DE10300160A1

DE10300160A1 - Transponder zum Einbau in oder auf die Oberfläche eines Reifens

Info

Publication number: DE10300160A1
Application number: DE10300160A
Authority: DE
Inventors: Sadeffin Fidan; Wolfgang Strache
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2023-01-08
Also published as: DE10300160B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Transponder zum Einbau in oder auf die Oberfläche eines Reifens, wobei der Transponder einen Transponder-Chip mit einer daran angebundenen Dipolantenne aus zwei Antennenteilen aufweist. Um einen Transponder zum Einbau in einen Reifen zu schaffen, der eine hohe Dauerfestigkeit aufweist, wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Antennenteil (2, 3) im Anbindungsbereich (11) an den Transponder-Chip (6) eine kleinere Federkonstante in Richtung der Längserstreckung (L) des Transponders (1) besitzt als im restlichen Bereich (12) des Antennenteils (2, 3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Transponder zum Einbau in oder auf die Oberfläche eines Reifens, wobei der Transponder einen Transponder-Chip mit einer daran angebundenen Dipolantenne aus zwei Antennenteilen aufweist.
Transponder werden im Reifen für verschiedene Aufgaben eingesetzt. Hierzu zählt insbesondere eine Reifenidentifikation, mit der ein Automobilhersteller u. a. schnell sowie automatisiert feststellen kann, aus welchem Reifenwerk ein bestimmter Reifen geliefert wurde. Andere Aufgaben können eine Luftdrucküberwachung, eine Temperaturmessung, die Messung von mechanischen Spannungszuständen im Reifen oder eine Messung der zurückgelegten Laufleistung des Reifens umfassen. Moderne Transponder bestehen aus einem Elektronikbauteil bzw. -Chip, in dem Sensorelemente angeordnet sein können sowie aus einer an dieses Elektronikbauteil angeschlossenen Antenne.
Ein Nachteil von Transpondern mit einer Dipolantenne besteht darin, dass die Antennenteile häufig in der Verbindungsstelle zum Transponder-Chip abbrechen. Der gesamte Transponder ist im Betriebszustand des Reifens hohen Belastungen ausgesetzt, die insbesondere durch die periodisch auftretende Walkung des Reifens verursacht werden. Die Deformationen des Reifens können u. a. eine Biege-Wechsel-Beanspruchung zur Folge haben, die schließlich zur Beschädigung des Transponders in der Verbindungsstelle zwischen Transponder-Chip und daran angeschlossenen Antennenteil führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transponder zum Einbau in einen Reifen zu schaffen, der eine hohe Dauerfestigkeit aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 dadurch, dass mindestens ein Antennenteil im Anbindungsbereich an den Transponder-Chip eine kleinere Federkonstante in Richtung der Längserstreckung des Transponders besitzt als im restlichen Bereich des Antennenteiles. Ferner wird die Aufgabe gemäß dem nebengeordneten Anspruch 11 gelöst.
Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass die kleinere Federkonstante im Anbindungsbereich wie eine weiche Federung zwischen Transponder-Chip und daran angeschlossenen Antennenteil wirkt, wodurch die in der Verbindungsstelle auftretenden Spannungszustände erheblich reduziert werden. Die weiche Federung bewirkt eine Spannungsabsorption im Anbindungsbereich des Antennenteiles, so dass eine bedeutend kleinere mechanische Spannung auf die Verbindungsstelle übertragen wird. Auf diese Weise wird die Dauerfestigkeit der sensiblen Verbindungsstelle zwischen Transponder-Chip und daran angeschlossenen Antennenteil bedeutend gesteigert. Der Transponder hält dadurch höheren Kraftbelastungen und einer wesentlich höheren Anzahl von Belastungszyklen stand, ohne dass es zu einer Schädigung des Transponders kommt. Durch die erfindungsgemäße weiche Federung wird ebenfalls die Dauer-Biege-Wechselfestigkeit senkrecht zur Ausbreitungsebene des Transponders gesteigert, die ebenfalls im Betriebszustand des Reifens die Lebensdauer des Transponders herabsetzt. Zur Entlastung der Verbindungsstelle zwischen Transponder-Chip und Antennenteil ist es ausreichend, nur den Anbindungsbereich des Antennenteiles weich zu federn. Der restliche Bereich des Antennenteiles kann hingegen eine relativ harte Federung mit einer großen Federkonstante aufweisen, wodurch beispielsweise Antennenmaterial eingespart wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Federkonstante im Anbindungsbereich von mindestens einem Antennenteil kleiner als 1500 N/m, vorzugsweise kleiner als 750 N/m, ist. Versuchsreihen haben gezeigt, dass die Federkonstante des Antennenteiles kleiner als der angegebene Wert sein sollte, um eine ausreichende Dauerfestigkeit zu gewährleisten.