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Die
Erfindung betrifft ein In-Mould-Etikett, ein Verfahren zum Herstellen
eines derartigen In-Mould-Etiketts sowie die Verwendung des In-Mould-Etiketts
bei einem Transportbehälter.
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Traditionell
werden Kunststoffbehälter,
die z.B. zum Transportieren oder Lagern von Produkten bei der Produktion
dienen, durch einen zusätzlichen Druckprozess
oder durch nachträgliches
Aufbringen von selbstklebenden Etiketten dekoriert, mit Informationen
versehen oder gekennzeichnet.
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Die
Verwendung von In-Mould-Etiketten ermöglicht eine höhere Qualität der dekorativen
Bedruckung und eine individuelle, fortlaufende Beschriftung mit
maschinenlesbaren Barcodes.
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Vorbekannte
In-Mould-Etiketten haben eine folienartige Basis aus einem Polyolefinpolymer,
z.B. einem Polyethylen/Polypropylen-Copolymerisat mit einer Silikatfüllung, und
lassen sich in hoher Auflösung
und mehrfarbig bedrucken, vorzugsweise bevor sie auf Kontur gestanzt
werden. Die Oberfläche
kann mit einer Beschichtung vor mechanischer Einwirkung und vor
UV-Strahlung geschützt
werden. In einem Spritzguss-Herstellungsprozess, z.B. für einen Transportbehälter aus
einem spritzgussfähigen Kunststoff
wie z.B. Polypropylen oder Polyethylen, werden die In-Mould-Etiketten
in die jeweilige Spritzgussform eingelegt, sodass die beschriftete
Vorderseite nach außen
exponiert ist. Die In-Mould-Etiketten haften dort entweder durch
elektrostatische Aufladung oder durch Anwendung von Unterdruck. Durch
das Einspritzen des flüssigen
Kunststoffs in die Form wird das In-Mould-Etikett in der Oberfläche des
Spritzgussteils nahtlos eingebettet, wobei die Rückseite des In-Mould-Etiketts
mit Kunststoff hinterfüllt
wird, sodass sie nach dem Herauslösen des Spritzgussteils aus
der Form nicht mehr sichtbar ist.
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Im
Gegensatz zu nachträglich
aufgebrachten Selbstklebeetiketten bieten In-Mould-Etiketten an den
Rändern
keine Absätze
oder Stufen und somit keine Angriffsfläche. Dies sieht ansprechend
aus und erleichtert die Reinigung. Da die In-Mould-Etiketten je nach
Auswahl des Werkstoffs mit dem Kunststoff des Spritzgussteils eine
feste Verbindung eingehen, ist das Entfernen oder Umkleben auf andere
Teile nicht mehr möglich.
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Die
auf der Vorderseite eines herkömmlichen In-Mould-Etiketts
z.B. mittels eines Barcodes gespeicherte Information kann dazu benutzt
werden, dem mit dem In-Mould-Etikett gekennzeichneten Produkt, z.B.
einem in der Produktion verwendeten Transportbehälter, weitere Information zuzuordnen.
Dies geschieht z.B. mit Hilfe eines externen Rechners, in dem die
Barcode-Information als Adresse einem Datenfeld zugeordnet wird.
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Eine
flexible Zuordnung von Information zu einem Gegenstand ist mit Hilfe
der RFID-Technik möglich
(Radiofrequenz-Identifikation). Dabei werden mit Hilfe geeigneter
Dateneingabe- und -auslesegeräte
Informationen in einen mit dem Gegenstand verbundenem Halbleiterbaustein
(Chip) eingegeben bzw. ausgelesen. Der RFID-Chip ist mit. einer
Antenne für
die Weiterleitung der Datensignale verbunden und benötigt keine
eigene Spannungsversorgung. Die zu seiner Funktion erforderliche
Energie wird also ebenfalls über
die Antenne übertragen.
