Alles über RFID-Chips und Lesegeräte

Die vier Buchstaben RFID stehen für „Radio Frequency Identification“ und bedeuten auf Deutsch so viel wie Erkennung via Funkübertragung. Mit diesem Verfahren können Daten drahtlos gelesen und gespeichert werden. Funkwellen übermitteln Daten von einem Datenträger (engl. RFID-Tag) zu einem Lesegerät (engl. RFID-Reader). Der Vorteil gegenüber vielen anderen Systemen: Die Datenübertragung funktioniert auch passiv, d.h. nur das Empfängergerät muss mit Strom versorgt werden. Jetzt wird klar, was da alles an Anwendungen möglich wird! Es vereinfachen sich unzählige Prozesse in Industrie und Handel.

Ein RFID-System besteht aus zwei wesentlichen Hardware-Komponenten: RFID-Leser und RFID-Transponder mit einem Mikrochip als Datenträger. Zur Koppelung sind beide mit einer Antenne ausgerüstet. Die wechselseitige Kommunikation passiert erst, wenn sie sich in ausreichender Nähe befinden. Das Signal wird innerhalb weniger Sekundenbruchteile über festgelegte Funkfrequenzen übermittelt. Der Clou: Über diese elektromagnetischen Wellen können die Geräte nicht nur Daten, sondern auch Energie austauschen. Eine spezielle Software des Readers steuert die Prozesse. Oft enthält der Leser bereits eine eigene Datenbank bzw. ein Backend-System. Oder es besteht eine Schnittstelle zu einem PC, auf dem die Daten dann weiterverarbeitet werden.

RFID-Lesegeräte (engl. RFID-Reader) sind mit einem Hochfrequenzmodul, einem Controller und einer Antenne als Koppelungselement ausgestattet. Sie erzeugen ein Magnetfeld mit einer speziellen RFID-Frequenz. Damit können sie den entsprechenden Transponder identifizieren und seine Daten auslesen. Gewöhnlich bezeichnet man sie als Lesegerät, aber sie können viel mehr: Sie können auch als Lese- und Schreibeinheit konstruiert sein, um den RFID-Chip mit Daten zu versorgen. Für unterschiedliche Anwendungen existieren mobile RFID-Leser, Handheld-Systeme und fest installierte RFID-Reader.

Disk-Transponder:

• Rundes Spritzgussgehäuse
• Größe: wenige Millimeter bis zehn Zentimeter
• Vielfältiger Einsatz in der Industrie

Glasgehäuse-Transponder:

• Chip und Spule im Glasröhrchen
• 12 - 32 Millimeter
• Ideal für Injektion unter die Haut möglich (Tieridentifikation), Behälteridentifikation oder Wegfahrsperren

Transponder für Metalloberflächen:

• Die Transponderspule wird um einen Eisenkern gewickelt und in Plastik gegossen
• Einbau induktiv gekoppelter Tags in Metalloberflächen
• Verhindert Interferenzen mit Trägermetall

Plastikgehäuse-Transponder:

• Belastbares Plastik-Gehäusee
• Für anspruchsvolle Bereiche geeignet
• Verwendungsmöglichkeiten: Automobilindustrie, Schlüsselanhänger in der Zutrittskontrolle

Kontaktlose Chipkarten:

• Als ID-1-Karte
• Typische Anwendungsmöglichkeiten: Ausweise und E-Tickets, Zeiterfassung, bargeldloses Bezahlen

Smart Labels:

• Selbstklebeetiketten
• Transponderspule über Siebdruck oder Ätztechnik auf Plastikfolie angebracht
• Ideal für: Ausweise und E-Tickets, Zeiterfassung, bargeldloses Bezahlen

Eindeutige Identifizierung: Jeder Chip verfügt über einen einzigartigen Code, mit dem er weltweit eindeutig zugeordnet werden kann.

Berührungslose Datenerfassung: Der Austausch ohne direkten Kontakt zwischen Sender und Empfänger revolutioniert die elektronische Speicherung und Programmierung von Daten.

