DE102008063909B4

DE102008063909B4 - Device for identifying paper rolls

Info

Publication number: DE102008063909B4
Application number: DE200810063909
Authority: DE
Inventors: Dr. Weingarten Klaus; Michael Stein; Norbert Menke
Original assignee: STONEGARDEN TECHNOLOGIES GmbH
Current assignee: STONEGARDEN TECHNOLOGIES GmbH
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2028-12-20
Also published as: DE102008063909A1

Abstract

Einrichtung zur Identifikation von Papierrollen (16) mittels Radiofrequenz-Technologie (RFID) umfassend mindestens eine im Bereich der Hülse (15) der Papierrolle angeordnete Empfängereinheit mit einem Transponder (10), die geeignet ist mit einer dieser zugeordneten Sendereinheit außerhalb der Papierrolle bei bewickelter Papierrolle in Kontakt zu treten, wobei die Empfängereinheit sich wenigstens über einen Teilringbereich des Umfangs der Hülse (15) der Papierrolle erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (10) eine Antenne aus einer Anzahl von 2 bis n viereckigen nebeneinander liegenden Leiterbahnschleifen (11, 12, 13, 14) aufweist, wobei n eine natürliche Zahl ist, und wobei jeweils mindestens eine achsparallel zur Achse der Hülse ausgerichtete Leiterbahn (22, 23, 24) einer viereckigen Leiterbahnschleife (11, 12, 13, 14) mit einer Leiterbahn einer benachbarten Leiterbahnschleife zusammenfällt oder überlappt.Device for identifying paper rolls (16) by means of radio-frequency technology (RFID) comprising at least one receiver unit arranged in the region of the sleeve (15) of the paper roll with a transponder (10) which is suitable with a transmitter unit associated therewith outside the paper roll with the paper roll wound in that the receiver unit extends at least over a partial ring area of the circumference of the sleeve (15) of the paper roll, characterized in that the transponder (10) comprises an antenna comprising a number of 2 to n quadrangular conductor track loops (11, 12) , 13, 14), wherein n is a natural number, and wherein in each case at least one axially parallel to the axis of the sleeve aligned conductor track (22, 23, 24) of a square track loop (11, 12, 13, 14) with a conductor track of an adjacent Trace loop coincides or overlaps.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Identifikation von Papierrollen mittels Radiofrequenz-Technologie (RFID) umfassend mindestens eine im Bereich der Hülse der Papierrolle angeordnete Empfängereinheit mit einem Transponder, die geeignet ist mit einer dieser zugeordneten Sendereinheit außerhalb der Papierrolle bei bewickelter Papierrolle in Kontakt zu treten, wobei die Empfängereinheit sich wenigstens über einen Teilringbereich des Umfangs der Hülse der Papierrolle erstreckt.The present invention relates to a device for the identification of paper rolls by means of radio frequency technology (RFID) comprising at least one arranged in the sleeve of the paper roll receiver unit with a transponder, which is suitable to contact one of these associated transmitter unit outside the paper roll with wound paper roll in contact wherein the receiver unit extends at least over a partial ring area of the circumference of the sleeve of the paper roll.

In der DE 10 2005 001 539 B4 ist eine Einrichtung zur Identifikation von Papierrollen mittels Radiofrequenz-Technologie der zuvor genannten Art beschrieben, bei der ein Informationsträger an der Hülse angebracht wird und eine Antenneneinheit verwendet wird, die kreisförmig oder spiralförmig sein kann. Außerdem wird in dieser Druckschrift erwähnt, dass eine richtungsunabhängige Kommunikation mit dem Informationsträger über die Antenneneinheit möglich ist, jedoch fehlen hierzu konkrete Ausführungen.In the DE 10 2005 001 539 B4 a device for the identification of rolls of paper by means of radio frequency technology of the aforementioned type is described in which an information carrier is attached to the sleeve and an antenna unit is used, which may be circular or spiral. In addition, it is mentioned in this document that a direction-independent communication with the information carrier via the antenna unit is possible, but this lacking specific designs.

Die DE 38 51 761 T2 beschreibt ein elektronisches Sicherheitssystem, mittels dessen man in einer Abfragezone beispielsweise das Entwenden von Gegenständen kontrollieren kann. Es wird eine neuartige Antennengeometrie für eine EAS Antenne (EAS: Electronic Article Surveillance) beschrieben. Es werden jeweils zwei Antennen verwendet, die parallel zueinander positioniert werden und zwischen denen eine potentielle Störung gemessen wird. Bei den beiden Antennen handelt es sich um eine Kombination einer reinen Sendeantenne mit angeschlossener Sendeeinheit mit einer gleichartigen reinen Empfangsantenne mit angeschlossenem Empfänger. Diese Druckschrift gibt keine Anregung für die Schaffung einer Einrichtung zur Identifikation von Papierrollen, die eine richtungsunabhängige Erfassung der Informationen ermöglicht.The DE 38 51 761 T2 describes an electronic security system by means of which it is possible, for example, to control the stealing of objects in an interrogation zone. A novel antenna geometry for an EAS antenna (EAS: Electronic Article Surveillance) is described. In each case, two antennas are used, which are positioned parallel to one another and between which a potential interference is measured. The two antennas are a combination of a pure transmitting antenna with connected transmitting unit with a similar pure receiving antenna with connected receiver. This document gives no suggestion for the creation of a device for the identification of paper rolls, which allows a direction-independent collection of information.

In der EP 1 619 750 A1 werden generell Antennenanordnungen für RFID-Systeme beschrieben, wobei es jedoch um die Verbesserung der Sende-, Empfangseinheit des RFID-Systems geht und nicht um den Transponder, welcher die Gegenseite im RFID-System darstellt. Es wird hier nicht eine einzelne Antenne optimiert, sondern eine Antennengruppe/Kombination mit mindestens zwei Antennen. Es werden magnetische Antennen beschrieben und nicht solche mit Dipolwirkung. Mehrere Einzelantennen überlappen sich und die kombinierte Anschaltung dieser Einzelantennen erfolgt über Multiplexer. Zielsetzung im Stand der Technik ist die Schaffung eines optimierten, möglichst großen Erfassungs-/Messbereichs mit möglichst inhomogener bzw. mit wechselnder Polarisation.In the EP 1 619 750 A1 Antenna arrangements are generally described for RFID systems, but it is about the improvement of the transmitting and receiving unit of the RFID system and not the transponder, which represents the opposite side in the RFID system. It is not optimized a single antenna, but an antenna group / combination with at least two antennas. It describes magnetic antennas and not those with dipole effect. Several individual antennas overlap and the combined connection of these individual antennas via multiplexer. The objective in the prior art is the creation of an optimized, as large as possible detection / measuring range with as inhomogeneous or with alternating polarization.

In der US 2004/0102870 A1 ist ein Verfahren zur RFID-Identifizierung von bewickelten Papierrollen beschrieben, bei dem der Empfänger auf der Innenseite oder der Außenseite der Hülse der Papierrolle angebracht wird und über einen Sender Informationen über die Beschaffenheit, Historie, aktuelle Position etc. der Papierrolle abgerufen werden können. Die Empfängereinheit umfasst dabei eine Art auf der Hülse der Papierrolle aufbringbares Etikett mit geringer Materialstärke, einen integrierten Radiofrequenz-Schaltkreis (RFIC) und eine Einrichtung, die als Antenne bezeichnet wird. Dies kann beispielsweise eine induktive Antenne sein mit einer spiralförmig angeordneten Leiterschleife, deren Enden im elektrischen Kontakt stehen mit dem RFIC. Alternativ dazu werden auch kapazitive Antennen verwendet mit zwei pads aus leitendem Material und einer nicht leitenden Lücke zwischen diesen, in deren Bereich der RFIC positioniert ist. Als Empfänger dient eine Leseeinrichtung, die sich an dem Greifer eines Staplers befindet, welcher die Papierrolle mit gebogenen Armen unter Klemmwirkung erfasst und transportiert. Die mittels RFID von den Informationsträgern der einzelnen Papierrollen beim Transport ausgelesenen Informationen können dann beispielsweise von der Leseeinrichtung an einen Rechner übermittelt und zentral gespeichert werden.In the US 2004/0102870 A1 a method for RFID identification of wound paper rolls is described, in which the receiver is mounted on the inside or the outside of the sleeve of the paper roll and information about the nature, history, current position, etc. of the paper roll can be retrieved via a transmitter. In this case, the receiver unit comprises a type of low-material-strength label which can be applied to the sleeve of the paper roll, a radio-frequency integrated circuit (RFIC) and a device which is referred to as an antenna. This may for example be an inductive antenna with a spirally arranged conductor loop whose ends are in electrical contact with the RFIC. Alternatively, capacitive antennas are also used with two pads of conductive material and a non-conductive gap between them, in the region of which RFIC is positioned. The receiver is a reading device, which is located on the gripper of a stacker, which detects the paper roll with bent arms under clamping action and transported. The information read by means of RFID from the information carriers of the individual paper rolls during transport can then be transmitted, for example, from the reading device to a computer and stored centrally.

