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DE102006061298A1 - Antenne eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation - Google Patents

Antenne eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation Download PDF

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DE102006061298A1
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Germany
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coil
ring
antenna
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electromagnetic coil
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Withdrawn
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DE102006061298A
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Thomas Bareiss
Gerhard Bändle
Thomas ZÖLLE
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Aumovio Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antenne (Lesespule) eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation, insbesondere für die Identifikation eines Fahrzeugschlüssels.
Die Antenne (Lesespule) eines RFID-Lesegeräts ist an einer Trägerplatte angeordnet und weist eine metallische Abdeckung sowie eine elektromagnetische Spule auf. Um die größtmögliche Reichweite der Datenkommunikation zu sichern, wird die Spule zwischen der Abdeckung und der Trägerplatte angeordnet. Die metallische Abdeckung weist die Form eines Rings auf und ist mit einem Schlitz radial zur Ringachse versehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft Antenne (Lesespule) eines RFID-Lesegeräts mit mindestens einer Spule nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • Um ein unbefugtes Entriegeln und/oder Starten durch fremde Personen zu vermeiden, werden Fahrzeuge heutzutage mit Systemen ausgestattet, mithilfe denen die Fahrzeugschlüssel im Nahfeld identifiziert werden können.
  • Zur Identifikation von Fahrzeugschlüsseln werden unter anderem induktiv gekoppelte RFID-Systeme (Radio Frequency Identifikation Systems) eingesetzt, wobei die Identifikation von Fahrzeugschlüsseln nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion erfolgt und in einem Nahfeld von einer Reichweite von einigen Zentimetern geschieht.
  • Ein solches System zur Identifikation von Fahrzeugschlüsseln weist eine Antenne auf, welche auch Lesespule des RFID-Lesegeräts genannt wird. Die Antenne weist wiederum eine induktive Spule mit mehreren Windungen auf. Die Antenne wird in der Regel in unmittelbarer Nähe zum Zündschlosses oder Start-/Stopptasters eingebaut.
  • Zum Entriegeln und/oder Starten des Fahrzeugs wird beispielsweise der Fahrzeugschlüssel in die Schlüsselaufnahme eines Zündschlosses eingeführt oder in die Nähe des Start-/Stopptasters gebracht.
  • Beispielsweise durch mechanischen Kontakt zwischen dem Schlüssel und der Schlüsselaufnahme oder durch das Betätigen des Start-/Stopptasters wird das Lesegerät eingeschaltet. Dabei fließt Strom durch die induktive Spule der Antenne und erzeugt ein elektromagnetisches Feld.
  • Beispielsweise beim Nahebringen des Fahrzeugschlüssels an die Antenne erzeugt das elektromagnetische Feld der Antennenspule Induktionsstrom in der Spule im Fahrzeugschlüssel und aktiviert somit den Signalsender im Schlüssel. Der Signalsender sendet dann seinerseits Identifikationscode an die Antenne des Lesegeräts. Das Lesegerät vergleicht den empfangenen Code mit vorher gespeicherten Identifikationsdaten und sendet im Falle einer Übereinstimmung ein Signal zum Steuerungssystem im Fahrzeug, um das Verriegelungssystem zu entriegeln und/oder das Fahrzeug zu starten.
  • Die Identifikation des Fahrzeugschlüssels erfolgt daher mithilfe elektromagnetischer Wechselwirkung zwischen der Antennenspule vom RFID-Lesegerät und der Spule im Fahrzeugschlüssel.
  • Da der Fahrzeugschlüssel die zur Datenkommunikation bzw. zur Identifikation erforderliche Energie vom Lesegerät über das elektromagnetische Feld erhält, ist eine Datenkommunikation bzw. Identifikation und somit auch das Entriegeln und/oder Starten vom Fahrzeug selbst in den Notfällen möglich, wenn die Batterien im Fahrzeugschlüssel leer sind oder der Fahrzeugschlüssel keine eigene Stromversorgung hat.
  • Ein solches System ist in der Patentschrift DE 195 39 851 C2 und in der Offenlegungsschrift DE 195 20 211 A1 beschrieben.
