| WO/2007/094266 | DISTANCE MEASURING SYSTEM |
| JP2011145128 | MEASUREMENT APPARATUS |
| WO/1992/009906 | ELECTRONIC DETECTION SYSTEM |
Werner, Leuck
Lothar-markus, Reitmayer
Thomas, Miller
Michael
Werner, Leuck
Lothar-markus, Reitmayer
Thomas, Miller
Michael
| 1. | Transponderanordnung mit einer auf einer elektrisch leitenden Fläche (M) angeordneten Transponderantenne mit einer oder mehreren Sende und EmpfangsAntennenspule, da¬ durch gekennzeichnet, daß Sende und Empfangsspulen so ausgerichtet sind, daß die Hauptmagnetfeldrichtungen mit der leitenden Fläche einen Winkel <45°, insbesondere <15° einschließen. |
| 2. | Transponderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spulen als flache Luftspulen ausgeführt sind, deren Spulenflächen senkrecht zu der leitenden Fla¬ che angeordnet sind. |
| 3. | Transponderanordnung nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenflächen mindestens einen geraden Randabschnitt aufweist und dieser auf der leiten¬ den Fläche verläuft. |
| 4. | Transponderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spulen als langgestreckte Spulen ausge¬ führt sind und die Spulenlängsachsen parallel zu der lei¬ tenden Fläche ausgerichtet sind. |
| 5. | Transponderanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spulen einen Ferritkern enthalten. |
| 6. | Transponderanordnung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponderan tenne durch ein Gehäuse aus nichtleitendem Material ge schützt ist. |
| 7. | Transponder mit einer auf einen Trägerkörper gewickel¬ ten Spulenanordnung mit einer Vielzahl von Spulenwindun¬ gen, wobei der Trägerkörper als flacher Körper mit im Ver gleich zu seinen Querabmessungen geringen Höhe ausgebildet ist und die Spulenwindungen einen Teil der Oberfläche des Trägerkörpers bedecken und so um den Trägerkörper gewic¬ kelt sind, daß die Längsachse der Spule parallel zur Kör¬ perebene des flachen Körpers ausgerichtet ist. |
| 8. | Transponder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragerkörper Befestigungseinrichtungen an nicht von den Spulenwicklungen bedeckten Teilen der Oberflache aufweist. |
| 9. | Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkorper einen in den Querabmessungen im we sentlichen rechteckigen Mittelteil aufweist und sich von diesem in Form von Befestigungslaschen als Befestigungs¬ einrichtungen fortsetzt. |
| 10. | Transponder nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen minde¬ stens einen Durchbruch durch den flachen Trägerkörper um¬ fassen. |
| 11. | Transponder nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung mehrere gleich ausgerichtete Teilspulen umfaßt. |
Transponderanordnung
Die Erfindung betrifft eine Transponderanordnung mit einem auf einer leitenden Fläche angeordneten Transponder.
Zur beruhrungslosen Abfrage von auf einem beweglichen Da¬ tenträger gespeicherten Informationen sind Transponder ge¬ eignet, die über elektromagnetische Wechselfeider Daten mit einem Abfragegerät austauschen können. Die Ankopplung an die elektromagnetischen Felder erfolgt zumindest auf
Transponderseite vorzugsweise über magnetische Dipolanten¬ nen, insbesondere Luftspulen oder Ferritantennen.
Aus der DE 40 39 690 AI ist beispielsweise eine Vorrich- tung zur Erkennung von Gegenstanden, insbesondere
Kraftfahrzeugen bekannt, bei welcher flache Antennen einer Abfragestation mit ihren Antennenflachen parallel zur Straßenoberflache in den Erdboden eingelassen sind. Auf Seiten der Abfrageeinrichtung ist die Sendeantenne als Doppelrahmen-Antenne, die Empfangsantenne als Einfachrah- πten ausgeführt. Die Orientierung von am Unterboden von Kraftfahrzeugen angeordneten Transponderantennen ist in der Weise auf die Orientierung der Abfrageantennen bzw. deren Feldverlauf eingerichtet, daß transponderseitig die als flache Spulen auf einen rechteckigen Quader gewickel¬ ten Spulen senkrecht aufeinanderstellende horizontale bzw. vertikale Antennenflachen aufweisen.
