Miniaturisierte RFID/NFC-Transponder für den harten, industriellen Einsatz
Die industrielle Produktion ist ein raues Umfeld. Auf Werkzeuge und Werkstücke wirken massive Kräfte. Aggressive Reinigungs-, Schleif- und Kühlmittel greifen ungeeignete Materialien an. Hohe Temperaturen wirken auf alle Komponenten ein. Wie können nur wenige Millimeter große RFID/NFC-Transponder in einem solchen Umfeld dauerhaft bestehen?
Neosid-Entwicklungsleiter Matthias Höß erläutert, wie die Brücke zwischen extremen Bedingungen und miniaturisierten Transpondern geschlagen werden kann. Und das nicht nur unter Lagerungsbedingungen: Transponder, die gerade einmal 2,6 Millimeter im Durchmesser groß sind, werden in industriellen Umgebungen unter härtesten Bedingungen eingesetzt.
Im Gespräch mit RFID im Blick gibt Matthias Höß einen Ausblick auf den aktuellen Trend der Industrie in Richtung NFC und die ständige Weiterentwicklung performanter, ultra-kleiner Transponder.
Eingepresst oder angebunden
Wie schafft Neosid den Spagat zwischen höchster Robustheit und kleinster Bauform?
„Einen entscheidenden Anteil, um die Transponder klein und stabil zu konstruieren, leistet das über Jahrzehnte von Neosid aufgebaute Ferrit-Know-how“, unterstreicht Matthias Höß. Die Neosid-Transponder – Neotags – werden als Plug mit einem Gehäuse aus Hochleistungsthermoplast geliefert, dass auf die Anforderungen bezüglich Befestigung und Haltbarkeit ausgewählt wurde. In die Gehäuse mit Durchmessern von 4, 8 und 10 Millimetern, wird ein Ferrit-basiertes Inlay eingelegt.
„Diese Bauform ermöglicht es, dass die Transponder in Bohrungen an metallischen Gegenständen, wie beispielsweise Werkzeuge, eingepresst oder eingeschlagen werden können.“ Im Zuge der Einbringung verklemmt sich das Außengehäuse mit der Innenwand des Bohrlochs. So entsteht eine robuste Befestigung in der Bohrung. Der Transponder ist flächenbündig eingebracht und geschützt vor mechanischen Einflüssen.
Flagge zeigen
„Eine weitere Bauform ist die Flag-Transponderserie. Wir verwenden zur Herstellung die identischen Kunststoffe und Inlays wie bei den Einpressvarianten. Die Flag werden jedoch per Kabelbinder an Objekten angebracht.“
Mit den Neotag Flag hat Neosid eine Lösung geschaffen, um Objekte, bei denen eine Bohrung oder Klebung nicht möglich ist, dennoch mit einer robusten und smarten Kennzeichnung zu versehen. „Die Flag sind ideal geeignet, um beispielsweise Kabel, Schläuche oder Anschlagmittel zu kennzeichnen“, so Höß.
Kabelbinder bis zu einer Breite von 4,8 Millimetern können genutzt werden. Andere Befestigungsmittel, wie Runddrähte und Litzendrähte, können alternativ zusammen mit den Neotag Flag eingesetzt werden, um metallische und nichtmetallische Objekte zu taggen.
Blick auf die Entwicklungs-Roadmap: Es wird noch kleiner!
Aktuell arbeitet das Entwickler-Team von Neosid an einer weiteren Miniaturisierung der Neotags: „Wir sind in der Lage, die Einpresstiefe auf knapp 2,6 Millimeter zu verringern und einen Durchmesser von drei Millimetern zu realisieren“, gibt Matthias Höß einen Einblick. Dass die bereits sehr kleinen Tags einen weiteren Schritt der Miniaturisierung gehen können, ist auch in der gezielten Weiterentwicklung der Prozesstechnik begründet.
„Als Neosid vor rund acht Jahren den allerersten Neotag präsentierte, war dieser von der Baugröße her am Limit des Machbaren mit der Prozesstechnik des Jahres 2012. Die Entwicklung der Herstellungsmöglichkeiten konnte insbesondere in den vergangene fünf Jahren stark vorangebracht werden. Wir werden 2020 in der Lage sein, das Neotag-Konzept – kleinste Abmessungen und höchste Performance auch aus Metall – für noch mehr Anwendungen anbieten zu können“, unterstreicht Höß.
