DE102013102622A1

DE102013102622A1 - Temperatursensor, Etikett und Verfahren

Info

Publication number: DE102013102622A1
Application number: DE102013102622.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Germann; Winfried Langenkamp
Original assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Current assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: DE102013102622B4

Abstract

Es wird ein Temperatursensor (10) zum Nachweis einer Temperaturüberschreitung vorgeschlagen, der zumindest Folgendes aufweist: – eine erste Elektrode (1) und eine zweite Elektrode (2), – mindestens eine elastisch verformte Materialschicht (4), die zusammengepresst ist und in Richtung ihrer Schichtdicke (s) auseinanderdrückt, und – eine Füllmasse (5), die die Eigenschaft hat, unterhalb einer kritischen Temperatur (Tc) fest, amorph, zähflüssig oder auf sonstige Weise formbeständig zu sein und oberhalb der kritischen Temperatur (Tc) flüssig, fließfähig oder auf sonstige Weise verformbar zu sein, – wobei die Füllmasse (5) so angeordnet ist, dass sie zumindest unterhalb der kritischen Temperatur (Tc) die beiden Elektroden (1, 2) relativ zueinander und/oder relativ zu einem sonstigen leitfähigen Element (13) in einer vorgegebenen Relativposition fixiert und dadurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Elektroden (1, 2) gegen den Widerstand einer mechanischen Beanspruchung, die aufgrund der auseinanderdrückenden Materialschicht (4) besteht, aufrechterhält.

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor zum Nachweis einer Temperaturüberschreitung, ein Etikett mit einem Temperatursensor sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Temperatursensors. Temperatursensoren werden beispielsweise in der Überwachung von Kühlketten, insbesondere für die Lagerung und den Transport von Lebensmitteln oder Medikamenten benötigt. Ein anderes Anwendungsgebiet ist der Nachweis und ggfs. Alarm bei Temperaturüberschreitungen oberhalb der Raumtemperatur, insbesondere beim Brandschutz.
Für viele Anwendungen (etwa bei der Kühlkettenüberwachung) genügt es, wenn nachträglich, ohne dass akute Gefahr droht, zu einem späteren Zeitpunkt nachweisbar ist, ob eine vorgegebene kritische Temperatur (sei es oberhalb oder unterhalb der Raumtemperatur) zu einem früheren Zeitpunkt überschritten worden ist. Ein dafür bestimmter Temperatursensor muss daher nicht sofort Alarm schlagen, sondern kann als passiver Sensor ausgebildet sein, der bei dem Überschreiten einer Mindesttemperatur eine irreversible Veränderung durchläuft.
Temperatursensoren lassen sich beispielsweise durch einen Mikrochip, der ein integriertes Temperatursensorelement aufweist, oder eine sonstige elektronische Schaltung, die mit einem Sensorelement verbunden ist, realisieren. In beiden Fällen jedoch ist eine Batterie oder eine sonstige Spannungsversorgung erforderlich, und mit begrenztem Energievorrat ist die Temperaturmessung nur über einen gewissen Zeitraum möglich. Die Batterie oder Spannungsversorgung führt zudem zu entsprechenden Kosten des Temperatursensors und seines Betriebs.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen Temperatursensor bereitzustellen, der besonders kostengünstig, platzsparend und als preiswerter Massenartikel (etwa als Etikett) zur Temperaturkontrolle beliebiger Lebensmittel, Behälter oder sonstiger Gegenstände vermarktbar ist. Es ist ferner die Aufgabe der Anmeldung, ein Etikett mit einem solchen Temperatursensor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Temperatursensors anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1, 3, 17 und 18 gelöst. Der Temperatursensor umfasst außer einer ersten und einer zweiten Elektrode, zwischen denen der elektrische Widerstand messbar ist, zumindest noch eine Füllmasse und eine Materialschicht. Die Füllmasse ist in der Nähe der Elektroden, insbesondere zwischen ihnen (oder ihren Elektrodenfingern) angeordnet und besteht aus einem Material, das die Eigenschaft hat, unterhalb einer kritischen Temperatur formbeständig und oberhalb dieser Temperatur verformbar zu sein. Die Füllmasse ist beispielsweise elektrisch isolierend oder (isotrop) leitfähig; sofern sie isolierend ist, enthält sie vorzugsweise leitfähige Partikel, die eine elektrische Verbindung der ober- und unterseitigen leitfähigen Strukturen miteinander (nämlich der Elektroden miteinander oder ggfs. mit dem leitfähigen Element) herstellen. Durch die Füllmasse wird ein mechanischer Zusammenhalt der beiden Elektroden oder jedenfalls eine leitende Verbindung zwischen ihnen sichergestellt, jedenfalls solange, wie die Füllmasse keiner höheren Temperatur als der kritischen Temperatur ausgesetzt wird. Aufgrund ihrer Formbeständigkeit unterhalb der kritischen Temperatur fixiert die Füllmasse die Elektroden relativ zueinander (oder relativ zu einem sonstigen leitfähigen Element) und sichert so die niederohmige Verbindung zwischen den Elektroden gegenüber mechanischen Kräften wie beispielsweise Zugkräften.
Weiterhin umfasst der Temperatursensor eine Materialschicht, die bei einer Ausführungsform gemäß Anspruch 1 elastisch verformt, insbesondere zusammengepresst ist und dadurch in Richtung ihrer Schichtdicke auseinanderstrebt bzw. die Elektroden auseinanderdrückt. Dadurch wird eine mechanische Belastung ausgeübt, die im Temperatursensor darauf gerichtet ist, die leitfähige Verbindung zwischen beiden Elektroden zu unterbrechen, beispielsweise indem die Elektroden auseinandergezogen werden. Jedoch ist die Füllmasse so angeordnet, dass sie (jedenfalls unterhalb der kritischen Temperatur) die elektrisch leitende Verbindung zwischen beiden Elektroden aufrechterhält, und zwar gegen die mechanischen Kräfte, die in Folge der auseinanderdrückenden Materialschicht unmittelbar oder mittelbar auf die Füllmasse ausgeübt werden. Die elastisch verformte Materialschicht übt somit im Temperatursensor eine latente mechanische Beanspruchung auf die Füllmasse im Bereich der Elektroden aus, wobei die Füllmasse dieser Beanspruchung nur unterhalb der kritischen Temperatur widersteht. Sobald die kritische Temperatur der Füllmasse überschritten wird, gibt die Füllmasse nach, was zur dauerhaften Unterbrechung der leitfähigen Verbindung zwischen den beiden Elektroden führt und zu jedem späteren Zeitpunkt als Anstieg des elektrischen Widerstands zwischen ihnen nachweisbar ist. Als Materialschicht kann jedes kompressible, elastisch verformbare Material verwendet werden.
Die Füllmasse und die Materialschicht sind vorzugsweise zwischen zwei Trägerschichten, beispielsweise zwei Etikettenfolien (etwa mit aufgedruckten oder anderweitig aufgebrachten Elektroden) angeordnet; die zwischen ihnen zusammengepresste Materialschicht drückt die beiden Trägerschichten auch im Bereich der Füllmasse auseinander, sobald die kritische Temperatur überschritten wird. Dies bewirkt eine latente, dauerhafte mechanische Belastung; insbesondere eine Zugbeanspruchung, die auf die zwischen den Elektroden bzw. leitenden Strukturen angeordnete Füllmasse einwirkt.
Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß Anspruch 3 wird zum Erzeugen dieser Zugbeanspruchung nicht das Zusammenpressen einer aus einem kompressiblen, elastisch verformbaren Material gebildeten Materialschicht ausgenutzt, sondern das Strecken bzw. Dehnen mindestens einer elastischen, insbesondere dehnbaren Trägerschicht, vorzugsweise in einer oder zwei lateralen Richtungen (d.h. entlang der Ebene dieser Trägerschicht oder Trägerschichten). Dabei entsteht eine Zugspannung, infolge derer die jeweilige Trägerschicht bestrebt ist, sich wieder zusammenzuziehen. Wird die zwischen den Trägerschichten angeordnete Materialschicht insgesamt (oder zumindest bereichsweise) dicker, d.h. mit einer größeren Schichtdicke bzw. Höhe ausgebildet als die Füllmasse, so führt dies wegen der elastisch gedehnten Trägerschicht oder Trägerschichten ebenfalls zu einer Zugbeanspruchung, die oberhalb der kritischen Temperatur eine (jedenfalls partielle) Kontraktion der gedehnten Trägerschichten erlaubt, d.h. die Elektroden auseinanderzieht. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den beiden Trägerschichten im Bereich der Materialschicht größer (beispielsweise um einen Faktor zwischen 2 und 10) als im Bereich der Füllmasse; mindestens eine der Trägerschichten ist daher nicht eben, sondern zumindest bereichsweise gewölbt. Wenn etwa die Materialschicht die Füllmasse umgibt, entsteht eine nach innen gerichtete Einwölbung zumindest einer (beispielsweise oberseitigen) Trägerschicht im Flächenbereich über der Füllmasse. Gegenüber dieser Vertiefung bilden die Bereiche zumindest dieser Trägerschicht, die die Materialschicht bedecken, eine lokale Erhebung nach außen (in Richtung senkrecht zur Flächenausdehnung der Trägerschicht). Bei dieser weiteren Ausführungsform ist die Materialschicht vorzugsweise nicht kompressibel (bzw. elastisch verformbar), sondern vorzugsweise starr und formbeständig bzw. formresistent. Allerdings lässt sich hier alternativ auch eine Materialschicht einsetzen, die zumindest in Richtung ihrer Schichtdicke kompressibel (bzw. elastisch verformbar) ist, jedoch in lateraler Richtung formbeständig ist.
Auch bei der erstgenannten Ausführungsform gemäß Anspruch 1 können Trägerschichten mit elastischen Eigenschaften eingesetzt werden. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich; im Fall starrer Trägerschichten kann der Abstand zwischen den Trägerschichten über deren Grundfläche nämlich auch konstant oder annähernd einheitlich groß sein.
