DE102006061297A1 - Antenne eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation - Google Patents

Antenne eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antenne (Lesespule) eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation, insbesondere für die Identifikation eines Fahrzeugschlüssels. Die Antenne (Lesespule) eines RFID-Lesegeräts weist eine metallische Abdeckung sowie eine elektromagnetische Spule auf und ist vorzugsweise an einer Trägerplatte angeordnet. Um die größtmögliche Reichweite der Datenkommunikation zu sichern, wird die Antenne mit einem Ferritband aus hochpermeablem Werkstoff versehen. Ferner wird die Antennenspule zwischen der Abdeckung und der Trägerplatte angeordnet. Die metallische Abdeckung weist die Form eines Rings auf und ist mit einem Schlitz radial zur Ringachse versehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft Antenne (Lesespule) eines RFID-Lesegeräts mit mindestens einer Spule nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • Um ein unbefugtes Entriegeln und/oder Starten durch fremde Personen zu vermeiden, werden Fahrzeuge heutzutage mit Systemen ausgestattet, mithilfe denen die Fahrzeugschlüsseln im Nahfeld identifiziert werden können.
  • Zur Identifikation von Fahrzeugschlüsseln werden unter anderem induktiv gekoppelte RFID-Systeme (Radio Frequency Identification Systems) eingesetzt, wobei die Identifikation von Fahrzeugschlüsseln nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion erfolgt und in einem Nahfeld von einer Reichweite von einigen Zentimetern geschieht.
  • Ein solches System zur Identifikation von Fahrzeugschlüsseln weist eine Antenne auf, welche auch Lesespule des RFID-Lesegeräts genannt wird. Die Antenne weist wiederum eine induktive Spule mit mehreren Windungen auf. Die Antenne wird in der Regel in unmittelbarer Nähe zum Zündschlosses oder Start-/Stopptasters eingebaut.
  • Zum Entriegeln und/oder Starten des Fahrzeugs wird beispielsweise der Fahrzeugschlüssel in die Schlüsselaufnahme eines Zündschlosses eingeführt oder in die Nähe des Start-/Stopptasters gebracht.
  • Beispielsweise durch mechanischen Kontakt zwischen dem Schlüssel und der Schlüsselaufnahme oder durch das Betätigen des Start-/Stopptasters wird das Lesegerät eingeschaltet. Dabei fließt Strom durch die induktive Spule der Antenne und erzeugt ein elektromagnetisches Feld.
  • Beispielsweise beim Nahebringen des Fahrzeugschlüssels an die Antenne erzeugt das elektromagnetische Feld der Antennenspule Induktionsstrom in der Spule im Fahrzeugschlüssel und aktiviert somit den Signalsender im Schlüssel. Der Signalsender sendet dann seinerseits Identifikationscode an die Antenne des Lesegeräts. Das Lesegerät vergleicht den empfangenen Code mit vorher gespeicherten Identifikationsdaten und sendet im Falle einer Übereinstimmung ein Signal zum Steuerungssystem im Fahrzeug, um das Fahrzeug zu entriegeln oder zu starten.
  • Die Identifikation des Fahrzeugschlüssels erfolgt daher mithilfe elektromagnetischer Wechselwirkung zwischen der Antennenspule vom RFID-Lesegerät und der Spule im Fahrzeugschlüssel.
  • Da der Fahrzeugschlüssel die zur Datenkommunikation bzw. zur Identifikation erforderliche Energie vom Lesegerät über das elektromagnetische Feld erhält, ist eine Datenkommunikation bzw. Identifikation und somit auch das Entriegeln und/oder Starten vom Fahrzeug selbst in den Notfällen möglich, wenn die Batterie im Fahrzeugschlüssel leer ist oder der Fahrzeugschlüssel keine eigene Stromversorgung hat.
  • Ein solches System ist in der Patentschrift DE 195 39 851 C2 und in der Offenlegungsschrift DE 195 20 211 A1 beschrieben.
  • Nach dem Stand der Technik, auch wie in der Offenlegungsschrift DE 195 20 211 A1 beschrieben ist, wird die Antenne des Lesegeräts samt der Spule unter dem Armaturenbrett oder der Wand des Lenksäulengehäuses angeordnet, wobei eine solche Trägerplatte in der Regel aus Metall besteht oder metallische Komponenten aufweist.