Derzeitige RFID-Chips
können
z.B. 5 kByte an Information speichern, werden z.B. bei 900 MHz betrieben
und sind z.B. 100 000 mal überschreibbar.
Eine typische Reichweite für
den Einsatz der Schreib- und Lesegeräte beträgt z.B. 10 m.
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Die
Antenne herkömmlicher
RFID-Chips hat in der Regel die Form einer Schlaufe oder einer Spule
mit einer Anzahl von Windungen, um auf Änderungen des magnetischen
Flusses zu reagieren. Derartige Antennen können durch Ätzen aus einer leitfähigen Schicht
(z.B. aus Kupfer), die auf ein Substrat aufgebracht ist, oder durch
ein Siebdruckverfahren mit einer leitfähigen Druckfarbe hergestellt
werden. Eine solche Antenne wird dann mit den von einem RFID-Chip
ausgehenden Anschlüssen
durch Kleben mit elektrisch leitfähigem Klebstoff oder durch
Ancrimpen verbunden. Die Antenne und der RFID-Chip befinden sich
auf einer gemeinsamen Trägerfolie, z.B.
aus Polyester. Derartige Anordnungen sind allerdings nicht besonders
robust. Insbesondere bei Stoßbelastungen
kommt es relativ leicht zu Unterbrechungen an der Antenne oder an
den Anschlüssen zwischen
der Antenne und dem RFID-Chip.
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Eine
erheblich höhere
Belastbarkeit lässt sich
mit einer Antenne aus Draht erzielen, der vorzugsweise mit Isolierlack
beschichtet und an den Anschlüssen
eines RFID-Chips angelötet
ist. Eine derartige Anordnung wird zum Schutz zwischen zwei Lagen
aus Kunststofffolie, z.B. aus Polyethylen, eingebracht, was zu einer
recht großen
Baudicke führt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die Anwendungsmöglichkeiten für In-Mould-Etiketten
zu erweitern.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein In-Mould-Etikett mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der
Anspruch 15 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen
In-Mould-Etiketts und der Anspruch 21 die Verwendung eines derartigen In-Mould-Etiketts als Informationsträger für einen Spritzguss-Transportbehälter. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das
erfindungsgemäße In-Mould-Etikett
hat eine Basis, die eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist. Auf die Rückseite
der Basis ist eine Antenne aus Draht aufgebracht, die elektrisch
leitend mit einem RFID-Chip verbunden ist.
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Die
Vorteile des erfindungsgemäßen In-Mould-Etiketts
zeigen sich z.B. bei der Verwendung als Informationsträger für einen
Spritzguss-Transportbehälter
aus Kunststoff. Bei der Herstellung eines solchen Transportbehälters kann
das In-Mould-Etikett
mit nach außen
exponierter Vorderseite der Basis in eine Gussform für den Transportbehälter eingesetzt
werden. Beim anschließenden Spritzgießen des
Transportbehälters
wird die Rückseite
der Basis mit Antenne und RFID-Chip mit Kunststoff hinterfüllt.
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Wenn
das In-Mould-Etikett an einem Spritzgussteil angeordnet ist, sind
also die Antenne und der RFID-Chip durch das Material des Spritzgussteils überdeckt
und somit sicher geschützt.
In diesem Zustand hat das erfindungsgemäße In-Mould-Etikett alle Vorteile
der herkömmlichen
In-Mould-Etiketten und bietet außerdem die Möglichkeit
einer flexiblen Datenzuordnung und Logistik mit Hilfe der RFID-Technik.
Da die Antenne aus Draht besteht, der vorzugsweise mit einem Isolierlack
versehen ist, ist sie robust und starken Belastungen gewachsen,
wie sie z.B. bei Stößen von
Transportbehältern
auftreten. Die Basis des In-Mould-Etiketts
dient als Träger
für die
Antenne und den RFID-Chip.
Eine rückseitige
Abdeckung ist nicht erforderlich, da das In-Mould-Etikett in ein
Kunststoffteil eingegossen wird, wie erläutert.
