DE202008001549U1 - RFID-Transponder - Google Patents

RFID-Transponder

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Abstract

RFID-Transponder mit einem Gehäuse (10), einer Koppelschleife (12), die elektrisch mit einem im Gehäuse (10) angeordneten RFID-Chip verbunden ist, und einer Antenne (50), die eine Schlitz (52) aufweist und an der Außenseite des Gehäuses (10) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen RFID-Transponder.
  • RFID-Transponder werden für die verschiedensten Anwendungen eingesetzt, insbesondere zum elektronischen Identifizieren von Gegenständen. Im RFID-Transponder kann beispielsweise eine Identifikationsnummer für den entsprechenden Gegenstand gespeichert sein. Mittels eines Lesegeräts kann diese Identifikationsnummer ausgelesen werden. Das Problem dabei ist, daß passive RFID-Transponder sich sehr nahe am Lesegerät befinden müssen, damit ein Auslesen möglich ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen RFID-Transponder zu schaffen, der zum einen über große Entfernungen ausgelesen werden kann (bei einem UHF-Frequenzbereich von 860 bis 950 MHz), insbesondere über Entfernungen von mehr als 1 m, und zum anderen sehr unempfindlich ist gegenüber Umwelteinflüssen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein RFID-Transponder mit einem Gehäuse vorgesehen, einer Koppelschleife, die elektrisch mit einem im Gehäuse angeordneten RFID-Chip verbunden ist, und einer Antenne, die einen Schlitz aufweist und an der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist. Die extern angeordnete Antenne vergrößert die Entfernung, über die der RFID-Transponder mit einem Lesegerät ausgelesen werden kann. Die extern angeordnete Antenne muß auch nicht elektrisch mit dem RFID-Chip im Gehäuse verbunden sein, sondern wird von der Koppelschleife angeregt. Auf diese Weise ergibt sich eine hohe Robustheit. Das Gehäuse ist insbesondere so ausgeführt, daß der darin angeordnete RFID-Chip weder durch Umwelteinflüsse beschädigt wird noch durch hohe Temperaturen und Chemikalien, wie sie bei verschiedenen industriellen Reinigungsprozessen auftreten bzw. verwendet werden. Dies ermöglicht beispielsweise, den RFID-Transponder an Bierfässern anzubringen, um diese berührungslos und über größere Entfernungen identifizieren zu können. Bei der Reinigung der Bierfässer wird der RFID-Transponder nicht beschädigt.
  • Die Antenne besteht vorzugsweise aus einem flächigen Metallstück und kann aus Metallblech bestehen. Es ist auch möglich, ein Gußteil zu verwenden. in jedem Fall kann der Schlitz mit geringem Aufwand in dem Metallteil ausgebildet werden.
  • Der Schlitz ist mit seiner Länge so an die vom RFID-Chip verwendete Wellenlänge angepaßt, daß die Schlitzlänge entweder die Hälfte der Wellenlänge oder ein Viertel der Wellenlänge beträgt. Dies ermöglicht eine besonders hohe Reichweite.
  • Für den Schlitz können verschiedene geometrische Gestaltungen verwendet werden, beispielsweise linienförmig, gekrümmt oder gegabelt. Solche Gestaltungen sind von sogenannten Schlitzstrahlern bekannt. Je nach konkretem Anwendungsfall und den sich daraus ergebenden Anforderungen kann die geeignete Form des Schlitzes ausgewählt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Schutzelement vorgesehen, das den Schlitz vor Verschmutzungen schützt. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich elektrisch leitende oder dielektrische Materialien im Schlitz festsetzen, was zu einer Verstimmung der Antenne führen würde. Das Schutzelement kann entweder eine Abdeckung sein, die auf einer Außenseite des Metallstücks angeordnet ist, oder als Form- oder Vergußteil ausgeführt sein, das direkt den Schlitz ausfüllt.
  • Das Gehäuse kann mit der Antenne mechanisch auf unterschiedliche Weise verbunden sein, beispielsweise durch eine Schraube, einen Paßstift, ein Niet, einen Spreizdorn oder eine Rastverbindung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne mit Befestigungsmitteln versehen, mittels denen der Transponder an einem Gegenstand befestigt werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Befestigungsmittel als abgebogener Befestigungsabschnitt ausgeführt sind. Diese Ausführungsform macht sich die Festigkeit des Metallteils zunutze, aus dem die Antenne gebildet ist.
