RFID-Transponder

Universale Identifikation per RFID-Transponder

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L-mobile RFID Auto-ID Technologie passiver RFID-Transponder Aufbau

Der Begriff RFID-Transponder ist eine Verbindung der beiden Worte Transmitter und Responder. Weitere gängige Begriffe für einen RFID-Transponder sind RFID-Tag, RFID-Label oder RFID-Etikett. Der RFID-Transponder hat die Aufgabe, Objekte mithilfe der Informationen, die im RFID-Tag gespeichert sind, eindeutig zu kennzeichnen.

Ein RFID-Transponder besteht aus einem Mikrochip, welcher mit einer Antenne (Spule oder Dipol) verbunden ist. Die relevanten Daten werden auf dem Mikrochip, gespeichert und mittels elektromagnetischer Wellen zu einem Lesegerät übertragen. Über das elektronische Kopplungsverfahren werden alle Daten per Modulation ausgetauscht. Die Energieversorgung der Transponderchips wird bei vielen RFID-Systemen ebenfalls über die Kopplung realisiert.

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L-mobile RFID Auto-ID Technologie aktiver RFID-Transponder Aufbau

Die   Energieversorgung  kann entweder  auf  passivem  Wege,  indem  der  RFID-Transponder  seine  benötigte  Energie  aus  dem  Feld  des  Lesegerätes  bezieht, erfolgen,  oder  auf  aktive  Weise über eine integrierte Transponder-Batterie.

Für jeden Einsatz der richtige RFID-Transponder

RFID-Systeme zählen zu den Funkanlagen. Die Abgrenzung von RFID-Systemen zu anderen digitalen Funktechnologien wie Mobilfunk, W-LAN oder Bluetooth besteht in der elektronischen Identifikation sowie der Eigenschaft, dass RFID-Transponder nur auf Abruf Daten übermitteln.

RFID-Systeme dienen der Identifizierung des RFID-Transponders innerhalb einer vorgegebenen Reichweite, gewährleisten, dass mehrere RFID-Transponder innerhalb der Reichweite des Lesegeräts gleichzeitig verwaltet werden und führen die Fehlererkennung aus. Weiter haben sie die Aufgabe die Daten des RFID-Transponders auszulesen und selektieren den relevanten Transponder für das jeweilige System.

Das optische Erscheinungsbild eines RFID-Transponders kann in Form und Größe beliebig variieren. Je nach Anwendungsgebiet können die RFID-Tags wenige Millimeter bis zu einigen Zentimetern groß, rund und massiv oder flach und flexibel gestaltet sein.

Ebenfalls können sich auch die sonstigen Kennzahlen, wie beispielsweise Funkfrequenz, Übertragungsgeschwindigkeit, Lebensdauer, Kosten pro Einheit, Speicherplatz, Funktionsumfang etc. unterscheiden.

Die Leistungsfähigkeit des RFID-Transponders wird maßgeblich durch das Material, auf das ein Transponder aufgebracht werden soll beeinflusst. Darüber hinaus werden die RFID-Transponder von weiteren Einflüssen aus der Umgebung wie Hitze, Feuchtigkeit, mechanische Beanspruchung, etc. beeinflusst, denen er widerstehen muss.

Bei der Informationsverarbeitung im RFID- Transponder gibt es ebenfalls ein breites Spektrum zwischen Low-End- und High-End-Systemen. Der 1-Bit-Transponder oder auch EAS-System genannt, dient ausschließlich dem erkennen, ob sich ein Transponder im Empfangsbereich des Erfassungsgerätes befindet und wird hauptsächlich in der Diebstahlsicherung von Waren eingesetzt. Ein Read-only-Transponder ist mit einem Mikrochip versehen, auf dem eine eindeutige Seriennummer gespeichert ist. Befindet sich ein Read-only-Transponder im Empfangsbereich eines Lesegeräts, beginnt dieser permanent seine Seriennummer zu senden. Verwendung findet dieser RFID-Transponder überall dort, wo ein Objekt eindeutig Identifiziert werden muss. In einem Read-write-Transponder hingegen können leistungsfähige Sicherheitsmechanismen implementiert und auch variable Informationen auf dem Transponder durch das Anwendungssystem neu gespeichert werden.

Ein Transponder mit beschreibbarem Speicher, entweder einem EEPROM (passive Transponder) oder einem SRAM (aktive, batteriegestützte Transponder), führen in einer fest codierten State-Machine einfache Kommandos des Erfassungsgerätes aus. Dies ermöglicht ein selektives Lesen bzw. Beschreiben des Speichers. Schließlich gibt es noch RFID-Transponder, die als kontaktlose Chipkarten mit Betriebssystem fungieren. Aufgrund des Einsatzes eines eigenen Betriebssystems (Smart-Card-OS) und eines Mikroprozessors sind komplexe Algorithmen zu Chiffrierung und Authentifizierung möglich.

