Wie kommunizieren Produkte?

In Industrie-4.0-Prozessen werden Produkte „intelligent“: Sie kommunizieren zum Beispiel mit der Produktionsanlage. Dieser Informationsaustausch findet automatisch und berührungslos durch spezielle Sender-Empfänger-Systeme statt: Man nennt diese RFIDs. 

RFID ist die Abkürzung für Englisch „radio-frequency identification“, also „Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen“. Ein RFID-System umfasst

  • einen Transponder („Tag“, umgangssprachlich auch: „Funketikett“), der Informationen in Form elektromagnetischer Wellen aussendet, und
  • ein Lesegerät, das den auf dem Transponder gespeicherten Code ausliest und weitergibt. Das Lesegerät ist mit einer Antenne gekoppelt.

Die gezeigten Innovationen in der RFID-Technologie wurden unter Federführung des Fraunhofer Instituts für Integrierte Schaltungen (IIS) in Nürnberg entwickelt.

Vielseitige Verwendbarkeit von RFID-Tags

  • Eine kleine Antenne ist Schlüsselkomponente jedes RFID-Tags.
  • Ein innovatives Antennendesign ermöglicht einen wesentlich verkleinerten Transponder.
  • Das grundsätzliche Herstellungsverfahren wird beibehalten; gleichzeitig wird der Einsatz bei kleinen Bauteilen machbar.
  • Mittlerweile wurden Transponder entwickelt, die Drücken von bis zu 10 Bar und Temperaturen von bis zu 180 °C widerstehen können.
  • Es gelang, RFID-Tags in elektrisch leitfähige Verbundwerkstoffe zu integrieren, ohne dass die Antennenfunktion durch die Werkstoffeigenschaften wesentlich beeinträchtigt wurde.

Multibeam-Antenne zum Einsatz in der Logistik

„Multibeam“ (englisch „Mehrfachstrahl“) bedeutet, dass die zu erfassenden Objekte mit einem ganzen Bündel von „Keulen“ abgetastet werden. Bei der 3-D-Multibeam-Antenne sind es gleich neun Keulenbündel im Ultrahochfrequenzbereich (860–960 MHz). Mit ihrer Hilfe können die Tags vieler Objekte gleichzeitig und unmittelbar ausgelesen werden. Das ermöglicht es zum Beispiel, das Beladen einer Europalette in Echtzeit zu erfassen.

Vorteile des Multibeam-Systems

  • Gezielte Erfassung: Die Antenne verfügt über bis zu neun Beams (Ausleuchtbereiche oder „Keulen“), diese lassen sich entsprechend der Position der zu erkennenden Objekte ausrichten. Durch Anpassung der Beams wird die Lesesicherheit erhöht, dabei können auch Bewegungen von Transpondern erkannt werden.
  • Maximale Lesesicherheit: Der Sichtbereich der Antenne ist durch flexible Ausleuchtbereiche vergrößert, die Antenne besitzt eine hohe Schaltgeschwindigkeit. Dadurch erfolgt ein nahezu simultanes Auslesen großer Transpondermengen. Auch unter erschwerten Bedingungen ist eine zuverlässige Erfassung möglich, beispielsweise bei der Identifikation metallischer oder verdeckter Objekte oder großer Warenmengen.
  • Richtungs- und Positionsbestimmung: Richtungsinformationen und -änderungen können erfasst werden. Beim Einsatz an Lagertoren kann zwischen Wareneingang und -ausgang sowie zwischen bewegten und stehenden Objekten unterschieden werden. Durch 3-D-Erfassung kann die genaue Position von Objekten ermittelt werden.
  • Standardisierung und Kompatibilität: Die Antenne nutzt den standardisierten RFID-Frequenzbereich von 860 bis 960 MHz. Sie ist weltweit und unabhängig vom Lesegerät einsetzbar. Die Integration in bestehende Identifikationssysteme ist möglich. Durch ihre umfassende Kompatibilität sorgt sie für einen Vorsprung in der globalen Logistik.

Spezialanwendungen für RFID-Transponder

Das Anbringen von RFID-Transpondern direkt am Werkstück war bei Verbundwerkstoffen und metallischen Werkstücken bisher teilweise ein Problem. In einem Konsortium mit mehreren Partnern hat das Fraunhofer IIS daher zuverlässige Transponder entwickelt, die auch in leitfähigen und physikalisch stark beanspruchten Teilen einwandfrei funktionieren. So können RFID-Tags jetzt beispielsweise auch in Flugzeugelemente integriert werden, die intensiv belastet werden.

Beispiel Luftfahrt

  • Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen durchlaufen während ihrer Fertigung einen komplexen Prozess.
  • Viele dieser Prozessschritte würden herkömmliche Transponder zu stark beanspruchen.
  • Besondere Belastungen entstehen bei Flugzeugteilen, bei gleichzeitig sehr hohen Anforderungen an Dokumentation und Überwachung des Fertigungsprozesses.
  • Die Stärken des neuen Verfahrens kommen hier voll zum Tragen: Indem Teile aus Glas- und Kohlefaserverbundwerkstoff jetzt auch mit RFID-Tags versehen werden, können nun Fertigungsschritte eingegeben, gespeichert und ausgelesen sowie der Fertigungsprozess optimiert werden.