  • Die Anordnung der Spule unter einer solchen Trägerplatte mit Metallteilen führt dazu, dass das elektromagnetische Feld, welches von dieser Spule erzeugt wird, durch die Metallteile abgeschwächt oder gar abgeschirmt wird. Das elektromagnetische Feld von der Antenne induziert in den Metallteilen Wirbelströme, die ihrerseits elektromagnetische Felder erzeugen, welche dem ursprünglichen Feld entgegenwirken und somit dieses abschwächen oder gar vollständig kompensieren. Dadurch ist eine Identifikation vom Fahrzeugschlüssel nicht möglich oder sehr schwer durchzuführen.
  • Da bei Betätigung des Start/Stopp-Tasters eine Identifikation des Fahrzeugschlüssels beim Nahebringen des Schlüssels an das Zündschloss oder dem Start-/Stopptaster erfolgen muss, ist eine genügend große Reichweite des elektromagnetischen Feldes unerlässlich. Dies ist beispielsweise bei Keyless-Fahrzeugen im Limp-Home-Fall (Notstart des Fahrzeugs) besonders wichtig.
  • Außerdem werden von Automobilherstellern häufig moderne Fahrzeuginnendesigns gefordert, bei welchen Zündschloss und/oder Start-/Stopptaster mit Metalloptik zu versehen sind, wobei häufig ein Ring aus Chrom als Abdeckung für den Schlosszylinder beim Zündschloss oder für den Zylinder vom Knopf beim Start-/Stopptaster verwendet wird.
  • Allerdings ist das Metall elektrisch leitend und eine zusammenhängende metallische Oberfläche schirmt das elektromagnetische Feld ab.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Antenne der eingangs genannten Art derart zu entwickeln, dass die Datenkommunikation bzw. die Identifikation des Fahrzeugschlüssels selbst beim Transponderfall bzw. Limp-Home-Fall durch Nahebringen des Schlüssels an die Abdeckung des Zündschlosses bzw. Start-/Stopptasters möglich ist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Antenne mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Kerngedanke der Erfindung ist, in unmittelbarer Nähe der Spule ein Ferritband aus hochpermeablem Werkstoff anzuordnen. Dabei wird das Ferritband so angeordnet, dass das magnetische Feld von diesem hochpermeablen Werkstoff gebündelt und verstärkt in den Bereich ausgestrahlt, wo der Fahrzeugschlüssel zur Identifikation gebracht wird.
  • Durch die Anordnung des Ferritbandes wird einerseits das elektromagnetische Feld in Richtung zu dem Bereich, wo der Fahrzeugschlüssel zur Identifikation gebracht wird, verstärkt ausgestrahlt, und andererseits werden die elektromagnetischen Störfelder durch die Wirbelströme vermieden, die in den metallischen Bauteilen in der Trägerplatte durch das elektromagnetische Feld von der Spule erzeugt werden.
  • Ferner wird die Spule vorzugsweise zwischen der Abdeckung und der Trägerplatte angeordnet. Dabei wird die Abdeckung als ein Ring aus Metall oder elektrisch nicht leitendem Werkstoff mit Metalloptik ausgeführt. Im Falle des metallischen Rings wird der Ring durch einen Schlitz radial zur Ringachse getrennt. Durch diesen Schlitz wird verhindert, dass sich beim Betrieb der Antenne Wirbelströme im Metallring bilden. Dadurch wird das elektromagnetische Feld, welches von der Antennenspule ausgestrahlt wird, nur schwach abgedämpft.
  • Um im Falle einer Anordnung der Antenne an einer metallischen Trägerplatte, einen elektrischen Kurzschluss zwischen der metallischen Abdeckung und Trägerplatte zu vermeiden, wird eine Isolationssicht zwischen der Abdeckung und Trägerplatte angeordnet.
  • Durch die oben beschriebenen Veränderungen wurde vor allem verhindert, dass sich starke Wirbelströme in den Metallflächen bilden, welche ihrerseits elektromagnetische Felder erzeugen, die dem Feld von der Antenne entgegenwirken und dieses abschwächen.
  • Die erfindungsgemäßen Antennenvorrichtungen können auch in anderen Bereichen, wo induktive Datenkommunikation mithilfe RFID-Systeme durchzuführen ist, verwendet werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt eines der Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei ein Start-/Stopp-Taster als Beispiel gezeigt wird. Der Start-/Stopp-Taster weist einen Zylinder (1.1) und einen Knopf (2) auf, wobei der Knopf (2) beim Betätigen des Start-/Stopp-Befehls entlang dem Zylinder (1.1) gleitet. Der Zylinder (1.1) ist an einer Trägerplatte (3) angeordnet. Auf der Oberseite des Zylinders (1.1) ist ein Chromring (6A) als Abdeckung angeordnet. Im Inneren des Chromrings (6A) ist die Spule (7) angeordnet. Die beiden Enden der Spule sind mit Signalleitungen (8) verbunden.