Funktionsweise der Datenübermittlung

Die Identifikation der Objekte geschieht anhand einer im RFID-Transponder gespeicherten “Unique Identification Number” (UID). Die Übermittlung der UID und weiteren Daten kann je nach Anwendungsbereich verschlüsselt oder unverschlüsselt erfolgen. Die älteren Typen der RFID-Transponder senden ihre Informationen, wie in der Norm ISO/IEC 18000 vorgesehen, in Klartext. Neuere Modelle verfügen zusätzlich über die Möglichkeit, ihre Daten verschlüsselt zu übertragen oder Teile des Datenspeichers nicht jedem zugänglich zu machen. Bei speziellen RFID-Transpondern, die beispielsweise zur Zugriffskontrolle von externen mobilen Sicherheitsmedien dienen, werden die RFID-Informationen bereits nach AES-Standard mit 128-Bit verschlüsselt übertragen.

Die Objektidentifikation erfolgt in einer bestimmten Distanz zwischen Lesegerät und Transponder und ist abhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit der Objekte. Das Erfassungsgerät wirkt dabei als Interface zwischen Applikation und RFID-Tag. Das Lesegerät besteht aus einem Hochfrequenzinterface, einem Controller und einer Antenne. Es ist in der Lage die Daten des Transponders auszulesen und gegebenenfalls auch auf diesen zu schreiben.

L-mobile RFID Auto-ID Technologie passiver RFID-Transponder Stabtransponder Etiketten

Das HF-Interface wird zur Erzeugung der hochfrequenten Sendeleistung, zur Modulation des Sendesignals und zum Empfang und zur Demodulation von HF-Signalen eingesetzt. Bei der RFID-Frequenz werden folgende unterschiedliche Frequenzen unterschieden: HF, LF, UHF und NFC.

Der Frequenzbereich der Low Frequency (LF, 30-500 KHz) verfügt über geringe Übertragungsraten und Übertragungsabstände. Die RFID-Frequenz besitzt einen einfachen Aufbau und ist daher kostengünstig. Die RFID-Transponder arbeiten im Nahfeld der elektromagnetischen Wellen, und können somit durch induktive Kopplung passiv mit Energie versorgt werden. LF wird hauptsächlich innerhalb der Tieridentifikation eingesetzt. Die Nahfeldkommunikation (Near Field Communication, Abkürzung NFC) wird hingegen vor allem für das bargeldlose Zahlen von kleinen Beträgen eingesetzt oder zum Aufrufen von Weblinks, wenn im NFC-Chip eine URL im entsprechenden Format hinterlegt wurde.

High Frequency (HF, 10-15 MHz) hingegen kann universell eingesetzt werden und zeichnet sich durch hohe Übertragungsraten sowie eine hohe Taktfrequenz aus. Da kein direkter Sichtkontakt zur Basiseinheit bestehen muss, ist die Technik dieser RFID-Frequenz zwar aufwendiger aber auch flexibler einsetzbar.  Sehr hohe Frequenzen, wie die Ultra High Frequency (UHF +  Microwave, 433 MHz, 850-950 MHz, 2.4-2.5 GHz) besitzen sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und sind unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störfeldern. Die Reichweite liegt bei passiven Transpondern zwischen 3 und 6 Metern und bei aktiven Transpondern bei mehr als 30 Meter. Aufgrund der kürzeren Wellenlängen genügt als Antenne ein Dipol anstatt einer Spule.

Bei der Datenübermittlung erzeugt das Lesegerät ein magnetisches bzw. elektromagnetisches Feld, welches von der Transponderantenne empfangen wird. Von dort wird es weiter an den Mikrochip geleitet. Mit dem Feld werden Signale an den RFID-Transponder übermittelt. Der RFID-Tag antwortet auf diese Signale und sendet in das elektromagnetische Feld. Der RFID-Tag verändert das elektromagnetische Feld des Lesegerätes. Das Lesegerät wiederum nimmt diese Veränderungen wahr und interpretiert die Veränderungen als Antwort auf die Abfrage. Dieser Prozess benötigt nur wenige Sekunden. Diese berührungslose Methode des Datenaustausches funktioniert über eine Distanz von einigen Zentimeter und auch über größere Entfernungen.