Neben Anwendungsfallen mit in weitgehend ungestörter Umgebung befindlichen, beispielsweise von Personen getra¬ genen Transpondem sind vor allem in der Automatisierungs¬ technik zur Objektidentifikation Transponderanordnungen auf elektrisch leitenden, insbesondere metallischen Fla¬ chen mit nicht einheitlicher Ausrichtung der Transponder bzw. Objekte bezuglich einer Abfrageeinrichtung von erheb¬ licher Bedeutung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorteilhafte Transponderanordnungen mit einer auf einer elektrisch leitenden Flache angeordneten Transponderεn- tenne sowie vorteilhafte Ausfuhrungen von Transpondem hierfür anzugeben.
Eine erfindungsgemäße Transponderanordnung ist im Pa- tentanspruch 1, ein Transponder in Anspruch 8 beschrie¬ ben. Die Unteranspruche enthalten vorteilhafte Ausgestal¬ tungen und Weiterbildungen.
Die Hauptmagnetfeldrichtung (Direktor) der Spulen ist in bekannter Weise bei flachen Spulen durch die Flachennor¬ male der Spulenfläche, bei langgestreckten Spulen durch die Langsachse der Spule gegeben.
Es zeigt sich, daß mit den erfindungsgemäßen Transpondera¬ nordnungen bei weitgehender Freiheit hinsichtlich der An¬ ordnung und Ausrichtung der Antennen des Abfragegeräts eine gute Feldkopplung und damit ein zuverlässiger Daten¬ austausch gewährleistet ist. Die Erfindung macht sich zu¬ nutze, daß ein von der Antenne des Abfragegeräts abge¬ strahltes Abfragesignal weitgehend unabhängig von der Ori¬ entierung der Sendeantenne des Abfragegeräts in der Nähe der elektrisch leitenden Oberflache eine nahezu verschwin¬ dende magnetische Feldkomponente in Richtung der Flächen¬ normalen und eine demgegenüber wesentlich größere magneti¬ sche Feldkomponente parallel zu der leitenden Flache auf¬ weist. Die erfindungsgemäßen Transponderanordnungen nutzen diese Feldeigenschaft durch ihre Ausrichtung bezuglich der leitenden Fläche und Anordnung auf dieser besonders vor¬ teilhaft aus. Die Ausrichtung gilt bei Aufteilung der Transponderantenne in mehrere Teilspulen, z.B. für Senden und Empfangen getrennt, für alle Teilspulen.
Die Erf indung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausfuh¬ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht . Dabei zeigt
FIG . 1 einen auf einer metall ischen Flache angeordneten Transponder mit Luftspule
FIG. 2 eine Transponderanordnung an einem
Trägerrohr
FIG.3A, 3B zwei Ansichten einer weiteren Transponderanordnung
FIG. 4 eine auf einer metallischen Fläche angeordnete Ferritantenne
FIG.5A,5B zwei Ansichten einer Transponderanordnung mit Ferritantenne
FIG. 6 eine bevorzugte Ausführung eines
Transponders mit einem Spulenabschnitt
FIG. 7 einen Transponder nach FIG. 6 mit
Befestigungseinrichtungen in Aufsicht
FIG. 8 einen Querschnitt durch den Transponder nach FIG. 7
FIG. 9 eine Transponderanordnung an einem Objekt
FIG. 1 zeigt in Schrägansicht eine Anordnung mit einem Transponder auf einer metallischen Flache M. Der Trans¬ ponder umfaßt in dem gezeigten Beispiel eine als flache Luftspule ausgeführte Antenne AI, die beispielsweise annä¬ hernd rechteckig gewickelt ist, sowie eine Transponde- relektronik E, die mit der Antenne über Zuleitungen Z elektrisch verbunden ist. Antenne AI und Elektronik E sind vorzugsweise auf einem gemeinsamen Tragerkorper T, der beispielsweise als flache Kunststoffkarte ausgeführt ist,
