DE202005021951U1

DE202005021951U1 - Behälter für Transponder

Info

Publication number: DE202005021951U1
Application number: DE202005021951U
Authority: DE
Original assignee: DYNAMIC SYSTEMS GmbH
Current assignee: DYNAMIC SYSTEMS GmbH
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2015-12-16
Also published as: EP1838589A1; WO2006066787A1; ATE506271T1; EP1838589B1; US20100032437A1; EP1838589B8; DE502005011294D1; DE102004061633A1

Abstract

Behälter zum Transport und zur Aufbewahrung von Substanzen, der mit einem Transponder zur Radiofrequenzidentifikation versehen ist, wobei – der Behälter einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hauptabschnitt mit einer gekrümmten Mantelfläche aufweist, und – der Transponder einen elektronischen Speicher und als Koppelelement eine Antennenspule enthält, wobei – die Antennenspule in oder auf einer Wandfläche des Behälters und mit ihrer Achse parallel zur Zylinderachse des Hauptabschnitts angeordnet ist, und wobei – der Transponder im Boden oder Deckel des Behälters angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Transport und zur Aufbewahrung von Substanzen, der mit einem Transponder zur Radiofrequenzidentifikation versehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Transponderhalbzeug.
Stand der Technik
Transpondertechnologie wird seit mehreren Jahren in vielen Anwendungen erfolgreich eingesetzt: Der berührungslose Firmenausweis, der den Zutritt zum Arbeitsplatz freigibt oder die Wegfahrsperre auf Basis eines in den Fahrzeugschlüssel eingebauten Transponders sind typische Beispiele. Rechnungen für die Abfallentsorgung werden in Deutschland ebenfalls bereits seit mehreren Jahren mit Hilfe von Transpondern in den Hausmülltonnen erstellt. Dabei wird bei jeder Entleerung der Mülltonne der einmalige Code automatisch vom Fahrzeug eingelesen und die Abfallmenge dem Mülltonnenbesitzer zugeordnet [RFID-Forum, Magazin für den kontaktlosen Datentransfer 04/2004, Every Card Verlags GmbH Lüneburg, S. 33]. Dabei erweist sich die Transponder- bzw. RFID-Technologie robuster als herkömmliche Kennzeichnungssysteme, insbesondere Etiketten mit Barcodes: Für verschmutzte, verdeckte oder beschädigte Barcodes stehen trotz einer wachsenden Zahl von eingebauten Redundanzen die Chancen auf Erfassung schlecht. Dagegen bietet die von einer optischen Sichtverbindung unabhängige RFID-Technologie auch bei stark verschmutzten Datenträgern eine konstant hohe Lesequalität.
Weitere Vorteile der RFID-Technologie sind die prinzipiell hohen Speicherfähigkeiten (aktuell bis zu 64 kByte), die Möglichkeit der Umprogrammierung und der verschlüsselten Datenübertragung.
Ein Transponder besteht üblicherweise aus einem Koppelelement (Spule oder Mikrowellenantenne) und einem elektronischen Mikrochip. Außerhalb des Ansprechbereichs eines Lesegeräts verhält sich der Transponder, der in der Regel keine eigene Spannungsversorgung (Batterie) aufweist, typischerweise vollkommen passiv. Erst innerhalb des Ansprechbereichs eines Lesegeräts wird der Transponder aktiviert. Die zum Betrieb des Transponders benötigte Energie wird ebenso wie Takt und Daten durch die Koppeleinheit kontaktlos zum Transponder übertragen.
Die für die Energieversorgung und Datenübertragung des Transponders maßgebliche Gegeninduktivität M ist proportional zur Querschnittsfläche A und Windungszahl n der Transponderspule sowie zum Kosinus des Winkels θ zwischen den Magnetfeldlinien des Lesegeräts und der Mittelachse der Spule: M ~ n·A·cosθ. Eine hohe Gegeninduktivität erlaubt eine hohe Auslesereichweite des Transponders und/oder eine Energieversorgung komplexer Transponderchips, beispielsweise mit großer Speicherkapazität oder mit einem komplexen Prozessor zur Durchführung von Antikollisionsverfahren oder verschlüsselter Datenübertragung.
Folgende Transponderbauformen sind bekannt:

B1: Disks: Häufigste Bauform sind die sogenannten Disks oder Münzen, Transponder mit einem runden Spritzgussgehäuse mit Durchmessern von wenigen Millimetern bis zu 10 cm. Für eine gute Energieversorgung des Transponders muss. Der kleinste Disk-Transponder (Wäsche-Tag) im 13,56 MHz-Frequenzband auf dem Markt hat einen Durchmesser von 16 mm, verfügt jedoch nur über eine Speicherkapazität von 120 Byte [RFID-Forum 06/2004, S. 10].
B2: Glasgehäuse: Für die Identifikation von Tieren wurden Glastransponder entwickelt, die unter die Haut des Tieres injiziert werden können. In einem lediglich 12 bis 32 mm langen Glasröhrchen mit ca. 4 mm Außendurchmesser befinden sich ein auf einem Träger montierter Mikrochip sowie ein Chipkondensator. Die Transponderspule wird aus nur 0,03 mm dickem Draht auf einen Ferritkern gewickelt. Für die mechanische Stabilität sind die inneren Komponenten in einen Weichkleber eingebettet.
B3: Plastikgehäuse: Für Anwendungen mit besonders hohen mechanischen Anforderungen wurde das Plastikgehäuse (plasticpackage) entwickelt. Dieses Gehäuse wird auch gern in andere Bauformen integriert, so etwa in Autoschlüssel für elektronische Wegfahrsperren. Der aus Moldmasse (IC-Vergussmasse) bestehende abgeschrägte Quader mit den Abmessungen 12 × 5,9 × 3 mm³ beinhaltet nahezu die gleichen Komponenten wie der Glastransponder, hat aber durch die längere Spule eine größere Funktionsreichweite.
B4: Chipkarten: Der von Kredit- und Telefonkarten bekannten Bauform ID-1 (85,72 × 54,03 × 0,76 mm³) kommt auch bei RFID-Systemen eine immer größer werdende Bedeutung als kontaktlose Chipkarte zu. Der Vorteil dieser Bauform für induktiv gekoppelte RFID-Systeme besteht in der großen Spulenfläche, wobei sich bei den Chipkarten hohe Reichweiten ergeben. Kontaktlose Chipkarten entstehen durch das Einlaminieren eines Transponders zwischen vier PVC-Folien. Dabei werden die Einzelfolien bei hohem Druck und Temperaturen über 100°C zu einer unlösbaren Einheit Nicht immer ist jedoch die für ID-1 Karten geforderte maximale Dicke von 0,8 mm einzuhalten. Vor allem Mikrowellentransponder benötigen dickere Bauformen.
B5: Smart-Label: Unter Smart-Label versteht man eine papierdünne Transponderbauform. Hierbei wird die Transponderspule durch Siebdruck oder Ätztechnik auf eine 0,1 mm dicke Plastikfolie aufgebracht. Diese Folie wird häufig mit einer Papierschicht laminiert und auf der Rückseite mit einem Kleber beschichtet. Die Transponder werden als Selbstklebeetiketten geliefert und können direkt aufgeklebt werden.
B6: Coil-on-Chip: Bei den bisher vorgestellten Bauformen werden die Transponder aus einer separaten Transponderspule, die als Antenne funktioniert, und einem Transponderchip hergestellt (hybride Technologie). Im Wege der Miniaturisierung liegt es nahe, auch die Spulen auf dem Chip zu integrieren (Coil-on-Chip). Die Spule wird hier als planare (einlagige) Spiralanordnung unmittelbar auf dem Isolator des Siliziumchips platziert und durch konventionelle Öffnungen in der Passivierungsschicht mit der darunterliegenden Schaltung kontaktiert. Die Größe des Chips und damit des gesamten Transponders beträgt nur 3 × 3 mm². Zur besseren Handhabung werden die Transponder häufig noch in einen Kunststoffkörper eingebettet und gehören mit ∅ 6 mm × 1,5 mm zu den kleinsten auf dem Markt verfügbaren RFID-Transpondern.