Der in dieser Anmeldung beschriebene Temperatursensor umfasst neben dem eigentlichen Sensorelement, das auch als Temperatursensor im engeren Sinne bezeichnet werden könnte, je nach Ausführungsform noch weitere Bestandteile; demnach könnte die gesamte Anordnung aus dem Sensorelement und der weiteren Bestandteile auch als Temperatursensor-Einrichtung bezeichnet werden. Der Kürze halber wird in dieser Anmeldung jedoch von einem Temperatursensor (statt von einer Temperatursensor-Einrichtung) gesprochen.
Einige Ausführungsbeispiele werden nachstehend exemplarisch mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Temperatursensors in Form eines Etiketts,
2 eine schematische Querschnittsansicht zur 1,
3 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform,
4 eine Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform,
5 eine Querschnittsansicht eines Temperatursensors nach erfolgter nachzuweisender Temperaturüberschreitung und
6 eine schematische Querschnittsansicht zu 1 gemäß einer alternativen, weiteren Ausführungsform eines Temperatursensors.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Temperatursensors 10, der insbesondere als Etikett 20, Chipkarte oder sonstiger Gegenstand ausbildbar ist. Der Temperatursensor 10 besitzt zwei Elektroden 1, 2, die beispielsweise als Einzelleitungen (beispielsweise spiralförmig) oder wie dargestellt als verzweigte Elektrodenleitungen 21, 22 mit jeweils einer Vielzahl von ersten bzw. zweiten Elektrodenfingern 11, 12 ausgebildet sein können. Auf diese Weise entsteht eine Interdigitalstruktur, bei der die Elektroden bzw. Elektrodenfinger kammförmig ineinandergreifen und in geringem Abstand voneinander verlaufen. Es können beide Elektroden 1, 2 auf gleicher Höhe, d.h. innerhalb derselben Ebene (beispielsweise einer Druckschicht oder einer Metallfolie) ausgebildet sein; insbesondere können die beiden Elektroden 1, 2 Teile einer strukturierten Metallfolie sein. Optional führt die leitende Verbindung zwischen der ersten 1 und der zweiten Elektrode 2 über ein weiteres leitfähiges Element 13, das in 1 gepunktet umrandet dargestellt ist. Das leitfähige Element 13 ist beispielsweise eine durchgehende leitfähige Schicht oberhalb oder unterhalb beider Elektroden, beispielsweise eine leitfähige Bedruckung 14 oder weitere Metallschicht über ihnen. Da sich die beiden Elektroden 1, 2 innerhalb der Ebene nicht berühren, muss die leitfähige Verbindung über das leitfähige Element 13 führen und somit einen Höhenunterschied überbrücken. Hierzu kann das leitfähige Element 13 unmittelbar auf beiden Elektroden aufliegen, oder der Höhenunterschied kann durch eine anisotrop leitfähige Paste oder Klebmasse (Z-leitender Kleber), die eine isolierenden Füllmasse 5 und davon seitlich umgebene leitfähige oder leitfähig beschichtete Partikel 6 (etwa metallische oder metallisch beschichtete Glas- oder Festkörperpartikel oder Rußpartikel) enthält, überbrückt werden.
Das dargestellte leitfähige Element 13 ist aber lediglich optional; alternativ können beide Elektroden 1, 2 mit verschiedenen Trägerschichten 7, 8 verbunden sein. Dann ist es vorteilhaft, wenn ihre Elektrodenbahnen innerhalb der Grundfläche einander überkreuzen, einander überlappen und/oder anderweitig zur Überdeckung kommen. Lediglich der Höhenversatz zwischen beiden Elektroden muss dann noch überbrückt sein; etwa indem beide Elektroden 1, 2 lokal direkt aufeinanderliegen.
Anstelle zweier separater Trägerfolien 7, 8 kann in allen Ausführungsbeispielen auch eine einzige (Träger-)Folie verwendet werden; diese kann (beispielsweise an einem Rand des Temperatursensors bzw. Etiketts) umgeknickt, umgebogen oder anderweitig umgelegt ist.
Zusätzlich zu den beiden Elektroden 1, 2 und ggfs. dem leitfähigen Element 13 ist noch eine Füllmasse 5 und mindestens eine elastisch verformte Materialschicht 4 vorgesehen. Alle diese Elemente sind zwischen zwei Trägerschichten 7, 8 angeordnet, deren Umrisslinien in 1 in der Draufsicht dargestellt sind. Die Elektroden 1, 2 können beispielsweise auf einander zugewandten ersten Seiten bzw. Innenseiten der Trägerschichten 7, 8 aufgedruckt sein. Im Kontaktierungsgebiet 18, wo die Elektroden leitfähig miteinander verbunden sein sollen, ist eine Füllmasse 5 vorgesehen, die die Eigenschaft hat, unterhalb einer kritischen Temperatur Tc formbeständig (beispielsweise fest, amorph oder zähflüssig) zu sein und oberhalb dieser kritischen Temperatur Tc verformbar (beispielsweise flüssig oder fließfähig) zu sein. Die Füllmasse 5 kann elektrisch isolierend sein, da es genügt, wenn sie das leitfähige Element 13 auf den beiden Elektroden 1, 2 in leitfähigem Kontakt mit ihnen fixiert (oder mit leitfähigen Partikeln, die wiederum die Elektroden kontaktieren) fixiert. Insbesondere zur Überbrückung einer größeren Höhendistanz können auch leitfähige Festkörperpartikel bzw. beschichtete Glaspartikel, Metallpartikel oder Rußpartikel in die Füllmasse eingemischt sein. Die Füllmasse 5 selbst, deren seitliche Außenabmessungen in 1 gestrichelt angedeutet sind, hat hingegen die Funktion, im Kontaktierungsgebiet 18 die Relativposition aller leitfähigen Strukturen zu fixieren und so eine niederohmige Kontaktverbindung zwischen beiden Elektroden 1, 2 aufrechtzuerhalten, ebenfalls solange die kritische Temperatur der Füllmasse 5 nicht überschritten wird.
Seitlich neben oder außerhalb, insbesondere beabstandet zur Füllmasse 5 ist eine (optional elastisch verformte) Materialschicht 4 angeordnet, die (beispielsweise zwischen zwei Trägerschichten 7, 8) zusammengepresst ist und dann in Richtung ihrer Schichtdicke auseinanderdrückt bzw. auseinanderstrebt. Dadurch wird eine permanente Kraft ausgeübt, die aber erst oberhalb der kritischen Temperatur die leitfähige Verbindung im Kontaktierungsgebiet 18 unterbricht. Die elastisch verformte Materialschicht 4 ist etwa eine zusammengepresste Kunststoffschaumschicht oder eine sonstige, kompressible und/oder poröse Schicht. Sie drückt die Trägerschichten auseinander, die wiederum die Elektroden 1, 2 und das leitfähige Element 13 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene auseinanderzuziehen versuchen. Im Kontaktierungsgebiet 18 ist daher die Anordnung aus beiden Elektroden 1, 2 (und ggfs. des leitfähigen Elements 13) sowie der Füllmasse 5 einer latenten, permanenten Zugbeanspruchung oder anderweitigen mechanischen Belastung ausgesetzt, die tendenziell dahingehend wirkt, durch Vergrößerung eines Höhenversatzes die leitfähige Verbindung zwischen beiden Elektroden 1, 2 zu unterbrechen. Dieser Einwirkung widersteht die Füllmasse 5, aber nur solange, wie die Umgebungstemperatur die kritische Temperatur der Füllmasse 5 nicht überschreitet. Oberhalb der kritischen Temperatur hingegen gibt die Füllmasse mechanisch nach; die auseinanderdrückende Materialschicht 4 drückt die beiden Trägerschichten 7, 8 voneinander weg, wodurch das leitfähige Element 13 nach oben von den Elektroden 1, 2 weggezogen wird; es kommt zur Leitungsunterbrechung im Kontaktierungsgebiet 18, was zu jedem späteren Zeitpunkt als Zunahme des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden 1, 2 nachweisbar ist.
Hierzu weist der Temperatursensor 10 bzw. das Etikett 20 einen RFID-Chip (Radio Frequency Identification) 15 auf, an dessen Kontaktanschlüssen 15a, 15b die Elektroden 1, 2 bzw. Elektrodenleitungen 21, 22 angeschlossen sind. Es handelt sich um einen passiven RFID-Chip, der auf Anregung von außen misst, ob außerhalb des Chips der elektrische Widerstand zwischen beiden Elektroden 1 und 2 größer oder kleiner als ein vorgegebener kritischer Widerstandswert ist. Der kritische Widerstandswert kann für alle (gleich hergestellten) Temperatursensoren (insbesondere diejenigen einer Serie oder Teilserie) fest vorgegeben sein oder durch eine Messung des Widerstands im Ausgangszustand für jeden Sensor einzeln bestimmt und (z.B. auf dem RFID-Chip) gespeichert werden. Zur Anregung von außen sind an zwei weiteren Kontaktanschlüssen 15c, 15d Arme einer Antenne 16 , z.B. die zwei Enden einer (vorzugsweise in einer Ebene verlaufenden, flachen) Spulenantenne angeschlossen. Der Temperatursensor 10 kommt daher ohne eigene Spannungsquelle bzw. Stromversorgung aus. Auf Anregung von außen (durch Empfang elektromagnetischer Strahlung etwa im MHz-Bereich) misst der RFID-Chip 15 den ohmschen Widerstand zwischen den Elektroden 1, 2 und speichert diesen Wert und/oder sendet ihn über die Antenne 16 aus. Der Messwert kann aus lediglich einem einzigen Bit bestehen, das angibt, ob ein kritischer Widerstandswert überschritten ist oder nicht.