angeordnet oder in einen solchen eingebettet und dadurch mechanisch stabilisiert und geschützt und einfach handhab¬ bar. Die Antenne ist auf der metallischen Fläche M befe¬ stigt, z.B. durch Aufkleben des Trägerkörpers auf diese Fläche, wobei die von der Antenne AI aufgespannte Fläche mit der metallischen Fläche M einen Winkel wl von vorzugs¬ weise 90° einschließt. Der Winkel wl kann bei noch zufrie¬ denstellender Funktion der Anordnung auch Werte < 90° bis zu wl> 45° annehmen. Die senkrecht zur Antennenfläche ver- laufende Hauptmagnetfeldrichtung der Spule schließt dann mit der Fläche M einen Winkel von < 45° ein und verläuft vorzugsweise parallel zu dieser. Der Abstand zwischen der metallischen Fläche M und dem flächennächsten Abschnitt der Luftspule AI ist gering, vorzugsweise < 20mm. Ein sol- eher Abstand kann sich z.B. durch eine Beschichtung der metallischen Fläche, einen außerhalb der Spulenfläche lie¬ genden Randbereich des Trägerkörpers T, die Mittel zur Be¬ festigung der Spule bzw. des Trägerkörpers auf der Fläche usw. ergeben. Die Luftspule der Antenne AI weist bevorzug- terweise an der der metallischen Fläche zugewandten Seite eine dem Verlauf dieser Fläche angepaßte Kante, für eine ebene metallische Fläche also insbesondere einen parallel zu der Fläche verlaufenden geraden Randabschnitt auf.
FIG. 2 zeigt eine Transponderanordnung mit einem Träger¬ körper T der in FIG. 1 skizzierten Art, bei welcher ein Transponder an einer ebenen Fläche eines Metallrohrs R so befestigt ist, daß ein gerader Randabschnitt der Luftspule der Antenne AI im wesentlichen entlang der Mittellinie der Rohrfläche in geringem Abstand von dieser verlauft und die von der Luftspule aufgespannte Flache im wesentlichen senkrecht auf der Rohrfläche steht.
Für eine Metallkonstruktion wie in FIG. 2 mit einem von zwei Metallflachen 11A, 11B gebildeten Winkel ist in FIG. 3A in Blickrichtung parallel zur Spulenebene und in FIG. 3B in Blickrichtung senkrecht zur Spulenebene eine andere vorteilhafte Transponderanordnung abgebildet, bei welcher zwei Randabschnitte der Luftspule den beiden den Winkel bildenden Metallflächen parallel verlaufen und den Winkel nachbilden. Die von der Luftspule aufgespannte Flache steht im wesentlichen senkrecht auf beiden Metallflächen 11A, HB.
Eine erfindungsgemäße Anordnung für die Ausführung der Transponderantenne als langgestreckte Spule SL, insbeson- dere als Ferritspule, d.h. als langgestreckte Spule mit einem Ferritkern FK, ist in FIG. 4 in Schrägansicht skiz¬ ziert. Die Ferritspule A2 ist auf bzw. in geringem Abstand von der metallischen Flache M so angeordnet, daß die Langsachse D ( Direktor) der Spule parallel zu der metal- 1ischen Fläche M verläuft. Mit noch zufriedenstellender Funktion der Anordnung kann die Langsachse der Spule auch gegen die metallische Fläche geneigt sein und mit dieser eines spitzen Winkel < 45° einschließen. Die Ferritspule ist vorteilhafterweise von einem nicht eingezeichneten Tragerkorper gehalten, welcher zugleich auch Trager der Transponderelektronik sein kann.
Für eine Transponderanordnung mit einer Ferritspule nach FIG. 4 ist in FIG. 5A eine Seitenansicht mit Blickrichtung senkrecht und in FIG. 5B parallel zu Spulendirektor D skizziert. In den skizzierten Beispielen ist der Quer¬ schnitt der Spule annähernd kreisförmig. Vorteilhaft ist
bei einer langgestreckten Spule analog zur Flachspulenaus- fuhrung wiederum , wenn auf der der metallischen Fläche zu¬ gewandten Seite der langgestreckten Spule deren Umfangli¬ nie einen zu der Flache parallelen Abschnitt aufweist .
