DE102011100046A1

DE102011100046A1 - RFID-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102011100046A1
Application number: DE201110100046
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Hoermann KG Antriebstecknik
Current assignee: Hoermann KG Antriebstecknik
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine RFID-Vorrichtung (50) zur Erfassung von mit RFID gekennzeichneten Gegenständen (154) an einem Transportweg (2) für die Gegenstände (154) mit einer RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit (19) und einem an dem Transportweg anzuordnenden Metallbereich (4), wobei die RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit auf einer dem Transportweg abzuwendenden Seite des Metallbereichs (4) angeordnet ist und wobei der Metallbereich (4) mit einem Signaldurchlassbereich (112) zum Durchlassen von RFID-Signalen durch den Metallbereich (4) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine RFID-Vorrichtung, insbesondere zur Nutzung in der Logistik.
Viele Handelsunternehmen akzeptieren nur noch Warenanlieferungen, die mit RFID-Transpondern wie z. B. RFID-Chips gekennzeichnet sind. Dadurch kann man die gesamte Logistikkette vollständig automatisieren. Geht die Warenkennzeichnung über Barcodes, muss die Ware jedoch abgesetzt werden und der Barcode muss eingelesen werden. Bei RFID-Transpondern kann das Einlesen automatisch erfolgen.
Es ist beispielsweise bereits bekannt, RFID-Transponder zur Überwachung der Kühlkette einzusetzen.
Nun werden die meisten Warenlieferungen heutzutage immer noch über Paletten geliefert. Die RFID-Transponder befinden sich an der Palette.
Es ist wünschenswert, Transportwege, wie z. B. Ladestellen oder Ladedocks, oder Fahrwege zur Verteilung von Gütern innerhalb von Bauwerken oder auf einem Firmengelände, oder Transportbehälter wie z. B. Container oder dergleichen mit RFID-Antennen zu versehen, so dass das Passieren eines RFID-Transponder über diesen Transportweg oder in den bzw. aus dem Transportbehälter automatisch erfassbar ist. Dadurch kann man erfassen, über welchen Transportweg zu welcher Zeit welcher RFID-Chip eingegangen oder ausgegangen ist oder man kann den Inhalt eines Transportbehälters überwachen. Hierüber kann man beispielsweise eine Lieferung identifizieren. Auch kann man diese Information zum automatischen Verbuchen von Warenein- oder ausgängen sowie zur Transportüberwachung verwenden.
Eine umfassende Darstellung von RFID-Anwendungen in der Logistik sowie der hierzu eingesetzten Techniken findet sich z. B. in Lenzbauer, S. – RFID-Anwendungen in der Logistik, Diplomarbeit an der Wirtschaftuniversität Wien, Schriftenreihe des Instituts für Transportwirtschaft und Logistik, Nr. 2, (2007 LOG), veröffentlicht 2007 online via ePub, http://epub.wu-wien.ac.at, hier als Teil der Offenbarung beigefügt.
In der Logistik wie z. B. bei Ladestellen oder bei anderen Bauwerkszugängen oder im Bereich von Transportbehältern oder auf Schiffen, wo ein Warentransport stattfindet, sind die Fahrwege, Durchgänge oder Behälter oder Transportfahrzeuge oft rauen Betriebsbedingungen unterworfen. Beispielsweise fahren Transportfahrzeuge wie Lastkraftwagen bis in den Kontakt mit dem Bauwerk und mit der Bauwerkszugangsvorrichtung hinein. Beim Transport von Waren oder Gütern stoßen oft Transportfahrzeuge oder die Waren an Begrenzungen an. Container werden sehr eng gestapelt, so dass es zwangsweise zu Berührungen untereinander kommt. Die Transportmittel und die Transportwege sowie deren Begrenzungen müssen daher für hohe Belastungen ausgebildet sein; beispielsweise sollen auch voll beladene Flurförderfahrzeuge über die Durchgangswege fahren können. Waren werden zudem oft auf Paletten transportiert, die zum Teil tonnenschwer sind. Diesen Lasten müssen die Transportmittel und Transportwege stand halten.
Es ist daher wünschenswert, dass solche Transportmittel sowie Transportwegbegrenzungen sehr robust ausgebildet sind. In der Regel werden daher für die Herstellung solche Transportmittel und Transportwege Metalle, wie beispielsweise Stahlblech oder Stahlplatten, verwendet.
Andererseits soll an Transportmitteln oder Transportwegen eine möglichst genaue Erfassung von mit RFID-Transpondern gekennzeichneten Waren oder Gütern erfolgen. Daher werden im Bereich solcher Transportmittel und Transportwege aufwändig RFID-Sende- oder Empfangseinrichtungen installiert, die gegenüber den rauen Betriebsbedingungen geschützt werden müssen und insbesondere gegenüber Stößen geschützt werden müssen.
