DE29720031U1 - Sende- und Empfangsantenne zum Senden und/oder Empfangen von Signalen bestimmter Frequenz von einem Transponder - Google Patents

Description

zum Empfangen von Signalen bestimmter Frequenz

von einem Transponder

Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsantenne zum Senden von Signalen an und/oder zum Empfang von Signalen bestimmter Frequenz von einem Transponder mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Transponder im Sinne der Erfindung sind kontakt- und berührungslos auszulesende Kennzeichnungselemente, die mit einem Langwellenimpuls aktiviert werden und mit der Aktivierungsenergie eingespeicherte Kennummern zurücksenden. Eine Energiequelle ist in passiven Transponder nicht integriert. Es gibt ferner auch sog. Schreib-Lese-Transponder, in denen anwenderspezifische Informationen gespeichert werden können, die mittels einer Sendeantenne an die Empfangsantenne des Transponders übertragen werden. Solche Transponder können auch an einer Stromversorgung angeschlossen sein. Die Betriebsfrequenzen für das Senden und Empfangen von Signalen von Transpondern liegt üblicherweise im Langwellenbereich, z. B. bei einer Frequenz von 134 kHz. Die in den Sende-/Empfangsgeräten verwendeten oder hiermit verbundenen Sende-/Empfangs-Antennen weisen z. B. eine Länge von ca. 12 cm und einen Außendurchmesser von ca. 20 mm auf. Diese Antennen sind mit dem Sende-/Empfangsgerät verbunden, welches - wie aus der DE 295 14 746.6 Ul bekannt - auch ein Gerät sein kann, das tragbar ist und z. B. mit einem Bündelfunknetzgerät verbindbar ist.

Ein solches Handfunkgerät wird an dem Transponder vorbeigeführt. Dieses wird durch ein Signal aktiviert und die

Speicherzustände werden ausgelesen und zur Auswertung an ein Auswertegerät, z. B. einem Rechner, übertragen. Bei anderen aktiven Transpondern können auch neue Daten an diesen übertragen und eingelesen werden. In der genannten Gebrauchsmusterschrift werden die Transponder in einem Überwachungssystem eingesetzt, d.h. sie sind z. B. in einer Gebäudewand eingesetzt und werden von einer Wachdienstperson zu bestimmten Zeiten abgegangen. Der Transponder registriert gemeinsam mit dem Auswerte- bzw. Meßgerät, das mit der Antenne verbunden ist, die Abfragezyklen und bestätigt diese dem Empfangsgerät für eine statistische Auswertung. Es erfolgt somit ein Datenaustausch.

Transponder werden darüber hinaus überwiegend auch in der Fertigung von verschiedensten Elementen und in Verbindung mit Transportbehältern eingesetzt und dienen zur Steuerung der Transportwege sowie der Erfassung von Bewegungsdaten. Sie werden dabei sowohl in trockener als auch in nasser Umgebung, z. B. in Fertigungsanlagen eingesetzt.

Um bei nicht an einer Stromquelle angeschlossenen Transpondern sowohl die Betriebsenergie zum Transponder zu senden als auch die vom Transponder stammende Datensendung zu empfangen, werden spezielle, für diesen Anwendungsfall ausgelegte Antennen benötigt. Bisher bekannte Antennen hierfür sind vergleichsweise groß, z. B. weisen sie einen Außendurchmesser von ca. 10 bis ca. 20 mm auf und eine Länge von ca. 100 mm bis 140 mm. Die Antennengehäuse sind in der Regel aus aufwendigen Kunststoffteilen zusammengesetzt und mit Verschraubung abgedichtet. Die absolute Dichtigkeit ist dabei nur schwer herzustellen, so daß von einem direkten Einsatz dieser Antennen in Naßprozessen abgesehen wird. Dies und die großen Abmessungen der Antennen erschweren bzw. verhindern die Verwendung an schwer zugänglichen Lesestellen oder wo punktgenaues Auslesen der Transponder erforderlich ist.

Ausgehend von der dargestellten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sende- und Empfangsantenne anzugeben, die besonders klein ist, ein punktgenaues Auslesen ermöglicht, kleine Ladeenergien erzeugt, weniger Störfelder aufweist und auch an schwierigen Lesestellen einsetzbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch Ausgestaltung einer Sende- und Empfangsantenne der gattungsgemäßen Art durch Auslegung und Einhalten der Dxmensionierungsangaben im Schutzanspruch 1. Um darüber hinaus die Antenne auch in Naßprozessen und Naßbereichen einsetzen zu können, ist gemäß Anspruch 2 diese von einer wasserdichten Schutzhülle umgeben. Weitere vorteilhafte Ausbildungsformen der Antenne und ihrer Anschlüsse sind in den Unteransprüchen selbsterklärend angegeben.

