Schon seit vielen Jahren wird die RFID-Technologie zur Steuerung, Prozessoptimierung und Transparenzsteigerung von Mehrwegpoolsystemen eingesetzt. Insbesondere dort, wo das Identifikationsmedium Transponder mehrfach respektive immer wiederkehrend verwendet wird, lässt sich die Wirtschaftlichkeit einer RFID-Applikation einfacher aufzeigen. Doch selbst dann, wenn ein Business Case vorhanden ist, dürfen die anwendungsspezifischen Anforderungen nicht aus dem Auge verloren werden. Mit der herkömmlichen Smart Label Technologie konnte vielen Anforderungen bislang nicht entsprochen werden – die innovative ((rfid))-Inmold-Technologie zeigt hier Lösungsansätze auf.

Jeden Tag werden in Deutschland in offenen und geschlossenen Poolsystemen Abermillionen Mehrwegtransportverpackungen und Mehrwegtransportbehältnisse bewegt und verteilt. Je mehr Partizipanten sich an einem solchen Mehrweg-Pool-System beteiligen, je offener ein System ist und je mehr Transaktionen durchgeführt werden, umso komplexer gestalten sich die Steuerungs- und Kontrollmethoden. Seit geraumer Zeit ist man bestrebt, eine höhere Transparenz in die Steuerung von derartigen Systemen zu bringen und das Controlling zu verbessern. Ein wichtiges konstituierendes Merkmal zur Erreichung dieses Ziels stellt hierbei die RFID-Technologie dar.

Einige wenige Mehrwegtransportbehältnisse werden schon seit jeher mit Transpondern gekennzeichnet. Dabei kommen sowohl sog. Hard-Tags (fest in ABS- oder PU-Gehäuse eingegossene Transponder), als auch die „klassischen“ selbstadhäsiven Smart-Label zum Einsatz. Ihr Nachteil besteht jedoch darin, dass sie nicht integraler Bestandteil des zu kennzeichnenden Objektes werden. Insbesondere dort, wo Anforderungen bezüglich dauerhafter Beständigkeit und / oder äußerer Formfaktoren zu Tage treten, ist ihre Anwendbarkeit demnach nur beschränkt gegeben.

Aus diesem Grund setzt sich Schreiner LogiData im Verbund mit der Schreiner Group schon seit mehreren Jahren mit dem Thema Entwicklung von Inmold fähigen ((rfid))- und Code-Labeln auseinander. Das Ziel einer derartigen Entwicklung besteht darin, den Transponder schon bei dem Produktionsprozess eines Kunststoffspritzgussteils – sozusagen am „Ort der Quelle“ – zu integrieren. Der Vorteil besteht darin, dass der Tag durch das sog. „Hinterspritzen“ von vornherein unlösbar mit einem Objekt, bspw. einer Kunststoffsteige, verbunden wird. Nachfolgenden Prozessen, wie z.B. dem Reinigen, hält er deutlich besser stand als ein nachträglich aufgebrachtes ((rfid))-Label. Auch in Bezug auf die Einhaltung von Hygienevorschriften bietet das ((rfid))-Inmold-Label einige Vorzüge gegenüber seinem „klebenden Bruder“. Diese können bspw. im Bereich Lebensmittel- oder Pharmalogistik eine herausragende Rolle spielen. Durch die Integration der RFID-Technologie während des Produktionsprozesses kann nicht nur das nachträgliche, oftmals kostenintensive, Kennzeichnen entfallen, es wird auch von Anfang an eine quasi „fälschungssichere RFID-Infrastruktur“ geschaffen. Diese kann von sämtlichen nachgelagerten Stellen genutzt werden.