Hinsichtlich der Erfassung von RFID-Transponder sind die bisherigen RFID-Sende- oder Empfangseinrichtungsanordnungen nicht optimal. Es gibt insbesondere Probleme beim Erfassen von metallischen Waren, von Transportbehältern mit flüssigen Materialien, die abschirmend für RFID-Signale wirken, sowie von in Gitterboxen transportierten Waren. Die Erfassung solcher Waren macht auch dann Probleme, wenn ein RFID-Transponder an einer Palette zum Transport solcher Waren angebracht ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine für Anwendungen in der Logistik optimierte RFID-Vorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine RFID-Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft eine RFID-Vorrichtung zur Erfassung von mit RFID gekennzeichneten Gegenständen an einem Transportweg für die Gegenstände mit einer RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit und einem an dem Transportweg anzuordnenden Metallbereich, wobei die RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit auf einer dem Transportweg abzuwendenden Seite des Metallbereichs angeordnet ist und wobei der Metallbereich mit einem Signaldurchlassbereich zum Durchlassen von RFID-Signalen durch den Metallbereich versehen ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ist ein Metallbereich zwischen der RFID-Einheit und dem Transportweg vorgesehen. Dadurch ist die RFID-Einheit besonders gut geschützt.
Vorteilhafterweise wird als Metallbereich ein ohnehin im oder am Transportweg zu findendes Metallelement genutzt wie beispielsweise eine metallische Bodenplatte, eine metallische Begrenzung, eine metallische Wandung oder dergleichen. Z. B. könnte die RFID-Einheit in einer Containerwandung untergebracht sein, die mit dem Signaldurchlassbereich versehen ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Metallbereich durch eine Metallplatte und/oder eine Bodenplatte gebildet ist. Vorzugsweise ist eine RFID-Erfassung von unten vorgesehen. Dadurch können besonders gut mit RFID gekennzeichnete Paletten erfasst werden und zwar auch dann, wenn darauf Waren oder Verpackungen transportiert werden, die für die RFID-Signale undurchdringlich sind.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Metallbereich Teil einer Tragkonstruktion ist, über welche der Transportweg führt, wobei die RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit unter dem Metallbereich angeordnet ist. Vorzugsweise wird eine ohnehin vorhandene Metallkonstruktion als Aufnahme für die RFID-Einheit verwendet. Diese ist besonders geschützt, es sind keine den Transport störende Aufbauten notwendig. Zusätzlich lässt sich die bevorzugte Erfassung von unten erreichen.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Signaldurchlassbereich wenigstens einen Schlitz in dem Metallbereich aufweist. Eine Schlitzgeometrie ist als Durchlassbereich besonders bevorzugt, da mit einer solchen Schlitzgeometrie insbesondere eine Signaldurchlassung bei möglichst geringer Schwächung des Metallbereichs erzielbar ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Signaldurchlassbereich eine Schlitzkombination aus einer Mehrzahl von Schlitzen aufweist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Schlitzkombination ungeradzahlige Anzahl von Schlitzen aufweist und vorzugsweise drei Schlitze aufweist.
Besonders bevorzugt weist der Signaldurchlassbereich eine Durchgangsöffnung in dem Metallbereich auf, deren größte Innenweite kleiner als die Hälfte der Wellenlänge der RFID-Signale ist, für die die RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit ausgelegt ist.
Besonders bevorzugt ist daher vorgesehen, dass der wenigstens eine Schlitz eine sich in Längsrichtung des erstreckende Schlitzlänge aufweist, die kleiner als die halbe Wellenlänge der RFID-Signale der RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit ist. Ein Schlitz der bezogen auf die Wellenlänge eine genügend kurze Schlitzlänge aufweist, verhält sich nach dem Huygens'schen Prinzip als Sekundärstrahler, der sich durch die RFID-Einheit als Primärstrahler zum Abstrahlen der RFID-Signale anregen lässt. Damit lässt sich ein guter Signaldurchgang bei geringer mechanischer Schwächung des Metallbereichs erreichen.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Schlitz eine Schlitzlänge von ca. 100 mm bis ca. 180 mm hat und vorzugsweise eine Schlitzbreite von ca. 1 mm bis ca. 20 mm hat.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Schlitz mit einem dielektrischen Material verfüllt ist. Durch eine Verfüllung lässt sich vermeiden, dass Schmutz oder sonstiges Material durch den Signaldurchlassbereich dringen. Dieser ist nur für Signale, nicht aber für Materie durchlässig.