Gleich zu Beginn – was bedeutet die Abkürzung RFID? Das steht für Radio Frequency Identification. Diese Technologie ist keine wirklich neue – auch wenn es manchmal so wirkt. Begonnen hat alles in den 1960er Jahren. Ein Grund, warum RFID erst in den letzten Jahren so richtig auf die Erfolgsspur gewechselt ist, ist der Preis. In den 1960er und 1970er Jahren war der Preis von Chips noch so hoch, dass sich die Produktion nicht lohnte.
Aber heute sind Chips überall zu finden und die Produktionskosten sind im Vergleich zu den 1960er Jahren marginal. Das ist auch der Grund, warum zahlreiche Unternehmen in die technologische RFID-Entwicklung viel Geld stecken und somit den Fortschritt massiv antreiben. Zudem kosten die RFID-Transponder erheblich weniger. Wir klären für Sie im Folgenden, was genau ein RFID-System ist, wo die Vorteile liegen und wo die Anwendungsgebiete sind.
Was genau ist ein RFID-System?
Der englische Begriff Radio Frequency Idenitification bedeutet in der Übersetzung in etwa Funkerkennung. RFID, so die Kurzform, wurde dafür geschaffen, bei der drahtlosen Übermittlung von Sensormesswerten behilflich zu sein.
Ein modernes RFID-System besteht in der Regel aus einem RFID-Transponder (Wortschöpfung aus Transmitter und respond – also Sender und antworten) und einem Lesegerät, das man RFID-Reader nennt.
Der Grund, warum sich das System aktuell immer mehr durchsetzt, ist, RFID-Systeme sind in der Lage, die unterschiedlichsten technischen Daten ohne direkte Berührung zu lesen und zu speichern. Die Wege des Informationsaustausches sind nicht auf einen davon beschränkt. Hat ein RFID-System eine Reichweite von lediglich wenigen Metern, operiert es in einem Frequenzbereich zwischen 120 und 150 kHz. Diese werden zum Beispiel bei Wallboxen mit einem RFID-Schlüssel eingesetzt.
RFID-Systeme, die über eine Maximalreichweite von 200 m verfügen, operieren in einem Bereich zwischen 3,1 und sagenhaften 10 GHz.
Nun wird es technischer. Ganz allgemein gesagt, bauen alle RFID-Verfahren auf dem Prinzip von Resonanz und Reflexion auf. Dabei setzt man auf eine kontaktlose Kopplung mit magnetischer oder elektromagnetischer Verbindung. Das Koppelelement setzt sich aus einer Antennenspule oder einer Dipolantenne zusammen. Welche von beiden verwendet wird, hängt von der RFID-Frequenz ab.
Kommen wir zu den Transpondern in einem RFID-System. Gruppiert man diese energietechnisch, erhält man passive RFID-Transponder, aktive RFID-Transponder und semi-passive RFID-Transponder. Ist der RFID-Transponder passiv, so fließt die Energie komplett über den RFID-Reader. Hier findet auch der Datentransfer statt. Bei einem aktiven RFID-Transponder hat auch dieser eine eigene Energiequelle. Spricht man von einem semi-passiven RFID-Transponder, bezieht dieser die Energie vom Reader. Um das HF-Signal zu erzeugen, braucht dieser aber eine eigene Stromquelle.
Wie ist ein RFID-System aufgebaut?
Der RFID-Reader ist bei diesem System sozusagen das Element, das abfragt. In den überwiegenden Fällen besteht der Reader aus einem HF-Modul. Dieses wird aus einer Elektronikschaltung gebildet, die mit einer Schwingkreisbeschaltung ausgestattet ist.
Der RFID-Transponder besteht aus einer Antennenspule. Dazu kommen noch ein elektronischer Chip sowie ein elektrisches Eingangsnetzwerk. Es gibt auch Modelle, bei denen die Antenne direkt in den Chip integriert ist.
Wie funktioniert ein RFID-System physikalisch betrachtet?
Der Reader ist hierbei die Sende- sowie die Empfangseinheit in einem Nahfeldbereich. Hier wird jenes Signal erzeugt, das in der Antennenspule ein magnetisches Wechselfeld erstellt. Abhängig vom Abstand strömt das magnetische Feld Großteils in die Antennenspule des Transponders. Nun erzeugt der ein elektrisches Feld. Ist der Transponder in der Reichweite des Reader-Magnetfeldes, entzieht er dem Feld die Energie. Mit dieser Energie wird der elektrische Energiespeicher geladen. So wird der Chip im Transponder aktiviert. Letztlich decodiert er das empfangene Signal.
Das decodierte Signal ist wichtig. Hieraus generiert der Chip in Kombination mit den Daten im Transponder ein wiederum codiertes magnetisches Wechselfeld als Antwort. Die Magnetfeldstärke wird in diesem Kontext durch das Ab- und Zuschalten eines Lastwiderstands moduliert. Das erkennt der Reader als sogenannte transformierte Impedanz.
Die Lastmodulation sorgt also für die Änderung des Magnetfeldes. Der Effekt ist mit einer Amplitudenmodulation gleichzusetzen. Letztere ist ebenfalls mit einer digitalen Information des Transpondersignals verwandt. Die genannte Information inkludiert die Seriennummer des Transponders sowie andere Daten.