Der dargestellte Temperatursensor 10 kann als preiswertes Etikett 20 hergestellt werden, bei dem in Höhenrichtung zwischen den Trägerschichten 7 und 8 alle übrigen in 1 dargestellten Elemente angeordnet sind. Die Elektroden 1, 2 und ggfs. das leitfähige Element 13 sowie die Antenne 16 können als Bedruckung der Trägerschichten 7, 8 oder als Metallfolienstruktur ausgebildet sein. Ferner kann die Materialschicht 4 auch am Rand des Kontaktierungsgebietes bis an die Füllmasse 5 heranreichen und/oder einen Teil der Leiterbahnen der Elektroden 1, 2 oder des leitfähigen Elements 3 überdecken. Die Anordnung und der Verlauf der Elektroden 1, 2 und des leitfähigen Elements 13 sowie der Füllmasse 5 und der Materialschicht 4 ist in 1 lediglich exemplarisch; die Elektroden können beispielsweise in unterschiedlichen Höhenpositionen angeordnet sein und ihre Elektrodenfinger können sich senkrecht überkreuzen oder anderweitig, beispielsweise spiralförmig verlaufen. Die auf den Trägerschichten 7, 8 (bzw. auf deren Innenseiten) angeordneten leitfähigen Strukturen, nämlich die Elektroden 1 und 2, das leitfähige Element 3 und/oder die Antenne 16 können durch verschiedene Verfahren auf die Trägerschichten aufgebracht (bzw. auf ihnen ausgebildet) werden. Beispielsweise lassen sich die Trägerschichten mit einem Metall oder einem sonstigen leitfähigen Material (einschließlich einer leitfähigen Paste) beschichten. Sofern dies durch einen Druckvorgang geschieht, erfolgt die Strukturierung dabei unmittelbar. Alternativ lassen sich die leitfähigen Strukturen aus einer oder mehreren Metallfolien formen, etwa durch Stanzen, durch eine Laseranwendung wie etwa Laserschneiden, durch Ätzen oder auf sonstige Weise. Die Metallfolie oder -folien können wahlweise vor, während oder nach dem Strukturieren mit den Trägerfolien verbunden werden. Vorzugsweise umgibt die Materialschicht 4 die Füllmasse 5 (und somit das Kontaktierungsgebiet 18) rahmenförmig oder ringförmig und erzeugt somit von allen Seiten (über die Trägerschichten 7, 8, die sie auseinanderdrückt) eine Zugkraft mit einer Kraftkomponente in Richtung senkrecht zur Elektrodenanordnung bzw. zur Etikettenfläche. Gegen den Widerstand dieser Zugbeanspruchung muss die Füllmasse 5 die räumlichen Relativpositionen beider Elektroden 1, 2 relativ zueinander (oder relativ zum sonstigen leitfähigen Element 13) fixieren, um die leitende Verbindung zwischen beiden Elektroden aufrechtzuerhalten. Wird der Temperatursensor bzw. das Etikett jedoch einer höheren Temperatur als der kritischen Temperatur der Füllmasse 5 ausgesetzt, so gibt diese nach und die leitfähige Verbindung zwischen den Elektroden wird in Folge der in Richtung ihrer Schichtdicke bzw. Höhe auseinanderdrückenden Materialschicht 4 unterbrochen. Dies führt zu einer irreversiblen Unterbrechung des Kontakts zwischen den Elektroden 1, 2. Die Füllmasse 5 kann insbesondere elektrisch isolierend sein; in diesem Fall kann sie zusätzlich noch leitfähige oder leitfähig beschichtete Festkörperpartikel, Glaspartikel oder Rußpartikel enthalten, wie anhand der weiteren Figuren erläutert wird.
An den Anschlüssen 15c und 15d des RFID-Chips ist eine Antenne 16 angeschlossen. Anstelle der dargestellten Dipolantenne kann auch eine Spulenantenne vorgesehen sein; gleiches gilt für alle übrigen Figuren und Ausführungsbeispiele in dieser Anmeldung.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zu 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Zwischen einer ersten 7 und einer zweiten Trägerschicht 8, die beispielsweise Etikettenfolien, insbesondere aus Kunststoff sein können, sind im Kontaktierungsgebiet die Füllmasse 5 und im Rahmengebiet die elastisch verformte, nämlich in Richtung ihrer Schichtdicke zusammengepresste Materialschicht 4 (vorzugsweise aus Kunststoff, Kunststoffschaum oder einem sonstigen kompressiblen, insbesondere elastisch zusammendrückbaren bzw. zusammengedrückten Material) angeordnet. Entlang der einander zugewandten ersten Seiten 7a, 8a (Innenseiten) der Trägerschichten 7, 8 verlaufen die Strukturen der ersten 1 und der zweiten Elektrode 2. Auf der ersten Trägerfolie 7 ist ferner der RFID-Chip 15 sowie die Antenne 16 angeordnet. Die Antenne erstreckt sich beispielsweise seitlich des RFID-Chips 15, etwa beidseitig in Richtung senkrecht zur Zeichenebene, und besitzt zwei antennenseitige Kontaktanschlüsse zum RFID-Chip 15. Die Antenne 16 kann wiederum insbesondere eine Dipolantenne oder eine Spulenantenne sein; gleiches gilt für alle übrigen Figuren der Anmeldung. In 2 ist links angedeutet, dass die beiden Trägerfolien 7, 8 auch Teilstücke einer einzigen gefalteten, geknickten oder anderweitig umgelegten Trägerfolie sein können (siehe auch weiter unten zu 6). Mit der Trägerfolie lassen sich dann auch die darauf ausgebildeten Leiterbahnen bzw. Elektodenstrukturen umbiegen. Alternativ können zwei separate Trägerfolien 7, 8 verwendet werden, in welchem Fall eine geeignete elektrische Verbindungsstruktur zwischen der oberen Elektrodenstruktur (hier der zweiten Elektrode 2) zum RFID-Chip 15 auszubilden ist.
Als kompressibles bzw. elastisch zusammengepresstes Material kann beispielsweise ein Kunststoffschaum verwendet werden, insbesondere ein solcher, der auch bei erhöhten Temperaturen (d.h. in einem hinreichend großen Temperaturintervall oberhalb der kritischen Temperatur) chemisch stabil, formstabil bzw. formbeständig und/oder insbesondere elastisch bleibt. Beispielsweise eignen sich Acrylat-, Polyurethan- oder Silikonschaum. Mithilfe eines Kunststoffschaums lässt sich bei Temperaturen oberhalb der kritischen Temperatur auch das Auslaufen der Füllmasse verhindern. So lässt sich zum bloßen Abdichten ein geschlossenzelliger Schaum einsetzen, wohingegen zum Aufsaugen von Füllmasse ein offenzelliger Schaum oder ein Gewebe, das von der Füllmasse benetzt wird, einsetzbar ist.
In den 2 bis 6 ist lediglich der Übersichtlichkeit wegen die Materialschicht 4 nur als Rahmen bzw. Passepartout um das Kontaktierungsgebiet herum dargestellt. In der Praxis wird die Materialschicht 4 aber auch den Zwischenraum zwischen den Trägerschichten 7, 8 in der Umgebung des RFID-UHF-Chips 15 sowie der Antenne 16 ausfüllen; dadurch werden diese Elemente vor äußeren Einwirkungen geschützt. Weiterhin kann der Materialschicht 4 die äußeren Leiterbahnen und Enden der Elektroden 1, 2 bzw. Elektrodenfinger 11, 12 überdecken oder auch in Bereichen zwischen mehreren Kontaktierungsgebieten verlaufen.