Durch Kombination eines Transponders mit einem Sensor ist es möglich neben einer Identifikationsnummer physikalische Messdaten drahtlos zu übertragen [RFID-Forum 06/2004, S. 20]. Eingesetzt werden hierbei meist aktive Transponder, d. h. mit integrierter Batterie, zum eigenständigen Erfassen von Messdaten außerhalb der Reichweite der Lesestation. Anwendungen liegen insbesondere in der Temperaturüberwachung beim Transport empfindlicher Waren, beispielsweise Blutkonserven, Pflanzen oder Frischfleisch.
Zur Kennzeichnung und Sicherstellung der Nachverfolgbarkeit von Waren sowie der Dokumentation von Prozessschritten im Warenfluss – seien es Schritte der Produktion, Analyse, Qualitätssicherung, Transport, Warenübergabe, Verbrauch oder Entsorgung – werden oft gekennzeichnete Behälter eingesetzt. Sollen dabei Transponder eingesetzt werden, so ergeben sich eine Reihe praktischer Probleme in Bezug auf die optimale Anbringung an bzw. die Integration in den Behälter. Diese Problematik ist bei kleinen, dünnwandigen Behältern, insbesondere wenn diese gewölbte Oberflächen aufweisen, besonders ausgeprägt.
Darüber hinaus stellt die Sicherstellung einer geeigneten Orientierung der Transponderspule relativ zum Magnetfeld des Auslesegeräts beim Auslesevorgang oft ein Problem dar, da nur bei einer geeigneten relativen Orientierung eine ausreichende Wechselwirkungsstärke zwischen Auslesegerät und Transponder erreicht wird. Auch können sich berührende oder nahe beieinander stehende Behälter eine störungsfreie Auslesung der auf den jeweiligen Transpondern gespeicherten Daten erschweren oder sogar unmöglich machen.
In DE 4313049 ist ein quaderförmiger Transportbehälter beschrieben mit einem Transponder, der in einer Randlaufleiste an einer Seitenwand untergebracht ist. Dabei wird ein stiftförmiger Transponder der Bauformen B2 oder B3 eingesetzt, der in die Randlaufleiste eingeschoben werden kann. Die Schrift beschränkt sich auf Behälter mit rechtwinkliger Grundfläche und senkrechten Seitenwänden. Die angesprochenen Probleme der Kennzeichnung von kleinen, dünnwandigen Behältern, von Behältern mit gewölbten Oberflächen sowie die Sicherstellung der richtigen Orientierung wird in dieser Schrift nicht gelöst.
Das Gebrauchsmuster DE 9407696 U1 beschreibt einen Kunststoffbehälter, der in der Behälterwand bzw. in einem verdickten Teil der Behälterwand einen Transponder enthält. Der Transponder wird dadurch geschützt, dass er entweder in einem beim Spritzgießen in der Behälterwand eingebrachten Schlitz befestigt oder direkt in die Wand eingegossen wird. Der Transponder ist dabei parallel zur Oberfläche angebracht. Dünnwandige, kleine Behälter oder Behälter mit gewölbten Oberflächen sind damit nicht erfasst. Auch Aussagen zur Sicherstellung einer korrekten Orientierung der Behälter fehlen.
In der Druckschrift WO 01/029761 ist ein Behälterverfolgesystem und ein wieder verwendbarer Behälter mit einem Transponder beschrieben. Dabei können Daten über den Aufenthaltsort des Behälters, Zustände oder andere Daten der transportierten Artikel und Daten zur Gewinnung eines Benutzerprofils des Behälters vom Transponder empfangen und abgefragt werden. Die Beschreibung des Behälters an sich beschränkt sich auf eine Faltkiste mit rechteckigen Grundabmessungen ab 40 × 30 cm², insbesondere zum Transport von Nahrungsmitteln.
Aus der DE 103 10 238 ist ein Behälter aus Kunststoff mit integriertem Transponder bekannt, der durch Spritzgießen hergestellt ist, wobei der Transponder in einer Kunststoffumhüllung liegt, mit der zusammen er als Einlegeteil in das Kunststoffmaterial des Behälters bei dessen Herstellung eingespritzt wird. Vorteile dabei sind die Integration des Transponders in den Spritzgussbehälter, die im Verhältnis zu seiner Fläche relativ dünne Ausführung des Einlegeteils und die kostengünstige Herstellung. Nicht gelöst ist hierbei aber die Integration des Transponders an Behältern mit gewölbten Oberflächen, die Sicherstellung der richtigen Orientierung der Transponderspule relativ zum Magnetfeld des Auslesegeräts beim Auslesevorgang oder die Sicherstellung eines möglichst großen Abstand der Transponder zweier sich berührender oder nahe beieinander stehender Behälter. Die Integration eines solchen flächigen Einlegeteils in kleine Gefäße, wie beispielsweise Probenröhrchen gestaltet sich darüber hinaus in der Praxis schwierig.
Die Druckschrift DE 299 10 452 U1 , die eine Vorrichtung und eine Testflasche zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit von Flascheninspektionsmaschinen betrifft, offenbart eine Testflasche mit einem Transponder, dessen ringförmige Antenne im Bereich der Ringnut zwischen dem Mündungswulst und der Eichel der Testflasche aufgewickelt ist. Die Antennenspule ist dabei konzentrisch zur Flaschenmittelachse ausgerichtet, um auch bei einer Sende-Empfangseinheit mit einer in geringem Abstand stationär über der Bewegungsbahn der transportierten Testflaschen angeordneten Antenne eine zuverlässige Abfrage der Codierung zu erreichen. Die Reichweite einer solchen Anordnung ist allerdings sehr begrenzt, so dass die Sende-Empfangsantenne in unmittelbarer Nähe der Antennenspule der Testflaschen angeordnet sein muss.
Darstellung der Erfindung
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und insbesondere einen gattungsgemäßen Behälter anzugeben, der auch in kleinen und mit gewölbten Oberflächen versehenen Bauformen ein sicheres und störungsfreies Auslesen des enthaltenen Transponders auch aus einiger Entfernung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Behälter mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ein Transponderhalbzeug ist in dem nebengeordneten Anspruch angegeben. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Figuren und den Beispielen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Abkürzungen und Begriffe benutzt:
Die Abkürzung RFID (Radio Frequency Identification) wird hier allgemein für Identifkationssysteme mit kontaktloser elektromagnetischer Energie- und Datenübertragung verwendet – unabhängig von der eingesetzten Trägerfrequenz.
Unter Transponderauslesegerät wird ein System verstanden, das über elektromagnetische Felder einen Transponder mit Energie versorgen, Daten aus dessen Chip auslesen und optional auch Daten auf den Chip schreiben kann.
Nach einem ersten Erfindungsaspekt weist ein Behälter der eingangs genannten Art einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hauptabschnitt mit einer gekrümmten Mantelfläche auf. Darüber hinaus enthält der Transponder einen elektronischen Speicher und als Koppelelement eine Antennenspule, die in oder auf einer Wandfläche des Behälters und mit ihrer Achse parallel zur Zylinderachse des Hauptabschnitts angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Antennenspule im Bereich des zylinderförmigen Hauptabschnitts des Behälters auf der Mantelfläche des Zylinders angeordnet und weist eine oder mehrere Windungen um die Zylinderachse auf.
Durch Aufbringen der Transponderspule im Bereich der Mantelfläche entspricht die Spulenfläche der Querschnittsfläche des Behälters und ist damit bei der gegebenen Orientierung maximal groß. Folglich ist auch die mit der Gegeninduktivität M verbundene Energieübertragung und Reichweite bei gegebener Behälterquerschnittsfläche optimiert.
