DE4432324A1

DE4432324A1 - Vorrichtung f}r eine Einrichtung zur drahtlosen Informationsabfrage und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE4432324A1
Application number: DE4432324A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kirchhoff
Original assignee: VWB ELEKTRONIK TECHN GmbH
Current assignee: VWB ELEKTRONIK TECHN GmbH
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1996-03-14
Also published as: HU9600991D0; HUT76003A; CZ138496A3; PL315117A1; FI962006A; CZ285611B6; ES2090002T1; FI962006A0; US5841122A; WO1996008880A1; CN1134766A; SK59696A3; EP0732011A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Einrichtung zur drahtlosen Informationsabfrage. Bei einer solchen Einrichtung wird von einer Ant wortstation durch ein drahtloses Abfragesignal einer Abfragestation diese mit der notwendigen Energie sowie mit den entsprechenden Informationen versorgt. Hierzu zählt beispielsweise eine Einrichtung, die über ein Lese gerät drahtlos mit der notwendigen Energie versorgt wird und darüber hin aus drahtlos die Informationen an eine Abfragestation überträgt, wobei die Lesestation während des Lesevorganges über eine vorgegebene Strecke fortbewegt werden kann. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfah ren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.

Es ist hinlänglich bekannt, über Spulen induktive Energie und Daten zu übertragen, was im wesentlichen einem Transformator mit entsprechen dem Luftspalt entspricht. Weiterhin ist bekannt durch Hochfrequenz, d. h. im funktechnischen Bereich, Energie und Daten zu übertragen. Diese bei den Methoden sind technisch sehr aufwendig, sobald sich die Abfragesta tion während des Lesevorganges bewegt.

Aus der DE-PS 40 17 934 ist eine Einrichtung zur drahtlosen Informations abfrage bekannt geworden, die zur drahtlosen Informationsabfrage so be schaffen ist, daß bei einem einfachen Aufbau eine sichere Daten- und Energieübertragung gewährleistet ist. Auf der Abfragestation befindet sich ein Generator, der ein Wechselstromsignal erzeugt, das über Kondensato ren zur Antwortstation übertragen wird.

In der europäischen Patentanmeldung 0 441 237 ist ein tragbares, feldprogrammierbares Detektorplättchen beschrieben worden. Bei diesem Detek torplättchen wird zur Energieübertragung und auch zum Senden der Daten eine Induktivität verwendet. Ferner ist auch gleichzeitig noch eine Feldpro grammierung möglich. Dabei werden die Daten durch eine Pulspausenmodulation übertragen und digital ausgewertet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Energieübertragung als auch zum Daten lesen und -schreiben zu schaffen, die sehr einfach und kostengünstig aufgebaut ist, um als Massenartikel preisgünstig herstellbar zu sein.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Induktivität verwendet wird, die auf einem Träger befestigt ist. Diese Induktivität kann beispielsweise ge wickelt, geätzt oder auch auf den Träger aufgedampft werden. Es ist je doch auch möglich, statt des Trägers eine selbsttragende Induktivität zu verwenden, die als Spule so formstabil ist, daß sie durch mechanische Be anspruchungen ihre Form nicht verliert. Auf diese Induktivität wird dann eine hochohmige jedoch leitfähige Substanz aufgebracht. Diese Substanz stellt die Kondensatorflächen dar und ist somit aus zwei nicht miteinander verbundenen, geometrisch unabhängigen, jedoch ineinanderliegenden Gebilden herzustellen. Für die leitfähige Substanz ist es unbedingt not wendig, daß deren Widerstandswert sehr hochohmig ist, weil dadurch keine Beeinflussung von Magnetfeldern der Induktivität auftreten. Gleich zeitig muß diese Substanz jedoch so niederohmig sein, um eine einwand freie kapazitive Übertragung von Informationen zu gewährleisten. Dabei liegen die Kondensatorflächen direkt über der Induktivität, woraus klar wird, daß die leitfähige Substanz nicht niederohmig sein darf, da sie sonst einen Kurzschluß in sich und auch für das Abstrahlfeld der Induktivität dar stellen würde. Durch diese enge Kopplung der Induktivität und der Kapazi tät auf engstem Raum ist es möglich, beispielsweise eine Antwortstation herzustellen, welche mit der stationären Station kommunizieren kann und darüber hinaus preiswert herzustellen ist, nämlich dadurch, daß eine dünne, beispielsweise in Scheckkartenformatgröße aufgebaute Antwort station realisiert werden kann.