Einrichtungen für die RFID-Identifikation von Papierrollen der vorgenannten Art sind wichtig für die Papierindustrie, da in den Produktionsstätten und Lagerhallen oft eine große Anzahl von Papierrollen unterschiedlichen Typs vorhanden sind, die dazu häufig von einem Standort zum anderen umgesetzt werden, so dass es ohne ein effektives Identifizierungssystem zu Verwechslungen durch Fehlinformationen kommt oder es vorkommt, dass Papierrollen auf dem Weg vom Hersteller zum Empfänger verloren gehen.Devices for the RFID identification of paper rolls of the aforementioned type are important for the paper industry, since in the production facilities and warehouses often a large number of paper rolls of different types are often implemented from one location to another, so it without a misidentification, or paper rolls may be lost on the way from the manufacturer to the recipient.

Bei der automatischen Papierrollenidentifikation auf Basis der RFID-Technologie unter Verwendung eines in die Hülse der Papierrolle eingebrachten Empfängerelements erfolgt die Erfassung über bidirektionalen Datenaustausch zwischen Empfängerelement und einem externen aktiven Sendeelement. Die Erfassung der Signale erfolgt durch das auf die Rolle aufgewickelte Papier hindurch, das heißt nicht über die Stirnseite der Rolle, sondern durch die Bewicklung hindurch. Die Abmessungen der Papierrollen mit Durchmessern von beispielsweise 1–3 m machen Erfassungsreichweiten von bis zu 2 m erforderlich. Zwar können als Empfängerelement auch so genannte aktive Transponder verwendet werden. Diese benötigen jedoch eine Batterie, die in der Fertigung in einem zusätzlichen Arbeitsschritt angebracht werden muss, wodurch sich höhere Herstellkosten ergeben. Zudem hat die Batterie nur eine begrenzte Lebensdauer, so dass die Rollenverfolgung auf einen bestimmten Zeitraum begrenzt ist.In automatic paper roll identification based on RFID technology using a receiver element introduced into the sleeve of the paper roll, the detection takes place via bidirectional data exchange between the receiver element and an external active transmitting element. The detection of the signals is carried out by the paper wound on the roll, that is not on the front side of the roll, but through the winding through. The dimensions of paper rolls with diameters of 1-3 m, for example, require detection ranges of up to 2 m. Although it is also possible to use so-called active transponders as the receiver element. However, these require a battery that must be mounted in the production in an additional step, resulting in higher manufacturing costs. In addition, the battery has a limited life, so that the role tracking is limited to a certain period of time.

Aus diesen Gründen ist es vorteilhaft, als Empfängerelement so genannte passive Transponder einzusetzen, die preisgünstiger sind. Diese können aus einem Inlay/Etikett bestehen umfassend einen integrierten Schaltkreis (IC) und eine flexible zweidimensionale Antenne, die beispielsweise auf eine flexible Folie oder auf Papier als Träger aufgebracht ist. Unter Berücksichtigung der gesetzlichen Vorgaben kommt bei der Verwendung von passiven Transpondern in der beschriebenen Konstellation und den geforderten Erfassungsbereichen von mehr als 1 m nur die UHF-Technologie in Frage. Andere Frequenzbereiche (LF, HF) scheiden aus. Diese passiven UHF-Transponder arbeiten bevorzugt in einem Frequenzbereich von etwa 860–960 MHz. For these reasons, it is advantageous to use as a receiver element so-called passive transponder, which are cheaper. These may consist of an inlay label comprising an integrated circuit (IC) and a flexible two-dimensional antenna, for example applied to a flexible film or to paper as a carrier. Taking into account the legal requirements, when using passive transponders in the described constellation and the required detection ranges of more than 1 m, only UHF technology is considered. Other frequency ranges (LF, HF) are eliminated. These passive UHF transponders preferably operate in a frequency range of about 860-960 MHz.

In diesem UHF-Frequenzbereich (860–960 MHz) treten beim Material Papier zwei Effekte auf, die zu einem signifikanten Verlust von Strahlungsleistung führen. Zum einen die Absorption, das heißt der volumenabhängige Verlust bei der Durchdringung des Papiers mit einer Schichtdicke von beispielsweise im Bereich 50–150 cm. Hinzu kommt die Reflektion, das heißt der Verlust durch Oberflächeneffekte an den Übergängen Luft/Papier und Papier/Luft.In this UHF frequency range (860-960 MHz), the paper has two effects that cause a significant loss of radiant power. On the one hand, the absorption, that is the volume-dependent loss in the penetration of the paper with a layer thickness of, for example, in the range 50-150 cm. Added to this is the reflection, ie the loss due to surface effects at the air / paper and paper / air transitions.

Dadurch ergeben sich bei Berücksichtigung der gesetzlichen Vorgaben (Beschränkung von Geometrie und maximal möglicher Abstrahlungsleistung der aktiven Antenne der Sendereinheit) Beschränkungen für den Einsatz der RFID-Technologie für die Identifikation von Papierrollen. Grundsätzlich gilt, dass die Erfassung um so schwieriger wird, je dicker die Papierrolle ist und je höher Feuchte und Dichte des Papiers sind. Die Erfassung ist außerdem stark richtungsabhängig, das heißt abhängig von der relativen Orientierung der Antenne der Empfängereinheit des Transponders zur aktiven Antenne der Sendereinheit. Die Erfassung wird zudem erschwert, wenn der Transponder an der Rückseite der Hülse der Papierrolle angebracht ist, das heißt, wenn zwischen der Antenne des Senders und dem Transponder zusätzlich zu der durch das Papier zurück zu legenden Strecke noch eine Strecke in Luft (durch den Innenraum der Hülse) zurück gelegt werden muss. Diese Effekte führen dazu, dass die bislang in den Papierrollen der Papierindustrie verwendeten Transponder nur eingeschränkt erfasst werden können. Auch die Erfassung mittels einer Sendereinheit an einem Klammerstapler wie in der oben erwähnten US 2004/0102870 A1 beschrieben konnte in der Praxis mit den dort beschriebenen Transpondern bislang nicht erfolgreich realisiert werden.This results in consideration of the legal requirements (limitation of geometry and maximum possible radiation power of the active antenna of the transmitter unit) restrictions on the use of RFID technology for the identification of paper rolls. Basically, the thicker the paper roll is and the higher the moisture and density of the paper, the harder it becomes to detect it. The detection is also highly directional, that is, depending on the relative orientation of the antenna of the receiver unit of the transponder to the active antenna of the transmitter unit. The detection is also made more difficult if the transponder is attached to the back of the sleeve of the paper roll, that is, if between the antenna of the transmitter and the transponder in addition to the back through the paper track still a distance in air (through the interior the sleeve) must be put back. These effects mean that the transponders previously used in the paper rolls of the paper industry can only be detected to a limited extent. The detection by means of a transmitter unit to a stapler as in the above-mentioned US 2004/0102870 A1 described could not be successfully realized in practice with the transponders described there.

