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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum drahtlosen Identifizieren
sowie zur logistischen Verfolgung des Lebens- und Einsatzzyklus
von Reifen, insbesondere Kraftfahrzeug-Reifen mittels mindestens
einem Transponder- oder Smart-Label, welches im Reifen befindlich
ist, wobei im Halbleiterspeicher des Transponder-Labels bzw. des
dort befindlichen Chipmoduls Identifikationsdaten des Reifens zum Hersteller,
zur Verwendung, zur Lebensdauer oder dergleichen abgelegt sind,
weiterhin das Transponder-Label aus einem flachen, flexiblen Folienträger mit
einer umfangsseitig auf- oder eingebrachten Antennenspule sowie
einem mit der Antennenspule kontaktierten Halbleiter-Chipmodul besteht.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer
derartigen Anordnung zum drahtlosen Identifizieren von Reifen.
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Kontaktlos
arbeitende Transponder- oder Smart-Labels gehören zum Stand der Technik.
Derartige Einrichtungen weisen keinerlei elektrische Anschlüsse auf
und sind in der Lage, kontaktlos Daten mit ihrer Umgebung auszutauschen.
Hierfür
ist am oder im Smart-Label eine großflächige Spule aus mehreren Windungen
aufgebracht und ein Chipmodul vorhanden, welches die Datenkommunikation steuert.
Zum Betrieb eines Smart-Labels erzeugt ein Lesegerät in einer
dort vorhandenen Leiterschleife bzw. Spule mit mehreren Windungen
ein hochfrequentes Magnetfeld. Befindet sich die Leseantenne des
Smart-Labels in der Nähe
dieses Feldes, so wird durch das Feld des Lesegeräts eine
Spannung in der Spule erzeugt und gleichgerichtet, welche als Stromversorgung
für das
Smart-Label dient. Hierfür
wird in der Praxis labelseitig eine Induktivität parallel geschaltet, so dass
ein Parallelschwing kreis entsteht, dessen Resonanzfrequenz auf die
Sendefrequenz abgestimmt ist.
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Aus
der in der Smart-Label-Antennenspule induzierten Wechselspannung
wird dann zusätzlich für das Chipmodul
im Label ein Systemtakt abgeleitet, so dass befehlsorientiert dann
eine Übertragung von
im Label gespeicherten Informationen hin zum Lesegerät vorgenommen
werden kann. Die Datenübertragung
selbst kann bidirektional erfolgen.
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Gelangt
also ein Transponderlabel in die Reichweite einer Schreib-/Lesestation,
so wird bei den vorstehend beschriebenen passiven Transpondern zunächst der
Energiespeicher desselben aufgeladen. Im Anschluss sendet der Transponder
dann den Inhalt seines Datenspeichers an die Schreib-/Lesestation
und/oder erhält
von dieser neue Daten. Die Datensicherheit während der Übertragung ist durch ein entsprechendes
Datenprotokoll gegeben. Hierdurch ist es auch möglich, mehrere in Reichweite
der Schreib-/Lesestation befindliche Transponder auszulesen oder
zu beschreiben.
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Die
Reichweite der Datenübertragung
ist abhängig
von der Antennengröße des Transponders, der
Leistung der Schreib-/Lesestation und dem Transpondertyp. Gemäß der ISO-Norm
15693 sollen Eigenschaften von Transponder-Labels oder Chipkarten
kontaktloser Bauart mit einer Reichweite von bis zu einem Meter
definiert werden. In dieser Norm ist auch die einheitliche Sendefrequenz
für Funkanwendungen
kleiner Leistung von 13,56 MHz festgelegt.
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Aufgrund
der Tatsache, dass Transponder- bzw. Smart-Labels keine Sichtverbindung
zur Lesestation benötigen,
können
diese vielfältig
eingesetzt werden. Falls situationsbedingt Informationen neu eingebracht
oder verändert
werden müssen,
kann dies mit einem Transponder ohne weiteres vorgenommen werden.
Zum Zweck der Qualitätssicherung besteht
die Möglichkeit,
nach jedem Produktionsschritt eine eindeutige Identifikation im
Speicher des Transponders abzulegen. Dies ermöglicht auch eine nachträgliche Verfolgung
der Produktionswege, um z. B. Fehlerquellen innerhalb eines Produktions-
oder Verarbeitungsprozesses aufzufinden.