Durch diese Maßnahmen kann sichergestellt werden, dass die Antennenspule des Behälters beim Auslesevorgang in einer korrekten Orientierung relativ zum Magnetfeld des Auslesegeräts ausgerichtet ist. Darüber hinaus wird ein möglichst großer Mindestabstand der Ansprechbereiche der Transponder zweier sich berührender oder nahe beieinander stehender Behälter gewährleistet und so eine eindeutige und störungsfreie Auslesung erleichtert.
Merkmal aller Ausführungsformen ist die Tatsache, dass der Behälter einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hauptabschnitt mit gekrümmter Mantelfläche aufweist. Dem Hauptabschnitt kommt entweder von seiner Größe oder seiner Funktion nach eine wesentliche Bedeutung für den Behälter zu. Der zylinderförmige Hauptabschnitt kann beispielsweise einen Aufnahmebereich darstellen, der die zu transportierenden oder aufzubewahrenden Substanzen aufnimmt.
In einer anderen Gestaltung stellt der zylinderförmige Hauptabschnitt einen Handhabungsbereich dar, der der Handhabung, wie dem Transport oder der Lagerung des Behälters dient. In letzterem Fall ist der Hauptabschnitt vorzugsweise mit einem sich konisch verjüngenden Aufnahmebereich verbunden, der die zu transportierenden oder aufzubewahrenden Substanzen aufnimmt. In anderen Gestaltungen nimmt der zylinderförmige Hauptabschnitt mehr als 50%, insbesondere mehr als 70% der Ausdehnung des Behälters in Richtung der Zylinderachse ein und dominiert damit die Bauform des Behälters.
Der Begriff „im Wesentlichen zylinderförmig” umfasst insbesondere kreiszylindrische Formen, aber auch zylindrische Formen, bei denen die tatsächliche, oder – falls der Hauptabschnitt in einen anderen Bereich übergeht – gedachte Boden- und Deckelflächen aus zumindest 5-eckigen Polygonen mit abgerundeten Ecken, Kreis- oder Ellipsenbögen oder sonstigen glatten Kurvenabschnitten bestehen. Die einzelnen Abschnitte gehen dabei ohne Knicke einander über.
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist der Behälter selbst im Wesentlichen zylinderförmig, wobei es sich versteht, dass in untergeordneten Teilbereichen Abweichungen von der Zylinderform vorkommen können, insbesondere im Bereich des Bodens oder Deckels, beispielsweise durch Abschrägungen zum Deckel hin (z. B. Flaschen) oder zum Boden hin (z. B. Eppendorf-Tube nach DE 196 45 892 ) sowie durch Anbringen von Halterungen oder Gewinden bzw. Schraubverschlüssen. Dabei sind kleine Abweichungen von der Zylinderform auch im zylindrischen Hauptabschnitt, etwa durch eine Taillierung, für die hier beschriebene Anwendung ohne Bedeutung.
Nach einem anderen Erfindungsaspekt weist ein Behälter der eingangs genannten Art einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hauptabschnitt mit einer gekrümmten Mantelfläche auf. Darüber hinaus enthält der Transponder einen elektronischen Speicher und als Koppelelement eine Antennenspule, die in oder auf einer Wandfläche des Behälters und mit ihrer Achse parallel zur Zylinderachse des Hauptabschnitts angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der zylinderförmige Hauptabschnitt mit einem sich konisch verjüngenden Aufnahmebereich verbunden ist, der die zu transportierenden oder aufzubewahrenden Substanzen aufnimmt. Auch in diesem Erfindungsaspekt kommen die oben beschriebenen Ausgestaltungen der Antennenspule mit Vorteil zu Einsatz.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Behälter der eingangs genannten Art einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hauptabschnitt mit einer gekrümmten Mantelfläche auf. Darüber hinaus enthält der Transponder einen elektronischen Speicher und als Koppelelement eine Dipolantenne, die im Bereich des zylinderförmigen Hauptabschnitts des Behälters in oder auf der Mantelfläche des Zylinders angeordnet ist. Die Dipolantenne ist entweder linear und mit ihrer longitudinalen Achse parallel zur Zylinderachse des Hauptabschnitts angeordnet, oder sie ist als offene Spule mit der Spulenachse parallel zur Zylinderachse des Hauptabschnitts um den zylinderförmigen Hauptabschnitt des Behälters gewickelt.
Gestaltungen mit Dipolantenne sind besonders für den Betrieb im Ultrahochfrequenz-Bereich (UHF) – insbesondere für die passiven UHF-Transponder im Frequenzbereich 865–950 MHz – geeignet und erreichen eine besonders hohe Lesereichweite.
Sind die Dipolantennen parallel aufgestellter Behälter jeweils linear und parallel zur Zylinderachse angeordnet, so ergibt sich eine einheitlich orientierte Ausrichtung der Antennen, so dass diese mit einer parallel orientierten Antenne eines Lesegeräts zuverlässig und noch in großem Abstand ausgelesen werden können. Auf einer Förderstrecke quer zur Flaschenachse ist damit auch eine definierte selektive Auslesung des jeweils in der Hauptstrahlrichtung befindlichen Transponders möglich. Die Bevorzugung eines entfernteren Transponders (Fehllesung) aufgrund unterschiedlicher Orientierungen ist damit ausgeschlossen.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist die Dipolantenne als offene Spule mit einer solchen Steigung um den zylinderförmigen Hauptabschnitt des Behälters gewickelt, dass sich die Dipolantenne parallel zur Zylinderachse im Wesentlichen über die gesamte Ausdehnung des Hauptabschnitts erstreckt. Dadurch wird bei gegebener Größe des zylinderförmigen Hauptabschnitts eine maximale Kopplung der Dipolantenne an das elektromagnetische Feld des Auslesegeräts erreicht. Selbst bei einem sehr schmalen Hauptabschnitt wird die Steigung der offenen Spule mit Vorteil jedenfalls noch größer als die Breite der Leiterbahn der Antenne gewählt.
In allen Erfindungsaspekten weist zumindest der zylinderförmige Hauptabschnitt oder sogar der gesamte Behälter mit Ausnahme von Verschlüssen, Halterungen oder Gewinden vorteilhaft keine Kanten auf. Dadurch ist gewährleistet, dass die Aufbringung von Chip und Antennenspule auf den Hauptabschnitt oder Behälter nicht durch Kanten behindert wird. Andererseits stören Rundungen – insbesondere mit kleinem Krümmungsradius – die Aufbringung und Auslesung von konventionellen Barcode-Etiketten oder Smart-Labels.
Der Behälter besteht zweckmäßig aus einem Kunststoffmaterial wie PE, PP, PS, PET, ABS, einem Epoxydharz, einer Moldmasse oder IC-Vergussmasse oder aus Glas. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Transponder unter der Oberfläche des Behälters in Kunststoff, Glas oder eine Lackschicht eingebettet. Bevorzugt ist der Behälter beständig gegen Flüssigkeiten, Chemikalien, mechanische Beanspruchungen, insbesondere Abrieb, oder Sterilisierungs- bzw. Autoklavierungsverfahren ausgebildet.
Der Transponder ist mit Vorteil auf eine niederfrequente Arbeitsfrequenz und induktive Kopplung auslegt, da in diesem Frequenzbereich Materialabhängigkeiten typischer zu transportierender oder aufzubewahrender Substanzen nicht ins Gewicht fallen. Vorzugsweise ist der Transponder auf eine Arbeitsfrequenz zwischen 9 kHz und 135 kHz, vorzugsweise zwischen 100 kHz und 135 kHz ausgelegt ist. Der Transponder kann jedoch auch auf eine Arbeitsfrequenz im ISM-Frequenzbereich, insbesondere auf eine Arbeitsfrequenz um 6,78 MHz, 13,56 MHz, 27,125 MHz, 40,68 MHz, 433,92 MHz, 869,0 MHz, 915,0 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz oder 24,125 GHz ausgelegt sein. Dabei stellt der Frequenzbereich um 13,56 MHz mit ebenfalls induktiver Kopplung einen besonders bevorzugten Kompromiss dar, da sich Materialabhängigkeiten im Vergleich mit höheren Frequenzen noch im Rahmen halten, gleichzeitig jedoch im Vergleich zum Niederfrequenzbereich eine schnelle Datenübertragung möglich ist. Darüber hinaus entwickelt sich dieser Frequenzbereich gegenwärtig weltweit zu einem Standard für Transponder.