Das Hinterspritzen eines Tags z.B. in ein Mehrwegtransportbehältnis stellt dabei jedoch besondere Anforderungen an das Identifikationsmedium – nicht nur in Bezug auf die Materialauswahl. Ein standardmäßiges ((rfid))-Label hätte bei solchen Prozessen keine dauerhafte Überlebenschance. Doch bis zu einem „intelligenten“, mit RFID-Technologie versehenen Spritzgussteil, welches stabil den späteren Prozessen standhält, ist es ein langer Weg. Eine besondere Herausforderung bei der Integration eines ((rfid))-Inmold-Labels stellt schon der Herstellungsprozess des Spritzgussteiles an sich dar. Um eine beständige Verbindung mit dem Spritzgussteil eingehen zu können, bedarf es der Auswahl, Konzeption und Entwicklung einer spezifischen Materialzusammenstellung. Diese muss auf die Temperaturen, die immerhin zwischen ca. 200 und 250°C betragen, und sonstige produktionstechnische Besonderheiten abgestimmt sein. Produktionstechnische Besonderheiten können sich bspw. auf den Druck, der im Allgemeinen im dreistelligen Bar-Bereich liegt (innerhalb der hier vorgestellten Anwendung bei ca. 500 Bar), und die Einspritzgeschwindigkeit beziehen. Sowohl der Druck als auch die Einspritzgeschwindigkeit richtet sich dabei vor allem nach der Bauteilgröße. Doch nicht nur das Trägermaterial ist von herausragender Bedeutung, auch die Transponderfunktionalität spielt eine wichtige Rolle. Dies gilt für die Lesereichweite und Pulkerfassung genauso wie für die Beständigkeit. So muss bspw. ein Antennendesign gewählt werden, welches trotz temperaturbedingter Schrumpfprozesse – je nach Anwendung können diese bis zu 3% betragen – während der Produktion im Anschluss immer noch einwandfrei seine Funktion erfüllen kann. Qualität hat damit nicht nur vor, sondern auch während und nach dem Herstellungsprozess oberste Priorität. Insbesondere nach dem Produktionsprozess muss der Transponder viele Anforderungen meistern: Er sollte auf eine Sicht von bis zu fünf Jahren vollkommen funktionsfähig sein – weder mechanische, chemische noch thermische Belastungen sollten ihn im Laufe eines Lebenszyklus beeinträchtigen. Gleichzeitig darf seine „Anwesenheit“ die Stabilität und Funktionalität des Objektes nicht beinträchtigen. Wird ein Tag bspw. in eine stapelbare Kunststoffsteige integriert, muss sichergestellt sein, dass dieser keinen negativen Einfluss auf Stapelfähigkeit und -belastbarkeit nimmt.

Das von Schreiner LogiData entwickelte ((rfid))-Inmold-Label entspricht dem UHF-Standard EPC Class1 Gen2 und ist (derzeit) mit einem 96bit Chip ausgestattet. Dieser trägt lediglich den „eineindeutigen“ Electronic Product Code und gewährleistet so eine hohe Datensicherheit. Die Lesereichweite für ein bspw. in eine Kunststoffbox integriertes Label liegt je nach Anzahl der im Feld befindlichen Transponder, der verwendeten Schreib-/Lesetechnologie und der Befüllungsart- und dem Befüllungsgrad der Boxen zwischen ein und vier Metern. Bei dem ((rfid))-Inmold-Label selber wurde sowohl der Materialaufbau, die Dipolantenne, der Kleber, die Bedruckung und die Schutzschicht speziell auf die Randbedingungen des Spritzgussprozesses abgestimmt. Dementsprechend ist dieses im „verbauten“ Zustand resistent gegenüber zahlreichen äußeren Einflüssen. Hierzu zählen etwa

• Mechanische Belastungen und Reibungen
• UV-Bestrahlung
• Bestimmte Chemikalien und Reinigungsmittel
• Hitze und Kälte
• Wasser und Feuchtigkeit

Die beschriebenen Besonderheiten gehen einher mit der Forderung nach einer „vernünftigen Kosten-Ressourcen-Relation“ und haben somit unmittelbar Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit eines Poolsystems. Auch wenn der Transponder, wie bereits an anderer Stelle beschrieben, in Poolsystemen mehrfach genutzt werden kann, müssen Kostenfaktoren beachtet werden. Seine besondere Funktionalität, Beständigkeit und Integrationsfähigkeit machen ihn aber nicht zu einem Low-Cost-Produkt, so dass auch sein Einsatz mit einem schlüssigen Geschäftsmodell verbunden sein muss.

Die diskutierten Aspekte verdeutlichen den Charme aber auch die Komplexität des Themas „Inmold“. Auch eventuelle Grenzen, oder besser gesagt Besonderheiten des Verfahrens sollten nicht ausgeblendet werden. Um die ((rfid))-Inmold-Label im Spritzgussprozess verwenden zu können, muss z.B. eine speziell angepasste Automatisierungstechnik vorhanden sein. Sowohl die verwendete Werkzeugtechnik als auch die Automatisierungstechnologie müssen auf das ((rfid))-Inmold-Label abgestimmt sein und vice versa. Dies muss natürlich unter Berücksichtigung der allgemeinen Prozessparameter passieren.

Darüber hinaus kann festgehalten werden, dass der Einsatz dieser Technologie ganz klar auf große Stückzahlen abzielt. Eine derartige „kritische Masse“ wird in der Regel jedoch nur ab einem Volumen von mehr als hunderttausend Stück erreicht. Die Produktion von kleinen Volumina ist zwar jederzeit möglich, lässt jedoch die Opportunitätskosten der Prozessanpassung (z.B. für Automatisierungstechnik) überproportional ansteigen.