In der WO 01/69525 A1 ist ebenfalls eine Einrichtung zur RFID-Identifikation beschrieben, die unter anderem auch für Papierrollen verwendbar ist. Um eine Anpassung an die zylindrische Form einer Hülse im Kern einer Papierrolle zu erhalten, wird hier vorgeschlagen, an Stelle einer einzigen Dipolantenne mehrere vertikale Dipolantennen in einer ringförmigen Anordnung über einen Teilumfang der Hülse anzuordnen, um so den Winkel des Erfassungsbereichs zu vergrößern. Es werden dabei Dipole mit halber Wellenlänge über einen Wilkinson-Koppler kombiniert. Gegebenenfalls muss noch ein Chip-Widerstand vor den Eingang des RFIC geschaltet werden. Der Abstand zwischen den gekoppelten Dipolen muss größer sein als ein Viertel der Wellenlänge. Es werden gemäß einer Ausführungsvariante auch beabstandete parallele Dipole auf einer Innenseite einer Hülse angeordnet und weitere parallele Dipole auf der Außenseite der Hülse, die dann jeweils in der Mitte zwischen je zwei Dipolen auf der anderen Seite der Hülse liegen. Die hier verwendete Anordnung ist zum einen vergleichsweise aufwändig und es ist auch keine völlige Unabhängigkeit hinsichtlich des Erfassungswinkels rund um die Achse der Papierrolle (360°-Winkel) gegeben.In the WO 01/69525 A1 A device for RFID identification is also described, which can be used inter alia for paper rolls. In order to obtain an adaptation to the cylindrical shape of a sleeve in the core of a paper roll, it is proposed here, instead of a single dipole antenna, to arrange a plurality of vertical dipole antennas in an annular arrangement over a partial circumference of the sleeve so as to increase the angle of the detection region. Half-wavelength dipoles are combined via a Wilkinson coupler. If necessary, a chip resistor must be connected in front of the input of the RFIC. The distance between the coupled dipoles must be greater than a quarter of the wavelength. There are arranged according to a variant also spaced parallel dipoles on an inner side of a sleeve and further parallel dipoles on the outside of the sleeve, which are then in each case in the middle between two dipoles on the other side of the sleeve. The arrangement used here is on the one hand comparatively complex and there is also no complete independence with respect to the detection angle around the axis of the paper roll (360 ° angle) given.

Da die Papierrollen jedoch meist mit einem Klammerstapler erfasst werden und die jeweilige Position der Empfängereinheit an der Hülse der Papierrolle für den Staplerfahrer von außen her nicht erkennbar ist, ist die bisherige Richtungsabhängigkeit bei der Erfassung ein ganz erhebliches Problem. Wenn der Erfassungswinkel ungünstig ist, kann es nach dem Stand der Technik dazu kommen, dass die Signale nicht oder nicht vollständig erfasst werden. Da zukünftig mit einer Vergrößerung des Durchmessers der produzierten Papierrollen zu rechnen ist, wird dieses Problem sich verschärfen.However, since the paper rolls are usually detected with a stapler and the respective position of the receiver unit on the sleeve of the paper roll for the forklift driver from the outside is not recognizable, the previous directional dependence on the detection is a very significant problem. If the detection angle is unfavorable, it can happen in the prior art that the signals are not or not completely detected. As the diameter of the paper rolls produced is expected to increase in the future, this problem will be exacerbated.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Identifikation von Papierrollen mittels Radiofrequenz-Technologie (RFID) der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei der eine hohe Erfassungsreichweite unabhängig von der jeweiligen relativen Winkelstellung von Sendereinheit und Empfängereinheit zueinander erzielt wird.The object of the present invention is to provide a device for the identification of paper rolls by means of radio frequency technology (RFID) of the type mentioned above, in which a high detection range is achieved independently of the respective relative angular position of transmitter unit and receiver unit to each other.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Einrichtung zur Identifikation von Papierrollen mittels Radiofrequenz-Technologie (RFID) der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Transponder eine Antenne aus einer Anzahl von 2 bis n viereckigen nebeneinander liegenden Leiterbahnschleifen aufweist, wobei n eine natürliche Zahl (>= 2) ist, und wobei jeweils mindestens eine achsparallel zur Achse der Hülse ausgerichtete Leiterbahn einer viereckigen Leiterbahnschleife mit einer Leiterbahn einer benachbarten Leiterbahnschleife zusammenfällt oder überlappt.The solution to this problem provides a device for the identification of paper rolls by means of radio frequency technology (RFID) of the aforementioned type with the characterizing features of the main claim. According to the invention, it is provided that the transponder has an antenna comprising a number of 2 to n quadrangular interconnect loops lying next to one another, where n is a natural number (> = 2), and wherein in each case at least one interconnect of a quadrilateral interconnect loop oriented axially parallel to the axis of the sleeve a trace of an adjacent trace loop coincides or overlaps.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich ringförmige oder spiralförmige Transponder schaffen, die sich konzentrisch um die Hülsenachse der Papierrolle winden. Die Polarisation ist dabei wie üblich parallel zur Hülsenachse. Die Strahlungsaufnahme bzw. Strahlungsabstrahlung erfolgt rundum über den Hülsenumfang. Die erfindungsgemäße Geometrie des Antennenarrays ermöglicht die Überwindung der Richtungsabhängigkeit.In the context of the solution according to the invention, it is possible to create annular or spiral transponders concentrically around the Winding the axis of the paper roll. The polarization is as usual parallel to the sleeve axis. The radiation absorption or radiation radiation takes place all around the sleeve circumference. The geometry of the antenna array according to the invention makes it possible to overcome the directional dependence.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird quasi die Antennenfläche des Transponders senkrecht zur Polarisationsrichtung aufgeweitet. Es wird eine Serie gestockter Antennen verwendet. Die Ausdehnung des Transponders senkrecht zur Polarisationsrichtung kann gestreckt sein (lange Achse senkrecht zur Polarisationsrichtung), während die Ausdehnung in Richtung parallel zur Polarisationsrichtung des Antennenfeldes (Polarisation parallel zur Hülsenachse) vergleichsweise dazu kürzer sein kann.In the solution according to the invention, the antenna surface of the transponder is virtually widened perpendicular to the polarization direction. A series of stacked antennas is used. The extension of the transponder perpendicular to the polarization direction can be stretched (long axis perpendicular to the polarization direction), while the extension in the direction parallel to the polarization direction of the antenna field (polarization parallel to the sleeve axis) can be comparatively shorter.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Aufgabenlösung können die einzelnen Leiterbahnschleifen rechteckig oder parallelogrammförmig ausgebildet sein.According to a preferred development of the task solution, the individual conductor track loops can be rectangular or parallelogram-shaped.

Um die Richtungsabhängigkeit zu überwinden erstreckt sich das Antennenarray bevorzugt über mehr als 180° vorzugsweise über mehr als 270° weiter vorzugsweise über mindestens 360° des Umfangs der Hülse an deren Innenseite und/oder an deren Außenseite. Bei spiralförmiger Anordnung kann die Erstreckung über den Umfang mehr als 360° betragen.In order to overcome the directionality, the antenna array preferably extends over more than 180 °, preferably over more than 270 °, more preferably over at least 360 ° of the circumference of the sleeve on the inside and / or on the outside thereof. In a spiral arrangement, the extent over the circumference may be more than 360 °.

Verwendet man rechteckige Leiterbahnschleifen kann die Antenne bevorzugt eine Anzahl von jeweils treppenförmig versetzt angeordneten rechteckigen Leiterbahnschleifen aufweisen, um insgesamt eine spiralförmige Anordnung zu erzeugen. Gemäß einer anderen bevorzugten Alternative kann man eine insgesamt spiralförmige Anordnung auch über eine Anzahl von jeweils aneinander gereihten parallelogrammförmigen Leiterbahnschleifen verwirklichen.If rectangular strip loops are used, the antenna may preferably have a number of rectangular strip loops, each staggered in a stepped manner, in order to produce a spiral arrangement as a whole. According to another preferred alternative, it is also possible to realize an overall spiral arrangement over a number of mutually parallelogram-shaped strip conductor loops.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Identifikation von Papierrollen kann beispielsweise eine Leiterschleife mit einem Transponder-Chip als Sekundärantenne und eine Antenne aus einer Anzahl von 2 bis n viereckigen nebeneinander liegenden Leiterbahnschleifen als Primärantenne aufweisen, wobei Sekundärantenne und Primärantenne unmittelbar über eine elektrisch leitende Verbindung oder über induktive oder kapazitive Kopplung miteinander verbunden sein können. Man kann das Primärantennenelement auch als „Quad-Element-Array” mit 2 bis n viereckigen Leiterbahnschleifen („Quad-Elemente”) bezeichnen, so dass sich ein im Inneren der Papierrolle an der Hülse angebrachter ringförmiger bzw. spiralförmig gewickelter 3D-Quad-Element-Transponder ergibt.The paper roll identification device according to the invention may comprise, for example, a conductor loop with a transponder chip as a secondary antenna and an antenna comprising a number of 2 to n quadrangular adjacent conductor loops as the primary antenna, the secondary antenna and the primary antenna directly via an electrically conductive connection or via inductive or capacitive coupling can be interconnected. The primary antenna element can also be referred to as a "quad-element array" with 2 to n square track loops ("quad-elements"), so that there is a ring-shaped or spirally wound 3D quad-element mounted on the sleeve inside the paper roll Transponder yields.