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass auf der dem Transportweg abzuwendenden Seite des Metallbereichs eine RFID-Antenne, insbesondere eine Patch-Antenne oder eine Dipol-Antenne, mit vorbestimmten Abstand zu dem Metallbereich und in Überdeckung mit dem Signaldurchlassbereich mittels einer Befestigungsvorrichtung angeordnet ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dipol-Antenne im Wesentlichen quer zu dem wenigstens einen Schlitz angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Signaldurchlassbereich mit einem Verstärkungselement verstärkt ist. Damit lässt sich selbst bei hoher Punktbelastung auf den Signaldurchlassbereich ein Durchbruch des Metallbereichs vermeiden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verstärkungselement ein auf der dem Transportweg abzuwendenden Seite auf den Metallbereich befestigtes, insbesondere aufgeschweißtes, Metallplattenelement mit einer der Schlitzkombination des Metallbereichs entsprechenden Schlitzkombination hat.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Metallbereich als Boden oder als Teil eines Bodens des Transportwegs und insbesondere als Fahrweg für Fahrzeuge, insbesondere Flurförderfahrzeuge, ausgebildet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine seitliche perspektivische Darstellung eines Transportweges in der Logistik am Beispiel einer Bodenplatte, die von einem Flurförderfahrzeug mit einer RFID-gekennzeichneten Palette überfahren wird;
2 eine perspektivische Draufsicht auf die Bodenplatte von 1;
3 eine Detailansicht der Bodenplatte von 2;
4 eine Darstellung auf eine Schlitzkombination bei einer Bodenplatte mit drei Schlitzen von unten;
5 eine perspektivische Darstellung einer Euro-Palette mit RFID-Kennung;
6 eine Prinzipdarstellung einer beladenen Palette mit RFID;
7 eine Prinzipdarstellung einer Erfassung einer beladenen Palette mit einer Bodenantenne;
8 bis 12 unterschiedliche Ausführungsformen von Schlitzanordnungen in schematischer Darstellung;
13 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Antenne einer RFID-Sende- und/oder Empfangseinrichtung;
14 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Antenne;
15 eine schematische Darstellung eines Erfassungsbereiches einer hinter einem Metallbereich angeordneten RFID-Antenne;
16 eine schematische Darstellung einer Bodenplatte von unten mit drei Antennen;
17 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Auffinden einer geeigneten Position der Antenne;
18 eine schematische Darstellung des Empfangsbereiches einer unterhalb einer Ladebrücke angeordneten Antenne bei der praktischen Erfassungen von Paletten; und
19 eine perspektivische Darstellung der Anordnung von Antenne und Schlitzkombination mit einem Verstärkungselement.
In 1 ist schematisch ein Bauwerkszugang 1 mit einem Transportweg 2 gezeigt, auf dem Waren oder Güter in ein Bauwerk 3 eingebracht werden können oder ausgebracht werden können. Eine untere Begrenzung 5 des Transportweges 2 ist durch einen Metallbereich 4 gebildet. Auf der dem Transportweg 2 abgewandten Seite des Metallbereiches 4 sind mehrere RFID-Empfangs- und/oder Sendeeinheiten 19 angebracht. Dadurch ist eine besonders für die Anwendung in der Logistik optimierte RFID-Vorrichtung 50 gebildet, die ohne weitere Schutzmaßnahmen den rauen Arbeitsbedingungen in der Logistik stand hält und dennoch bezüglich der RFID-Erfassung in der Logistik optimiert ist.
Der RFID-Empfangs- und/oder Sendeeinheit 19 ist hinter einem Metallbereich 4 angeordnet, so dass der Metallbereich 4 zwischen dem Transportweg 2 und der RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit 19 angeordnet ist und diese entsprechend schützt.
In 1 ist die RFID-Vorrichtung 50 im Bereich eines Transportweges 2 am Beispiel einer Ladestelle 100 mit einer Ladebrücke 102 und einem Tor 104 zum Abschließen der Ladestelle 100 dargestellt. Die Ladebrücke 102 ist aus Metall gebildet und hat eine Metallplatte 103, die den Metallbereich 4 bildet, der die RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit 19 schützt.
In 1 ist dargestellt, dass die Ladebrücke 102 zum Bilden des Transportweges 2 für ein Flurförderfahrzeug 106, hier in Form eines Gabelstaplers, ausgebildet ist, welches insbesondere zum Transport von Paletten 108 dient. Die Palette 108 ist ein Beispiel für einen Ladungsträger 110, der mit RFID gekennzeichnet ist und insbesondere einen Transponder trägt, wie dies später noch näher erläutert wird.
Ziel der RFID-Erfassung ist, mittels RFID Paletten oder Kisten und allgemein Ladungsträger 110 beim Passieren einer Transportwegs-Begrenzung 5 zu erfassen. Inbesondere soll das Überfahren des Transportweges 2 durch einen Ladungsträger 110 erfasst werden. Demgemäß ist ein Gabelstapler mit der Palette 108 auf der Ladebrücke 102 vor einem Ladetor 104 dargestellt.
Die Metallplatte 103, die ein Beispiel für eine untere Transportweg-Begrenzung 5 darstellt, ist mit Signaldurchlassbereichen 112 versehen.
Insbesondere ist die Metallplatte 103, wie dies in 2 dargestellt ist, mit Schlitzen 114 versehen, durch die unter der Metallplatte 103 montierte Antennen (in 2 nicht dargestellt) strahlen.
Wie dies näher in 3 dargestellt ist, die mehrere Schlitzanordnungen 116 mit jeweils mehreren Schlitzen 114 an der Metallplatte 103 im Detail darstellt, sind die Schlitze 114 durch Kunststoffeinlagen verdeckt, um im Betrieb zu verhindern, dass Staub, Schmutz oder Wasser durch die Metallplatte 103 dringt.
In 3 markiert ein Oval drei Schlitze 114, durch die genau eine Antenne strahlen kann. Insgesamt sind in 3 drei Schlitzkombinationen oder Schlitzanordnungen 116 zu sehen.