  • Somit kann die Antenne direkt an beispielsweise einem Bierfaß, einer Gasflasche oder einem zu bearbeitenden Werkstück angebracht werden. Dies kann durch Verpressen, Verschrauben, Aufklipsen, etc. erfolgen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines RFID-Transponders mit Antenne;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform des RFID-Transponders;
  • 3 verschiedene Beispiele von Antennen;
  • 4 in zwei perspektivischen vergrößerten Ansichten den RFID-Transponder von 1;
  • 5 in zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 6 in zwei schematischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • 7 in zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer vierten Ausführungsform;
  • 8 in zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer fünften Ausführungsform;
  • 9 in zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer sechsten Ausführungsform;
  • 10 in zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer siebten Ausführungsform;
  • 11 in zwei perspektivischen, teilgeschnittenen Ansichten eine achte Ausführungsform der Erfindung;
  • 12 in zwei perspektivischen, teilgeschnittenen Ansichten eine neunte Ausführungsform der Erfindung;
  • 13 in zwei perspektivischen, teilgeschnittenen Ansichten eine zehnte Ausführungsform der Erfindung;
  • 14 in einer perspektivischen Ansicht und einer Seitenansicht eine elfte Ausführungsform der Erfindung und eine Ausführungsvariante;
  • 15 in zwei perspektivischen und einer geschnittenen Ansicht ein zwölfte Ausführungsform der Erfindung; und
  • 16 in einer perspektivischen Ansicht und einer Seitenansicht eine dreizehnte Ausführungsform der Erfindung.
  • In 1 ist ein RFID-Transponder dargestellt, der als wesentliche Bauteile ein Gehäuse 10 und eine Antenne 50 aufweist.
  • Das Gehäuse 10 enthält im Inneren einen RFID-Chip, der dort vor Umwelteinflüssen geschützt aufgenommen ist. Der RFID-Chip kann im Inneren des Gehäuses vergossen oder auf andere Weise eingeschlossen sein. Beispielsweise kann das Gehäuse aus zwei Teilen bestehen, die durch Reibschweißen miteinander fest verbunden sind. Das Gehäuse 10 besteht aus einem mechanisch, chemisch, thermisch und witterungstechnisch beständigen Material, beispielsweise aus Vectra LCP 840i LDS. Auf seiner der Antenne 50 zugewandten Seite ist das Gehäuse 10 mit einer Koppelschleife 12 (siehe beispielsweise 4b) versehen. Die Koppelschleife 12 ist elektrisch mit dem RFID-Chip im Inneren des Gehäuses verbunden. Der RFIF-Transponder sendet und empfängt insbesondere im UHF-Frequenzbereich (860–950 MHz).
  • Das Gehäuse 10 ist mechanisch mit der Antenne 50 verbunden. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 10 an zwei voneinander abgewandten Enden jeweils eine Befestigungsöffnung 14 (siehe beispielsweise 5b) auf, in die jeweils ein Befestigungsmittel eingesetzt ist. Als Befestigungsmittel kann eine Schraube 20 oder ein Niet 22 (siehe 4), ein Paß- oder Kerbstift 24 (siehe 6) oder ein Spreizdorn 26 aus Metall (siehe 7) bzw. aus Kunststoff (siehe 8) verwendet werden. Der Spreizdorn 26 spreizt Klemmlaschen 28, die einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgeführt sind. Es können auch einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgeführte Rasthaken 30 (siehe 9) verwendet werden oder eine Kombination aus einem einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgeführten Montagefuß 32 und einem Paß- oder Kerbstift 24 (siehe 10). Allen Befestigungsmitteln ist gemeinsam, daß sie es ermöglichen, das Gehäuse 10 in der gewünschten Weise an der Antenne 50 zu befestigen, entweder unlösbar oder lösbar.
