EP4217577A1 - Isolierverglasungseinheit und verglasung - Google Patents

Isolierverglasungseinheit und verglasung

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Publication number
EP4217577A1
EP4217577A1 EP21773528.1A EP21773528A EP4217577A1 EP 4217577 A1 EP4217577 A1 EP 4217577A1 EP 21773528 A EP21773528 A EP 21773528A EP 4217577 A1 EP4217577 A1 EP 4217577A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rfid
spacer
mhz
rfid transponder
glazing unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21773528.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas HOLTSTIEGE
Alicia DRÖGE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP4217577A1 publication Critical patent/EP4217577A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B3/00—Window sashes, door leaves, or like elements for closing wall or like openings; Layout of fixed or moving closures, e.g. windows in wall or like openings; Features of rigidly-mounted outer frames relating to the mounting of wing frames
    • E06B3/66—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together

Definitions

  • the invention relates to an insulating glazing unit which has at least two glass panes and a spacer and sealing profile running between them near their edges, with at least one RFID transponder being attached to the insulating glazing unit as an identification element.
  • the invention also relates to glazing with a metal frame and an insulating glazing unit inserted into the frame, with the frame encompassing the edges of the insulating glazing unit and at the same time covering the RFID transponder or transponders.
  • the glazing is intended in particular to form facade glazing, a window, a door or an interior partition with a corresponding structure.
  • IGU insulating glazing units
  • Such insulating glazing units represent mass-produced, dispatched and also independently traded products which should be clearly identifiable on their way to an end product and possibly also during its maintenance and repair.
  • the identifying mark should be invisible from both the inside and outside of the finished window, door or curtain wall.
  • the marking should be "readable” from a distance of at least 30 cm.
  • the marking should be as forgery-proof as possible, i.e. it should not be easily overwritten or copied.
  • RFID transponders are known, for example, from US 2005/282495 A1, WO 2007/068974 A2, AU 2008 101 062 A4 or WO 2016/198914 A1.
  • Such insulating glazing units are disclosed, for example, in WO 00/36261 A1, WO 2007/137719 A1, WO 2020/156870 A1 or WO 2020/156871 A1.
  • EP 2 230 626 A1 discloses RFID transponders for identifying solid and composite solid material panels.
  • Such an RFID transponder can be protected with a password so that it cannot be overwritten or its radio capability destroyed without considerable effort.
  • Known insulating glazing units provided with RFID transponders cannot therefore be used without further ado in metal frame constructions. This reduces the potential area of application of the glazing units marked in this way and thus the acceptance of the corresponding marking solutions by manufacturers and users.
  • the invention is therefore based on the object of providing an improved insulating glazing unit for glazing with frame constructions which consist at least to a considerable extent of metal and which also ensures that the above requirements are met in such installation situations.
  • this object is achieved by an insulating glazing unit having the features of claim 1 .
  • it is solved by glazing with an insulating glazing unit according to the invention.
  • the invention comprises an insulating glazing unit with an RFID transponder for operation with an RFID reading device with an operating frequency fREAD, comprising: at least one spacer that runs all the way around to a
  • spacer frame is shaped and defines an inner area, a first glass pane, which is arranged on a first pane contact surface of the spacer frame, and a second glass pane, which is arranged on a second pane contact surface of the spacer frame, and the glass panes project beyond the spacer frame and an outer area is formed, which is at least partially, preferably completely, filled with a sealing element, wherein at least one RFID transponder, which is arranged at least partially, preferably completely, within the sealing element, the sealing element has a relative permittivity e r of greater than or equal to 2, the spacer at least is electrically conductive in sections, and the RFID transponder has an operating frequency fTRANs of fREAD + 30 Mhz to fREAD + 100 MHz.
  • At least one, preferably precisely one, RFID transponder according to the invention is advantageously arranged in the outside area (between the glass panes and around the spacer frame).
  • outer surface of the glass pane designates in the context of the present
  • the respective surface facing away from the spacer frame Glass pane and the term inner surface of the glass pane means the surface of the glass pane facing the spacer frame.
  • the RFID transponder has an operating frequency fTRANs of fREAD+40 MHz to fREAD+80 MHz.
  • a further aspect of the invention comprises glazing, in particular facade glazing, a window, a door or an interior partition, comprising: a frame made of a metallic first frame element, a metallic second frame element and a polymeric third frame element, at least in sections and preferably completely peripherally, connecting it Frame element and an insulating glazing unit according to the invention arranged in the frame.
  • the frame encompasses the end face of the insulating glazing unit, preferably in a U-shape, and at the same time covers the RFID transponder or transponders in the viewing direction through the glass panes.
  • the legs of the first and second frame elements are usually designed in such a way that they at least completely cover the outer area and the spacer frame in the direction of vision through the insulating glazing unit.
  • Advantageous spacers consist of a hollow profile filled with a desiccant, which consists of metal or is coated at least in sections with at least one metal foil or at least one metallized foil, and on the outer surface of the spacer (hereinafter referred to as the outer surface of the spacer) a (also circumferential) sealing element is applied.
  • the spacer contains or consists of a metal, preferably aluminum.
  • the spacer contains a dielectric base body, preferably a polymer base body.
  • a metallic or metallized insulating film is preferably arranged on the base body.
  • the insulation film typically seals the interior from the exterior and has only a low heat conduction across the insulating glazing unit (i.e. from the first glass pane to the second and vice versa).
  • the insulation film is arranged on the outer surface of the spacer and thus in contact with the sealing element.
  • the insulating film contains a metalized polymer film or a self-supporting metal film, preferably made of or consists of aluminum, an aluminum alloy, copper, gold, silver or stainless steel.
  • the metallization of the polymer film has a thickness of 10 nm to 200 ⁇ m, preferably 30 nm to 100 ⁇ m, and the metal foil has a thickness of 0.02 mm to 0.5 mm and in particular from 0.09 mm to 0. 3mm up.
  • the sealing element has a relative permittivity e r of from 2 to 10, preferably from 2.5 to 10 and particularly preferably from 3 to 6.
  • the sealing element contains or consists of polymers or silane-modified polymers, particularly preferably organic polysulfides, silicones, room-temperature-vulcanizing (RTV) silicone rubber, peroxide-vulcanized silicone rubber and/or addition-vulcanized silicone rubber, polyurethanes, polyisobutylene and/or butyl rubber .
  • polymers or silane-modified polymers particularly preferably organic polysulfides, silicones, room-temperature-vulcanizing (RTV) silicone rubber, peroxide-vulcanized silicone rubber and/or addition-vulcanized silicone rubber, polyurethanes, polyisobutylene and/or butyl rubber .
  • the strength of the frequency shift according to the invention depends on a large number of parameters such as the transponder geometry, the presence of metal elements in the immediate vicinity, the permittivity of the surrounding material and its material thickness.
  • RFID transponders that are arranged at least in sections or completely within a sealing element made of silicone or organic polysulfides are particularly advantageous are.
  • the sealing element made of silicone or of organic polysulfides preferably has a relative permittivity e r of 3 to 6. Frequency shifts occurring in these arrangements can be compensated particularly well. In particular, this enables the use of commercially available US American RFID transponders with an operating frequency fTRANs of 902 MHz to 928 MHz, whose peak frequency fpEAK shifts to around 867 MHz. This makes it easy to read the RFID transponder with an RFID reader that conforms to the European standard (operating frequency fREAD of 867 MHz) and with a reading distance of more than 2 m.
  • the inventors have in particular carried out investigations into insulating glazing units embedded in metallic frames, in which the frame consists of two metallic and therefore electrically conductive frame elements which are connected via a polymeric and electrically insulating frame element.
  • Such frames made of two metallic frame elements, which are connected by a polymer frame element are particularly advantageous since the polymer frame element significantly reduces heat transfer from the first frame element to the second frame element and thus, for example, from an exterior side to an interior side.
  • Elastomer profiles are arranged between the outer sides of the glass panes and the inner sides of the adjacent metal frame elements, which seal the glazing and fix the glass panes.
  • a further aspect of the invention relates to a system comprising an insulating glazing unit according to the invention or glazing according to the invention and an RFID readout device with an operating frequency fREAD .
  • the operating frequency fREAD of the RFID reading device is between 865 MHz and 869 MHz. This corresponds to the usual and officially approved frequency range in the European Union.
  • the operating frequency fTRANs of the RFID transponder is from 900 MHz to 1000 MHz, particularly preferably from 902 MHz to 928 MHz.
  • the RFID transponder according to the invention is designed as a dipole antenna.
  • Such designs can be arranged particularly well in the elongated and strip-shaped outer area along the spacer and between the glass panes, on the end faces of the glass panes or on the outer surfaces of the glass panes within the frame.
  • the operating frequency fTRANs can be changed and adjusted by a comparatively simple change in the length of the dipole antenna, and in particular by simply shortening it. In particular, the operating frequency fTRANs can be shifted to higher frequencies in a range by shortening the length.
  • the dipole antenna contains or consists of at least a first antenna pole and a second antenna pole.
  • the antenna poles are preferably arranged one behind the other in a line and are therefore parallel to one another.
  • RFID electronics or a connection to RFID electronics is arranged in the middle between the antenna poles.
  • the RFID transponder according to the invention can also have other suitable antennas such as slot antennas, ring antennas, etc.
  • the radio wavelengths used in such RFID transponder systems are usually in the UHF range at 865-869 MHz (including European frequencies) or 902-928 MHz (US American and other frequency bands) or the SHF at 2.45 GHz and 5.8GHz.
  • the approved frequencies for UHF RFID transponders differ regionally for Asia, Europe and America and are coordinated by the ITU. Radio signals with these frequencies penetrate both wood and conventional plastics, but not metals.
  • the RFID antenna is arranged directly on an electrically conductive body, such as on a metal spacer or on a metal foil or on a metalized foil on the spacer, this can lead to a high-frequency technical short circuit of the RFID antenna and thus to an undesirable impairment of the RFID transponder.
  • the RFID transponder is an RFID transponder of the so-called "on-metal" type, ie its structure means that it is suitable for being placed directly on or in the vicinity of electrically conductive bodies or surfaces, such as metal surfaces. to be arranged and to communicate with an operating frequency fTRANs with an RFID reader.
  • the RFID transponder advantageously contains or consists of an RFID antenna, particularly preferably a dipole antenna or a slot antenna, RFID electronics and a dielectric carrier element.
  • the dielectric carrier element preferably contains or consists of a polymer material.
  • the thickness of the carrier element is adapted to the material and in particular to the dielectric constant of the carrier element and to the geometry of the dipole.
