Radio Frequency IDentifikation Was ist RFID?

RFID ist eine Technologie zur Datenübertragung mittels elektromagnetischer Wellen.

Die Abkürzung RFID steht hierbei für „Radio Frequency IDentifikation“, zu Deutsch Radiofrequenzidentifikation. Die Abkürzung zielt auf die Identifikation von Transpondern, bzw. das Auslesen einer eindeutiger, auf einem Transponder gespeicherten Identifikationsnummer mittels elektromagnetischer Wellen ab.

Ein Transponder ist ein aus einem Chip und einer Antenne bestehendes Funk-Kommunikationsgerät, welches externe Signale aufnehmen und automatisch beantworten kann.

Wichtigster Unterschied, zumindest für logistische Anwendungen ist es, dass RFID ermöglicht, mehrere Datenträger nahezu Gleichzeitig (Pulkerfassung) und das aus einer Distanz von wenigen Zentimetern bis hin zu mehreren Metern auszulesen.

Zum ersten Mal wurde diese Technologie im zweiten Weltkrieg zur Identifikation bzw. Unterscheidung von Flugzeugen eingesetzt.

Mittlerweile kommt RFID-Technologie in den verschiedensten Bereichen und Anwendungsgebieten zum Einsatz. Weitere Informationen hierzu finden Sie unter dem Punkt Anwendungsgebiete.RFID ist nicht gleich RFID. Im Groben kann nach der Art der Energieversorgung des Transponders und deren Frequenz unterschieden werden.

RFID ist nicht gleich RFID. Im Groben kann nach der Art der Energieversorgung des Transponders und deren Frequenz unterschieden werden.

Art der Energieversorgung:

Damit der RFID-Transponder Daten senden kann, muss dieser mit Energie versorgt werden. Diese Energieversorgung kann entweder „aktiv“ über eine eigene Energieversorgung (Batterie) geschehen, oder „passiv“ über extern zugeführte Energie.

Aktive Transponder senden die gespeicherten Daten selbst in einem vordefinierten zeitlichen Abstand, wohingegen „passive Transponder“ zum Senden ihrer Daten angeregt werden müssen. Das heißt, dass sich ein passiver Transponder zur Übermittlung der Daten in einem Lesefeld (elektromagnetischer Bereich) befinden muss.

Beide Technologien haben Vor- und Nachteile und haben sich in verschiedenen Bereichen etabliert. Aktive RFID-Transponder können sehr hohe Lesedistanzen (teilweise >>100m) überbrücken und mit entsprechender Infrastruktur in einem vorgegebenen Raum geortet werden. Ein typischer Anwendungsfall ist beispielsweise die Ortung von Containern in Hafenanlagen.

Aufgrund der eigenen Batterieversorgung liegen die Transponder preislich weit über dem passiven Pendant, was deren Einsatz in vielen Projekten aus Kostengründen nicht zulässt. Zumal zu bedenken ist, dass die Transponder zu tauschen oder deren Batterien zu wechseln sind, sobald deren Ladezustand einen kritischen Wert erreicht.

Passive Transponder verfügen nicht über eine eigene Energieversorgung und sind darauf angewiesen, von außen mit Energie versorgt zu werden, um ihre Daten zu senden. Diese Energieversorgung kann zum einen von fest installierten RFID-Lesepunkten oder von mobilen RFID-Lesegeräten erfolgen. Feste RFID-Lesepunkte, oft RFID-Gates genannt kommen beispielsweise beim automatisierten Erfassen von RFID-Transpondern an Verladetoren zu Einsatz, wohingegen mobile Lesegeräte bei Inventuren oder Prüfprozessen Anwendung finden.

Passive RFID-Transponder können aufgrund ihrer extrem flachen Bauweise in normale Barcodeetiketten oder Scheckkarten integriert werden und sind bereits fester Bestandteil vieler logistischer Prozesse wie z. B. Teileverfolgung, Prozessüberwachung oder Sicherheitsanwendungen wie Zugangskontrollen oder Personalausweisen.

