RFID funktioniert jetzt auch mit Verbundwerkstoffen

Funken - trotz Fasern

Antennen, die Radiowellen weiterleiten können, verwandeln Bauteile in intelligente Objekte. Forscher haben jetzt einen Weg gefunden, diese auch in Faserverbundwerkstoffe einzubetten. Damit funktioniert die RFID-Technologie auch bei Kohle- und Glasfasern.

Um RFID-Tags in Faserverbundstoffe einzubauen, sind extradünne Antennen notwendig (rechte Seite: UHF-, linke Seite: HF-Transponder). (Foto: TUM-IWB/Fraunhofer IIS

Die Werkstücke in der Produktionshalle sehen eigentlich normal aus. Doch der flüchtige Blick täuscht. Die Flugzeugbauteile sind intelligent und können mit den Facharbeitern kommunizieren. Quelle des Informationsflusses ist ein RFID-Chip (radio-frequency identification). Er misst nur wenige Quadratmillimeter und sendet schnell, effizient und konsistent Daten des Bauteils über Radiowellen an ein Empfangsgerät. Bislang setzen wenige Unternehmen die Technologie zur Dokumentation in der Fertigung ein.

Wie gut ein RFID-Transponder funktioniert, hängt maßgeblich vom umgebenden Werkstoff ab. Dieser kann die Antennen der Transponder beeinflussen und sich negativ auf die Reichweite sowie die Qualität der Datenübertragung auswirken. Forscher am Nürnberger Standort des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS haben jetzt RFID-Transponder entwickelt, deren Antennen auch auf Faserverbundwerkstoffen zuverlässig funktionieren. Bauteile aus Glas- oder Kohlefaser sind leicht und stabil zugleich und werden daher vor allem beim Flugzeug- und Fahrzeugbau immer häufiger eingesetzt. Doch die Fasern beeinflussen die Frequenzen besonders stark. Ihr genaues Verhalten gegenüber RFID war bisher kaum bekannt.

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"Wir haben uns die für die RFID-Technologie relevanten Frequenzen 125 kHz (LF: low frequency), 13,56 MHz (HF: high frequency) und 868 MHz (UHF: ultra high frequency) genau angesehen und gemessen, wie sich Glas- und Kohlefasern auf die Reichweite, die Datenübertragung und die Zuverlässigkeit der Transponder auswirken", beschreibt Diplom-Ingenieur Tobias Dräger die Arbeiten am IIS. Das Ergebnis: Während sowohl LF, HF und UHF an Glasfasern gut funktionierten, schwächten bei Kohlefasern insbesondere die hohen Frequenzen die Leistung der RFID-Chips deutlich ab. Gerade die UHF-Frequenzen eignen sich durch ihre relativ großen Reichweiten von bis zu 15 Metern gut für Logistik und Produktion. Bei für RFID schwierigen Werkstoffen, zum Beispiel Metallen, konnte diese Leistung daher bisher nur durch ein teures Transponderdesign erreicht werden.

"Die verwendeten Antennen und Transponder machen diese Spezialanfertigungen voluminös. Gleichzeitig lassen sie sich nur schwer in die Faserverbünde integrieren", schildert Dräger die Ausgangssituation. Zusammen mit Partnern aus der Luftfahrtindustrie und Forschung gelang es seinem Team nun, zuverlässige Transponder zu entwickeln, die innerhalb von leitenden und zugleich physikalisch belasteten Bauteilen einwandfrei funktionieren. Die Wissenschaftler kreierten dafür ein extradünnes Antennendesign, um die RFID-Chips auf den Werkstoffen unter einer schützenden Glasfaserschicht einbetten zu können. Gemeinsam mit Schreiner Logidata, einem Hersteller von RFID-Transpondern, hat das IIS bereits eine erste Testserie entwickelt.

Aktuell setzen sechs Prozent der deutschen Unternehmen RFID ein; vier Prozent in Europa. Dies ermittelte 2011 das Statistische Amt der Europäischen Union Eurostat. Dass dies sich bald ändern wird, davon ist RFID-Experte Maximilian Roth vom Zentrum für Intelligente Objekte ZIO in Nürnberg überzeugt: "Die neuen Einsatzmöglichkeiten bei den boomenden Faserverbundwerkstoffen wird die Relevanz von RFID in der Industrie weiter erhöhen."    bw

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