  • the RFID antenna together with the electronics per se can be arranged on a dielectric and, for example, polymeric carrier layer, which significantly simplifies assembly and prefabrication.
  • an insulating glazing unit can have several RFID transponders, in particular in the edge or outer areas of the different sides (top, bottom, right, left) of the insulating glazing.
  • this is necessary in the case of insulating glazing according to the prior art with only short ranges of the RFID transponders in order to quickly find an RFID signal and quickly identify the insulating glazing unit.
  • the inventive increase in the range of the RFID transponders exactly one or a few RFID transponders per insulating glazing are usually sufficient.
  • the RFID transponder is arranged in the outside area, formed by the glass panes protruding over the spacer frame.
  • the RFID transponder is particularly preferably arranged directly on the outer surface of the spacer or on the inner surface of one of the glass panes.
  • the RFID transponder can be placed in the middle of the outside area, i.e. without direct contact with the outer surface of the spacer and without direct contact with the inner surfaces of the glass panes.
  • the RFID transponder is arranged on or near (ie at a distance of preferably less than 2 mm) the outer surface of the sealing element.
  • the outer surface of the sealing element is the surface of the sealing element that faces directly the environment, ie is not limited by the glass panes or the spacer. Usually the sealing element does not protrude beyond the end faces of the glass panes. It goes without saying that several RFID transponders can also be arranged at different positions mentioned above.
  • a preferably strip-shaped coupling element is electromagnetically coupled to the RFID transponder.
  • the RFID transponder advantageously has a dipole antenna and the coupling element is electromagnetically coupled to an antenna pole of the dipole antenna of the RFID transponder.
  • Electromagnetically coupled means here that the coupling element and the RFID transponder are coupled by an electromagnetic field, i.e. are connected both capacitively and inductively and preferably not galvanically.
  • the coupling element is galvanically or capacitively coupled to one of the metallic frame elements in at least one coupling region and preferably to one of the metallic frame elements in each case in two coupling regions.
  • Such coupling elements in insulating glazing units or glazing are known, for example, from WO 2020/156870 A1.
  • the coupling element according to the invention is then preferably arranged congruently in sections over the RFID transponder.
  • Congruent in sections means that the coupling element covers the dipole antenna in sections in the orthogonal projection onto the RFID transponder.
  • a further aspect of the invention comprises the use of an RFID transponder with operating frequency fTRANs in an insulating glazing unit according to the invention or in glazing according to the invention or in a system according to the invention with an RFID reading device with operating frequency fREAD as an identification element.
  • Another aspect of the invention includes a method for tuning the operating frequency fTRANs of an RFID transponder according to the invention in a glazing according to the invention, comprising the following steps:
  • S1 Production of a glazing according to the invention
  • S2 Measurement of the peak frequency fpEAK, preferably by measuring the turn-on power of the RFID transponder as a function of the frequency f and determining the so-called peak frequency fpEAK with minimum turn-on power
  • S3 Comparison of the peak frequency fpEAK with the operating frequency fREAD of the RFID reader, the process being terminated if the absolute amount
  • step S4 Changing the operating frequency fTRANs, preferably by shortening or lengthening the RFID antenna and/or by changing other frequency-determining parts of the RFID transponder, and continuing the method with step S2.
  • the invention is based on the following finding of the inventors: In order to be able to technically sensibly arrange RFID transponders on or in the immediate vicinity of an electrically highly conductive body (typically a metal body or a metal surface), commonly used RFID transponders of the so-called "on-metal" type. These typically have a dielectric carrier element on which the RFID antenna and RFID electronics are arranged.
  • Such RFID transponders of the "on-metal" type are configured in such a way that, when installed on an electrically conductive surface, they compensate for the presence of the electrically conductive surface and have a specific operating frequency fTRANs.
  • This operating frequency fTRANs is then equal to the peak frequency fpEAK.
  • the peak frequency fpEAK also called resonant frequency indicates the frequency with the highest sensitivity, or in other words, the frequency at which the lowest activation power (lowest turn-on power) has to be emitted by an external RFID reader in order to to communicate with the RFID transponder.
  • the electrically conductive surface is formed by a metal spacer or a metalized insulating film on the outer surface of the spacer.
  • a shift in the peak frequency fpEAK takes place when the RFID transponder is arranged completely or at least in sections within a dielectric sealing element.
  • the peak frequency fpEAK is shifted to lower frequency values compared to the actual operating frequency fTRANs of the RFID transponder.
  • the adaptation of the operating frequency fTRANs of the RFID transponder can advantageously take place using the method according to the invention.
  • the peak frequency fpEAK with which the RFID transponder effectively communicates externally
  • the operating frequency fREAD des RFID reader particularly large maximum reading distances between the RFID transponder and the RFID reader can be achieved.
  • the maximum reading distance is the distance between the RFID transponder and the RFID reader at which the RFID transponder can still be read reliably.
  • FIG. 1A shows a detailed view (cross-sectional representation) of an edge region of an insulating glazing unit according to an embodiment of the invention
  • FIG. 1B shows a top view of an insulating glazing unit according to the embodiment of the invention according to FIG. 1A
  • FIG. 2 shows a detailed view (cross-sectional representation) of an edge region of a glazing with an insulating glazing unit according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 a measurement of the sensitivity (turn-on power) as a function of the frequency of an inventive RFID transponder
  • FIG. 4 shows the measurement of the sensitivity (turn-on power) as a function of the frequency of an RFID transponder mounted in an insulating glazing unit according to the invention
  • FIG. 5 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • the insulating glazing units as well as the glazing and the individual components are each denoted by the same or similar reference numbers, regardless of the fact that the specific designs differ.
  • FIG. 1A shows an edge region of an insulating glazing unit 1 in cross section.
  • the insulating glazing unit 1 comprises two glass panes 4a and 4b. These are held at a predetermined distance by a spacer 5 placed between the glass panes 4a, 4b near the end face 14 of the insulating glazing unit 1.
  • the base body of the spacer 5 consists, for example, of glass fiber reinforced styrene acrylonitrile (SAN).
  • FIG. 1B shows a schematic plan view of the insulating glazing unit 1 in a viewing direction that is identified by the arrow A.
  • FIG. 1B therefore shows the second glass pane 4b on top.
  • a plurality of spacers 5 are guided along the side edges of the glass panes 4a, 4b and form a spacer frame 5'.
  • the pane contact surfaces 5.1, 5.2 of the spacers 5, i.e. the contact surfaces of the spacers 5 to the glass panes 4a, 4b, are each glued to the glass panes 4a or 4b and thereby mechanically fixed and sealed.
  • the adhesive connection consists, for example, of polyisobutylene or butyl rubber.
  • the inner surface 5.4 of the spacer frame 5' delimits an inner area 12 together with the glass panes 4a, 4b.
  • the spacer 5 is usually hollow (not shown) and filled with a desiccant (not shown) which binds any moisture that has penetrated into the interior 12 via small openings on the inside (also not shown).
  • the desiccant contains, for example, molecular sieves such as natural and/or synthetic zeolites.
  • the inner area 12 between the glass panes 4a and 4b is filled, for example, with an inert gas such as argon.
  • the glass panes 4a, 4b generally protrude beyond the spacer frame 5' on all sides, so that the outer surface 5.3 of the spacer 5 and the outer sections of the glass panes 4a, 4b form an outer area 13.
  • a sealing element (sealing profile) 6 is introduced in this outer area 13 of the insulating glazing unit 1 between the glass sheets 4a and 4b and outside the spacer 5 .
  • This is shown here in simplified form in one piece. In practice, it usually comprises two components, one of which seals the contact surface between the spacer 5 and the glass panes 4a, 4b and protects it from the ingress of moisture and external influences from the outside.
  • the second component of the sealing element 6 additionally seals and mechanically stabilizes the insulating glazing unit 1 .
  • the sealing element 6 is formed from a silicone, for example.
  • an insulating film 10 is applied, for example, which reduces the heat transfer through the polymeric spacer 5 into the inner area 12.
  • the insulating film 10 can be attached to the polymeric spacer 5 with a polyurethane hot-melt adhesive, for example.
  • the insulating film 10 contains, for example, three polymer layers made of polyethylene terephthalate with a thickness of 12 ⁇ m and three metallic layers made of aluminum with a thickness of 50 nm. The metallic layers and the polymer layers are each applied alternately, the two outer layers of polymer layers are formed.
  • the layer sequence consists of a polymeric layer, followed by a metallic layer, followed by an adhesive layer, followed by a polymeric layer, followed by a metallic layer, followed by an adhesive layer, followed by a metallic layer, followed by a polymeric layer .
  • the outer surface 5.3 of the spacer 5 becomes electrically conductive in some areas, so that an RFID transponder 9, which is arranged in the immediate vicinity, must be matched to it.
  • RFID transponders of the so-called "on-metal" type are particularly suitable for this.
  • the base body of the spacer 5 consists, for example, of glass fiber reinforced styrene-acrylonitrile (SAN).
  • SAN glass fiber reinforced styrene-acrylonitrile
  • Thermal expansion coefficient can be varied and adjusted.
  • the spacer body has a glass fiber content of 35%, for example. The glass fiber content in the spacer body improves strength and stability at the same time.
  • the first glass pane 4a and the second glass pane 4b consist, for example, of soda-lime glass with a thickness of 3 mm and have dimensions of 1000 mm ⁇ 1200 mm, for example. It goes without saying that each insulating glazing unit 1 shown in this and the following exemplary embodiments can also have three or more panes of glass.
  • the insulating glazing unit 1 according to FIGS. 1A and 1B is provided with an RFID transponder 9, for example, which is arranged inside the seal 6 and here, for example, directly on the outer surface 5.3 of the spacer 5. It goes without saying that the RFID transponder 9 can also be arranged on the glass panes 4a or 4b within the outer area 13, in the middle of the sealing element 6 or on the outer surface, i.e. the surface facing the area surrounding the insulating glazing unit 1.
  • the RFID transponder 9 is, for example, glued onto the spacer 5 or fixed by the seal 6 .
  • the example shown is an RFID transponder 9 in which the dipole antenna 9.1 is arranged on a dielectric carrier element 9.2. This is necessary because the spacer 5, as mentioned above, has a metalized and therefore electrically conductive (heat) insulating film. Without the dielectric support element 9.2, the dipole antenna 9.1 would be arranged directly on the electrically conductive insulating film and would be “short-circuited” as a result. The short circuit can be avoided by using an RFID transponder 9 with a dielectric carrier element 9.2 (so-called “on-metal” RFID transponder). When correctly arranged on the electrically conductive insulating film 10, the RFID transponder 9 has an operating frequency fTRANs, for example in the UHF range, for example 930 MHz.