Die erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten Quad-Element-Arrays unterscheiden sich in wesentlichen Punkten gegenüber den im Stand der Technik eingesetzten Dipolen (siehe WO 01/69525 A1 ). Während die Dipole λ/2 lang sind, beträgt die Länge der senkrechten Leitungen der Quad-Elemente nur λ/4. Das Quad-Element benötigt alle vier Seiten und hat insgesamt einen Umfang von 1λ. Wenn mehrere Dipole gestockt (aneinandergereiht) werden, sind diese nur mit einem Abstand > λ/2 funktionsfähig. Die Quad-Elemente lassen sich hingegen Element an Element stocken ohne Abstand.The quad-element arrays preferably used according to the invention differ in essential points from the dipoles used in the prior art (see WO 01/69525 A1 ). While the dipoles are λ / 2 long, the length of the vertical lines of the quad elements is only λ / 4. The quad element requires all four sides and has a total circumference of 1λ. If several dipoles are stacked (lined up), they are only functional with a distance> λ / 2. The quad elements, on the other hand, can be blocked element by element without spacing.

Aufgrund des Stockungsabstands von > λ/2 (>= 170 mm) wird bereits bei zwei Dipolen ein Mindestumfang von 2 × 17 = 34 cm benötigt. Bei mehreren Dipolen ergeben sich daher Schwierigkeiten, diese auf dem Hülsenumfang der Papierrolle unterzubringen. Bei kleineren Hülsen sind nicht einmal zwei Dipole möglich. Bei Hülsen mit größerem Durchmesser (Innenumfang mehr als 34 cm) sind maximal zwei Dipole möglich. Würde man Dipolabstände von < λ/2 wählen, beeinflussen sich die Dipole untereinander und die Strahlungsdiagramme verändern sich massiv in nachteiliger Weise.Due to the stagnation distance of> λ / 2 (> = 170 mm), a minimum circumference of 2 × 17 = 34 cm is required for two dipoles. With several dipoles, therefore, difficulties arise to accommodate these on the sleeve circumference of the paper roll. For smaller tubes, not even two dipoles are possible. For larger diameter sleeves (inner circumference greater than 34 cm), a maximum of two dipoles are possible. If dipole spacings of <λ / 2 were chosen, the dipoles influence each other and the radiation patterns change drastically in a disadvantageous way.

Im Gegensatz dazu liegen die Quad-Elemente direkt aneinander, so dass es nicht zu negativen Beeinflussungen kommt. Über die Variation der Seitenverhältnisse der Quad-Elemente ist es auch bei Hülsen mit geringerem Durchmesser möglich, mehrere Elemente auf dem Hülsenumfang unterzubringen, wodurch Leselöcher bei Ansprache aus bestimmten Richtungen vermieden werden können. Selbst bei den kleinsten gängigen Hülsendurchmessern von beispielsweise 3'' (7,62 cm) ist es problemlos möglich vier Quad-Elemente ringförmig über den Umfang aneinanderzureihen.In contrast, the quad-elements lie directly against each other, so that it does not lead to negative influences. By varying the aspect ratios of the quad members, even with smaller diameter sleeves, it is possible to accommodate multiple elements on the sleeve circumference, thereby avoiding reading holes when addressed from particular directions. Even with the smallest common sleeve diameters of, for example, 3 "(7.62 cm), it is easily possible to arrange four quad-elements in a ring around the circumference.

Das Strahlungsdiagramm von Dipol-Arrays weist eine schlechtere Omnidirektionalität auf. Gestockte Dipole bilden immer ein Richtdiagramm, das damit auch zwangsläufig Leselöcher hat. Dies gilt besonders im Zusammenhang mit dem „Luftloch” im Inneren der Hülse, da dort die Phasenverhältnisse der Signale nicht eingehalten werden.The radiation pattern of dipole arrays shows inferior omnidirectionality. Drilled dipoles always form a directional diagram that inevitably has reading holes. This is especially true in the context of the "air hole" inside the sleeve, since there the phase ratios of the signals are not met.

Bei den erfindungsgemäßen Quad-Elementen besteht hingegen über die geschickte Wahl der Seitenverhältnisse der Einzelelemente die Möglichkeit, derartige Leselöcher zu minimieren bzw. ganz zu vermeiden.By contrast, in the case of the quad-elements according to the invention, the skillful choice of the aspect ratios of the individual elements makes it possible to minimize or completely avoid such reading holes.

Ein weiterer Nachteil der Dipol-Arrays liegt darin, dass für diese zusätzliche Bauteile wie Powersplitter, Phasenleitungen oder Koppler benötigt werden. Beispielsweise eignet sich ein Wilkinson Powersplitter zur impedanzrichtigen Verbindung von Koaxkabeln nur auf einer Frequenz. Bei mehreren Dipolen muss immer noch ein Widerstand mit eingebaut werden, um Phasenfehler zu kompensieren, da es sonst sogar verstärkt zu Leselöchern kommt. Bei den erfindungsgemäßen Quad-Element-Arrays werden hingegen zum Zusammenschalten keine zusätzlichen Bauteile benötigt, was die Produktion der Identifikationseinrichtung erleichtert und die Herstellkosten senkt.Another disadvantage of the dipole arrays is that they require additional components such as power splitter, phase lines or couplers. For example, a Wilkinson power splitter is suitable for the impedance-correct connection of coaxial cables only on one frequency. In case of several dipoles there is still a resistor with be installed to compensate for phase errors, otherwise it comes even more to read holes. In the quad-element arrays according to the invention, however, no additional components are required for interconnection, which facilitates the production of the identification device and lowers the manufacturing costs.

Über das Stocken (d. h. die Aneinanderreihung) der Quad-Elemente und die dreidimensionale Anbringung an der Hülse werden die Eigenschaften des „Primärantennenelements” entscheidend verbessert. Für die Aneinanderreihung der Quad-Elemente kommen in Abhängigkeit von der Geometrie der einzelnen Quad-Elemente und von der Art der Aneinanderreihung vorzugsweise drei unterschiedliche Varianten in Frage:

a) Die symmetrische Aneinanderreihung zu einem Antennenband
b) Die Aneinanderreihung mit Verschiebung der Rechtecke (Treppenform)
c) Die Aneinanderreihung von Parallelogrammen

By staking (ie, lining up) the quad elements and three-dimensionally attaching to the sleeve, the properties of the "primary antenna element" are significantly improved. For the juxtaposition of the quad-elements, depending on the geometry of the individual quad-elements and the type of juxtaposition, preferably three different variants are possible:

a) The symmetrical juxtaposition to an antenna band
b) The juxtaposition with displacement of the rectangles (staircase form)
c) The juxtaposition of parallelograms

Über die Krümmung senkrecht zu den Verbindungsleiterbahnen der einzelnen Quad-Elemente resultieren unterschiedliche ring- oder spiralförmige 3D-Antennen, bei der Variante a) eine ringförmige 3D-Antenne und bei den Varianten b) und c) jeweils spiralförmige 3D-Antennen.The curvature perpendicular to the interconnect lines of the individual quad elements result in different ring or spiral 3D antennas, in variant a) an annular 3D antenna and in variants b) and c) each spiral 3D antennas.

Alle genannten Varianten der Antennen zeichnen sich dadurch aus, dass sie in der Polarisationsebene parallel zu den Verbindungsleiterbahnen der Quad-Elemente ein 360° Strahlungsdiagramm aufweisen.All mentioned variants of the antennas are characterized in that they have a 360 ° radiation pattern parallel to the connecting tracks of the quad-elements in the polarization plane.

Für die Papierrollenidentifikation werden die Antennen derart an der Hülse angebracht, dass die Verbindungsleiterbahnen der Quad-Elemente parallel zur Hülsenachse ausgerichtet sind, so dass sich in der Polarisationsebene parallel zur Hülsenachse ein 360° Strahlungsdiagramm ergibt.For paper roll identification, the antennas are mounted on the sleeve in such a way that the connecting tracks of the quad-elements are aligned parallel to the sleeve axis so that a 360 ° radiation pattern results in the polarization plane parallel to the sleeve axis.