Aufgund der recht einfachen Bauform, liegen die Preise für passive RFID-Etiketten oft schon bei wenigen Cents, was die RFID-Technologie heute in unterschiedlichen Bereichen wie Industrie, Pharmazie oder Logistik zu einem weit verbreiteten Identifikationsmedium macht.


Unter dem Begriff RFID werden verschiedene Frequenzbänder mit unterschiedlichen Charakteristiken zusammengefasst:

LF-RFID

Das Niederfrequenzband (Low-Frequency) arbeitet mit einer Wellenlänge von 125kHz, ist extrem Robust gegenüber externen Störeinflüssen (z. B. Wasser) und zeichnet sich durch eine sehr geringe Lesereichweite aus. Typische Anwendungsbereiche sind beispielsweise die Kennzeichnung von Tieren (Chip unter der Haut) oder die Identifikation von Werkzeugen in Maschinen.

Aufgrund des sehr geringen Speicherbereiches der Transponder beschränken sich die Anwendungen auf eine reine Identifikation.

HF-RFID

Das Hochfrequenzband (High-Frequency) arbeitet mit einer Wellenlänge von 13,56MHz, ist robust gegenüber externen Störeinflüssen (z.B. Wasser) und bietet Lesereichweiten von wenigen Zentimetern und kann, je nach verwendeter Antenne auch etwas über einem Meter betragen. Aufgrund höherer Chipkapazitäten und verschiedener Übertragungsprotokolle kann die HF-Technologie z. B. für Sicherheitsanwendungen (Zugangskontrolle) oder bargeldlosem Bezahlen (NFC) genutzt werden.

Erweiterte Speicher lassen zudem das Hinterlegen von Daten auf dem Chip zu. So kann beispielsweise eine Wartungshistorie direkt auf dem an der Maschine angebrachten Transponder gespeichert, oder die Medikamentierung eines Patienten auf dessen im Armband integrierten Transponder hinterlegt werden.

UHF-RFID

Das Ultrahochfrequenzband (Ultra-High-Frequency) arbeitet mit einer Wellenlänge von 850-950MHz. In Europa verwenden wir die Frequenz von 868MHz, wohingegen die USA 920MHz und Japan 950MHz für Ihre UHF-Anwendungen nutzt. Die UHF-Frequenz ist nur bedingt robust gegenüber externen Störeinflüssen, zeichnet sich dafür durch hohe Lesereichweiten (bis zu mehreren Metern) und einer sehr schnellen Erfassungsrate aus. Durch diese Eigenschaften lassen z.B. sich automatische Erfassungstore am Warenein- und Ausgang betreiben, die mehrere Transponder bei der Durchfahrt im Pulk erfassen. Weitere Anwendungsbereiche liegen in der Teilenach- und Rückverfolgung, der Logistik allgemein, der Laufzeiterfassung, im Bereich von Kanban-Lösungen sowie in der Inventarisierung und Warensicherung.

UHF-Transponder können neben einem reinen Identifikationsmerkmal, entweder der transpondereigenen UID (unique Identifieer, eindeutiges Identifikationsmerkmal), dem programmierbaren EPC (electronic product code, Elektronische Produktkennzeichnung) auch über einen Speicherbereich verfügen, auf dem sich weitere Daten wie z.B. Produktionsdatum, Chargennummer oder andere Eigenschaften hinterlegen lassen. Dieser ist im Standard allerdings recht begrenzt und dient i.d.R. nicht der Speicherung eines elektronischen Lebenslaufes oder größerer Datensätze.

Wie hoch ist die Reichweite von RFID?

Gerade beim Einsatz von UHF-Systemen werden wir oft gefragt, wie hoch die Lesereichweite aktueller UHF-Systeme ist. Eine pauschale Antwort auf diese Frage ist leider nicht möglich, da die Lesereichweite von mehreren Faktoren beeinflusst wird.

