Die vorliegende Erfindung betrifft ein In-Mold-Flächenelement mit einem flächenförmigen Basisträger und einem Identifikationselement, bei dem das In-Mold-Flächenelement eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweist, von denen die erste Seitenfläche als Kontaktseite angepasst ist, um in einem In-Mold-Verfahren mit der Oberfläche eines dabei aus plastisch erweichter In-Mold-Formmasse spritzgegossenen Formteils zu einem Spritzguss-Formkörper verbunden zu werden, und von denen die zweite Seitenfläche angepasst ist, im Verbund mit dem Formteil einen Teil der Oberfläche des Spritzguss-Formkörpers zu bilden, und wobei das Identifikationselement zur berührungslosen und sichtkontaktfreien Identifikation angepasst ist und zumindest ein Antennenelement und ein Schaltkreiselement umfasst, die zu einer funkbasierten Datenübertragung mit einem externen Lesesystem angepasst sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Spritzguss-Formkörper mit zumindest einem In-Mold-Flächenelement und mit einem Formteil aus einer In-Mold-Formmasse. Schließlich betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung des In-Mold-Flächenelements und des Spritzguss-Formkörpers.

Bei der Überwachung logistischer Abläufe wie etwa dem Transport, der Lagerung, der Bearbeitung oder der Vermietung von Waren ist die Kenntnis des jeweils aktuellen Bestands sowie der genauen Position der einzelnen Waren innerhalb des Ablaufgeschehens von großer Bedeutung. Zu diesem Zweck werden die jeweiligen Waren mit Identifikationselementen versehen, die eine genaue Zuordnung erlauben.

Früher waren die Identifikationselemente auf visuelle schriftliche Kennzeichnungselemente beschränkt, die jeweils vom Personal im Einzelnen abgelesen werden mussten. Eine Verbesserung trat mit der Einführung maschinenlesbarer optischer Identifikationselemente ein, die auf einfache Weise eine zentrale Überwachung und Verwaltung der einzelnen Waren ermöglichen. Zum Erfassen werden die Waren an einem zumeist ortsfest installierten optischen Lesesystem vorbei geführt, das die jeweiligen kodierten Daten mittels einer Leseeinheit optisch ausliest und an ein zentrales rechnergestütztes Verwaltungssystem weiterleitet. Zur Erfassung ist es dabei jedoch erforderlich, dass die Waren beim Passieren des Lesesystems so angeordnet sind, dass zwischen der Leseeinheit und den einzelnen Identifikationselementen ein Sichtkontakt besteht.

Diese Beschränkungen wurden durch die Verwendung von Lesesystemen überwunden, die auf der Basis einer Funkerkennung der Identifikationselemente arbeiten und so eine berührungslose und sichtkontaktfreie Identifikation ermöglichen. Besonders verbreitet ist hierbei die RFID-Technologie (engl.: Radio Frequency Identification; Funkfrequenz-Identifizierung). Ein herkömmliches RFID-System umfasst in der Regel neben den Funkidentifikationselementen stationäre Einheiten (so genannte "Reader"), die zugleich als ortsfeste Sender und Empfänger der Funksignale dienen. Diese stationäre Einheiten sind mit rechnerbasierten Systemen zur Auswertung der so erhaltenen Funksignale verbunden. Als Identifikationselemente werden Funketiketten verwendet (auch als "RFID-Etikett", "RFID-Tag", "RFID-Label" oder "RFID-Chip" bezeichnet), in denen unterschiedliche Transponder-Technologien zum Einsatz gelangen können.

Herkömmliche Funketiketten bestehen in der Regel aus einem flächenförmigen Träger, auf dem sich die elektronischen Schaltkreiselemente befinden, die zum Empfangen und Verarbeiten der Funksignale der stationären Einheit und zum Übertragen einer spezifischen Antwort auf die Funksignale erforderlich sind und einen so genannten Transponder bilden. Derartige Schaltkreiselemente umfassen analoge Schaltkreise zum Empfangen der Funksignale und zum Senden der spezifischen Antwort sowie zumeist digitale Schaltkreise und permanenten Speicher, um die auf das jeweilige Funksignal angepasste spezifische Antwort gemäß der im Speicher eingeschriebenen Information zu erstellen; diese Elemente sind häufig als integrierte Schaltkreise realisiert. Ein weiteres, erforderliches Bauelement ist eine Antenne, die auf dem Funketikett angeordnet ist und die hinsichtlich der jeweils zu übertragenden Frequenzen angepasst ist. Zusätzlich kann ein derartiges Funketikett weitere Schichten aufweisen oder auch vollständig in eine Matrixschicht oder -verkapselung eingebettet sein, wodurch ein Schutz vor korrosiven Prozessen oder mechanischer Beschädigung erzielt werden soll.