4 zeigt die Schlitze 114 von der Unterseite 120 der Metallplatte 103 aus gesehen.
Die Schlitze 114 sind durch wenigstens ein Verstärkungselement 121 verstärkt. Insbesondere ist ein mit entsprechenden Schlitzen versehenes metallisches Verstärkungselement 121 im Bereich jeder Schlitzanordnung 116 an der dem Transportweg 2 abgewandten Seite des Metallbereiches 4 befestigt.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schlitze 114 durch aufgeschweißte Unterlagen in Toren von Metallplattenverstärkungen 121a verstärkt, um auch bei großer Punktbelastung auf die Metallplatte 103 ein Einreißen zu verhindern.
Unterhalb der Schlitze 114 ist auf einer Befestigungsanordnung 122 mit Abstand zu den Schlitzen 114 eine Antenne 124 der RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit 19 befestigt.
In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Metallplatte 103 auf ihrer Unterseite 120 mehrere Verstärkungsrippen 126 in Form von T-Profilen 128 auf. An den Unterseiten dieser T-Profile ist ein Blech (beispielsweise Aluminiumblech) zum Tragen der Antenne 124 (beispielsweise eine Patch-Antenne) vorgesehen.
Die T-Profile 128 bilden Längsträger 130 der Ladebrücke 102. Ein Aluminiumblech ist links und rechts an Längsträgern 130 der Ladebrücke 102 angeschraubt, um die Befestigungsanordnung 122 zu bilden.
4 zeigt somit eine Sicht auf eine Schlitzanordnung 116 mit drei Schlitzen 114 von unten. Auf der Befestigungsanordnung 122 sitzt eine UHF-RFID-Antenne 124, die nach oben auf die Schlitze 114 strahlt.
5 zeigt die Palette 108 in Form einer Holzpalette im Euroformat. Auf einem Paletten-Längsträger 132 ist ein Transponder 140 aufgeschraubt, der eine Identifikation der Palette 108 mittels RFID ermöglicht.
Demnach zeigt 5 eine Holzpalette im Euroformat mit einem aufgeschraubten Transponder 140.
Mit der in den 1 und 2 dargestellten Verwendung der Metallplatte 103 als Bodenplatte 142 und/oder als untere Transportwegs-Begrenzung 5 lässt sich eine RFID-Erfassung von Ladungsträgern 110 von unten erreichen.
Eine schematische Darstellung einer solchen RFID-Erfassung von unten ist in 6 dargestellt.
6 zeigt eine metallische Bodenplatte 142 mit Signaldurchlassbereich 19 und darunter angebrachter Antenne 124.
In 6 ist weiter ein bisher übliches konventionelles UHF-Antennengate 144 dargestellt, das aus einem linken Träger 146, einem rechten Träger 148 und einem oben angebrachten Querträger 150 besteht. Am Querträger 150 ist eine Antenne 152 angeordnet, an beiden Seitenträgern 146, 148 sind jeweils zwei Antennen 152 angeordnet. Die schematisch dargestellten Dreiecke sollen die von den Antennen 152 des Antennengates 144 emittierten elektromagnetischen Wellen darstellen. Das UHF-Antennengate 144 steht auf oder oberhalb der Bodenplatte 142.
Weiter ist die Palette 108 mit dem Transponder 140 und mit Waren 154 darauf dargestellt.
In dem dargestellten Beispiel soll die Palette 108 mit Waren 154 beladen sein, die aus Metall gebildet sind oder die Flüssigkeiten beinhalten; vorstellbar ist auch, dass die Waren 154 in einer sehr häufig eingesetzten metallischen Gitterbox (nicht dargestellt) gelagert sein könnten.
Eine solche Ware 154 kann von den UHF-Wellen nicht durchdrungen werden, so dass in der Regel eine Erfassung des Transponders 140 weder durch die Antenne 152 auf dem oberen Querträger 150 des Antennengates 144, noch durch die an den Seiten des Antennengates 144 angebrachten Antennen 152 möglich ist.
Freier Zugang ist lediglich von unten, d. h. durch die Schlitzkombinationen oder Schlitzanordnungen 116, in der Bodenplatte 142 möglich.
In 6 ist auch gut zu erkennen, dass die seitlichen Antennen des Antennengates 144 und die Träger 146, 148, 150 des Antennengates 144 selbst den Warenverkehr der Flurförderfahrzeuge 106 behindern können, während die Boden-Antenne 124, die durch die Schlitzkombinationen oder Schlitzanordnungen 116 strahlt, vollständig im Boden versenkt ist. Mithin ist auch keine Beschädigung der Boden-Antenne 124 möglich.
In 7 ist die praktische Erfassung einer Palette 108 mit einer Boden-Antenne 124 zu sehen. Es ist das Flurförderfahrzeug 106 mit der mit Waren 154, beispielsweise Getränkedosen, beladenen Palette 108 zu sehen, wobei der Transponder 140 der Palette 108 trotz der Beladung mit den metallischen Waren 154 leicht von unten durch die Bodenplatte 142 hindurch mittels der Bodenantenne 124 möglich ist.
