RFID kommt in Elektrofahrzeuge

Von Lee Teschler | 18. März 2021

Frank Linti •Schreiner LogiData

Viele Zulieferer von OEMs müssen RFID-kompatible Etiketten auf den von ihnen bereitgestellten Komponenten anbringen, insbesondere im Prototypenbau. Dies gilt insbesondere für RFID-Etiketten auf Automobil-OEM-Komponenten. Aufgrund von Variablen in den Chipinhaltskonfigurationen haben OEMs jedoch manchmal Probleme bei der Verwendung dieser Etiketten. Daher fordern Automobilhersteller zunehmend den Einsatz standardisierter RFID-Inhalte.

Für Zulieferer lohnt es sich, ein paar Details über die üblicherweise in Automobilanwendungen verwendeten RFID-Tags zu kennen und einige Punkte zu beachten.

Das ((rfid))-DistaFerr SL2-Etikett ist ein Beispiel für ein RFID-Etikett, das von metallischen Substraten nicht beeinträchtigt wird. Die Ablesbarkeit auf Metallen beträgt bis zu vier Meter. Der Einsatz spezieller Materialien macht den RFID-Transponder langlebig. Es wurde nach aktuellen Automobilstandards getestet und ist wetterfest. Diese Etiketten können vor Ort bedruckt (mit Thermotransferdruckern) und programmiert werden.

Einerseits können RFID-Tags eine maximale Speicherkapazität von etwa 2 kByte haben, die in Fahrzeugen verbauten RFID-Etiketten verfügen jedoch nur über eine geringe Speicherkapazität, typischerweise 512 Bit (64 Zeichen) bis etwa 2.000 Bit (ca. 250 Zeichen). Die Anordnung der Chips auf dem RFID-Tag selbst ist weitgehend Standard. Der Speicher ist jedoch typischerweise nur groß genug, um Produktionsdaten aufzunehmen oder in seltenen Fällen wird auch ein definierter Zustand des Objekts übertragen.

Die Kosten für RFID-Etiketten hängen in der Regel nicht davon ab, ob sie in der Montage, in der Logistik oder in einer anderen Verwendung eine Rolle spielen. Faktoren, die zu den Kosten beitragen, hängen im Allgemeinen damit zusammen, wie viel Missbrauch das Etikett aushalten muss, auf welcher Oberfläche es haften muss und welche Art von Klebstoff erforderlich ist, um dem Etikett die erforderliche Lebensdauer zu verleihen. Die Etikettenkosten liegen je nach Design und Anforderungen typischerweise zwischen fünf Cent und einem Euro pro Etikett.

Darüber hinaus gibt es nur zwei feste Regeln dafür, wann RFID-Tags eine bessere Wahl als Barcodes sind: RFID ist im Allgemeinen die bessere Wahl, wenn die Aufzeichnung automatisch, in großen Mengen, aus der Ferne oder aus Sicherheitsgründen erfolgen muss. RFID bietet beispielsweise auch die Möglichkeit, QM-Daten auf dem Chip zu speichern. Sobald ein Barcode definiert ist, besteht die einzige Möglichkeit, die darin enthaltenen Daten zu ändern, darin, einen anderen Code darüber einzufügen.

Ein Beispiel für RFID-Technologie, die für den Einsatz auf Metallsubstraten entwickelt wurde, ist das ((rfid))-DistaFerr-Etikett. Mit einer Größe von nur 10 x 50 x 1,7 mm ist es das kleinste kommerziell erhältliche UHF-RFID-Label für On-Metal-Anwendungen. Mit einem Thermotransferdrucker kann der Anwender das Etikett individuell vor Ort programmieren und ausdrucken. Die Lösung ermöglicht die automatisierte Übertragung produktionsspezifischer Daten an einen in einer Maschine integrierten UHF-RFID-Reader. Die Lesereichweite beträgt etwa einen Meter.