Hohe Reichweite: Identifizierung eines RFID-Chips und die Datenerfassung erfolgen in einer Distanz von wenigen Zentimetern bis zu 200 Metern, das ermöglicht eine breite Einsatzpalette.

Anwendungsbezogene Bauformen: Verschiedenste Bauarten hinsichtlich Größe, Form, Reichweite oder Speichermedium ermöglichen den individualisierten Einsatz in einfachen bis hin zu hochkomplexen Anwendungen.

Schlüsselrolle in der Automation: Der Einsatz von RFID-Technologie sorgt in vielen Bereichen der Wirtschaft für eine nie da gewesene Effizienzverbesserung industrieller Abläufe und Arbeitsprozesse, sowie die Steigerung der Wirtschaftlichkeit.

Materialdurchdringung: Funkwellen durchdringen Materialien wie Karton, Holz, Plastik oder Textilien, das ermöglicht eine integrierte Anbringung des Transponders direkt im Produkt.

Robustes Bauteil: Der Mikrochip ist robust gegenüber Umwelteinflüssen wie Verschmutzung oder Nässe und kann auch in herausfordernden Umgebungen eingesetzt werden.

Pulkerfassung: Das gleichzeitige Erfassen von bis zu 1.000 mit Transpondern gekennzeichneten Teilen beschleunigt Prozesse und macht die RFID-Technik in der Industrie massentauglich.

RFID-Systeme erlauben theoretisch eine Reichweite von bis zu 1.000 Metern. Allerdings dürfen dabei keine Störfaktoren wie Wasser oder Metall das für die Datenübertragung benötigte Magnetfeld behindern. Realistisch gesehen sind solche ideellen Bedingungen kaum bis gar nicht erfüllbar. Darüber hinaus verringert sich mit der Reichweite auch die übertragene Energiemenge, und damit die Art der Koppelung (engl. Coupling), die Frequenz bzw. eingesetzte Funktechnik und die Stromversorgung des Transponders. In der Praxis erreichen die leistungsstärksten RFID-Tags immerhin etwa 200 Meter. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen drei Systemen.

Close Coupling

Der Transponder muss sich sehr nah am Lesegerät befinden oder in dieses eingesteckt werden. Die enge Koppelung ermöglicht eine Bereitstellung größerer Energiemengen an passive Transponder mit induktiver als auch kapazitiver Datenübertragung. Weil die kurze Distanz das unerwünschte Auslesen durch Fremde erschwert, findet das System vor allem in sicherheitsrelevanten Bereichen Anwendung.

• RFID-Reichweite bis 1 cm
• Frequenzbereich 1 Hz bis 30 MHz

Remote Coupling

Die Datenübertragung erfolgt durch induktive Koppelung. Die Energieversorgung der Transponder kann noch passiv über die ausgesendeten Funkwellen erfolgen.

• RFID-Reichweite bis 1 m
• Frequenzbereiche 100 und 135 kHz sowie 6,75 MHz, 13,56 MHz und 27,125 MHz

Long-Range-Coupling

Für die Datenübertragung dient das sogenannte Backscatterverfahren (modulierte Rückstreuung). Die Energiemenge auf weite Entfernung ist gering, dass der Einsatz aktiver Transponder erforderlich ist und meist nur ein Wake-Up-Signal oder Sleep-Signal übermittelt wird. Mit einer Sendefrequenz im Mikrowellenbereich bei 2,45 MHz, 5,8 GHz und 24,125 GHz kommen aktive Responder sogar seine Sendereichweite von bis zu 200 Metern.

• RFID-Reichweite 1 - 10 m
• Frequenzbereich 915 MHz, aufgeteilt in mehrere Kanäle

Die Datenübermittlung per RFID passiert über Funkwellen. Dafür sind bestimmte Frequenzbänder festgelegt, innerhalb dieser sich verschiedene RFID-Systeme bewegen. Sie eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften RFID-Reichweite, Übertragungsrate, Störanfälligkeit und Energieversorgung für unterschiedliche Einsatzbereiche.