  • fTRANs for example in the UHF range, for example 930 MHz.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the insulating glazing unit 1 from FIGS. 1A and 1B as it can be arranged within a glazing 2, for example.
  • a glazing 2 for example.
  • a U-shaped frame 3 for example, includes the edges of the insulating glazing unit 1 together with the RFID transponder 9.
  • the frame 3 consists of a first metallic frame element 3.1, which has a polymeric and electrically insulating third frame element 3.3 with a second metallic Frame element 3.2 is connected.
  • the first and second frame elements 3.1, 3.2 are L-shaped. The frame 3 therefore surrounds the end face 14 of the insulating glazing unit 1 in a U-shape.
  • the sections of the first and second frame elements running parallel to the large surfaces of the glass panes 4a, 4b are designed in such a way that they connect at least the outer area 13 with the sealing element 6 and the spacer frame 5' completely covered by the insulating glazing unit 1 in the viewing direction (arrow A).
  • the insulating glazing unit 1 is arranged on supports, not shown here, in particular on plastic supports or support elements electrically insulated by plastics. Furthermore, an elastomer profile 7 is arranged between the metallic frame elements 3.1, 3.2 and the glass panes 4a, 4b, so that the insulating glazing unit 1 is held firmly within the frame 3.
  • the elastomer profile 7 has a thickness of 6.5 mm, for example, and fixes the distance between the respective frame elements 3.1, 3.2 and the glass panes 4a, 4b.
  • the RFID transponder 9 can be read, for example, with an RFID reading device (not shown here) according to the European standard and an operating frequency fREAD of approximately 867 MHz. As was established within the scope of the invention, the peak frequency fpEAK of the operating frequency fTRANs is changed to lower frequency values by the sealing material of the sealing element 6 in which the RFID transponder 9 is embedded.
  • FIG. 3 shows measurements of the sensitivity (turn-on power) as a function of the frequency of the on-metal type RFID transponder 9 according to the invention on a metal surface with and without sealing compound.
  • a first measurement (measurement curve M1), the RFID transponder 9 is arranged on the metal surface via the carrier element 9.2. The rest of the RFID transponder is "in the open air”.
  • the RFID transponder 9 is also arranged on a metal surface via the carrier element 9.2. Then the RFID transponder 9 was completely covered with the sealing material of a sealing element 6, here for example silicone rubber with a relative permittivity e r of approx.
  • the measured turn-on power indicates the minimum power with which the RFID transponder can be controlled by an external RFID reading device at a frequency f and activated for communication.
  • an on-metal RFID transponder 9 is arranged on the outer surface 5.3 of an electrically conductive spacer 5 of an insulating glazing unit 1, it will necessarily embedded in the sealant of the sealing member 6.
  • the sealant is silicone, polyurethane, polysulfide, or the like. All of these materials have a dielectric constant greater than or equal to 2, well above the "free air" value (nearly 1) for which all on-metal RFID tags are designed.
  • the sealing material in the vicinity of the RFID antenna 9.2 leads to a changed frequency characteristic.
  • the sealing material arranged in the immediate vicinity of the RFID transponder leads to a shift in the peak frequency fpEAK with the lowest turn-on power (which corresponds to the highest sensitivity) towards lower frequency values.
  • the strength of the frequency shift depends on a large number of parameters such as the transponder geometry, the permittivity of the surrounding material, the material thickness and, last but not least, the type of transponder chip (i.e. the integrated circuit of the RFID electronics).
  • the shift in the peak frequency fpEAK with the highest sensitivity is approximately ⁇ 85 MHz.
  • the peak frequency fpEAK is shifted down from 950 MHz to 865 MHz and is thus very close to the permitted RFID frequency band in the European Union.
  • the RFID transponder 9 with an original operating frequency fTRANs of 950 MHz could therefore be read well and from a distance of more than 2 m with a European standard RFID reading device.
  • FIG. 4 shows measurements of the sensitivity (turn-on power) as a function of the frequency f of an RFID transponder 9 mounted in an insulating glazing unit 1 according to the invention.
  • the first measurement (measurement curve M3) was carried out without a covering facade frame; the second measurement (measurement curve M4) was carried out in a covering facade frame 3, as is typically used in a glazing 2 according to the invention.
  • the invention is now based on increasing the operating frequency fTRANs of the on-metal type RFID transponder (ie the operating frequency fTRANs of the transponder mounted on a metal surface without additional dielectric material in the environment) to a higher value (e.g. 950 MHz) to be chosen in order to compensate both the frequency shift caused by the dielectric and possibly also the frequency shift in the peak frequency fpEAK caused by the surrounding metal frame.
  • the aim is to bring the peak frequency fpEAK measured in the real installation situation with maximum sensitivity of the transponder close to the permissible working frequency of a commercial RFID reader, for example with an operating frequency fREAD of 867 MHz (according to the European standard).
  • applies here ⁇ 20MHz.
  • the operating frequency fTRANs can be changed by changing the design of the RFID transponder, in the simplest case by a new antenna design. In many practical cases, in the case of RFID transponders with dipole antennas, it is sufficient to simply change, preferably shorten, the length of the antenna dipole.
  • FIG. 5 shows a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for tuning the operating frequency fTRANs of an RFID transponder 9 in a glazing 2, comprising the following method steps:
  • step (S2) Changing the operating frequency fyRANs, preferably by shortening or lengthening the RFID antenna 9.1 and/or by changing other frequency-determining elements of the RFID transponder 9, and continuing the method with step (S2).
  • an RFID transponder 9 with an operating frequency fTRANs of approximately 930 MHz was used.
  • the installation situation in the glazing 2 according to the invention resulted in a peak frequency fpEAK of approximately 870 MHz. This made it possible to read the RFID transponder 9 with the RFID reading device according to the European standard (operating frequency fREAD of 867 MHz) without any problems and with reading distances of more than 2 m.

Landscapes

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  • Securing Of Glass Panes Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Isolierverglasungseinheit (1) mit RFID-Transponder (9) zum Betrieb mit einem RFID-Auslesegerät mit Betriebsfrequenz fREAD, umfassend: - mindestens einen Abstandshalter (5), der umlaufend zu einem Abstandshalterrahmen (5') geformt ist und einen Innenbereich (12) umgrenzt, - eine erste Glasscheibe (4a), die auf einer ersten Scheibenkontaktfläche (5.1) des Abstandshalterrahmens (5'), und eine zweite Glasscheibe (4b), die auf einer zweiten Scheibenkontaktfläche (5.2) des Abstandshalterrahmens (5') angeordnet ist, und - die Glasscheiben (4a, 4b) über den Abstandshalterrahmen (5') hinausragen und ein Außenbereich (13) gebildet ist, der zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, mit einem Versiegelungselement (6) gefüllt ist,wobei - mindestens ein RFID-Transponder (9) zumindest abschnittsweise, bevorzug vollständig, innerhalb des Versiegelungselements (6) angeordnet ist, - das Versiegelungselement (6) eine relative Permittivität εr von größer oder gleich 2 aufweist,- der Abstandhalter (5) zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig ist, - der RFID-Transponder (9) eine Betriebsfrequenz fTRANS von fREAD + 30 Mhz bis fREAD + 100 MHz aufweist.

Description

Isolierverglasungseinheit und Verglasung
Die Erfindung betrifft eine Isolierverglasungseinheit, die mindestens zwei Glasscheiben und ein zwischen diesen nahe deren Kanten umlaufendes Abstandshalter- und Dichtprofil aufweist, wobei an der Isolierverglasungseinheit mindestens ein RFID-Transponder als Identifikationselement angebracht ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verglasung mit einem metallischen Rahmen und einer in den Rahmen eingesetzten Isolierverglasungseinheit, wobei der Rahmen die Kanten der Isolierverglasungseinheit umgreift und zugleich den oder die RFID-Transponder überdeckt. Die Verglasung ist insbesondere zur Bildung einer Fassadenverglasung, eines Fensters, einer Tür oder einer Innenraumabtrennung mit entsprechendem Aufbau vorgesehen.
Moderne Fenster, Türen und Fassadenverglasungen, zumindest für den Einsatz in nördlichen und gemäßigten Breiten, werden üblicherweise unter Einsatz vorgefertigter Isolierverglasungseinheiten (IGU) hergestellt, die den oben erwähnten Aufbau haben, gegebenenfalls aber auch mehr als zwei Glasschreiben im Verbund umfassen können. Derartige Isolierverglasungseinheiten stellen massenhaft hergestellte, versandte und auch eigenständig gehandelte Produkte dar, die auf ihrem Weg bis in ein Endprodukt und gegebenenfalls auch noch bei dessen Wartung und Instandhaltung eindeutig identifizierbar sein sollten.
Es ist bereits bekannt, Isolierverglasungseinheiten mit identifizierenden Kennzeichnungen zu versehen, und in der entsprechenden Praxis haben sich gewisse Anforderungen der Hersteller und Anwender ergeben:
- Die identifizierende Markierung sollte sowohl von der Innen- als auch der Außenseite des fertigen Fensters, der Tür oder der Fassade her unsichtbar sein.
- Die Kennzeichnung sollte aus einem Abstand von mindestens 30 cm "lesbar" sein.
- Die Kennzeichnung sollte weitestgehend fälschungssicher sein, also nicht ohne Weiteres überschrieben oder kopiert werden können.
Die Wirksamkeit herkömmlicher identifizierender Markierungen, wie etwa Barcodes und QR-Codes, basiert auf deren Sichtbarkeit, was für Isolierverglasungseinheiten zumindest eine Einschränkung unter obigem erstem Aspekt bedeutet. Auch die Erfüllung der zweiten Anforderung gestaltet sich damit schwierig. Der Schutz vor dem Kopieren kann nicht gewährleistet werden, da Barcodes und QR-Codes abfotografiert werden können.
Es wurde auch vorgeschlagen, Isolierverglasungseinheiten mit "elektronischen" Kennzeichen, insbesondere über Funk auslesbaren Identifikatoren, sogenannten RFID-Transpondern, zu versehen. RFID-Transponder sind beispielsweise aus der US 2005/282495 A1 , der WO 2007/068974 A2, der AU 2008 101 062 A4 oder der WO 2016/198914 A1 bekannt. Derartige Isolierverglasungseinheiten sind beispielsweise offenbart in der WO 00/36261 A1 , der WO 2007/137719 A1 , der WO 2020/156870 A1 oder der WO 2020/156871 A1. Des Weiteren sind aus der EP 2 230 626 A1 RFID-Transponder zur Kennzeichnung von Massiv- und Verbundvollmaterialplatten bekannt.