Der Signalaustausch zwischen dem Transponder und einem Ab¬ fragegerät erfolgt über ein magnetisches Wechsel feld , wo¬ bei die Antenne AI bzw. A2 als Sende- und Empfangsantenne der Transponderanordnung dient . Für Sende- und Empfangs- fall können dieselben oder ganz oder teilweise getrennte Teilspulen dienen . Für Senden und Empfang sind vorzugs¬ weise verschiedene Frequenzen vorgesehen , über das von der Sendeantenne des Abfragegeräts abgestrahlte Wechsel feld kann in an sich bekannter Weise auch die Leistung für den Betrieb des Transponders übertragen werden .
Die relative Ausrichtung von Transponderantenne und An¬ tenne des Abfragegeräts erfordert mindestens eine Position mit guter Feldkopplung . Bei Abfragesystemen mit Relativbe- wegung von Abfragegerät und Transponderanordnung ist dies in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ausrichtung der Transponderantennen und dem Feldeinfluß der metallischen Flache für fast beliebige relative Ausrichtungen gegeben , so daß für die Gestaltung der Systeme ein hohes Maß an Freiheit besteht .
Die für eine flache Spule und für eine langgestreckte Spule gegebenen Erläuterungen gelten analog für Spulen und Teilspulen kurzer Baulange .
Die FIG. 6 bis 9 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines Transponders für die Anordnung auf einer metalli¬ schen Flache.
Der in FIG. 6 skizzierte Transponder weist einen flachen Tragerkorper K mit im wesentlichen rechteckiger Bauform mit der Lange 1, der Breite b und der Dicke h auf. Die Dicke h des Tragerkorpers K ist vorteilhafterweise wesent¬ lich geringer als dessen Lange 1 und Breite b, h«l,b. Eine Spulenanordnung SP mit einer Vielzahl von Spulenwin¬ dungen ist so auf den Tragerkörper gewickelt, daß der Win¬ dungsverlauf im wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten (1) gerichtet ist und die Langsachse der Spule (Direktor, Hauptmagnetfeldrichtung bei Stromfluß durch die Spulenan- Ordnung) im wesentlichen parallel zu den Längsseiten ist. Von der Spulenanordnung SP ist nur ein Abschnitt einge¬ zeichnet. Vorzugsweise dehnt sich die Spulenanordnung im wesentlichen über die gesamte Lange des Tragerkorpers mit Ausnahme von Bereichen mit Befestigungseinrichtungen aus. Durch die geringe Dicke h des Tragerkorpers ergibt sich eine geringe Bauhohe der Spulenflache, so daß die gesamte Spulenflache in dem besonders wirkungsvollen Bereich nahe der metallischen Oberflache eines Objekts angeordnet wer¬ den kann, wenn der Transponder flach auf dieser Oberflache befestigt wird. Die Spulenanordnung kann eine einzige
Spule oder mehrere Teilspulen, z.B. für unterschiedliche Spulen oder Spulenkombinationen im Sende- und im Empfangs¬ betrieb umfassen. Die Hohe h des Tragerkorpers liegt vor¬ zugsweise im Bereich von 1 bis 5mm die Breite b vorzugs- weise im Bereich von 75 bis 80mm und die Lange 1 im Be¬ reich von 5-80mm.
Der Trägerkorper besteht vorzugsweise aus nichtleitendem Material , insbesondere Kunstoff und/ oder Ferrit . Das Tra- gerkorpermaterial kann auch ferromagnetisches Material um¬ fassen , wobei erforderlichenfalls Maßnahmen an sich be- kannter Art zur Unterdrückung von Wirbelströmen vorzusehen sind . Vorzugsweise ist der Trägerkörper aus mehreren Schichten, die eine Transponder-Elektronik-Baugruppe E (FIG . 2 , 3 ) ein- und umschließen, aufgebaut .