7 zeigt demnach die Erfassung einer beladenen Palette 108 mit RFID über eine Boden-Antennen-Schlitzkombination. Der Transponder 140 ist in der Palette 108 untergebracht.
Man sieht deutlich, dass der Transportweg 2 für den Fahrer vollkommen frei von Antennenaufbauten ist.
Im Folgenden werden verschiedene mögliche Ausführungsformen von Schlitzanordnungen 116 oder Schlitzkombinationen anhand der Darstellungen in den 8 bis 12 näher erläutert.
Alle dargestellten Schlitzkombinationen weisen einen oder mehrere Einzelschlitze 114 auf.
In empirischen Versuchen ist ermittelt worden, dass bei den RFID-Wellenlängen, wie sie in Europa verwendet werden, Schlitze mit einer Breite von 6 mm und einer Länge von 140 mm ideal sind. Allgemein sind Schlitze z. B. mit einer Breite b von ca 1 mm bis 20 mm und einer Länge zwischen ca. 10 mm und ca. 500 mm vorgesehen.
Weist eine Schlitzanordnung 116 mehr als einen Schlitz 114 auf, so ist vorzugsweise ein vorbestimmter Abstand d vorgesehen. Insbesondere ist zwischen den Schlitzen 114 ein Steg 160 mit einer dem Abstand d entsprechenden Stegbreite vorgesehen.
In empirischen Versuchen hat sich eine Stegbreite von ca. 20 mm als ideal herausgestellt. Auch hier sind Abweichungen möglich, die je nach Material des Metallbereiches, insbesondere Metallmaterial und Materialdicke, und nach eingesetzter Wellenlänge auszuwählen sind.
Optimale Dimensionen der Schlitze 114 sowie der Schlitzabstände d lassen sich durch wenige empirische Versuche ermitteln.
8 zeigt eine erste mögliche Schlitzanordnung 116 mit einem Schlitz 114. Es wird eine Schlitzkombination aus einem einzelnen Schlitz 114 gebildet. Die Schlitzbreite b beträgt vorzugsweise ca. 6 mm, die Schlitzlänge l vorzugsweise ca. 140 mm.
9 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Schlitzanordnung 116 mit zwei Schlitzen 114. Die zwei Schlitze 114 sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei dazwischen ein Steg 160 mit der Stegbreite d gebildet ist. Vorzugsweise beträgt die Schlitzbreite b jeweils ca. 6 mm und die Schlitzlänge l jeweils ca. 140 mm, und der Schlitzabstand d beträgt ca. 20 mm. Somit ist eine Schlitzkombination mit zwei Schlitzen 114 gebildet.
10 zeigt eine Schlitzkombination mit drei Schlitzen 114.
Vorzugsweise sind die drei Schlitze 114 der in 10 dargestellten Schlitzanordnung 116 parallel und ausgerichtet zueinander angeordnet, wobei zwei der Stege 160, jeweils ebenfalls mit der Länge l von ca. 140 mm und der Stegbreite d von ca. 20 mm ausgebildet sind. Die Dimensionen der Schlitze 114 sind vorzugsweise wiederum ca. 6 mm für die Schlitzbreite b und ca. 140 mm für die Schlitzlänge l.
11 zeigt eine entsprechende Schlitzanordnung 116 mit vier Schlitzen 114; und 12 zeigt eine entsprechende Schlitzanordnung 116 mit fünf Schlitzen 114. Stegbreite d, Schlitzbreite b, Schlitzlänge l sowie Ausrichtung und insbesondere parallele Anordnung der Schlitze 114 sind entsprechend wie bei den anderen Schlitzanordnungen 116 vorgesehen.
Die in den 8 bis 12 dargestellten Schlitzkombinationen und Schlitzanordnungen 116 unterscheiden sich bezüglich der Breite B und der Höhe h des Erfassungsbereiches. Empirische Versuche haben gezeigt, dass Schlitzkombinationen mit einer ungeradzahligen Anzahl von Schlitzen besser zu wirken scheinen als solche mit einer geradzahligen Anzahl.
Daher ist eine Schlitzanordnung 116 mit einer ungeradzahligen Anzahl von Schlitzen 114 bevorzugt.
Am meisten bevorzugt ist eine Schlitzanordnung 116 mit drei Schlitzen. Die Kombination aus drei Schlitzen 114 stellt einen guten Kompromiss zwischen der Forderung nach einer möglichst geringen mechanischen Schwächung der Bodenplatte 142 und einer möglichst geringen Zahl an Antennen 124 dar.
13 und 14 zeigen zwei Ausführungsbeispiele von als Boden-Antennen 124 einsetzbaren Antennen. Die gezeigten Antennen 124 sind auf dem Markt erhältlich und grundsätzlich für sich bereits bekannt. 13 zeigt eine Patch-Antenne 162, und 14 zeigt eine Dipol-Antenne 164.
