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Die Erfindung geht von einem Objektidentifizierungssystem nach der Gattung des Anspruchs 1 aus.
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Stand der Technik
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Objektidentifikationssysteme werden in der Technik in großem Umfang eingesetzt. So ist beispielsweise aus der
DE 198 48 938 A1 ein Objektidentifikationssystem bekannt geworden, das zur Steuerung und Überwachung des Fertigungsablaufs von Objekten über mehrere Fertigungsstationen, insbesondere bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen dient. Bei diesem Objektidentifikationssystem werden die Objekte mit einfachen feldgespeisten passiven Transponderanordnungen ausgerüstet. Zur Erhöhung der Reichweite zu ortsfest angeordneten Abfrageeinrichtungen ist eine beispielsweise gleichfalls passive Vermittlungseinrichtung auf Objektträgern vorgesehen, die einerseits an die Abfragefelder von Abfrageeinrichtungen und andererseits mit der Transponderanordnung induktiv gekoppelt ist. Die Vermittlungseinrichtung und die Transponderanordnung bilden eine schwingungsfähige Gruppe mit einer auf die Betriebsfrequenz der Abtasteinrichtung abgestimmten Resonanzfrequenz. Auf diese Weise wird ein Beschreiben des Datenspeichers im Transponder leicht möglich.
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Aus der
DE 195 07 721 C2 ist darüber hinaus ein Objektidentifikationssystem bekannt geworden, bei dem zur Erhöhung der Kommunikationsdistanz zwischen einem passiven feldgespeisten Transponder und einer Abfrageeinrichtung an dem Objekt eine Hilfsantennenanordnung vorgesehen ist mit einer großflächigen Feldspule zur Ankopplung an das Feld der Abfrageeinrichtung und mit einer Koppelspule zur losen induktiven Kopplung an den Transponder.
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Bei den vorgenannten Objektidentifizierungssystemen ist eine ungehinderte Kommunikation zwischen dem Transponder und der Abfrageeinrichtung möglich. Es kann jedoch nun vorkommen, dass der Transponder fest mit dem Objekt verbunden ist und das Objekt selbst in einem beispielsweise Metallgehäuse angeordnet ist, das eine ungehinderte Kommunikation mit der Abfrageeinrichtung verhindert. In diesem Falle müsste der Transponder von dem Objekt getrennt und beispielsweise an der Außenseite des Metallgehäuses angeordnet werden. Dies ist jedoch in vielen Fällen nicht möglich, insbesondere wenn das in dem Metallgehäuse angeordnete Objekt zusammen mit dem Metallgehäuse beispielsweise als Teil einer Maschine montiert wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Objektidentifizierungssystem der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, dass eine Datenkommunikation zwischen der Abfrageeinrichtung und dem Transponder auch zur Anordnung eines Objektes hinter einer Metallwand, beispielsweise bei Anordnung des Objektes in einem metallischen Gehäuse möglich ist.
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Objektidentifizierungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch Vorsehen einer Öffnung in der Metallwand und einer in dieser Öffnung angeordneten Sendespule, die der Abfrageeinrichtung gegenüberliegt, und einer Pick-up-Spule, die der Transpondereinrichtung gegenüberliegt, ist eine Datenkoppelung gewissermaßen durch die Metallwand zwischen Abfrageeinrichtung und Transpondereinrichtung möglich.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Objektidentifizierungssystems möglich.
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So ist beispielsweise vorgesehen, dass der Durchmesser der Pick-up-Spule bzw. der Sendespule der Datenkoppeleinrichtung im Wesentlichen der Größe des Transponders entsprechen. Dies bedeutet, dass die Öffnung sehr klein gestaltet sein kann, wodurch die Metallwand nur wenig beeinflusst, insbesondere wenig geschwächt wird.
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Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Pick-up-Spule und die Sendespule in eine die Öffnung verschließende Masse eingebettet und von dieser Masse in ihrer Position fixiert werden. Die Masse dient damit nicht nur der Abdichtung, sondern auch der Positionierung der beiden Spulen der Datenkoppeleinrichtung.