Ein solcher RFID Transponder kann mit einem Passwort geschützt werden, so dass er nicht ohne erheblichen Aufwand überschrieben oder seine Funkfähigkeit zerstört werden kann.
Bestimmte Typen von Fenster- und Türrahmen, insbesondere aber Fassadenkonstruktionen, in denen Isolierverglasungseinheiten verbaut werden, bestehen vollständig oder mindestens teilweise aus einem Metall (Aluminium, Stahl...), welches den Durchgang von Funkwellen vom oder zum RFID- Transponder an der Isolierverglasungseinheit unterbricht oder zumindest stark dämpft. Aus diesem Grund hat sich insbesondere die Erfüllung der obigen zweiten Anforderung als schwierig erwiesen. Bekannte mit RFID-Transpondern versehene Isolierverglasungseinheiten sind daher nicht ohne Weiteres bei metallischen Rahmenkonstruktionen einzusetzen. Das verringert den potentiellen Einsatzbereich der so gekennzeichneten Verglasungseinheiten und somit die Akzeptanz der entsprechenden Markierungslösungen bei den Herstellern und Anwendern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Isolierverglasungseinheit für Verglasungen mit Rahmenkonstruktionen bereitzustellen, die zumindest zu einem erheblichen Teil aus einem Metall bestehen, und die auch bei solchen Einbausituationen die Erfüllung der o. g. Anforderungen gewährleistet. Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Isolierverglasungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung wird sie durch eine Verglasung mit einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung umfasst eine Isolierverglasungseinheit mit RFID-Transponder zum Betrieb mit einem RFID-Auslesegerät mit Betriebsfrequenz fREAD, umfassend: mindestens einen Abstandshalter, der umlaufend zu einem
Abstandshalterrahmen geformt ist und einen Innenbereich umgrenzt, eine erste Glasscheibe, die auf einer ersten Scheibenkontaktfläche des Abstandshalterrahmens angeordnet ist, und eine zweite Glasscheibe, die auf einer zweiten Scheibenkontaktfläche des Abstandshalterrahmens angeordnet ist, und die Glasscheiben über den Abstandshalterrahmen hinausragen und ein Außenbereich gebildet ist, der zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, mit einem Versiegelungselement gefüllt ist, wobei mindestens ein RFID-Transponder, der zumindest abschnittsweise, bevorzug vollständig, innerhalb des Versiegelungselements angeordnet ist, das Versiegelungselement eine relative Permittivität er von größer oder gleich 2 aufweist, der Abstandshalter zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig ist, und der RFID-Transponder eine Betriebsfrequenz fTRANs von fREAD + 30 Mhz bis fREAD + 100 MHz aufweist.
Vorteilhafterweise ist mindestens ein, bevorzugt genau ein, erfindungsgemäßer RFID-Transponder im Außenbereich (zwischen den Glasscheiben und um den Abstandshalterrahmen herum) angeordnet.
Der Begriff Außenfläche der Glasscheibe bezeichnet im Rahmen der vorliegenden
Erfindung die jeweilige dem Abstandshalterrahmen abgewandte Oberfläche der Glasscheibe und der Begriff Innenfläche der Glasscheibe bezeichnet die dem Abstandshalterrahmen zugewandte Oberfläche der Glasscheibe.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit weist der RFID-Transponder eine Betriebsfrequenz fTRANs von fREAD + 40 Mhz bis fREAD + 80 MHz auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst eine Verglasung, insbesondere eine Fassadenverglasung, ein Fenster, eine Tür oder eine Innenraumtrennung, umfassend: einen Rahmen aus einem metallischen ersten Rahmenelement, einem metallischen zweiten Rahmenelement und einem die Rahmenelemente zumindest abschnittsweise und bevorzugt vollständig umlaufend, verbindenden polymeren dritten Rahmenelement und einer im Rahmen angeordneten erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit.
Der Rahmen umgreift dabei, bevorzugt U-förmig, die Stirnseite der Isolierverglasungseinheit und überdeckt zugleich den oder die RFID-Transponder in Durchsichtsrichtung durch die Glasscheiben. Üblicherweise sind dabei die Schenkel des ersten und zweiten Rahmenelements derart ausgebildet, dass sie den Außenbereich und den Abstandshalterrahmen in Durchsichtsrichtung durch die Isolierverglasungseinheit zumindest vollständig verdecken.
Vorteilhafte Abstandshalter bestehen aus einem mit einem Trocknungsmittel gefülltem Hohlprofil, das aus Metall besteht oder wenigstens abschnittsweise mit mindestens einer Metallfolie oder mindestens einer metallisierten Folie beschichtet ist, und bei dem auf der scheibenäußeren Oberfläche des Abstandhalters (im Folgenden Außenfläche des Abstandshalters genannt) ein (ebenfalls umlaufendes) Versiegelungselement aufgebracht ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit enthält der Abstandshalter ein Metall, bevorzugt Aluminium, oder besteht daraus. In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung enthält der Abstandshalter einen dielektrischen Grundkörper, bevorzugt einen polymeren Grundkörper. Auf dem Grundkörper ist bevorzugt eine metallene oder metallisierte Isolationsfolie angeordnet. Die Isolationsfolie dichtete typischerweise den Innenbereich vom Außenbereich ab und hat dabei nur eine geringe Wärmeleitung quer zur Isolierverglasungseinheit (also von der ersten Glasscheibe zur zweiten und umgekehrt) Vorteilhafterweise ist die Isolationsfolie auf der Außenfläche des Abstandshalters und damit in Kontakt mit dem Versiegelungselement angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Isolationsfolie eine metallisierte Polymerfolie oder eine freitragende Metallfolie, bevorzugt aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, Gold, Silber oder Edelstahl, oder daraus besteht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Metallisierung der Polymerfolie eine Dicke von 10 nm bis 200 pm, bevorzugt 30 nm bis 100 pm, und die Metallfolie eine Dicke von 0,02 mm bis 0,5 mm und insbesondere von 0,09 mm bis 0,3 mm auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit weist das Versiegelungselement eine relative Permittivität er von 2 bis 10, bevorzugt von 2,5 bis 10 und besonders bevorzugt von 3 bis 6 auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit enthält das Versiegelungselement Polymere oder silanmodifizierte Polymere, besonders bevorzugt organische Polysulfide, Silikone, raumtemperaturvernetzenden (RTV) Silikonkautschuk, peroxidisch vernetzten Silikonkautschuk und/oder additions-vernetzten Silikonkautschuk, Polyurethane, Polyisobutylen und/oder Butylkautschuk oder besteht daraus.
Die Stärke der erfindungsgemäßen Frequenzverschiebung hängt von einer Vielzahl von Parametern wie der Transpondergeometrie, der Anwesenheit von Metallelementen in der näheren Umgebung, der Permittivität des umgebenden Materials und dessen Materialstärke ab. Besonders vorteilhaft sind RFID- Transponder, die zumindest abschnittsweise oder vollständig innerhalb eines Versiegelungselements aus Silikon oder organischen Polysulfiden angeordnet sind. Bevorzugt weist das Versiegelungselement aus Silikon oder aus organischen Polysulfiden eine relative Permittivität er von 3 bis 6 auf. In diesen Anordnungen auftretende Frequenzverschiebungen lassen sich besonders gut kompensieren. Insbesondere ermöglicht dies die Verwendung kommerziell erhältlicher US- amerikanischer RFID-Transponder mit einer Betriebsfrequenz fTRANs von 902 MHz bis 928 MHz, deren Spitzenfrequenz fpEAK sich zu ca. 867 MHz verschiebt. Dadurch wird ein Auslesen des RFID-Transponders mit einem RFID-Auslesegerät nach europäischer Norm (Betriebsfrequenz fREAD von 867 MHz) problemlos und mit Leseabständen von mehr als 2 m möglich.
Was die Anwendungssituation anbelangt, haben die Erfinder insbesondere Untersuchungen an in metallische Rahmen eingebetteten Isolierverglasungseinheiten angestellt, bei denen der Rahmen aus zwei metallenen und damit elektrisch leitenden Rahmenelementen bestehen, die über ein polymeres und elektrisch isolierendes Rahmenelement verbunden sind. Derartige Rahmen aus zwei metallischen Rahmenelementen, die durch ein polymeres Rahmenelement verbunden sind, sind besonders vorteilhaft, da durch das polymere Rahmenelement ein Wärmeübertrag von dem ersten Rahmenelement zum zweiten Rahmenelement und damit beispielsweise von einer Außenraumseite zu einer Innenraumseite deutlich reduziert wird.
Zwischen den Außenseiten der Glasscheiben und den Innenseiten der benachbarten metallischen Rahmenelemente sind dabei Elastomerprofile angeordnet, die die Verglasung abdichten und die Glasscheiben fixieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System, umfassend eine erfindungsgemäße Isolierverglasungseinheit oder eine erfindungsgemäße Verglasung und ein RFID-Auslesegerät mit einer Betriebsfrequenz fREAD .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems beträgt die Betriebsfrequenz fREAD des RFID-Auslesegeräts von 865 MHz bis 869 MHz. Dies entspricht dem in der europäischen Union üblichen und behördlich zugelassenen Frequenzbereich. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems beträgt die Betriebsfrequenz fTRANs des RFID-Transponders von 900 MHz bis 1000 MHz, besonders bevorzugt von 902 MHz bis 928 MHz.
Bei den Untersuchungen wurden überwiegend handelsübliche UHF-RFID- T ransponder eingesetzt, deren Aufbau und Funktionsweise hinlänglich bekannt ist und daher hier nicht weiter beschrieben werden muss.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erfindungsgemäße RFID- Transponder als Dipol-Antenne ausgebildet. Derartige Bauformen lassen sich besonders gut in den länglichen und streifenförmigen Außenbereich entlang des Abstandshalters und zwischen den Glasscheiben, an den Stirnflächen der Glasscheiben oder an den Außenflächen der Glasscheiben innerhalb des Rahmens anordnen. Außerdem lässt sich die Betriebsfrequenz fTRANs durch ein vergleichsweise einfaches Ändern der Länge der Dipolantenne und insbesondere durch einfaches Kürzen, ändern und anpassen. Insbesondere kann die Betriebsfrequenz fTRANs in einem Bereich durch ein Kürzen der Länge zu höheren Frequenzen verschoben werden.
