Die Erfindung betrifft ein System aus einem Transponderlesemodul für einen Gabelschuh einer Gabelzinke eines Flurförderzeugs sowie einem Gabeischuh nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für Ladungsträger, beispielsweise genormte Europaletten, gibt es Überlegungen, diese mit Transpondern auszustatten, um beispielsweise in Warenwirtschaftssystemen und Lagern die Bewegungen sowie die Positionen von Waren bzw. der Ladungsträger erfassen zu können. Dabei bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, solche Transponder, beispielsweise RFID-Tags, anzubringen. Eine bevorzugte Option ist dabei die Anbringung von zwei Transpondern an einem Ladungsträger, beispielsweise einer Europalette, wobei jeweils ein Transponder auf einem Mittelklotz an zwei über ein Eck verbundenen Außenkanten der Palette angeordnet ist. Durch die dadurch gegebene Möglichkeit der Ausrichtung in zwei Polarisationsrichtungen werden solche Paletten sicher von RFID-Gates erkannt beim Passieren. RFID-Gates sind ortsfeste Tore mit qualitativ hochwertiger und aufwendiger RFID-und Antennentechnik, die Lese- und gegebenenfalls auch Schreibeinheiten aufweisen.
Um bei einem solchen Ladungsträger bzw. einer solchen Palette bei einer Aufnahme mit einer Lastgabel bzw. beim Einfahren der Gabelzinken den Transponder auslesen zu können, müssen die Sende- und Empfangseinrichtungen der Ausleseeinrichtung, beispielsweise RFID-Antennen, sich nach außen gerichtet an den Außenseiten der Gabelzinken befinden. Möglichkeiten für eine solche Anbringung sind dabei, dass die Antenne sich entweder bereits integriert in dem Gabelzinken, oder in einem zusätzlich übergezogenen Gabelschuh bzw. eventuell in einer abgewandelten kombinierten Form angebracht befindet. Bei einer Integrierung in den Gabelzinken ergibt sich eine Konstruktion, bei der die Gabelzinke selbst einen essenziellen Teil der Antenne darstellt, ähnlich wie die Grundplatte einer Monopol-Antennenanordnung, die zu dieser den Gegenpol, bzw. den Reflektor und/oder Direktor bildet. Bei einer Anbringung in einem Gabelschuh wird eine vollständige und eigenständig arbeitende Antenne in eine Konstruktion integriert, im Regelfall eine Stahlkonstruktion.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass das Einbringen der Antenne in eine aufnehmende Stahlkonstruktion die Abstrahleigenschaften der Antenne beeinflusst, insbesondere deren Frequenzgang. Es muss ein HF-Kabel, das im Regelfall mechanisch empfindlich als Koaxialkabel ausgeführt ist, innerhalb der die Antenne umgebenden Stahlkonstruktion geführt und aus dieser herausgeleitet werden, um die Signale dem Fahrzeug und Steuergeräten zur Verfügung zu stellen.
Die Integration der Antenne und der umgebenden Stahlkonstruktion geschieht durch mechanisches Verbinden, beispielsweise Verschrauben, der Einzelteile zu einem Gesamtteil, das sowohl elektromagnetisch, als auch mechanisch, insbesondere in Hinblick auf die Dichtung gegen Staub und Feuchtigkeit betreffend, neue Eigenschaften aufweist, die den Einzelteilen, speziell der Antenne, einzeln nicht oder nicht in dem gleichen Maß zukommen.
Nachteilig muss daher zuvor die sich bildende Antennen-Gesamtgeometrie berechnet werden bzw. nachträglich eine Vermessung mit einer eventuellen Anpassung der Antenne in Bezug auf Frequenzgang und Abstrahlcharakteristik erfolgen. Diese Anpassungen bzw. Berechnungen müssen sehr präzise sein, was potentiell im Konflikt mit dem Bedürfnis möglichst groß ausgelegter Standard-Fertigungstoleranzen der sie umgebenden Stahlkonstruktion bzw. Konstruktionen in der Serienfertigung steht.
Die Verkabelung der für sich jeweils gekapselten Einzelkomponenten Antenne, Ausleseeinheit, Sensorik sowie Steuereinheit ist strukturbedingt nicht unbedingt sehr robust als HF-Verbindung zwischen Antenne und Ausleseeinheit, da ein vollständiger mechanischer Schutz nicht umgesetzt werden kann. Die erforderliche Verbindung zwischen der Antenne und der umgebenden Stahlkonstruktion erzeugt weiterhin große Abhängigkeiten zwischen den elektromagnetischen Eigenschaften, insbesondere der Abstrahlcharakteristik der Antenne, und den mechanischen Anforderungen, wie beispielsweise an die Abdichtung. Dies kann wiederum speziell bei den für Stahlkonstruktionen üblichen mechanischen Fertigungstoleranzen zu Problemen führen. Ein einfacher Aufbau der Verbindungen sowie auch ein nachträglicher Wechsel bzw. Austausch der Komponenten, insbesondere der Antenne, wird dadurch ebenfalls erschwert. Auch hierfür sind dann wiederum spezielle Geräte, insbesondere Messgeräte erforderlich.