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die relative Anzahl von Antennenwindungen pro Längeneinheit in Längserstreckung eines Antennenteiles im Anbindungsbereich an den Transponder-Chip größer ist als im restlichen Bereich des Antennenteiles. Diese Art der weichen Federung lässt sich insbesondere einfach herstellen, wobei gleichzeitig eine sehr niedrige Federkonstante eingestellt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Antennenteil im Anbindungsbereich den Transponder-Chip spiralförmig umschlingt. Eine solche Anbindungsart ist einfach in der Realisierung und reduziert ebenfalls die in der Verbindungsstelle auftretenden Spannungen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Breitenerstreckung der Antennenwindungen von mindestens einem Antennenteil im Anbindungsbereich an den Transponder-Chip größer ist als im restlichen Antennenteil. Auf diese Weise lässt sich die Federkonstante im Anbindungsbereich des Antennenteiles weiter reduzieren, so dass diese gegenüber dem restlichen Antennenteil noch kleiner ist.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Endung ist vorgesehen, dass die Verbindungsstelle zwischen mindestens einem Antennenteil und dem Transponder-Chip in ein Epoxidharz eingebettet ist. Das Epoxidharz schützt die Verbindungsstelle zusätzlich vor einer thermischen und mechanischen Beanspruchung.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Oberfläche des Reifens ein elektromagnetisch wirksames Medium angeordnet ist. Mit der speziellen Anordnung des elektromagnetischen Mediums kann eine Abstimmung des Transponders im Reifen mit dem Empfangsgerät durchgeführt werden, so dass der Transponder eine sehr hohe Übertragungsreichweite erhält.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektromagnetisch wirksame Medium in Form eines Flickens im oder auf der Oberfläche des Reifens angeordnet ist. Mit dem Flicken lässt sich das elektromagnetische Medium auf einfache Art und Weise im Reifen applizieren.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Flicken Metallpartikel oder Metallfolien aufweist. Metallpartikel oder -folien besitzen eine hohe reflektierende Wirkung, wodurch der Flicken nur mit einem geringen Anteil von diesen Metallteilen versetzt werden muss.
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 Ausführungsbeispiel 1 eines erfindungsgemäßen Transponders,
2 Ausführungsbeispiel 2 eines erfindungsgemäßen Transponders, bei der die Breitenerstreckung der Antennenteile im Anbindungsbereich größer ist als im restlichen Bereich,
3 Ausführungsbeispiel 3 eines erfindungsgemäßen Tranponders, das eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles 2 darstellt,
4 Ausführungsbeispiel 4 eines erfindungsgemäßen Transponders, bei der die Antennenteile den Transponder-Chip spiralförmig umschließen,
5 Ausführungsbeispiel 5 eines erfindungsgemäßen Transponders, das eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles 4 darstellt und
6 Ausführungsbeispiel 6 eines erfindungsgemäßen Transponders mit Antennenteilen mit einer Federkonstante von kleiner als 1500 N/m.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel 1 eines erfindungsgemäßen Transponders 1. Die wesentlichen Bestandteile des Transponders 1 sind die Dipolantenne mit den beiden linken und rechten Antennenteilen 2 und 3 sowie dem Transponder-Chip 6. Der Transponder 1 ist im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Mitte des Transponder-Chips aufgebaut. Die Antennenlänge L eines Antennenteiles 2 oder 3 beträgt etwa 50 mm, wobei die Längserstreckung des Transponders mit der angezeigten Richtung der Länge L übereinstimmt. Das Antennenteil 2 ist über die Verbindungsstelle 4 mit dem Transponder- Chip 6 verlötet. Der für den Erfindungsgegenstand wesentliche Anbindungsbereich 11 schließt sich direkt an die Verbindungsstelle 4 an und erstreckt sich über einen Längenbereich zwischen 10 und 20 