Hilfreich ist auch zu wissen, dass es mehrere Arten standardisierter RFID gibt. ISO/IEC 18000 ist ein internationaler Standard, der eine Reihe verschiedener RFID-Technologien beschreibt, die jeweils einen einzigartigen Frequenzbereich nutzen. Die vom Standard abgedeckten Frequenzen reichen von 135 kHz am unteren Ende bis 960 MHz. Dabei nutzt RFID in Produktion und Logistik typischerweise das UHF-Band von 300 MHz bis 3 GHz.

Eine andere Art von RFID, die manchmal in der Fertigung zum Einsatz kommt, ist in ISO/IEC 15693 geregelt. Sie umfasst sogenannte Proximity-Karten, die aus größerer Entfernung (ca. 1,5 m) gelesen werden können. Die Stromversorgung des Tags erfolgt in der Regel über das Lesegerät, das es über Funk ausstrahlt. Diese Systeme arbeiten im HF-Bereich von 13,56 MHz und kodieren Informationen typischerweise entweder mit ASK oder FSK. Typische Beispiele sind die RFID-Tags in Büchern öffentlicher Bibliotheken und in Eintrittskarten für Freizeitparks, die nach einer bestimmten Zeit ablaufen. Aber industrielle RFID-Tags verwenden manchmal dieselbe Technik.

Der ((rfid))-DistaFerr ESD ist für den Einsatz auf Behältern oder Produktionstrays aus ESD-Kunststoffen konzipiert. Die Lesereichweite beträgt etwa zwei Meter. Das aus speziellen Materialien gefertigte ((rfid))-DistaFerr ESD ist witterungsbeständig und hält aggressiven Substanzen und Reinigungsprozessen stand. Das Etikett ist für die Vor-Ort-Programmierung und den Ausdruck per Thermotransferdrucker geeignet.

Es kommt häufig vor, dass industrielle RFID-Anwendungen spezielle Anforderungen haben, die für handelsübliche Tags nicht geeignet sind. Der Einsatz von RFID erfordert daher möglicherweise einige Entwicklungsarbeiten und möglicherweise die Einführung in einem Pilotprojekt. Beispielsweise müssen Etiketten möglicherweise maßgeschneidert werden, um anspruchsvolle Substrate wie Metall, ESD, Kohlefaser, Glas zu verarbeiten oder starker Hitze oder Kälte standzuhalten.

Viele Bauteile enthalten Eisen, Stahl oder Aluminium. Metall kann elektromagnetische Felder blockieren und verhindern, dass Lesegeräte Tag-Daten erfassen. Daher müssen Etikettenhersteller möglicherweise Abschirmmittel einbauen, um eine Verzerrung oder Verschlechterung der Lesbarkeit des Etiketts zu verhindern.

Darüber hinaus muss möglicherweise auch die Antenne am Tag angepasst werden, um die erforderliche Reichweite zu erreichen, insbesondere wenn das Substratmaterial den HF-Empfang stört. Auch besondere Anforderungen wie Manipulationsschutz, Personalisierung und Verschlüsselung können einen Mehraufwand seitens des Tag-Anbieters erfordern.

Herkömmliche UHF-RFID-Etiketten können auf Metall geklebt nicht gelesen werden. Etiketten für die Verwendung auf Metall sind in der Regel für bestimmte UHF-Frequenzbereiche optimiert, wie sie von ETSI in Europa oder der FCC in der NAFTA-Region und Asien festgelegt werden. Das bedeutet, dass Etiketten nur innerhalb dieser spezifischen Bereiche identifiziert werden können, was ein Problem darstellt, wenn Objekte von einem Kontinent auf einen anderen gelangen. ((rfid))-DistaFerr Global ist ein Label, das das Problem entschärfen soll. Es kann auf Metallteilen befestigt werden und beherrscht dank seiner Dualband-Antenne alle Frequenzbänder. Die Lesereichweite kann je nach Chip-Option bis zu 6 m betragen. Normalerweise drucken und programmieren Benutzer Etiketten von einer Rolle vor Ort.