  • Nach dem Stand der Technik, auch wie in der Offenlegungsschrift DE 195 20 211 A1 beschrieben ist, wird die Antenne des Lesegeräts samt der Spule unter dem Armaturenbrett oder der Wand des Lenksäulengehäuses angeordnet.
  • Die Anordnung der Spule unter einer solchen, in der Regel metallischen Trägerplatte führt dazu, dass die elektromagnetische Feldstärke im Bereich über der Außenoberfläche der Trägerplatte relativ gering ist, da durch die Dicke der Trägerplatte der Abstand der Spule zur Außenoberfläche um diese Dicke vergrößert ist.
  • Beim herkömmlichen Zündschloss mit Schlüsselaufnahme stellt diese Anordnung wenige Probleme dar, weil der Fahrzeugschlüssel immer in die Schlüsselaufnahme und damit hinter die Trägerplatte eingeführt und somit in die Kommunikationsreichweite der Spule angebracht wird.
  • Da bei Betätigung des Start/Stopp-Tasters eine Identifikation des Fahrzeugschlüssels beim Nahebringen des Schlüssels an das Zündschloss oder dem Start-/Stopptaster erfolgen muss, ist eine genügend große Reichweite des elektromagnetischen Feldes unerlässlich. Dies ist beispielsweise bei Keyless-Fahrzeugen im Limp-Home-Fall (Notstart des Fahrzeugs) besonders wichtig.
  • Bei der Anordnung, wobei sich die Spule hinter der Trägerplatte befindet, kann der Abstand der Spule zur Außenoberfläche der Trägerplatte die Identifikation des Fahrzeugschlüssels erschweren, da das elektromagnetischen Feld über der Trägerplatte aufgrund des relativ großen Abstands zur Spule zu schwach geworden ist, um in der Spule im Fahrzeugschlüssel genügend starken Induktionsstrom zu erzeugen.
  • Außerdem werden von Automobilherstellern häufig moderne Fahrzeuginnendesigns gefordert, bei welchen Zündschloss und/oder Start-/Stopptaster mit Metalloptik zu versehen sind, wobei häufig ein Ring aus Chrom als Abdeckung für den Schlosszylinder beim Zündschloss oder Zylinder für den Knopf beim Start-/Stopptaster verwendet wird.
  • Hinzu werden der Zündschloss und/oder der Start-/Stopptaster oft an einer metallischen Trägerplatte angeordnet.
  • Allerdings ist das Metall elektrisch leitend und eine zusammenhängende metallische Oberfläche schirmt das elektromagnetische Feld ab. Das elektromagnetische Feld induziert auf der Metalloberfläche Wirbelströme, die ihrerseits elektromagnetische Felder erzeugen, welche dem ursprünglichen Feld entgegenwirken und somit dieses abschwächen oder gar vollständig kompensieren. Dadurch ist eine Identifikation vom Fahrzeugschlüssel mittels RFID-System nicht möglich oder sehr schwer durchzuführen.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Antenne der eingangs genannten Art derart zu entwickeln, dass die Datenkommunikation bzw. die Identifikation des Fahrzeugschlüssels selbst beim Keyless-Fall oder Limp-Home-Fall durch Nahebringen des Schlüssels an die Abdeckung des Zündschlosses bzw. Start-/Stopptasters möglich ist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Antenne mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Kerngedanke der Erfindung ist, die Spule zwischen der Abdeckung und der Trägerplatte anzuordnen. Dabei wird die Abdeckung als ein Ring aus Metall oder elektrisch nicht leitendem Werkstoff mit Metalloptik ausgeführt. Im Falle des metallischen Rings wird der Ring durch einen Schlitz radial zur Ringachse getrennt. Durch diesen Schlitz wird verhindert, dass sich beim Betrieb der Antenne Wirbelströme im Metallring integral zum Ring bilden. Dadurch entstehen deutlich weniger Wirbelströme im Metallring und wird das elektromagnetische Feld, welches von der Antennenspule ausgestrahlt wird, nur schwach abgedämpft.