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Eine
bekannt gewordene Anwendung ist das Markieren von funktionswesentlichen
Elementen mit Transpondern, um diese im fertigen Produkt ohne Sichtkontakt
zu identifizieren, z. B. im Fall der Anwendung von Seiten-Airbags
in der Türverkleidung eines
Kraftfahrzeugs.
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Weitere
Anwendungen zielen auf das schnelle Sortieren von Gütern im
Logistik- und Lagerbereich, auf das Durchführen einfacher Inventuren sowie
der Verbesserung der Identifikation und Leitung von Gepäckstücken am
Flughafen, zur Warensicherung, Preisauszeichnung und so weiter.
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Durch
spezielle Beschichtungsmaßnahmen können Smart-Labels
auch in rauhen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden, was ebenfalls
erweiterte Anwendungsgebiete zu erschließen hilft.
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Die
Grundkonstruktion von Smart-Labels ist auf eine geringe Dicke ausgelegt,
wobei die Antenne im Regelfall aus einer Kupfer- oder Aluminiumfolie besteht,
welche auf eine dünne
Trägerfolie
auflaminiert wird. Die zur Anwendung kommenden Halbleiter-Chipmodule
werden nachträglich
abgedünnt,
um die Struktur des gesamten Labels möglichst flach ausführen zu
können.
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Der
Einsatz von Transponder- oder Smart-Labels zur Identifikation sowie
zur Verbesserung des Warenverkehrs zwischen einem Reifenhersteller
als Zulieferer und dem Finalproduzent eines Kraftfahrzeugs scheiterte
bisher daran, dass die auf der Innenseite von Reifen befestigten
Labels den Kraftauswirkungen beim Walken der Reifen ausgesetzt waren,
wobei die Walkkräfte
trotz verschiedenartiger Maßnahmen
letztendlich zu einer Zerstörung entweder
der Antennenspule oder aber auch der weiteren elektronischen Komponenten
des Transponders führten.
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Aus
dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung
zum drahtlosen Identifizieren sowie zur logistischen Verfolgung
des Lebens- und
Einsatzzyklus von Reifen, insbesondere Kraftfahrzeug-Reifen, mittels
mindestens einem Transponder- oder Smart-Label anzugeben, wobei die
Anordnung eine hohe Langlebigkeit des im Reifen befindlichen Transponders
bei gleichzeitig geringen zusätzlichen
Kosten gewährleisten
soll.
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Darüber hinaus
ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer
derartigen Anordnung zum drahtlosen Identifizieren sowie zur logistischen
Verfolgung des Lebens- und Einsatzzyklus von Reifen, insbesondere
Kraftfahrzeug-Reifen, zu schaffen, mit dessen Hilfe ohne wesentliche
Eingriffe bei der eigentlichen Reifenproduktion die gewünschte Langzeitstabilität und Langlebigkeit
der im Reifen befindlichen Transponder-Label-Anordnung sichergestellt
werden kann.
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Die
Lösung
der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Anordnung zum drahtlosen
Identifizieren sowie zur logistischen Verfolgung des Lebens- und
Einsatzzyklus von Reifen, insbesondere Kraftfahrzeug-Reifen gemäß der Merkmalskombination nach
Patentanspruch 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer
derartigen Anordnung nach der Lehre des Patentanspruchs 11, wobei
die Unteransprüche
mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und
Weiterbildungen darstellen.
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Demgemäß wird im
Unterschied zu bisher nur betriebsintern ausgeführten Anordnungen nunmehr die
Befestigung des Transponder-Labels nur punktförmig an der Innenseite des
Reifens vorgenommen.
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Hierfür wird bevorzugt
in der Flächenmitte oder
im Schwerpunkt des Transponder-Labels eine Ausnehmung, z. B. durch
Stanzen eingebracht. Ein Standard-Transponder-Label, welches mit
einer solchen Ausstanzung versehen ist, wird dann in das Reifenbett
eingelegt. Mit Hilfe einer Befestigungsflüssigkeit, z. B. Vulkanisierflüssigkeit,
wird dann durch die Stanzung im Transponder-Label hindurch eine Brücke ausgebildet,
die mit einem knopfartigen Halteelement nach oben abzuschließen ist.
