РАДИОЧАСТОТНАЯ МЕТКА ДЛЯ РЕЗИНОВЫХ ШИН

Область техники
Полезная модель относится к конструкции радиочастотных меток для маркировки и бесконтактной автоматизированной идентификации преимущественно бескамерных резиновых шин пневматических колес транспортных средств.
Уровень техники
Бесконтактная автоматизированная радиочастотная идентификация (в английской аббревиатуре RFID, то есть Radio Frequency Identification) включает:
маркировку контролируемого объекта радиочастотной меткой, содержащей RFID-чип и подключенную к нему, как правило, плоскую антенну,
запись на RFID-чип идентификационных данных о маркированном объекте через радиоканал в УВЧ-диапазоне обычно на частотах 860-960 МГц и
автоматическое считывание идентификационных данных через тот же радиоканал при попадании контролируемого объекта в зону действия считывателя.
Большинство современных радиочастотных меток являются дешевыми и общедоступными продуктами массового производства. Поэтому их широко используют:
для защиты товаров от хищений и фальсификации,
для логистического менеджмента (особенно в сбыте товаров массового спроса),
для контроля движения товаров от производителей к конечным потребителям и т.д.
Так, для предотвращения краж на предприятиях розничной торговли применяют радиочастотные метки на основе RFID-чипов и плоских антенн, вклеенных между обкладками из бумаги или полимерной пленки. Такие метки закладывают внутрь упаковки или прикрепляют на упаковку товаров, хищение которых хотят исключить.
Однако существует множество товаров, которые при транспортировке или при эксплуатации могут испытывать механические нагрузки, способные повлечь утерю и/или повреждение радиочастотных меток.
Например, такие продукты лесного хозяйства и первичной лесопереработки, как хлысты, кругляк и пиловочник, на пути от лесосек к потребителям нередко испытывают случайные ударные нагрузки. Поэтому упомянутые продукты маркируют радиочастотными метками с использованием фиксаторов, обеспечивающих прочное соединение с древесиной. Примерами могут служить коробчатые клиновидные фиксаторы согласно ЕР 2816508, фиксаторы в виде полых нестандартных гвоздей с радиопрозрачными шляпками согласно CN 101737389 или нестандартных шурупов согласно US 6239737 и многие другие.
Резиновые шины пневматических колес транспортных средств - весьма специфические объекты автоматизированной идентификации, ибо при эксплуатации взаимодействуют с дорогой, не всегда покрытой асфальтом, и, соответственно, испытывают циклические знакопеременные и случайные ударные нагрузки, которые могут привести к отрыву антенны от RFID-чипа и/или к разрыву антенны.
Очевидно, что устанавливаемые на резиновые шины радиочастотные метки должны быть защищены от повреждений из-за упомянутых эксплуатационных нагрузок.
Известны попытки повысить устойчивость радиочастотных меток к эксплуатационным нагрузкам либо путем придания антеннам синусоидальной (TW 200641691 А1) или спиральной формы (US 2011175778 А1), либо путем изготовления многослойных антенн (US 9385420 В2). Однако такие усовершенствования не исключают потребность во внешней защите RFID-чипов и антенн от повреждений при ударах.
Известны также попытки повысить устойчивость радиочастотных меток к эксплуатационным нагрузкам путем введения жесткой подложки под RFID-чип и зону его соединения с антенной (US 2012305151 А1) или наплыва материала над местом крепления RFID-чипа к антенне (WO 2013/147479 А1).
Локальные подкрепления недостаточно надежны при ударах. Поэтому для повышения устойчивости к ударным нагрузкам предпочтительны такие радиочастотные метки, которые имеют фиксаторы, полностью охватывающие RFID-чип и антенну.
В US 2015/083811 А1 раскрыта радиочастотная метка, имеющая фиксатор в виде замкнутой резиновой оболочки, эластичный наполнитель этой оболочки и погруженные в него RFID-чип и антенну.
Такая метка может быть установлена внутри камерной или бескамерной резиновой шины еще в ходе ее сборки и надежно закреплена в процессе вулканизации. Естественно, что резиновая оболочка и эластичный наполнитель заметно демпфируют циклические знакопеременные нагрузки на RFID-чип и антенну. Однако они не исключают их повреждения при резких толчках и ударах, неизбежных при движении транспортных средств по плохим дорогам и, тем более, по бездорожью. Мало того, такая радиочастотная метка весьма трудоемка в изготовлении.
Наиболее близкий аналог полезной модели раскрыт в WO 2016/053933 А1. Известная радиочастотная метка для резиновых шин имеет:
внешние обкладки, которые именуются в английском тексте и обозначены на чертежах соответственно как «лицевой слой» и «подкладка», изготовлены преимущественно из жесткого полимерного материала (например: полиэтилентерефталата, полиамида, крафт-бумаги, многослойной синтетической ткани и т.п.) и соответствуют по форме в плане и по площади RFID-чипу с антенной,
по меньшей мере один грунтовочный слой (в частности, нанесенный на внутреннюю сторону обкладки, которая служит «лицевым слоем»),
упомянутый RFID-чип с антенной и
по меньшей мере один адгезионноактивный (клеевой) слой, обязательно нанесенный на RFID-чип и антенну.