Die Patch-Antenne 162 ist beispielsweise eine UHF-Patch-Antenne, die zirkular polarisiert strahlt. Der Öffnungswinkel kann ca. 100°, zirkular polarisiert, betragen. Die Größe kann z. B. 170 × 170 mm betragen, allgemein beträgt die Größe der Patch-Antenne 162 ca. λ/2 × λ/2, wobei λ die Wellenlänge der verwendeten RFID-Signale ist. Die Leistung kann beispielsweise ca. 2,0 Watt betragen. Ein Anschluss ist z. B. über eine SMA-Buchse möglich. Solche Antennen sind in der Schutzart IP 65 auf dem Markt erhältlich.
Die in 14 dargestellte Dipol-Antenne 164 hat insbesondere eine Größe von λ/2, beispielsweise beträgt die Größe ca. 170 mm. Auch hier kann eine Leistung von 2,0 Watt gegeben sein. Als Anschluss ist beispielsweise eine N-Buchse möglich.
Insbesondere ist die Dipol-Antenne 164 ein λ/2-Dipol, der linear polarisiert abstrahlt.
Der Erfassungsbereich einer Antenne 124 wird im Folgenden anhand der schematischen Darstellung in 15 näher erläutert. In 15 ist die Bodenplatte 142 mit dem Signaldurchlassbereich 112 und der Antenne 124 zusammen mit dem Erfassungsbereich 166 der Antenne dargestellt. Der Erfassungsbereich 126 hat eine Höhe h und eine Breite B.
In Abhängigkeit von der eingesetzten Antenne 124 lässt sich die Höhe h und die Breite B des Erfassungsbereiches 166 einstellen. Beim Einsatz von Antennen 124, die ein sehr gerichtetes Antennenfeld erzeugen, wie z. B. die Patch-Antennen 162, ist die erreichbare Breite B des Erfassungsbereiches 166 geringer als bei Dipol-Antennen 164.
Ist der Erfassungsbereich 166 sehr breit angelegt, dann lässt sich mit wenigen Antennen 124 eine Ladebrücke 102 vollständig abdecken. Die Höhe h des Erfassungsbereiches 166 bestimmt den Abstand, den eine Palette 108 mit Transponder 140 beim Transport über die Bodenplatte 142 maximal haben sollte, um sicher mit der RFID-Antenne 124 erfasst zu werden.
Empirische Versuche haben gezeigt, dass zur vollständigen Feldabdeckung einer Metallplatte 103 mit einer Breite von ca. 200 cm, ca. drei Schlitzkombinationen 116 mit jeweils drei Einzelschlitzen 114, wobei jede Schlitzkombination 116 mit jeweils einer Antenne 124 bestückt ist, ausreichen.
16 zeigt die Anordnung der drei Antennen 124 in einer Ansicht auf die Metallplatte 103 von unten. Es ist eine erste Antenne 124a, eine zweite Antenne 124b und eine dritte Antenne 124c dargestellt. Zu jeder der Antennen 124a, 124b, 124c gehört eine Schlitzanordnung 116, die oberhalb der Antenne 124 angeordnet ist. 16 zeigt demnach den Blick unter die Metallplatte 103 mit drei Antennen 124a, 124b, 124c.
Im Folgenden wird eine Antennenabstimmung anhand der Darstellung in 17 näher erläutert. 17 zeigt die Schlitzanordnung 116 mit Verstärkungselement 121. Weiter ist die Befestigungsanordnung 122 in der Darstellung von 17 mit einer einstellbaren Befestigungseinrichtung 168 versehen, so dass die Lage der Antenne 124 in wenigstens zwei Richtungen einstellbar ist. Die einstellbare Befestigungseinrichtung 168 weist eine Verschiebeeinheit 170 auf. Als Antenne ist hier eine Dipol-Antenne 164 eingesetzt; die Schlitzanordnung 116 weist drei einzelne Schlitze 114 auf.
Allgemein wird die Antenne 124 unter der jeweiligen Schlitzanordnung 116 über ein Anschlusskabel von einer RFID-Steuereinheit gespeist. Vorzugsweise wird die Antenne 124 über ein Koaxial-Kabel von einem UHF-Reader als Steuereinheit gespeist.
Um eine optimale Leistungsübertragung zwischen Antenne 124 und Steuereinheit zu erreichen, sollten die Ausgangsimpedanz der RFID-Steuereinheit auf die Impedanz des Kabels und die Impedanz des Kabels an die Eingangsimpedanz der Antenne 124 abgestimmt werden.
In empirischen Versuchen ist zu beobachten, dass die in Metall ausgeführte Schlitzkombination oder Schlitzanordnung 116 auf die Impedanz der Antenne 124 rückwirken kann. Mit anderen Worten kann sich die Antennenimpedanz verglichen zu der Impedanz einer gleichen Antenne, die frei montiert ist, ändern. Aus diesem Grunde kann es vorteilhaft sein, zwischen Kabel und Antenne eine Impedanzanpassung mit einem Anpassglied durchzuführen. Solche Anpassglieder kommen in der UHF-Technik häufig vor.