  • Ferner wird vorzugsweise ein Ferritband aus hochpermeablem Werkstoff zwischen der Spule und der (metallischen) Trägerplatte angeordnet. Die elektromagnetischen Feldlinien in Richtung der Trägerplatte werden von diesem Ferritband gebündelt und verstärkt in den Bereich ausgestrahlt, wo sich der Fahrzeugschlüssel zur Identifikation gebracht wird. Dies führt wiederum zu einer größeren Reichweite der Antenne zur induktiven Datenkommunikation bzw. Identifikation des Fahrzeugschlüssels.
  • Um zu vermeiden, im Falle einer Anordnung der Antenne an einer metallischen Trägerplatte zwischen der metallischen Abdeckung und Trägerplatte einen elektrischen Kurzschluss und somit eine zusammenhängende Metallfläche für Wirbelströme bildet, wird eine Isolationssicht zwischen der Abdeckung und Trägerplatte angeordnet.
  • Weitere Ausführungsmöglichkeit ist, die Spule in einem zylinderförmigen Spritzguss aus elektromagnetisch nicht leitendem Werkstoff, bspw. Kunststoff, einzugießen, wobei dieser Spritzguss beim Zündschloss als Schlosszylinder und/oder beim Start-/Stopptaster als Knopf-Zylinder (Zylinder für den Knopf, wobei der Knopf entlang diesen Zylinder gleitet) verwendet wird. Die Spule wird in dem oberen Bereich des Spritzgusses eingegossen, so dass sich die Spule nach dem Einbau des Spritzgusses in der Trägerplatte oberhalb der Trägerplatte befindet.
  • Die Außenoberseite des Spritzgusses wird mit einer Metallschicht oder einer Schicht aus elektromagnetisch nicht leitendem Stoff mit Metalloptik beschichtet. Bei Metallbeschichtung wird die Metallschicht mit einem Schlitz radial zur Zylinderachse versehen.
  • Durch die oben beschriebenen Veränderungen wurde vor allem verhindert, dass sich starke Wirbelströme in den Metallflächen bilden, welche ihrerseits elektromagnetische Felder erzeugen, die dem Feld von der Antenne entgegenwirken und dieses abschwächen.
  • Die erfindungsgemäßen Antennenvorrichtungen können auch in anderen Bereichen, wo induktive Datenkommunikation mithilfe RFID-Systeme durchzuführen ist, verwendet werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt eines der Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei ein Start-/Stopp-Taster als Beispiel gezeigt wird. Der Start-/Stopp-Taster weist einen Zylinder (1.1) und einen Knopf (2) auf, wobei der Knopf (2) beim Betätigen des Start-/Stopp-Befehls entlang dem Zylinder (1.1) gleitet. Der Zylinder (1.1) ist an einer Trägerplatte (3) angeordnet. Auf der Oberseite des Zylinders (1.1) ist ein Chromring (6A) als Abdeckung angeordnet. Im Inneren des Chromrings (6A) ist die Spule (7) angeordnet. Die beiden Enden der Spule sind mit Signalleitungen (8) verbunden.
  • Um eine Abschirmung vom elektromagnetischen Feld (11) durch den Chromring (6A) zu vermeiden, wird, wie in 3 zu sehen ist, der Chromring (6A) durch einen Schlitz (6.1) radial zur Ringachse (6.2) durchgetrennt.
  • Zwischen dem Chromring (6A) bzw. der Spule (7) und der Trägerplatte (3), wo der Start-/Stopp-Taster montiert ist, ist ein Ferritband (9) aus hochpermeablem Werkstoff angeordnet. Die elektromagnetischen Feldlinien (11) in Richtung zum Trägerplatten-Inneren werden durch dieses Ferritband (9) gebündelt in die Richtung verstärkt zurückgestrahlt, wo der Schlüssel (4) zur Identifikation gebracht wird.
  • Um zu vermeiden, im Falle einer Anordnung der Antenne an einer metallischen Trägerplatte (3) zwischen dem Chromring (6A) und der Trägerplatte (3) einen elektrischen Kurzschluss und somit eine zusammenhängende Metallfläche für Wirbelströme bildet, wird vorzugsweise eine Isolationsschicht (10) zwischen dem Chromring (6A) und der Trägerplatte (3) angeordnet.