Am Stärksten hängt die Lesereichweite des Systems vom genutzten Transponder ab. Pauschal kann man sagen, dass die Lesereichweite mit steigender Antennenfläche zunimmt. Auch der Chip des Transponders wirkt sich auf die Performance aus. Über die letzten Jahre sind die Chips sensitiver geworden, benötigen also weniger Energie durch elektromagnetische Wellen, um ihre Daten zu senden. Durch Generationswechsel und unterschiedliche Chipmodelle kann die Leseleistung daher variieren.

Neben dem Transponder an sich bedingt dessen Ausrichtung zur Antenne des Lesegerätes die Lesereichweite. Steht der Transponder mit der vollen Antennenfläche zur Leseantenne, ist die Lesereichweite am Höchsten, da am meisten Energie aufgenommen werden kann. Dreht sich der Transponder um die horizontale und/oder vertikale Achse, nimmt die Lesereichweite ab.

Gerade bei einer automatischen Gate-Erfassung (z. B. an einem Verladetor) spielt die Ausrichtung der Transponder eine entscheidende Rolle.

Weitere Einflussfaktoren sind die Materialien, auf die der Transponder angebracht wird, die Umgebungsparameter (z. B. Metalle im Umfeld, Luftfeuchtigkeit etc.) sowie die eingesetzte Hardware, also Reader und Antennen.

Von wenigen Zentimetern bis deutlich über 10 Metern kann die Lesereichweite von passiven UHF-Systemen somit variieren. Je nach Einzelfall empfiehlt es sich daher, vor Ort mit verschiedenen Konstellationen an Transpondern und Hardware zu testen, um ein optimales Setup zu erreichen.

RFID und Metall?!?

RFID auf Metall - geht das?

Aktuell gibt es viele kursierende Halbwahrheiten im Umgang mit RFID und Metallen. Diese gehen von „Es geht nich“ bis hin zu „Gar kein Problem“.

Die Wahrheit liegt wie so oft in der Mitte. Wie bereits vorab erwähnt, beeinflussen sowohl die Materialien, auf die wir die Transponder anbringen, als auch diese, die sich in der Umgebung befinden die elektromagnetischen Wellen.
Da wir mit der RFID-Technologie Metall nicht durchdringen können, können wir Transponder, die komplett von Metall umgeben sind, leider nicht auslesen.

Befindet sich viel Metall in der Umgebung, aber nicht in unmittelbarer Nähe der zu identifizierenden Gegenstände (z.B. im Hallenboden oder an Wänden), kann dies sogar hilfreich sein, speziell wenn viele Transponder in einer Pulklesung gleichzeitig gelesen werden müssen (durch Reflexionen können ggf. Transponder gelesen werden, die in einem sehr ungünstigen Winkel zur Leseantenne stehen).
Befindet sich Metall in unmittelbarer Umgebung der Transponder, muss der Einzelfall betrachtet werden. Es ist dann zu prüfen, ob die Abstände der einzelnen Metallgüter groß genug sind, um eine Lesung zu ermöglichen, oder ob durch Ladevorschriften ein Lesen aller Transponder garantiert werden kann. Eventuell lassen sich durch die Software auch Fehllesungen vermeiden.

Wir werden oft gefragt, ob RFID direkt auf Metall eingesetzt werden kann.
Sobald wir einen „normales“ RFID-Label auf Metall kleben, kann dieses aufgrund eines Kurzschlusses nicht mehr gelesen werden.
Um dies zu umgehen, gibt es verschiedene Arten von Transpondern und speziellen Etiketten, sowie Abstandhalter aus Kautschuk oder Schaumstoff, welche einen gewissen Abstand zum Metall herstellen, um eine RFID-Lesung zu ermöglichen.

Ist UHF-RFID-Strahlung gefährlich?

Um diese Frage beantworten zu können, lohnt sich eine genauere Betrachtung der UHF-Frequenz. In Europa wird die Frequenz von 868MHz für UHF-RFID-Systeme genutzt, in den USA 920MHz.