Beim Herstellen des Temperatursensors 10 bzw. des Etiketts 20 werden im Kontaktierungsgebiet die leitfähigen Strukturen auf der oberen und der unteren Trägerfolie so weit aneinandergedrückt, dass eine leitfähige Verbindung zwischen ihnen entsteht. Hierzu wird soweit erforderlich die Füllmasse 5 bis unter ihre kritische Temperatur gekühlt, unterhalb derer sie formbeständig ist. Im Ausführungsbeispiel der 2 kann zur Herstellung der leitfähigen Verbindung wahlweise eine (isotrop) leitfähige Füll- bzw. Klebmasse 5 oder ein anisotrop leitfähiges Gemisch (z-leitender Kleber), das eine Füllmasse 5, welche vorzugsweise elektrisch isolierend ist, und darin eingebettete leitfähige oder leitfähig beschichtete Rußpartikel oder Festkörperpartikel 6 (beispielsweise Glaspartikel bzw. Glaskügelchen mit metallischer Beschichtung) umfasst, vorgesehen sein. Dabei ist der z-leitender Kleber auch dann einsetzbar, wenn etwa auf der ersten Trägerschicht 7 eine Interdigitalstruktur mit ineinandergreifenden Elektrodenfingern beider Elektroden 1, 2 (anstelle der ersten Elektrode 1) und auf bzw. unter der zweiten Trägerschicht 8 ein teil- oder vollflächiges leitfähiges Element (anstelle der zweiten Elektrode 2) angeordnet ist. Durch das Laminieren und Zusammenpressen beider Trägerschichten 7, 8 nähern sich die unteren und die oberen leitenden Strukturen (hier etwa die beiden Elektroden 1, 2) so weit aneinander an, dass die leitfähig beschichteten Partikel 6 (oder alternativ die partikelfreie, aber dafür leitfähige Klebmasse 5) einen elektrischen Kontakt zwischen ihnen herstellen. Dieser Kontakt kann nur solange bestehen, wie der Abstand zwischen den Trägerschichten 7, 8 nicht vergrößert wird. Die elastisch zusammengepresste und daher auseinanderdrückende (d.h. ihre Schichtdicke nach Möglichkeit vergrößernde) Materialschicht 4 drückt im Rahmenbereich die Trägerschichten 7, 8 voneinander weg, wodurch die Füllmasse 5 durch die Trägerschichten 7, 8 einer Zugbelastung ausgesetzt wird. Dieser Zugbelastung widersteht die Füllmasse 5 nur unterhalb ihrer kritischen Temperatur, d.h. oberhalb der kritischen Temperatur wird die obere Trägerfolie 8 samt der zweiten Elektrode 2 von der Füllmasse 5 und den Festkörperpartikeln 6 weggezogen, wodurch die leitfähige Verbindung unterbrochen wird. Sobald dies geschieht, ist das Überschreiten der kritischen Temperatur Tc irreversibel nachweisbar, etwa indem durch Anregung des passiven RFID-Chips 15 eine entsprechende Widerstandsmessung veranlasst wird. In dem Ausführungsbeispiel der 2 ist die zweite Elektrode an der zweiten, oberen Trägerfolie 8 angeordnet. Die zweite Elektrode ist ferner im Bereich des RFID-Chips 15 mit einem seiner Kontaktanschlüsse verbunden (nicht näher dargestellt). Dabei können innerhalb der Fläche des Kontaktierungsgebiets (1) die Elektroden 1, 2, insbesondere ihre Elektrodenfinger 11, 12 auch anders als in 1 dargestellt verlaufen. Zudem können beide Elektroden auch als vollflächig als kompakte Leiterfläche oder in Form von Fingerstrukturen ausgebildet sein; die Festkörperpartikel 6 liegen entweder auf vollflächigen Strukturen auf oder sind in Zwischenräumen zwischen Elektrodenfingern angeordnet, ohne diese jedoch unmittelbar kurzzuschließen. Sofern die Füllmasse 5 leitfähige Partikel umgibt bzw. (zumindest seitlich; in lateraler Richtung) umschließt, besitzt sie vorzugsweise eine Schichtdicke, die kleiner ist als ein vorgegebener Durchmesser oder vorgegebener mittlerer Durchmesser der Partikel 6. Es handelt sich dabei um einen Z-Leitkleber bzw. Z-Klebstoff (anisotropic conductive adhesive). Alternativ kann ferner vorgesehen sein, dass keine Festkörperpartikel 6 vorhanden sind und stattdessen die (nunmehr partikelfreie) Füllmasse 5 selbst (isotrop) leitfähig ist; in diesem Fall stellt die Füllmasse 5 selbst den leitfähigen Kontakt her. Weiterhin können die Trägerfolien 7, 8 so weit aneinandergedrückt sein, dass die oberseitigen und unterseitigen leitfähigen Strukturen, in 2 etwa die erste und die zweite Elektrode 1, 2, einander lokal direkt berühren und nur in Zwischenräumen bzw. Aussparungen, etwa zwischen Elektrodenfingern, die Füllmasse 5 angeordnet ist. Dann reicht auch eine partikelfreie, elektrisch isolierende Füllmasse 5 aus, da sie die einander unmittelbar berührenden oberen und unteren leitenden Strukturen in Position und aneinanderhält. Auch hier führt eine Abstandsvergrößerung der beiden Trägerfolien 7, 8 zu einer Unterbrechung des Kontakts zwischen den oberseitigen und unterseitigen leitfähigen Strukturen (Elektrodenstrukturen). Sämtliche hier oben angesprochenen Alternativen lassen sich in gleicher Weise auch auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele übertragen.
3 zeigt eine Ausführungsform, die eine noch leichtere Kontaktierung und Herstellung ermöglicht. Gemäß 3 befinden sich beide Elektroden 1, 2 auf der ersten Seite (Innenseite) 7a derselben, ersten Trägerschicht 7, wohingegen an der zweiten Trägerschicht 8 ein weiteres leitfähiges Element 13, beispielsweise ein Stück einer Metallfolie oder eine leitfähige Bedruckung 14 ausgebildet ist. Die erste und die zweite Elektrode 1, 2 sind beide an entsprechende Kontaktanschlüsse des RFID-Chips 15 angeschlossen; die entsprechenden Elektrodenleitungen 21, 22 verlaufen somit vollständig auf der ersten Trägerschicht 7. Dies ist herstellungstechnisch besonders einfach realisierbar. Das leitfähige Element 13 braucht nur bereichsweise, nämlich im Kontaktierungsgebiet auf der zweiten Trägerschicht 8 ausgebildet zu sein. Vorzugsweise ist es eine massive, d.h. ununterbrochene bzw. vollflächige leitfähige Schicht, sodass, sofern Festkörperpartikel 6 vorgesehen sind, diese deren Unterseite kontaktieren und so leitfähig mit beiden Elektroden 1, 2 verbinden, jedenfalls solange die Füllmasse 5 (unterhalb der kritischen Temperatur Tc) der Zugbeanspruchung zwischen den Trägerfolien 7, 8 widersteht. Die Elektroden 1, 2 verlaufen beispielsweise wie in 1 dargestellt, insbesondere als Interdigitalstruktur mit Zwischenräumen. Die Dichte der Festkörperpartikel 6 innerhalb der Füllmasse 5, d.h. die Anzahl der Festkörperpartikel 5 pro Grundfläche des Kontaktierungsgebietes oder pro Volumen der Füllmasse 5 wird so gewählt, dass es in der Ebene der Elektroden 1, 2 zwischen deren Elektrodenfingern 11, 12 nicht zu direkten Kurzschlussverbindungen kommt. Dann muss jede leitende Verbindung über das höhergelegene leitfähige Element 13 führen. Dadurch ist sichergestellt, dass nur der direkte Kontakt des leitfähigen Elements 13 mit den Festkörperpartikeln 6 (oder alternativ mit den Elektroden 1, 2 selbst) die niederohmige Verbindung herstellt.
Für die Elektroden 1, 2 und das leitfähige Element 13 kann beispielsweise Leitlack bzw. eine kohlenstoffhaltige Druckfarbe (carbon black) verwendet werden. Es ist auch möglich, die Elektroden und/oder das leitfähige Element 13 aus metallpartikelgefüllten bzw. metallpartikelhaltigen Druckfarben (z.B: Silberpaste) herzustellen, ebenso kann auch die Antenne 16 aus solch einem Material hergestellt sein. So lassen sich beispielsweise die Elektroden 1, 2, die Antenne 16 und ggfs. auch das leitfähige Element 13 durch einen Druckvorgang fertigen. Neben dem Druck der Elektroden und/oder der Antenne sind auch andere Verfahren möglich, diese Elemente aufzubringen; die Elektroden können beispielsweise als (aus einem leitfähigen Material gebildete) leitfähige Beschichtung eines anderen Materials ausgebildet werden. Außerdem können die Elektroden und/oder die Antenne durch Stanzen, Laserschneiden, Ätzen oder einen sonstigen Strukturierungsvorgang aus einer ursprünglich durchgehenden Metallfolie erzeugt werden.
Die Festkörperpartikel 6 bzw. Glaskügelchen können einen Durchmesser oder mittleren Durchmesser von beispielsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm besitzen. Der in Richtung seiner Schichtdicke elastisch zusammengepresste und daher auseinanderdrückende Kunststoffschaum oder sonstigen Grundstoff der Materialschicht 4 kann insbesondere ein Passepartout bzw. eine umlaufende Rahmenstruktur bilden. Er kann in lateraler Richtung Außenabmessungen zwischen 2 und 5 cm, beispielsweise von 4 cm und Innenöffnungen zwischen 1 und 3 cm, beispielsweise von 2 cm besitzen. Die Schichtdicke der Materialschicht 4 kann im fertigen Temperatursensor 10 (bzw. Etikett 20 oder sonstigen Produkt), d.h. im bereits komprimierten Zustand beispielsweise zwischen 0,5 und 5 mm, insbesondere zwischen 1 und 2 mm betragen.
Als Material für die Füllmasse 5 kommt beispielsweise ein Paraffin in Frage, beispielsweise eines mit einer kritischen Temperatur zwischen 60 und 90 °C. Im Falle einer Füllmasse mit kritischer Temperatur unterhalb der Raumtemperatur können z. B. die Kohlenwasserstoffe Dodecan (mit Schmelzpunkt –12°C); Tridecan (mit Schmelzpunkt –5°C), Tetradecan (mit Schmelzpunkt 6°C) oder Pentadecan (mit Schmelzpunkt 9,7°C) verwendet werden, ebenso aber auch eine Mischung mehrerer verschiedener Kohlenwasserstoffe (seien es die hier oben genannten oder andere) und/oder Polymere. Für hohe Temperaturen (>180°C) lassen sich zudem Hotmeltkleber einsetzen, die verschiedene Additive zur Benetzungsförderung, Haftung und ggf. zur Nachvernetzung enthalten können. Um dabei eine exakt definierte kritische Auslösetemperatur zu erhalten, können die Anzahl und/oder der Anteil der Beimischungen auf weniger als 3 bzw. auf unter 5 Gewichtsprozent der Füllmasse beschränkt sein. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung können insbesondere Temperatursensoren bzw. Etiketten zur Kühlkettenüberwachung kostengünstig als Massenartikel realisiert werden.
Die Füllmasse kann bei einer Temperatur oberhalb ihrer kritischen Temperatur aufgetragen werden; dazu können spezielle Aufbringwerkzeuge genutzt werden, die die Füllmasse während der Verarbeitung heizen. Beispielsweise kann ein heizbares Sieb (für Siebdruck) oder eine beheizte Düse oder Walze verwendet werden; insbesondere wenn die Füllmasse als Beschichtung aufgebracht bzw. aufgetragen wird. Auch ein Dispenser zur Aufbringung einer Flüssigkeit oder zähflüssigen Masse, die dann bei Abkühlung erstarrt, ist einsetzbar.
Für die Trägerschichten 7, 8 kann beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen, Polyethylennaphthalat (PEN), Polyimid (PI) oder ein sonstiges beliebiges Kunststoffmaterial als Folienmaterial verwendet werden. Obige Merkmale, Materialien und Aufbringmethoden bzw. Aufbring-Hilfsmittel lassen sich ebenso auf die übrigen Ausführungsbeispiele übertragen.