Für die Transpondererfassung über eine externe Antenne bedeutet dies, dass bei einer Antennenpolarisation parallel zur Hülsenachse die Erfassung des innen oder außen in/an der Papierrolle eingebrachten Transponders aus jedem Winkel rund um die Rolle herum möglich ist.For transponder detection via an external antenna, this means that in an antenna polarization parallel to the sleeve axis, the detection of the inside or outside in / on the paper roll introduced transponder from any angle around the role around is possible.

Gemäß einer alternativen Variante der Erfindung kann auch beispielsweise nur ein Antennenarray aus einer Anzahl von 2 bis n viereckigen Leiterbahnschleifen mit integriertem Transponder-chip vorgesehen sein.According to an alternative variant of the invention, for example, only one antenna array may be provided from a number of 2 to n square conductor loops with an integrated transponder chip.

Erfindungsgemäß kann der Transponder außen oder innen auf der Hülse der Papierrolle oder auch in der Hülsenwandung untergebracht sein. Es kann auch ein Hülseneinschub vorgesehen sein, an dem der Transponder beispielsweise innen angebracht ist.According to the transponder can be housed outside or inside on the sleeve of the paper roll or in the sleeve wall. It can also be provided a sleeve insert to which the transponder is mounted, for example, inside.

Für den technischen Aufbau der Transponder, d. h. für die Kombination von Chip (RFIC) und Antenne kommen bevorzugt zwei unterschiedliche Lösungen in Frage. Die Vor- und Nachteile der beiden Lösungen resultieren aus produktionstechnischen Unterschieden sowie aus den mit der Einhaltung von Qualitätsstandards verbundenen Anforderungen. In Bezug auf die Performance der resultierenden Transponder sind beide Lösungen gleichwertig. Die Konstruktion des Transponders kann über die Kombination von zwei eigenständigen Antennensystemen erfolgen, wobei als Primärantenne ein 3D-Quad-Element-Array dient und als Sekundärantenne ein Loop mit Transponder-Chip. Alternativ wird ein Ein-Antennen-Design verwendet, bei dem ein 3D-Quad-Element-Array mit integriertem Transponder-Chip vorliegt. Diese beiden Lösungsvarianten werden später anhand der Ausführungsbeispiele noch näher im Detail erläutert.For the technical structure of the transponder, d. H. For the combination of chip (RFIC) and antenna preferably two different solutions come into question. The advantages and disadvantages of the two solutions result from differences in production technology and from the requirements associated with compliance with quality standards. In terms of the performance of the resulting transponder, both solutions are equivalent. The construction of the transponder can be done by combining two independent antenna systems, whereby the primary antenna is a 3D quad-element array and the secondary antenna is a loop with a transponder chip. Alternatively, a one-antenna design is used in which a 3D quad-element array with integrated transponder chip is present. These two solution variants will be explained in more detail later with reference to the embodiments.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Papierrolle mit einer Einrichtung zur Identifikation mittels Radiofrequenz-Technologie (RFID) mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The subject of the present invention is furthermore a paper roll with a device for identification by means of radio frequency technology (RFID) with the features of claim 9.

Die in den Unteransprüchen beschriebenen Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.The features described in the dependent claims relate to preferred developments of the task solution according to the invention. Further advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:Hereinafter, the present invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Einrichtung zur RFID Identifikation von Papierrollen gemäß einer möglichen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung; 1 a schematically simplified representation of a device for RFID identification of paper rolls according to a possible embodiment of the present invention;

2 eine schematisch vereinfachte Draufsicht auf eine Papierrolle zur Erläuterung der Möglichkeiten der Anbringung eines erfindungsgemäßen Transponders; 2 a schematically simplified plan view of a paper roll to explain the possibilities of mounting a transponder according to the invention;

3a eine schematisch vereinfachte perspektivische Ansicht einer Hülse einer Papierrolle zur Erläuterung verschiedener Varianten der Anordnung eines Transponders gemäß der Erfindung; 3a a schematically simplified perspective view of a sleeve of a paper roll for explaining various variants of the arrangement of a transponder according to the invention;

3b eine weitere schematisch vereinfachte perspektivische Ansicht einer Hülse einer Papierrolle zur Erläuterung verschiedener weiterer Varianten der Anordnung eines Transponders gemäß der Erfindung; 3b a further schematically simplified perspective view of a sleeve of a paper roll to illustrate various other variants of the arrangement of a transponder according to the invention;

4 schematische Darstellungen verschiedener beispielhafter Varianten der Anordnung von Antennenarrays gemäß der vorliegenden Erfindung; 4 schematic representations of various exemplary variants of the arrangement of antenna arrays according to the present invention;

5 verschiedene schematische Abbildungen betreffend Lösungsvarianten für das Sekundärantennendesign; 5 various schematic illustrations of solution variants for the secondary antenna design;

6 verschiedene schematische Darstellungen der Papierrollentransponder mit Zwei-Antennen-System bzw. Ein-Antennen-System. 6 various schematic representations of the paper roll transponder with two-antenna system or single-antenna system.

Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen, die in schematisch vereinfachter Darstellung eine Einrichtung zur RFID-Identifikation von Papierrollen gemäß einer möglichen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Einrichtung umfasst einen als Empfängereinheit dienenden RFID-Transponder 10, der wie man sieht auf einer Hülse 15 einer Papierrolle 16 angebracht ist. Die Hülse 16 dient als Träger für das Papier, welches auf die Hülse gewickelt ist. Die Empfängereinheit 10 umfasst ein Speichermedium, in der Regel einen Transponderchip, auf dem Informationen über die jeweilige Papierrolle 16 gespeichert sind, beispielsweise über die Art des aufgewickelten Papiers, den Standort der Papierrolle, deren Historie, spezifische Daten betreffend die Herstellung wie beispielsweise den Zeitpunkt der Herstellung, Destination, Empfänger, etc. Die Empfängereinheit 10 tritt zwecks Austauschs von Informationen über Radiofrequenz in Kontakt mit einer außerhalb der Papierrolle 16 angeordneten RFID-Antenne 17, beispielsweise einer UHF Patchantenne. Diese ist wiederum verbunden mit einem RFID-Lesegerät 18. Die ausgelesenen Daten können extern beispielsweise auf einem Rechner gespeichert werden.First, on the 1 Reference is made, which shows in a schematically simplified representation of a device for RFID identification of paper rolls according to a possible embodiment of the present invention. This device comprises an RFID transponder serving as a receiver unit 10 who looks like you on a sleeve 15 a paper roll 16 is appropriate. The sleeve 16 serves as a carrier for the paper, which is wound on the sleeve. The receiver unit 10 includes a storage medium, usually a transponder chip, on the information about the respective paper roll 16 stored, for example, on the type of paper wound, the location of the paper roll, their history, specific data concerning the production such as the time of manufacture, destination, recipient, etc. The receiver unit 10 enters into contact with one outside the roll of paper for the purpose of exchanging radio frequency information 16 arranged RFID antenna 17 , for example a UHF patch antenna. This is in turn connected to an RFID reader 18 , The data read out can be stored externally, for example on a computer.

Nachfolgend wird auf die 2 Bezug genommen, welche in schematisch vereinfachter Darstellung eine Draufsicht auf eine Papierhülse 15 zeigt, um die verschiedenen Orte der Anbringung des Transponders 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. Es ist hier nur die unbewickelte Hülse 15 dargestellt und es sind beispielhaft verschiedene Transponder 10 eingezeichnet, die sich in unterschiedlichen Positionen an der Hülse 15 befinden. Der Transponder 10a befindet sich außen auf der Hülse 15, der Transponder 10b liegt in der Hülsenwandung, während sich der Transponder 10c auf der Innenseite der Hülse 15 befindet. Auf der rechten Seite in der Zeichnung ist ein innenseitig am Hülsenkern angebrachter Hülseneinschub 19 gezeigt, an dem ebenfalls ein Transponder 10d angebracht sein kann. Die gezeigten Möglichkeiten der Anbringung der Transponder 10a bis 10d sind alternativ zu verstehen.Below is on the 2 Reference is made, which in a simplified schematic representation of a plan view of a paper tube 15 shows to the different places of attachment of the transponder 10 according to the present invention. It's just the unwound sleeve here 15 represented and there are exemplary different transponder 10 drawn in different positions on the sleeve 15 are located. The transponder 10a is located on the outside of the sleeve 15 , the transponder 10b lies in the sleeve wall, while the transponder 10c on the inside of the sleeve 15 located. On the right side of the drawing is a sleeve insert on the inside of the sleeve core 19 shown, on which also a transponder 10d can be appropriate. The shown possibilities of attaching the transponder 10a to 10d are to be understood alternatively.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 3a und 3b verschiedene Möglichkeiten der räumlichen Erstreckung der auf der Hülse 15 der Papierrolle angeordneten Transponder 10 gezeigt. Dabei zeigt 3a jeweils Transponder 10, welche in ringförmiger teilzylindrischer oder zylindrischer Anordnung sich am Umfang um die Hülse 15 herum erstrecken, derart, dass die Transponder 10 über einen mehr oder weniger großen Winkelbereich die Achse der Hülse konzentrisch umgeben. Die dargestellten Beispiele werden in der Reihenfolge von oben nach unten erläutert.The following are with reference to the 3a and 3b different possibilities of spatial extension of the sleeve 15 the paper roll arranged transponder 10 shown. It shows 3a each transponder 10 , which in annular teilzylindrischer or cylindrical arrangement on the circumference around the sleeve 15 extend around, such that the transponder 10 Surrounding the axis of the sleeve concentrically over a more or less large angular range. The examples shown are explained in order from top to bottom.