NFC immer stärker nachgefragt
Harte industrielle Umgebungen und fragile Smartphones – wie passt das zusammen? Ist NFC überhaupt gefordert in industriellen Prozessen?
„Eine berechtigte Frage“, bestätigt Höß und gibt einen Einblick: „Im Kontext von IoT und Industrie 4.0 sind immer mehr Unternehmen auf der Suche nach Lösungen, wie Mitarbeiter ohne spezielle Hardware Informationen von Werkzeugen, Maschinen oder Bauteilen einfach und schnell erfassen können. Aus dem Werkzeugmanagement oder aus Wartungs- und Instandhaltungsprozessen erhalten wir steigende Nachfragen zu NFC-fähigen Lösungen.“ Zahlreiche Transponder im Neosid-Portfolio sind bereits NFC-fähig, „die NFC-Lesefähigkeit der Transponder wird kontinuierlich erweitert. Nahezu das gesamte Portfolio der HF-Tags ist heute bereits mit einem NFC-fähigen Endgerät erfassbar.“
Die minimale Bauform der Neosid-Transponder erfordert bei Einbringung in metallische Objekte eine Punktlesung. „Wir unterstützen mit unserem Antennen-Know-How auch Hersteller von industriellen Readern“, so Höß.
Applikationsbeispiel: Werkzeugmanagement
Werden Werkzeuge mit einem Neotag gekennzeichnet, eröffnen sich zahlreiche Optionen für Werkzeughersteller und -nutzer. Die digitale Erfassung und Weiterverarbeitung von Betriebsdaten wie beispielsweise Standzeiten spart Zeit und Kosten, schafft Transparenz, reduziert Fehlerquellen und optimiert die Ressourcenplanung.
„Eine 10-Millimeter-Bohrung ist in zahlreichen Werkzeughaltern bereits werksseitig vorhanden. Das Einpressgehäuse des Neotag Plug MFG10340 ist exakt auf diese Bohrung abgestimmt und lässt sich so sicher und schnell montieren. Dem Leitgedanken der Industrie 4.0 folgend entstehen so in wenigen Arbeitsschritten smarte Werkzeuge, die mit gängigen mobilen Endgeräten gelesen werden können. Transparente und digitaler Prozesse in industriellen Anwendungen werden real.“
Applikationsbeispiel: Instandhaltung
Ketten und Anschlagmittel in Industrie und Logistik sind hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Deshalb unterliegen sie strengen Auflagen zur regelmäßigen Wartung und Überprüfung. Optische Kennzeichnung oder außen aufgebrachte Transponder sind mechanisch nicht akzeptabel. „Die Neotags schaffen hier den entscheidenden Vorteil. Sie werden geschützt in die Bauteile integriert. Der geringe Platzbedarf sorgt dafür, dass Anschlag- und Zurrmittel in ihrer Stabilität nicht beeinflusst werden“, so Höß.
Das Ergebnis: Prüfer sparen Zeit. Fehler sind ausgeschlossen. Alle Ketten und Anschlagpunkte können digital verwaltet werden. Alle Prüfungen werden rechtssicher dokumentiert.
Miniaturisierung ist der Schlüssel zur Integration
Warum machen die minimalen Abmessungen die Neotags zur idealen Kennzeichnungslösung im Sinne des IoT?
„Mit dieser geringen Größe relativiert sich die Frage, ob Objekte überhaupt mit RFID zu kennzeichnen sind“, sagt Höß und führt aus: „Das gilt nicht nur für Werkzeuge und Zurrmittel, sondern beispielsweise auch für medizinische Instrumente.“ Die Zielsetzung hier: Jede einzelne Schere, jedes einzelne Mehrwegskalpell soll dauerhaft identifizierbar werden. „Robustheit ist im Gesundheitswesen der entscheiden Aspekt. Die Neotags überstehen unzählige Sterilisations- und Aufbereitungsprozesse. Hohe Temperaturen, Drücke oder Chemikalien bringen die Tags nicht aus der Ruhe“, veranschaulicht Höß.
Made in Germany und zu 100 Prozent qualitätsgeprüft
Die Neotags werden in Deutschland in einer vollautomatischen Transponderproduktion am Unternehmenshauptsitz in Halver gefertigt. „'Made in Germany' ist ein wichtiger Aspekt – dazu gehört auch, dass alle Transponder eine mehrmalige Prüfung durchlaufen um höchste Qualitätsanforderungen zu erfüllen“, unterstreicht Höß.