Ein Abgleich aller Komponenten erfolgt vorzugsweise gemäß dem im Folgenden erläuterten Verfahren:
Schritt 1: verschiebbares Montieren der Antenne 124 unter der Schlitzanordnung 116;
Schritt 2: Verschieben der Antenne vertikal zu der Schlitzanordnung 116 (Verändern der vertikalen Entfernung zu der Schlitzkombination) und Verschieben der Antenne horizontal zu der Schlitzanordnung 116, um den Montagepunkt mit dem im besten Erfassungsbereich 166 zu finden;
Schritt 3: Überprüfen mittels eines Impedanzmessgeräts, ob das Anpassglied die Impedanz der Antenne an die Impedanz des Kabels angleicht.
Im Folgenden wird anhand der 18 die Ausnutzung des Huygens'schen Prinzips erläutert.
In 18 ist die praktische Erfassung der Palette 108 mit RFID beim Einsatz einer Schlitzkombination – beispielsweise der Schlitzanordnung 116 – zu sehen. 18 zeigt die Bodenplatte 142 mit dem Signaldurchlassbereich 112, der mehrere Schlitze 114 aufweist und die Antenne 124 unterhalb des Signaldurchlassbereiches 112. Außerdem ist der Erfassungsbereich 171 der Antenne unterhalb der Bodenplatte 142 sowie der Erfassungsbereich 166 der Antenne oberhalb der Bodenplatte 142 dargestellt. Es ist die Erfassung der Palette 108 mit Waren 154 mittels des Transponders 140 dargestellt.
Die einzelnen Schlitze 114 der Schlitzkombinationen sind so ausgeführt, dass sie die Funktion eines Sekundärstrahlers übernehmen können. Die von dem Primärstrahler, dies ist insbesondere die Antenne 124 unterhalb der Schlitzkombination 116, emittierten elektromagnetischen Wellen 172 treffen auf die verglichen mit der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle 172 genügend schmalen Schlitze 114 auf. Jeder Schlitz 114 verhält sich dann wie ein Sender, der eigene Wellen abgeben kann. Dies erfolgt gemäß dem Huygens'schen Prinzip. Allgemein ist das Huygens'sche Prinzip beispielsweise in Gerthsen, Kneser, Vogel: „Physik", Springer Verlag; Berlin, Heidelberg, New York; 13. Auflage, 1977, näher dargestellt.
Würde man auf diesen positiven Effekt verzichten wollen, wären die elektromagnetischen Wellen 172 auf andere Art und Weise zur Verfügung zu stellen. Die Bodenplatte 142 müsste durch einen sehr langen Schlitz geöffnet werden, der einen ungehinderten Durchtritt der von der Bodenantenne direkt ausgestrahlten Wellen ermöglichen soll. Damit würde die Bodenplatte 142 mechanisch sehr geschwächt und die Antenne 124 müsste entsprechend aufwändig geschützt werden, um ein Einbrechen der Flurförderfahrzeuge zu verhindern.
Für die in Europa verwendeten RFID-Frequenzen wurden bezüglich Schlitzen 114 in sehr dicken Metallplatten 103 im UHF-Bereich eine Länge von 140 mm und eine Breite Von ca. 6 mm als optimal ermittelt.
Aus der Physik weiß man gemäß dem Huygens'schen Prinzip: „Trifft eine ebene Welle auf einen Schirm, in dem sich eine Öffnung befindet, deren Durchmesser klein im Vergleich zur Wellenlänge ist, so breitet sich hinter dem Schirm um die Öffnung als Zentrum eine Kugelwelle aus.”
Allerdings wird bei der Erläuterung des Huygens'schen Prinzips die Öffnung immer in unendlich dünnen Materialien ausgeführt; bei dem Einsatz in Bodenplatten 142 von Ladebrücken 102 oder dergleichen unteren Transportwegsträgern sind Plattendicken von 8 mm oder auch mehr möglich. Die aus Stabilitätsgründen aufgeschweißten Verstärkungselemente 121 sind z. B. 10 mm dick, so dass insgesamt ein Spalt in einem 18 mm dicken Material zum Einsatz kommt.
Als Faustformel für die Schlitzlänge l kann daher verwendet werden: l = a·λ/2, wobei l die Schlitzlänge, a ein Abschlagsfaktor und λ die Wellenlänge der RFID-Signale ist. Besonders geeignete Werte für den Abschlagsfaktor sind: 0,5 < a < 1.
Die Schlitzbreite b sollte möglichst klein sein.
Die Antenne 124 als Primärstrahler unterhalb der Schlitzkombination 116 kann zirkular polarisiert, z. B. wie bei der Patch-Antenne 162, oder linear polarisiert, z. B. wie bei der Dipol-Antenne 164, sein. Unabhängig davon wirken die Schlitze 114 wie Polarisationsfilter. Dies bedeutet, dass die Schlitzkombination 116 als Sekundärstrahler unabhängig von der Anregung mit linearer Polarisation strahlt.
Wird eine Dipol-Antenne 164 verwendet, so wird diese vorzugsweise im Wesentlichen quer zur Länge der Schlitze 114 angeordnet.
Die 19 zeigt einen entsprechenden Dipol vor einer Schlitzanordnung 116 mit den aufgeschweißten Verstärkungen (z. B. Verstärkungselement 121).