Funketiketten werden in die Ware, die mittels dieser Etiketten identifiziert werden soll, entweder nur lose eingelegt oder aber mit dieser verbunden. Soll das Etikett mit der Ware verbunden werden, so wird häufig eine Seite des Funketiketts mit einer Klebemasse beschichtet und mittels der Klebemasse an der Ware befestigt. Eine solche adhäsive Verbindung weist jedoch nur eine begrenzte Stabilität auf, so dass sich das Funketikett von der Ware infolge chemischer oder mechanischer Einwirkungen wieder ablösen kann. Um dies zu vermeiden – insbesondere, um ein willentliches Ablösen des Funketiketts zu verhindern – ist es demnach erforderlich, das Funketikett dauerhaft mit der Ware zu verbinden.

Für herkömmliche Etiketten bietet sich dazu ein Verfahren zur permanenten Verbindung der Etiketten mit Waren aus Kunststoff an, das so genannte "In-Mold-Verfahren" (im britischen Sprachraum auch als "In-Mould-Verfahren" bezeichnet). Dieses Verfahren ist anwendbar bei solchen Waren, die als Formteile im Spritzgussverfahren gefertigt werden. Beim In-Mold-Verfahren wird das Etikett in das leere Spritzgusswerkzeug eingelegt und gegebenenfalls an der Innenseite des Spritzgusswerkzeugs fixiert. Wird nun die erhitzte flüssige oder zähflüssige Formmasse in die Kavität des Spritzgusswerkzeugs eingespritzt, so verbindet sich beim Erhärten der Formmasse die hintere Seite des Etiketts dauerhaft mit dem Formteil aus der erhärteten In-Mold-Formmasse und bildet so den fertigen Spritzguss-Formkörper. Beim In-Mold-Verfahren wird demzufolge durch Hinterspritzen des Etiketts mit der heißen Formmasse eine stoffschlüssige Verbindung erhalten, wobei zusätzlich die Vorderseite des Etiketts bündig mit der Oberfläche des Formteils abschließt.

Soll dieses für herkömmliche Etiketten geeignete Verfahren jedoch auf Funketiketten angewendet werden, so muss berücksichtigt werden, dass die Hauptursache für dauerhafte Funktionsbeeinträchtigungen derartiger Funketiketten in Veränderungen liegt, die während des Fertigungsprozesses der Etiketten oder deren Verarbeitung eintreten. Um dies zu vermeiden müssen insbesondere spezielle Vorkehrungen getroffen werden, um die Gefahr einer Beschädigung der Bauelemente des Funketiketts durch die heiß eingespritzte Formmasse zu verringern. Entsprechende Maßnahmen schließen etwa das Einbetten der Schaltkreiselemente in eine Thermoschutzmasse ein, die einen direkten Kontakt der heißen Formmasse mit den einzelnen Schaltkreiselementen verhindert. Dies ist insbesondere bei Verwendung von integrierten Schaltkreisen in einem Funketikett von Bedeutung, da die für Spritzgussverfahren erforderlichen Temperaturen häufig in der Nähe der für derartige Halbleiterbauelemente maximal zulässigen Temperaturen liegen oder diese sogar überschreiten.

Neben einer solchen direkten thermischen Beschädigung der Bauelemente kann ebenfalls ein durch Temperaturänderungen hervorgerufener Sekundäreffekt zur Funktionsbeeinträchtigung des Funketiketts führen, die von lokalen Temperaturunterschieden an der Verbindungsfläche des Funkelelements mit dem Formteil beim Einspritzen der heißen Formmasse im Spritzgussverfahren hervorgerufen werden. Zwar kann den Folgen eines gleichmäßigen Aufwärmens gegebenenfalls durch die Auswahl geeigneter Materialien für die Bauelemente, Anschlusskontakte, Leiterbahnen, Antennenbahnen und leitfähige Verbindungsmittel wirksam begegnet werden. Jedoch gerade die im Spritzgussverfahren auftretende ungleichmäßige Erwärmung der Verbindungsfläche kann zu ungleichmäßigen Längenänderungen der Bauelemente führen, wodurch die elektrisch leitfähigen Verbindungen der Bauelemente miteinander aufbrechen, was zu einer dauerhaften Beeinträchtigung der elektrischen Funktionalität des Funketiketts führt.