После отверждения этого слоя RFID-чип и антенна жестко закреплены между внешними обкладками. Для гарантии прочности могут быть использованы дополнительные адгезионноактивные слои и жесткие подкладки.
Известные радиочастотные метки наклеивают одной стороной преимущественно на внутренние поверхности бортов резиновых шин.
Это удобно для маркировки любых готовых шин, ибо их полости доступны до момента монтажа на колесные диски, но особенно - для маркировки камерных шин, ибо даже в случаях отклеивания метки оказываются зажатыми между бортами шин и надувными камерами и потому легкодоступны для записи и считывания идентификационной информации.
К сожалению, известные жесткие радиочастотные метки практически непригодны для эффективной маркировки бескамерных резиновых шин. Действительно,
наклеивание снаружи на борта готовых бескамерных шин делает практически неизбежным отрыв и утрату таких жестких меток при езде по плохим дорогам и, тем более, по бездорожью;
наклеивание внутри на поверхность высокоэластичных гермослоев готовых бескамерных шин даже при тщательном подборе клеев не исключает отделение жестких меток от мест крепления, под действием растягивающе-сжимающих эксплуатационных нагрузок на клеевой слой,
заделывание таких жестких меток между слоями сырой резины при сборке бескамерных шин и их окончательное закрепление вулканизацией неизбежно приводит к локальным нарушениям структуры вулканизированной резины, что может существенно сократить сроки эксплуатации таких шин.
Очевидно, что снижение жесткости обкладок для ослабления влияния заделанных меток на прочность резины неприемлемо, поскольку тогда растягивающе-сжимающие нагрузки смогут вызывать разрушение антенн или отрыв RFID-чипов от них.
Сущность полезной модели
В основу полезной модели положена задача усовершенствованием конструкции создать такую радиочастотную метку для резиновых шин, которая позволит полностью вывести RFID-чип с антенной из зоны действия растягивающе-сжимающих эксплуатационных нагрузок (и тем самым повысить надежность меток).
Эта задача решена тем, что в радиочастотной метке для резиновых шин, имеющей жестко связанные в рабочем положении химически инертные внешние обкладки и зафиксированный между ними RFID-чип с антенной, согласно изобретательскому замыслу, указанные обкладки с одной торцевой стороны снабжены гибким высокоупругим хвостовиком.
Такая конструкция позволяет просто и удобно предварительно фиксировать радиочастотную метку защемлением указанного хвостовика между резиновыми полосами гермослоя в процессе сборки шины или подклеиванием его к внутренней поверхности сырой шины и окончательно надежно закреплять эту метку при последующей вулканизации.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что по меньшей мере в одной из обкладок выполнено углубление для размещения RFID-чипа с антенной. Это облегчает сборку радиочастотной метки.
Второе дополнительное отличие состоит в том, что указанный хвостовик изготовлен из невулканизуемого материала и имеет по меньшей мере одно перфорационное отверстие. При сборке сырой шины резиновая смесь заполняет указанное отверстие, а вулканизация обеспечивает неразъемное соединение хвостовика с резиной борта шины.
Третье и четвертое дополнительные отличия состоят соответственно в том, что указанный хвостовик из невулканизуемого материала является продолжением либо одной из внешних обкладок, либо обеих внешних обкладок. Это позволяет сократить номенклатуру материалов, используемых при изготовлении радиочастотных меток.
Пятое дополнительное отличие состоит в том, что внешние обкладки жестко связаны через прокладку из вулканизуемого материала, а указанный хвостовик является продолжением этой прокладки.
Выбор одной из этих форм выполнения хвостовика зависит от назначения, массы и размеров маркируемых шин и типоразмеров RFID-чипов с антеннами.
Краткое описание чертежей
Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием ее конструкции и способа применения со ссылками на чертежи, где изображены на:
фиг. 1 - радиочастотная метка с невулканизуемым хвостовиком (аксонометрическая проекция);
фиг. 2 - продольный разрез радиочастотной метки с фиг. 1 плоскостью симметрии;
фиг. 3 - радиочастотная метка с перфорированным невулканизуемым хвостовиком и дополнительной накладкой из вулканизуемого материала (аксонометрическая проекция);
фиг. 4 - радиочастотная метка с прокладкой из вулканизуемого материала между внешними обкладками RFID-чипа с антенной (аксонометрическая проекция);
фиг. 5 - схематический вид крепления радиочастотной метки фиксацией хвостовика между слоями сырой резиновой смеси при сборке шины (аксонометрическая проекция);
фиг. 6 - схематический вид (фрагмент) крепления радиочастотной метки на сырой шине в результате вулканизации резиновой смеси, заполнившей перфорационные отверстия хвостовика (аксонометрическая проекция);
фиг. 7 - схематический вид (фрагмент) крепления хвостовика радиочастотной метки к борту шины путем вулканизации дополнительной накладки (аксонометрическая проекция).