Vergleicht man die Wellenlängen mit denen der Mobiltelefone wird schnell deutlich, dass diese sich nur unwesentlich unterscheiden. Ein Teil des GSM-Bandes in Europa arbeitet auf 900MHz, in den USA wird bei 850MHz übertragen. Da Mobilfunk- und RFID-Frequenz von ihren Strahleneigenschaften sehr ähnlich sind, unterliegt der Betrieb von UHF-RFID Systemen auch denselben Richtlinien. So darf z.B. eine Ausgangsleistung von 2Watt in Europa nicht überschritten werden. Erfahrungsgemäß wird die maximale zulässige Ausgangsleistung sehr selten überhaupt in RFID-Projekten genutzt. Aktuelle Chipgenerationen und Transponder lassen auch mit deutlich weniger Sendeleistung hohe Lesereichweiten zu. Aufgrund von Störeinflüssen durch z. B. Reflexionen und Interferenzen können mit weniger Leseleistung oft bessere Erfassungsraten erzielt werden.

Alles in Allem ist daher die Strahlenbelastung durch RFID-Systeme nicht bedenklicher als der Gebrauch von Mobiltelefonen.

Worauf ist bei der Umsetzung eines RFID-Projektes zu achten?

Stellen die erwarteten Kosten kein K.O.-Kriterium für die RFID-Technologie dar, kann mit der technischen Konkretisierung des Projekts begonnen werden.

Auch hierbei gibt es mehrere Punkte zu beachten:
Grundsätzlich muss dem Anwender bewusst sein, dass die RFID-Technik mit elektromagnetischen Wellen arbeitet und diese physikalischen Gesetzen unterliegen. So kann Metall beispielsweise nicht von den Wellen durchdrungen werden, dafür reflektiert es die elektromagnetische Strahlung. Je nach Frequenzband stellen auch Flüssigkeiten eine Herausforderung für den Einsatz von RFID dar. Gerade bei der gleichzeitigen Erfassung mehrerer Transponder können beeinflussen die Strukturen der, in der Umgebung befindlichen Materialien die Leseeigenschaften teilweise massiv.

Durch einen ersten Test mit einem Handlesegerät lässt sich bereits ein sehr gutes Gefühl für die mögliche, spätere Umsetzung des Projektes was Leseraten und Lesereichweiten angeht gewinnen. Gegebenenfalls macht die Materialzusammensetzung eigene RFID-Prozesse wie Ladevorgaben oder Anordnung von Packteilchen oder spezielle Transponder unerlässlich.

Um eine definitive Aussage über die Umsetzung des angedachten RFID-Projektes geben zu können und die benötigten Hardwarekomponenten sowie Transponder genau benennen zu können, empfehlen wir in jedem Fall einen Test vor Ort. Dieser dient zum einen dazu, ein gemeinsames Verständnis über die RFID-Prozesse zu schaffen, diese zu definieren, aufzuzeigen, wo die Stärken dieser Technologie liegen und die spätere Einführung der Technologie vorzubereiten.

Unser Verständnis von einer erfolgreichen Einführung eines RFID-Projektes startet bei der Besprechung der Projektziele mit dem Kunden, über einen ersten vor Ort Termin durch einen vertrieblichen Mitarbeiter. Dieser Erstbesuch ermöglicht uns, eine erste Einschätzung sowohl über die Machbarkeit als auch über die zu erwartenden Kosten abzugeben. Ein RFID-Test vor Ort schafft nun Gewissheit über die physikalischen Bedingungen, die spätere Umsetzung und den exakten Kostenrahmen. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme rundet ein vollumfänglicher Service unser Portfolio ab.

Einführung eines RFID Projektes im Unternehmen

Worauf muss ich bei der Einführung von RFID-Technologie in meinem Unternehmen achten?

