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Kombiniert mit einem Sensor bietet die Funktechnologie RFID (Radio Frequency Identification) integriert in ein Verpackungslabel ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. Eine innovative und Ende März auf der Lopec in München erstmals der breiten Öffentlichkeit präsentierte und dort bei der Demonstrator Competition 2017 der OE-A (Organic Electronics Association) mit dem ersten Platz ausgezeichnete Lösung ist die gedruckte RFID-Sensorplattform, entwickelt vom Competence Center Schreiner Prin-Tronics. Das komplexe Label mit elektrischen Funktionen kombiniert durch gedruckte Leiterbahnen einen Temperatur- und einen Erstöffnungssensor mit einem NFC-Chip (Near Field Communication). Dieser lässt sich dank einer aufgedruckten NFC-Antenne mit entsprechend ausgerüsteten Smart­phones kontaktlos auslesen.

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Da das Label für Rolle-zu-Rolle-Prozesse entwickelt wurde, erfüllt es beste Voraussetzungen für die automatisierte Weiterverarbeitung und damit für die industrielle Serienfertigung, sodass es künftig kundenindividuell angepasst in hohen Stückzahlen für Verpackungen produziert und appliziert werden kann. Wird eine Verpackung mit der gedruckten RFID-Sensorplattform verschlossen, erfüllt das Label zwei essenzielle Funktionen: Es erfasst durch einen Sensor kontinuierlich die Temperatur über die gesamte Lieferkette hinweg und speichert sie über die gesamte Lebensdauer ab. Möglich ist diese Langzeitaufzeichnung durch eine sehr dünne, flexible Batterie im Label. Zudem ist ein Erstöffnungssensor integriert, der in der entsprechenden App am Smartphone anzeigt, ob das Label durchgeschnitten und die Schachtel folglich geöffnet wurde, der Inhalt also etwaigen Manipulationen ausgesetzt war. Dadurch können Unternehmen erstens sicherstellen, dass garantiert nur Originalware von den Kunden verwendet wird und zweitens schützen sie so auch die Verpackung vor unlauterer Wiederverwendung durch Kriminelle. Nicht selten verkaufen Fälscher imitierte Produkte in Originalverpackungen, die sie beispielsweise aus Müllbehältern entwenden – der Erstöffnungssensor macht diesen Machenschaften einen Strich durch die Rechnung.

Wird eine Verpackung mit der gedruckten RFID-Sensor-
plattform verschlossen, erfüllt das Label zwei Funktionen: 
Es erfasst durch einen Sensor kontinuierlich die Temperatur über 
die gesamte Lieferkette hinweg und speichert sie über die gesamte Lebensdauer ab. Zudem ist ein Erstöffnungssensor integriert, der in der entsprechenden App am Smartphone anzeigt, ob das Label durchgeschnitten und die Schachtel folglich geöffnet wurde. (Foto: Schreiner Prin-Tronics)

Wird eine Verpackung mit der gedruckten RFID-Sensorplattform verschlossen, erfüllt das Label zwei Funktionen: Es erfasst durch einen Sensor kontinuierlich die Temperatur über die gesamte Lieferkette hinweg und speichert sie über die gesamte Lebensdauer ab. Zudem ist ein Erstöffnungssensor integriert, der in der entsprechenden App am Smartphone anzeigt, ob das Label durchgeschnitten und die Schachtel folglich geöffnet wurde. (Foto: Schreiner Prin-Tronics)

Grundsätzlich bietet die RFID-Sensorplattform noch deutlich mehr Einsatzmöglichkeiten, die weit über eine reine Temperaturerfassung und Erstöffnungsanzeige hinausgehen. Das Potenzial der denkbaren Anwendungen ist breit gefächert. So lassen sich beispielsweise auch biomedizinische Daten oder physikalische Messergebnisse, wie Feuchtigkeit oder Schock, mithilfe des integrierten Sensors auf dem Chip im Label speichern und zu einem späteren Zeitpunkt mit einem NFC-Reader, beispielsweise einem Android-Smartphone oder -Tablet, auslesen. Diese Daten können entscheidend sein bei etwaigen Forderungen nach Schadensersatzansprüchen oder bei Produktrückrufen: Dann lässt sich durch sie genau rekonstruieren, an welcher Stelle der Lieferkette und zu welchem Zeitpunkt wesentliche Transportbedingungen nicht eingehalten wurden. Da durch die zunehmende Verbreitung NFC-fähiger Smartphones die Infrastruktur zur Auslesung der Sensordaten vorhanden ist, ist lediglich eine App nötig, um ein entsprechendes NFC-System nutzen zu können. Sie kann einfach auf jedes Android- Smartphone aufgespielt werden und ermöglicht die Einstellung und Verwaltung der Intervalle und Aufzeichnungsdauer der Messwerte. Jedes Label trägt eine individuelle und einzigartige Seriennummer (UID), die nicht änderbar ist und als Referenz in der Datenverwaltung dient. Die Systemverwaltung der App liefert die Information zu Seriennummer, Zeiteinstellungen sowie dem aktiven oder passiven Aufzeichnungsstatus. Die Aufzeichnungsdaten mit Zeitstempel lassen sich wahlweise in Tabellenform oder als Grafik anzeigen.

