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Die Erfindung betrifft einen RFID-Transponder, umfassend einen Mikrochip zur Datenverarbeitung und mindestens eine mit dem Mikrochip verbundene Antenne.
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Der Einsatz von RFID-Transpondern als Datenträger zur Dateneingabe und/oder Datenausgabe ist bei einer Vielzahl von Produkten üblich. Beispielsweise werden derartige RFID-Transponder in Autoreifen integriert, indem ein solcher RFID-Transponder mit seiner mindestens einen vorstehenden Antenne beim Reifenbau in den grünen Reifenrohling platziert wird, zum Beispiel zwischen die Innenseele und die Karkasseneinlage. Beim Ausheizen des Reifenrohlings wird der RFID-Transponder sodann fest in den Reifen integriert. Dabei muss das Antennendesign samt der für die Signalübertragung erforderlichen Anbindung an den Mikrochip so robust ausgelegt sein, dass die Funktionsfähigkeit über das gesamte Reifenleben einwandfrei sichergestellt ist und entsprechend Signale aufgenommen und gesendet werden können.
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Die heute verwendeten RFID-Transponder für Reifen bestehen aus dem Mikrochip zur Datenverarbeitung und mindestens einer Antenne, die typischerweise zwei vorstehende Arme aus spiralförmig aufgewickeltem hoch leitfähigen metallischen Draht, insbesondere auf Basis von Kupfer umfassen. Der für die Antenne verwendete Draht hat beispielsweise einen Durchmesser von 0,2 mm und die durch das spiralförmige Aufwickeln entstehende Helix weist einen Außendurchmesser von 1,2 mm und eine Länge von 18 mm auf. Zur festen Anbindung des Mikrochips an die umliegende Gummimatrix im Reifen kann dieser mit einem geeigneten Haftvermittler, zum Beispiel den unter der Marke Chemlok ® handelsüblich erhältlichen Haftvermittlern versehen sein.
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Eine gewisse Mindestgröße der verwendeten Antenne ist für eine einwandfreie Signalübertragung unumgänglich. Je größer die äußere Dimensionierung der Antenne ausfällt, umso problematischer wird es jedoch, diese in den Reifen zu integrieren, was insbesondere bei sehr schlanken und rollwiderstandoptimierten Reifen der Fall ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Antennendesign bezüglich des erforderlichen äußeren Durchmessers zu minimieren, ohne Einbußen in der Signalübertragung hinnehmen zu müssen.
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Da zukünftig zudem RFID-Transponder in alle Neureifen zu integrieren sind, ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Kosten der Antenne(n) so gering wie möglich zu gestalten, insbesondere im Hinblick auf die reinen Materialkosten sowie die folgenden Prozesskosten, zum Beispiel durch die Anbindung der Antenne an den Mikrochip, möglicherweise notwendige Beschichtungen mit Haftvermittler sowie das Einarbeiten in Gummilagen vor dem Platzieren in den grünen Rohling beim Reifenbau.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung eines RFID-Transponders gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schlägt vor, dass die mindestens eine Antenne aus einem verdrillten multifilen Faden gebildet ist, der mindestens ein elektrisch leitfähiges Filament und mindestens ein textiles Mono- oder Multifilament umfasst. Erfindungsgemäß wird somit ein verdrilltes Hybridmaterial für die Ausbildung der Antenne vorgeschlagen, wobei durch die Verdrehung bzw. Verdrillung des mindestens einen elektrisch leitfähigen Filaments erreicht wird, dass dieses beispielsweise bei Einarbeitung in einen Reifen auch bei den über die Reifenlebensdauer zu erwartenden mechanischen Belastungen nicht bricht oder anderweitig mechanisch zerstört wird. Im Stand der Technik wird dies bislang über die spiralförmige Konfiguration des Drahtes erreicht, der jedoch gegenüber dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen verdrillten multifilen Faden einen höheren Platzbedarf aufweist.
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Nach einem Vorschlag der Erfindung wird das mindestens eine elektrisch leitfähige Filament des multifilen Fadens zur Ausbildung der Antenne mit mindestens 100 Touren pro Meter (tpm) in einer Drehrichtung um seine eigene Achse verdrillt, wobei bevorzugt mindestens 500 tpm und insbesondere mindestens 1000 tpm für die Verdrillung des mindestens einen elektrisch leitfähigen Filaments vorgesehen sind.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird das mindestens eine textile Mono-oder Multifilament gemeinsam mit dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Filament in einer Drehrichtung verdrillt, wobei es mit der gleichen Tourenzahl von mindestens 100 tpm, vorzugsweise mindestens 500 tpm und insbesondere mindestens 1000 tpm wie das mindestens eine elektrisch leitfähige Filament in gleicher Drehrichtung verdrillt wird, sodass im Ergebnis ein Zwirn zur Ausbildung der Antenne erhalten wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, das mindestens eine textile Mono- oder Multifilament mit einer vom mindestens einen elektrisch leitfähigen Filament abweichenden Tourenzahl zu verdrillen. Ebenso ist es möglich, das mindestens eine textile Mono- oder Multifilament als Seele mit einer nur geringen Tourenzahl zu verdrillen oder gänzlich unverdrillt zu verwenden und das elektrisch leitfähige Filament um diese Seele herum mit der entsprechenden Tourenzahl zu verdrillen.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist das mindestens eine elektrisch leitfähige Filament einen Durchmesser von weniger als 0,5 mm, bevorzugt weniger als 0,2 mm und insbesondere weniger als 0,1 mm auf.