Das besondere an der Antenne gemäß der Erfindung ist die extrem kleine Bauart. Die Ummantelung mit verschweißtem, Chemikalien-beständigem Kunststoff ermöglicht die Verwendung auch in Naßbereichen oder sonstigen chemischen Prozessen, in denen Transponder zur Warenidentifizierung und zu sonstigen Zwecken eingesetzt werden. Die Integration einer Funktionsanzeige in der Antennenspitze ist ferner dem Uberwachungsprozeß förderlich, da sofort angezeigt wird, ob die Antenne sich in Betriebszustand befindet oder nicht.

Durch die Miniaturbauform ist es möglich, die Antenne an Stellen anzubringen, die den Transonder möglichst nahe sind, ohne dabei durch ihre Größe zu stören. So kann der Abstand zu den Transpondern z. B. ca. 7 cm betragen. Durch die aufgrund der Miniaturbauform ermöglichte gezielte Anbringung von Antennen ist es möglich, mit kleinen Ladeenergien zu arbeiten, für den Fall, daß der Transponder auf die Zuführung der Betriebsenergie zum Auslesen angewiesen ist. Dies hat den Vorteil, daß weniger Störungen in anderen Antennen oder elektronischen

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Komponenten verursacht werden. Durch eine sehr enge Verdrillung der Anschlußleitung der Antenne ist diese nahezu unempfindlich gegen EMV-Störungen, ohne daß zusätzliche Abschirmmaßnahmen getroffen werden müssen. Durch die hermetisch dichte Ummantelung mit einem chemikalien-resistenten Kunststoff ist zum einen eine einfache und unkomplizierte Handhabung der Antenne gegeben, zum anderen kann diese auch in nassen chemischen Prozessen oder in Prozessen mit extremen Anforderungen an Reinheit und Partikelfreiheit eingesetzt werden, z. B. in Prozessen bei der Herstellung von Halbleitern. Für diese Anwendung ist es zweckdienlich, die Ummantelung aus PFA-Material oder aus einem anderen Fluorpolymer (Teflon-Derivat) herzustellen. In einfachster Ausführung besteht diee Umhüllung aus einen Schlauch, der aufgezogen, an der Spitze verschweißt und hinter dem Ferritkern z. B. durch Schmelzer impung zusammengedrückt bzw. halsförmig verjüngt wird. Hierdurch ist der Antenneneinsatzfixiert und kann sich nicht verscheieben. Die in miniaturisierter Bauweise konzipierte Antenne gewährleistet durch die Verwendung des Ferritkerns, daß genügend Ladeenergie an den Transponder abgestrahlt wird sowie die Datensendung ausreichend stark empfangen wird. Der Antenneneinsatz einschließlich der Wicklung hat einen so kleinen Durchmesser (zweckmäßiger Weise kleiner als 4-5 mm) , daß er problemlos in einem stirnseitig dicht verschlossenen Kunststoffschlauch eingebracht werden kann. Auch der Außendurchmesser kann dadurch unter 7 mm klein bleiben, z. B. etwa 6 mm im Durchmesser oder 1/8".

Ist der Kunststoffschlauch thermoplastisch verformbar, &zgr;. B. durch Verwendung von PFA-Material, so läßt sich die Antennenspitze in einem Schmelzprozeß verschweißen, wodurch bei entsprechend geringem Aufwand absolute Dichtigkeit und höchste Reinheit möglich ist. Wird ein hoch- oder ultrareines PFA verwendet, so kann eine solche Antenne auch in der Halbleiterindustrie eingesetzt werden. Durch die Länge des Zuleitungskabels, das durchaus z. B.

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1 bis 5 Meter oder länger sein kann, kann der Meßort von dem Aufstellort des Sende-/Empfangsgerätes und/oder des Auswertegerätes, z. B. eines Computers, völlig getrennt sein. Die Antenne ist aber ebenso in mobilen Auslesegeräten einsetzbar, die von Fall zu Fall für die verschiedensten Transpondereinsätze eingesetzt werden können.

Die Anschlußleitung für die Antenne verläuft im weiteren Schlauch mit dieser auf voller Länge bis zum eigentlichen Lesegerät, so daß die Leitung vollständig geschützt ist. Damit der Antenneneinsatz in der Schlauchspitze fixiert bleibt, wird am einfachsten am unteren Ende des Antenneneinsatzes der Schlauchdurchmesser thermoplastisch am Schmelzcrimpung verjüngt. Dies wird durch einfaches Erhitzen und radialem Werkzeugdruck (Crimp-Werkzeug) erreicht .