Die Dipol-Antenne enthält zumindest einen ersten Antennenpol und einen zweiten Antennenpol oder besteht daraus. Bevorzugt sind die Antennenpole in einer Linie hintereinander fortlaufend und damit parallel zueinander angeordnet. In der Mitte zwischen den Antennenpolen ist in der Regel eine RFID-Elektronik oder eine Verbindung zu einer RFID-Elektronik angeordnet.
Es versteht sich, dass der erfindungsgemäße RFID-Transponder auch andere geeignete Antennen wie Schlitzantennen, Ringantennen, etc. aufweisen kann.
Die bei solchen RFID-Transpondersystemen genutzten Funkwellenlängen liegen üblicherweise je nach Typ im Bereich der der UHF bei 865-869 MHz (u.a. europäische Frequenzen) bzw. 902-928 MHz (US-amerikanische und andere Frequenzbänder) oder der SHF bei 2,45 GHz und 5,8 GHz. Die freigegebenen Frequenzen für UHF-RFID-Transponder unterscheiden sich regional für Asien, Europa und Amerika und sind von der ITU koordiniert. Funksignale mit diesen Frequenzen durchdringen sowohl Holz als auch herkömmliche Kunststoffe, nicht aber Metalle. Insbesondere bei der unmittelbaren Anordnung der RFID-Antenne an einem elektrisch leitfähigen Körper, wie auf einem metallischen Abstandshalter oder auf einer metallischen Folie oder auf einer metallisierten Folie auf dem Abstandshalter, kann dies zu einem hochfrequenztechnischen Kurzschluss der RFID-Antenne und damit zu einer unerwünschten Beeinträchtigung des RFID-Transponders führen.
Daher ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der RFID-Transponder ein RFID- Transponder vom sogenannten „On-Metal“-Typ, d.h. heißt er ist durch seinen Aufbau dazu geeignet, unmittelbar auf oder in der Nähe von elektrisch leitfähigen Körpern oder Flächen, wie Metalloberflächen, angeordnet zu werden und mit einer Betriebsfrequenz fTRANs mit einem RFID-Auslesegerät zu kommunizieren. Vorteilhafterweise enthält der RFID-Transponder eine RFID-Antenne, besonders bevorzugt eine Dipol-Antenne oder eine Schlitzantenne, eine RFID-Elektronik und ein dielektrisches Trägerelement oder besteht daraus.
Das dielektrische Trägerelement enthält bevorzugt ein Polymermaterial oder besteht daraus. Die Dicke des Trägerelements ist dabei an das Material und insbesondere an die Dielektrizitätskonstante des Trägerelements und an die Geometrie des Dipols angepasst.
Vorteilhafterweise kann die RFID-Antenne samt Elektronik per se auf einer dielektrischen und beispielsweise polymeren Trägerschicht angeordnet sein, was die Montage und Vorfabrikation deutlich vereinfacht.
Die Erkenntnisse der Erfinder gelten grundsätzlich sowohl für passive als auch für aktive RFID-Transponder.
Es versteht sich, dass der Fachmann durch einfache Versuche Ausführungen und Positionen mit vorteilhaften Abstrahl- und Empfangseigenschaften finden kann. Die nachfolgend genannten Ausführungsbeispiele und -aspekte stellen daher primär Empfehlungen für den Fachmann dar, ohne die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung zu beschränken. Vorteilhafterweise kann eine Isolierverglasungseinheit mehrere RFID- Transponder, insbesondere in den Kanten- oder Außenbereichen der verschiedenen Seiten (oben, unten, rechts, links) der Isolierverglasung aufweisen. Dies ist in der Regel bei Isolierverglasungen nach dem Stand der Technik mit nur geringen Reichweiten der RFID-Transponder notwendig, um ein RFID-Signal schnell aufzufinden und die Isolierverglasungseinheit schnell zu identifizieren. Durch die erfindungsgemäße Erhöhung der Reichweite der RFID-Transponder genügen in der Regel genau ein oder wenige RFID-Transponder pro Isolierverglasung.
Für die Positionierung des RFID-Transponders in der Isolierverglasungseinheit oder in der Verglasung gibt es verschiedene Möglichkeiten, aus denen der Fachmann unter Beachtung der speziellen Montagetechnologie der Isolierverglasungseinheit und auch im Hinblick auf die konkrete Fassaden- oder Fensterkonstruktion eine geeignete auswählen kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßem Isolierverglasungseinheit ist der RFID-Transponder im Außenbereich, gebildet durch das Herausragen der Glasscheiben über den Abstandshalterrahmen, angeordnet.
Der RFID-Transponder ist besonders bevorzugt unmittelbar an der Außenfläche des Abstandshalters oder an der Innenfläche einer der Glasscheiben angeordnet.
Alternativ kann der RFID-Transponder inmitten des Außenbereichs angeordnet sein, d.h. ohne unmittelbarem Kontakt zu der Außenfläche des Abstandshalters und ohne unmittelbarem Kontakt zu den Innenflächen der Glasscheiben.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der RFID-Transponder an oder nahe (d.h. mit einem Abstand von bevorzugt kleiner 2 mm) der Außenfläche des Versiegelungselements angeordnet ist. Die Außenfläche des Versiegelungselements ist die Fläche des Versiegelungselements, die unmittelbar der Umgebung zugewandt ist, also nicht durch die Glasscheiben oder den Abstandshalter begrenzt wird. Üblicherweise ragt das Versiegelungselement nicht über die Stirnseiten der Glasscheiben hinaus. Es versteht sich, dass mehrere RFID-Transponder auch an verschiedenen der oben genannten Positionen angeordnet sein können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein bevorzugt streifenförmiges Kopplungselement mit dem RFID-Transponder elektromagnetisch gekoppelt ist. Vorteilhafterweise weist der RFID-Transponder dazu eine Dipol- Antenne auf und das Kopplungselement ist mit einem Antennenpol der Dipol- Antenne des RFID-Transponders elektromagnetisch gekoppelt. Elektromagnetisch gekoppelt bedeutet hier, dass das Kopplungselement und der RFID-Transponder durch ein elektromagnetisches Feld gekoppelt sind, d.h. sowohl kapazitiv als auch induktiv verbunden sind und bevorzugt nicht galvanisch.
In einer erfindungsgemäßen Verglasung ist das Kopplungselement in mindestens einem Kopplungsbereich mit einem der metallischen Rahmenelemente und bevorzugt in zwei Kopplungsbereichen mit jeweils einem der metallischen Rahmenelemente galvanisch oder kapazitiv gekoppelt. Derartige Kopplungselemente in Isolierverglasungseinheiten oder Verglasungen sind beispielsweise aus der WO 2020/156870 A1 bekannt.
Das erfindungsgemäße Kopplungselement ist dann bevorzugt abschnittsweise deckungsgleich über dem RFID-Transponder angeordnet. Dabei bedeutet abschnittsweise deckungsgleich, dass das Kopplungselement in der orthogonalen Projektion auf den RFID-Transponder die Dipol-Antenne abschnittsweise überdeckt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung eines RFID- Transponders mit Betriebsfrequenz fTRANs in einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit oder in einer erfindungsgemäßen Verglasung oder in einem erfindungsgemäßen System mit einem RFID-Auslesegerät mit Betriebsfrequenz fREAD als Identifikationselement.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Abstimmung der Betriebsfrequenz fTRANs eines erfindungsgemäßen RFID-Transponders in einer erfindungsgemäßen Verglasung, umfassend die folgenden Schritte:
S1 : Herstellen einer erfindungsgemäßen Verglasung, S2: Messung der Spitzenfrequenz fpEAK, bevorzugt durch Messung der Turn-on- Power des RFID-Transponders in Abhängigkeit von der Frequenz f und Bestimmung der sogenannten Spitzenfrequenz fpEAK mit minimaler Turn-On-Power, S3: Vergleich der Spitzenfrequenz fpEAK mit der Betriebsfrequenz fREAD des RFID- Auslesegeräts, wobei das Verfahren beendet wird, falls der Absolutbetrag |fREAD-fpEAK| kleiner 20 MHz, bevorzugt kleinerlO MHz, beträgt und sonst Verfahrensschritt S4 ausgeführt wird;
S4: Veränderung der Betriebsfrequenz fTRANs, bevorzugt durch Kürzung oder Verlängerung der RFID-Antenne und/oder durch Änderung anderer frequenzbestimmender Teile des RFID-Transponders, und Fortführung des Verfahrens mit Schritt S2.
Ohne sich an eine bestimmte Theorie binden zu wollen, besteht die Erfindung auf folgender Erkenntnis der Erfinder: Um RFID-Transponder auf oder in der unmittelbaren Umgebung eines elektrisch gut leitenden Körpers (typischerweise ein Metallkörper oder eine metallische Fläche) technisch sinnvoll anordnen zu können, werden üblicherweise RFID-Transponder von sogenanntem „On-Metal“- Typ verwendet. Diese weisen typischerweise ein dielektrisches Trägerelement auf, auf dem RFID-Antenne und RFID-Elektronik angeordnet sind.
Derartige RFID-Transponder vom „On-Metal“-Typ sind derart konfiguriert, dass sie im Einbauzustand auf einer elektrisch leitfähigen Fläche die Anwesenheit der elektrisch leitfähigen Fläche kompensieren und eine bestimmte Betriebsfrequenz fTRANs aufweisen. Diese Betriebsfrequenz fTRANs ist dann gleich der Spitzenfrequenz fpEAK. Die Spitzenfrequenz fpEAK (auch Resonanzfrequenz genannt) gibt die Frequenz mit höchster Empfindlichkeit an, oder mit anderen Worten, die Frequenz, bei der von einen externen RFID-Auslesegerät, die geringste Aktivierungsleistung (geringste Turn-On-Power) ausgesandt werden muss, um mit dem RFID- Transponder zu kommunizieren.
Bislang wurde davon ausgegangen, dass bei „On-Metal“-Typ-RFID-Transpondern, der dominierende Effekt (nämlich die Anwesenheit einer elektrisch leitfähigen Umgebung) ausreichend kompensiert ist und die jeweilige Einbausituation keinen oder einen nur geringen Einfluss auf die Spitzenfrequenz fpEAK mehr hat. Im Verwendungsfall in einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit, wird die elektrisch leitfähige Fläche durch einen metallischen Abstandshalter oder eine metallisierte Isolationsfolie auf der Außenfläche des Abstandshalters gebildet.
