VON
Benedikt Schrage
IN
RFID-Label: smarte Identifizierungslösungen für vielfältige Einsatzbereiche
Im Zuge der Digitalisierung gewinnt das Automatisieren von Prozessen immer mehr an Bedeutung. Das gilt auch für das Erfassen und Tracken von Produkten während ihres gesamten Lebenszyklus. Produktion, Handel und Logistik setzen diesbezüglich zunehmend auf die RFID-Technologie, die eine berührungslose Datenübertragung via Funksignal ermöglicht und das zeitaufwendige händische Einscannen wie beim Barcode unnötig macht. Hier erfahren Sie, was genau es mit dem RFID-Label auf sich hat und welche Vorteile es bietet.
Definition: Was bedeutet RFID?
RFID ist die Abkürzung für „radio frequency identification“ (deutsch: „Identifikation mit Hilfe elektromagnetischer Wellen“). Hierbei handelt es sich um eine Technologie, die das automatische, berührungslose Lokalisieren und Identifizieren von Objekten und Lebewesen mithilfe von Radiowellen ermöglicht. Typische Einsatzgebiete sind:
- die Rückverfolgung von Lieferketten,
- die Echtheitsprüfung bei Medikamenten bzw. auf die Kennzeichnungspflicht von Arzneimitteln,
- die elektronische Überwachung von Abfüll- und Umfüllvorgängen,
- das Waren- und Bestandsmanagement und
- Welche Anforderungen stellen Sie an Geschwindigkeit und Volumen?
Zu einem RFID-System gehören ein aus einem Mikrochip und einer gelegten, gedruckten oder geätzten Antenne bestehender Transponder sowie ein Schreib-/Lesegerät, mit dem Informationen auf dem Chip hinterlegt oder von diesem ausgelesen werden können. Die für den Datenaustausch erforderliche Energie erhält der Transponder über das elektromagnetische Feld des Lesegeräts (passiver Transponder) oder eine Batterie (semi-passiver oder aktiver Transponder). Gesteuert wird der Leseprozess über eine im Lesegerät integrierte Software und eine RFID-Middleware, die Schnittstellen zu weiteren EDV-Systemen beinhaltet. Die Vorteile der Technologie ergeben sich aus der geringen Größe und der unauffälligen Auslesemöglichkeit in Verbindung mit dem niedrigen Preis für RFID-Label (teilweise im Cent-Bereich).
Wie viele Informationen passen auf ein RFID-Label?
RFID-Transponder gibt es in allen erdenklichen Formen, Größen, Materialien und Farben. Da ihre Elektronikkomponenten sehr empfindlich sind, bedürfen sie einer applikationsspezifischen „Verpackung“, die sie vor mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen schützt. Die simpelste Verpackungsform ist das RFID-Label, auch RFID-Etikett genannt, bei welchem der Chip durch eine Lage Papier oder eine einfache Folie geschützt ist. Soll es robuster sein, wird die RFID-Elektronik in einer laminierten Karte verpackt. Reicht auch das nicht aus, werden Chip und Antenne in ein Kunststoffgehäuse vergossen. Die Speichergrößen der Transponder liegen zwischen einem Bit und mehreren Kilobytes. Abhängig von der Kapazität bieten die Chips Platz für folgende Inhalte:
| Speicherkapazität | mögliche Inhalte |
| 1 Bit | Unterscheidung zwischen „ja“ und „nein“ (z. B. Artikelsicherung „da“ oder „nicht da“) |
| 4 Byte | eineindeutige Nummern (Unique ID = UID) |
| 8 kByte | 4 Schreibmaschinenseiten mit je 30 Zeilen aus jeweils 60 Zeichen |
Neben der einfachen Datenspeicherung kann ein RFID-Label weitere Chipfunktionalitäten wie PIN-Berechtigungen, Schreibschutz, Verschlüsselung des Dateninhalts oder kryptografische Funktionen enthalten.
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Welche Möglichkeiten bieten RFID-Label zur Verknüpfung und Optimierung von Prozessen?