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Die Masse weist vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von mehr als 1010 Ωm auf. Die fixierende Masse kann aus Gussmaterial oder aus einem Spritzgussmaterial gebildet sein. Die Masse kann ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethan, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyoxymethylen, einem Polyolefin, einem Fluorpolymer, einem Polyamid, sowie Copolymeren und Gemischen davon.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Objektidentifizierungssystems umfasst: ein erstes becherförmiges Gehäuseteil, in dem die Abfrageeinrichtung angeordnet ist, ein zweites, lösbar mit dem ersten Gehäuseteil verbindbares, becherförmiges Gehäuseteil, in dem das den Transponder aufweisende Objekt angeordnet ist, wobei das zweite Gehäuseteil aus Metall besteht und in der Gehäusewand die Datenkoppeleinrichtung angeordnet ist. Die beiden Gehäuseteile sind lösbar miteinander verbindbar, das Objekt kann ein Bauteil sein, das in dem zweiten Gehäuseteil angeordnet und auswechselbar ist. Das Bauteil wird zusammen mit dem zweiten becherförmigen Gehäuseteil in dem ersten becherförmigen Gehäuseteil befestigt, wobei die beiden Gehäuseteile lösbar miteinander verbunden sind, sodass das zweite becherförmige Gehäuseteil jederzeit von dem ersten becherförmigen Gehäuseteil demontiert werden kann, um beispielsweise das Bauteil, also das Objekt mit der Transpondereinrichtung auszutauschen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Öffnungen in der Gehäusewand ist es auf diese Weise möglich, zwei Gehäuseteile aneinander zu befestigen und gleichzeitig ein Objekt mit einer Transpondereinrichtung zur Kennzeichnung des Objekts, beispielsweise eines auswechselbaren Bauteils, zu verwenden.
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In diesem Falle ist die Abfrageeinrichtung im Inneren des ersten becherförmigen Gehäuseteils angeordnet, welches beispielsweise ebenfalls aus Metall bestehen kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematisch eine Draufsicht auf ein Objektidentifizierungssystem und
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2 die Spulenanordnung des Datenkopplers eines erfindungsgemäßen Objektidentifizierungssystems.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Aufgrund von baulichen Gegebenheiten können die Transpondereinrichtung und die Antenne einer Abfrageeinrichtung oder eines Lesegerätes durch einen für die Magnetfelder nicht durchdringbaren Konstruktionskörper, beispielsweise ein Metallgehäuse oder durch ein Maschinenelement oder dergleichen getrennt sein. Wenn dabei die Anordnung einer genügend großen Öffnung oder eine feste Anordnung eines Antennenelements in beispielsweise dem Metallgehäuse nicht möglich ist, können Transpondereinrichtungen und Abfrageeinrichtungen zur Objektidentifizierung nicht ohne Weiteres eingesetzt werden.
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In 1 ist schematisch in Schnittdarstellung ein becherförmiges erstes Gehäuseteil 300 gezeigt, in dem ein ebenfalls becherförmiges zweites Gehäuseteil 201 konzentrisch angeordnet ist. In dem becherförmigen zweiten Gehäuseteil 201 ist ein zu detektierendes Objekt 100 positioniert, das mit einer Transpondereinrichtung 120 bestückt ist. Das Objekt 100 kann beispielsweise eines von mehreren kompatiblen auswechselbaren Bauteilen sein, das bei einem Austausch auf einfache Weise erkannt werden soll. In dem becherförmigen ersten Gehäuseteil 300 ist eine Abfrageeinrichtung in Form beispielsweise einer Sende-/Lesespule 325 eines Lesegeräts angeordnet. Die in 1 gezeigte Anordnung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass das innere zweite Gehäuseteil 201 lösbar mit dem ersten Gehäuseteil 300 verbunden ist, also bei Bedarf zusammen mit dem Objekt 100 ausgewechselt werden kann. Das innere zweite Gehäuseteil 201 besteht, wie beispielsweise auch das erste äußere Gehäuseteil 300, aus Metall. Die Metallwandung macht ein Schreiben/Lesen der in dem Transponder 120 gespeicherten Signals unmöglich. Dies wäre nur möglich, wenn die Transpondereinrichtung 120 – wie erwähnt – beispielsweise außerhalb des zweiten Gehäuseteils 201 positioniert und angeordnet werden könnte, was jedoch in vielen Fällen und in der dargestellten Anordnung nicht realisierbar ist. Eine Übertragung von Signalen wäre also nur möglich, wenn der Transponder entweder auf der Metalloberfläche des zweiten Gehäuseteils 201 angeordnet wäre, oder wenn er bündig in die Metalloberfläche der Metallwandung des zweiten Gehäuseteils 201 eingebettet wäre. Eine weitere Möglichkeit bestünde darin, die Öffnung in der Metallwand des zweiten Gehäuseteils 201 groß gegenüber dem Spulendurchmesser von Lesegerät und Transponder auszubilden, was jedoch in vielen Fällen – nicht zuletzt auch aus Stabilitätsgründen – nicht möglich ist.