mm. Beide Antennenteile weisen eine wellenförmige Kontur mit mehreren Antennenwindungen 5 auf. Die relative Anzahl der Antennenwindungen 5 im Anbindungsbereich 11 ist pro Längeneinheit größer als im restlichen Bereich 12 des Antennenteiles 2. Dieser Umstand ist darauf zurückzuführen, dass die Antennenwindungen im Anbindungsbereich 11 dichter aneinander gereiht sind. Durch die engere Zusammenführung der Antennenwindungen 5 wird im Anbindungsbereich eine erheblich kleinere Federkonstante als im restlichen Bereich des Antennenteiles 2 erreicht. Die kleinere Federkonstante im Anbindungsbereich 11 hat eine Absorption der im Anbindungsbereich 11 auftretenden Spannungen zur Folge, wodurch auf die Verbindungsstelle 4 nur eine geringe mechanische Beanspruchung übertragen wird und diese damit eine wesentlich höhere Dauerfestigkeit aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird somit die weiche Federung 9 zwischen dem Transponder-Chip 6 und dem Antennenteil 2 über ein enges Aneinanderreihen der Antennenwindungen 5 erreicht. Da die Schwachstelle des Transponders 1 jeweils die Verbindungsstelle 4 oder 7 sind, ist es ausreichend, nur den Anbindungsbereich 11 mit der geringeren Federkonstante auszuführen und den restlichen Bereich 12 des Antennenteiles mit einer vergleichsweise höheren Federkonstante zu versehen. Die Federkonstante berechnet sich aus dem Quotienten aus einer einwirkenden Kraft in Richtung der Längserstreckung des Antennenteiles 2 und der dadurch verursachten Verformungslänge. Versuchsreihen haben ergeben, dass die Federkonstante eines Antennenteiles kleiner als 1500 N/m – vorzugsweise kleiner als 750 N/m – sein sollte, um eine hohe Dauerfestigkeit in den Verbindungsstellen 4 und 7 zu erreichen. Bei den Versuchsreihen bestand das Antennenmaterial aus Stahl und der Durchmesser der Antennenteile betrug 0,5 mm. Die Verbindungsstellen 4 und 7 können zusätzlich in ein Epoxidharz eingebettet sein, um dadurch die Dauerfestigkeit an diesen Stellen zu erhöhen.
Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel 2, bei der die Breiterstreckung B eines Antennenteiles 2 im Anbindungsbereich 11 größer ist als im restlichen Bereich 12. Durch die größere Breitenerstreckung im Anbindungsbereich 11 wird die Federkonstante im Anbindungsbereich weiter reduziert. Diese Art der weichen Federung 9 des Antennenteiles an den Transponder-Chip 6 reduziert die Spannungsbeanspruchung in der Verbindungsstelle 4 oder 7.
In der 3 ist eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles 2 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Antennenwindungen 8 zusätzlich in Richtung des Transponder-Chips 6 gebogen, wobei durch die dargestellte weiche Federung eine weitergehende Reduzierung der Federkonstante erreicht wird.
Die 4 zeigt ein weiteren Ausführungsbeispiel 4 des erfindungsgemäßen Transponders, bei dem die Antennenteile 2 sowie 3 den Transponder-Chip 6 im Anbindungsbereich umschlingen und dadurch eine weiche Federung 9 erzielt wird. Durch die Umschlingung wird ebenfalls eine weiche Anbindung der Antennenteile 2 und 3 an die Verbindungsstellen 4 und 7 erzielt, wodurch der entsprechende Anbindungsbereich eine geringere Federkonstante aufweist als im restlichen Bereich des jeweiligen Antennenteiles.
In der 5 ist eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles 4 dargestellt, bei der die Antennenteile 2 und 3 den Transponder-Chip im Anbindungsbereich jeweils vollständig spiralförmig umschlingen. Die weitergehende Umschlingung der Antennenteile 2 und 3 bewirkt einen noch weicheren Übergang zu den Verbindungsstellen 4 und 7.
Die 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transponders, bei dem die Antennenteile 2 und 3 über die gesamte Antennenlänge L in Form von dicht aneinander gereihten Windungen 5 ausgeführt ist. Die eng aneinander gereihten Windungen 5 bewirken eine weiche Anbindung an den Transponder-Chip 6, wobei die Antennenteile 2 und 3 eine relativ geringe Federsteifigkeit aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wesentlich, dass der Winkel α zwischen der Längserstreckung 13 des Transponders und der an den Umkehrpunkt 4 der Antennenwindungen 5 angelegte Steigungstangente 15 größer als 45° ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel α annähernd 90°.