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Es
gibt verschiedene Möglichkeiten,
die Antenne auf die Rückseite
der Basis aufzubringen. Besonders vorteilhaft ist es, die Antenne
auf die Rückseite
der Basis aufzuschmelzen, z.B. indem das Material der Basis durch
Ultraschall oder durch direkte Zuführung von Wärme erwärmt wird. Es ist auch denkbar,
die Antenne aufzukleben oder z.B. in eine dickere Basis in eine
Vertiefung formschlüssig
einzulegen. Der RFID-Chip kann auf ähnliche Weise an der Rückseite
der Basis angebracht werden. Da der RFID-Chip mit der Antenne verbunden
ist, muss er aber nicht gesondert an der Basis befestigt sein. Grundsätzlich müssen die
Antenne bzw. der RFID-Chip nur so fest an der Rückseite der Basis anhaften,
wie es für
die Handhabung und Verarbeitung des In-Mould-Etiketts erforderlich
ist, da nach dem Eingießen
des In-Mould-Etiketts in ein Spritzgussteil eine sichere Befestigung
durch das Material des Spritzgussteils gewährleistet ist.
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Die
Antenne ist vorzugsweise an den Anschlüssen des RFID-Chips angelötet, was
eine elektrisch und mechanisch sichere Verbindung gewährleistet.
Andere Möglichkeiten
sind Ancrimpen und die Anwendung von Wickeltechniken.
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Die
Antenne kann praktisch jede in der RFID-Technik übliche Bauform haben und z.B.
als Schlaufe mit einer Windung oder bevorzugt als Spule mit mehreren
Windungen gestaltet sein. Denk bar sind auch Dipolantennen, z.B.
für den
Empfang von elektrischen Feldern.
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Die
Basis ist vorzugsweise als Platte oder als Folie gestaltet und sollte
groß genug
sein, um die Antenne aufzunehmen. Als Material für die Basis kommen insbesondere
die Materialien herkömmlicher In-Mould-Etiketten
in Frage, z.B. Polyolefine wie z.B. Polyethylen/Polypropylen-Copolymerisate,
die auch Zusatzstoffe wie z.B. Silikatfüller enthalten können.
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Vorzugsweise
ist die Basis an der Vorderseite mit optisch lesbarer Information
versehen, z.B. mit einem Barcode. Dabei ist es vorteilhaft, wenn
zumindest ein Teil der Information an der Vorderseite der Basis
in dem RFID-Chip gespeichert ist. Dann lässt sich mit Hilfe der RFID-Technik
die Barcode-Information auch aus größerer Entfernung auslesen.
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Die
Vorderseite der Basis kann, wie bei herkömmlichen In-Mould-Etiketten, mit einer Schutzschicht
versehen sein, die vorzugsweise über
optisch lesbaren Informationszeichen angeordnet ist, um auch diese
zu schützen.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung sind an der Rückseite
der Basis Vorsprünge angeordnet.
Mit Hilfe derartiger Vorsprünge
lässt sich der
in der Regel an der Rückseite
der Basis angeordnete RFID-Chip schützen, der meist höher (dicker)
ist als die Antenne, und die Vorsprünge ermöglichen ein Stapeln der In-Mould-Etiketten.
Dies verdeutlicht das folgende Beispiel:
Je nach Layout ist
der RFID-Chip (Modul) bei allen gefertigten In-Mould-Etiketten immer
an der gleichen Stelle positioniert. Geht man davon aus, dass der RFID-Chip
0,25 mm über
die Antenne hinausragt, würde
bei einer Stapelmenge von 100 In-Mould-Etiketten die Position, an der sich
der RFID-Chip befindet, um 25 mm auftragen. Insoweit wäre dann
eine Magazinierung (z.B. bei einem automatischen Entnahmesystem
mit Saugern) nicht mehr möglich.