Wie Untersuchungen der Erfinder überraschenderweise ergaben, findet aber bei einer vollständigen oder zumindest abschnittsweisen Anordnung des RFID- Transponders innerhalb eines dielektrischen Versiegelungselements eine Verschiebung der Spitzenfrequenz fpEAK statt. Typischerweise findet eine Verschiebung der Spitzenfrequenz fpEAK zu niedrigeren Frequenzwerten im Vergleich zur eigentlichen Betriebsfrequenz fTRANs des RFID-Transponders statt.
Abhilfe schafft hier die Anpassung der Betriebsfrequenz FTRANS des RFID- Transponders beziehungsweise der Betriebsfrequenz fREAD des RFID- Auslesegerät, wobei letztere in der Regel von behördlichen Zulassungen abhängig und damit nicht frei wählbar ist.
Bei Einbau eines erfindungsgemäßen RFID-Transponders in einem typischen, zumindest abschnittsweise metallischen Rahmen einer Verglasung, ergab sich überraschenderweise eine weitere Frequenzverschiebung der Spitzenfrequenz fpEAK, Diese Verschiebung ist allerdings geringer als bei der Einbettung in das Versiegelungselement und in der Regel zu höheren Frequenzwerten hin gerichtet.
Beide Effekte konnten im Rahmen einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit, einer erfindungsgemäßen Verglasung sowie eines erfindungsgemäßen Systems im Rahmen einfacher Experimente ausgeglichen werden. Bevorzugt ist dabei die Anpassung der Betriebsfrequenz TTRANS des RFID- Transponder derart, dass nach umgebungsbedingten Verschiebungen der Spitzenfrequenz fpEAK diese im Bereich der Betriebsfrequenz fREAD eines gewünschten und behördlich zugelassenen RFID-Auslesegeräts liegt.
Die Anpassung der Betriebsfrequenz fTRANs des RFID-Transponders kann dabei in vorteilhafterweise durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgen.
Durch die optimale Abstimmung der Spitzenfrequenz fpEAK, mit welcher der RFID- T ransponder effektiv nach außen kommuniziert, zur Betriebsfrequenz fREAD des RFID-Auslesegeräts können besonders große maximale Leseabstände zwischen RFID-Transponder und RFID-Auslesegerät erzielt werden. Als maximaler Leseabstand wird der Abstand zwischen RFID-Transponder und RFID- Auslesegerät bezeichnet, bei denen ein zuverlässiges Auslesen des RFID- Transponders noch möglich ist. So waren RFID-Transponders in erfindungsgemäßen Verglasungen noch bei Leseabständen von mehr als 2 m problemlos und zuverlässig auslesbar.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und -aspekten der Erfindung anhand der Figuren. Die Zeichnungen sind rein schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Sie schränken die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Figur 1A eine Detailansicht (Querschnittsdarstellung) eines Kantenbereiches einer Isolierverglasungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur 1 B eine Draufsicht auf eine Isolierverglasungseinheit gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Figur 1A,
Figur 2 eine Detailansicht (Querschnittsdarstellung) eines Kantenbereiches einer Verglasung mit Isolierverglasungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur 3 eine Messung der Empfindlichkeit (Turn-On-Power) in Abhängigkeit von der Frequenz eines erfindungsgemäßen RFID-Transponders,
Figur 4 die Messung der Empfindlichkeit (Turn-On-Power) in Abhängigkeit von der Frequenz eines in einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit montierten RFID-Transponders, und
Figur 5 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In den Figuren sowie der nachfolgenden Beschreibung sind die Isolierverglasungseinheiten wie auch die Verglasungen sowie die einzelnen Komponenten jeweils, unabhängig davon, dass sich die konkreten Ausführungen unterscheiden, mit den gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet.
Figur 1A zeigt einen Kantenbereich einer Isolierverglasungseinheit 1 im Querschnitt. Die Isolierverglasungseinheit 1 umfasst bei dieser Ausführung zwei Glasscheiben 4a und 4b. Diese werden durch ein nahe der Stirnfläche 14 der Isolierverglasungseinheit 1 zwischen die Glasscheiben 4a, 4b gesetzten Abstandshalter 5 in einem vorbestimmten Abstand gehalten. Der Grundkörper des Abstandshalters 5 besteht beispielsweise aus glasfaserverstärktem Styrol- Acrylnitril (SAN).
Figur 1 B zeigt eine schematische Draufsicht auf die Isolierverglasungseinheit 1 in einer Blickrichtung, die durch den Pfeil A gekennzeichnet ist. Figur 1 B zeigt daher die zweiten Glasscheibe 4b obenliegend.
Mehrere Abstandshalter 5 (hier beispielsweise vier) sind entlang der Seitenkanten der Glasscheiben 4a, 4b geführt und formen einen Abstandshalterrahmen 5‘. Die Scheibenkontaktflächen 5.1 , 5.2 der Abstandhalter 5, d.h. die Kontaktflächen der Abstandshalter 5 zu den Glasscheiben 4a, 4b, sind jeweils mit den Glasscheiben 4a bzw. 4b verklebt und dadurch mechanisch fixiert und abgedichtet. Die Klebeverbindung besteht beispielsweise aus Polyisobutylen oder Butylkautschuk. Die Innenfläche 5.4 des Abstandshalterrahmen 5‘ umgrenzt zusammen mit den Glasscheiben 4a, 4b einen Innenbereich 12.
Der Abstandshalter 5 ist üblicherweise hohl (nicht gezeigt) und mit einem (nicht gezeigten) Trocknungsmittel befüllt, welches über innenseitige kleine Öffnungen (ebenfalls nicht gezeigt) etwaige in den Innenbereich 12 eingedrungene Feuchtigkeit an sich bindet. Das Trockenmittel enthält beispielsweise Molekularsiebe wie natürliche und/oder synthetische Zeolithe. Der Innenbereich 12 zwischen den Glasscheiben 4a und 4b ist beispielsweise mit einem Edelgas, etwa Argon, gefüllt. Die Glasscheiben 4a, 4b ragen in der Regel allseitig über den Abstandshalterrahmen 5‘ hinaus, so dass die Außenfläche 5.3 des Abstandshalters 5 und die außenliegenden Abschnitte der Glasscheiben 4a, 4b einen Außenbereich 13 bilden. Im diesem Außenbereich 13 der Isolierverglasungseinheit 1 zwischen den Glasschreiben 4a und 4b und außerhalb des Abstandshalters 5 ist ein Versiegelungselement (Dichtprofil) 6 eingebracht. Dieses ist hier vereinfacht einteilig dargestellt. In der Praxis umfasst es üblicherweise zwei Komponenten, von denen eine die Kontaktfläche zwischen Abstandshalter 5 und Glasscheiben 4a, 4b abdichtet und vor eindringender Feuchtigkeit und Fremdeinflüssen von außen schützt. Die zweite Komponente des Versiegelungselements 6 dichtet zusätzlich und stabilisiert die Isolierverglasungseinheit 1 mechanisch. Das Versiegelungselement 6 wird beispielsweise aus einem Silikon gebildet.
Auf der Außenfläche 5.3 des Abstandshalters 5, also auf der dem Außenbereich 13 zugewandten Seite des Abstandshalters 5, ist beispielsweise eine Isolationsfolie 10 aufgebracht, die den Wärmeübergang durch den polymeren Abstandshalter 5 in den Innenbereich 12 vermindert. Die Isolationsfolie 10 kann beispielsweise mit einem Polyurethan-Schmelzklebstoff auf dem polymeren Abstandshalter 5 befestigt werden. Die Isolationsfolie 10 enthält beispielsweise drei polymere Schichten aus Polyethylenterephthalat mit einer Dicke von 12 pm und drei metallische Schichten aus Aluminium mit einer Dicke von 50 nm. Die metallischen Schichten und die polymeren Schichten sind dabei jeweils alternierend angebracht, wobei die beiden äußeren Lagen von polymeren Schichten gebildet werden. Das heißt, die Schichtfolge besteht aus einer polymeren Schicht, gefolgt von einer metallischen Schicht, gefolgt von einer Klebeschicht, gefolgt von einer polymeren Schicht, gefolgt von einer metallischen Schicht, gefolgt von einer Klebeschicht, gefolgt von einer metallischen Schicht, gefolgt von einer polymeren Schicht. Durch die Metallisierung der Isolationsfolie 10 wird die Außenfläche 5.3 des Abstandshalters 5 bereichsweise elektrisch leitfähig, so dass ein RFID-Transponder 9, der in der unmittelbaren Nähe angeordnet ist, darauf abgestimmt sein muss. Besonders geeignet sind hierfür RFID-Transponder vom sogenannten „On-Metal“-Typ.
Wie bereits erwähnt, besteht der Grundkörper des Abstandshalters 5 beispielsweise aus glasfaserverstärktem Styrol-Acrylnitril (SAN). Durch die Wahl des Glasfaseranteils im Abstandshaltergrundkörper kann dessen Wärmeausdehnungskoeffizient variiert und angepasst werden. Durch Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Abstandshaltergrundkörpers und der Isolationsfolie lassen sich temperaturbedingte Spannungen zwischen den unterschiedlichen Materialien und ein Abplatzen der Isolationsfolie vermeiden. Der Abstandshaltergrundkörper weist beispielsweise einen Glasfaseranteil von 35 % auf. Der Glasfaseranteil im Abstandshaltergrundkörper verbessert gleichzeitig die Festigkeit und Stabilität.
Die erste Glasscheibe 4a und die zweite Glasscheibe 4b bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 3 mm und weisen beispielsweise Ausmaße von 1000 mm x 1200 mm auf. Es versteht sich, dass jede in dieser und den folgenden Ausgestaltungsbeispielen gezeigte Isolierverglasungseinheit 1 auch drei oder mehr Glasscheiben aufweisen kann.
Die Isolierverglasungseinheit 1 nach den Figuren 1A und 1 B ist beispielhaft mit einem RFID-Transpondern 9 versehen, der innerhalb der Versiegelung 6 und hier beispielsweise unmittelbar an der Außenfläche 5.3 des Abstandshalters 5 angeordnet ist. Es versteht sich, dass der RFID-Transponder 9 auch an den Glasscheiben 4a oder 4b innerhalb des Außenbereichs 13, inmitten des Versiegelungselement 6 oder an der Außenfläche, d.h. dem der Umgebung der Isolierverglasungseinheit 1 zugewandten Oberfläche angeordnet sein kann. Der RFID-Transponder 9 ist beispielsweise auf den Abstandshalter 5 aufgeklebt oder durch die Versiegelung 6 fixiert.
