DE102009028489A1

DE102009028489A1 - Metallkörper mit einem integrierten zylinderförmigen RFID-Tag

Info

Publication number: DE102009028489A1
Application number: DE200910028489
Authority: DE
Inventors: Martin Korn; Michael Rauch
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2011-02-17

Abstract

Bei einem Metallkörper mit einem integrierten RFID-Tag, der zur berührungslosen Identifizierung des Metallkörpers mit Hilfe eines von einer Leseeinheit ausgesendeten EM-Hochfrequenzfeld dient, ist der RFID-Tag in einer im Metallkörper vorgesehenen länglichen Ausnehmung fixiert. Von der Ausnehmung erstreckt sich ein Schlitz weg, der die Ausbildung von Wirbelströmen, die durch das EM-Hochfrequenzfeld im Metallkörper verursacht werden, zumindest teilweise verhindert (Fig. 5).

Description

Die berührungslöse Identifizierung von Waren Objekten oder Personen erfolgt heutzutage häufig über RFID-Tags.
Man unterscheidet zwischen aktiven Tags, die eine eigene Energieversorgung in der Regel eine Batterie aufweisen und passiven Tags, die ihre Energie aus einem von einer Leseeinheit erzeugten EM-Hochfrequenzfeld gewinnen.
Die in dem Tag gespeicherte Information wird mit der Leseeinheit ausgelesen und an eine Auswerteeinheit weitergeleitet. Dadurch können z. B. bei Logistikanwendungen Materialflüsse zentral verfolgt und gesteuert werden.
Problematisch hierbei ist jedoch, dass RFID-Tags möglichst entfernt von metallischen Gegenständen angebracht werden sollen, da Metalle das EM-Hochfrequenzfeld, mit dem die Abfrage erfolgt, negativ beeinflussen können.
Bei bestimmten Anwendungen ist jedoch eine metallische Umbebung eines RFID-Tags erwünscht.
Aus der DE 10 2006 025 000 ist ein aus einem Edelmetall bestehendes Objekt mit einer RFID-Identifizierungseinrichtung bekannt. Der RFID-Tag besteht im Wesentlichen aus einer Folie auf der eine Antenne vorgesehen ist. Hierbei ist eine aufwendige Abschirmvorrichtung vorgesehen. Durch eine Klebeverbindung wird der RFID-Tag in einer flachen Ausnehmung gehalten. Dadurch ist der Tag nur unzureichend gegen Verlust bzw. mechanischer Beschädigung gesichert.
Aus der EP 1308884 ist ein RFID-Tag bekannt, der zum Einbau in einem Metallkörper vorgesehen ist. Dabei wird der RFID-Tag, der von einer nicht leitenden Schützhülle umgeben ist, in eine Ausnehmung in dem metallischen Körper eingesetzt. Die Achse der zylindrischen Spule verläuft dabei im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des metallischen Körpers. Die Herstellung des RFID-Tags mit Schutzhülle ist relativ aufwendig und teuer. Außerdem ist hierbei der RFID-Tag nicht gegen ein unbeabsichtiges Lösen gesichert.
Insbesondere bei mechanisch belasteten Körpern, kann der RFID-Tag z. B. durch Stöße aus der Ausnehmung lösen. Außerdem wird das EM-Hochfrequenzfeld durch im Metallkörper induzierte Wirbelströme geschwächt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen metallischen Körper mit einem integrierten RFID-Tag anzugeben, der einfach und kostengünstig herstellbar ist, der einen ausreichenden Schutz gegen mechanische Beschädigungen bietet, bei dem der Verlust des RFID-Tags durch mechanische Einwirkungen weitgehend ausgeschlossen werden kann, der das EM-Hochfrequenzfeld der Leseeinheit nur wenig beeinflusst und damit eine ausreichende Energieversorgung für den Tag gewährleistet und somit gleichzeitig ein einfaches Auslesen des Tags erlaubt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, in dem Metallkörper eine längliche Ausnehmung vorzusehen in der ein RFID-Tag fixiert ist, wobei sich von der Ausnehmung ein Schlitz weg erstreckt, der die Ausbildung von Wirbelströmen um die Achse der Bohrung zumindest teilweise verhindert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematische Darstellung einen Fahrradverleihstation
2 Sicherungselement eines Fahrrads in Aufsicht
3 perspektivische Darstellung einer Verriegelungseinheit für ein Fahrrad
4 Schnittdarstellung eines in die Verriegelungseinheit eingesetzten Sicherungselements in vereinfachter Form sowie eine perspektivische Darstellung eines Rastbügels eines Sicherungselements
5 perspektivische Darstellung eines Metallkörpers mit eingesetztem RFID-Tag
6 Blockschaltbild eines RFID-Tags
7 mögliche Bauformen von RFID-Tags