  • Die Antenne 50 ist gebildet durch ein flächiges Metallteil, das mit einem Schlitz 52 versehen ist. Das Gehäuse 10 ist so an der Antenne angebracht, daß die Koppelschleife 12 mit dem Schlitz 52 induktiv gekoppelt ist. Zu diesem Zweck wird das Gehäuse 10 meist so angeordnet sein, daß es sich von der einen Seite des Schlitzes zur anderen erstreckt. Es ist allerdings auch denkbar, das Gehäuse vollständig auf einer Seite des Schlitzes anzuordnen. Die Antenne 50 besteht in dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 aus einem gestanzten Metallblech. Es kann entweder rechteckig sein oder beispielsweise auch kreisförmig, wobei sich dann der Schlitz kreisbogenförmig erstreckt. Die Länge des Schlitzes hängt von der Wellenlänge der zum Auslesen des Transponders verwendeten Frequenz ab. Im Hinblick auf eine hohe Reichweite ist es vorteilhaft, wenn die Länge des Schlitzes die Hälfte oder ein Viertel der Wellenlänge beträgt.
  • Alternativ zu einer Antenne aus gestanztem Blech kann auch ein gegossenes Metallteil oder ein lasergeschnittenes Metallteil verwendet werden.
  • Die Form des Schlitzes 52 der Antenne 50 hängt von den jeweiligen Einsatzbedingungen ab. Verschiedene Beispiele für geeignete Schlitze finden sich in den 3a bis 3e. In allen dort gezeigten Antennen sind auch jeweils zwei Öffnungen 54 zu sehen, in welche die Befestigungsmittel zur Anbringung des Gehäuses an der Antenne eingreifen können.
  • Im Beispiel von 3a wird der bereits von 1 bekannte, geradlinige Schlitz 52 verwendet. Im Beispiel von 3b wird ein sich verzweigender, allgemein X-förmiger Schlitz mit einem Mittelabschnitt verwendet. Im Beispiel von 3c hat der Schlitz die Form einer Sanduhr. Dieses Beispiel zeigt, daß ein „Schlitz" nicht notwendigerweise erfordert, daß die Ränder des Schlitzes einander unmittelbar gegenüberliegen. Das Beispiel von 3d zeigt die bereits von 2 bekannte Antenne, die ringförmig ist und einen sich über einen Winkelbereich von etwa 300° erstreckenden Schlitz 52 aufweist. Beim Beispiel von 3e werden zwei kürzere Schlitze verwendet, wobei nur einer vom Gehäuse 10 überdeckt wird. Allgemein gilt, daß durch die entsprechende Ausgestaltung der Schlitze 52 die Abstrahlcharakteristik der Antenne geeignet eingestellt werden kann.
  • In 11 ist ein Ausführungsbeispiel eines RFID-Transponders gezeigt, der an einer Druckgasflasche 70 angebracht ist. Das Metallteil der Antenne 50 ist hier allgemein ringförmig und zweifach im rechten Winkel abgebogen, so daß ein sich senkrecht zur Mittelachse erstreckender Zwischenabschnitt gebildet ist, in welchem der Schlitz 52 angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Vorzugsrichtung der Antenne in Richtung der Längsachse der Druckgasflasche 70 ausgerichtet. Die Antenne selber ist im Bereich des Ventils der Druckgasflasche 70 angebracht. Zu diesem Zweck sind an einem Endabschnitt der ringförmigen Antenne 50 mehrere Bolzen 72 angeordnet, die in entsprechende Öffnungen 74 an der Druckgasflasche 70 eingreifen. Das Gehäuse 10 des RFID-Transponders ist auf der „Unterseite" des Schlitzes 52 angeordnet, so daß das Gehäuse geschützt in einem von außen nicht zugänglichen Hohlraum zwischen der Antenne 50 und der Druckgasflasche 70 angeordnet ist. Der Schlitz 52 der Antenne 50 kann mit einem Dielektrikum ausgegossen sein, welches als Schutzelement wirkt, so daß sich keine Fremdkörper oder Schmutzteile im Schlitz 52 festsetzen können, welche die Antenne verstimmen könnten.
  • Die gezeigte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß sie mechanisch sehr widerstandsfähig ist. Sie ermöglicht es, die Druckgasflasche 70, die beispielsweise technische Gase wie Propan, Stickstoff, Sauerstoff enthalten kann oder ein Feuerlöscher ist, über Entfernungen von mehr als 1,5 m sicher zu identifizieren. Aufgrund der geschützten Anbringung besteht auch bei einer rauhen Behandlung der Druckgasflasche 70 nicht die Gefahr, daß der RFID-Transponder beschädigt oder gar abgerissen wird.