Bei den zum Stand der Technik zu zählenden Systemen besteht der Nach teil darin, daß bei kapazitiven Systemen das Zusammenwirken mit den In duktivitäten nicht lageunabhängig ist, wie es bei rein induktiven Systemen der Fall ist. Aus diesem Grunde werden die zum Stand der Technik zäh lenden Systeme in der Regel so aufgebaut, daß in der Mitte eine Induktivi tät vorhanden ist, und rechts und links daran sich die Kapazitäten an schließen. Durch diese Plazierung sind die Einheiten jedoch nicht lageunabhängig und müssen in einer bestimmten Position (Lage) zum Einsatz gebracht werden, um einwandfrei mit der ortsfesten Station kommunizieren zu können.

Werden die Kondensatorflächen jedoch vor die Induktivität gesetzt, so bil det dieses einen Kurzschluß, wenn die Kapazität aus einem niederohmi gen Material hergestellt wird. Durch diesen Kurzschluß bricht die Induktivi tät in sich zusammen, was wiederum einen sehr hohen Strom beinhaltet, oder im entsprechenden Windungszahlenverhältnis steht. Die aufgebauten Magnetfelder heben sich somit auf, und es ist kein Betrieb mit einer sol chen Vorrichtung möglich.

Durch die erfindungsgemäß verwendete hochohmige leitfähige Substanz können die Kondensatorflächen ineinander gelegt werden. Als leitfähige hochohmig ist, und somit keinen Kurzschlußring für die Kapazität darstellt. Der Karbonlack ist dabei als Leitlack zu verstehen, der vorzugsweise als Zweikomponenten-Siebdrucklack hergestellt wird. Dieser Karbon-Leitlack ist mit einem Spezialruß und einem besonderen Graphittyp angereichert worden, so daß er eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Neben der guten Leitfähigkeit weist ein solcher Lack auch eine sehr hohe me chanische Festigkeit auf. Ein solcher Lack ist auch für Lötbänder ver wendbar, so daß eine Kontaktierung keine Schwierigkeiten mit sich bringt, ebenfalls sind nach dem Heißverzinnen keine Veränderungen des Wider standswertes festzustellen. Um eine Widerstandserhöhung eines solchen Karbon-Leitlackes zu erreichen, kann er beispielsweise mit einer Zweikomponenten-Isolierpaste angereichert werden. Eine Beeinflussung der Induktivität wird aus diesem Grunde nicht erreicht. Es ist deshalb eine ka pazitive Einspeisung der Einrichtung möglich. Durch eine Vorrichtung der vorgenannten Art ist eine kapazitive Datenübertragung bei einer Lageun abhängigkeit mit dem gleichzeitigen Vorteil des hohen Leseabstandes möglich. Es ist somit ein Vollduplexbetrieb durchzuführen, d. h. mit der Energieübertragung wird gleichzeitig auch das Abfragen und Senden von Daten möglich.

Induktivität und Kondensator befinden sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung quasi in einer Ebene bzw. sind direkt aneinander gesetzt. Da bei bedeutet in einer Ebene, daß bei der Ausführung als dünnes Element ohne einen entsprechenden Träger, sie direkt vor einander liegen.