Niederfrequenzbereich (LF, Low Frequency): Dank ihres einfachen Aufbaus sind sie nicht nur kostengünstig, anmelde- und gebührenfrei, sondern auch sehr klein. Man setzt sie oft in Außenbereichen oder auch für die Identifikation und zur Überwachung von Tieren ein.

Hochfrequenzbereich (HF, High Frequency): Sie sind für den Einsatz auf Förderbändern wie in der Produktion oder am Flughafen geeignet, wo es viele Daten gleichzeitig auszulesen gilt. Unser Praxistipp: Die dank der kurzen HF-Wellenlänge kleine Antenne lässt sich einfach auf Folie drucken, auf der man anschließend den RFID-Chip anbringt.

Ultrahochfrequenzbereich (UHF, Ultra High Frequency): Aktive UHF-Transponder reichen zwar doppelt so weit wie passive, sind jedoch durch die notwendige Batterie recht groß. Der Einsatz reicht von der logistischen Erfassung der Paletten auf Laderampen, über die Container-Identifikation bis hin zur Kontrolle von Kfz-Kennzeichen.

Mikrowellenfrequenzbereich (SHF, Super High Frequency): Die anspruchsvollen SHF-Transponder-Systeme finden sich vor allem zur Fahrzeugidentifikation in Durchfahrten, z. B. in Mautstationen und Parkhäusern, Bahnhöfen oder LKW-Einfahrten.

ÜBERSICHT DER RFID-FREQUENZEN

Für den flächendeckenden, weltweiten Einsatz müssen alle Komponenten eines RFID-Systems länder- und ggf. auch unternehmensunabhängig zusammenarbeiten. Damit das reibungslos funktioniert, gibt es international einheitliche Standards, die beispielsweise Funkfrequenzen, Datenformate oder die elektromagnetische Verträglichkeit von Transpondern einheitlich regeln. Organisationen wie EPC Global und die Internationale Standardisierungsorganisation (ISO) entwickeln solche Standards.

EPC: Der Standard für den Handel

Einer der ältesten und heute wichtigsten Standards ist der Electronic Product Code (EPC), der eine international eindeutige Identifikation von Produkten ermöglicht. Dazu erhält jeder RFID-Chip einen einzigartigen Code, der Auskunft über den Hersteller, Objektklasse und Seriennummer des entsprechenden Produktes gibt. Über eine zugewiesene URL kann man Produktinformationen jederzeit über das Internet abrufen. Die zweite Generation des EPC-Standards („EPC Gen 2“) erreicht eine noch effizientere Datenverarbeitung und die weltweite Kompatibilität von Lesegeräten und Transpondern. Das geschieht mit unterschiedlichen Codierungsarten und einer verdoppelten Lesegeschwindigkeit.

Welche ISO-Norm für welche Branche?

Item Management: ISO 18000 – regelt die Spezifikationen von Luftschnittstellen verschiedener RFID-Frequenzbänder für die reibungslose Produktidentifikation

Finanzinstitute, Hotels, Nahverkehr: ISO 14443 – Einsatz von RFID in kontaktlosen Chipkarten bei elektronischen Zutrittskontrollen und Identifikationssystemen oder dem kontaktlosen Bezahlen mit Kreditkarten oder Metrotickets und ISO 15693 – Einsatz von RFID über kurze Distanzen, zum Beispiel bei elektronischen Fahrscheinen und Ausweisen und der elektronischen Geldbörse

Textilindustrie: ISO VDI 4472-2 – RFID-Einsatz in der textilen Kette

Landwirtschaft: ISO 11784 – Einsatz von RFID in der Tieridentifikation

Logistik: ISO 17363 – RFID bei Frachtcontainern

Zwei klassische Einsatzgebiete von RFID-Sensorik sind der Produktions- und Logistikbereich, in dem das automatische Kennzeichnen, Erkennen, Registrieren, Lagern, Überwachen und Transportieren von Waren effizient gestaltet werden muss. RFID ist eine der Schlüsseltechnologien für das Internet der Dinge und die Industrie 4.0. Aber die Entwicklung geht rasant weiter: Heute ist sie auch in anderen Bereichen der Industrie, der Bildung, Unterhaltungs- und Haushaltselektronik, Medizin und im Handel angekommen.