4 zeigt eine weitere, alternative Ausführungsform, bei der im Gegensatz zu den 2 und 3 ein unmittelbarer mechanischer Kontakt, d.h. eine Berührung zwischen den oberseitigen und unterseitigen leitenden Strukturen (auf den Innenseiten beider Trägerschichten 7, 8) die leitfähige Verbindung zwischen beiden Elektroden herstellt. Dementsprechend kann (wie hier in 4) auf leitfähige Partikel verzichtet werden. Auf der ersten Trägerschicht 7 können beispielsweise die beiden Elektroden 1, 2 angeordnet sein, etwa in Form ineinandergreifender Elektrodenfinger 11, 12; die Schnittebene in 4 wurde so gewählt, dass die Elektrodenfinger 11, 12 und die zwischen ihnen verbleibende Füllmasse 5 gut erkennbar sind. Auf der zweiten Trägerfolie 8 ist das leitfähige Element 13, beispielsweise in Form einer ununterbrochenen, vollflächigen (oder alternative strukturierten) Bedruckung vorgesehen. Alternativ zu 4 kann auch die erste Elektrode 1 auf der ersten Trägerschicht 7 und die zweite Elektrode 2 auf der zweiten Trägerschicht 8 vorgesehen sein; in diesem Fall würde das leitfähige Element 13 entfallen. Die Elektroden können zudem in beliebiger Weise strukturiert sein, etwa derart, dass die Elektrodenfinger der oberen, zweiten Elektrode senkrecht oder jedenfalls schräg zu den Elektrodenfingern der ersten, unteren Elektrode verlaufen und diese nur stellenweise in direktem Kontakt überqueren. Ansonsten kann auch in 4 anstelle eines elektrisch isolierenden Materials als Füllmasse ein Z-Leitkleber verwendet werden.
Während die 2 bis 4 den Zustand des fertigen, fabrikneuen Temperatursensors 10 bzw. Etiketts 20 wiedergeben, der bzw. das noch nicht einer Temperatur T oberhalb der kritischen Temperatur Tc der Füllmasse 5 ausgesetzt wurde und daher noch eine leitfähige Verbindung zwischen beiden Elektroden 1, 2 aufrechterhält, zeigt 5 schematisch den Zustand eines Temperatursensors (beispielsweise gemäß 4) nach Überschreiten der kritischen Temperatur Tc durch die Umgebungs- oder Raumtemperatur T. Die leitfähige Verbindung zwischen beiden Elektroden 1, 2 wurde zerstört; infolge der Temperaturüberschreitung hat die Füllmasse 5 ihre Formbeständigkeit verloren und ist stattdessen verformbar geworden. Dadurch konnte sich das bislang stets komprimierte, nämlich in Richtung seiner Schichtdicke s zusammengepresste Material der Materialschicht 4 in Richtung senkrecht zu den Trägerfolien 7, 8 ausdehnen; in 5 besitzt es wieder (annähernd) seine ursprüngliche Schichtdicke, wie durch die geraden seitlichen Ränder der Materialschicht 4 angedeutet ist. Dadurch wurden im Kontaktierungsgebiet 18 die beiden Trägerfolien 7, 8 bzw. die auf ihnen angeordneten leitfähigen Strukturen (hier beispielsweise die Elektrodenfinger 11, 12 und das leitfähige Element 13) voneinander weggerissen, sodass lediglich Reste der Füllmasse 5 an ihnen verbleiben, jedoch kein direkter Kontakt mehr zwischen den Elektroden 1, 2 besteht. In 5 rührt die Kontaktunterbrechung beispielsweise daher, dass das leitfähige Element 13 von den Elektrodenfingern 11, 12 der beiden Elektroden 1, 2 weggezogen wurde. Auch ein anschließendes Abkühlen der Füllmasse 5 führt nicht dazu, dass die Trägerfolien 7, 8 sich einander annähern; die Änderung des Widerstands ist daher irreversibel. Eine spätere Widerstandsmessung durch den RFID-Chip 15 führt daher zur Messung eines hohen Widerstandes R oberhalb eines kritischen Widerstandswertes Rc, der beispielsweise bei zwischen 1 und 100 kΩ, z.B. bei etwa 10 kΩ liegen kann. Der kritische Widerstand kann wahlweise einheitlich vorgegeben werden (etwa für eine Mehrzahl von Sensoren einer Serie oder Teilserie) oder alternativ für jeden Temperatursensor nach Messung des ursprünglichen Widerstands und ggfs. Einberechnung eines Sicherheitspuffers einzeln bestimmt werden. In 5 ist die Zeichenebene so gewählt, dass die Verbindungsleitung zwischen den Elektrodenfingern der Elektroden und den Kontaktanschlüssen des RFID-Chips, der die Messung auf Anregung von außen durchführt, nicht unmittelbar erkennbar ist. Dafür ist erkennbar, dass auch die Materialschicht 4 im angrenzenden Bereich nahe des Chips bis auf die Innenseite bzw. erste Seite 7a der ersten Trägerschicht 7 hinabreicht.
6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Temperatursensors, dargestellt als schematische Querschnittsansicht ähnlich wie 2. Die exemplarische Draufsicht auf diese alternative Ausführungsform entspricht beispielsweise ebenfalls der 1, auf die insoweit verwiesen wird. Im Gegensatz zu 2 jedoch zeigt 6 eine Ausführungsform, bei der die mechanische Beanspruchung, insbesondere Zugbeanspruchung auf die Füllmasse 5 (in Richtung senkrecht zu den Hauptflächen der Trägerschichten 7, 8) nicht (oder jedenfalls nicht vorrangig) durch ein Zusammenpressen der Materialschicht 4 entsteht, sondern durch ein Dehnen der Trägerschichten 7, 8 (oder jedenfalls einer von ihnen) in zumindest einer lateralen Richtung x (d.h. ungefähr parallel zu ihrer Hauptfläche). Dabei ist die Materialschicht 4 vorzugsweise nicht oder nur wenig kompressibel, und die Kraft, die die Trägerschichten 7 und 8 auseinanderzieht, entsteht hier durch Dehnung der Trägerschichten 7 und 8. Inbesondere sind die Trägerschichten 7, 8 elastisch gestreckte Materialschichten, die in lateraler Richtung x, d.h. in Richtung senkrecht zu ihrer Schichtdicke gedehnt sind und (in diesem gedehnten bzw. gestreckten Zustand) mit der Materialschicht 4 verbunden sind. Die Materialschicht 4 dient hier als Spannrahmen zum Aufspannen der Trägerschichten 7, 8 im elastisch gestreckten Zustand, ist aber selbst formstabil gegenüber mechanischen Kräften (sowohl unterhalb als auch in einem hinreichen großen Temperaturintervall oberhalb der kritischen Temperatur). Insbesondere ist die Materialschicht 4 aus einem plastischen Material ausgebildet; entweder einem Kunststoff oder einem beliebigen sonstigen Material. Durch den Dickenunterschied der (dickeren) Materialschicht 4 relativ zur (dünner aufgetragenen) Füllmasse 5, der einen größeren Abstand d zwischen beiden Trägerschichten 7, 8 im Bereich der Materialschicht 4 (dort d2) als im Bereich der Füllmasse 5 (dort d1) bedingt, herrscht an allen Übergängen (bzw. Rändern oder Zwischenräumen) zwischen der Materialschicht 4 und der Füllmasse 5 jeweils eine schräg (und somit teilweise auch in vertikaler Richtung, d.h. senkrecht zur Schichtdicke) wirkende Zubeanspruchung (Zugkraft bzw. Zugspannung), die durch das Bestreben der elastisch gedehnten bzw. gestreckten Trägerfolie bzw. -folien 7, 8 nach Kontraktion verursacht wird.
Die 6 zeigt ferner eine Weiterbildung dahingehend, dass die beiden Trägerschichten 7, 8 jeweils verschiedene Flächenabschnitte einer einzigen zusammenhängenden, gefalteten oder anderweitig gebogenen Folie (oder sonstigen Schicht) sind. Diese Weiterbildung hinsichtlich der einteiligen Trägerschicht 7; 8 ist ebenso auf die übrigen Figuren und Ausführungsbeispiele dieser Anmeldung übertragbar. Die Kontaktierung der oberen Elektrodenstruktur (d.h. der zweiten Elektrode 2 bzw. des leitfähigen Elements 13) geschieht hier über ein Falten oder jedenfalls Umbiegen oder Umlegen der Materialschicht; die Folien 7 und 8 sind somit Teile derselben, durchgehenden (Kunststoff-)Folie. Die leitfähigen Strukturen 1; 2 und ggfs. 13 werden so aufgebracht, dass sie nach dem Falten lagegerecht übereinanderliegen. Sie können zum Beispiel Teile einer (ursprünglich durchgehenden, ununterbrochenen) Metallfolienschicht sein. Beispielsweise kann eine Metallfolie oder metallische Beschichtung so gestanzt, geätzt, lasergeschnitten oder auf sonstige Weise strukturiert werden, dass nach dem Entgittern bzw. Strukturieren die Elektroden 1 und 2, die Antenne (die in der Schnittansicht in 6 nicht sichtbar, aber dennoch vorhanden ist; beispielsweise oberhalb und unterhalb der Zeichenebene) und ggfs. das leitfähige Element auf der Folie verbleiben. 6 zeigt den einfachsten Fall zweier Elektroden 1, 2, die auf jeweils einer Hälfte der gefalteten Folie angeordnet sind; in dieser Anordnung ist jede Elektrode 1, 2 vorzugsweise flächig ausgebildet, d.h. erstreckt sich über das gesamte Kontaktierungsgebiet 18 als ununterbrochene Fläche (statt etwa als Kamm mit vielen Elektrodenfingern (dementsprechend führen die Elektrodenanschlüsse am RFID-Chip 15 zu Elektroden 1, 2 auf verschiedenen Teilen bzw. Hälften der gesamten Trägerfolie 7 bzw. 8). In dieser Ausgestaltung kann im einfachsten Fall eine isotrop leitfähige Klebe- oder Füllmasse als Füllmasse 5 vorgesehen sein; die leitfähigen Partikel 6 können somit entfallen. Sofern sich die oberen und unteren leitfähigen Strukturen unmittelbar berühren, können sie auch durch eine partikelfreie, isolierende Füllmasse 5 aneinander (und so in leitendem Kontakt miteinander) gehalten bzw. fixiert werden.