  • 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in der Figur zu sehen ist, ist die Spule (7) in einem zylinderförmigen Spritzguss (1.2) aus elektromagnetisch nicht leitendem Werkstoff eingegossen, wobei dieser Spritzguss (1.2) als Knopf-Zylinder (Zylinder für den Knopf (2), wobei der Knopf (2) entlang dieses Zylinders gleitet) verwendet wird. Die Spule (7) wird in dem oberen Bereich des Zylinders (1.2) eingegossen, so dass sich die Spule (7) nach dem Einbau des Zylinders (1.2) in der Trägerplatte (3) oberhalb dieser Trägerplatte (3) befindet.
  • Die Außenoberseite des Zylinders (1.2) wird mit einer Chromschicht (6B) beschichtet. Um eine Abschirmung vom elektromagnetischen Feld (11) durch die Chromschicht (6B) zu vermeiden, wird die Chromschicht (6B), wie in 3 zu sehen ist, durch einen Schlitz (6.1) radial zur Ringachse (6.2) durchgetrennt.
  • Ein Ferritband (9) aus hochpermeablem Werkstoff und eine Isolationsschicht (10) werden ebenfalls zwischen der Spule (7) bzw. Chromring (6A) oder Chromschicht (6B) und der Trägerplatte (3) angeordnet.
  • 3 zeigt den Chromring (6A) bzw. die Chromschicht (6B) in Draufsicht. Der Chromring (6A) bzw. die Chromschicht (6B) ist durch einen Schlitz (6.1) radial zur Ringachse (6.2) durchgetrennt. Der Schlitz (6.1) ist mit elektrisch nicht leitendem Material gefüllt.
  • Da der Chromring elektrisch leitfähig ist, kann der Chromring als eine Wicklung der Antennenspule verwendet werden. Wie in der 4 zu sehen ist, ist der Chromring (6C) durch einen Schlitz (6.1) radial zur Ringachse durchgetrennt. An einem Ende ist der Chromring (6C) mit einer der beiden Signalleitungen (8.1) und am anderen Ende mit einem Ende der Spule (7) verbunden. Das andere Ende der Spule (7) ist mit zweiter Signalleitung (8.2) verbunden. So fließt der Strom von der Signalleitung (8) durch den Chromring (6C) und weiter durch die Spule (7).
    • 1.1
    Kunststoff-Zylinder vom Start-/Stopptaster
    1.2
    Kunststoff-Zylinder vom Start-/Stopptaster mit integrierter Spule
    2
    Knopf vom Start-/Stopptaster
    3
    Metallische Trägerplatte
    4
    Schlüssel
    5
    Rückholfeder
    6A
    Chromring mit integrierter Spule
    6B
    Chromschicht
    6C
    Chromring
    6.1
    Schlitz
    6.2
    Ring-/Zylinderachse
    7
    Spule
    8
    Signalleitungen
    8.1
    Signalleitung 1
    8.2
    Signalleitung 2
    9
    Ferritband
    10
    Isolationsschicht
    11
    Elektromagnetisches Feld der Spule

Claims (7)

  1. Antenne eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation, insbesondere für Identifikation eines Fahrzeugschlüssels, wobei die Antenne an einer Trägerplatte (3) angeordnet ist und eine metallische Abdeckung sowie eine elektromagnetische Spule (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Spule (7) zwischen der metallischen Abdeckung und der Trägerplatte (3) angeordnet ist, wobei die metallische Abdeckung einen Ring (6A, 6C) oder eine ringförmige Metallschicht (6B) und dieser Ring (6A, 6C) bzw. diese Schicht (6B) einen den Ring (6A, 6C) bzw. die Schicht (6B) radial durchtrennenden Schlitz (6.1) aufweist.
  2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule von einem Kunststoffring (1.2) umspritzt ist.
  3. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spule (7) und Trägerplatte (3) ein Ferritband (9) aus hochpermeablem Werkstoff angeordnet ist.
  4. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der metallischen Abdeckung (6A, 6B, 6C) und der Trägerplatte (3) eine elektrisch nichtleitende Isolationsschicht (10) angeordnet ist.
  5. Zündschloss, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  6. Tastschalter, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  7. Kraftfahrzeug mit mindestens einer Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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