Erfolg mit extradünnen Antennen

Intelligente Bauteile verraten nicht nur, was sie sind, sondern auch, wer sie bisher wie bearbeitet hat und welcher Arbeitsschritt als nächstes ansteht. Quelle des Informationsflusses ist ein kleiner RFID-Chip (radio-frequency identification). Er ist nur wenige Quadratmillimeter groß und sendet Daten des Bauteils über Radiowellen an ein Empfangsgerät. Wie gut ein RFID-Transponder funktioniert, hängt maßgeblich vom umgebenden Werkstoff ab. 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, doch die Fasern beeinflussen die Frequenzen besonders stark. Ihr genaues Verhalten gegenüber RFID war bisher kaum bekannt. Am Fraunhofer IIS wurden nun die für RFID relevanten Frequenzen 125 kHz (LF: low frequency), 13,56 MHz (HF: high frequency) sowie 868 MHz (UHF: ultra high frequency) untersucht. 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. Kohlefasern sind leitfähig und dämpfen die Funksignale sehr stark, vor allem bei 868 MHz. Doch gerade die UHF-Frequenzen eignen sich durch ihre Reichweiten von bis zu 15 m sehr gut für Logistik und Produktion. Zusammen mit Partnern aus der Luftfahrtindustrie und Forschung gelang es dem IIS-Team, Transponder zu entwickeln, die innerhalb von leitenden und zugleich physikalisch belasteten Bauteilen einwandfrei funktionieren. Die Wissenschaftler kreierten ein extradünnes Antennendesign, um die RFID-Chips auf den Werkstoffen unter einer schützenden Glasfaserschicht einbetten zu können. Gemeinsam mit Schreiner LogiData, Oberschleißheim, einem Hersteller von RFID-Transpondern, wurde bereits eine erste Testserie entwickelt. Das IIS arbeitet parallel bereits am nächsten Projekt: Bei „SmartFiber“ nutzen die Wissenschaftler die RFID-Technologie, um Energie und Daten an Sensoren zu übertragen, die in Fasermaterialien eingebettet sind.