Andererseits kann im Kontaktierungsgebiet 18 – anstelle einer (isotrop leitfähigen oder nicht leitfähigen) Füllmasse – auch ein anisotrop (nämlich nur in Richtung senkrecht zu den lateralen Abmessungen des Kontaktierungsgebiets 18) leitfähiger Klebstoff (auch als „Z-Klebstoff“ bezeichnet) vorgesehen sein. Solch ein anisotrop leitfähiger Klebstoff setzt sich zusammen aus einer elektrisch isolierenden Füllmasse 5, in die aber elektrisch leitfähige Partikel 6 eingebettet sind. Die Partikel 6 besitzen eine vorgegebene Partikelgröße, beispielsweise einen vorgegebenen Durchmesser oder mittleren Durchmesser, der größer ist als die Schichtdicke, mit der die isolierende Füllmasse 5 aufgetragen ist. Dadurch ragen die leitfähigen Partikel 6 vertikal aus der Füllmasse 5 hervor und bilden jeweils elektrisch leitende Verbindungen in vertikaler Richtung. Die Dichte der Partikel in der Füllmasse 5 ist so gering gewählt, dass ein direktes Kurzschließen einander benachbarter Elektroden 1, 2 (bzw. ihrer Elektrodenfinger) über die leitfähigen Partikel 6 nicht möglich ist. Insbesondere ist der seitliche Abstand zwischen den Elektroden 1, 2 oder Elektrodenfingern größer als das Doppelte, vorzugsweise größer als das Dreifache der Partikelgröße (bzw. des – ggfs. mittleren – Partikeldurchmessers). Aufgrund der geringen Dichte bzw. Anzahl der in die (als nicht-leitende Matrix dienende) Füllmasse eingebetteten Partikel (etwa ausgedrückt als Anzahl von Partikeln pro Kubikmillimeter der Füllmasse 5) kommt es somit nicht (oder jedenfalls nur mit verschwindend geringer Wahrscheinlichkeit) zu Brücken aus mehreren, unmittelbar aneinandergrenzenden Partikeln in ausreichender Anzahl, um den seitlichen Abstand zwischen einander benachbarten Elektrodenfingern überbrücken zu können. Insbesondere sind die meisten Partikel 5 aufgrund ihrer geringegen Konzentration und/oder Anzahl in der Füllmasse 5 voneinander beabstandet, d.h. sie berühren einander im Mittel nicht. Hingegen stellt jedes einzelne Partikel aufgrund seines Durchmessers, der größer ist als die Schichtdicke der isolierenden Füllmasse 5, jeweils eine elektrische Verbindung in vertikaler Richtung her. Z-leitende Klebstoffe leiten daher nicht in lateraler Richtung bzw. in der Ebene, in der sie aufgetragen sind, sondern nur senkrecht dazu bzw. in vertikaler Richtung.
Als weitere Alternative hinsichtlich der Art der Füll- bzw. Klebemasse 5 kann ein isotroper Leitkleber vorgesehen sein; dieser kann insbesondere eine (isolierende oder leitfähige) Füllmasse 5 sowie leitfähige oder leitfähig beschichtete Metall-, Glas- oder Festkörper-Partikel 6 (oder auch Rußpartikel) enthalten, wobei die Dichte bzw. Konzentration der Partikel so groß gewählt ist, dass das Gemisch aus Füllmasse 5 und Partikel 6 isotrop leitfähig ist. Anstelle oder zusätzlich zu den Partikeln kann die Füllmasse 5 auch selbst selbst organische Moleküle in einer ausreichenden Konzentration enthalten, um anisotrop leitfähig zu sein. Ein wie hier beschriebener isotroper Leitkleber ist auch für die Ausführungsformen der 2, 3 und 6 oder für alle sonstigen Ausführungsbeispiele einsetzbar.
Allerdings haben z-leitende Klebstoffe den Vorteil, dass sie vollflächig auf Anordnungen dicht benachbarter Kontakte oder Elektrodenstrukturen auftragbar sind, ohne diese miteinander kurzzuschließen. Ein weiterer Vorteil der z-leitenden Klebstoffe besteht darin, dass in ihnen die Aufgaben bzw. Funktionen des mechanischen und elektrischen Verbindens getrennt sind; das Material der Matrix bzw. der Füllmasse 5 ist ausschlaggebend für die Stärke der mechanischen Verbindung, d.h. der Klebkraft, wohingegen die Partikel für die Leitfähigkeit des Gemisches ausschlaggebend sind; das Gemisch ist daher mechanisch stabiler (bzw. besser klebend) und zugleich auch besser leitend als eine isotrop leitende, partikelfreie Klebbzw. Füllmasse. Anisotrop z-leitender Kleber sind daher für alle 1 bis 6 und sonstigen Ausführungsbeispiele dieser Anmeldung einsetzbar.
Hinsichtlich der Art und Weise der Ausbildung und Anordnung der Elektrodenstrukturen kann in 6 alternativ auf der (Unterseite bzw. Innenseite der) oberen, zweiten Trägerschicht 8 (d.h. dem oberen Teil der gefalteten Folie) anstelle der zweiten Elektrode das leitfähige Element (vorzugsweise in Form einer das Kontaktierungsgebiet 18 ununterbrochen und/oder lückenlos überdeckenden leitfähigen Schicht) vorgesehen sein und auf der (Oberseite bzw. Innenseite der) unteren, ersten Trägerschicht 7 eine Interdigitalstruktur aus beiden Elektroden 1, 2 mit ineinandergreifenden Elektrodenfingern angeordnet sein. Der in 6 dargestellte Z-Klebstoff stellt dann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der jeweiligen Elektrode 1; 2 und dem leitfähigen Element her, nicht jedoch direkt zwischen den einander benachbarten Elektrodenfingern der beiden Elektroden 1, 2. Sofern wie in 6 die Träger- bzw. Folienschicht 7, 8 elastisch gedehnt sein soll, wird sie in gedehntem Zustand mit der Materialschicht 4 und mit den leitfähigen Elektrodenund Antennenstrukturen 1; 2; 13; 14; 16 verbunden. Vorzugsweise wird die Metallschicht auf die Trägerschicht 7, 8 aufgebracht (und dann strukturiert, sofern noch nicht geschehen), bevor die Trägerschicht 7, 8 mit der (als Spannrahmen dienenden) Materialschicht 4 verbunden, insbesondere verklebt wird. Wie oben beschrieben kann in 6 wahlweise ein istotrop leitender Klebstoff als Füllmasse 5 oder ein Gemisch aus einer elektrisch isolierenden Füllmasse 5 mit darin eingebettenen leitfähigen Partikeln 6 (die zusammen eine ein anisotrop leitfähige Klebstoff- oder Füllmasse ergeben) eingesetzt werden. Dies gilt ebenso für alle übrigen Figuren und sonstigen Ausführungsformen der Anmeldung; auf die diesbezüglichen Figurenbeschreibungen wird insoweit verwiesen.
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Temperatursensoren 10 können als preiswerte Massenartikel, insbesondere als Etiketten 20 hergestellt und vermarktet werden; es ist weder eine Strom- oder Spannungsversorgung noch ein aufwändiger mechanischer Aufbau erforderlich. Der RFID-Chip kann auf Anregung von außen mit Frequenzen beispielsweise zwischen 100 kHz und 10 GHz; insbesondere zwischen 10 MHz bis 1 GHz (beispielsweise bei 13.56 MHz oder bei 860 bis 960 MHz) jederzeit eine einmalige Widerstandsmessung durchführen (dies entspricht dann einer Kurzschluss-Messung zwischen den beiden als Tamper-Pins dienenden Kontaktanschlüssen 15a, 15b) und kann das Messergebnis speichern und/oder an die Umgebung aussenden.
Das ausgesendete Signal ist dann durch ein externes RFID-Lesegerät detektierbar, insbesondere durch ein externes Messgerät, das auch den RFID-Chip zur Messung veranlasst (bzw. in einen Tamper-Alarm-Modus versetzt) hat. Als Messergebnis genügt ein einziges Datenbit, das angibt, ob der gemessene Widerstand R größer oder kleiner als ein vorgegebener kritischer Widerstandswert Rc ist. Der Temperatursensor 10 kann beispielsweise als Chipkarte, insbesondere RFID-Chipkarte ausgebildet sein. Zwischen zumindest einem der Messanschlüsse (bzw. Elektrodenanschlüsse oder elektrodenseitigen Kontaktanschlüsse) 15a, 15b und einem der Antennenanschlüsse (bzw. antennenseitigen Kontaktanschlüsse) 15c, 15d kann ferner ein Pull-down-Widerstand angeordnet sein, der für ein vorgegebenes Potential an den Messanschlüssen sorgt.