Im dargestellten Beispiel handelt es sich um einen RFID-Transponder 9, bei dem die Dipol-Antenne 9.1 auf einem dielektrischen Trägerelement 9.2 angeordnet ist. Dies ist notwendig, da der Abstandshalter 5, wie oben erwähnt, eine metallisierte und damit elektrisch leitende (Wärme-)lsolationsfolie aufweist. Ohne dielektrisches Trägerelement 9.2 wäre die Dipol-Antenne 9.1 unmittelbar auf der elektrisch leitenden Isolationsfolie angeordnet und dadurch „kurzgeschlossen“. Durch die Verwendung eines RFID-Transponders 9 mit dielektrischen Trägerelement 9.2 kann der Kurzschluss vermieden werden (sogenannter „On-Metal“-RFID- Transponder). Der RFID-Transponder 9 weist bei einer korrekten Anordnung auf der elektrisch leitfähigen Isolationsfolie 10 eine Betriebsfrequenz fTRANs beispielsweise im UHF- Bereich, beispielsweise von 930 MHz auf.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht der Isolierverglasungseinheit 1 aus den Figuren 1A und 1 B wie sie beispielsweise innerhalb einer Verglasung 2 angeordnet sein kann. Für Details zur Isolierverglasungseinheit 1 wird daher auf die Beschreibung zu den Figuren 1A und 1 B verwiesen.
Des Weiteren umfasst ein beispielsweise U-förmiger Rahmen 3 die Kanten der Isolierverglasungseinheit 1 samt dem RFID-Transponder 9. Der Rahmen 3 besteht in diesem Beispiel aus einem ersten metallischen Rahmenelement 3.1 , das über ein polymeres und elektrisch isolierendes drittes Rahmenelement 3.3 mit einem zweiten metallischen Rahmenelement 3.2 verbunden ist. In diesem Beispiel sind die ersten und zweiten Rahmenelemente 3.1 , 3.2 L-förmig ausgebildet. Der Rahmen 3 umgreift daher U-förmig die Stirnseite 14 der Isolierverglasungseinheit 1. Die parallel zu den großen Flächen der Glasscheiben 4a, 4b verlaufenden Abschnitte der ersten und zweiten Rahmenelemente sind derart ausgebildet, dass sie zumindest den Außenbereich 13 mit dem Versiegelungselement 6 und den Abstandshalterrahmen 5‘ in Durchsichtsrichtung (Pfeil A) durch die Isolierverglasungseinheit 1 vollständig bedecken.
Die Isolierverglasungseinheit 1 ist auf hier nicht dargestellten Trägern, insbesondere auf Kunststoffträger oder durch Kunststoffe elektrisch isolierte Trägerelementen, angeordnet. Des Weiteren ist zwischen den metallischen Rahmenelementen 3.1 , 3.2 und den Glasscheiben 4a, 4b jeweils ein Elastomerprofil 7 angeordnet, so dass die Isolierverglasungseinheit 1 fest innerhalb des Rahmens 3 gehalten wird. Das Elastomerprofil 7 hat beispielsweise eine Dicke von 6,5 mm und fixiert den Abstand zwischen den jeweiligen Rahmenelementen 3.1 , 3.2 und den Glasscheiben 4a, 4b.
Der erfindungsgemäße RFID-Transponder 9 kann beispielsweise mit einem (hier nicht gezeigten) RFID-Auslesegerät nach europäischer Norm und einer Betriebsfrequenz fREAD von ca. 867 MHz ausgelesen werden. Wie im Rahmen der Erfindung festgestellt wurde, wird durch das Dichtungsmaterial des Versiegelungselement 6, in welches der RFID-Transponder 9 eingebettet ist, dessen Spitzenfrequenz fpEAK von der Betriebsfrequenz fTRANs auf niedrigere Frequenzwerte hin verändert.
Um diesen Effekt eingehender zu untersuchen wurden die folgenden Messungen von RFID-Transpondern in unterschiedlichen Modellsituationen durchgeführt.
Zunächst wurde die Frequenzverschiebung eines bestimmten RFID-Transponders untersucht, die durch das typische Dichtungsmaterial einer Isolierverglasungseinheit verursacht wird. Die Messung wurde auf einer flachen Metallplatte durchgeführt, um den Einfluss jedes anderen Materials in der Nähe zu reduzieren.
Figur 3 zeigt Messungen der Empfindlichkeit (Turn-On-Power) in Abhängigkeit von der Frequenz des erfindungsgemäßen RFID-Transponders 9 vom „On-Metal“-Typ auf einer Metalloberfläche mit und ohne Dichtungsmasse. In einer ersten Messung (Messkurve M1) ist der RFID-Transponder 9 über das Trägerelement 9.2 auf der Metalloberfläche angeordnet. Der Rest des RFID-Transponders befindet sich „in freier Luft“. In einer zweiten Messung (Messkurve M2) ist der RFID-Transponder 9 ebenfalls über das Trägerelement 9.2 auf einer Metalloberfläche angeordnet. Anschließend wurde der RFID-Transponder 9 vollständig mit dem Dichtmaterial eines Versiegelungselements 6, hier beispielsweise Silikonkautschuk mit einer relativen Permittivität er von ca. 3 bedeckt.
Die gemessene Turn-On-Power gibt die minimale Leistung an, mit der der RFID- Transponder von einem externen RFID-Auslesegerät bei einer Frequenz f angesteuert und zur Kommunikation aktiviert werden kann.
Für die erste Messung ergab sich ein Minimum A in der Turn-On-Power von -16 dBm bei einer Frequenz von 950 MHz. Für die zweite Messung ergab sich ein Minimum B in der Turn-On-Power von -14,5 dBm bei einer Frequenz von 865 MHz.
Wird ein On-Metal-RFID-Transponder 9 auf die Außenfläche 5.3 eines elektrisch leitfähigen Abstandshalters 5 einer Isolierverglasungseinheit 1 angeordnet, wird er notwendigerweise in die Dichtungsmasse des Versiegelungselements 6 eingebettet. Typischerweise besteht die Dichtungsmasse Silikon, Polyurethan, Polysulfid oder ähnliches. Alle diese Materialien haben eine Dielektrizitätszahl von größer oder gleich 2, also deutlich mehr als der Wert der "freien Luft" (fast 1), für den alle On-Metal-RFID-Transponder ausgelegt sind.
Das Dichtungsmaterial in der Nähe der RFID-Antenne 9.2 führt zu einer veränderten Frequenzcharakteristik. Das in der unmittelbaren Umgebung des RFID-Transponders angeordnete Dichtungsmaterial führt zu einer Verschiebung der Spitzenfrequenz fpEAK mit niedrigster Turn-On-Power (was der höchsten Empfindlichkeit entspricht) zu niedrigeren Frequenzwerten hin. Die Stärke der Frequenzverschiebung hängt dabei von einer Vielzahl von Parametern wie der Transpondergeometrie, der Permittivität des umgebenden Materials, der Materialstärke und nicht zuletzt von der Art des Transponderchips (also des integrierten Schaltkreises der RFID-Elektronik) ab.
In den Vergleichsmessungen der Figur 3 beträgt die Verschiebung der Spitzenfrequenz fpEAK mit höchster Empfindlichkeit ca. -85 MHz. Die Spitzenfrequenz fpEAK wird von 950 MHz auf 865 MHz nach unten verschoben und liegt damit sehr nahe am zulässigen RFID-Frequenzband in der europäischen Union. Der RFID-Transponder 9 mit einer ursprünglichen Betriebsfrequenz fTRANs von 950 MHz konnte daher gut und aus einem Abstand von mehr als 2 m mit einem RFID-Auslesegerät europäischer Norm ausgelesen werden.
Während folgender Untersuchungen konnte ein weiterer Effekt identifiziert werden, der die Spitzenfrequenz fpEAK eines RFID-Transponders verändert. Der Effekt tritt auf, wenn die erfindungsgemäße Isolierverglasungseinheit 1 in einem Fassadenrahmen oder einem anderen Metallrahmen montiert ist. Die Stärke der Verschiebung hängt von der Geometrie der Kombination aus Isolierverglasungseinheit 1 und Rahmen 3 ab. Ein typisches Verhalten ist in der Figur 4 dargestellt.
Figur 4 zeigt Messungen der Empfindlichkeit (Turn-On-Power) in Abhängigkeit von der Frequenz f eines in einer erfindungsgemäßen Isolierverglasungseinheit 1 montierten RFID-Transponders 9. Die erste Messung (Messkurve M3) erfolgte dabei ohne einen abdeckenden Fassadenrahmen; die zweite Messung (Messkurve M4) erfolgte in einem abdeckenden Fassadenrahmen 3, wie er in einer erfindungsgemäßen Verglasung 2 typischerweise verwendet wird.
Für die erste Messung (Messkurve 3) ergab sich ein Minimum C in der Turn-On- Power von -17,5 dBm bei einer Frequenz von 860 MHz. Für die zweite Messung (Messkurve 4) ergab sich ein Minimum D in der Turn-On-Power von -5,5 dBm bei einer Frequenz von 885 MHz. In diesem speziellen Aufbau ist also die Spitzenfrequenz fpEAK (Frequenz maximaler Empfindlichkeit) um 25 MHz nach oben verschoben. Als zusätzlicher Effekt wird die Stärke des Minimums um 12 dB reduziert.
Die Erfindung beruht nun darauf, die Betriebsfrequenz fTRANs des On-Metal-Typ- RFID-Transponders (d.h. die Betriebsfrequenz fTRANs des auf einer Metalloberfläche ohne zusätzliches dielektrisches Material in der Umgebung montierten Transponders) auf einen höheren Wert (z. B. 950 MHz) zu wählen, um sowohl die durch das Dielektrikum verursachte Frequenzverschiebung und gegebenenfalls auch die durch den umgebenden Metallrahmen verursachte Frequenzverschiebung in der Spitzenfrequenz fpEAK zu kompensieren. Ziel ist es, die in der realen Einbausituation gemessene Spitzenfrequenz fpEAK mit maximaler Empfindlichkeit des Transponders in der Nähe der zulässigen Arbeitsfrequenz eines kommerziellen RFID-Auslesegeräts zu bringen, beispielsweise mit einer Betriebsfrequenz fREAD von 867 MHz (gemäß der europäischen Norm). Vorteilhafterweise gilt dabei |fREAD-fpEAK| <20 MHz.