  • Das Ausführungsbeispiel von 12 unterscheidet sich von dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Ausgestaltung der Antenne 50. Anstelle des kragenförmigen Endabschnittes ist hier der Bereich der Antenne 50, der mit dem Schlitz 52 versehen ist, mit mehreren nach innen ragenden Befestigungsnasen 76 versehen, die hinter ein Außengewinde 78 der Druckgasflasche 70 greifen.
  • Die Ausführungsform gemäß 13 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 12 durch eine Nut 80 an der Druckgasflasche, in welche die Befestigungsnasen 76 an der Antenne 50 eingreifen.
  • In den 14a und 14b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Fall ist der RFID-Transponder mit einer Antenne 50 versehen, die aus einer mehrfach abgebogenen Metallblech gebildet ist, das an seinen Enden jeweils mit einem abgebogenen Befestigungsabschnitt 90 versehen ist. Durch diese erstreckt sich ein Spannband 92, mittels dem die Antenne 50 zusammen mit dem Gehäuse 10 an einem Gegenstand befestigt werden kann, beispielsweise temporär an einem zu bearbeitenden Werkstück 94.
  • In den 14c und 14d ist eine Ausführungsvariante gezeigt, die auf der Ausführungsform der 14a und 14b beruht. Der Unterschied besteht darin, daß bei der Ausführungsvariante der 14c und 14d im Schlitz 52 der Antenne 50 ein Schutzelement 96 angebracht ist, das im Querschnitt betrachtet allgemein H-förmig ist, wobei sich der Mittelsteg des „H" durch den Schlitz erstreckt. Das Schutzelement verhindert, daß sich Verschmutzungen im Schlitz 52 festsetzen, die zu einem elektrischen Kurzschluß führen könnten. Ein solcher Kurzschluß würde die Abstrahl- und Empfangscharakteristik der Antenne beeinflussen.
  • Das Gehäuse 10 ist mit der Antenne 50 vernietet, wobei die zur Befestigung verwendeten Niete gleichzeitig dazu dienen, eine Befestigungsklammer 97 an der Antenne anzubringen. Die Befestigungsklammer 97 umgreift das Spannband 92, so daß die Antenne stabilisiert ist. Alternativ kann die Befestigungsklammer auch weggelassen werden.
  • In den 15a und 15b ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das sich von dem in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel im wesentlichen durch ein Schutzelement 96 unterscheidet, welches aus Kunststoff besteht und die Antenne sowie das daran angebrachte Gehäuse vollständig umschließt. Auf diese Weise ist der im Inneren des Gehäuses 10 angeordnete RFID-Chip noch besser vor Umwelteinflüssen geschützt. Zusätzlich ist eine Befestigungsklammer 97 vorgesehen, die vom Spannband 92 gehalten wird und das Schutzelement 96 umgreift. Auf diese Weise ist ein besonders gut geschützter RFID-Transponder geschaffen, der sowohl mechanisch als auch chemisch und thermisch extrem hoch belastbar ist.
  • In den 16a bis 16c ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das auf dem Ausführungsbeispiel der 15 beruht, sich aber hinsichtlich der Umspritzung der Antenne und des Gehäuses unterscheidet. Das Gehäuse ist hier ebenfalls mit einem Schutzelement 96 umspritzt, das aus Gummi oder Hotmelt besteht. Das Schutzelement ist auf seiner Innenseite mit mehreren Schlitzen bzw. Aussparungen 99 (siehe 16a) versehen, so daß mehrere einzelne Segmente gebildet sind. Auf diese Weise ist eine Flexibilität geschaffen, mit der das Gehäuse mit Schutzelement an Gegenständen mit unterschiedlichen Krümmungen angebracht werden kann. Das Schutzelement ist dabei so dick ausgeführt, daß auf die Befestigungsklammer verzichtet werden kann; das Schutzelement 96 liegt an der Außenfläche des Gegenstandes an, der mit dem RFID-Transponder versehen werden soll, während gleichzeitig ein definierte Abstand zwischen Gegenstand und Antenne aufrechterhalten wird.
