RF- & RFID-Etiketten: funktionsweise, unterschiede und anwendungen

Als Heinrich Hertz 1888 die Radiowellen entdeckte, konnte er sich kaum vorstellen, welche bedeutenden Anwendungen daraus ein Jahrhundert später in der Verpackungsindustrie entstehen würden.

RF- und RFID-Etiketten gehören zu den zahlreichen Technologien, die aus dieser Entdeckung hervorgegangen sind.

RF- und RFID-Etiketten werden in vielen Branchen eingesetzt und erfüllen unterschiedliche Anforderungen.

• RF: Radiofrequenz
• RFID: Radio Frequency Identification (Radiofrequenz-Identifikation)

RF-Etiketten

Allgemeine Informationen zu RF-Etiketten

Die RF-Technologie (Radiofrequenz) unterscheidet sich von RFID (Radiofrequenz-Identifikation), da sie keinen Chip und keinen Speicher enthält. Sie besteht ausschließlich aus einer Antenne. In den meisten Fällen dient diese Antenne als Diebstahlschutz. Die Sicherheitsschleusen an Kassen oder Geschäftsausgängen erkennen diese Antenne.

In Frankreich wird der Warenschwund auf etwa 1,4 % des Umsatzes eines Geschäfts geschätzt. In einigen Branchen kann dieser Wert sogar 4 bis 5 % erreichen. Händler benötigen daher wirksame Diebstahlschutzlösungen, um diese Verluste zu reduzieren.

Zu den am stärksten betroffenen Konsumgütern gehören:

• Kosmetikprodukte
• Wein und Spirituosen
• Kleidung
• Parfüms
• Rasierklingen
• bestimmte Lebensmittel wie Fleisch oder Käse

Neben Diebstahlschutzfilamenten zählen RF-Etiketten heute zu den am häufigsten eingesetzten Technologien zur Diebstahlprävention im Einzelhandel.

Diese Etiketten werden häufig bezeichnet als:

• Radiofrequenz-Etiketten
• RF-Etiketten
• Diebstahlschutz-Tags
• RF-Tags
• EAS-Etiketten (Electronic Article Security)

Funktionsweise von RF-Tags

RF-Antennen können von Sicherheitsschleusen erkannt werden, kommunizieren jedoch nicht mit diesen Systemen.

Die aktuellen europäischen Normen definieren eine Betriebsfrequenz von 8,2 MHz für die meisten in Europa eingesetzten Sicherheitsschleusen. Einige ausländische Systeme arbeiten jedoch mit anderen Frequenzen. In solchen Fällen kann die Antenne mit dem Erkennungssystem inkompatibel sein.

Die meisten RF-Antennen auf dem Markt können deaktiviert werden. Dadurch löst ein Produkt, das in Geschäft A gekauft wurde, in Geschäft B keinen Alarm aus.

Formen und Formate von RF-Etiketten

RF-Etiketten sind meist in einfachen Formen erhältlich:

• quadratisch
• rund
• rechteckig

Zu den gängigsten Formaten gehören:

• Quadrat 30 x 30 mm
• Quadrat 40 x 40 mm
• Durchmesser 30 mm
• Rechteck 15 x 52 mm

Wichtig: RF-Etiketten (Diebstahlschutzetiketten) dürfen nicht mit Etiketten für automatische Kassensysteme verwechselt werden, auch wenn diese ebenfalls eine Diebstahlschutzfunktion besitzen können.

Die meisten RF-Etiketten sind in transparenter oder weißer Ausführung erhältlich. Die weiße Version besteht aus einer laminierten weißen Papierschicht über dem Etikett. Dieses Papier kann sowohl im Thermotransfer- als auch im Thermodirektdruck bedruckt werden.

Anwendungen von RF-Etiketten

Die meisten RF-Diebstahlschutzetiketten sind nicht für kalte oder feuchte Umgebungen geeignet. Niedrige Temperaturen können die Erkennungsleistung der Antenne beeinträchtigen. Ein europäischer Anbieter bietet jedoch spezielle Tags für frische und tiefgekühlte Produkte an, die bis -18 °C funktionieren.

Außerdem ist zu beachten, dass eine RF-Antenne auf einer Metallverpackung, beispielsweise einer Getränkedose, nicht erkannt werden kann. Flüssigkeiten beeinträchtigen die Erkennung in der Regel nicht, Metall hingegen macht das Tag unsichtbar.