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Im Sinne einer guten elektrischen Leitfähigkeit kann das mindestens eine elektrisch leitfähige Filament zum Beispiel aus Kupfer oder Silber oder anderen geeigneten hoch leitfähigen Legierungen oder Metallen gebildet sein.
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Das mindestens eine textile Mono-oder Multifilament weist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung eine Stärke von weniger als 2.200 dtex, bevorzugt weniger als 1.100 dtex und insbesondere weniger als 550 dtex auf.
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Geeignete Rohstoffe für die Ausbildung des mindestens einen textilen Mono- oder Multifilaments umfassen beispielhaft Polyamide, insbesondere PA 6 und PA 66, Polyethylenterephthalat, Baumwolle, Rayon sowie Aramid.
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Die Dicke, d. h. der im Querschnitt betrachtet größte Durchmesser des erfindungsgemäß vorgeschlagenen verdrillten multifilen Fadens zur Ausbildung der Antenne beträgt nach einem Vorschlag der Erfindung weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,8 mm und besonders bevorzugt weniger als 0,5 mm.
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Darüber hinaus schlägt die Erfindung vor, dass der verdrillte multifile Faden ein Längengewicht von weniger als 500 g/100 m, bevorzugt weniger als 100 g/100 m und insbesondere weniger als 50 g/100 m aufweist.
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Die Dehnfähigkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen verdrillten multifilen Fadens zur Ausbildung der Antenne beträgt nach einem weiteren Vorschlag mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 % und insbesondere mindestens 30 %.
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Um insbesondere für den Anwendungsfall der Einarbeitung in einen Reifen eine verbesserte Haftung zur umgebenden Gummimatrix zu gewährleisten, kann zumindest die Antenne des erfindungsgemäßen RFID-Transponders mit einem geeigneten und vorzugsweise haftungsaktivierten Textilgarn außenseitig umwickelt sein. Darüber hinaus kann die Aussenoberfläche der Antenne unmittelbar oder eine gegebenenfalls aufgebrachte Umwicklung derselben mit Textilgarn auch mit einem geeigneten Haftvermittler beschichtet werden, der eine Haftung zu vulkanisierten Gummilagen herstellt bzw. fördert. Beispielhaft seien hierzu die unter der Marke Chemlok ® vertriebenen Haftvermittler und Primer genannt.
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Die aus dem verdrillten monofilen Faden gebildete Antenne des erfindungsgemäß vorgeschlagenen RFID-Transponders kann über eine feste Verbindung, d. h. insbesondere eine Lötverbindung mit dem Mikrochip signalverbunden sein, wie auch eine kontaktlose Verbindung zum Beispiel über magnetische Induktion vorgesehen sein kann.
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Der vorangehend erläuterte RFID-Transponder ist insbesondere zur Einbringung in einen Reifen, insbesondere Fahrzeugluftreifen vorgesehen und bestimmt und zeichnet sich durch seine besonders geringen Abmessungen bei mindestens vergleichbarer mechanischer Festigkeit gegenüber einem spiralförmig gewendeten Metalldraht aus.
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Aus der 1 ist in schematischen und nicht maßstabsgerechten Darstellung ein Längenabschnitt eines in der vorangehend erläuterten Weise hergestellten verdrillten multifilen Fadens ersichtlich, der als Antenne für einen RFID-Transponder dient und dazu in nicht dargestellter Weise mit dem entsprechenden Mikrochip des RFID-Transponders verbunden wird.
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Der aus der 1 ersichtliche multifilen Faden 1 besteht aus einem textilen Multifilament auf Basis von Polyethylenterephthalat PET 1440x1, welches mit etwa 100 bis 400 Touren pro Meter in einer Drehrichtung verdrillt ist und die Seele 10 des multifilen Fadens 1 bildet. Um die Seele 10 des multifilen Fadens 1 laufen insgesamt 3 elektrisch leitfähige Kupferfilamente 11 mit einem Durchmesser von jeweils weniger als 0,1 mm um, die mit etwa 500 bis 1000 Touren pro Meter um die Seele 10 in gleicher Drehrichtung wie die Seele 10 verdreht sind. Der solchermaßen gebildeten gebildete multifilen Faden 1 zur Ausbildung einer Antenne des RFID-Transponders weist eine Dehnfähigkeit von mindestens 30 % bei einer Gesamtdicke von weniger als 0,5 mm und einem Längengewicht von weniger als 50 g pro 100 m auf.