Innerhalb des Kontaktierungsgebiets 18 kann außerdem eine Void-Struktur ausgebildet sein, die beim Auseinanderreißen der beiden Trägerschichten 7, 8 zur Sichtbarmachung und/oder Zerstörung einer speziell gestalteten Oberflächenstruktur, beispielsweise einer Beschriftung führt. Hierzu kann jede herkömmliche oder anderweitig geeignete Void-Struktur verwendet werden, welche bei einem unbefugten Manipulationsversuch sichtbare, nicht mehr zu beseitigende Zerstörungen davonträgt und/oder zurücklässt. Ebenso können beliebige sonstige Sicherheitsmerkmale untergebracht sein, die ähnlich wie bei einem Tamper-Schutz irreversibel anzeigen, dass der Temperatursensor 10 bzw. das Etikett 20 oder die Chipkarte zumindest einmalig einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur ausgesetzt wurde, deren Überschreitung durch den Temperatursensor gerade nachgewiesen werden soll. Der ausgelöste Void-Effekt verhindert insbesondere auch, dass der Temperatursensor durch nachträgliche Manipulation (z.B. Zusammenpressen unter Erwärmung) wieder in den Ausgangszustand versetzt werden kann. Dadurch bleibt selbst dann, wenn der elektrische Widerstand durch einen manipulierenden Eingriff im Innern des Temperatursensors wieder reduziert worden sein sollte, aufgrund des Void-Effekts in jedem Fall eine sichtbare Veränderung zurück.
Sofern als thermoreaktives Material für die Füllmasse ein Material mit einer kritischen Temperatur oberhalb der Raumtemperatur (beispielsweise Paraffin) verwendet wird, muss bei der Herstellung des Temperatursensors zumindest dieses Material zeitweise erhitzt und danach wieder gekühlt werden. Hierzu kann beispielsweise nach dem Verfahren gemäß Anspruch 16 vorgegangen werden, in dem gemäß Schritt b) das als Füllmasse 5 bestimmte Material auf die Innenseite bzw. erste Seite mindestens einer der Trägerschichten 7, 8 aufgebracht wird. Das Aufbringen erfolgt oberhalb der kritischen Temperatur Tc des Materials. Das Material für die Materialschicht 4 wird zunächst auf eine der Trägerschichten aufgebracht; vorzugsweise erfolgt die Aufbringung vor dem Erhitzen und Aufbringen der Füllmasse 5. Das Material der Materialschicht 4 ist vorzugsweise höher bzw. dicker als die Füllmasse 5. Somit ist der Abstand d zwischen der ersten Trägerschicht 7 und der zweiten Trägerschicht 8 im Bereich der Materialschicht 4 größer ist als im Bereich der Füllmasse 5. Vorzugsweise ist der Abstand d2, der durch die Höhe bzw. Schichtdicke der Materialschicht 4 zwischen den Trägerschichten 7, 8 besteht, um einen Faktor zwischen 2 und 10 größer als der Abstand d1, der im Bereich der Füllmasse 5 (aufgrund deren Dicke bzw. Füllhöhe) besteht. Fertigungstechnisch ist es vorteilhaft, die Materialschicht 4 später aufzubringen als die Füllmasse; dannmuss die Füllmasse 5 nicht in Zwischenräume zwischen den Wänden der Materialschicht 4 hindurch und somit „ins Tal gedruckt“ werden. Das Material 4 kann ein Kunststoff (etwa ein Kunststoffschaum) oder ein sonstiges Material sein, der bzw. das auf beiden entgegengesetzten Oberflächen selbstklebend (oder jedenfalls klebend beschichtet) ist, beispielsweise ein beidseitig klebender Schaum. Dann kann die zumindest die obere Folie bzw. Trägerschicht 8 einfach auflaminiert werden; ein strukturierter Kleber wird nicht benötigt.
Gemäß Schritt c) des Verfahrens werden die Trägerschichten 7, 8 zusammengefügt, beispielsweise durch Laminieren bzw. Zusammenpressen im Rahmen der Etikettenfertigung. Dabei wird durch mechanischer Druck von außen gegen beide Trägerschichten 7, 8 der Zwischenraum zwischen ihnen so weit verringert, dass im Kontaktierungsgebiet 18 gerade eine leitfähige Verbindung zwischen den beiden Elektroden 1, 2 (ggfs. über ein leitfähiges Element 13 und/oder über leitfähige Festkörperpartikel 6) hergestellt ist. Der Schritt des Zusammenfügens und/oder die anschließende Behandlung geschieht so, dass der gewünschte Abstand der beiden Trägerschichten 7, 8 im Kontaktierungsgebiet 18 solange aktiv gewährleistet bzw. aufrechterhalten wird, bis die Füllmasse 5 ggfs. wieder unter die kritische Temperatur Tc abgekühlt (worden) ist und dadurch die Relativposition der leitenden Strukturen (Elektroden 1, 2; leitfähiges Element 13; Festkörperpartikel 6) räumlich fixiert, d.h. eine leitende Verbindung zwischen den beiden Elektroden sichert. Beispielsweise wird unmittelbar nach oder bei dem Laminieren, d.h. Durchführen des Etiketts durch zwei Laminierwalzen das Etikett gekühlt, etwa mit Hilfe eines Luftstroms aus einer oder mehreren Kühldüsen, durch das Führen der Etiketten über eine gekühlte Platte oder sonstige Unterlage oder durch die Verwendung gekühlter Laminierwalzen.
Sofern leitfähige Partikel (Festkörperpartikel 6 bzw. leitfähig beschichtete Glaskügelchen oder dergleichen) verwendet werden, erfolgt die Einmischung in die Füllmasse 5 bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur. Sofern diese oberhalb der Raumtemperatur liegt, muss das Vermischen unter Wärmezufuhr erfolgen. Die Festkörperpartikel 6 werden dann nach dem Aufheizen eingemischt, und die Mischung wird homogenisiert und ggfs. danach abgekühlt. Das Aufbringen der Füllmasse 5 (mit oder ohne Festkörperpartikel) erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe eines beheizbaren Aufbringwerkzeugs, insbesondere bei Materialien mit einer kritischen Temperatur deutlich oberhalb der Raumtemperatur (wie bei Paraffin). Die Auftragung kann beispielsweise mit Hilfe eines beheizbaren Siebes oder eines sonstigen heizbaren Aufbringwerkzeugs erfolgen, insbesondere durch Druckstempel (zum Bedrucken mindestens einer der Trägerfolien einschließlich deren bereits aufgebrachten leitenden Strukturen). Mit solch einem Aufbringwerkzeug kann auch die Höhe bzw. Schichtdicke der aufzubringenden Füllmasse 5 kontrolliert und gezielt gewählt werden. Es ist insbesondere zweckmäßig, die Füllmasse 5 mit einer Schichtdicke bzw. Höhe aufzubringen, die kleiner ist als der (mittlere) Durchmesser der Festkörperpartikel 6 bzw. Glaspartikel.
Sobald die Füllmasse 5 nach dem Laminieren oder anderweitigem Zusammenfügen des kompletten Produkts unter seine kritische Temperatur abgekühlt (worden) ist, ist der Temperatursensor des fertigen Produkts aktiv und einsatzfähig. Sofern er für eine kritische Temperatur unterhalb der Raumtemperatur (etwa für eine kritische Temperatur Tc zwischen –10 °C und +10 °C) ausgelegt ist, erfolgen die Lagerung und der Versand ebenfalls unterhalb der kritischen Temperatur. Das mit einem solchen Temperatursensor versehene Etikett eignet sich insbesondere zum Nachweis der Unterbrechung der Kühlkette beliebiger Lebensmittel oder sonstiger Waren. Im Übrigen ist der Temperatursensor 10 bzw. das damit ausgestattete Etikett 20 als Rollenware herstellbar; die Bahnen des zugeführten Rollenmaterials können zum Laminieren und Abkühlen zunächst durch zwei Laminierwalzen hindurch und dahinter an einer oder mehreren Kühldüsen vorbei geführt werden. Weiterhin kann ein Deckmaterial (insbesondere vorderseitig) und ein Klebstoff (insbesondere rückseitig) aufkaschiert werden, bevor das Etikett bzw. Label ausgestanzt wird.
Bezugszeichenliste

1: erste Elektrode
2: zweite Elektrode
4: Materialschicht
5: Füllmasse
6: Festkörperpartikel
7: erste Trägerschicht
7a: erste Seite
8: zweite Trägerschicht
8a: erste Seite
9: leitfähige Beschichtung
10: Temperatursensor
11: erste Elektrodenfinger
12: zweite Elektrodenfinger
13: leitfähiges Element
14: leitfähige Bedruckung
15: RFID-Chip
15a, ..., 15d: Kontaktanschluss
16: Antenne
17: Rahmenbereich
18: Kontaktierungsgebiet
20: Etikett
21: erste Elektrodenleitung
22: zweite Elektrodenleitung
d; d1; d2: Abstand
R: elektrischer Widerstand
Rc: kritischer Widerstandswert
s: Schichtdicke
T: Temperatur
Tc: kritische Temperatur
x: laterale Richtung

Claims

Temperatursensor (10) zum Nachweis einer Temperaturüberschreitung, wobei der Temperatursensor (10) zumindest Folgendes aufweist: – eine erste Elektrode (1) und eine zweite Elektrode (2), – mindestens eine elastisch verformte Materialschicht (4), die zusammengepresst ist und in Richtung ihrer Schichtdicke (s) auseinanderdrückt, und – eine Füllmasse (5), die die Eigenschaft hat, unterhalb einer kritischen Temperatur (Tc) fest, amorph, zähflüssig oder auf sonstige Weise formbeständig zu sein und oberhalb der kritischen Temperatur (Tc) flüssig, fließfähig oder auf sonstige Weise verformbar zu sein, – wobei die Füllmasse (5) so angeordnet ist, dass sie zumindest unterhalb der kritischen Temperatur (Tc) die beiden Elektroden (1, 2) relativ zueinander und/oder relativ zu einem sonstigen leitfähigen Element (13) in einer vorgegebenen Relativposition fixiert und dadurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Elektroden (1, 2) gegen den Widerstand einer mechanischen Beanspruchung, die aufgrund der auseinanderdrückenden Materialschicht (4) besteht, aufrechterhält.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (10) eine erste Trägerschicht (7) und eine zweite Trägerschicht (8) aufweist, zwischen denen die beiden Elektroden (1, 2), die Füllmasse (5) und die Materialschicht (4) angeordnet sind, wobei die Materialschicht (4) zwischen den beiden Trägerschichten (7, 8) in Flächenbereichen seitlich neben oder außerhalb der Füllmasse (5), beispielsweise seitlich beabstandet von der Füllmasse (5) angeordnet ist.