Zum Schutz der Schaltkreiselemente offenbart WO 03/005296 A1 daher den Einsatz einer thermoplastischen Zwischenschicht, die auf diejenige Seite des Funketiketts aufgetragen wird, die später im In-Mold-Verfahren mit dem Formteil verbunden wird. Durch die Verwendung einer derartigen Zwischenschicht ist es möglich, die Temperatur, der sich der Chip in situ ausgesetzt sieht, gegenüber den ansonsten beim Spritzgussverfahren üblichen Temperaturen zu verringern und zusätzlich eine räumliche Beabstandung des Chips von dem beim Spritzgussverfahren verflüssigten Bereich zu schaffen. Nachteilig hieran ist jedoch, dass ein derartiges als Funketikett ausgebildetes In-Mold-Flächenelement mit einer mehrlagigen Struktur aus Schichten unterschiedlicher Funktionalität gegenüber herkömmlichen Funketiketten einen aufwändigeren Aufbau aufweist und daher hinsichtlich der Kosten für Material und Fertigung auch teurer ist, etwa durch einen zusätzlichen Laminierungsschritt.

Besonders problematisch ist bei solchen mehrlagigen In-Mold-Flächenelementen, dass der Zusammenhalt der einzelnen Schichten untereinander häufig gering ist, so dass sich die einzelnen Schichten des In-Mold-Flächenelements bereits beim Erhärten der Formmasse voneinander und auch von dem Formteil ablösen. Eine derartiges System genügt daher den hohen mechanisch-thermischen Anforderungen nicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein In-Mold-Flächenelement zur Verfügung zu stellen, das gegenüber herkömmlichen In-Mold-Flächenelementen einfacher ausgebildet ist und dennoch einen festen Verbund mit einem Formteil beim In-Mold-Verfahren erlaubt. Ferner war es ein Ziel, einen Spritzguss-Formkörper mit einem derartigen In-Mold-Flächenelement bereitzustellen. Schließlich sollte die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des In-Mold-Flächenelements und ein Verfahren zur Herstellung des Spritzguss-Formkörpers zur Verfügung stellen.

Die vorliegende Aufgabe wurde durch ein In-Mold-Flächenelement der eingangs genannten Art gelöst, bei dem zumindest ein Teil der Oberfläche des Basisträgers einen freiliegenden Teil der Kontaktseite des In-Mold-Flächenelements bildet und bei dem der Basisträger aus einem Material besteht, das bei Temperaturen unterhalb der Temperatur der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse ein wenigstens im wesentlichen gleiches Schrumpfungsverhalten und ein wenigstens im wesentlichen gleiches Schwindungsverhalten aufweist wie die In-Mold-Formmasse des Formteils. Indem ein Teil der Oberfläche des Basisträgers einen Teil der Kontaktseite bildet und der Basisträger gleichzeitig aus einem Material besteht, dessen Schrumpfungsverhalten und Schwindungsverhalten bei Temperaturen kleiner oder gleich der Temperatur der flüssigen In-Mold-Formmasse im wesentlichen gleich ist wie das der In-Mold-Formmasse des Formteils, wird erreicht, dass das In-Mold-Flächenelement spezifisch für das In-Mold-Verfahren angepasst ist. Infolge dieser spezifischen Anpassung fallen die Änderungen. der Abmessungen des In-Mold-Flächenelements und die Änderungen der Abmessungen des Formteils im Verlauf des In-Mold-Verfahrens in etwa gleich groß aus.

Mit einer solchen Ausbildung wird vermieden, dass im Verlauf des In-Mold-Verfahrens (genauer gesagt während des Einspritzens der In-Mold-Formmasse in das Spritzgusswerkzeug, des Abkühlens des Spritzguss-Formkörpers und des Herauslösens des erhärteten Spritzguss-Formkörpers aus dem Spritzgusswerkzeug) unterschiedliche Änderungen in den Abmessungen des Formteils und des In-Mold-Flächenelements auftreten, die einen lokalen Versatz der Oberfläche des Formteils gegenüber der Oberfläche des In-Mold-Flächenelements zur Folge haben und so zu einer zumindest während des Abkühlens auftretenden relativen Verschiebung zueinander und somit zu mechanischen Spannungen innerhalb des Verbundsystems führen können. Indem das Material beidseitig der Kontaktfläche, also an der als Kontaktseite ausgebildeten ersten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements und an der Oberfläche des Formteils, lediglich solchen Änderungen der Abmessungen unterworfen ist, die zu jedem Zeitpunkt des In-Mold-Verfahrens in etwa gleich groß ausfallen, wird eine relative Bewegung dieser beiden Bestandteile des Spritzguss-Formkörpers verhindert und dadurch eine lokale Verspannung innerhalb dieser Kontaktfläche vermieden, so dass einem lokalen Ablösen des In-Mold-Flächenelements während des In-Mold-Verfahrens sowie einer Funktionsbeeinträchtigung des Identifikationselements wirksam begegnet wird und daher auf zusätzliche ausgleichende oder schützende Zwischenschichten verzichtet werden kann.