Dieses Auftragen könnte
auch dazu führen,
dass die sich im Stapel befindlichen RFID-Chips beschädigt werden.
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Wenn
nun die Höhe
der Vorsprünge
mindestens so groß ist
wie die in bezug auf die Rückseite
der Basis vorspringende Dicke des RFID-Chips, lässt sich eine große Zahl
von In-Mould-Etiketten übereinander
stapeln, ohne dass es zu einem "Auftragen" kommt und ohne dass
der RFID-Chip in Mitleidenschaft gezogen wird. Vorzugsweise sind
vier gleichhohe Vorsprünge
in den Eckzonen der Basis vorgesehen.
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Die
Vorsprünge
können
Zusatzmaterial in bezug auf die Basis aufweisen, vorzugsweise ein Schaumstoffmaterial,
das sich z.B. in Tropfenform auf die Rückseite der Basis aufbringen
lässt und
danach fest wird.
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Bei
einer anderen Möglichkeit
sind die Vorsprünge
einstückig
mit der Basis ausgebildet. Dabei sind die Vorsprünge z.B. als Ausformungen in
der Basis gestaltet. Da die Basis in der Regel ein hitzeverformbares
Kunststoffmaterial aufweist, lassen sich solche Ausformungen z.B.
durch Prägen
unter erhöhter
Temperatur in flaches Ausgangsmaterial einformen. Damit sich die
Ausformungen übereinander gestapelter
In-Mould-Etiketten nicht ineinanderlegen, wodurch der gewünschte Effekt
verhindert würde,
ist es sinnvoll, dass die Ausformungen verschiedener In-Mould-Etiketten unterschiedliche
Geometrien aufweisen und/oder in unterschiedlichen Positionen angeordnet
sind. Ein Beispiel sind längliche
Ausformungen, die bei zwei Typen von In-Mould-Etiketten in unterschiedlichen Richtungen
verlaufen, wobei beim Stapeln immer ein In-Mould-Etikett des einen
Typs über
einem In-Mould-Etikett des anderen Typs zu liegen kommt. Die Ausformungen
benachbarter In-Mould-Etiketten sind dann kreuzförmig zueinander ausgerichtet,
so dass sie nicht ineinander rutschen können. Beim Eingießen eines
In-Mould-Etiketts (In-Mould-Prozess,
siehe oben) werden die Ausformungen infolge einer temporären Materialerweichung
wieder geglättet;
sie sind am Endprodukt in der Regel nicht mehr erkennbar.
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Beim
Herstellen eines erfindungsgemäßen In-Mould-Etiketts
kann die Antenne entweder vor dem Aufbringen auf die Rückseite
der Basis oder danach mit dem RFID-Chip verbunden werden, was auch
durch die Art der Verbindungstechnik (z.B. Löten bei höherer Temperatur oder Crimpen
bei niedrigerer Temperatur) mitbestimmt wird. Vorteilhaft ist der
Einsatz eines Roboters, der z.B. die Antenne auf die Rückseite
der Basis auflegt. Vorzugsweise sind die Basen eine Anzahl herzustellender
In-Mould-Etiketten
zunächst
miteinander verbunden oder auf einem gemeinsamen Träger angeordnet
und werden erst in einem späteren
Verfahrensschritt separiert.
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Das
erfindungsgemäße In-Mould-Etikett
vereint also die Vorteile herkömmlicher
In-Mould-Etiketten und der RFID-Technik, sorgt für eine sichere und auch platzsparende
Befestigung eines RFID-Chips mit zugehöriger Antenne an einem Spritzgussteil, z.B.
einem Transportbehälter
aus Kunststoff, die auch harten Belastungen standhält, und
lässt sich außerdem noch
kostengünstig
herstellen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Die
Zeichnungen zeigen in
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1 die
Vorderseite eines erfindungsgemäßen In-Mould-Etiketts in Draufsicht,
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2 die
Rückseite
des In-Mould-Etiketts aus 1 in Draufsicht,
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3 einen
Querschnitt durch das In-Mould-Etikett gemäß den 1 und 2 entlang der
in 2 eingezeichneten Strecke S,
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4 eine
Draufsicht auf die Rückseite
einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen In-Mould-Etiketts,
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5 eine
Draufsicht auf die Rückseite
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen In-Mould-Etiketts
und
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6 einen
Querschnitt durch das In-Mould-Etikett gemäß 5 entlang
der in 5 eingezeichneten Strecke S'.