Grundsätzlich kann gesagt werden, dass eine größere Reichweite auch mit größeren Aufwand verbunden ist. RFID-Systeme werden hinsichtlich ihrer Reichweite in drei Bereiche unterteilt: Close-Coupling-, Remote-Coupling- und Long-Range-Systeme. Die Reichweite von RFID-Systemen kann sich von wenigen Millimetern (Niederfrequenz-Bereich, passive Transponder) bis hin zu über 10 Metern (Mikrowellenbereich, aktive Transponder) erstrecken.

Energieversorgung der RFID-Transponder

Der RFID-Transponder benötigt zur Stromversorgung und zur Datenübertragung elektrische Energie. Dabei werden drei Varianten unterschieden:

  • Aktive RFID-Transponder

    haben eine eigene Energiequelle zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen. Sie sind batteriebetrieben, befinden sich jedoch solange im Ruhezustand bis sie von einem Lesegerät ein Aktivierungssignal empfangen.

  • Passive Transponder

    wiederum werden bei Lesevorgängen über Funkwellen durch die Lesegeräte mit Energie versorgt. Sie haben eine geringere Reichweite als die aktiven Transponder und benötigen besonders leistungsstarke Lesegeräte. Ferner können deutlich weniger Informationen als bei aktiven Tags gespeichert werden.

  • Semi-aktive Transponder

    verfügen über eine interne Stützbatterie, die der Stromversorgung des Mikrochips dient. Zum Senden der gespeicherten Daten nutzen sie jedoch die Energie des vom Lesegerät generierten Feldes.

L-mobile RFID Auto-ID Technologie aktiver RFID-Transponder Platine

Anwendungsbereiche von RFID-Transpondern

RFID-Transponder finden Ihre Anwendung in unterschiedlichen Bereichen. Die Einsatzbereiche werden in drei Hauptkategorien – Personen-, Tier- und Objektidentifikation unterteilt.

Innerhalb der Personenidentifikation dienen elektronische Reisepässe der schnelleren Abwicklung der Personenkontrolle beim Grenzübergang und bieten eine erhöhte Fälschungssicherheit. Diese sogenannten ePässe besitzen einen kontaktlosen Mikroprozessorchip, welcher alle Passdaten, inklusive personenbezogene- sowie biometrische Daten des Inhabers, in digitaler Form bereithält.

Im Krankenhausumfeld  dienen RFID-Transponder der Patientenidentifikation, unterstützen die Erfassung und Verwaltung der Patientenakten und liefern dadurch eine genaue Zuordnung von Patient und Patientendaten. Zur Patientenidentifikation werden passive, wiederverwendbare RFID-Label verwendet. Diese werden in Form von RFID-Chip versehener Armbänder, RFID-Etiketten oder kontaktlosen ISO Karten eingesetzt, um Patienten zu „kennzeichnen“ und zu identifizieren. Patientendaten können so beispielsweise über das mobile Gerät des Arztes mit dem Patienteninformationssystem im Krankenhaus gekoppelt werden.

Der Einsatz von RFID-Systemen in Krankenhäusern erleichtert Mitarbeitern und Ärzten, welche oftmals unter hohem Zeitdruck und Überlastung leiden, die Arbeit. Darüber hinaus können Fehler und Risiken sehr stark minimiert und die Patientensicherheit erhöht werden.

Auch bei der Tieridentifikation insbesondere bei Nutztieren kommen elektronische Kennzeichnungssysteme zum Einsatz. Die Tieridentifikation per RFID-Transponder ist eine der wichtigsten Triebfedern für die Entwicklung moderner RFID-Systeme. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältigen und die RFID-Label können sowohl inner- als auch überbetrieblich genutzt werden.

Bei der innerbetrieblichen Nutzung steht vor allem die Funktionssicherheit im Vordergrund. Bei der betriebsübergreifenden Kennzeichnung liegt der Schwerpunkt wiederum bei der Fälschungssicherheit. Weiter kann mit Hilfe von RFID auch die artgerechte Tierhaltung unterstützt werden und das trotz größer werdender Produktionsmengen mit der Vorgabe geringerer Kosten.

Innerbetrieblich werden die RFID-Transponder hauptsächlich für Kraftfutterautomaten, Grundfutterzuteilungen, Zugangsberechtigungen für bestimmte Bereiche, automatische Gewichtsermittlungen, die Erkennung und Leistungserfassung am Melkstand, Aktivitätskontrollen, Temperaturüberwachungen und Ortungen eingesetzt.

Ihren Verwendungszweck finden die RFID-Label hingegen bei der überbetrieblichen Nutzung in der Seuchenrückverfolgung, der Zucht- und Qualitätskontrolle, der Transportüberwachung, der Gewichtsermittlung beim Verkauf, dem Sortieren in Treibgängen sowie in der Herkunftssicherung der Tiere.