Наилучшие варианты осуществления полезной модели
Радиочастотная метка для резиновых шин (см. фиг. 1) имеет:
две жестко связанные в рабочем положении химически инертные внешние обкладки 1, изготовленные из прочных тугоплавких или неплавких полимеров, например, из поликарбоната, поперечно сшитого полиэтилена или полипропилена, полиимида, полиуретана и т.п.;
гибкий высокоупругий хвостовик 2, расположенный с одной торцевой стороны внешних обкладок 1, и
RFID-чип 3 с антенной, условно показанный над зоной 4 его фактической фиксации между обкладками 1.
Хвостовик 2 может быть изготовлен либо из невулканизуемого, либо из вулканизуемого материала.
Невулканизуемый хвостовик 2 может быть продолжением либо одной из внешних обкладок 1, как видно на фигурах 1, 2 и 3, либо обеих внешних обкладок 1, хотя это и не показано на чертежах. Невулканизуемый хвостовик 2 обязательно имеет по меньшей мере одно перфорационное отверстие 5, а предпочтительно множество таких регулярно расположенных (обычно круглых) отверстий 5.
Для гарантированного крепления невулканизуемого хвостовика 2 к борту шины целесообразно использовать дополнительное клеевое покрытие 6 снизу и дополнительную накладку 7 из резиновой смеси сверху (см. фиг. 3). Радиочастотные метки такой конструкции обычно поступают на участок сборки шин с защитной пленкой 8 на клеевом покрытии 6.
Иногда внешние обкладки 1 могут быть жестко связаны через прокладку 9 из вулканизуемого материала (см. фиг. 4). Тогда хвостовик 2 служит продолжением этой прокладки 9. Такой вулканизуемый хвостовик 2 обычно не перфорируют, но для облегчения монтажа на сырой шине наносят снизу клеевое покрытие 6 со съемной защитной пленкой 8.
Радиочастотные метки прикрепляют к шинам следующим образом.
Невулканизуемый хвостовик 2, показанный на фигурах 1 и 2, предварительно фиксируют защемлением между полосами сырой резины при сборке шины и окончательно закрепляют вулканизацией вместе с сырой шиной (см. левую часть фиг. 5).
Невулканизуемый хвостовик 2, показанный на фиг. 3, предварительно фиксируют приклеиванием к поверхности борта сырой шины, для чего удаляют защитную пленку 8 и прижимают хвостовик к поверхности сырой шины через дополнительную накладку 7 до технологического схватывания сырого клеевого покрытия 6 с сырой резиной. Затем невулканизуемый хвостовик 2 окончательно закрепляют отверждением клея и вулканизацией накладки 7 вместе с сырой шиной (см. фиг. 6).
Резиновые перемычки в перфорационных отверстиях 5, образующиеся в результате затекания в них резиновой смеси и ее вулканизации, обеспечивают надежное прикрепление невулканизируемых хвостовиков 2 к бортам шин.
Вулканизуемый хвостовик 2 (см. фиг. 4) также предварительно приклеивают к поверхности сырой шины клеевым слоем 6 после удаления защитной пленки 8. Окончательное неразъемное соединение этого хвостовика 2 с шиной обеспечивают их совместной вулканизацией, как показано на фиг. 7.
После вулканизации обкладки 1 вместе с RFID-чипом 3 и с антенной отгибают в сторону от борта шины, как видно в правой части фиг. 5 и на фигурах 6 и 7. Это выводит RFID-чип 3 с антенной из зоны действия растягивающе-сжимающих эксплуатационных нагрузок.
Габаритные размеры радиочастотной метки подбирают, исходя из размеров шины и RFID-чипа с антенной. Например, для автомобильных шин габаритные размеры могут варьироваться от 20×20 мм до 120×120 мм.
При необходимости на наружную поверхность одной из обкладок 1 может быть нанесена вспомогательная информация, например:
Габаритные размеры радиочастотной метки подбирают, исходя из размеров шины и RFID-чипа с антенной. Например, для автомобильных шин габаритные размеры могут варьироваться от 20×20 мм до 120×120 мм.
При необходимости на наружную поверхность одной из обкладок 1 может быть нанесена вспомогательная информация, например:
место, дата изготовления и индивидуальный учетный номер радиочастотной метки;
товарный знак изготовителя радиочастотной метки и/или знак обслуживания уполномоченного учреждения-контролера;
кодированная идентификационная информация, дублирующая по меньшей мере часть записи в радиочастотной метке.
Описанную радиочастотную метку используют для прослеживания резиновых шин следующим образом.
Уникальную идентификационную информацию в соответствии с требованиями учетной системы индивидуально записывают в RFID-чип 3 каждой метки либо заблаговременно, либо после установки ее на маркируемую шину.
Считывание идентификационной информации возможно как индивидуально с каждой отдельной радиочастотной метки, так и одновременно с нескольких меток.
Промышленная применимость
Предложенная радиочастотная метка может быть массово изготовлена из доступных материалов и широко использована для маркировки резиновых шин пневматических колес.