Förder- und Transportsysteme

Überall dort in der Automation, wo Güter oder Warenträger verfolgt werden müssen, also auf Förder- und Transportsystemen, sorgen RFID-Transponder für eine eindeutige Identifizierung und zuverlässige Zuordnung für effizientere Prozesse, z.B. in der Automobilindustrie. Sie ermöglichen das Produzieren mehrere Modelle an einer einzigen Montagestraße ohne umständliches Umrüsten. So ist das passende Teil zur richtigen Zeit am richtigen Ort. Für solche Anwendungen eignen sich am besten passive Transponder im LF-Bereich mit 125 kHz. RFID-Reader mit Schreibfunktion können direkt an den Transportwegen angebracht werden, um Daten vorbeifahrender Transponder zu erfassen und neu zu beschreiben.

Diebstahl adé: RFID als Sicherung in Warenhäusern

Bei der Sicherung gegen Ladendiebstahl kommt die einfachste Variante eines 1-Bit-Transponders zum Einsatz, der nur zwei Zustände kennt: „gesichert“ und „ungesichert“. Als Antenne fungiert eine elektromagnetische Spule, die auf das Lesegerät abgestimmt ist. Dieser Detektor ist am Ladenausgang positioniert und empfängt vom Transponder ein Signal, sobald er in sein elektromagnetisches Feld gelangt. Nur wenn man den Übertragungsmechanismus des Transponders durch einen starken Magneten an der Kasse zerstört, passiert er die Durchgangsschranke, ohne Alarm auszulösen.

RFID-Technologie in Ausweisen

Deutsche Reisepässe und Personalausweise sind seit 2005 mit RFID-Chips ausgestattet. Mit den eingespeicherten Daten und dem Fingerabdruck können Personen über ein Lesegerät zweifelsfrei identifiziert und Fälschungen verhindert werden. Der RFID-Tag in Chipkartenformat stellt den Schutz der sensiblen Daten über eine PIN sicher: Zum Auslesen der Daten, z. B. bei mobilen Behördengängen, muss man seine Geheimnummer eingeben.

Mit RFID behalten Sie Ihr Waren- und Bestandsmanagement im Überblick

In Lagern vereinfachen RFID-Tags, z.B. Kabelbinder, das Überwachen und Verwalten des Inventars. Das gleichzeitige Erfassen mehrerer Transponder durch ein Lesegerät am Ausgang macht diese Technologie praxistauglich. Mit der entsprechenden Datenverarbeitung im Hintergrund lässt sich in einer Bibliothek nicht nur die Ausleihe, sondern auch die Rückgabe außerhalb der Öffnungszeiten, Abrechnungs- und Mahnsysteme automatisieren. Im Einzelhandel lässt sich theoretisch auch ein automatischer Zahlvorgang über die Pulkerfassung von Produkten auslösen.

Auch im PKW spielt sie mit: RFID-Sensorik

In der Maschinen- und Steuerungstechnik kommen zunehmend RFID-Sensoren zum Einsatz. Weil diese nicht über ein Kabel mit dem Lesegerät verbunden sind, sind sie weniger verschleiß- und störanfällig und bieten flexiblere Anbringungsmöglichkeiten. Im Kfz-Bereich überwachen und steuern solche Sensoren eine Vielzahl von Prozessen, zum Beispiel das ABS-System über einen Beschleunigungssensor an den Rädern sowie Scheibenwischer, Heizung und Lichtmaschine durch die Messung von Reifendruck, Temperatur, Feuchte und Sonneneinstrahlung.

Wer darf rein? – Zufahrtskontrolle für PKW und LKW

Mit einem RFID-Etikett in der Mautplakette oder einem in den Mitarbeiterausweis integrierten RFID-Chip hinter der Windschutzscheibe lassen sich Zufahrtskontrollen in Betrieben, Parkhäusern oder Mautstationen automatisieren. Mit passiven UHF-Tags können Lesereichweiten von bis zu fünf Metern und eine schnelle Datenübertragung realisiert werden, die für die Datenerkennung notwendig sind. Eine im Zufahrtsbereich angebrachte wetterfeste Außenantenne identifiziert den Transponder unabhängig von seiner Ausrichtung. Mithilfe zusätzlicher Software lassen sich Benutzerdaten und Zugangsparameter individuell einprogrammieren.