Besonders günstig ist es dabei, wenn das Identifikationselement direkt mit der Oberfläche des Basisträgers verbunden ist und zumindest ein Teil der Oberfläche des Identifikationselements einen freiliegenden Teil der Kontaktseite des In-Mold-Flächenelements bildet. Durch die Anordnung des Identifikationselements direkt an der Oberfläche des Basisträgers wird beim Einspritzen der Formmasse in das Spritzgusswerkzeug ein schnelles Erhitzen der Verbindungsfläche des In-Mold-Flächenelements mit dem Formteil und dadurch auch der elektrischen Komponenten sichergestellt, so dass sich lokale Temperaturunterschiede nicht ausbilden können. Zusätzlich wird durch diese Ausgestaltung sichergestellt, dass die Wärme über die thermisch gut leitenden Leiterbahnen und Antennenbahnen schnellstmöglich abgeführt wird, so dass ein ungleichmäßiges Erwärmen und damit ein Unterbrechen der elektrisch leitfähigen Verbindungen infolge einer heterogenen Temperaturverteilung an der Kontaktfläche vermieden wird.

Von Vorteil ist es hierbei, wenn der an der Kontaktseite des In-Mold-Flächenelements freiliegende Teil der Oberfläche des Identifikationselements zumindest ein Teil der Oberfläche des Antennenelements ist. Infolge dieser Ausbildung der für eine funkbasierte Datenübertragung erforderlichen Antenne wird die Wärme besonders schnell über die Verbindungsfläche verteilt und so einer Beschädigung der elektrisch leitfähigen Verbindungen infolge lokaler Temperaturunterschiede entgegengewirkt. Insbesondere günstig ist die Ausbildung des Antennenelements aus Leitlack. Auf diese Weise wird zum einen ein besonders einfaches Aufbringen der Antennenstruktur auf den Basisträger möglich. Zum anderen kann so ein besonders temperaturunempfindliches Antennenelement bereit gestellt werden, dessen leitende Komponenten lokal an der Oberfläche des Basisträgers im Bereich der zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements haften, so dass sich das gesamte Antennenelement bei Temperaturänderungen zusammen mit dem Material des Basisträger ausdehnt oder zusammenzieht. Bei unterschiedlichen Temperaturen ist hierdurch gleichzeitig ein leitender Kontakt des Antennenelements wie auch eine gute mechanische Verbindung mit dem Basisträger möglich.

Günstig ist es ferner, wenn das Identifikationselement als RFID-Transponder ausgebildet ist. Hierdurch kann bei der Auswahl der stationären Einheiten und der zur Auswertung der Funksignale erforderlichen rechnerbasierten Systemen auf bestehende Systeme aus der RFID-Technologie zurückgegriffen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schaltkreiselement als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist, der mit dem Antennenelement kontaktiert in eine Thermoschutzmasse eingebettet ist. Hierdurch wird eine Platz sparende Anordnung des Schaltkreiselements möglich, die auf besonders effiziente Weise gegenüber einer hohen Temperatur in der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse geschützt ist.

Überdies günstig ist es, wenn der Basisträger zumindest im Bereich der zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements zur Aufnahme von Farbmitteln angepasst ist. Hierdurch ist es möglich, die Seite des In-Mold-Flächenelements, die im Spritzguss-Formkörper (also im Verbund mit dem Formteil) vom Formteil weg nach außen gerichtet ist, auf einfache Weise zu beschreiben oder zu bedrucken.

Zusätzlich kann das In-Mold-Flächenelement an seiner zweiten Seitenfläche zumindest ein weiteres Identifikationselement zur optischen Identifikation aufweisen. Hierdurch ist es möglich, die jeweiligen Spritzguss-Formkörper zusätzlich auch mittels optischer Verfahren zu identifizieren. Auf diese Weise wird zum einen eine einfache Möglichkeit zur Überprüfung der per Funk übertragenen Daten und somit eine sinnvolle Redundanz geschaffen, zum anderen wird sichergestellt, dass eine Identifizierung auch ohne stationäre Einheiten zur funkbasierten Datenübertragung möglich ist. Besonders günstig ist es hierbei, wenn das weitere Identifikationselement zumindest einen Flächenbereich mit einem zur optischen Identifikation aufgedruckten Barcode aufweist. Ein derartiger Barcode (auch als Strichcode oder Identcode bezeichnet) ist mit herkömmlichen Lesegeräten auslesbar, die in nahezu jedem Unternehmen vorhanden sind.