In 1 ist als Anwendung eine automatische Fahrradverleihstation 100 dargestellt, wie sie z. B. von der Fa. Clear Channel Outdoor, Inc. unter der Bezeichnung SmartBike in verschiedenen europäischen Städten bereits im Einsatz sind. Der Kunde identifiziert sich an einem Terminal 101 der Station 100 z. B. mit Hilfe einer Smartcard und wählt eines aus den zur Verfügung stehenden Fahrrädern F1, F2 oder F3 aus. Daraufhin wird von einer Steuereinheit eine Verriegelungseinheit für das betreffende Fahrrad betätigt, der einen mit dem Fahrrad fest verbundenen Rastbügel freigibt und damit die Benutzung des gewählten Fahrrads erlaubt. Nach der Nutzung bringt der Kunde das ausgeliehene Fahrrad wieder an dieselbe oder eine andere Fahrradverleihstation zurück. Der Rastbügel des ausgeliehenen Fahrrads wird in die Verriegelungseinheit eingeführt und verrastet automatisch. Damit ist der Ausleihvorgang ist abgeschlossen. Das Fahrrad steht für ein erneutes Ausleihen zur Verfügung. Durch den Rastbügel und die Verriegelungseinheit ist das Fahrrad fest mit der Fahrradverleihstation verbunden und damit gegen Diebstahl gesichert. Bei dieser bekannten Lösung ist der RFID-Tag an der Oberfläche des Rastbügels fixiert und damit leicht zugänglich. Ein Missbrauch des Ausleihsystems kann dadurch nicht ausgeschlossen werden.
Außerdem ist der RFID-Tag nicht ausreichend gegen mechanische Einflüsse insbesondere Vandalismus geschützt.
In 2 ist ein Rastbügel 20 näher dargestellt. Derartige metallische Rastbügel 20 sind im Einsatz fest an dem jeweiligen Fahrrad F1, F2, F3 fixiert und dienen als Sicherungselement. Der Rastbügel 20 weist eine Querstange 21 mit zwei Verriegelungszapfen 22a, 22b auf, die passend zu einem in 3 dargestellten Verriegelungseinheit 30 ausgebildet sind. Zur Aufnahme der Verriegelungszapfen 22a, 22b sind entsprechende Aufnahmeöffnungen 32a, 32b in der Verriegelungseinheit 30 vorgesehen.
Die elektrisch steuerbare Mechanik des Verriegelungsmechanismus der Verriegelungseinheit 30 die von einer Steuereinheit im Terminal 101 angesteuert wird, ist nicht näher dargestellt.
In 4 ist eine Aufnahmeöffnung z. B. 32a mit eingeführten Verriegelungszapfen 22a im Schnitt sehr schematisch dargestellt. Der eigentliche Verriegelungsmechanismus ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Am Ende der Aufnahmeöffnung 32a ist eine Leseeinheit 10 vorgesehen, deren Vorderseite relativ bündig mit der Innenwand 33a der Aufnahmeöffnung 32a abschließt. Die Leseeinheit 10 ist mit einer nicht dargestellten Steuereinheit im Terminal 101 verbunden.
Mit der Mittelachse der Leseeinheit 10 fluchtet eine M5 Gewindebohrung 12a im Verriegelungszapfen 30a. In die Gewindebohrung 12a ist ein RFID-Tag 3 eingesetzt (E80301, Fa. ifm electronic gmbh). Von der Bohrung 12a erstreckt sich ein Schlitz 14 weg.
Als Leseeinheit 10 dient ein unter der Bezeichnung efector 190 ebenfalls von der Fa. ifm vertriebenes RFID-Identifizierungssystem.
5 zeigt den Einbau eines RFID-Tags 3 in eine Metallplatte 50 als Metallkörper. Diese weist ebenfalls eine Gewindebohrung 12b auf, von der sich ein Schlitz 14 weg erstreckt. Die Metallplatte 50 symbolisiert ein Werkstück oder einen Werkstückträger, welcher bei einer automatisierten Fertigung an der jeweiligen Bearbeitungsstation über den RFID-Tag 3 identifiziert wird und so das Werkstück individuell bearbeitet werden kann.
Durch die Anordnung des RFID-Tags 3 in einer Gewindebohrung 12a, bzw. 12b ist dieser optimal gegen mechanische Beschädigungen und gegen Verlust geschützt. Der RFID-Tag 3 ist dabei fast vollständig durch das Material des entsprechenden Metallkörpers (Verriegelungszapfen bzw. Metallplatte) umgeben.
In 6 ist ein RFID-Tag 3 schematisch dargestellt. Der RFID-Tag 3 besteht im Wesentlichen aus einer Antenne A und einer Elektronikeinheit E. Die Elektronikeinheit E weist einen Chip auf, die die Datenspeicherung und die Datenübertragung bewerkstelligt. Die Energieversorgung erfolgt durch die mit der Antenne A aufgenommene Energie.
Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung erläutert. Zur Abfrage des RFID-Tags 3 sendet die Leseeinheit 10 ein kurzreichweitiges EM-Hochfrequenzfeld aus (Reichweite ca. 4 mm, Frequenz 125 kHz). Das EM-Hochfrequenzfeld wird mit der Antenne A im RFID-Tag 3 erfasst und zum Teil in elektrische Energie, die den Chip in der Elektronikeinheit E versorgt, umgesetzt. Mit dem EM-Hochfrequenzfeld werden auch Daten von der Leseeinheit 10 an den RFID-Tag übertragen. Werden die übertragenen Daten im Chip als Abfrage interpretiert, antwortet der RFID-Tag mit den gewünschten Informationen. Die Datenübertragung vom RFID-Tag zur Leseeinheit 10 erfolgt über eine Lastmodulation.
Nach einer Abfrage stehen in der Leseeinheit 10 die gewünschten Informationen, z. B. die Identifizierungsnummer des ausgeliehenen Fahrrads zur Verfügung. Durch die erfindungsgemäße Ausnehmung z. B. den Schlitz 14 werden in dem Material, das den RFID-Tag umgibt, keine Wirbelströme induziert, die zu einer Schwächung des EM-Hochfrequenzfeldes führen würden.
Dadurch wird der RFID-Tag 3 bei einer Abfrage ausreichend mit Energie versorgt und gleichzeitig ist eine sichere Datenübertragung vom RFID-Tag zur Leseeinheit 10 möglich. Als alternative Ausnehmung kann auch z. B. eine Schwalbenschwanznut dienen in der ein passend ausgebildeter RFID-Tag eingesetzt wird.