Die Erfindung gestattet aber auch die integrierte Funktionsanzeige unmittelbar in die Antenne, was selbstverständlich voraussetzt, daß der verwendete Schlauch bzw. die Schutzhülle lichtdurchlässig ist. Am einfachsten wird die Anzeige durch Verwendung einer LED realisiert, die in 3 mm oder Subminiatur-Bauform bekannt ist, und noch vor dem Antenneneinsatz in die Schlauchspitze eingebracht wird. Am einfachsten geschieht dies, wenn die LED zusammen mit dem Antenneneinsatz zu einer Einheit verbunden (verklebt) ist und dieser Antennen-LED-Einsatz als Ganzes in den Schlauch bzw. in die Schutzhülle eingeschoben wird bzw. der Schlauch bzw. die Schutzhülle über diese gezogen wird. Zur Ansteuerung und Versorgung der LED wird parallel zu den Antennenanschlußleitungen ein weiteres Leitungspaar gezogen, das ebenfalls durch den Schlauch verläuft.

Die Erfindung wird ergänzend anhand des in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Die Antenne 1 besteht im wesentlichen aus einem Ferritkern 2, der von einer Spule 8 umgeben ist und in einer Ausführung z. B. einen Durchmesser von ca. 1,7 mm aufweisen kann. Die Enden der Spule 8 sind an Antennnenzuleitungen angeschlossen, die im Inneren eines Schlauches 6 verlaufen und mit Ziffer 7 und 9 bezeichnet sind. Die beiden Leitungen 7 und 9 sind miteinander verdrillt und nahezu unempfindlich gegen EMV-Störungen, die von Frequenzumsetzern oder Servoantrieben oder anderen Störquellen herrühren können. Diese Verdrillungs-Technologie ist an sich bekannt. Die Antennenanschlußleitungen können sogar über 5 Meter lang sein. Die eigentliche Antenne ist wie aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich - nur etwa 36 mm lang und weist einen Durchmesser von nur etwa 6,35 mm auf. Die auf dem Ferritkern 2 aufgewickelte Spule 8 ist von einem Schlauch, z. B. PFA-Schlauch, ummantelt, der z. B. eine Wandstärke von 1,19 mm in handelsüblicher Ausführung aufweist. Dieser PFA-Schlauch ist extrem chemikalien-beständig, so daß ein direkter Einsatz der Antenne in Naßprozessen möglich wird. Um die Dichtigkeit der Antenne gegen Feuchtigkeit zu überprüfen, kann diese mit einem Prüf druck mit bis zu ca. 8 bar überprüft werden.

In der Spitze 4 des Schlauches befindet sich eine LED-Anzeige 3, die über die angedeuteten Leitungen mit Strom versorgt wird, sobald die Antenne aktiv geschaltet wird. Auch diese Anzeige kann in dem Schlauch bzw. in der Schutzhülle eingeschweißt sein. Der überstehende Schlauch wird an der Spitze verschweißt. Bei Verwendung von PFA wird durch die aus der Zeichnung ersichtliche Formkonstruktion dabei eine Kristallationsneigung unterdrückt, so daß eine hohe Langzeitsicherheit gegeben ist.

Der Ferritkern 2 weist eine hohe Leistungsdichte für die Felderzeugung auf. Dadurch ist auch bei der kleinen Abmessung sichergestellt, daß hohe Ladungsenergie übertragen werden kann. Im unteren Bereich wird durch Schmelz-

Crimp-Technik eine Verjüngung 5 des Schlauches erreicht, wodurch der Antenneneinsatz fixiert ist. Im Inneren des Schlauches liegen die verdrillten Leitungen 7 und 9 bzw. die noch zusätzlich hinzutretende Leitung für die Ström-Versorgung der LED 3. Durch die miniaturisierte Bauform ist kein Abgleich erforderlich, so daß die Antenne ohne Modifikation oder Abgleich in Verbindung mit verschiedenen Geräten einsetzbar ist. Sie weist eine sehr geringe Empfindlichkeit gegenüber Metall auf, kann unkompliziert installiert und in Betrieb genommen werden, so daß ein einfaches Auswechseln von Gerät und.Antenne möglich ist, ohne einen erneuten Abgleich vornehmen zu müssen.

Darüber hinaus ist die Bauweise impedanz-unempfindlich.