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Durch
diese vorstehend kurz erläuterte
Befestigungsanordnung wird das Label von den Walkzonen des Reifens
getrennt, so dass die Antennenspule und das Chipmodul, die sich
in definierten Bereichen des Labels befinden, nicht mehr unmittelbar von
den Kräften,
insbesondere Kräften
aufgrund der Walkarbeit des Reifens, beeinflusst werden.
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Die
oberhalb der Befestigungsbrücke
vorgesehene, die Ausnehmung im Label überdeckende Haltefläche besitzt
bevorzugt eine Knopf- oder Pilzkopfform und kann aus einem Gummi-
oder gummiartigen Material bestehen.
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Auch
ist bevorzugt vorgesehen, dass die Befestigungsbrücke selbst
aus Gummi oder einem gummiartigen Material besteht.
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Wie
bereits angedeutet, ist das bevorzugt eingesetzte Transponder-Label
ein Standard-RFID-Label, welches eine zusätzliche Lochstanzung oder Ausnehmung
umfasst.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die punktförmige
Befestigung des Transponder-Labels an der Innenseite des Reifens
bei viereckiger Folienträgerstruktur
mit in einem Eckbereich der Struktur befindlichen Chipmodul bevorzugt
in diesem Eckbereich vorgesehen. Auch hier gewährleistet die punktförmige Befestigung,
dass Krafteinwirkungen zurückgehend
auf den typischen Einsatz eines Reifens nicht oder nur in geringem
Maße auf
das Transponder-Label und die dort befindlichen aktiven und passiven
elektronischen Komponenten einwirken können.
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Verfahrensseitig
wird zum Herstellen der Anordnung zum drahtlosen Identifizieren
sowie zur logistischen Verfolgung des Lebens- und Einsatzzyklus von
Reifen, insbesondere Kraftfahrzeug-Reifen, mittels mindestens einem
Transponder- oder Smart-Label zunächst in das Transponder-Label
eine Ausnehmung, bevorzugt durch Stanzen eingebracht.
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Im
Anschluss hieran wird das derartig mit einer Ausstanzung versehene
Transponder-Label in das Reifenbett eingelegt.
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Durch
die Stanzung hindurch wird zur Innenoberfläche des Reifens hin mittels
Kleber, Vulkanisierflüssigkeit
oder einem ähnlichen
Stoffschlussmittel eine Befestigungsbrücke erzeugt. Anschließend wird
an oder auf der freien Oberseite der Befestigungsbrücke eine
knopf- oder pilzkopfartige Haltefläche ausgebildet.
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Die
Haltefläche
kann durch Verformung der freien Oberseite oder des freien Endes
der Befestigungsbrücke
geformt oder stoffschlüssig
mit der vorerwähnten
freien Oberseite verbunden werden.
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Die
Befestigungsbrücke
sorgt bei einer bevorzugten Ausführungsform
dafür,
dass die zur Oberfläche
der Innenseite des Reifens hin gerichtete Seite des Transponder-Labels
mit diesem nicht stoffschlüssig
in Kontakt kommt, d.h. es ist nur durch die Befestigungsbrücke eine
Fixierung zur Reifeninnenoberfläche
gewährleistet.
Diese Entkoppelung stellt sicher, dass mechanische Bewegungen des
Reifens, z. B. aufgrund von Walkarbeit, nicht oder nur in einem geringen
Maße auf
das Smart-Label bzw. dessen empfindliche elektronische Bereiche übertragen
werden. Es ist also eine Relativbewegung zwischen den sich gegenüberstehenden
Flächen
möglich.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter
Zuhilfenahme von Figuren näher
erläutert
werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 Darstellungen
von Standard-RFID-Inlays in rechteckiger bzw. quadratischer Form
und
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2 eine
seitliche Schnittdarstellung durch einen Reifen sowie eine Draufsicht
auf den in der Schnittdarstellung gezeigten Abschnitt einer Reifeninnenseite
mit dort fixiertem Smart-Label.
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Bei
den Standard-RFID-Smart-Labels in Inlay-Form gemäß 1 ist auf
einem flächigen
Träger 1 im
Außenrandbereich
eine Antennenspule 2 aufgebracht.
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In
einem Eckbereich zwischen Antennenspulenenden ist ein Chipmodul 3,
z. B. durch Krimpen unter Zuhilfenahme eines Verdrahtungsträgers befestigt
und mit den Antennenspulen-Anschlussenden kontaktiert.
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In
der Mitte des Trägers 1 ist
eine Ausstanzung 4 vorgesehen.