Zunächst ist zu überlegen, dass die Einführung einer neuen Technologie immer auch mit Kosten verbunden ist. Im Wesentlichen lassen sich die einzelnen Kostenblöcke wie folgt aufteilen:

Hardware:
Um RFID-Transponder im Prozess identifizieren zu können, wird spezielle Hardware benötigt. Kommen RFID-Etiketten zum Einsatz, werden i.d.R. die vorhandenen Drucker entweder ausgetauscht oder mit einer Schreib-Lese-Einheit ausgebaut. Durch den Einsatz von RFID-Druckern können die Etiketten in einem Prozessschritt sowohl bedruckt, als auch programmiert werden. Hier können z. B. Artikelnummer, Chargennummer und weitere Identifikationsmerkmale hinterlegt werden. Verschiedene RFID-Druckermodelle finden Sie hier.

Um die RFID-Transponder im Prozess lesen zu können, werden entweder stationäre RFID-Reader (z. B. bei einer automatischen Torerfassung) oder mobile Handlesegeräte (z. B. mobile Inventur) eingesetzt. Je nach Anwendungsfall ist daher zu entscheiden, ob stationär oder mobil erfasst werden soll. Aufgrund der Vielzahl verschiedener Lesegeräten und deren unterschiedlicher Eigenschaften, empfehlen wir auf jeden Fall eine Beratung, besser einen Test vorab.

Verbrauchsmaterialien/Datenträger:
Da es RFID-Transponder für die unterschiedlichsten Anwendungen in unzähligen Ausprägungen gibt, sollte dieser Punkt mit besonderem Augenmerk betrachtet werden. Gerade bei sog. „Open-Loop-Anwendungen“, das heißt, bei Prozessen, in denen RFID-Etiketten am Bauteil verbleiben und den Anwender am Ende verlassen, stellen die laufenden Kosten in Form der RFID-Etiketten oft den entscheidenden Kostenfaktor dar. Kostentreiber bei RFID-Etiketten sind die verwendeten Materialien (Papier, beschichtetes Papier oder Folienmaterialien wie PE, PP oder PET), der Kleber (permanenter Kleber, ablösbarer Kleber, Spezialkleber z. B. für chemische Prozesse), die Stückzahl der Produktionschargen (Rüstkosten müssen auf die Gesamtmenge der Etiketten umgelegt werden) sowie der Größe des Etiketts.

In besagten Prozessen müssen die Kosten für den Transponder auf das Bauteil, die Sendung oder das Gesamtprodukt umgelegt werden. Werden z. B. Ladungsträger wie Kanban-Boxen oder Container einmalig mit RFID gekennzeichnet und können dann den kompletten Lebenslauf mit ein und demselben Transponder gelesen werden, spricht man von einem „Closed-Loop“. Hier kann mit einer einmaligen Investition kalkuliert werden.

Software:
Die Software dient dazu, die Kommunikation der einzelnen Komponenten sicher zu stellen. Der Drucker benötigt spezielle RFID-Befehle, um den Transponder während des Druckprozesses programmieren zu können. Die Lesegeräte senden die Daten an die entsprechenden übergeordneten Systeme zumeist in bereits aggregierter Form und lösen ggf. weitere Aktionen in den einzelnen Prozessen aus (z.B. wird eine Abrechnung bei einer Transponderlesung am Warenausgang angestoßen, oder ein Möbelstück bei einer Inventur auf einen anderen Raum gebucht). Je nach Integrationstiefe genügt es, einzelne sog. Events zu melden oder mit einer Integrationsplattform zu arbeiten, welche Buchungen direkt im jeweiligen ERP-System vornehmen kann.

Um den Softwareaufwand im Vorfeld möglichst exakt planen zu können, muss dieser Punkt speziell im Hinblick auf die abzubildenden Prozesse und diverser Systemschnittstellen sehr genau beleuchtet werden.

Bei Fragen stehen wir Ihnen jederzeit zur Verfügung und beraten Sie gerne.

Sprechen Sie uns an: +49(0)6071 95996-0

infonothing@priorityid.de