Ein positiver Aspekt von Funkwellen besteht darin, dass sie in der Lage sind, Verpackungsmaterialien, Regale, Lkw-Wände und andere Hindernisse zu durchdringen. Außerdem ist keine Sichtverbindung erforderlich, um Objekte über RFID-Label zu identifizieren. Das bedeutet, dass Sie die Transponder problemlos an versteckten Stellen anbringen können. Auch die unsichtbare Integration in bestehende Produkte ist machbar. Überdies können Sie entsprechend gekennzeichnete Gegenstände im Pulk erfassen, beispielsweise komplette Paletten auf einmal auslesen. Darüber hinaus ist es möglich:
- Produkte automatisiert mit Verpackungen und Transportmitteln zu verknüpfen,
- Maschinen automatisch auf die Fertigungsparameter des eintreffenden Produktes einzustellen
- die jeweilige Fertigungsstufe auf dem RFID-Label zu hinterlegen und damit Medienbrüche sowie daraus resultierende Fehler zu reduzieren und
- fehlerhafte Chargen durch Handlesegeräte zu lokalisieren, ohne jede bedruckte Verpackung umständlich nach Zetteln absuchen zu müssen.
Die auf dem RFID-Label gespeicherten Informationen lassen sich jederzeit berührungslos abrufen, ändern, löschen oder ergänzen. Zudem verfügt jeder Transponder über eine weltweit unikate ID, die Verwechslungen ausschließt und eine hohe Fälschungssicherheit gewährleistet.
Funktion und Anwendung von RFID-Etiketten
Passive und aktive RFID-Label unterscheiden sich sowohl in Funktionsumfang und Reichweite als auch hinsichtlich des Preises. Zudem halten passive Transponder nahezu ewig, während aktive eine begrenzte Lebensdauer haben. Befindet sich ein passives RFID-Label im elektromagnetischen Feld des Lesegeräts, wird es mit der für den Datenaustausch erforderlichen Energie versorgt. Da es die Energie zwischenspeichert, kann es auch nach Unterbrechung des Abfragesignals ausgelesen oder beschrieben werden.
Nachteile batterieloser RFID-Etiketten sind die kurze Reichweite von einigen Zentimetern bis zu circa zehn Metern und das geringe Datenvolumen. Bei passiven Transpondern haben Sie die Wahl aus:
- Read-Only-Transponder (nur lesbar),
- Read-and-Write-Transponder (lesbar und beschreibbar) sowie
- Write once/Read many (einmalig beschreibbar, vielfach lesbar).
Aktive RFID-Label können ihre Daten dank eigener Spannungsversorgung selbstständig senden. Das tun sie entweder in einem vorgegebenen Intervall oder nach einem „Wecksignal“ von einem Lesegerät. Die Reichweite kann bis zu 100 Meter betragen und auch der Funktionsumfang ist größer. Sie sind jedoch deutlich teurer als passive Etiketten.
Unterscheidung von RFID-Etiketten nach Frequenzbereichen
Außer in der Art der Energieversorgung ihrer Transponder unterscheiden sich RFID-Systeme hinsichtlich des genutzten Funkfrequenzbereichs. Low-Frequency-(LF-)Systeme und High-Frequency-(HF-)Systeme sind weltweit einsetzbar, während es bezüglich der Frequenzbänder und Sendestärken der Schreib-/Lesegeräte bei Ultra-high-Frequency-(UHF-)Systemen bisher keine einheitliche Regelung gibt. Mikrowellen-Systeme finden derzeit nur in den USA Verwendung. Alle Frequenzbereiche haben ihre Vor- und Nachteile:
Datenübertragung bei passiven RFID-Transpondern
Die Art der beim batterielosen RFID-Label genutzten Datenübertragung richtet sich danach, ob das System im Nah- oder im Fernbereich operieren soll. Im Wesentlichen werden drei Kopplungsarten unterschieden:
- induktive Kopplung (Nahbereich),
- kapazitive Kopplung (Nahbereich) und
- Backscatter-Verfahren (Fernbereich).
Bei der induktiven Kopplung besitzen sowohl das Lesegerät als auch der Transponder jeweils eine Antennenspule. Ersteres erzeugt ein elektromagnetisches Feld, auf dessen Resonanzfrequenz der Transponder reagiert. Die Datenübertragung erfolgt entweder im Voll- oder im Halbduplexverfahren. Die kapazitive Kopplung findet insbesondere bei Distanzen im Millimeter-Bereich Verwendung. Bei dieser Methode geschieht die Signalübertragung über zwei parallel angeordnete, voneinander isolierte Leiter. Verändert sich die Ladung des einen, überträgt das elektrische Feld die Änderung auf den zweiten. Beim Backscatter-Verfahren ist der Abstand zwischen Sender und Empfänger zu groß, um über das elektromagnetische Feld ausreichend Spannung im Transponder zu erzeugen. Deshalb muss die Antenne des Lesegeräts eine bestimmte Sendeleistung abstrahlen. Diese steht dem Transponder als Hochfrequenzspannung zur Verfügung und lässt sich (gleichgerichtet) zur Energieversorgung nutzen.