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Die
beschriebene Anordnung stellt einen passiven Transponder dar, welcher
seine benötigte Energie
für die
Informationsübertragung
vollständig dem
elektromagnetischen Feld einer Schreib-/Lesestation, welches diese
aussendet, entnimmt.
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Gelangt
ein RFID-Smart-Label in die Reichweite einer solchen Schreib-/Lesestation,
so wird zunächst
ein dort auf dem Chipmodul befindlicher Energiespeicher aufgeladen.
Der Transponder sendet dann den Inhalt seines Datenspeichers an
die Schreib-/Lesestation und/oder erhält von dieser neue Daten. Die
Datensicherheit während
der Übertragung
ist durch ein entsprechendes Protokoll gewährleistet. Hierdurch ist es
auch möglich,
mehrere in Reichweite der Schreib-/Lesestation befindliche Transponder
auszulesen oder zu beschreiben.
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Die
Anordnung zum drahtlosen Identifizieren sowie zur logistischen Verfolgung
des Lebens- und Einsatzzyklus von Reifen, insbesondere Kraftfahrzeug-Reifen,
mit Hilfe eines Transponder- oder Smart-Labels nach 2 geht
von folgender Befestigungstechnik aus.
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Ein
Smart-Label bzw. Transponder 5 mit einer Ausstanzung 4 (siehe 1)
wird über
eine z. B. Vulkanisierlösung 6 mit
der Innenoberfläche
des Reifens 7 stoffschlüssig
verbunden.
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Zu
diesem Zweck wird die flüssige
Vulkanisierlösung 6 durch
die Stanzung 4 hindurch geleitet, wodurch eine Befestigungsbrücke entsteht.
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Diese
Befestigungsbrücke
wird mit einer Haltefläche 8 oberseitig
abgedeckt bzw. mit der Befestigungsbrücke verbunden, so dass das
Smart-Label 5 sicher fixiert ist.
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Durch
die vorstehend erläuterte
Art der Befestigung wird das Smart-Label von den wesentlichen Walkzonen
des Reifens getrennt. Insbesondere dadurch, dass eine Befestigung
punktförmig
nur mittig bezogen auf die Lauffläche des Reifens als auch unter
Rückgriff
auf die mittige Ausnehmung des Labels vorgenommen wird, ist der
Kräfteeintrag
mittels punktfömiger
Verbindung minimal.
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Es
ist aus der Darstellung nach 2 ersichtlich,
dass empfindliche Bereiche des Smart-Labels nicht mehr unmittelbar
oder direkt von Kräften, insbesondere
Kräften
aufgrund der Walkarbeit des Reifens, beeinflusst und in Mitleidenschaft
gezogen werden können.
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Lediglich
Beschleunigungskräfte
bei Rotation des Reifens wirken noch auf die passiven und aktiven
Komponenten des Smart-Labels, wobei sich das Label bei einer Rotation
des Reifens gegen die Innenseite des Reifens abstützt. Hierdurch
werden größere Verbiegungsstrecken,
die für
die Antennenspulen-Konfiguration
nachteilig sind, vermieden.
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Gemäß einem
weiteren, figürlich
nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht die Möglichkeit, das
Transponder-Label mit Druck- und/oder Temperatursensoren zu versehen,
um physikalische Parameter, insbesondere während des Betriebs bzw. des Einsatzes
des Reifens ermitteln zu können.
Der Einsatz eines drucksensitiven Transponders, beispielsweise im
Ventil eines Kraftfahrzeug-Rades kann entfallen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist es nicht notwendig, eine Ausnehmung im Transponder
auszubilden. Vielmehr wird der Transponder punktförmig über einen
doppelseitigen Klebstoffstreifen auf der Reifeninnenoberfläche befestigt. Die
Klebstoffe des Klebstoffstreifens sind jeweils so optimiert, dass
einerseits eine sehr günstige
Haftung bezogen auf das Trägermaterial
des Transponders und andererseits bezogen zur Reifeninnenoberfläche gegeben
ist.
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- 1
- folienartiger,
flächiger
Träger
- 2
- Antennenspule
- 3
- Chipmodul
- 4
- Ausstanzung
- 5
- Transponder-
bzw. Smart-Label
- 6
- stoffschlüssige Verbindungsmittel,
z. B. Vulkanisierlösung
- 7
- Reifen
- 8
- Haltefläche