Zweckmäßig ist der Behälter mit einem zugehörigen Deckel verschließbar, insbesondere mit einem Klemmdeckel oder Schraubverschluss.
In einer Erfindungsvariante ist der Transponder im Boden oder Deckel des Behälters angeordnet. Insbesondere kann der Transponder in einer vergossenen Scheibe am Boden oder Deckel des Behälters angebracht sein und durch Verkleben, durch Verschmelzen beim Herstellen des Behälters oder als Einlegeteil beim Spitzguss am Boden oder Deckel angebracht sein.
Der Behälter kann eine (Pfand-)Flasche, ein Recycling-Behälter oder ein im Tiefziehverfahren hergestellter Becher sein. In anderen Gestaltungen stellt der Behälter ein Reaktionsgefäß, wie etwa ein Probenröhrchen, ein Eppendorf-Tube oder eine Petrischale, insbesondere für klinische und biochemische Labore, oder ein Probengefäß innerhalb einer Mikro-Titterplatte dar.
Der elektrische Speicher des Transponders enthält vorzugsweise Daten wie eine Identifikationskennung, Spezifikation des Inhalts, Herkunft des Inhalts, Patientendaten bei klinischen Anwendungen, durchgeführte oder durchzuführende Verarbeitungsschritte, durchlaufene oder zu durchlaufende Verarbeitungsstationen, Aufenthaltsorte und Zeiten, physikalische Messgrößen, wie Temperatur, Druck, Füllstand, Beschleunigung, die insbesondere von einem in den Transponder integrierten Sensor stammen, Herstellungsdatum des Inhalts und/oder des Behälters, Bedienungsanleitung oder Steuerungscode für Verarbeitungssysteme.
Der elektrische Speicher kann als Nur-Lese-Speicher oder als wiederbeschreibbarer Speicher ausgebildet sein.
Der Behälter kann weiter einen Drehbegrenzer umfasst, der auf einer Förderstrecke das Verdrehen des Behälters um die eigene Achse verhindert. Auf diese Weise kann eine einheitliche Orientierung einer Mehrzahl von Behältern sichergestellt werden.
In andern Ausgestaltungen umfasst der der Behälter mit Vorteil einen Abstandhalter, der einen vorgewählten Mindestabstand benachbarter Behälter auf einer Förderstrecke gewährleistet.
Die Erfindung enthält weiter ein Transponderhalbzeug mit einem Transponderbaustein und einem dünnen, biegsamen Träger mit zumindest zwei, mit dem Transponderbaustein verbundenen, offenen Leiterbahnen. Die Leiterbahnen sind dabei so auf dem Träger angeordnet, dass sie beim Aufbringen des Trägers auf einen im Wesentlichen zylinderförmigen Behälter miteinander in Kontakt treten, um eine geschlossene Antenne als Koppelelement des Transponderbausteins zu bilden.
In einer bevorzugten Variante ist der Träger elektrisch isolierend. Die Leiterbahnen stehen in diesem Fall auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten über den Träger über und die überstehenden Leiterbahnteile treten beim Aufbringen des Trägers mit den Leiterbahnen auf der anderen der beiden gegenüberliegenden Seiten in Kontakt, um eine geschlossene Antenne zu bilden.
Gemäß einer alternativen Ausführung enthält das Transponderhalbzeug einen Transponderbaustein und einen dünnen, biegsamen Träger mit einer mit dem Transponderbaustein verbundenen Dipolantenne bei dem die Dipolantenne so auf dem Träger angeordnet ist, dass sie beim Aufbringen des Trägers auf einen im Wesentlichen zylinderförmigen Behälter eine um den Behälter gewickelte offene Spule mit einer Spulenachse parallel zur Zylinderachse des Behälters bildet.
In beiden Ausführungsarten ist der Träger zum einfachen Aufbringen vorzugsweise selbstklebend ausgebildet. Weiter besteht der Träger vorzugsweise aus einer Kunststofffolie, während die Leiterbahnen bzw. die Dipolantenne zweckmäßig aus Metallfolie oder einer durch Siebdruck aufgebrachten leitfähigen Paste bestehen.
Um Unterschiede im Antennenquerschnitt beim Aufbringen des Trägers auf unterschiedlich große Behälter auszugleichen, und so die Verwendung eines Halbzeugs für verschieden große Behälter zu ermöglichen, enthält der Transponderbaustein mit Vorteil einen Schaltkreis zur Frequenzstabilisierung.
Der Transponderbaustein und/oder die Leiterbahnen bzw. die Dipolantenne sind darüber hinaus zweckmäßig mit einer Isolationsschicht oder Schutzschicht versehen.
Die Erfindung enthält auch einen vergossenen Transponder zum Befestigen an oder in einem Transport- oder Aufbewahrungsbehälter, der einen elektronischen Speicher und als Koppelelement eine Antennenspule enthält und der in eine Vergussmasse eingebettet ist.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Behälters der oben beschriebenen Art wird die Antennenspule des Transponders in oder auf einer Wandfläche des Behälters und mit ihrer Achse parallel zur Zylinderachse des Hauptabschnitts angeordnet wird.
In einer ersten vorteilhaften Verfahrensvariante wird ein Spulendraht auf der Mantelfläche des zylinderförmigen Hauptabschnitts um die Zylinderachse gewickelt, um die Antennenspule des Transponders zu bilden. Zweckmäßig wird dann ein Transponderbaustein aufgebracht, insbesondere aufgeklebt und durch Schweißen oder Bonden elektrisch mit der zuvor gebildeten Antennenspule verbunden. Vorzugsweise wird der gesamte Transponder noch mit einer Schutzschicht versehen. Diese kann durch eine aufgebrachte Lack- oder Kunststoffschicht oder einen passend umfassenden Schutzkörper gebildet sein.
Bei einer anderen vorteilhaften Verfahrensvariante wird der Transponder auf oder in einer zum Tiefziehen geeigneten Kunststofffläche gebildet und aus dieser durch Tiefziehen zumindest der zylindrische Hauptabschnitt, der Boden oder der Deckel des Behälters geformt. Bevorzugt wird der Transponder dabei in einer übereinander angeordneten Schichtfolge gebildet. Die Schichten der Schichtenfolge werden dabei mit Vorteil vor, während oder nach dem Tiefziehen in einen weichelastischen Zustand gebracht und miteinander verbacken. Findet dieser Laminierungsvorgang nach dem Tiefziehen statt, so kann der Transponder vor oder nach dem Tiefziehen hergestellt werden. In manchen Ausgestaltungen kann es sich anbieten, nur die Deckel- und/oder Bodenfläche des Behälters zu laminieren.
Bei einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante wird der Transponder in eine Vergussmasse eingebettet und der vergossene Transponder an oder in einer Boden- oder Deckelfläche des Behälters befestigt, insbesondere verklebt oder eingegossen. Die Bodenfläche kann dazu eine Wölbung oder Aussparung aufweisen, in die der vergossene Transponder eingepasst wird. Der Transponder kann auch auf einem Träger ohne Gehäuse aufgebaut sein und in eine Boden- oder Deckelfläche des Behälters eingegossen werden.
Nach noch einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Verfahrensvariante wird der Transponder in ein selbstklebendes Etikett eingebracht und das Etikett auf einer Boden- oder Deckelfläche des Behälters aufgeklebt.
Ein Verfahren zur automatischen Kennzeichnung, Identifikation und Verfolgung einer Substanz enthält folgende Verfahrensschritten:

– Bereitstellen eines Behälters mit Transponder der oben beschriebenen Art,
– Bereitstellen einer oder mehrerer Auslesegeräte für den Transponder, die an Stellen angeordnet sind, an der eine Identifikation oder Bearbeitung der Substanz stattfinden soll,
– Beschreiben des elektrischen Speichers des Transponders mit einer eindeutigen Identifikationskennung,
– Einfüllen der Substanz den Behälter, und
– Auslesen der Identifikationskennung, sobald sich der Behälter bei einem der Auslesegeräte befindet.

Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird der elektrische Speicher mit einer Angabe über die einzufüllende oder eingefüllte Substanz beschrieben. Diese kann beispielsweise beim Beschreiben mit der Identifikationskennung erfolgen. Falls gewünscht, kann der elektrische Speicher mit einer Zeitkennung, Ortskennung und/oder Daten der Substanzbearbeitung beschrieben werden, wenn sich der Behälter bei einem der Auslesegeräte befindet. Beim Beschreiben und/oder Auslesen des elektrischen Speichers wird vorteilhaft eine gesicherte Datenübertragung, insbesondere über Identifizierungs- oder Autorisierungsprotokolle durchgeführt. Die Datenkommunikation kann auch verschlüsselt durchgeführt werden.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren eine Mehrzahl gleichartiger Behälter gekennzeichnet und mit Substanzen befüllt und alle Behälter werden mit derselben Orientierung ihrer Zylinderachse an dem oder den Auslesegeräten vorbeigeführt.
Insgesamt werden durch die Erfindung folgende Vorteile verwirklicht:

– Schutz des Transponders vor (mechanischer und chemischer) Beschädigung bei der Handhabung des Behälters oder durch die im Behälter transportierten Waren, insbesondere auch durch Flüssigkeiten und chemische Substanzen;
– Integration des Transponders in dünnwandige oder kleine Gefäße;
– Integration bzw. Anbringung des Transponders an Behältern mit gewölbten Oberflächen;
– Sicherstellung einer ausreichenden Energieversorgung und Reichweite;
– Sicherstellung der richtigen Orientierung der Transponderspule relativ zum Magnetfeld des Auslesegeräts beim Auslesevorgang;
– Sicherstellung eines möglichst großen Mindestabstands der Ansprechbereiche der Transponder zweier sich berührender oder nahe beieinander stehender Behälter, um eine eindeutige störungsfreie Auslesung zu erleichtern; und
– kostengünstige Herstellung des Systems.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigt
1 ein Reaktionsgefäß mit einem nachträglich auf der äußeren Mantelfläche aufgebauten Transponder;
2 ein Fläschchen mit einem in den Boden eingebrachten Transponder in Disk-Bauform;
3 die Herstellung einer RFID-Flasche mit Hilfe eines selbstklebenden Transponderhalbzeugs: a) Selbstklebendes Transponderhalbzeug mit offener Spule, b) Aufkleben des Transponderhalbzeugs auf die Flasche, c) fertige RFID-Flasche;
4 einen RFID-Becher bestehend aus zwei ineinander gesteckten Bechern, wobei der Transponder auf der äußeren Mantelfläche des inneren Bechers aufgebaut ist;
5 die Herstellung eines RFID-Bechers im Tiefziehverfahren: a) Aufbau des Transponders mit ebenen Trägerfolien, b) Laminieren und Tiefziehen;
6 den Einsatz von RFID-Probenröhrchen in einer automatischen Synthese- bzw. Analysestation;
7 eine RFID-Flasche mit einer Dipolantenne für den Betrieb im Ultrahochfrequenz-Bereich nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
8 die Herstellung einer RFID-Flasche mit einer als offene Spule ausgebildeten Dipolantenne: a) Selbstklebender Träger mit Transponder und Dipolantenne, b) Aufkleben des Trägers auf die Flasche, c) fertige RFID-Flasche.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Zunächst wird mit Bezug auf die 1 als exemplarische Ausführungsform ein Probenröhrchen wie etwa ein sogenanntes Eppendorf-Tube mit einem nachträglich auf der äußeren Mantelfläche aufgebauten Transponder erläutert.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 das Reaktionsgefäß aus Kunststoff (mit Boden 11, zylinderförmigem Hauptabschnitt 12 und Deckel 13), das Bezugszeichen 21 den Transponderchip, 22 die Transponderspule, sowie 3 eine Schutzschicht aus Kunststoff. Als Reaktionsgefäß wird in diesem Ausführungsbeispiel von einem handelsüblichen Eppendorf-Tube, wie sie beispielsweise in der DE 196 45 892 beschrieben ist, ausgegangen.
Dieses Gefäß umfasst neben einem erfindungsgemäß relevanten zylinderförmigen Hauptabschnitt 12, der der Handhabung des Reaktionsgefäßes dient, einen Boden 11 mit Abschrägungen im Bodenbereich 111, einen Deckel 13 mit Deckelhalterung 131 (Scharnier) und Schnappverschluss 132.
Auf die Mantelfläche des zylinderförmigen Abschnitts 12 des Gefäßes wird der Spulendraht der Transponderspule 22 mit einer automatischen Wickelmaschine gewickelt. Vorzugsweise sind die verwendeten Kupferdrähte neben dem üblichen Isolationslack mit einer zusätzlichen Schicht niedrigschmelzenden Backlacks versehen. Während des Wickelvorgangs wird das Gefäß auf die Schmelztemperatur des Backlacks erhitzt. Dieser schmilzt während des Wickelvorgangs, wodurch die einzelnen Windungen der Transponderspule miteinander verkleben. Auf diese Weise wird die mechanische Stabilität der Spule bereits vor der am Ende des Produktionsprozesses aufzubringenden Schutzschicht gewährleistet. Nach dem Wickeln der Spule stehen zur Kontaktierung des Transponderchips 21 zwei Varianten zur Auswahl: Erlauben die mechanischen Stabilitätsanforderungen und die Größe des Reaktionsgefäßes die Verwendung von sehr dünnen Spulendrähten (<= 50 μm), so kann der Draht direkt auf den Transponderchip gebondet werden. Alternativ wird ein Transpondermodul (Transponderchip, der auf einem Träger bzw. in einem Gehäuse fixiert ist) eingesetzt. Die Anschlüsse der Spule werden mit einem Punktschweißgerät an die Anschlussflächen des Transpondermoduls angeschweißt. Abschließend wird der gesamte Transponderaufbau mit einer Schutzschicht 3 aus Kunststoff überzogen. Die Schutzschicht wird dabei entweder durch Gießen bzw. Sprühen noch auf der Wickelmaschine oder durch Eintauchen des Gefäßes in verflüssigten Kunststoff aufgetragen.
In weiteren Ausführungsformen eines Probenröhrchens mit Transponder wird die Antennenspule nicht aus Draht gewickelt, sondern entweder