Die 7 zeigt mögliche Einbaupositionen des Transponders 1 im Reifen 10. Ferner ist in der 7 die Applizierung von elektromagnetisch wirksamen Medien in Form von im Reifen angeordneten Flicken 11 dargestellt. Der Transponder 1 kann an unterschiedlichen Positionen im Reifen 10 angeordnet werden, sowohl direkt auf der Reifeninnenseite als auch zwischen einzelnen Reifenmateriallagen, beispielsweise im Bereich der Reifenseitenwand. Der Flicken 11 enthält elektromagnetisch wirksame Medien und kann bezogen auf die Transponderposition ebenfalls an verschiedenen Stellen im Reifen positioniert werden. Im Hinblick auf eine in der Figur nicht dargestellte Transponderlesevorrichtung kann ein solcher Flicken 11 sowohl vor als auch hinter dem Transponder angeordnet werden. Durch eine entsprechende Materialauswahl wird die Dielektrizitätskonstante des Flickens so eingestellt, dass der im Reifen angeordnete Transponder eine möglichst hohe Übertragungsreichweite erhält. Es ist jedoch auch denkbar, den Flicken 11 serienmäßig in jedem Reifen einzuvulkanisieren. Der Flicken 11 wird vorzugsweise erst nach der Reifenvulkanisation eingesetzt, um nachträglich die Übertragungsreichweite des Transponders anzupassen. Eine solche Anpassung kann beispielsweise erforderlich sein, wenn festgestellt wird, dass die Übertragungsreichweite des Transponders kleiner ist als der vorgegebene Sollwert. Der Flicken 11 kann sowohl über eine Kaltvulkanisation als auch durch eine Klebung mit dem Reifen verbunden werden. Ferner ist vorgesehen, dass der Flicken 11 Metallfolien, Metallpartikel oder sonstige Materialien enthält, die eine reflektierende Wirkung auf elektromagnetische Felder haben. Im Hinblick auf den Reflektionseffekt muss sich der Flicken nicht in direktem Kontakt mit dem Transponder befinden. Daher ist es ebenfalls denkbar, dass der Flicken bezogen auf den Transponder an der gegenüber liegenden Seitenwand angeordnet ist.

1: Transponder
2: linker Antennenteil der Dipolantenne
3: rechter Antennenteil der Dipolantenne
4: Verbindungsstelle zwischen Antennenteil und Transponder-Chip
5: Antennenwindung
6: Transponder-Chip
7: Verbindungsstelle
8: Antennenwindungen
9: Weiche Federung
10: Reifen
11: Flicken
12: Reifeninnenseite
13: Längserstreckung des Transponders
14: Umkerhpunkt der Antennenwindungen
15: Steigungstangente
B: Breitenerstreckung des Antennenteiles
L: Antennenlänge bei Luft als ausschließliches Übertragungsmedium
l₁: Anbindungsbereich des Antennenteiles zum Transponder-Chip
l₂: Restlicher Bereich des Antennenteiles
α: Winkel bezogen auf die Steigungstangente

Claims

Transponder zum Einbau in oder auf die Oberfläche eines Reifens, wobei der Transponder einen Transponder-Chip mit einer daran angebundenen Dipolantenne aus zwei Antennenteilen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Antennenteil (2,3) im Anbindungsbereich (11) an den Transponder-Chip (6) eine kleinere Federkonstante in Richtung der Längserstreckung (L) des Transponders (1) besitzt als im restlichen Bereich (12) des Antennenteiles (2,3).
Reifen mit Transponder, der auf der Oberfläche oder im Reifen angeordnet ist, wobei der Transponder einen Transponder-Chip mit einer daran angebundenen Dipolantenne aus zwei Antennenteilen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Antennenteil (2,3) im Anbindungsbereich (11) an den Transponder-Chip (6) eine kleinere Federkonstante in Richtung der Längserstreckung des Transponders (1) besitzt als im restlichen Bereich (12) des Antennenteiles.
Transponder oder Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante im Anbindungsbereich (11) von mindestens einem Antennenteil (2,3) kleiner als 1500 N/m, vorzugsweise kleiner als 750 N/m, ist.
Transponder oder Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Anzahl von Antennenwindungen (5) pro Längeneinheit in Längserstreckung eines Antennenteiles (2,3) im Anbindungsbereich (11) an den Transponder-Chip (6) größer ist als im restlichen Bereich (12) des Antennenteiles.
Transponder oder Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Antennenteil (2,3) im Anbindungsbereich den Transponder-Chip (6) spiralförmig umschlingt.
Transponder oder Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitenerstreckung (B) der Antennenwindungen (8) von mindestens einem Antennenteil im Anbindungsbereich (L1) an den Transponder-Chip (6) größer ist als im restlichen Antennenteil.
Transponder oder Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstelle (4,7) zwischen mindestens einem Antennenteil (2,3) und dem Transponder-Chip (6) in ein Epoxidharz eingebettet ist.
Transponder oder Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Reifens (10) ein elektromagnetisch wirksames Medium angeordnet ist.
Transponder oder Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetisch wirksame Medium in Form eines Flickens (11) im oder auf der Oberfläche des Reifens (10) angeordnet ist.
Transponder oder Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Flicken (11) Metallpartikel oder Metalfolien aufweist.
Transponder zum Einbau in oder auf die Oberfläche eines Reifens, wobei der Transponder einen Transponder-Chip mit einer daran angebundenen Dipolantenne aus zwei Antennenteilen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Winkel (α) zwischen der Längserstreckung (13) des Transponders (1) und der an den Umkehrpunkt (14) der Antennenwindungen (5) angelegte Steigungstangente (15) größer als 45° ist.