  • Über das Schutzelement wird anschließend ein Schrumpfschlauch 100 (siehe 16b) gezogen, der erwärmt wird, so daß er sich eng an das Gehäuse und das Spannband 92 anlegt. Der Schrumpfschlauch kann bei einer Wartung mit geringem Aufwand ersetzt werden, so daß sämtliche Partikel, die sich in der Zwischenzeit an der Oberfläche des Schrumpfschlauchs abgesetzt haben und evtl. zu einer Funktionsstörung führen könnten (z.B. metallischer Abrieb, Bremsstaub, Metallspäne, etc.), dabei entfernt werden.
  • Zur Befestigung des RFID-Transponders kann ein Spannschloß 102 verwendet werden, das in Öffnungen 104 des Spannbandes 92 eingehängt werden kann. Auf diese Weise ist mit geringem Aufwand eine Anpassung an unterschiedliche Durchmesser des Gegenstandes möglich.
  • Gemäß einer nicht dargestellten Weiterbildung könnte auch die Antenne 50 zusammen mit dem daran angebrachten Gehäuse 10 unmittelbar in einen zu identifizierenden Gegenstand eingesetzt sein, beispielsweise in den Außenring von Bierfässern dort, wo sich auch die Handgriffe befinden. Der RFID-Chip ist aufgrund des Gehäuses gut genug geschützt, um zum einen die rauhen Umgebungsbedingungen zu überstehen, denen Bierfässer insbesondere beim Transport ausgesetzt sind, und zum anderen auch die Umweltbedingungen zu überstehen, die beim industriellen Reinigen und Desinfizieren von Bierfässern herrschen. Aufgrund der Antenne und der damit erhöhten Reichweite können die Bierfässer auch dann aus einer Entfernung von mehr als 1,5 m identifiziert werden, wenn sie übereinander gestapelt sind.

Claims (21)

  1. RFID-Transponder mit einem Gehäuse (10), einer Koppelschleife (12), die elektrisch mit einem im Gehäuse (10) angeordneten RFID-Chip verbunden ist, und einer Antenne (50), die eine Schlitz (52) aufweist und an der Außenseite des Gehäuses (10) angeordnet ist.
  2. RFID-Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (50) aus einem flächigen Metallstück besteht.
  3. RFID-Transponder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (50) aus Metallblech besteht.
  4. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (52) der Antenne (50) eine Länge von λ/2 oder λ/4 hat.
  5. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (52) gekrümmt oder gegabelt ausgeführt ist.
  6. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) den Schlitz (52) übergreift.
  7. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzelement (96) vorgesehen ist, das den Schlitz (52) vor Verschmutzung schützt.
  8. RFID-Transponder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (96) durch eine Abdeckung gebildet ist, die auf einer Außenseite der Antenne angeordnet ist.
  9. RFID-Transponder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (96) im Schlitz angeordnet ist.
  10. RFID-Transponder nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (96) aus einem Dielektrikum besteht und als Formteil oder Vergußteil ausgeführt ist.
  11. RFID-Transponder nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (96) zur mechanischen Befestigung des Transponders dient.
  12. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) aus einem mechanisch, chemisch, thermisch und witterungstechnisch beständigen Material besteht, beispielsweise Vectra LCP 840i LDS.
  13. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der RFID-Chip im Gehäuse (10) vergossen ist.
  14. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) mittels eines Deckels verschlossen ist, der durch eine Reibschweißnaht mit dem Gehäuse verbunden ist.
  15. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) mit der Antenne (50) durch eine Schraube (20) verbunden ist.
  16. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) mit der Antenne (50) durch einen Paßstift oder Kerbstift (24) verbunden ist.
  17. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) mit der Antenne (50) durch ein Niet (22) verbunden ist.
  18. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) mit der Antenne (50) durch einen Spreizdorn (26) verbunden ist.
  19. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) mit der Antenne (50) durch eine Rastverbindung (30) verbunden ist.
  20. RFID-Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (50) mit Befestigungsmitteln (72; 76; 90) versehen ist, mittels denen der Transponder an einem Gegenstand befestigt werden kann.
  21. RFID-Transponder nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel als abgebogener Befestigungsabschnitt (90) ausgeführt sind.
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