Macht das Mieten leichter: Chips in Berufsbekleidung

In vielen Krankenhäusern und Rettungsdiensten greift man mittlerweile bei der Berufsbekleidung auf Mietwäsche zurück. Die einzelnen Kleidungsstücke sind je nach Typ, Größe und anderen Ausstattungsmerkmalen mit einem RFID-Chip gekennzeichnet und können vom Personal an speziellen Ausgabeautomaten nach ihrem Bedarf gezogen werden. Die benutzte Kleidung wird nur in den Rückgabeschrank geworfen, von wo aus sie in die Wäscherei gegeben, sortiert und erneut in den Kreislauf eingespeist wird. So optimiert man das Bestandsmanagement.

Automatisierte Essensausgabe

Nicht nur Krankenhäuser und Pflegeheime, sondern auch Großkonzerne setzen RFID-Technologien in ihren Kantinen zur Kostenminimierung und Effizienzsteigerung ein. Zimmerschlüssel oder Mitarbeiterausweise sind mit einem Transponder versehen und erlauben eine eindeutige personelle Zuordnung. Die Essensauswahl erfolgt im Vorfeld, dabei bekommen Personen automatisch nur die Gerichte angezeigt, die ihren medizinischen Vorgaben oder persönlichen Ernährungswünschen entsprechen. Mit Betreten der Kantine sendet der Transponder ein Signal an die Küche, wo die Zubereitung direkt erfolgt. Auf diese Weise kann auch der Bezahlvorgang automatisiert werden.

Ab in die Tonne: RFID-Überwachung von Mülltonnen

Mit RFID-Transpondern gekennzeichnete Mülltonnen können mit einem Lesegerät direkt am Müllsammelfahrzeug registriert werden. Das ermöglicht eine personalisierte, mengengerechte Abrechnung pro Haushalt sowie die anschließende automatische Erstellung des Gebührenbescheids. Das Versorgungsunternehmen gewinnt außerdem wertvolle Daten für die effizientere Planung und Optimierung von Abholzyklen. Als Mülltonnen-Tags eignen sich passive RFID-Transponder aller Frequenzbereiche, die widerstandsfähig gegenüber Wasser und Verschmutzung sind sowie Erschütterungen und Temperaturschwankungen standhalten.

Öffentliche Instandhaltung läuft dank RFID-Chips viel effizienter

Öffentliche Anlagen unterliegen regelmäßigen Kontroll- und Instandhaltungspflichten. Spielplätze müssen überprüft, Toilettenhäuschen gereinigt und Müllbehälter geleert werden. Mit Hilfe von einmalig beschreibbarer RFID-Tags, die in Umgebungen mit Metall, Feuchtigkeit und Verschmutzung fehlerfrei funktionieren, lassen sich die einzelnen Anlagen automatisch zuordnen und die Kontrollergebnisse digital vor Ort protokollieren. Wartung, Reparatur und Neuanschaffungen laufen damit effizient und papierlos ab. Auch die Markierung von Bäumen im Parks oder Wäldern ist mittels RFID-Markierung möglich.

Skivergnügen ohne lange Wartezeiten durch effizientere Zutrittskontrolle

Die Zutrittskontrolle per RFID-Verfahren hat sich seit vielen Jahren bewährt. Der Vorteil gegenüber z.B. Magnetstreifen ist die berührungslose Übertragung auch durch Textilien. Das bekannteste Beispiel ist der RFID-Skipass, die durch die Skijacke hindurch über einen kurzen Abstand hinweg von einem Lesegerät am Skilift ausgelesen wird. Das System in seiner einfachsten Form funktioniert mit passiven „Read-Only“ Transpondern, in die der Zutritt durch eine Schranke über eine Software mit gewünschten Parametern einprogrammiert werden kann. Den gewünschten Leseabstand steuert man einfach über den Transponder- und Antennentyp.