7 zeigt zwei Bauformen von RFID-Tags (3'a, 3'b), die zum Einbau in eine längliche Ausnehmung eines metallischen Körpers geeignet sind. Dabei wird die rechteckige 14b' oder schwalbenschwanzförmige 14b'' Nut, die als galvanische Unterbrechung dient, durch entsprechend geformte Taggehäuse aus Kunststoff ausgefüllt. Diese Formgebung dient gleichzeitig der mechanischen Befestigung des Tags im metallischen Körper durch Verpressung oder Einklebung. Bezugszeichen

EM-Hochfrequenzfeld	H
Fahrrad	F1, F2, F3
Mittelachse	M
Antenne	A
Elektronikeinheit	E
Diode	D
Kondensator	C1, C2
RFID-Tag	3
Bauform eines RFID-Tags	3'a
Bauform eines RFID-Tags	3'b
Leseeinheit	10
Bohrung	12a, 12b
Bohrung mit rechteckiger Nut	12b'
Bohrung mit schwalbenschwanzförmiger Nut	12b''
Schlitz	14
Durchmesser Verriegelungszapfen	17 mm
Rastbügel	20
Querstange	21
Verriegelungseinheit	30
Verriegelungszapfen	22a, 22b
Metallplatte	50
Einführöffnungen	32a, 32b
Fahrradverleihstation	100
Terminal	101

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006025000 [0006]
- EP 1308884 [0007]

Claims

Metallkörper mit einem integrierten RFID-Tag, der zur berührungslosen Identifizierung des Metallkörpers mit Hilfe eines von einer Leseeinheit ausgesendeten EM-Hochfrequenzfeld dient, und der eine Elektronikeinheit und eine Antenne aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (3, 3', 3'') in einer im Metallkörper (22a, 50) vorgesehene länglichen Ausnehmung (12a, 12b) fixiert ist, wobei sich von der Ausnehmung (12a, 12b) ein Schlitz (14, 14') weg erstreckt, der die Ausbildung von Wirbelströmen, die durch das EM-Hochfrequenzfeld im Metallkörper (22a, 50) verursacht werden zumindest teilweise verhindert.
Metallkörper mit einem integrierten RFID-Tag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche Ausnehmung eine Gewindebohrung ist und der RFID-Tag (3) ein entsprechendes Gewinde aufweist.
Metallkörper mit einem integrierten RFID-Tag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche Ausnehmung eine Bohrung ist und mit einer Nut versehen ist, so dass ein entsprechender RFID-Tag (3) darin befestigbar ist.
Metallkörper mit einem integrierten RFID-Tag nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (22a) ein Sicherungselement für ein Fahrrad ist.
Metallkörper mit einem integrierten RFID-Tag nach einem der Ansprüche 1–3, dass der Metallkörper (50) ein Werkstück oder Werkstückträger ist.