– aus einer flächigen leitfähigen Beschichtung der Außenwand des Probenröhrchens – bevorzugt einer Kupferbeschichtung – mit Hilfe einer Maske herausgeätzt,
– aus einem leitfähigen Polymer, bevorzugt einem Silberleitkleber mit Epoxydharz, hergestellt, das bei rotierendem Probenröhrchen aufgetragen wird oder
– aus einer leitfähigen Paste (bekannt als: polymer thick film – PTF) hergestellt, die auf die Mantelfläche aufgedruckt wird.

2 zeigt eine Flasche 1 mit einem zylinderförmigen Hauptabschnitt 12 und einem nach innen gewölbten oder mit einer Aussparung versehenen Roden 11, in dessen Wölbung oder Aussparung ein fertig vergossener Transponder 2 in Disk-Bauform eingebracht wird. Die Fixierung des vergossenen Transponders 2 am Boden geschieht entweder durch Einkleben in die Aussparung der vorgefertigten Flasche oder direkt im Produktionsprozess der Flasche, indem der Transponder als Einlegeteil beim Spritzguss bzw. Blasen der Flasche mit dem Boden verschmolzen wird. Um im zweiten Fall eine gute Verbindung zwischen Transpondergehäuse und Flasche zu erhalten, werden beide vorzugsweise aus dem gleichen Material – beispielsweise Polystyrol (PS), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polypropylen (PP) – hergestellt.
Der Transponder in Disk-Bauform beinhaltet neben dem Transponderchip eine kreisringförmige Antenne, die nahe der Mantelfläche innerhalb des scheibenförmigen Spritzgussgehäuses verläuft. Durch die koaxiale Anordnung von Disk-Transponder und zylinderförmiger Flasche sind folgende erfindungsgemäße Vorteile gewährleistet: einheitliche Orientierung der Transponderspulen bei parallel stehenden Flaschen, Sicherstellung eines Mindestabstands (= Flaschendurchmesser) der Spulenachsen, eine relativ zum Gefäß große Spulenfläche und damit hoher Energieübertragung bzw. Reichweite. Weitere Vorteile dieser Anordnung sind die geschützte Position und damit stabile Fixierung des Transponders in der Aussparung des Bodens, die Möglichkeit der Anbringung eines Transponders an dünnwandige und kleine Gefäße sowie Gefäße mit kleinen Krümmungsradien.
Eine weitere Ausführungsform mit vergleichbaren Vorteilen ist eine Petrischale (ein flaches zylinderförmiges Gefäß) auf deren Boden oder Deckel von außen ein Smart-Label, d. h. ein selbstklebendes Transponderetikett, dergestalt aufgeklebt wird, dass die Transponderspule um die Zylinderachse herum verläuft. Bevorzugt wird dabei ein kreisförmiges Smart-Label konzentrisch aufgeklebt, so dass die Zylinderachse durch die Fläche der Transponderspule hindurchtritt.
3 zeigt die Herstellung einer RFID-Flasche mit Hilfe eines selbstklebenden Transponderhalbzeugs. Das selbstklebende Transponderhalbzeug 20 (3a) wird auf einer selbstklebenden Folie 3 aufgebaut und umfasst den Transponderchip 21, Leiterbahnen 22 zum Aufbau der Transponderspule und zwei Bonddrähte 23 zum Verbinden der beiden äußeren Leiterbahnen mit dem Chip 21. Die Leiterbahnen 22 sind so angeordnet, dass deren offenen Enden miteinander kontaktiert werden, wenn das Transponderhalbzeug auf einen zylinderförmigen Gegenstand mit einem vorgegebenen Umfang verklebt wird. Um einen zuverlässigen Kontakt zu gewährleisten, wird auf die Kontaktstellen vor dem Zusammenkleben ein leitfähiger Klebstoff (Silberleitkleber) aufgetragen.
In 3b ist dargestellt, wie das Transponderhalbzeug 20 auf den zylinderförmigen Abschnitt 12 einer Flasche 1 aufgeklebt wird. Bei vollständig aufgeklebtem Transponderhalbzeug (3c) bilden die Leiterbahnen eine geschlossene Spule, die zusammen mit dem kontaktierten Chip einen funktionsfähigen Transponder 2 ergibt. Die Folie 3 bildet dabei eine durchgehende Schutzschicht für den Transponder. Sie kann dabei gleichzeitig als bedruckbares Etikett für die Flasche dienen.
4 zeigt die Herstellung eines RFID-Bechers aus zwei ineinander gesteckten Bechern. Beide Becher sind bevorzugt im Tiefziehverfahren aus einer dünnen Kunststoffplatte – beispielsweise aus Polypropylen (PP) – hergestellt. (Komplexere Formen, wie beispielsweise Becher mit Schraubverschluss, können jedoch auch im Spritzgussverfahren hergestellt werden.) Sie sind so dimensioniert, dass der innere Becher 1 genau in den äußeren Becher 3 gesteckt und mit ihm verschweißt werden kann. Beide Becher umfassen einen im Wesentlichen zylinderförmigen Abschnitt 12 bzw. 32, der jedoch minimal konisch ausgeführt ist, um das Ineinanderstecken der Becher zu erleichtern. Die Becherwand im zylinderförmigen Abschnitt 12 bzw. 32 ist dünn und flexibel genug, um beim Ineinanderstecken nicht nur Fertigungstoleranzen ausgleichen zu können, sondern auch noch den Transponder 2 aufnehmen zu können, der auf der Mantelfläche des inneren Bechers montiert ist.
Der Transponder 2 bestehend aus Chip 21 und Spule 22 wird, anlog wie anhand 1 beschrieben, auf dem zylinderförmigen Abschnitt 12 des inneren Bechers 1 aufgebaut.
Anschließend werden die Becher ineinandergesteckt und miteinander verschweißt. Je nach Stabilitätsanforderungen geschieht das Verschweißen vollflächig oder nur im Bereich des Deckelflanschs (14 und 34) und bei Bedarf im Bodenbereich (11 und 31).
Anhand der 5 wird im Folgenden die Herstellung eines RFID-Bechers im Tiefziehverfahren erläutert. Ausgangspunkt ist der Aufbau eines Transponders mit ebenen Kunststofffolien, wie er bei der Herstellung von Transponder-Chipkarten üblich ist (5a). Die Herstellung von Transponderchipkarten ist in Finkenzeller Klaus, RFID-Handbuch, Carl Hanser Verlag, München 2002, Seiten 344 bis 351, welcher Abschnitt in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird, beschrieben. Sie kann auf 4 Arten geschehen: i) Wickeltechnik (herkömmliches Wickeln der Spule und anschließendes Absetzen auf der Folie), ii) Verlegetechnik (Verlegen des Drahtes mit einer Sonotrode direkt auf der Folie), iii) Siebdrucktechnik (Aufdrucken einer leitfähigen Polymer-Dickfilmpaste auf die Folie im Siebdruckverfahren) und iv) Ätztechnik (Herauslösen der Spule aus einer vollflächigen, auf die Folie auflaminierten und mit belichtetem Photolack beschichteten Kupferfolie).
Eine Chipkarte ist typischerweise aus vier Folien aufgebaut: zwei Inletfolien, davon eine Trägerfolie 18, auf der der Transponder 2 aufgebaut wird, und eine im Bereich 171 des Chips 21 ausgestanzte Zwischenfolie 17, sowie zwei Deckfolien (Overlayfolien 16, 19), welche die Außenseite der Karte bilden. Während zur Herstellung von Chipkarten möglichst steife Kunststoffe eingesetzt werden, werden für die Herstellung erfindungsgemäßer RFID-Becher zum Tiefziehen geeignete, thermisch leicht formbare Kunststoffe bevorzugt. Dabei bietet sich an, Kunststoffe wie Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) und insbesondere Polypropylen (PP) einzusetzen.
Nachdem der Transponder aufgebaut und die Folien passgenau übereinander gelegt sind, werden die Folien laminiert, d. h. bei erhöhter Temperatur (T = ca. 100–200°C) und hohem Druck (p = 20–120 kg/cm²) in einen weichelastischen Zustand gebracht und miteinander verbacken. Anschließend werden die verbackenen Folien insgesamt im Tiefziehverfahren zum erfindungsgemäßen Becher geformt (5b). Sofern die Verformung der Folien beim Tiefziehen im Bereich des Transponders gering ist, können der Laminierungsprozess und das Tiefziehen auch in einem gemeinsamen Schritt durchgeführt werden, indem die vier Folien mit zwei ineinander passenden Formen 41 und 42 geformt und miteinander verbacken werden. Bevorzugt befindet sich der Transponder daher im Boden des im Wesentlichen zylinderförmigen Bechers, wobei die Transponderspule um die Zylinderachse parallel zum Rand des Bodens verläuft.
Nach dem Laminieren, Tiefziehen und Auskühlen werden die einzelnen geformten RFID-Becher 1 aus dem Mehrfachnutzen-Bogen ausgestanzt (5c).
Bei einer Variante des hier beschriebenen RFID-Bechers wird lediglich der Boden aus den vier Folien, die den Transponder enthalten, laminiert. Der restliche Becher besteht dann lediglich aus einer Folie, die durch Tiefziehen in Form gebracht wird.
6 zeigt exemplarisch den Einsatz von RFID-Probenrohrchen in einer automatischen Prozessierungsstation, die zur Synthese- und Analyse von chemischen, biologischen oder medizinischen Substanzen eingesetzt werden kann. Die Probenröhrchen 1, die jeweils mit einem Transponder 2 versehen sind, kommen aus einem Vorratsbehälter oder aus vorgelagerten Prozessierungseinheiten und werden auf einer linearen Transportvorrichtung 6 an einem ersten Transponderauslesegerät 51, einer Prozessierungseinheit 7 und einer Analyseeinheit 8 und optional an einem weiteren Transponderauslesegerät 52 vorbeigeführt. Die Röhrchen werden anschließend an einen Ausgabevorratsbehälter oder weitere Prozessierungseinheiten weitertransportiert.
Die Antennen der Transponderauslesegeräte 511 und 521 sind in der Nähe jeweils eines Haltepunkts der Transponder 2 so angeordnet, dass deren Magnetfeldlinien am jeweiligen Haltepunkt parallel zur Spulenachse eines dort vorhandenen Transponders verlaufen und eine selektive Auslesung dieses Transponders ermöglicht wird.
Durch die Anordnung mehrerer Prozessierungsstationen hintereinander, gegebenenfalls ergänzt durch (temperierte) Zwischenlager und Sortiereinheiten, können komplexe Synthesen und Analysen durchgeführt werden. Das ganze Prozessierungssystem wird über eine zentrale Datenverarbeitungseinheit 9 gesteuert.
Auf dem Transponder 2 eines jeden Probenröhrchens 1 können folgende Daten abgelegt werden: Identifikationsnummer des Probenröhrchens, Spezifikation des Inhalts, Herkunft des Inhalts, Patientendaten bei klinischen Anwendungen, durchgeführte und durchzuführende Verarbeitungsschritte, durchlaufene und zu durchlaufende Verarbeitungsstationen, Aufenthaltsorte und Zeiten, physikalische Messgrößen, z. B. Temperatur, Druck, Füllstand, Beschleunigung, insbesondere von einem in den Transponder integrierten Sensor, Herstellungsdatum des Inhalts und/oder des Behälters sowie Bedienungsanleitung oder Steuerungscode für die Prozessierungseinheit.
Die Informationen dienen insbesondere der eindeutigen Kennzeichnung der Substanzen in den Probenröhrchen, der Steuerung sowie Dokumentation der Produktions- bzw. Analyseschritte und damit der Rückverfolgbarkeit bzw. Qualitätssicherung der Prozesse.
In den 7 und 8 werden Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Behältern gezeigt, bei denen die Antenne des Transponders 2 als Dipolantenne 122 ausgeführt ist. Diese Ausführungsformen sind insbesondere für einen Betrieb im Ultrahochfrequenz-Bereich (UHF) – insbesondere für die passiven UHF-Transponder im Frequenzbereich 865–950 MHz – geeignet. Dem Nachteil einer stärkeren Materialabhängigkeit der Funktionsfähigkeit von Transpondern in diesem Frequenzbereich steht als Vorteil die prinzipiell höhere Lesereichweite gegenüber.
7 zeigt eine Flasche 1 mit zylinderförmigem Hauptabschnitt 12, auf dessen Mantelfläche ein Transponder 2 mit Transponderchip 21 und Dipolantenne 122 auf einem biegsamen Träger 3 aufgebracht ist. Dabei ist die Dipolantenne 122 parallel zur Zylinderachse des Hauptabschnitts 12 aufgebracht.
Erfindungsgemäß besteht der Vorteil dieser Anordnung darin, dass bei parallel angeordneten (aufgestellten) Flaschen die jeweiligen Antennen mit einheitlicher Orientierung ausgerichtet sind und damit mit einer einheitlichen, parallelen Orientierung der Antenne des Lesegeräts bevorzugt ausgelesen werden können. Auf einer Förderstrecke quer zur Flaschenachse ist damit auch eine definierte selektive Auslesung des jeweils in der Hauptstrahlrichtung befindlichen Transponders möglich. Die Bevorzugung eines entfernteren Transponders (Fehllesung) aufgrund unterschiedlicher Orientierungen ist damit ausgeschlossen.
Bevorzugt umfasst dabei der Behälter 1 und/oder die Förderstrecke ein Mittel, das ein Verdrehen des Behälters um die eigene Achse verhindert.
Alternativ oder zusätzlich können der Behälter und/oder die Förderstrecke ein Mittel umfassen, das einen Mindestabstand der Mantelflächen benachbarter Flaschen gewährleistet.
8 zeigt die RFID-Kennzeichnung eines zylinderförmigen Gefäßes 1, dessen zylinderförmiger Hauptabschnitt 12 in Achsenrichtung kürzer ist, als die für den Transponder 2 im gewünschten Frequenzbereich optimale Länge der Dipolantenne 122. Die Dipolantenne 122 wird in diesem Fall als offene Spule um den zylinderförmigen Hauptabschnitt 12 des Gefäßes 1 angeordnet. Die Spulenachse ist dabei erfindungsgemäß parallel zur Zylinderachse angeordnet. Um eine möglichst gute Kopplung der Antenne 122 an das elektromagnetische Feld des Auslesegeräts zu erreichen, wird die Ausdehnung der Antenne in Richtung der Zylinderachse – mit anderen Worten die Steigung der offenen Spule – möglichst groß gewählt. Die Steigung der Spule ist jedenfalls größer als die Breite der Leiterbahn der Antenne 122.
8a zeigt einen Transponder 2 mit Transponderchip 21, Dipolantenne 122 und Verbindungsdrähten 23 auf einem biegsamen Substrat 3, der zur RFID-Kennzeichnung des eben beschriebenen Gefäßes 1 geeignet ist. In 8b ist gezeigt, wie der Transponder 2 mit Substrat 3 auf den zylinderförmigen Hauptabschnitt 12 des Gefäßes 1 aufgebracht wird. 8c zeigt das fertige, gekennzeichnete Gefäß 1 mit Transponder 2 und Substrat 3.
Während die Erfindung insbesondere mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden ist, versteht sich für den Fachmann, dass Änderungen in Gestalt und Einzelheiten gemacht werden können, ohne von dem Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung nicht einschränkend sein. Statt dessen soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung den Umfang der Erfindung veranschaulichen, der in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4313049 [0010]
DE 9407696 U1 [0011]
WO 01/029761 [0012]
DE 10310238 [0013]
DE 29910452 U1 [0014]
DE 19645892 [0025, 0067]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