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In
den 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform
eines In-Mould-Etiketts 1 dargestellt.
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Das
In-Mould-Etikett 1 weist eine Basis 2 auf, die
im Ausführungsbeispiel
aus einem Polyolefin gefertigt ist, z.B. einer Mischung aus Polyethylen
und Polypropylen mit einem Füllstoff,
der ein Silikat enthält.
Die Basis 2 ist als Folie gestaltet, also relativ dünn.
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Auf
die Vorderseite 4 der Basis 2 sind ein Barcode 6,
eine Beschriftung 8 und ein Logo 9 aufgedruckt.
Ferner ist die Vorderseite 4 einschließlich des Aufdrucks mit einer
in den Figuren nicht dargestellten transparenten Schutzschicht abgedeckt,
die einen Schutz gegen Beschädigung,
insbesondere des Aufdrucks, durch mechanische Einwirkung und UV-Strahlung
bietet.
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Soweit
entspricht das In-Mould-Etikett 1 einem herkömmlichen
In-Mould-Etikett.
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Wie
die 2 zeigt, befindet sich auf der Rückseite 10 der
Basis 2 des In-Mould-Etiketts 1 ein RFID-Chip 12 mit
zwei Anschlüssen 14 und 15.
Der RFID-Chip 12 kann über
eine Antenne 16 mit einem externen Schreib- und Lesegerät kommunizieren,
um Information (Datenbits) in den RFID-Chip 12 einzuschreiben
oder daraus auszulesen. Die Antenne 16 ist im Ausführungsbeispiel
als Spule mit generell fünf Windungen
gestaltet, in der bei Änderungen
des magnetischen Flusses ein Spannungssignal induziert wird. Im
Ausführungsbeispiel
besteht die Antenne 16 aus einem dünnen Kupferdraht, der mit einem
Isolierlack beschichtet ist.
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Die
Antenne 16 hat zwei Endbereiche 18 und 19,
die im Ausführungsbeispiel
an die Anschlüssen 14 bzw. 15 des
RFID-Chips 12 angelötet
sind.
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In 3 ist
ein Querschnitt durch die Basis 2 und die mit 20 bezeichneten
Windungen der Antenne 16 entlang der Strecke S aus 2 dargestellt.
In diesem Bereich hat die Antenne 16 nur vier nebeneinander
liegende Windungen 20. Man erkennt, dass die Windungen 20 in
Vertiefungen an der Rückseite 10 der
Basis 2 liegen.
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Im
Ausführungsbeispiel
werden die In-Mould-Etiketten 1 aus einer Bahn aus Kunststofffolie
hergestellt, in der zunächst
die Basen 2 einer Vielzahl von In-Mould-Etiketten 1 nebeneinander
liegend angeordnet sind. Zuerst werden die Vorderseiten 4 bedruckt,
wobei der Barcode 6 für
jedes einzelne In-Mould-Etikett 1 individuell
eingeschrieben wird. Anschließend
wird auf die Vorderseiten 4 die Schutzschicht aufgetragen.
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In
weiteren Herstellungsschritten wird auf die Rückseite 10 der Basis 2 jedes
der In-Mould-Etiketten 1 eine Antenne 16 aufgelegt
und gegen die Basis 2 gedrückt, wobei die Basis 2 gleichzeitig
im Bereich der Antenne 16 durch Ultraschall er wärmt wird.