Temperatursensor (10) zum Nachweis einer Temperaturüberschreitung, wobei der Temperatursensor (10) zumindest Folgendes aufweist: – eine erste Elektrode (1) und eine zweite Elektrode (2), – mindestens eine Materialschicht (4), – eine Füllmasse (5), die die Eigenschaft hat, unterhalb einer kritischen Temperatur (Tc) fest, amorph, zähflüssig oder auf sonstige Weise formbeständig zu sein und oberhalb der kritischen Temperatur (Tc) flüssig, fließfähig oder auf sonstige Weise verformbar zu sein, und – eine erste Trägerschicht (7) und eine zweite Trägerschicht (8), zwischen denen die beiden Elektroden (1, 2), die Füllmasse (5) und die Materialschicht (4) angeordnet sind, wobei die Materialschicht (4) zwischen den beiden Trägerschichten (7, 8) in Flächenbereichen seitlich neben oder außerhalb der Füllmasse (5), beispielsweise seitlich beabstandet von der Füllmasse (5) angeordnet ist, – wobei die erste und/oder die zweite Trägerschicht (7, 8) in mindestens einer lateralen Richtung (x) elastisch gedehnt ist und – wobei die Füllmasse (5) so angeordnet ist, dass sie zumindest unterhalb der kritischen Temperatur (Tc) die beiden Elektroden (1, 2) relativ zueinander und/oder relativ zu einem sonstigen leitfähigen Element (13) in einer vorgegebenen Relativposition fixiert und dadurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Elektroden (1, 2) gegen den Widerstand einer mechanischen Beanspruchung, die aufgrund der elastisch gedehnten ersten und/oder zweiten Trägerschicht (7, 8) besteht, aufrechterhält.
Temperatursensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen der ersten Trägerschicht (7) und der zweiten Trägerschicht (8) im Bereich der Materialschicht (4) größer ist als im Bereich der Füllmasse (5).
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (4) die beiden Trägerschichten (7, 8) auseinanderdrückt und dadurch eine Zugbelastung auf die Füllmasse (5) zwischen den Trägerschichten (7, 8) ausübt, wobei die Füllmasse (5) entgegen der Zugbelastung die leitfähige Verbindung zwischen den beiden Elektroden (1, 2) sichert.
Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (1) auf einer ersten Seite (7a) der ersten Trägerschicht (7) und die zweite Elektrode (2) auf einer ersten Seite (8a) der zweiten Trägerschicht (8) angeordnet ist, wobei die ersten Seiten (7a, 8a) beider Trägerschichten (7, 8) einander zugewandt sind.
Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (1, 2) auf derselben Trägerschicht (7; 8) angeordnet sind und dass auf der anderen Trägerschicht (8; 7) mindestens ein leitfähiges Element (13), beispielsweise eine leitfähige Bedruckung (14) oder eine sonstige flächige Leiterstruktur angeordnet ist, wobei die leitfähige Verbindung zwischen den beiden Elektroden (1, 2) über das leitfähige Element (13) führt.
Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformte Materialschicht (4) eine in Richtung ihrer Schichtdicke (s) zusam- mengepresste Kunststoffschaumschicht oder eine sonstige, kompressible und/oder poröse Schicht ist.
Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (5) ein elektrisch isolierendes Material mit einer kritischen Temperatur (Tc) zwischen 50 und 100°C, vorzugsweise zwischen 60 und 90°C, insbesondere ein Paraffin ist oder ein solches Material als Hauptbestandteil enthält.
Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (5) ein elektrisch isolierendes Material mit einer kritischen Temperatur (Tc) unterhalb von 10°C, vorzugsweise unterhalb von 0°C ist oder ein solches Material als Hauptbestandteil enthält.
Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (5) zwischen den beiden Trägerschichten (7, 8) in einem Kontaktierungsgebiet (18) angeordnet ist, in dem eine Vielzahl von Elektrodenfingern (11, 12) der beiden Elektroden (1, 2) ineinandergreifen und/oder übereinanderliegen, und dass die Materialschicht (4) in einem Rahmenbereich (17) angeordnet ist, der das Kontaktierungsgebiet (18) oder zumindest die Füllmasse (5) seitlich umgibt.
Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (5) elektrisch isolierend ist und dass die Füllmasse (5) Festkörperpartikel (6) umgibt und/oder in Position hält, die aus einem elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen Material bestehen oder mit einem elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen Material (9) überzogen sind.
Temperatursensor (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperpartikel (6) einen vorgegebenen Durchmesser oder mittleren Durchmesser besitzen, der größer ist als die Schichtdicke der Füllmasse (5), und dass die Festkörperpartikel (6) den leitfähigen Kontakt der beiden Elektroden (1, 2) miteinander und/oder mit dem leitfähigen Element (13) herstellen.
Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (10) einen mit Kontaktanschlüssen (15a, 15b, 15c, 15d) versehenen RFID-Chip (15) aufweist, dass an zwei der Kontaktanschlüsse (15a, 15b) die beiden Elektroden (1, 2) angeschlossen sind und dass der RFID-Chip (15) ein passiver RFID-Chip ist, der auf Anregung von außen misst, ob außerhalb des RFID-Chips (15) der elektrische Widerstand (R) zwischen den beiden Elektroden (1, 2) größer oder kleiner als ein festgelegter kritischer Widerstandswert (Rc) ist.
Temperatursensor (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei weiteren Kontaktanschlüssen (15c, 15d) des RFID-Chips (15) eine Antenne (16) angeschlossen ist und dass der RFID-Chip (15) auf Anregung von außen ein Ergebnis einer Messung des Widerstandes zwischen den beiden Elektroden (1, 2) speichert und/oder über die Antenne (16) aussendet.
Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (10) als Etikett (20), insbesondere zum Aufkleben auf einen Gegenstand oder einen Teil eines Gebäudes ausgebildet ist, wobei die beiden Trägerschichten (7, 8) Etikettenfolien sind, auf denen die Elektroden (1, 2) in Form von Leiterbahnstrukturen aufgebracht sind.
Etikett (20) zum Aufkleben auf ein Lebensmittel, einen Gegenstand oder einen Teil eines Gebäudes, insbesondere zum Nachweis einer Kühlkettenunterbrechung oder einer sonstigen Temperaturüberschreitung, dadurch gekennzeichnet, dass das Etikett (20) einen Temperatursensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Temperatursensors (10), insbesondere eines Temperatursensors in Form eines Etiketts (20), wobei das Verfahren zumindest Folgendes umfasst: a) Bereitstellen einer ersten Trägerschicht (7), die auf einer ersten Seite (7a) zumindest mit einer ersten Elektrode (1) versehen ist, und einer zweiten Trägerschicht (8), die auf einer ersten Seite (8a) mit einer zweiten Elektrode (2) oder mit einem sonstigen leitfähigen Element (13) versehen ist, b) Aufbringen eines Materials, das die Eigenschaft hat, unterhalb einer kritischen Temperatur (Tc) fest, amorph, zähflüssig oder auf sonstige Weise formbeständig zu sein und oberhalb der kritischen Temperatur (Tc) flüssig, fließfähig oder auf sonstige Weise verformbar zu sein, als Füllmasse (5) auf die erste Seite (7a, 8a) der ersten und/oder der zweiten Trägerschicht (7, 8) sowie Aufbringen mindestens einer Materialschicht (4) auf die erste Seite (7a, 8a) der ersten (7) und/oder der zweiten Trägerschicht (8) und c) Laminieren oder anderweitiges Zusammenfügen der ersten (7) und der zweiten Trägerschicht (8) derart, dass ihre ersten Seiten (7a, 8a) einander zugewandt sind, in der Weise, dass die Materialschicht (4) zwischen den Trägerschichten (7, 8) zusammengepresst wird und/oder dass die erste und/oder zweite Trägerschicht (7, 8) in mindestens einer lateralen Richtung elastisch gestreckt ist, und falls erforderlich Kühlen zumindest der Füllmasse (5) bis unter die kritische Temperatur (Tc) zumindest solange, bis die Füllmasse (5) formbeständig geworden ist und entgegen der mechanischen Einwirkung der Materialschicht (4) und/oder der Trägerschichten (7, 8) eine elektrisch leitende Verbindung der beiden Elektroden (1, 2) miteinander und/oder mit dem sonstigen leitfähigen Element (13) aufrechterhält.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trägerschichten (7, 8) in Schritt c) durch Laminierwalzen hindurchgeführt und einer Kühlung, beispielsweise durch eine oder mehrere Kühldüsen, durch Kühlen der Laminierwalzen oder durch Führen über eine gekühlte Unterlage ausgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trägerschichten (7, 8) in Schritt c) so weit gegeneinander gedrückt werden, dass in einem Kontaktierungsgebiet (18) eine elektrisch leitende Kontaktverbindung der beiden Elektroden (1, 2) miteinander und/oder mit dem sonstigen leitfähigen Element (13) entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in das Material für die Füllmasse (5) Festkörperpartikel (6), die aus einem elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischem Material gebildet oder mit einem elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischem Material überzogen sind, eingebracht sind oder eingebracht werden und dass das Material der Füllmasse (5) mit einer Schichtdicke aufgebracht, insbesondere aufgedruckt wird, die kleiner ist als ein vorgegebener Durchmesser oder mittlerer Durchmesser der Festkörperpartikel (6).
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Festkörperpartikeln (6) versehene Füllmasse (5) mit Hilfe eines heizbaren Aufbringwerkzeugs, beispielsweise eines heizbaren Siebes, auf die erste (7) und/oder die zweite Trägerschicht (8) aufgebracht, insbesondere aufgedruckt wird.