Ein weiterer wichtiger Punkt betrifft die Nutzung in Mikrowellen. Da RF-Etiketten teilweise Metall enthalten, sind sie normalerweise nicht mikrowellengeeignet. Einige Hersteller bieten mittlerweile spezielle RF-Tags für Mikrowellenanwendungen an.

RFID-Etiketten

Allgemeine Informationen zur RFID-Technologie

RFID steht für „Radio Frequency Identification“.

RFID-Etiketten bzw. RFID-Tags enthalten sowohl eine Antenne als auch einen Mikrochip, der Daten zur Rückverfolgbarkeit, Logistik oder Produktidentifikation speichern kann.

Zu den historischen RFID-Anwendungen gehören:

• elektronische Mautsysteme
• Tier- und Viehkennzeichnung

Zu den neueren Anwendungen gehören:

• industrielle Logistik
• Pharmaindustrie
• Lebensmittelindustrie
• Automobilindustrie
• Fahrradverleihsysteme wie Vélib’ oder Vélo’v
• Fahrkarten- und Transportsysteme wie der Navigo-Pass
• kontaktloses Bezahlen

HF- und UHF-RFID-Technologien

RFID-Technologie arbeitet hauptsächlich mit zwei Frequenzbereichen:

• HF (High Frequency) bei 13,56 MHz
• UHF (Ultra High Frequency) von 860 bis 960 MHz, abhängig von der Region

In Europa arbeiten UHF-Systeme typischerweise bei etwa 867 MHz. In den USA und Asien liegen die Frequenzen eher bei 920 MHz.

HF- und UHF-Etiketten lassen sich optisch leicht unterscheiden, da ihre Antennen unterschiedliche Strukturen besitzen:

• HF-Antennen sind geschlossene Schleifenschaltungen
• UHF-Antennen sind offene Schaltungen, sogenannte Dipole

Funktionsweise von HF- und UHF-Technologien

Bei HF (13,56 MHz) erzeugt das Lesegerät ein Magnetfeld, das den Chip aktiviert und die Kommunikation ermöglicht. Die Lesedistanz bleibt relativ kurz und beträgt etwa 1 Meter.

Bei UHF (860 bis 960 MHz) aktivieren Funkfrequenzen sowohl die Antenne als auch den Chip. Die Lesedistanzen können dadurch 7 bis 10 Meter erreichen.

Eine weitere RFID-Technologie hat sich in den letzten Jahren stark entwickelt: NFC (Near Field Communication), das insbesondere bei Smartphones und Chipkarten verwendet wird.

NFC arbeitet mit derselben Frequenz wie HF-Antennen (13,56 MHz), benötigt jedoch nahezu direkten Kontakt zwischen Chip und Lesegerät, meist zwischen 2 und 3 cm.

RFID- und NFC-Standards

Diese Technologien unterliegen europäischen und internationalen Normen.

Im HF-Bereich existieren hauptsächlich drei Standards:

• ISO 18000-3 (HF)
• ISO 15693 (HF)
• ISO 14443 (NFC)

Der Standard ISO 15693 wird vor allem in Bibliotheken und pharmazeutischen Anwendungen eingesetzt. Die Lesedistanz beträgt etwa 1 Meter.

ISO 14443 wird hauptsächlich für Zahlungskarten und mobile Anwendungen verwendet. Im NFC-Bereich beträgt die Lesedistanz ungefähr 25 mm.

Im UHF-Bereich ist ISO 18000-6C, auch EPC UHF Gen 2 genannt, der am weitesten verbreitete Standard. Dieser Standard gilt heute weltweit als Referenz für die RFID-Kennzeichnung industrieller Produkte.

Eigenschaften von RFID-Chips

Jeder Chip besitzt in der Regel eine eindeutige tid/uid-Nummer. Das Lesegerät kann diese Nummer lesen und dem gekennzeichneten Produkt zuordnen. Diese Kennung benötigt keinen zusätzlichen Speicherplatz und kann nicht gelöscht werden.

Der EPC-Bereich ist ein Speicherbereich, der insbesondere bei UHF eine schnelle Auslesung des Chips ermöglicht. Die Speicherkapazität beträgt häufig 128 Bit bei UHF, kann jedoch bei HF 512 oder 1024 Bit erreichen.

In technischen Datenblättern findet man häufig die Bezeichnung „EPC Class 1 Gen 2“, die dem EPC-Standard für Frequenzen von 860 bis 960 MHz entspricht.