RFID-Forum, Magazin für den kontaktlosen Datentransfer 04/2004, Every Card Verlags GmbH Lüneburg, S. 33 [0002]
RFID-Forum 06/2004, S. 10 [0006]
RFID-Forum 06/2004, S. 20 [0007]
Finkenzeller Klaus, RFID-Handbuch, Carl Hanser Verlag, München 2002, Seiten 344 bis 351 [0079]

Claims

Behälter zum Transport und zur Aufbewahrung von Substanzen, der mit einem Transponder zur Radiofrequenzidentifikation versehen ist, wobei – der Behälter einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hauptabschnitt mit einer gekrümmten Mantelfläche aufweist, und – der Transponder einen elektronischen Speicher und als Koppelelement eine Antennenspule enthält, wobei – die Antennenspule in oder auf einer Wandfläche des Behälters und mit ihrer Achse parallel zur Zylinderachse des Hauptabschnitts angeordnet ist, und wobei – der Transponder im Boden oder Deckel des Behälters angeordnet ist.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder in einer vergossenen Scheibe am Boden oder Deckel des Behälters angebracht ist.
Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder durch Verkleben, durch Verschmelzen beim Herstellen des Behälters oder als Einlegeteil beim Spritzguss am Boden oder Deckel angebracht ist.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenspule im Bereich des zylinderförmigen Hauptabschnitts des Behälters auf der Mantelfläche des Zylinders angeordnet ist und eine oder mehrere Windungen um die Zylinderachse aufweist.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenspule so in oder auf einer Wandfläche des Behälters angeordnet ist, dass die Zylinderachse des Hauptabschnitts durch die Fläche der Antennenspule hindurchtritt.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Hauptabschnitt einen Aufnahmebereich darstellt, der die zu transportierenden oder aufzubewahrenden Substanzen aufnimmt.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Hauptabschnitt mit einem sich konisch verjüngenden Aufnahmebereich verbunden ist, der die zu transportierenden oder aufzubewahrenden Substanzen aufnimmt.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Hauptabschnitt einen Handhabungsbereich darstellt, der der Handhabung, wie dem Transport oder der Lagerung des Behälters dient.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Hauptabschnitt keine Kanten aufweist.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Hauptabschnitt mehr als 50%, insbesondere mehr als 70% der Ausdehnung des Behälters in Richtung der Zylinderachse einnimmt.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus einem Kunststoffmaterial wie PE, PP, PS, PET, ABS, einem Epoxydharz, einer Maldmasse oder IC-Vergussmasse oder aus Glas besteht.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder unter der Oberfläche des Behälters in Kunststoff, Glas oder eine Lackschicht eingebettet ist.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter beständig gegen Flüssigkeiten, Chemikalien, mechanische Beanspruchungen, insbesondere Abrieb, oder Sterilisierungs- bzw. Autoklavierungsverfahren ausgebildet ist.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder auf eine Arbeitsfrequenz zwischen 9 und 135 kHz, vorzugsweise zwischen 100 und 135 kHz ausgelegt ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder auf eine Arbeitsfrequenz im ISM-Frequenzbereich, insbesondere auf eine Arbeitsfrequenz um 6,78 MHz, 13,56 MHz, 27,125 MHz, 40,68 MHz, 433,92 MHz, 869,0 MHz, 915,0 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz oder 24,125 GHz, und besonders bevorzugt auf eine Arbeitsfrequenz um 13,56 MHz ausgelegt ist.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter mit einem zugehörigen Deckel verschließbar ist, insbesondere mit einem Klemmdeckel oder Schraubverschluss.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter eine (Pfand-)Flasche, ein Recycling-Behälter oder ein im Tiefziehverfahren hergestellter Becher ist.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter ein Reaktionsgefäß, wie etwa ein Probenröhrchen, ein Eppendorf-Tube oder eine Petrischale, insbesondere für klinische und biochemische Labore, oder ein Probengefäß innerhalb einer Mikro-Titerplatte ist.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Speicher Daten enthält, wie eine Identifikationsnummer, Spezifikation des Inhalts, Herkunft des Inhalts, Patientendaten bei klinischen Anwendungen, durchgeführte oder durchzuführende Verarbeitungsschritte, durchlaufene oder zu durchlaufende Verarbeitungsstationen, Aufenthaltsorte und Zeiten, physikalische Messgrößen, wie Temperatur, Druck, Füllstand, Beschleunigung, die insbesondere von einem in den Transponder integrierten Sensor stammen, Herstellungsdatum des Inhalts und/oder des Behälters, Bedienungsanleitung oder Steuerungscode für Verarbeitungssysteme.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Speicher ein Nur-Lese-Speicher ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Speicher ein wiederbeschreibbarer Speicher ist
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter einen Drehbegrenzer umfasst, der auf einer Förderstrecke das Verdrehen des Behälters um die eigene Achse verhindert.
Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter einen Abstandhalter umfasst, der einen vorgewählten Mindestabstand benachbarter Behälter auf einer Förderstrecke gewährleistet.