Bei der Tieridentifikation kommen drei Arten der RFID-Transponder zum Einsatz. Halsbandtransponder eigenen sich beispielsweise besonders für den innerbetrieblichen Einsatz, da sie sehr leicht von einem Tier auf ein anderes übertragen werden können. Ohrmarken können dagegen inner- und überbetrieblich eingesetzt werden, wobei die Fälschungssicherheit erst mit einem zusätzlichen im Chip gespeicherten biometrischen Kennwert (DNA, Iriserkennung, Nasenabdruck) gegeben ist. Eine weitere Möglichkeit der Tieridentifikation besteht darin, den RFID-Tag unter die Haut zu injizieren. Injizierbare Transponder werden mit einem Spezialwerkzeug unter die Haut des Tieres platziert. Sie sind insbesondere auch für eine überbetriebliche Nutzung geeignet, da RFID-Transponder und Tier fest miteinander verbunden sind und der RFID-Tag nur durch einen operativen Eingriff wieder entfernt werden kann.

L-mobile rfid-finder.com Tieridentifikation mit RFID Technologie Stabtransponder

Zu guter Letzt können auch Objekte mit Hilfe von RFID-Systemen identifiziert werden. Gerade im Bereich der Logistik können Produktionsgüter, Waren, Gegenstände, etc. innerhalb der Lieferkette durch RFID-Transponder lückenlos überwacht werden. Anhand der RFID-Etiketten kann jederzeit festgestellt werden, wo sich ein Objekt zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet. Dadurch lassen sich sowohl Lagerbestände als auch die Lagerhaltung effizienter organisieren. Dies senkt nicht nur Kosten sondern minimiert auch Ausschüsse und sorgt für schnellere und einfachere Arbeitsabläufe.

Innerhalb der Werkzeugidentifikation können RFID-Systeme beispielsweise dafür sorgen, dass Werkzeugbestände optimiert werden und nur noch die Anzahl an Arbeitsmittel mitgeführt werden, die auch tatsächlich benötigt werden. Weiter können Sie durch die Ortungsfunktion den Suchaufwand deutlich minimieren und Schwund wird dabei reduziert. Die Softwarelösung L-mobile trace equipment bietet hierfür ein Tool zur Prozessoptimierung und zur Kosteneinsparung. Neben der Werkzeugverfolgung ist auch die Verfolgung via RFID von Aufträgen, Werkstücken und Behältern möglich. Aber auch im Kühlkettenmanagement finden RFID-Transponder ihren Einsatz: Durch die Verwendung von RFID-Systemen können im Bereich des Kühlkettenmanagements die Vorlagen des Gesetzgebers einwandfrei eingehalten werden, Sie sparen sich aufgrund der einfachen Rückverfolgbarkeit auch noch Zeit, da Sie mühelos erkennen, ob die Kühlkette unterbrochen wurde oder Waren verdorben sind und ausgetauscht werden müssen.

Wiederum haben in der industriellen Fertigung e-label einen hohen Stellenwert. E-labels gibt es in verschiedenen Varianten zum Auflegen, Anhängen, magnetischem Anbringen, Anschrauben und Anstecken. Mit der integrierten RFID-Option können gekennzeichnete Aufträge automatisch identifiziert werden. Statusänderungen müssen nicht mehr händisch platziert werden, da die elektronischen Labels jederzeit mit neuen Informationen versehen werden können. Per Knopfdruck lassen sich die alten Daten mit den neuen Informationen überspielen. Gerade im Bereich industrie 4.0 liefern diese neuartigen RFID-Labels einen gewaltigen Fortschritt hinsichtlich des Ziels der gläsernen Fabrik.

Ihre Kanbanprozesse profitieren ebenfalls von RFID-Systemen. Die Softwarelösung L-mobile E-Kanban bietet Ihnen beispielsweise mehr Transparenz und eine größere Prozesssicherheit für Ihre Abläufe. Außerdem werden Nachschübe vollautomatisch angetriggert. Aber auch die C-Teile-Versorgung erhält einen Mehrwert durch den Einsatz von RFID. Arbeitsprozesse werden durch automatisierte Buchungsvorgänge beschleunigt und Lagermengen sinken aufgrund der Bedarfsmeldungen in Echtzeit.

Es gibt noch eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten, wie Sie mit RFID-Systemen Ihre Arbeit im industriellen Umfeld erleichtern können. Gerne beraten wir Sie persönlich zu Ihrem Anliegen.

L-mobile RFID-C-Teile-Management Kanban Briefkasten

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