Eine Steckverbindung in der Antennenleitung ist möglich. Eine nicht dargestellte einfache Schraub- oder Klemmverbindung anstatt einer niederohmigen und aufwendigen Lötösenverbindung ist möglich, ebenso ist eine sehr lange Antennenleitung (bis über 5 m), ohne wesentliche Einbußen einsetzbar.

Im praktischen Versuchseinsatz hat sich gezeigt, daß sehr geringe Empfindlichkeit auch gegenüber Einstreuung bei Verwendung in einem Kabelkanal oder -strang gegeben ist, was auf die enge Verdrillung der Anschlußleitung zurückzuführen ist. Die Leitung kann ohne Abgleich auf eine beliebige Länge gekürzt werden. Die Miniaturbauform verringert die Lesedistanz, so daß die Antenne gezielter plaziert werden kann. Dadurch ist ein punktgenaues Lesen möglich. Zugleich kann auch die Ladeenergie herabgesetzt werden, wodurch Störfelder reduziert werden. Schwierige Lesestellen werden erreichbar und sicherer. Die kleineren Antennenenergien minimieren darüber hinaus eine gegenseitige Beeinflussung bei Verwendug mehrerer Antennen in einem Transponder-Lesesystem. Eine Synchronisation der Lesegeräte untereinander wird weitgehend überflüssig. Alle diese Vorteile gewährleistet die Antenne durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung.

Claims (14)

Schutzansprüche

1. Sende- und Empfangsantenne zum Senden von Signalen an und/oder zum Empfang von Signalen bestimmter Frequenz von einem Transponder oder zum Auslesen von gespeicherten Informationen aus einem Speicher eines Transponders, mit einem Ferritkern und einer diesen umgebendenen Wicklung, dadurch gekennzeichnet,, daß der Ferritkern (2) ein Stabkern mit einem Durchmesser von ca. 3 mm bis ca. 7 mm und einer Länge von ca. 20 mm bis ca. 50 mm ist und daß auf dem Ferritkern (2) eine Spule (8) aufgewikkelt ist, deren Anschlußenden (7, 9) mit einem Sende- und/oder Empfangsgerät verbindbar sind.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie von einer wasserdichten Schutzhülle umgeben ist.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schutzhülle ein Kunststoffschlauch (6) ist, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser der Wicklungen der Spule angepaßt ist und den Ferritkern (2) beidseitig übersteht.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der umhüllende Schlauch (6) aus chemikalien-resistenten Kunststoff, z. B. aus PFA-Material oder aus einem Fluorpolymer, besteht.

5. Antenne nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schutzhülle bzw. der Schlauch (6) mindestens an der Spitze (4) verschlossen ist.

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6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das überstehende Ende durch Verschweißen oder Verkleben verschlossen ist.

7. Antenne nach einem der Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (6) bzw. die Schutzhülle am anderen Ende des Ferritkerns (2) durch Schmelzerimpung oder Schrumpfung verjüngt ist und daß durch diesen die Anschlußleitungen (7, 9) für die Antenne geführt sind.

8. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Verlängerung zum Ferritkern (2) in der Spitze (4) der Schutzhülle bzw. des Schlauches (6) ein Leuchtelement (3) vorgesehen ist, dessen Anschlüsse über gesonderte Leitungen an eine Stromversorgungsquelle des Sende-/Empfangsgeräts anschaltbar sind oder über die vorhandene Antennenleitung mit Gleichstrom versorgt werden, wobei das Leuchtelement leuchtet, wenn die Antenne Signale empfängt und/oder sendet und/oder aktiv geschaltet ist.

9. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanschlußleitungen (7, 9) in enger Verdrillung innerhalb eines Isolierschlauches bzw. der Verlängerung der Schutzhülle verlegt sind.

10. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtelement eine Leuchtdiode ist.

11. Antenne nach Anspruch 1 in Verbindung mit den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkern (2) einen Durchmesser von ca. 1,4 mm bis ca. 5 mm aufweist und daß die Leuchtdiode in einem Standardgehäuse von ca. 3 mm Durchmesser angeordnet ist.

12. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne mit kurzen Anschlußleitungen (7, 9) in einem beweglichen Sende-/Empfangsgerät, z. B. einem Lese-Schreib-Gerät oder anderen Auslesegeräten angeordnet ist.

13. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Antenne über ein längeres Antennenkabel mit sehr eng verdrillten Anschlußleitungen mit einem Sende-Empfangs-Gerät gekoppelt ist.

14. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Antenne (1) zum Auslesen gespeicherter Daten aus dem Speicher eines passiven Transponders die Betriebsenergie übertragbar ist.