Die oberste Darstellung in 3a zeigt einen Transponder 10.1, welcher sich nur über einen geringeren Winkelbereich des Umfangs erstreckt. Dies ist technisch möglich, größere Winkelbereiche gemäß den übrigen Abbildungen sind jedoch erfindungsgemäß bevorzugt. Der Winkelbereich bei dem zweiten Transponder 10.2 ist wie man sieht bereits größer und beträgt beispielsweise etwa 180°. Der dritte Transponder 10.3 erstreckt sich über mehr als die Hälfte des Umfangs (beispielsweise etwa 270°). Der Transponder 10.4 erstreckt sich über den überwiegenden Teil des Umfangs. Der fünfte unterste Transponder erstreckt sich schließlich über den gesamten Umfangsbereich, also 360°. Die Darstellungen sind so zu verstehen, dass es sich um alternative Möglichkeiten handelt.The topmost illustration in 3a shows a transponder 10.1 , which extends only over a smaller angular range of the circumference. This is technically possible, but larger angular ranges according to the other figures are preferred according to the invention. The angular range at the second transponder 10.2 is as you can see already larger and is for example about 180 °. The third transponder 10.3 extends over more than half the circumference (for example, about 270 °). The transponder 10.4 extends over the vast majority of the scope. Finally, the fifth lowest transponder extends over the entire circumference, ie 360 °. The representations are to be understood as alternative possibilities.

3b zeigt mehrere alternative Varianten, bei denen eine spiralförmige Anordnung der Transponder um die Hülse 15 herum gegeben ist. Bei diesen Varianten wird eine größere Erstreckung der Transponderanordnung in Richtung der Längsachse erreicht, das heißt parallel zur Polarisationsrichtung der Radiofrequenzwellen, was vorteilhaft sein kann. Außerdem können bei einer solchen Anordnung eines Transponders auch Umfangsbereiche von mehr als 360° erzielt werden. Es ist aus den Darstellungen ersichtlich, dass der Erfassungsbereich dadurch erweitert und die Richtungsabhängigkeit der Erfassung ausgeschaltet wird. Es ist in 3b ein oberer Transponder 10.6 gezeigt, der sich beispielsweise etwa um den halben Umfang der Hülse 15 spiralförmig erstreckt. Der darunter abgebildete Transponder 10.7 erstreckt sich über mehr als den halben Umfang und weist aufgrund der spiralförmigen Anordnung auch eine größere axiale Erstreckung auf. Der darunter abgebildete Transponder 10.8 erstreckt sich über einen Umfangsbereich von etwa 360° und der unterste Transponder 10.9 erstreckt sich über mehr als 360° spiralförmig um den Umfang der Hülse. Die Darstellungen sind so zu verstehen, dass es sich um alternative Möglichkeiten handelt. 3b shows several alternative variants in which a helical arrangement of the transponder around the sleeve 15 is given around. In these variants, a greater extension of the transponder arrangement is achieved in the direction of the longitudinal axis, that is parallel to the polarization direction of the radio frequency waves, which may be advantageous. In addition, in such an arrangement of a transponder and peripheral areas of more than 360 ° can be achieved. It can be seen from the illustrations that the detection range is thereby widened and the directionality of detection is eliminated. It is in 3b an upper transponder 10.6 shown, for example, about half the circumference of the sleeve 15 extends spirally. The transponder pictured below 10.7 extends over more than half the circumference and has due to the spiral arrangement also has a greater axial extent. The transponder pictured below 10.8 extends over a circumference of about 360 ° and the lowest transponder 10.9 extends more than 360 ° helically around the circumference of the sleeve. The representations are to be understood as alternative possibilities.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 4 verschiedene beispielhafte erfindungsgemäße Möglichkeiten für die Antennenarrays aus rechteckigen Elementen erläutert. Es sind beispielhaft vier Antennenarrays 20a, 20b, 20c, 20d für erfindungsgemäße Transponder 10 gezeigt. Die oberste Abbildung zeigt ein Antennenarray 20a aus vier jeweils parallelogrammförmigen Leiterbahnschleifen, die jeweils nebeneinander liegen und miteinander verbunden sind zu einer Einheit. Jedes Parallelogramm besteht aus vier jeweils in einem Winkel zueinander stehenden Leiterbahnen, von denen jeweils zwei paarweise parallel zueinander verlaufen, so dass sich ein Parallelogramm ergibt. Dabei sind zwei der Bahnen 21, 22, 23, 24, 25 jedes der Parallellogramme jeweils entsprechend der Polarisationsrichtung ausgerichtet. Diese Bahnen werden hier zur Vereinfachung als senkrechte Bahnen bezeichnet. Die vier Parallelogramme sind derart miteinander verbunden, dass jeweils eine senkrechte Bahn des einen Parallelogramms gleichzeitig auch eine senkrechte Leiterbahn des benachbarten Parallelogramms ist, so dass die drei innen liegenden senkrechten Bahnen 22, 23, 24 jeweils zwei Parallelogrammen angehören. Von insgesamt fünf senkrechten Bahnen 21, 22, 23, 24, 25 sind demnach drei innenliegend und zwei liegen außen.The following are with reference to the 4 various exemplary inventive possibilities for the antenna arrays of rectangular elements explained. For example, there are four antenna arrays 20a . 20b . 20c . 20d for transponders according to the invention 10 shown. The top picture shows an antenna array 20a out of four each parallelogram-shaped conductor loops, which are each adjacent to each other and are connected together to form a unit. Each parallelogram consists of four mutually perpendicular conductor tracks, two of which run in pairs parallel to each other, so that there is a parallelogram. Here are two of the tracks 21 . 22 . 23 . 24 . 25 each of the parallel loops is aligned according to the polarization direction. These tracks are referred to here for simplicity as vertical tracks. The four parallelograms are connected to one another in such a way that in each case a vertical path of the one parallelogram is at the same time also a vertical conductor track of the adjacent parallelogram, so that the three inner vertical paths 22 . 23 . 24 each two parallelograms belong. From a total of five vertical tracks 21 . 22 . 23 . 24 . 25 are therefore three inside and two are outside.

Ein Parallelogramm, welches eine viereckige Leiterschleife bildet, umfasst neben zwei senkrechten Bahnen 21 und 22 zwei weitere Bahnen 26, 27 quer zur Polarisationsrichtung, die hier in einem jeweils spitzen bzw. stumpfen Winkel zu den beiden senkrechten Bahnen verlaufen, entsprechend dem jeweiligen Winkel des Parallelogramms. Diese werden hier vereinfacht Querbahnen genannt. An die Querbahnen 26, 27 schließen sich dann in der Flucht jeweils die Querbahnen des benachbarten Parallelogramms an. Es ist anzumerken, dass die Anordnung des Antennenarrays hier quasi als Abwicklung dargestellt ist und tatsächlich spiralförmig um eine Hülse 15 einer Papierrolle gewickelt angeordnet wird, so wie dies in 3b dargestellt ist.A parallelogram, which forms a quadrangular conductor loop, comprises besides two vertical tracks 21 and 22 two more tracks 26 . 27 transverse to the direction of polarization, which here run in a respective acute or obtuse angle to the two vertical tracks, corresponding to the respective angle of the parallelogram. These are called here simply cross tracks. At the crossways 26 . 27 then join each other in the flight to the transverse tracks of the adjacent parallelogram. It should be noted that the arrangement of the antenna array is here quasi represented as a development and actually spirally around a sleeve 15 a paper roll is wound, as in 3b is shown.