Schließlich erfolgt bei einem Wechsel der Gabelzinken bzw. der Gabelschuhe wiederum eine starke Belastung der elektrischen Verbindungen. HF-Steckverbindungen oder auch verschraubte Verbindungen weisen oft nur eine begrenzte Anzahl an Verbindungszyklen auf und verschleißen relativ schnell. Falls verteilte Antennen und/oder Sensoren verwendet werden, ist die Verkabelung der Einzelkomponenten aufwendig und entsprechend mechanisch anfällig.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transponderlesemodul für einen Gabelschuh, einen Gabelschuh sowie ein System aus diesen zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Nachteile vermeiden und mit denen auch in einer Großserienfertigung stets gleiche sowie sichere Funktionalität zu erreichen ist.
Diese Aufgabe wird durch ein System aus einem Transponderlesemodul sowie einem Gabelschuh mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteilhaft ist der Kunststoffteil des Transponderlesemoduls für elektromagnetische Strahlung durchlässig und kann in seinem Hohlraum alle Komponenten integrieren. Durch diese Integration weisen die Komponenten einen ausreichenden Schutz gegenüber mechanischen Beschädigungen, Staub, Verschmutzungen und Feuchtigkeit auf, so dass beispielsweise Anforderungen an einer IP-Schutzklasse erfüllt werden können, wie sie für elektrische Komponenten definiert sind. Insbesondere ist es möglich, ein solches Transponderlesemodul als kompakte, vorgefertigte Einheit mit definierten elektromagnetischen Eigenschaften und vor allem Sendeeigenschaften der Antenne mit geringen Serienstreuungen zu produzieren. Die deutlich größeren Toleranzen bei der Fertigung des Gabelschuhs als Stahlbauteil spielen daher keine nachteilige Rolle. In der Endmontage wird das Transponderlesemodul mit dem Gabelschuh verbunden und auf übliche Art und Weise mechanisch gesichert, beispielsweise durch wenige Schrauben, ohne dass besondere Anforderungen an die Ausrichtung bei der Montage oder Einstellungsarbeiten erforderlich sind. Es ergibt sich eine kostengünstige und robuste Systemlösung, die schnell montiert werden kann. Auch sind in dem Transponderlesemodul alle Komponenten zusammengefasst. Es sind daher keine außenliegenden bzw. insgesamt nur sehr kurze und somit verlustarme Hochfrequenzleitungen im Inneren des Kunststoffgehäuses erforderlich und das gesamte Transponderlesemodul muss nur über ein Anschlusskabel angeschlossen werden, das als Signalübertragungs- bzw. Energieversorgungskabel marktüblich in sehr robuster Ausführungsform zur Verfügung steht. Das Transponderlesemodul ist einfach auswechselbar und nimmt in seiner montierten Position in dem Gabelschuh keine Kräfte auf.
Durch einen Gabelschuh für einen Gabelzinken einer Lastgabel eines Flurförderzeugs, bei dem durch Abtrennelemente seitlich in der Längserstreckung des Gabelschuhs ein Aufnahmeraum für ein Transponderlesemodul wie es zuvor beschrieben wurde abgetrennt ist, wobei für den Bereich der Antenne des Transponderlesemoduls der Gabelschuhe eine seitliche Öffnung aufweist, kann ein getrennt und unter optimalen Bedingungen vorgefertigtes Transponderlesemodul mit definierten Sende- und Empfangsbedingungen bei geringer Serienstreuung hergestellt und in den Gabelschuh eingesetzt werden. Durch die Öffnung wird eine Antenne in ihren Eigenschaften nicht beeinträchtigt. Über die Öffnung kann eine ungestörte Feldkopplung der Antenne mit beispielsweise RFID-Tags stattfinden.
Das Transportmodul wird durch eine Offnung an der einem Gabelträger zugewandten Seite des Gabelschuhs eingeschoben und soweit vorgeschoben dass die Antenne vor der Öffnung zu liegen kommt. Besonders vorteilhaft ist dies umzusetzen, wenn beispielsweise das Transponderlesemodul eine lang gestreckte Form aufweist. Zusätzlich ist es denkbar, nach dem Einsetzen die Öffnung an dem Ende des Gabelschuhs zu verschließen. Dabei kann ein Anschlusskabel des Transponderlesemoduls über diese Öffnung aus dem Gabelschuh herausgeführt werden und befindet sich auf der gesamten relevanten Länge der Gabelzinke somit in einem geschützten Inneren des Gabelschuhs.
Vorteilhaft ist das Kunststoffgehäuse in ein metallisches U-Profil gesetzt.
Durch eine definierte oder teilweise Einbettung des Kunststoffgehäuses in ein Metallgehäuse, beispielsweise die hier vorgeschlagene metallische Halbumschalung durch ein U-Profil, kann bei gleichzeitig hoher Fertigungspräzision eine große Robustheit des Transponderlesemoduls erreicht werden. Zugleich lässt sich die Antenne auf eine gewünschte Abstrahlungscharakteristik auf diesem Weg einstellen. Mit definierten Befestigungspunkten des Metallgehäuses kann auch eine weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber Toleranzen der Fertigung des Gabelschuhs erreicht werden.