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Um dennoch eine Übertragung der Signale zu ermöglichen, sieht das in 2 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Objektidentifizierungssystem vor, in die Metallwand des zweiten inneren Gehäuseteils 201 eine kleine Öffnung 205 einzubringen und in dieser Öffnung 205 ein Spulenpaar, nämlich eine Pick-up-Spule 410 sowie eine Sendespule 420 einer Datenkoppeleinrichtung 400 anzuordnen. Dabei liegt die Pick-up-Spule 410 einer Sende-/Lesespule 325 der Abfrageeinrichtung gegenüber, während die Sendespule 420 dem Transponder 120 gegenüberliegt. Die Pick-up-Spule 410 und die Sendespule 420 sind beispielsweise in ein Medium eingebettet, welches die Öffnung 205 dicht verschließt und gleichzeitig die Spulen in ihrer Position fixiert. Dieses Medium kann ein Vergussmaterial oder ein Spritzgussmaterial sein. Das Medium, beispielsweise eine Masse, wird ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethan, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyoxymethylen, einem Polyolefin, einem Fluorpolymer, einem Polyamid, sowie Copolymeren und Gemischen davon. Der spezifische Widerstand des Mediums ist größer als 1010 Ωm. Die Pick-up-Spule 410 und die Sendespule 420 sind galvanisch miteinander verbunden. Die Öffnung 205 muss dabei nur so groß gestaltet sein, dass der Durchmesser der Sendespule 420 wie auch der Durchmesser der Pick-up-Spule 410, die sich vorzugsweise etwa entsprechen, im Wesentlichen mit dem Durchmesser des Transponders 120 übereinstimmen, sie können also kleiner ausgebildet sein als die Sende-/Lesespule 325 des Lesegeräts oder der Abfrageeinrichtung. Die aus Pick-up-Spule 410 und Sendespule 420 gebildete Anordnung bildet die Datenkoppeleinrichtung 400, die bei richtiger Positionierung eine Übertragung der Energie und der Daten zwischen dem äußeren Gehäuseteil 300 und dem Objekt 100 durch das innere Gehäuseteil 200 hindurch ermöglicht.
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Die Kopplung der Spulen der Datenkoppeleinrichtung 400 hin zum Transponder 120 bzw. zur Sende-/Lesespule 325 ist induktiv. Damit können die einzelnen Montagekörper unabhängig voneinander mit den Komponenten des RFID-Systems, also der Sende-/Lesespule 325 in dem Gehäuseteil 300, der Datenkoppeleinrichtung 400 in dem Gehäuseteil 200 und der Transponder 120 auf dem Objekt 100 bestückt werden, um dann in einem nachfolgenden Montagevorgang assembliert werden zu können. Dieses Aufbau- und Montagekonzept ermöglicht es auch, dass die einzelnen Maschinenteile zu Service- oder Reparaturzwecken mit bereits integrierten RFID-Komponenten vorbereitet und dann vor Ort mit kleinem Zeitaufwand ausgetauscht werden können.
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Die Datenkoppeleinrichtung 400, die auch als Mikro-Datenkoppler bezeichnet werden kann, ist so aufgebaut, dass sich auf der der Sende-/Lesespule 325 zugewandten Seite die als flache Spule ausgebildete Pick-up-Spule 410 befindet, wobei deren Durchmesser so gewählt ist, dass sie bündig in die Oberfläche der Wand des zweiten Gehäuseteils 200 eingebracht werden kann. Aufgrund der oberflächennahen Montage kann diese Spule 410 von dem hochfrequenten Magnetfeld, das von der Sende-/Lesespule 325 des Lesegeräts oder der Abfrageeinrichtung ausgeht, durchflutet werden. Auf diese Pick-up-Spule 410 werden somit neben der Trägerfrequenz auch die Modulationen der Feldamplitude übertragen. Die an der Sende-/Lesespule 325 anliegende Sendespannung Usend(t) setzt sich wie folgt zusammen: Usend(t) = U0sinωt + Umod(t).