Für Hund & Co: RFIDs in der Tierhaltung

In der Tierhaltung ermöglicht RFID-Technologie zuverlässiges Tracking mit einem weltweit einmaligen, fälschungssicheren Code. Egal, ob Hund, Katze, Rind oder Wildtiere: Mit einem Lesegerät kann jedes Tier blitzschnell identifiziert werden. Gerade bei Nutztieren vereinfacht dies die Seuchen- und Subventionskontrolle sowie die automatisierte Haltung. Die passiven RFID-Mikrochips sind in eine medizinisch unbedenkliche Bioglaskapsel eingebracht, die in kürzester Zeit mit dem Gewebe verwächst und nicht wandert. Tragbare RFID-Lesegeräte lesen den Chip bei Annäherung an das Tier aus und und zeigen die Identifikationsnummer an.

Textilmanagement 4.0 – RFID in Wäschereien

In Wäschereien optimiert das Kennzeichnen von Wäschestücken die Bestandsverwaltung, Sortierungs- und Ausgabeprozesse. Besonders in Pflegeheimen oder Hotels erleichtert dies das Sortieren der Wäsche von Bewohnern und Gästen immens. Wäschetags, die direkt in ihren Träger eingenäht werden können von Transponder im HF oder UHF-Bereich erfasst werden. Sie müssen dabei hohen Temperaturen, Druck und Chemikalien standhalten. Lesegeräte reichen von preiswerten Antennensystemen zum automatischen Sortieren kleinerer Wäschepakete bis hin zu Maschinen, die bis zu 200 Säcke pro Stunde scannen, etikettieren und die Daten in einem Bestandsmanagements- oder CMS-System weiterverarbeiten.

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Welchen Vorteil bietet RFID gegenüber Magnetstreifen-Technik?

Die RFID-Technik funktioniert komplett berührungslos und mit einem Abstand von bis zu 200 Metern. Magnetstreifen-Karten müssen immer in das Lesegerät eingeführt werden, Ein RFID-Leser registriert Daten aus der Entfernung.

Wieso ist RFID besser als herkömmliche Barcodes?

Ein RFID-Chip ist deutlich leistungsfähiger als ein Barcode, aber auch teurer. Barcodes eignen sich deswegen nach wie vor zum einfachen Kennzeichnen und Etikettieren von Waren. Wenn es jedoch darum geht, Prozesse zu optimieren und die Daten automatisch und digital weiterzuverarbeiten, hat die RFID-Technik viele Vorteile. Zum Beispiel, weil Chips nicht nur ausgelesen, sondern auch mit neuen Daten beschrieben werden können.

Wie sicher sind RFID-Funkübertragungen?

RFID bietet wie jede datensensiblen Technik Möglichkeiten zur Manipulation: vor allem, wenn Schutzmaßnahmen vernachlässigt werden. Ob Auslesen der Daten, Erstellen von Bewegungsprofilen (Tracking), Duplizieren oder Entwenden von Daten – die Zahl unerlaubter Handlungen ist groß und datenschutzrechtliche Bedenken beim Umgang mit persönlichen Daten durchaus berechtigt.

Welchen RFID-Schutz gibt es?

Auch im Alltag kommt immer mehr RFID-Technik zum Einsatz. Ob in der Bankkarte, dem Personalausweis oder dem Handy – hier sind wichtige persönliche Daten gespeichert, die nicht für jeden zugänglich sein dürfen. Um Daten aus einem RFID-Chip auszulesen, benötigt man ein spezielles Lesegerät. Der Leseabstand variiert je nach Funkfrequenz des RFID-Datenträgers. Je sicherer die Daten, desto geringer ist der Leseabstand. So wird ein gewisser Schutz gewährleistet. Um ganz sicher zu sein, dass niemand unbefugt an Daten kommt, gibt es spezielle Schutzfächer, sogenannte RFID-Blocker, die sich auch in manchen Geldbörsen wiederfinden. Personalausweis und Pass sind übrigens zusätzlich mit einem PIN geschützt.