  • Um eine Abschirmung vom elektromagnetischen Feld (11) durch den Chromring (6A) zu vermeiden, wird, wie in 3 zu sehen ist, ist der Chromring (6A) durch einen Schlitz (6.1) radial zur Ringachse (6.2) durchgetrennt.
  • Zwischen dem Chromring (6A) bzw. der Spule (7) und der Trägerplatte (3), wo der Start-/Stopp-Taster montiert ist, ist ein Ferritband (9) aus hochpermeablem Werkstoff angeordnet. Das elektromagnetische Feld (11) in Richtung zum Trägerplatten-Inneren wird durch dieses Ferritband (9) gebündelt und in die Richtung verstärkt zurückgestrahlt, wo der Schlüssel (4) zur Identifikation gebracht wird. Durch diese Bündelung wird ein eindringen des elektromagnetischen Feldes (11) in die metallische Trägerblatte bzw. in die metallischen Komponenten der Trägerplatte verhindert.
  • Um zu vermeiden, im Falle einer Anordnung der Antenne an einer metallischen Trägerplatte (3) zwischen dem Chromring (6A) und der Trägerplatte (3) einen elektrischen Kurzschluss und somit eine zusammenhängende Metallfläche für Wirbelströme bildet, wird vorzugsweise eine Isolationsschicht (10) zwischen dem Chromring (6A) und der Trägerplatte (3) angeordnet.
  • 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in der Figur zu sehen ist, ist die Spule (7) in einem zylinderförmigen Spritzguss (1.2) aus elektromagnetisch nicht leitendem Werkstoff eingegossen, wobei dieser Spritzguss (1.2) als Knopf-Zylinder (Zylinder für den Knopf (2), wobei der Knopf (2) entlang dieses Zylinders gleitet) verwendet wird. Die Spule (7) wird in dem oberen Bereich des Zylinders (1.2) eingegossen, so dass sich die Spule (7) nach dem Einbau des Zylinders (1.2) in der Trägerplatte (3) oberhalb dieser Trägerplatte (3) befindet.
  • Die Außenoberseite des Zylinders (1.2) wird mit einer Chromschicht (6B) beschichtet. Um eine Abschirmung vom elektromagnetischen Feld (11) durch die Chromschicht (6B) zu vermeiden, wird, wie in 3 zu sehen ist, ist die Chromschicht (6B) durch einen Schlitz radial zur Ringachse (6.2) durchgetrennt.
  • Ein Ferritband (9) aus hochpermeablem Werkstoff und eine Isolationsschicht (10) werden ebenfalls zwischen der Spule (7) und der Trägerplatte (3) angeordnet.
  • 3 zeigt den Chromring (6A) bzw. die Chromschicht (6B) in Draufsicht. Der Chromring (6A) bzw. die Chromschicht (6B) ist durch einen Schlitz (6.1) radial zur Ringachse (6.2) durchgetrennt. Der Schlitz (6.1) ist mit elektrisch nicht leitendem Material gefüllt.
    • 1.1
    Kunststoff-Zylinder vom Start-/Stopptaster
    1.2
    Kunststoff-Zylinder vom Start-/Stopptaster mit integrierter Spule
    2
    Knopf vom Start-/Stopptaster
    3
    Metallische Trägerplatte
    4
    Schlüssel
    5
    Rückholfeder
    6A
    Chromring mit integrierter Spule
    6B
    Chromschicht
    6.1
    Schlitz
    6.2
    Ring-/Zylinderachse
    7
    Spule
    8
    Signalleitungen für Spule
    9
    Ferritband
    10
    Isolationsschicht
    11
    Elektromagnetisches Feld der Spule

Claims (8)

  1. Antenne eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation, insbesondere für Identifikation eines Fahrzeugschlüssels, wobei die Antenne eine elektromagnetische Spule (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne ein Ferritband (9) aus hochpermeablem Werkstoff aufweist.
  2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) auf einer metallischen Trägerplatte (3) angeordnet ist und zwischen Spule (7) und Trägerplatte (3) das Ferritband (9) aus hochpermeablem Werkstoff angeordnet ist.
  3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule vom einem Kunststoffring (1.2) umspritzt ist.
  4. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine ringförmige metallische Abdeckung (6A, 6B) und diese Abdeckung einen den Ring radial durchtrennenden Schlitz (6.1) aufweist.
  5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der metallischen Abdeckung (6A, 6B) und der Trägerplatte (3) eine elektrisch nichtleitende Isolationsschicht (10) angeordnet ist.
  6. Zündschloss, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  7. Tastschalter, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  8. Kraftfahrzeug mit mindestens einer Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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