Bezugszeichenliste

1: Bauwerkszugang
2: Transportweg
3: Bauwerk
4: Metallbereich
5: Begrenzung
19: RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit
50: RFID-Vorrichtung
100: Ladestelle
102: Ladebrücke
103: Metallplatte
104: Tor
106: Flurförderfahrzeug
108: Paletten
110: Ladungsträger
112: Signaldurchlassbereich
114: Schlitz
116: Schlitzanordnung
118: Kunststoffeinlagen
120: Unterseite
121: Verstärkungselement
121a: Metallplattenverstärkung
122: Befestigungsanordnung
124: Antenne
124a: erste Antenne
124b: zweite Antenne
124c: dritte Antenne
126: Verstärkungsrippe
128: T-Profil
130: Längsträger
132: Paletten-Längsträger
140: Transponder
142: Bodenplatte
144: Antennengate
146: linker Träger
148: rechter Träger
150: Querträger
152: Antenne
154: Waren
160: Steg
162: Patchantenne
164: Dipolantenne
166: Erfassungsbereich (auf Vorder- oder Oberseite des Metallbereichs)
168: einstellbare Befestigungseinrichtung
170: Verschiebeeinheit
171: Erfassungsbereich (auf Rück- oder Unterseite des Metallbereichs)
172: elektromagnetische Wellen
d: Schlitzabstand
h: Höhe des Erfassungsbereichs
B: Breite des Erfassungsbereichs
l: Schlitzlänge
b: Schlitzbreite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Lenzbauer, S. – RFID-Anwendungen in der Logistik, Diplomarbeit an der Wirtschaftuniversität Wien, Schriftenreihe des Instituts für Transportwirtschaft und Logistik, Nr. 2, (2007 LOG), veröffentlicht 2007 online via ePub, http://epub.wu-wien.ac.at [0006]
Huygens'sche Prinzip beispielsweise in Gerthsen, Kneser, Vogel: „Physik”, Springer Verlag; Berlin, Heidelberg, New York; 13. Auflage, 1977 [0106]

Claims

RFID-Vorrichtung (50) zur Erfassung von mit RFID gekennzeichneten Gegenständen (154) an einem Transportweg (2) für die Gegenstände (154) mit einer RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit (19) und einem an dem Transportweg anzuordnenden Metallbereich (4), wobei die RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit auf einer dem Transportweg abzuwendenden Seite des Metallbereichs (4) angeordnet ist und wobei der Metallbereich (4) mit einem Signaldurchlassbereich (112) zum Durchlassen von RFID-Signalen durch den Metallbereich (4) versehen ist.
RFID-Vorrichtung (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbereich (4) durch eine Metallplatte (103) und/oder eine Bodenplatte (142) gebildet ist.
RFID-Vorrichtung (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbereich (4) Teil einer Tragkonstruktion (103, 102) ist, über welche der Transportweg (2) führt, wobei die RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit unter dem Metallbereich (4) angeordnet ist.
RFID-Vorrichtung (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signaldurchlassbereich (112) wenigstens einen Schlitz (114) in dem Metallbereich aufweist.
RFID-Vorrichtung (50) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signaldurchlassbereich (112) eine Schlitzkombination aus einer Mehrzahl von Schlitzen (114) aufweist.
RFID-Vorrichtung (50) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzkombination (116) ungeradzahlige Anzahl von Schlitzen (114) aufweist und vorzugsweise drei Schlitze (114) aufweist.
RFID-Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Schlitz (114) eine sich in Längsrichtung des erstreckende Schlitzlänge (l) aufweist, die kleiner als die halbe Wellenlänge der RFID-Signale der RFID-Sende- und/oder Empfangseinheit (19) ist.
RFID-Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Schlitz (114) eine Schlitzlänge von ca. 100 mm bis ca. 180 mm hat und vorzugsweise eine Schlitzbreite von ca. 1 mm bis ca. 20 mm hat.
RFID-Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Schlitz (114) mit einem dielektrischen Material verfüllt ist.
RFID-Vorrichtung (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Transportweg (2) abzuwendenden Seite des Metallbereichs (4) eine RFID-Antenne (124), insbesondere eine Patch-Antenne (162) oder eine Dipol-Antenne (164), mit vorbestimmten Abstand zu dem Metallbereich (4) und in Überdeckung mit dem Signaldurchlassbereich (112) mittels einer Befestigungsvorrichtung (122) angeordnet ist.
RFID-Vorrichtung (50) nach Anspruch 10 und nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipol-Antenne (164) im Wesentlichen quer zu dem wenigstens einen Schlitz (114) angeordnet ist.
RFID-Vorrichtung (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signaldurchlassbereich (112) mit einem Verstärkungselement (121) verstärkt ist.
RFID-Vorrichtung (50) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (121) ein auf der dem Transportweg abzuwendenden Seite auf den Metallbereich befestigtes, insbesondere aufgeschweißtes, Metallplattenelement mit einer der Schlitzkombination (116) des Metallbereichs (4) entsprechenden Schlitzkombination hat.
RFID-Vorrichtung (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbereich (4) als Boden oder als Teil eines Bodens des Transportwegs (2) und insbesondere als Fahrweg (5) für Fahrzeuge (108), insbesondere Flurförderfahrzeuge, ausgebildet ist.