Die Änderung der Betriebsfrequenz fTRANs kann durch ein geändertes Design des RFID-Transponders erzielt werden, im einfachsten Fall durch ein neues Antennendesign. In vielen praktischen Fällen genügt es bei RFID-Transpondern mit Dipol-Antennen, nur die Länge des Antennendipols zu ändern, bevorzugt zu verkürzen.
Eine Optimierung der Betriebsfrequenz fTRANs kann in einfacher Weise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen. Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abstimmung der Betriebsfrequenz fTRANs eines RFID-Transponders 9 in einer Verglasung 2, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
(51) Herstellen einer erfindungsgemäßen Verglasung 2,
(52) Messung der Turn-on-Power eines RFID-Transponders 9 in Abhängigkeit von der Frequenz f und Bestimmung der Spitzenfrequenz fpEAK bei minimaler Turn-on-Power,
(53) Vergleich der Spitzen/Betriebsfrequenz fTRANs mit der Betriebsfrequenz fREAD des RFID-Auslesegeräts, wobei das Verfahren beendet wird, falls der Absolutbetrag IfREAD-fpEAKl kleiner 20 MHz beträgt und sonst Verfahrensschritt S4 ausgeführt wird;
(54) Veränderung der Betriebsfrequenz fyRANs, bevorzugt durch Kürzung oder Verlängerung der RFID-Antenne 9.1 und/oder durch Änderung anderer frequenzbestimmender Elemente des RFID-Transponders 9, und Fortführung des Verfahrens mit Schritt (S2).
Betrachtet man das Ausführungsbeispiel nach Figur 2, so wurde ein RFID- T ransponder 9 mit einer Betriebsfrequenz fTRANs von ca. 930 MHz verwendet. Aufgrund der Einbausituation in der erfindungsgemäßen Verglasung 2 ergab sich eine Spitzenfrequenz fpEAK von ca. 870 MHz. Dadurch war ein Auslesen des RFID- Transponders 9 mit dem RFID-Auslesegerät nach europäischer Norm (Betriebsfrequenz fREAD von 867 MHz) problemlos und mit Leseabständen von mehr als 2 m möglich.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele und hervorgehobenen Ausführungsaspekte beschränkt, sondern auch in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die sich für den Fachmann aus den anhängenden Ansprüchen ergeben. Bezugszeichenliste
1 Isolierverglasungseinheit
2 Verglasung
3 Rahmen
3.1 ,3.2 metallisches, erstes bzw. zweites Rahmenelement
3.3 polymeres, drittes Rahmenelement
4a, 4b Glasscheiben
5 Abstandshalter
5‘ Abstandshalterrahmen
5.1 ,5.2 Scheibenkontaktfläche
5.3 Außenfläche des Abstandshalters 5
5.4 Innenfläche des Abstandshalters 5
6 Versiegelungselement
7 Elastomerprofil
9 RFID-Transponder
9.1 RFID-Antenne
9.2 dielektrisches Trägerelement
9.3 RFID-Elektronik
10 Isolationsfolie
12 Innenbereich
13 Außenbereich
13.1 Außenseite des Außenbereichs 13
14 Stirnfläche der Isolierverglasungseinheit 1 oder der Glasscheiben
4a, 4b
18 Außenfläche der Glasscheibe 4a oder 4b
19 Innenfläche der Glasscheibe 4a oder 4b f Frequenz fpEAK Spitzenfrequenz fREAD Betriebsfrequenz des RFID-Auslesegeräts fTRANS Betriebsfrequenz des RFID-Transponders 9
Pfeil A Draufsichtsrichtung bzw. Durchsichtsrichtung
Pfeil B Draufsichtsrichtung
A, B, C, D Messpunkte
M1 , M2, M3, M4 Messkurve S1, S2, S3, S4 Verfahrensschritt

Claims

24
Ansprüche Isolierverglasungseinheit (1) mit RFID-Transponder (9) zum Betrieb mit einem RFID-Auslesegerät mit Betriebsfrequenz READ , umfassend: mindestens einen Abstandshalter (5), der umlaufend zu einem Abstandshalterrahmen (5‘) geformt ist und einen Innenbereich (12) umgrenzt, eine erste Glasscheibe (4a), die auf einer ersten Scheibenkontaktfläche (5.1) des Abstandshalterrahmens (5‘), und eine zweite Glasscheibe (4b), die auf einer zweiten Scheibenkontaktfläche (5.2) des Abstandshalterrahmens (5‘) angeordnet ist, und die Glasscheiben (4a, 4b) über den Abstandshalterrahmen (5‘) hinausragen und ein Außenbereich (13) gebildet ist, der zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, mit einem Versiegelungselement (6) gefüllt ist, wobei mindestens ein RFID-Transponder (9) zumindest abschnittsweise, bevorzug vollständig, innerhalb des Versiegelungselements (6) angeordnet ist, das Versiegelungselement (6) eine relative Permittivität er von 3 bis 6 aufweist, der Abstandhalter (5) zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig ist, der RFID-Transponder (9) eine Betriebsfrequenz fTRANs von fREAD + 30 Mhz bis fREAD + 100 MHz aufweist. Isolierverglasungseinheit (1) nach Anspruch 1 , wobei der RFID- Transponder (9) ein On-Metal-RFID-Transponder ist und bevorzugt eine RFID-Antenne (9.1), besonders bevorzugt eine Dipol-Antenne oder eine Schlitzantenne, eine RFID-Elektronik (9.3) und ein dielektrisches Trägerelement (9.2) enthält oder daraus besteht. Isolierverglasungseinheit (1) nach Anspruch 2, wobei das Trägerelement (9.
2) mit der der RFID-Antenne (9.1) abgewandten Seite, bevorzugt unmittelbar, auf dem Abstandshalter (5) oder, bevorzugt unmittelbar, auf einer Innenfläche (19) einer der Glasscheiben (4a, 4b) angeordnet ist oder der RFID-Transponder (9) inmitten des Außenbereichs (13), bevorzugt ohne unmittelbarem Kontakt zu der Außenfläche (5.
3) des Abstandshalters (5) und ohne unmittelbarem Kontakt zu den Innenflächen (19) der Glasscheiben (4a, 4b) und besonders bevorzugt an oder nahe der Außenfläche des Versiegelungselements (6) angeordnet ist.
4. Isolierverglasungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Versiegelungselement (6) Polymere oder silanmodifizierte Polymere, besonders bevorzugt organische Polysulfide, Silikone, Silikonelastomere, raumtemperaturvernetzenden (RTV) Silikonkautschuk, peroxidisch vernetzten Silikonkautschuk und/oder additions-vernetzten Silikonkautschuk, Polyurethane, Polyisobutylen und/oder Butylkautschuk enthält oder daraus besteht.
5. Isolierverglasungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abstandshalter (5) aus einem Metall, bevorzugt aus Aluminium, besteht.
6. Isolierverglasungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abstandshalter (5) eine metallene oder metallisierte Isolationsfolie (10) enthält, die bevorzugt auf der Außenfläche (5.3) des Abstandshalters (5) angeordnet ist.
7. Isolierverglasungseinheit (1) nach Anspruch 6, wobei die Isolationsfolie (10) eine metallisierte Polymerfolie oder eine freitragende Metallfolie, bevorzugt aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, Gold, Silber oder Edelstahl enthält oder daraus besteht.
8. Isolierverglasungseinheit (1) nach Anspruch 7, wobei die Metallisierung der Polymerfolie eine Dicke von 10 nm bis 200 pm, bevorzugt 30 nm bis
100 pm, und die Metallfolie eine Dicke von 0,02 mm bis 0,5 mm und insbesondere von 0,09 mm bis 0,3 mm aufweist.
9. Isolierverglasungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der RFID-Transponder (9) eine Betriebsfrequenz fTRANs von fREAD + 40 Mhz bis fREAD + 80 MHz aufweist. Verglasung (2), insbesondere Fassadenverglasung, Fenster, Tür oder Innenraumtrennung, umfassend einen Rahmen (3) aus einem metallischen ersten Rahmenelement
(3.1), einem metallischen zweiten Rahmenelement (3.3) und einem die Rahmenelemente (3.1 ,3.3) zumindest abschnittsweise und bevorzugt vollständig umlaufend, verbindenden polymeren dritten Rahmenelement
(3.2) und einer im Rahmen (3) angeordneten Isolierverglasungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Verglasung (2) nach Anspruch 10, wobei der Rahmen (3) die Stirnflächen (14) der Isolierverglasungseinheit (1) umgreift und zugleich den oder die RFID-Transponder (9) in Durchsichtsrichtung (Pfeil A) durch die Glasscheiben (4a, 4b) überdeckt. System, umfassend eine Isolierverglasungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eine Verglasung (2) nach Anspruch 10 oder 11 , und ein RFID-Auslesegerät mit einer Betriebsfrequenz fREAD . System nach Anspruch 12, wobei die Betriebsfrequenz fREAD des RFID- Auslesegeräts von 865 MHz bis 869 MHz beträgt und bevorzugt die Betriebsfrequenz fTRANs des RFID-Transponders (9) von 900 MHz bis 1000 MHz, besonders bevorzugt von 902 MHz bis 928 MHz, beträgt. Verwendung eines RFID-Transponders (9) mit Betriebsfrequenz fTRANs in einer Isolierverglasungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in einer Verglasung (2) nach Anspruch 10 oder 11 oder in einem System nach Anspruch 12 oder 13 mit einem RFID-Auslesegerät mit Betriebsfrequenz fREAD als Identifikationselement. Verfahren zur Abstimmung der Betriebsfrequenz fTRANs eines RFID- Transponders (9) in einer Verglasung (2), umfassend die folgenden Schritte: 27
S1 : Herstellen einer Verglasung (2) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , S2: Messung der Turn-on-Power eines RFID-Transponders (9) in Abhängigkeit von der Frequenz f und Bestimmung der Spitzenfrequenz fpEAK bei minimaler Turn-on-Power,
S3: Vergleich der Spitzenfrequenz fpEAK mit der Betriebsfrequenz fREAD des RFID-Auslesegeräts, wobei das Verfahren beendet wird, falls der Absolutbetrag |fREAD-fpEAK| kleiner 20 MHz, bevorzugt kleiner 10 MHz, beträgt und sonst Verfahrensschritt S4 ausgeführt wird;
S4: Veränderung der Betriebsfrequenz fTRANs, bevorzugt durch Kürzung oder Verlängerung der RFID-Antenne (9.1) und/oder durch Änderung anderer frequenzbestimmender Elemente des RFID-Transponders (9), und Fortführung des Verfahrens mit Schritt S2.
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