Über geeignete Schnittstellen können die gespeicherten technischen Daten elektronisch ausgelesen und verarbeitet werden. Der Transponder beeinflusst also das gesendete magnetische Wechselfeld des Readers.
Kann man ein RFID-System erweitern?
Kurz gesagt, ja. Aber nun die detaillierte Antwort. Als Erweiterung gelten RFID Systeme mit integrierten oder externen Sensoren, die für die drahtlose Übertragung von Sensormesswerten ausgelegt sind. Dies gilt speziell für den Hochfrequenzbereich. Statt hier von RFID zu sprechen, erweitert man und sagt RFIDS (Radio Frequency Identification Sensors).
Diese Sensoren speichern ihre Messwerte auf RFID-Schreib- und Lesegeräte – und das ohne Berührung. Das gilt auch für die Änderung von Daten. Erweitert man ein RFID System mit einem Sensor, entsteht ein RFID Sensor.
Was sind die Vorteile vom RFID?
Wichtig ist, ein RFID ermöglicht es, dass Sie einen Datenaustausch starten, ohne dass der Sender und der Empfänger in direktem Kontakt stehen müssen. Aus dieser Tatsache heraus entwickeln sich verschiedene Vorzüge.
Dazu gehört die Signal-Durchdringung von verschiedenen Materialien. Der Transponder bei einem RFID-System ist besonders widerstandsfähig. Mittels RFID ist es möglich, dass Daten elektronisch gespeichert und programmiert werden können. Das RFID-Modell kann den Barcode ablösen, denn die Datenerfassung läuft im Vergleich zu letzterem bei ersterem 20-mal schneller ab. Zudem erlaubt RFID eine Pulkerfassung. Diese dient dazu, bei logistischen Prozessen die Waren ohne einzelne Erfassung allgemein, automatisch und ganzheitlich einfach zu erfassen.
Welche Möglichkeiten verschafft RFID der Wirtschaft?
RFID kann vielen Unternehmen dabei helfen, die eigenen Geschäfte effektiver und effizienter zu gestalten. Mit dieser drahtlosen Kommunikationstechnologie können so Waren extern und intern einfach verfolgt und so der Warenfluss perfekt koordiniert werden. Damit steigert RFID die Effizienz von Betriebsabläufen. Somit werden Kosten gesenkt und die Warenverfolgung vereinfacht. Das schafft im B2B- sowie im B2C-Bereich hochgradige Transparenz und somit Vertrauen.
In den Vereinigten Staaten von Amerika sind RFID-Tags aus dem täglichen Geschäftsleben nicht mehr wegzudenken. Sie werden im Rahmen des Zugangsmanagements sowie im Bereich des Materialidentifikationsmanagements eingesetzt.
Die Menschen in den USA verwenden die RFID-Tags für kommerzielle Zwecke, als Healthcare-Tags sowie als Korrektur-Tags. Speziell die Healthcare-Tags werden von Krankenhäusern in den Staaten immer öfter bevorzugt. So können diese ihre Prozesse rationalisieren, indem sie die Abrechnungen sowie die Berichterstattung entsprechend automatisieren.
Neben dem Gesundheitswesen zählen der Einzelhandel, die Sicherheitsindustrie, die Automobilbranche sowie die IT, die Viehzucht und die logistische Transportbranche zu den wichtigsten Nutzern dieser Technologie.
Vor allem in der Transportbranche, so glauben Analysten, wird sich in Zukunft ein starker Markt für RFID-Tags entwickeln. Die Fähigkeit zum „Tracking and Tracing“ soll die Effizienz innerhalb der Logistikbranche erheblich steigern.
Wie funktionieren RFID-Systeme mit hohen Frequenzen?
Bei Wallboxen werden RFID-Systeme mit niedrigen Frequenzen eingesetzt. Dies liegt daran, dass die Reichweite dafür nicht groß sein muss. Aber es gibt noch die UHF-Tags (Ultra High Frequency). Wie funktionieren diese?
Hierbei müssen die Sender und die Empfänger nicht unbedingt auf die Frequenz des RFID-Lesegeräts reagieren. Sogenannte Fernfeld-Systeme arbeiten mit Backscatter-Verfahren. Dabei werden die empfangenen Signale nicht zurückgesendet, sondern lediglich reflektiert. Hier ist sowohl der Transponder, als auch der Reader mit einer sogenannten Dipolantenne ausgestattet. Der Transponder-Dipol nimmt dabei die vom Reader-Dipol gesendete HF-Spannung auf.
Dabei wird die HF-Spannung gleichgerichtet. Ein Teil der Spannung wird auch zur Versorgung verwendet, ein anderer reflektiert. Über das Zu- und Abschalten eines Lastwiderstands wird das reflektierte Signal für die Datenübertragung moduliert. Das Signal wird vom Reader erfasst und anschließend interpretiert.
Wer mehr über die Wirkweise, die Zukunft und die Anwendung von RFID bei Wallboxen erfahren will, unsere Experten von energielösung freuen sich auf Ihre E-Mails und Anrufe.