Als leitfähige Substanz bietet sich ein Karbonlack deshalb an, weil er für die Induktivität sehr hochohmig ist und als kapazitive Fläche ausreichend leitend ist. Das Auftragen eines solchen Widerstandslackes geschieht da durch, daß Schablonen an den Stellen plaziert werden, wo eine Kondensa torfläche hergestellt werden soll. Das Auftragen des Lackes kann durch Spritzen, Streichen bzw. Drucken (Siebdruck) geschehen. Die Dicke des Auftrages bestimmt dabei gleichzeitig den Widerstandswert. Alternativ da zu können alle anderen hochohmigen Widerstandsmaterialien verwendet werden, die sich auf vorgenannte Art und Weise auftragen lassen. Alter nativ dazu ist es jedoch auch möglich, entsprechend leitende Kunststoffe oder Folien zu verwenden, deren Widerstandswert entsprechend hoch ohmig ist und gleichzeitig als kapazitives Material eingesetzt werden kön nen.

Die Größe der kapazitiven Flächen richtet sich nach dem Anwendungsfall, jedoch ist die geometrische Form dieser Flächen völlig unabhängig und kann deshalb problemlos auch den Forderungen des Marktes angepaßt werden. Beispielsweise können die Kondensatorflächen ring- oder kreis förmig so ausgebildet sein, daß sie ineinanderliegen.

Die Kondensatorflächen müssen dabei nicht in sich geschlossen sein, sie können auch an einer Stelle offen sein, nur ist in einem solchen Falle eine größere aktive Fläche für die Kapazität notwendig.

Die Erfindung wird anhand von schematisch dargestellten möglichen Aus führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine kreis- und ringförmige Kondensatorfläche

Fig. 2 einen Schnitt A-A durch diese Kondensatorfläche nach Fig. 1 mit dahinterliegender Induktivität

Fig. 3 zwei in sich nicht geschlossene Kondensatorflächen

Fig. 4 einen Schnitt B-B durch die Kondensatorflächen nach Fig. 3 mit Induktivität

Fig. 5 einen Schnitt durch die Anordnung Kondensatorfläche zur Induktivität mit Träger.

In der Fig. 1 ist eine kreisförmige Kondensatorfläche 2 dargestellt, um die sich ringförmig die zweite Kondensatorfläche 2 plaziert. Zwischen beiden Kondensatorflächen 1 und 2 ist ein Zwischenraum, der als Dielektrikum 15 zwischen den Platten wirkt. Die so entstandene Kapazität 12 wird wie be reits vorbeschrieben durch eine hochohmige leitfähige Substanz in Verbin dung mit dem entsprechenden Verfahren aufgebracht. In dieser Darstel lung sind die zum Anschluß der Verbindungsleitungen notwendigen Kon taktierungen nicht dargestellt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird in der Schnittdarstellung A-A in der Fig. 2 deutlich, daß sich die Kondensatorflächen 1 und 2 auf einem Trä ger 3 mit seiner Seite 11 befinden. Dieser Träger 3 kann beispielsweise eine Folie oder ein sonst geeignetes nichtleitendes Material sein. Auf der gegenüberliegenden Seite 10 des Trägers 3 befindet sich die Induktivität 4. Diese Induktivität kann wie bereits vorbeschrieben durch Ätzen, Aufdamp fen oder als Wickelkörper mit dem Träger 3 formschlüssig verbunden wer den. Durch diese Darstellungsart wird deutlich, daß insbesondere zwi schen dem Kondensator 12 mit seinen Kondensatorflächen 1 und 2 und der Kapazität 4 eine sehr enge Kopplung vorhanden ist. Diese enge Kopplung ist allerdings nur insofern möglich, da die Kondensatorflächen 1 und 2 aus einer hochohmigen leitfähigen Substanz bestehen. Würde dies nicht der Fall sein, würde es zu einem Kurzschluß des Magnetfeldes der Induktivität führen.

In der Fig. 3 ist eine Variante des Kondensators dargestellt. Diese Ka pazität 14 wird aus den Kondensatorflächen 5 und 6 gebildet, die in diesem Falle nicht in sich jeweils einen Kurzschluß aufweisen. Vielmehr ist an einer beliebigen Stelle in der ringförmigen Kondensatorfläche 5 eine Un terbrechung vorhanden. Ferner ist die innere durch das Dielektrikum 15 getrennte Kondensatorfläche 6 ebenfalls ringförmig ausgeführt und weist an einer beliebigen Stelle eine Unterbrechung 14 auf. Bildet man die Ka pazität 14 in der vorbeschriebenen Art und Weise aus, sind jedoch größere Flächen für eine entsprechend gleichwertige Kapazität, wie es in der Fig. 1 beschrieben, notwendig.