Lieferanten von RFID-Etiketten können Tags nach Bedarf entwickeln, um die Kompatibilität mit bestimmten Herstellungsprozessen zu gewährleisten. Das Ergebnis kann eine Verarbeitung, Programmierung und Drucken von der Rolle sein, um bestimmte Anforderungen und Faktoren der Produktionsumgebung zu erfüllen, darunter:

Produktionsbeginn: Metallische Bauteile, die mit einem RFID-Etikett ausgestattet sind, können das System oder die Maschinen über eine Reihe von Themen informieren, einschließlich ihrer Prüfkriterien oder darüber, wie sie nachgelagert verarbeitet werden sollten. Tags erleichtern auch die Übergabe an verschiedene Stationen wie Qualitätsmanagement, Wareneingang und Versand oder an einen angeschlossenen externen Dienstleister.

Nachgelagerte Produktion: Wenn Baugruppen eine große Anzahl metallischer Komponenten umfassen, kommt es zu einer Mischung aus Etiketten auf Metall und Nichtmetall. Viele der RFID-Etiketten auf Metall müssen trotz widriger Witterung lange an ihren Teilen haften. Am besten nutzen Sie RFID-Etikettenlieferanten, deren Produkte gemäß den relevanten Anforderungen getestet und zertifiziert wurden – insbesondere solchen für raue, raue Bedingungen.

Lackierprozesse: RFID-Etiketten auf Fahrzeugkarosserien werden typischerweise in der Karosseriewerkstatt angebracht. Anschließend durchläuft das Chassis zahlreiche Lackier- und Trocknungsprozesse. Abhängig von der Lackiermethode können die Temperaturen 230 °C (446 °F) erreichen. Speziell entwickelte RFID-Etiketten auf Metall können dieser Hitze standhalten.

Montage: Insbesondere bei metallischen Bauteilen funktionieren RFID-UHF-Etiketten besser als Barcode-Etiketten. Ein Grund: Leser müssen nicht in der Nähe von RFID-Tags sitzen, um ihre Informationen abzurufen. Im Gegensatz dazu benötigen Barcode-Lesegeräte möglicherweise eine unmittelbare Nähe, um fehlerfrei scannen zu können.

Logistik: Zahlreiche in Arbeit befindliche Komponenten liegen in Kunststoffbehältern, die automatisch lesbar sein müssen. Solche Behälter benötigen RFID-Etiketten mit relativ hoher Lesereichweite, damit sie auch beim Passieren eines Tors mit einem Gabelstapler gelesen werden können. Es sind RFID-Etiketten auf Metall und auf Kunststoff erhältlich, um Störungen, die bei der Handhabung auftreten können, wie z. B. elektrostatische Entladungen, zu verringern.

Effizienzsteigerungen ergeben sich aus der Integration standardisierter, durchgängig lesbarer RFID-Etiketten. RFID-Elemente optimieren sowohl interne Prozesse als auch Mehrwert über die gesamte Produktionskette hinweg.

Automobilkomponenten oder Baugruppen, die während der Montage erfasst werden müssen, ohne dass sie abgeholt und gescannt werden müssen, sind erstklassige Kandidaten für RFID. Dazu gehören Motor, Getriebe, Federung und Lenkung. Darüber hinaus spielt RFID bei sicherheitsrelevanten Baugruppen wie Airbags, elektrischen Systemen, Stoßfängern, Gurtsystemen und Sitzen eine Rolle.

Abschließend ist zu beachten, dass bei RFID-Implementierungen Datenstandards eingehalten werden müssen. Etiketten müssen hinsichtlich Größe, Design und Speicherkapazität VDA- (Deutschland), ANSI- (USA) oder ISO-konform sein. Auch Qualität ist wichtig. Für die Etiketten dürfen nur speziell qualifizierte Materialien verwendet werden.DW