Für die Befestigung des Transponders auf einem Objekt, z . B. auf der Oberfläche eines metallischen Behälters wie in FIG . 4 skizziert sind Befestigungseinrichtungen am Tra¬ gerkörper des Transponders vorgesehen. Im Bereich der Be¬ festigungseinrichtungen ist der Trägerkörper nicht von der Spulenwicklung bedeckt. Die transponderseitigen Befesti¬ gungseinrichtungen können sowohl in mit objektseitigen Einrichtungen korrespondierender Form als auch vorzugs¬ weise in objektunabhängiger Form ausgeführt sein. Ein vor¬ teilhaftes Beispiel für die erstgenannte Form sind Durch- brüche (Bohrungen, Stanzungen, Aussparungen) im Trägerkor¬ per , die auf bereits auf der Oberfläche des zu bestücken¬ den Objekts vorhandenen Stiften oder dergleichen aufge¬ steckt und befestigt, z . B. vernietet werden . Die Durchbru¬ che können bereits wahrend des Herstellungsprozesses des Tragerkorpers erzeugt werden.
Für die objektunabhangige Form der Befestigungseinrichtun¬ gen sind vorteilhafterweise zur Verschweißung geeignete Metalldorne in den Trägerkorper integriert, z.B. eingegos- sen oder nachtraglich eingesetzt. Die Metalldorne erlauben eine schnelle und zuverlässige Befestigung durch Ver¬ schweißen mit der metallischen Flache des Objekts und kon-
nen hierfür auch einen eventuell vorhandenen nichtmetalli¬ schen Schutzuberzug der Metallflache des Objekts durch¬ dringen .
Die Anordnung der Befestigungseinrichtungen am Trägerkor¬ per erfolgt vorteilhafterweise in Randbereichen des Tra¬ gerkorpers , beispielsweise in Ecken eines im wesentlichen rechteckigen Tragerkorpers oder in an den spulentragenden Mittelteil des Tragerkorpers anschließenden Befestigungs- laschen.
Die FIG . 7 , 8 und 9 zeigen beispielhaft zwei verschiedene Arten von Befestigungseinrichtungen. In der linken Figu¬ renhälfte von FIG. 7 , 9 sind Metalldorne D in einem nicht mit der Spule SP bewickelten Randbereich des Trägerkörpers in diesen eingesetzt, z . B. eingegossen, deren aus dem Trä¬ gerkorper herausragende Spitze z . B. mittels Bolzen¬ schweißens mit einer metallischen Fläche M eines Obj ekts verschweißt wird . In der rechten Figurenhälfte ist die Ausführung der Befestigungseinrichtungen als Befesti¬ gungslasche L mit einem Durchbruch P dargestellt welcher über einen auf dem Objekt vorbereiteten Stift ST geschoben wird . Durch Abplatten , Umbiegen etc . des Stifts wird der Transponder auf dem Objekt fixiert . Mit E ist eine in den Trägerkorper eingebettete Transponder-Elektronik-Baugruppe bezeichnet . Die Spulenwicklungen sind in FIG . 4 der Über¬ sicht halber nur zum Teil eingezeichnet . Nicht eingezeich¬ net sind auch Kontaktelemente zum Anschluß der Spulenan¬ ordnung an die Elektronik-Baugruppe E .
Mehrere Bef estigungselemente an einem Transponder können gleichen oder unterschiedlichen Typs sein .
Der erfindungsgemäße Transponder ermöglicht mechanisch be¬ sonders unempfindliche Transponderanordnungen. Die Ver¬ schweißung über Metallelemente am Trägerkorper und/oder die Fortsetzung des Tragerkorpers in Form von Befesti¬ gungslaschen ermöglichen eine besonders einfache Befesti¬ gung auf dem Objekt.
Die im montierten Zustand dem Objekt abgewandte Fläche des Transponders ist vorzugsweise bedruckbar ausgeführt, z.B. durch eine über den Spulenwicklungen aufgebrachte weitere Schicht, die zugleich als Schutzschicht dient. Der Trans¬ ponder kann auch in ein offenes oder geschlossenes Gehäuse zur Befestigung und/oder zum Schutz eingesetzt sein. Bei Ausfuhrung der Spule als Luftspule kann diese in ein eine Aufnahmehulse aufweisendes Trägergehause eingesetzt sein.