In das Kunststoffgehäuse können weitere Sensoren, insbesondere ein Beschleunigungssensor oder ein optischer Sensor, etwa zwei versetzte optische Sensoren zur Erzeugung eines Quadratursignals, eingesetzt sein.
Weiterhin ist es auch denkbar, zusätzliche Sensoren zur Erfassung einer aufliegenden Palette oder Last auf einer Lastgabel vorzusehen, etwa optische Sensoren, insbesondere zwei versetzte optische Sensoren zur Erzeugung eines Quadratursignals.
In einer günstigen Ausgestaltung ist das Transponderlesemodul mit einer langgestreckten Form aufgebaut, bevorzugt quaderförmig.
Dadurch kann das Transponderlesemodul leicht als Einheit in einen Gabelschuh eingesetzt werden, wenn dieser Gabelschuh an seiner Rückseite eine Öffnung mit für ein seitliches, neben der Gabelzinke angeordnetes Fach für das Transponderlesemodul aufweist. Zugleich wird eine nur geringe Verbreiterung des Gabelschuhs erforderlich.
Die Antenne kann eine Richtwirkung seitlich zur Längserstreckung des Transponderlesemoduls aufweisen.
Vorteilhaft ist die Antenne zur Gabelspitze orientiert und die Sende- und/oder Empfangseinrichtung von der Gabelspitze weg angeordnet.
Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung kann eine RFID-Sende- und/oder Empfangseinrichtung sein.
In einer optimierten Fertigungsaufteilung können die Transponderlesemodule als RFID-Module vorgefertigt, geprüft und an den Ort der Endmontage geliefert werden.
In einer günstigen Ausgestaltung ist das Transponderlesemodul wasserdicht gekapselt.
Dadurch ergibt sich eine optimierte Unempfindlichkeit gegenüber Staub, Verschmutzungen und Feuchtigkeit, wie sie als Belastungen an einem Gabelschuh auftreten können. Insbesondere muss nicht der Gabelschuh die Sende- und Empfangseinrichtungen einer drahtlosen Warenidentifikation oder beispielsweise eines RFID-Elements gegen solche Umwelteinflüsse schützen. An dem Gabelschuh kann einfach ein offenes Fenster vorgesehen sein, dass die Sende- und Empfangsbedingungen der Antenne nicht beeinträchtigt und das Transponderlesemodul selbst kann auf optimierte Sende- und Empfangsbedingungen optimiert sein.
Vorteilhaft ist der Gabelschuh aus Metall gebildet, insbesondere Stahl, und das Abtrennelement besteht aus einem durchgehenden Blech.
Das Transponderlesemodul wird an allen Flächen außer der Öffnung durch den Gabelschuh geschützt. Durch die innere Abtrennung des Aufnahmeraums im Sinne eines abgetrennten Fachs ist das Transponderlesemodul auch vor möglichen Beschädigungen geschützt, die bei Einführung der Gabelzinke entstehen könnten.
Es können bei einem solchen System zwei Gabelschuhe sowie zwei Transponderlesemodule für zwei Gabelzinken einer Lastgabel vorgesehen sein, wobei die beiden Transponderlesemodule über ein Y-Kabel angeschlossen sind, das über eine Kodierung der Steckverbindungen oder einen Softwarealgorithmus eine Zuweisung Master/Slave festlegt.
Zwei Transponderlesemodule können über ein Y-Kabel als Anschlusskabel effizient angeschlossen werden. Wie in dem zuvor geschilderten Ausführungsbeispiel kann in einem solchen Fall zugleich auch durch eine Kodierung der Steckverbindungen eine Zuweisung Master/Slave erfolgen. Es kann eine Anbindung an ein übergeordnetes System, eine Energieversorgung, beispielsweise auch ein Terminal-System erfolgen. Diese Anbindung kann neben einer geschilderten leitungsgebundenen auch drahtlos ausgeführt sein, eventuell kombiniert mit einer teilautarken Energieversorgung wie beispielsweise über eine Batterie. Eine solche Batterie kann in das Transponderlesemodul integriert sein, oder in den gleichen Stahlbauschacht bzw. Aufnahmeraum des Gabelschuhs.
Es ist denkbar, ein solches hochintegriertes, robustes und umgebungsunabhängiges Transponderlesemodul, das aus Funkelementen, Sensorik sowie Steuereinheiten besteht, auch bei anderen Anwendungsfällen als Flurförderzeugen oder Gabelschuhen einzusetzen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele naher erläutert. Hierbei zeigt
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Das Transponderlesemodul 13 kann als vorgefertigte und mit sehr geringen Serienstreuungen seine Spezifikationen erfüllendes vorgefertigtes Teil in den Gabelschuh 7 eingesetzt werden. Dadurch können stets gleich gute Werte für die Sende- und/oder Empfangsleistung der Antenne gewährleistet werden. Auch kann das Transponderlesemodul 13 als robuste Einheit ausgeführt sein, die unempfindlich gegenüber Verschmutzungen und Feuchtigkeit ist.
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