In der Fig. 4 wird in der Schnittdarstellung B-B der Fig. 3 gezeigt, daß die Kapazität 14 direkt auf die Induktivität 4 aufgebracht worden ist. Dieses ist dann möglich, wenn die Induktivität 4 ein in sich stabiler Körper ist, der es zuläßt, eine direkte Aufbringung der hochohmigen leitfähigen Substanz zuzulassen.

Ein für die Verarbeitung von Informationen bzw. zur Speicherung von In formationen vorhandener Schaltkreis 9 kann, wie es die Fig. 5 zeigt, bei entsprechend geschickter Plazierung innerhalb der Induktivität eingesetzt werden. Auch hier sind auf einem Träger 3 die Kondensatorflächen 1 und 2 eng mit der Induktivität 8 in Beziehung. Durch die Verwendung des Schaltkreises 9 innerhalb der Induktivität 8 können die Kontaktierungen der Kondensatorflächen 1 und 2 durch den Träger 3 direkt mit dem Schalt kreis 9 vorgenommen werden.

Wie die Beschreibung deutlich macht, kann eine Antwortstation für die drahtlose Informationsabfrage und Energieübertragung zwischen einer Abfragestation mit geringstmöglichen Abmessungen und darüber hinaus noch sehr kostengünstig hergestellt werden.

Bezugszeichenliste

1 Kondensatorfläche
2 Kondensatorfläche
3 Träger
4 Induktivität
5 Kondensatorfläche
6 Kondensatorfläche
7 Unterbrechung
8 Induktivität
9 Schaltkreis
10 Seite
11 Seite
12 Kapazität
13 Unterbrechung
14 Kapazität
15 Dielektrikum

Claims

1. Vorrichtung für eine Einrichtung zur drahtlosen Informationsabfra ge von einer Antwortstation, bei der die Antwortstation durch ein drahtloses Abfragesignal einer Abfragestation mit der notwendigen Energie versorgt wird, wobei die Energie- und Datenübertragung kapazitiv bzw. induktiv vorgenommen wird, dadurch gekennzeich net, daß eine Induktivität (4) bzw. (8) und eine Kapazität (12) bzw. (14) übereinander angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (4) bzw. (8) mit einer Seite (10) eines Trägers (3) ver bunden ist, und auf der gegenüberliegenden Seite (11) des Träger (3) die Kapazität (12) bzw. (14) aufgebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß direkt auf der Induktivität (4) bzw. (8) die Kapazität (12) bzw. (14) aufge bracht wird.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Kapazität (12) aus zwei in sich geschlossenen Kon densatorflächen (1) und (2) besteht, die ineinander mit einem Di elektrikum (15) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Kapazität (12) aus zwei mit jeweils einer Unterbre chung (7) und (13) versehenen, ineinander angeordneten Kondensatorflächen (5) und (6) besteht.

6. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kapazitäten (12) und (14) aus einer hoch ohmigen elektrisch leitfähigen, nicht metallischen Substanz be stehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Substanz ein Widerstandslack ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Substanz ein Karbon-Leitlack ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung für eine Einrichtung zur drahtlosen Informationsabfrage von einer Antwortstation, bei der die Antwortstation durch ein drahtloses Abfragesignal einer Abfragestation mit der notwendigen Energie versorgt wird, wobei die Energie- und Datenübertragung kapazitiv bzw. induktiv vorge nommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanzen nach den Ansprüchen 6 bis 8 aufgespritzt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Substanz aufgestrichen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Substanz durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Substanz ein Kunststoff bzw. eine Kunststoffolie ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Induktivität (4) eine gedruckte Schaltung ist.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Induktivität (4) auf den Träger (3) aufgedampft wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (8) aus einer selbsttragenden Spule besteht.