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Die in der Pick-up-Spute 410 aufgenommene Spannung berechnet sich nach: UPickup(t) = U2sin(ωt + φ) + U2,mod(t).
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Auf der dem Transponder 120 zugewandten Seite der metallischen Wand 200 des inneren Gehäuseteils 201 liegt die ebenfalls als flache Spule ausgebildete Sendespule 420, die ebenfalls bündig in die Öffnung der Wand eingebracht wird. Aufgrund der galvanischen Kopplung 411, 412 der beiden Spulen 410, 420 werden die in der Pick-up-Spule 410 induzierten hochfreqenten Spannungen und Ströme auf die zweite Spule, die Sendespule 420, übertragen. Diese Sendespule 420 überträgt die von der Sende-/Lesespule 325 des Lesegeräts ausgesandten zeitlich modulierten Magnetfelder auf die andere, dem Objekt 100 zugewandte Seite der Metallplatte. Außerdem wird natürlich auch die Antwort des Transponders über diese Datenkoppeleinrichtung 400 an die Sende-/Lesespule 325 übertragen. Die in der Sendespule 420 abgreifbare Wechselspannung setzt sich wie folgt zusammen: Usend_Datenkoppler(t) = U3sin(ωt + φ) + U3,mod(t).
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Aufgrund der induktiven Kopplung zwischen der Pick-up-Spule 410 des Datenkopplers 400 und der Sende-/Lesespule 325 des Lesegeräts bzw. dem Transponder 120 und der Sendespule 420 der Datenkoppeleinrichtung 400, kann auf einen resonanten Abgleich der Datenkoppeleinrichtung 400 verzichtet werden, da die resonanten Eigenschaften des Transponders 120 auf die Datenkoppeleinrichtung 400 übertragen werden.
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Das vorbeschriebene Objektidentifizierungssystem kann in den unterschiedlichsten Vorrichtungen und Einrichtungen eingesetzt werden. So kann beispielsweise mit Hilfe der vorbeschriebenen Datenkoppeleinrichtung 400 die Sende-/Lesespule 325 in einer Raumklasse ohne Schutzanforderungen installiert werden und der sich in einem klassifizierten Raum befindliche Transponder trotzdem ausgelesen werden. In diesem Falle muss die Elektronik des Lesekopfs dann nicht eigensicher ausgelegt werden. Eine solche Anwendung kann beispielsweise in explosionsgefährdeter Umgebung eingesetzt werden.
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Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht beispielsweise in Vorrichtungen und Einrichtungen der Lebensmittelindustrie oder in Umgebungen mit hochkorrosiver Atmosphäre. Auch hier können in einer „normalen” Umgebung Standardleseköpfe verwendet werden, während die Anpassung an die erhöhten Anforderungen allein einem passiven Bauteil zugeordnet wird. Das Objektidentifizierungssystem kann neben dem Einsatz in der Lebensmittelherstellung beispielsweise auch in Galvanikbädern, in Autoklaven oder Sterilisationsanlagen zur Anwendung kommen.
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Ein Beispiel einer Anwendung kann beispielsweise ein Gehäuseteil 300 sein, das als becherförmiges Metallteil ausgebildet ist und in dem lösbar das zweite, ebenfalls becherförmige Metallgehäuse befestigt ist, Das zweite becherförmige Metallgehäuse 200 enthält das Objekt 100, beispielsweise ein Bauteil oder eine Messeinrichtung oder dergleichen. Das Bauteil oder die Messeinrichtung muss beispielsweise gegen ein anderes Bauteil oder eine andere Messeinrichtung ausgetauscht werden. Zu diesem Zweck weisen diese austauschbaren Objekte eine Kennzeichnung durch eine Transpondereinrichtung auf. Mit Hilfe des vorbeschriebenen Objektidentifizierungssystems ist es möglich, die in der Transpondereinrichtung gespeicherten Daten auf die Abfrageeinrichtung oder Leseeinrichtung zu übertragen, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass das innere becherförmige Gehäuseteil 201 auf einfache Weise demontiert und nach Austausch des Objektes wieder in dem ersten becherförmigen Gehäuseteil 300 montiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19848938 A1 [0002]
- DE 19507721 C2 [0003]