Die Komplexität des Themas „Inmold“ schlägt sich auch darin nieder, dass es nicht den typischen Herstellungsprozess von Spritzgussteilen gibt. Hier sind in der Regel kundenindividuelle Anpassungen von Materialien, Antennendesign, Spritzgusswerkzeug und Labelaufbau erforderlich. Schreiner LogiData und die Schreiner Group haben aus diesem Grund schon früh begonnen Entwicklungspartnerschaften aufzubauen und den interdisziplinären Wissenstransfer zu nutzen. Durch partnerschaftliche, synergetische Kooperationen zwischen Spritzgießern, Werkzeugbauern, Poolbetreibern, Labelentwicklern und ggf. dem Mehrwegtransportbehältnis-Nutzer können systematische Lösungen konzipiert werden. Diese genügen der Forderung, dem „fit“ für die spätere Applikation zu entsprechen. Im Rahmen derartiger Kooperationen gilt es auch Fragen wie

• „An welcher Stelle im Spritzgussteil soll das Label integriert werden?“,
• „Mit welcher Automatisierungstechnik soll das Label in das Werkzeug eingebracht werden?“,
• „Wie soll sich die Optik des Labels in Verbindung mit Klarschrift und Code darstellen?“ oder
• „Welche haptischen Anforderungen sind zu beachten?“

zu beantworten.

Dass solche Partnerschaften fruchtbare Ergebnisse liefern, zeigt ein Beispiel aus der Praxis. Der österreichische Kunststoffkisten-Hersteller und Poolbetreiber STECO INTERNATIONAL POOL LOGISTICS beschäftigt sich schon seit längerem mit dem Einsatz der RFID-Technologie in Mehrwegpoolsystemen. Das vorrangig verfolgte Ziel bestand dabei darin, das eigene Poolsystem noch präziser und effizienter steuern zu können. Durch eine maßgeschneiderte Identifikations- und Nachverfolgungslösung ist dies heute möglich. Auf Basis einer umfangreichen Prozess- und Bedarfsanalyse wurde von Schreiner LogiData ein spezielles Inmold-Identlabel entwickelt, das die Barcode- und RFID-Technologie miteinander kombiniert und so alle wichtigen Daten gleich mehrfach verfügbar macht. Das Label wird im Spritzgussverfahren schon bei der Herstellung in die Kunststoffkiste integriert. So ist es durch eine feste Kunststoffschicht vor äußeren Einflüssen geschützt. Die neu gekennzeichneten Kisten lassen sich im Ablauf weitaus besser steuern und optimieren die Logistikprozesse über das gesamte Poolsystem hinweg.

RFID in aller Kürze

Begrifflichkeiten: RFID = Radio Frequency Identification; Transponder = Kunstprodukt aus den Begriffen Transmitter (Sender) und Responder (Antwortgeber)

Historie: Erste Anwendungen Anfang der 50er Jahre; Durchbruch Anfang der 90er Jahre durch den Einbau in Wegfahrsperren

Funktionsweise: Übertragung von Energie, Daten und Takt über eine Luftschnittstelle via magnetischer Felder oder elektromagnetischer Wellen

Besonderheiten: Erfassungsmöglichkeit durch nicht ferromagnetische Materialien hindurch (auch) ohne direkten Sichtkontakt

Typische Frequenzen: 125 bzw. 134 kHz (niederfrequenter Bereich); 13,56 MHz (hochfrequenter Bereich) ; 868-950 MHz (ultrahochfrquenter Bereich); 2,45 GHz (Mikrowellenbereich)

Standards (Beispiele): ISO/IEC 15693, 14443, 18000; EPC Class 1 Generation 2; VDI 4472; ETSI EN 300 220

Anwendungen: Von „A“ wie Automobilindustrie bis „Z“ wie Zutrittskontrolle

Systembestandteile: Transponder, Schreib-/Leseeinheit, physikalische Schnittstelle, Auswerteeinheit, Middleware (optional)

Grenzen: RFID ist in der Regel keine „Plug & Play Lösung“, d.h. es sind anforderungsspezifische Anpassungen erforderlich; Physikalische Restriktionen müssen beachtet werden; metallisches Umfeld ist in vielen Fällen kritisch

Potenziale: Insbesondere dort hoch, wo der der Transponder mehrfach eingesetzt wird – also gerade im Bereich Mehrwegpool-Steuerung

Wirtschaftlichkeit: Betrachtung darf nicht nur auf den Preis des Transponders „herunter gebrochen“ werden sondern bedarf einer ganzheitlichen Sichtweise; es muss immer ein konkreter Business-Case vorhanden sein

Zukunft: Interessante Entwicklungen z.B. im Bereich RFID-Polymertechnologie, RFID und Sensorik und Near Field Communication



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