Die zweite Abbildung von oben in 4 zeigt eine Anordnung mit vier rechteckigen Leiterbahnschleifen 11, 12, 13, 14, die miteinander verbunden sind und eine treppenförmige Anordnung ergeben, dadurch dass hier die jeweiligen Querbahnen 27, 28, 29, 30 nicht miteinander fluchten, sondern jeweils um ein Stück nach oben versetzt angeordnet sind. Die Winkel zwischen den Querbahnen 27, 28, 29, 30 und den insgesamt fünf senkrechten Bahnen 21, 22, 23, 24, 25 sind hier jeweils rechte Winkel, so dass sich vier Rechtecke ergeben, wobei jedoch jeweils zwei benachbarte Rechtecke je ein senkrechte Leiterbahn 22, 23, 24 über deren überwiegende Länge gemeinsam haben, so dass drei senkrechte Leiterbahnen 22, 23, 24 innen liegen und nur zwei Leiterbahnen 21, 25 außen liegen, ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsvariante.The second picture from the top in 4 shows an arrangement with four rectangular conductor loops 11 . 12 . 13 . 14 , which are interconnected and give a staircase-shaped arrangement, characterized in that here the respective transverse paths 27 . 28 . 29 . 30 not aligned with each other, but each offset by one piece are arranged upwards. The angles between the transverse tracks 27 . 28 . 29 . 30 and the total of five vertical tracks 21 . 22 . 23 . 24 . 25 Here are each right angles, so that four rectangles result, however, each two adjacent rectangles each have a vertical conductor track 22 . 23 . 24 have over their vast length in common, so that three vertical tracks 22 . 23 . 24 lie inside and only two tracks 21 . 25 lie outside, similar to the embodiment described above.

Die dritte Abbildung von oben in 4 zeigt eine Anordnung von vier rechteckigen Leiterbahnschleifen 11, 12, 13, 14 mit ebenfalls insgesamt drei innenliegenden senkrechten Bahnen, wobei hier jedoch eine ringförmige Gesamtanordnung gegeben ist (während es sich in den beiden zuvor beschriebenen Beispielen um spiralförmige Varianten handelt). Bei dieser Variante fluchten die Querbahnen 27, 28 benachbarter Rechtecke jeweils oben und unten miteinander. Es ergibt sich vereinfacht betrachtet insgesamt eine große rechteckige Anordnung, bei der dann die drei innen liegenden senkrechten Bahnen 22, 23, 24 parallel zu den beiden äußeren Bahnen 21 und 25 des großen Rechtecks verlaufen und dieses in vier einzelne kleinere Rechtecke unterteilen. Die ganze Anordnung wird hier wieder in der Abwicklung gezeigt und der Transponder ist im montierten Zustand zylindrisch um eine Hülse 15 einer Papierrolle gewickelt, so wie dies in 3a gezeigt ist.The third picture from the top in 4 shows an arrangement of four rectangular conductor loops 11 . 12 . 13 . 14 also with a total of three internal vertical tracks, but here is an overall annular arrangement is given (while in the two examples described above are spiral variants). In this variant, the transverse tracks are aligned 27 . 28 adjacent rectangles each at the top and bottom with each other. It results in a simplified overall considered a large rectangular arrangement, in which then the three inner vertical tracks 22 . 23 . 24 parallel to the two outer tracks 21 and 25 of the large rectangle and divide this into four smaller rectangles. The whole arrangement is shown here again in the development and the transponder is in the mounted state cylindrical around a sleeve 15 wrapped in a paper roll, as in 3a is shown.

Die unterste Abbildung in 4 zeigt eine ähnliche Anordnung wie zuvor beschrieben, wobei hier jedoch nur zwei rechteckige Leiterbahnschleifen 11 und 12 vorhanden sind. Somit ist nur eine innen liegende senkrechte Leiterbahn 22 vorhanden, während die anderen beiden senkrechten Leiterbahnen 21 und 25 außen liegen. Insgesamt sind hier vier Querbahnen 27, 28 vorhanden, zwei davon liegen oben und zwei unten, wobei je zwei benachbarte Querbahnen 27, 28 miteinander fluchten. Es ergibt sich also wiederum ein größeres Rechteck, welches durch die innen liegende senkrechte Bahn 22 in nur zwei kleinere Rechtecke unterteilt ist. Die beiden unteren Beispiele in 4 zeigen auch, dass nicht nur die Anzahl der insgesamt vorhandenen senkrechten Bahnen variieren kann ebenso wie die Anzahl der Querbahnen, sondern, dass auch die Proportionen der Rechteckanordnung in weiten Bereichen variieren kann, das heißt die senkrechten Bahnen können im Verhältnis zu den Querbahnen kürzer oder länger sein und die senkrechte Ausdehnung des Antennenarrays insgesamt in Polarisationsrichtung kann kleiner oder größer sein im Verhältnis zur Ausdehnung in Querrichtung und somit in Umfangsrichtung.The bottom picture in 4 shows a similar arrangement as described above, but here only two rectangular conductor loops 11 and 12 available. Thus, only an internal vertical conductor track 22 present while the other two vertical tracks 21 and 25 lie outside. In total, here are four transverse tracks 27 . 28 two are at the top and two at the bottom, with two adjacent crossways each 27 . 28 aligned with each other. This results in turn a larger rectangle, which by the inside vertical path 22 is divided into only two smaller rectangles. The two examples below in 4 also show that not only the number of vertical webs present in total can vary as well as the number of transverse webs but also that the proportions of the rectangular array can vary widely, that is the vertical webs may become shorter or longer in relation to the transverse webs and the vertical extent of the antenna array as a whole in the polarization direction may be smaller or larger in relation to the extension in the transverse direction and thus in the circumferential direction.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 5 verschiedene Varianten für das Sekundärantennendesign näher erläutert. Es sind insgesamt sechs verschiedene Varianten schematisch vereinfacht dargestellt. Die Sekundärantenne umfasst im Prinzip einen Loop (Leiterbahn) 31 mit eingebundenem Transponderchip 32. Es handelt sich bei der Sekundärantenne um einen Einkoppelschwingkreis zur Anpassung des Transponderchips an die Primärantenne. Die Form der Leiterbahn 31 kann beispielsweise rechteckig, trapezförmig, quadratisch, sechseckig, oval oder rund sein, wie in den sechs Abbildungen von 5 dargestellt, oder auch beispielsweise dreieckig, viereckig, vieleckig, elliptisch oder fraktal.The following are with reference to the 5 various variants for the secondary antenna design explained in more detail. There are a total of six different variants shown schematically simplified. The secondary antenna basically includes a loop 31 with integrated transponder chip 32 , The secondary antenna is a coupling-in circuit for adapting the transponder chip to the primary antenna. The shape of the track 31 may, for example, be rectangular, trapezoidal, square, hexagonal, oval or round, as in the six figures of 5 represented, or, for example, triangular, square, polygonal, elliptical or fractal.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 6a, 4 und 5 vier verschiedene beispielhafte Varianten für die Einbindung der Sekundärantennen 33c in ein Zwei-Antennen-System 34a, 34b, 34c, 34d gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In 6 sind beispielhaft Sekundärantennen 33c gezeigt mit einer quadratischen Leiterbahn 31 wie in der dritten Alternative von links in 5 dargestellt. Wie die Varianten von 6 zeigen, können diese Leiterbahnen auf verschiedene Weise in das Primärantennenarray 20c eingebunden werden. In diesem Zusammenhang wird auch auf die unterste Abbildung von 4 verwiesen. Die erste Alternative 34a von 6a zeigt eine Variante, bei der die Leiterbahn der Sekundärantenne direkt an die mittlere senkrechte Leiterbahn des Primärantennenarrays angeschlossen ist, so dass die mittlere senkrechte Leiterbahn auch gleichzeitig Teil der Leiterschleife der Sekundärantenne ist.The following are with reference to the 6a . 4 and 5 four different exemplary variants for the integration of secondary antennas 33c in a two-antenna system 34a . 34b . 34c . 34d according to the present invention described. In 6 are exemplary secondary antennas 33c shown with a square trace 31 as in the third alternative from the left in 5 shown. Like the variants of 6 show, these tracks can in various ways in the primary antenna array 20c be involved. In this context is also on the bottom picture of 4 directed. The first alternative 34a from 6a shows a variant in which the conductor track of the secondary antenna is connected directly to the middle vertical conductor of the primary antenna arrays, so that the middle vertical conductor is also part of the conductor loop of the secondary antenna at the same time.