Dies führt
zu einem Aufschmelzen der Windungen 20 der Antenne 16 und
zur Bildung der in 3 dargestellten Vertiefungen
in der Basis 2.
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Anschließend wird
für jedes
In-Mould-Etikett 1 mit Hilfe eines Roboters ein RFID-Chip 12 auf
die Rückseite 10 der
Basis 2 aufgelegt und mit seinen Anschlüssen 14 und 15 mit
den Endbereichen 18 bzw. 19 der Antenne 16 verlötet. Bis
zum Schmelzen des Lötmittels
werden die Anschlüsse 14 und 15 nur kurzzeitig
erwärmt,
was im Ausführungsbeispiel
zu einem an sich entbehrlichen Anhaften der Anschlüsse 14 und 15 an
der Basis 2 führt,
aber zu keiner Schädigung
der Basis 2.
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Bevor
die einzelnen In-Mould-Etiketten 1 voneinander separiert
werden, ist es vorteilhaft, in einem kontinuierlichen Prozess den
jeweiligen Barcode 6 auszulesen und in den zugeordneten RFID-Chip 12 einzuschreiben.
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Die
voneinander separierten In-Mould-Etiketten 1 können nun
in herkömmlicher
Weise beim Spritzgießen
eines Spritzgussteils in das Kunststoffmaterial des Spritzgussteils
eingebettet werden, wie eingangs erläutert. Dabei wird die Rückseite 10 der Basis 2 mit
dem RFID-Chip 12 und der Antenne 16 von dem Kunststoffmaterial überdeckt
und geschützt.
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In 4 ist
eine weitere Ausführungsform
eines In-Mould-Etiketts 30 mit
einer Basis 32 von der Rückseite 40 her gezeigt.
Auf die Rückseite 40 ist
ein RFID-Chip 42 mit zwei Anschlüssen 44 und 45 aufgebracht.
An die Anschlüsse 44 und 45 sind
zwei Teilstücke 46 bzw. 47 einer
Antenne angelötet,
die als Dipolantenne gestaltet ist und zeitliche Änderungen elektrischer
Felder auffangen kann.
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Das
In-Mould-Etikett 30 hat eine andere Form als das In-Mould-Etikett 1.
Die Fertigung erfolgt ähnlich
wie bei dem In-Mould-Etikett 1.
Gleiches gilt für
die Anwendungsmöglichkeiten.
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Die
Ausführungsform
eines In-Mould-Etiketts 50 gemäß den 5 und 6 ist ähnlich aufgebaut wie
die erste Ausführungsform
(1 bis 3), weshalb hier für einander
entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen wie in den 1 bis 3 verwendet
werden.
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Im
Unterschied zu der ersten Ausführungform
ist die Rückseite 10 der
Basis 2 in den vier Eckbereichen jeweils mit einer Ausformung 52 versehen, die
einen Vorsprung bildet, der an der Rückseite 10 höher vorsteht
als die Windungen 20 der Antenne 16 und als der
RFID-Chip 12. Im Ausführungsbeispiel sind
alle vier Ausformungen 52 gleich hoch.
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In
diesem Beispiel gehen die Ausformungen 52 von einer kreisförmigen Grundfläche aus.
Damit man eine Anzahl derartiger In-Mould-Etiketten 50 übereinander
stapeln kann, ohne dass sich benachbarte Ausformungen 52 ineinander
legen, sind zwei Typen von In-Mould-Etiketten 50 vorgesehen,
bei den sich die Ausformungen 52 an unterschiedlichen Positionen
befinden (z.B. in unterschiedlichen Entfernungen zu den Ecken der
jeweiligen Basis 2). In diesem Fall lassen sich zwei In-Mould-Etiketten 50 verschiedenen
Typs jeweils direkt übereinander
anordnen, ohne dass dabei die Ausnehmungen 52 ihre Funktion
als Abstandshalter verlieren.
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Wie
die Ausformungen 52 erstellt werden können, wurde weiter oben bereits
erläutert.