicherheit von 99,98 % und bei Transpondern, die zu diesem Zeitpunkt auch schon einiges hinter sich haben.

Passive UHF-Transponder bieten eine Reihe von Vorteilen

Während die aktuelle A-Klasse noch mit einem aktiven Datenträgersystem ausgestattet ist, kommen an der B-Klasse wie auch später an der neuen A-Klasse etwa scheckkarten-große, hitzefeste Inlay-Transponder zum Einsatz. Ihre passive Technologie bietet eine Reihe von Vorteilen: Sie sind preiswerter als aktive Transponder, es entstehen keine Kosten für Batterien oder das Handling der Transponder, zum Beispiel das Reinigen vor der Wiederverwendung, und sie können von verschiedenen Anbietern bezogen werden.

Die UHF-Transponder von Sick beispielsweise sind nur etwa 2,5 g schwer und dennoch sehr formstabil. Sie sind bis 85 °C dauerhaft temperaturbeständig und selbst nach mehrfach 30 min bei 220 °C voll funktionsfähig.

Die von Mercedes-Benz derzeit eingesetzten UHF-Transponder werden im Rohbau an der Karosse eingehängt und angeschraubt. In den verschiedenen Stationen der Oberfläche werden sie zum einen mechanisch hart beansprucht, beispielsweise durch den Strahldruck beim Spritzentfetten und Spritzspülen in der Karossenvorbehandlung. Unter thermischen Gesichtspunkten stellen die Trocknungsöfen mit bis zu 180 °C die größten Anforderungen an den Transponder.

Schreib-Lese-Geräte lesen Speicher auch bei beanspruchten Transpondern aus

Es ist daher nicht ungewöhnlich, dass die Transponder beim Erreichen der I-Punkte nach dem KTL-Trockner Spuren zeigen, zum Beispiel durch Verformung oder verdrehte Ausrichtung. Die Schreib-Lese-Geräte Interrogator RFU630 zeichnen sich auch in solchen Fällen durch das sichere Auslesen und Beschreiben des Anwenderspeichers aus.

Die Installationen von Sick bei Mercedes-Benz in Rastatt zeigen, dass Metall im Umfeld kein Schreckgespenst für den Einsatz radiofrequenter Identifikationstechnologien zu sein braucht, im Gegenteil: Mit dem Interrogator RFU630 konnten diese „Heavy-Metal“-Anwendungen nahezu in „Plug-&-Play“-Manier gelöst werden.

* Michael Fislage ist Product Unit Manager RFID bei der Sick AG in 79276 Reute; Dieter Häge ist Key Account Manager Automation bei der Sick Vertriebs-GmbH in 40549 Düsseldorf

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