Bei der daneben abgebildeten Variante 34b von 6a ist es ähnlich, wobei jedoch ein Abschnitt der senkrechten Leiterbahn der Primärantenne im Bereich der Sekundärantenne etwas seitlich versetzt angeordnet ist.In the variant shown next 34b from 6a it is similar, but a portion of the vertical trace of the primary antenna in the region of the secondary antenna is arranged slightly laterally offset.

Bei der dritten Variante des Zwei-Antennen-Systems 34c gemäß 6a links unten ist die quadratische Leiterbahn der Sekundärantenne 33c über ein kurzes Verbindungsstück an die mittlere senkrechte Leiterbahn der Primärantenne 20c angebunden.In the third variant of the two-antenna system 34c according to 6a bottom left is the square trace of the secondary antenna 33c via a short connector to the middle vertical track of the primary antenna 20c tethered.

Bei der vierten Variante des Zwei-Antennen Systems 34d in 6a rechts unten ist wiederum die quadratische Leiterbahn der Sekundärantenne 33c so angeordnet, dass sie unmittelbar neben der mittleren senkrechten Leiterbahn des Primärantennenarrays 20c liegt.In the fourth variant of the two-antenna system 34d in 6a bottom right again is the square trace of the secondary antenna 33c arranged so that they are immediately adjacent to the middle vertical trace of the primary antenna array 20c lies.

Nachfolgend wird auf 6b Bezug genommen. Dort sind zwei mögliche beispielhafte Varianten 35a und 35b für Ein-Antennen-Systeme gezeigt. Es handelt sich jeweils um Quad-Element-Arrays mit rechteckigen Leiterbahnschleifen der in 4 unten gezeigten Art. Der Umfang der Quad-Elemente liegt bei ca. 1λ unter Berücksichtigung von Abweichungen zur Kompensation der dielektrischen Beeinflussung durch das umgebende Material (Papier). Wie man den Darstellungen von 6b entnimmt, wird der Transponder-Chip (RFIC) 32 jeweils mittig in der mittleren Verbindungsleiterbahn der Primärantenne 20c (d. h. parallel zur Mittelsenkrechten auf der Ringfläche des 3D Transponders) positioniert. Bei der ersten Variante 35a des Ein-Antennen-Systems sind dem Transponder-Chip 32 jeweils Kapazitäten vorgeschaltet. Bei der zweiten Variante 35b ist eine etwas versetzte Anordnung des Transponder-Chips 32 gegeben, die man zur Feinabstimmung (Antennengeometrie-RFIC-Parameter) nutzen kann.The following will be on 6b Referenced. There are two possible exemplary variants 35a and 35b shown for single-antenna systems. These are in each case quad-element arrays with rectangular conductor loops of in 4 The circumference of the quad-elements is about 1λ, taking into account deviations to compensate for the dielectric influence of the surrounding material (paper). How to see the illustrations of 6b removes, the transponder chip (RFIC) 32 each centered in the middle connecting track of the primary antenna 20c (ie parallel to the mid-perpendicular on the ring surface of the 3D transponder) positioned. In the first variant 35a of the single-antenna system are the transponder chip 32 each preceded by capacities. In the second variant 35b is a somewhat staggered arrangement of the transponder chip 32 which can be used for fine tuning (antenna geometry RFIC parameters).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Transpondertransponder
10a10a: Transpondertransponder
10b10b: Transpondertransponder
10c10c: Transpondertransponder
10d10d: Transpondertransponder
10e10e: Transpondertransponder
10.110.1: Transpondertransponder
10.210.2: Transpondertransponder
10.310.3: Transpondertransponder
10.410.4: Transpondertransponder
10.510.5: Transpondertransponder
10.610.6: Transpondertransponder
10.710.7: Transpondertransponder
10.810.8: Transpondertransponder
10.910.9: Transpondertransponder
1111: LeiterbahnschleifePrinted conductor loop
1212: LeiterbahnschleifePrinted conductor loop
1313: LeiterbahnschleifePrinted conductor loop
1414: LeiterbahnschleifePrinted conductor loop
1515: Hülseshell
1616: Papierrollepaper roll
1717: RFID-AntenneRFID antenna
1818: RFID-LesegerätRFID reader
1919: Hülseneinschubsleeve insert
20a20a: Antennenarrayantenna array
20b20b: Antennenarrayantenna array
20c20c: Antennenarrayantenna array
20d20d: Antennenarrayantenna array
2121: senkrechte Leiterbahnvertical trace
2222: senkrechte Leiterbahnvertical trace
2323: senkrechte Leiterbahnvertical trace
2424: senkrechte Leiterbahnvertical trace
2525: senkrechte Leiterbahnvertical trace
2626: Querbahncross Web
2727: Querbahncross Web
2828: Querbahncross Web
2929: Querbahncross Web
3030: Querbahncross Web
3131: Leiterbahnconductor path
3232: Transponder-Chip (RFIC)Transponder chip (RFIC)
33a33a: Sekundärantennesecondary antenna
33b33b: Sekundärantennesecondary antenna
33c33c: Sekundärantennesecondary antenna
33d33d: Sekundärantennesecondary antenna
33e33e: Sekundärantennesecondary antenna
33f33f: Sekundärantennesecondary antenna
34a34a: Zwei-Antennen System (Primär- und Sekundärantenne)Two-antenna system (primary and secondary antenna)
34b34b: Zwei-Antennen System (Primär- und Sekundärantenne)Two-antenna system (primary and secondary antenna)
34c34c: Zwei-Antennen System (Primär- und Sekundärantenne)Two-antenna system (primary and secondary antenna)
34d34d: Zwei-Antennen System (Primär- und Sekundärantenne)Two-antenna system (primary and secondary antenna)
35a35a: Ein-Antennen SystemSingle antenna system
35b35b: Ein-Antennen SystemSingle antenna system

Claims

Device for identifying paper rolls ( 16 ) by means of radio frequency technology (RFID) comprising at least one in the region of the sleeve ( 15 ) of the paper roll arranged receiver unit with a transponder ( 10 ), which is adapted to contact one of these associated transmitter unit outside the paper roll with wound paper roll, wherein the receiver unit at least over a partial ring portion of the circumference of the sleeve ( 15 ) of the paper roll, characterized in that the transponder ( 10 ) an antenna consisting of a number of 2 to n quadrangular adjacent track loops ( 11 . 12 . 13 . 14 ), where n is a natural number, and wherein in each case at least one axially parallel to the axis of the sleeve aligned conductor track ( 22 . 23 . 24 ) of a square track loop ( 11 . 12 . 13 . 14 ) coincides or overlaps with a trace of an adjacent trace loop.

Device for identifying paper rolls according to claim 1, characterized in that the individual conductor track loops ( 11 . 12 . 13 . 14 ) are rectangular or parallelogram-shaped.

Device for identifying paper rolls according to claim 1 or 2, characterized in that the antenna extends over more than 180 ° of the circumference of the sleeve on the inside and or on the outside thereof.

Device for identifying paper rolls according to claim 1 or 2, characterized in that the antenna extends over more than 270 ° of the circumference of the sleeve on the inside and or on the outside thereof.

Device for identifying paper rolls according to claim 1 or 2, characterized in that the antenna extends over more than 360 ° of the circumference of the sleeve on the inside and or on the outside thereof.

A paper roll identification device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the antenna extends along a helical path over the circumference of the sleeve.

Device for the identification of paper rolls according to claim 6, characterized in that the antenna has a number of step-shaped staggered rectangular conductor track loops ( 11 . 12 . 13 . 14 ) or a number of mutually lined parallelogram-shaped conductor loops.

Device for identification of paper rolls according to one of claims 1 to 7, characterized in that this another loop-shaped conductor track ( 31 ) with a transponder chip ( 10 ) as a secondary antenna and an antenna of a number of 2 to n square track loops ( 11 . 12 . 13 . 14 ) as a primary antenna, wherein the secondary antenna and the primary antenna are connected to each other directly via an electrically conductive connection or via inductive or capacitive coupling.

Paper roll with a device for identification by means of radio-frequency technology (RFID) according to one of Claims 1 to 8.