Einige Chips verfügen heute zusätzlich über einen erweiterten Speicherbereich („User Memory“), der bis zu 1024 Byte umfassen kann.

MIFARE-Chips, die auf älterer Technologie basieren, werden heute deutlich seltener eingesetzt.

RFID-Innovationen und neue Entwicklungen

Neue SLX2-Chips ermöglichen das gleichzeitige Lesen mehrerer Chips mit nur einem Lesegerät.

Einige Hersteller bieten zudem RFID-Tags an, die sowohl mit UHF als auch mit NFC kompatibel sind. Ein einzelner Chip kann dadurch mit beiden Protokollen kommunizieren.

Im UHF-Bereich entwickelte sich die MONZA-4D-Technologie weiter zu MONZA 5 und später zu MONZA R6 und MONZA R6P mit erweiterten Funktionen und verbesserter Leistung.

Ein Hersteller bietet außerdem ein UHF-Tag an, das auch auf Metalloberflächen gelesen werden kann, sofern das Lesegerät direkte Sicht auf das Tag hat und die maximale Distanz von etwa 4 Metern eingehalten wird.

Aufbau von RFID-Tags

Alle oben beschriebenen Technologien sind heute als selbstklebende Etiketten erhältlich. Die Antennen werden jedoch zunächst nicht in dieser Form hergestellt.

RFID-Antennen werden in sehr großen Mengen kontinuierlich auf Rollen produziert und anschließend zu selbstklebenden Etiketten weiterverarbeitet.

Vor dieser Umwandlung spricht man von RFID-Inlays. Diese besitzen spezifische Teilungen und Abstände, die selten den Anforderungen der Endanwender entsprechen.

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von RFID-Inlays:

Wet Inlays

• selbstklebende RFID-Tags
• Papier oder transparent
• als Rollen oder vorgestanzte Etiketten erhältlich

Dry Inlays

• nicht selbstklebende RFID-Tags
• auf Rollen geliefert

Standardmäßig sind die Tags transparent, es sind jedoch auch Papierversionen erhältlich.

Einfluss der Umgebung auf RFID-Tags

Die Lesedistanzen und die Leistung von RFID-Chips hängen stark von ihrer Umgebung ab.

Wasser und Flüssigkeiten beeinträchtigen HF ISO 15693 oder NFC normalerweise kaum. Metalle hingegen stören die Funktion der Antennen erheblich.

Im UHF-Bereich sind weder Wasser noch Metall optimal für das Lesen der Antenne. Das Tag muss daher mithilfe von Schaumstoff oder einem Luftspalt vom Metall oder der Flüssigkeit getrennt werden.

Metall wirkt außerdem als Barriere für das Magnetfeld. Auf einer Palette mit Konservendosen kann das Lesegerät daher meist nur die erste Reihe korrekt erfassen.

RFID und Diebstahlschutz

RFID-Etiketten ersetzen RF-Diebstahlschutzetiketten nicht direkt, da beide Technologien unterschiedliche Frequenzen verwenden. Selbst HF-RFID-Tags mit 13,56 MHz können nicht von RF-Sicherheitsschleusen mit 8,2 MHz erkannt werden.

Viele Geschäfte nutzen RFID-Etiketten jedoch für automatische Kassensysteme und Echtzeit-Inventuren. Wird ein Produkt an der Kasse nicht registriert, bleibt es im Bestand erfasst. Die Ausgangsschleusen erkennen diese Abweichung und lösen einen Alarm aus.

RFID-Technologie kombiniert somit drei Funktionen:

• sofortige Inventur im Regal
• automatischer Kassiervorgang
• Diebstahlschutz

STRATUS-Anwendungen

STRATUS PACKAGING verfügt seit mehreren Jahren über Lösungen zur Integration von RF- und RFID-Antennen.

Dabei sind verschiedene Möglichkeiten verfügbar:

• STRATUS liefert die Tags entsprechend den Kundenspezifikationen
• der Kunde liefert die RF- oder RFID-Tags direkt selbst

Technisch können die Tags:

• unter einem Haftetikett oder einem wiederverschließbaren Mehrlagenetikett integriert werden (zwischen Klebstoff und Trägermaterial)
• auf der Vorderseite eines Haftetiketts, Mehrlagenetiketts oder Shrink Sleeves angebracht werden…