RFID-Sensorplattform in der Kühlkette sensibler Lebensmittel

Erste erfolgreiche Anwendungen der RFID-Sensorplattform sind zum Beispiel in der Überwachung der Kühlkette von sensiblen Lebensmitteln zu erwarten. Hier stellt die Plattform eine innovative, einfach zu bedienende und kostengünstige Möglichkeit dar, um die Umweltbedingungen zu erfassen, denen ein Produkt entlang der Lieferkette ausgesetzt ist. Die Möglichkeit einer Protokollierung der Temperaturdaten über den gesamten Transportweg hinweg ist eine wirtschaftliche Alternative zu den teuren und sperrigen Temperatur-Daten-Loggern, die üblicherweise verwendet werden.

Die integrierten Chips sind ISO-15693-konform und mit ­NFC-V- und HF-RFID kompatibel. Die ICs enthalten jeweils einen integrierten Temperatursensor, eine Schnittstelle zu einem externen Sensor und eine Echtzeituhr. Sie können wahlweise durch eine Batterie gespeist oder im passiven Modus, also batterielos, betrieben werden.

Das komplexe Label kombiniert einen Temperatur- und einen Erstöffnungssensor mit einem NFC-Chip (Near Field Communication). Dieser lässt sich dank einer aufgedruckten NFC-Antenne mit entsprechend ausgerüsteten Smartphones kontaktlos auslesen. (Foto: Schreiner Prin-Tronics)
Das komplexe Label kombiniert einen Temperatur- und einen Erstöffnungssensor mit einem NFC-Chip (Near Field Communication). Dieser lässt sich dank einer aufgedruckten NFC-Antenne mit entsprechend ausgerüsteten Smartphones kontaktlos auslesen. (Foto: Schreiner Prin-Tronics)

Im passiven Modus bezieht der Tag seine Betriebsenergie aus dem Sendesignal der Schreib-Leseeinheit. Gespeist durch diese Energie erfasst er Messdaten seines internen Temperatursensors oder eines externen Sensors und überträgt diese zusammen mit einer eindeutigen Seriennummer an ein Lesegerät. Erst dort werden im Moment der Auslesung elektronisch Datum und Uhrzeit erfasst und gespeichert.

Alternativ können die Chips durch eine ultra-flache und besonders flexible 3V-Batterie im Label gespeist werden. Sie ermöglicht die Langzeitaufzeichnung. Im batteriegestützten passiven Modus ist eine integrierte Echtzeituhr aktiv und zeichnet periodische Sensormessungen auf. Mehr als 700 Ereignisse können inklusive Zeitstempeln im chipinternen Speicher dauerhaft aufgezeichnet und von einem Reader ausgelesen werden, sobald der Tag in dessen Reichweite gerät.

Gedruckte Leiterbahnen per Siebdruck: Da das Label für Rolle-zu-Rolle-Prozesse entwickelt wurde, erfüllt es beste Voraussetzungen für die automatisierte Weiterverarbeitung und damit für die industrielle Serienfertigung. (Foto: Schreiner Prin-Tronics)

Gedruckte Leiterbahnen per Siebdruck: Da das Label für Rolle-zu-Rolle-Prozesse entwickelt wurde, erfüllt es beste Voraussetzungen für die automatisierte Weiterverarbeitung und damit für die industrielle Serienfertigung. (Foto: Schreiner Prin-Tronics)

In gedruckter Elektronik liegt die Zukunft

Die Kombination von Sensorik und RFID im Label wird sich konsequent weiterentwickeln. Durch die ganz neu entwickelte Herstelltechnik von Schreiner Prin-Tronics sind flexible Sensoren möglich, die den bisherigen Stand der Technik herkömmlicher Indikatoren weit übertreffen. Im Vergleich zu bislang verfügbaren Loggern bietet der ultradünne Produktaufbau der RFID-Sensorplattform mehr Einsatzmöglichkeiten – auch bei komplexen Anforderungen. Konventionelle drucktechnische Indikatoren zeigen beispielsweise an, ob in eine Verpackung Feuchtigkeit eingedrungen ist – jedoch erst, wenn das jeweilige Objekt geöffnet wurde. Zudem sind meist keine Aussagen zu Zeitpunkt und Intensität möglich. Mithilfe von gedruckten leitfähigen Strukturen kann das Eindringen von Nässe oder der Temperaturverlauf deutlich differenzierter gemessen und dokumentiert werden. So ein „Messfühler“ aus gedruckter Elektronik kann künftig zum integralen Bestandteil der gesamten Verpackungslösung werden und bietet vor allem drei Bonuspunkte: technische Zuverlässigkeit, Beständigkeit und Kosteneffizienz durch den mit hoher Präzision weiterentwickelten Druck von Elektronik von Rolle zu Rolle, der beim Anwender ein automatisches Verspenden der Labels ermöglicht.

Insbesondere auch die drahtlose Datenübertragung mittels NFC-fähiger Smartphones birgt zusätzliches Marktpotenzial. Mengennachfragen wirken sich stets auf die Stückpreise aus, die dann weiter sinken werden. Für die Verpackungsbranche ergeben sich viele Chancen: Dank der Kombination von Etikett, Erstöffnungssensor und weiteren Sensorik-Anwendungen wird die Verpackung zu einem essenziellen Bestandteil logistischer Prozesse. Darüber hinaus schlägt die Verpackung neben dem Fälschungsschutz und dem Monitoring entlang der Lieferkette auch eine Brücke zur Interaktion mit dem Endanwender, wenn diesem über das Sensor-Label digitale Inhalte bereitgestellt werden.

 

Unternehmen

Schreiner Group GmbH & Co. KG

Bruckmannring 22
85764 Oberschleißheim
Deutschland

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