Die Erfindung stellt weiterhin einen Spritzguss-Formkörper mit einem In-Mold-Flächenelement der zuvor beschriebenen Art und mit einem Formteil aus einer In-Mold-Formmasse zur Verfügung, wobei die In-Mold-Formmasse bei Temperaturen unterhalb der Temperatur der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse ein wenigstens im wesentlichen gleiches Schrumpfungsverhalten und ein wenigstens im wesentlichen gleiches Schwindungsverhalten wie der Basisträger aufweist. Durch die doppelte gegenseitige Anpassung wird zusätzlich zu der Anpassung des In-Mold-Flächenelements synergistisch eine besonders temperaturbeständige Verbindung zwischen dem In-Mold-Flächenelement und dem Formteil erhalten. Der Spritzguss-Formkörper kann ansonsten beliebig ausgestaltet sein, etwa als stapelbarer Stückgutbehälter, der im leeren Zustand zusammenfaltbar ausgebildet ist. Natürlich ist die Ausbildung der Oberfläche nicht bloß auf flache Geometrien beschränkt, sondern die Oberfläche kann ebenfalls gekrümmt oder unregelmäßig strukturiert ausgeführt sein.

Günstig ist es hierbei, wenn der Basisträger des In-Mold-Flächenelements und das Formteil aus polyolefinbasierten Materialien bestehen, wobei es insbesondere vorteilhaft ist, wenn die polyolefinbasierten Materialien Niederdruckpolyethylen zu einem Massenanteil enthalten, der den größten Massenanteil des Polymeranteils innerhalb dieser polyolefinbasierten Materialien darstellt. Hierdurch wird eine mechanisch besonders widerstandsfähige und korrosionsbeständige Ausbildung des Spritzguss-Formkörpers erreicht, die dank der Recyclebarkeit der Materialien zugleich in ökologischer wie in ökonomischer Hinsicht sinnvoll ist.

Ferner ermöglicht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des oben genannten In-Mold-Flächenelements, wobei das Verfahren die Schritte eines Ausbildens des Basisträgers entsprechend der im In-Mold-Verfahren einzusetzenden In-Mold-Formmasse des Formteils hinsichtlich eines Schrumpfungsverhaltens und Schwindungsverhaltens, das bei Temperaturen unterhalb der Temperatur der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse dem der In-Mold-Formmasse wenigstens im wesentlichen gleich ist, eines Aufbringens des Antennenelements auf eine erste Seite des Basisträgers und eines Befestigens des Schaltkreiselements auf der ersten Seite des Basisträgers und eines Kontaktierens des Schaltkreiselements mit dem Antennenelement umfasst. Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Herstellung des gut haftenden In-Mold-Flächenelements auf besonders einfache und kostengünstige Weise durchzuführen.

Zur weiteren Vereinfachung dieses Herstellungsverfahren kann das Antennenelement aufgebracht werden, indem die erste Seite des Basisträgers mit einem Leitlack bedruckt wird. In diesem Fall muss das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt umfassen, der vorzugsweise nach dem Aufbringen des Antennenelements und vor dem Befestigen und Kontaktieren des Schaltkreiselements durchgeführt wird. Bei diesem zusätzlichen Verfahrensschritt handelt es sich um ein Trocken des Antennenelements bei erhöhten Temperaturen, um etwaige Lösemittelreste des Leitlacks schonend zu entfernen und so einer Blasenbildung infolge Ausgasens dieser Lösemittelreste beim späteren In-Mold-Verfahren zu verhindern.

Besonders günstig ist es ferner, wenn das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt umfasst, bei dem das Schaltkreiselement in eine Thermoschutzmasse eingebettet wird. Hierdurch wird eine besonders effiziente Abschirmung des Schaltkreiselements gegenüber Temperaturen erreicht, die im Verlauf des In-Mold-Verfahrens auftreten und eine Beschädigung des Identifikationselements zur Folge haben. Da diese Abschirmung günstigerweise auch die elektrischen Kontakte des Schaltkreiselements mit dem Antennenelement und ebenfalls die mechanische Verbindung des Schaltkreiselements mit dem Basisträger umfasst, wird dieser Schritt erst nach dem Befestigen und Kontaktieren des Schaltkreiselements durchgeführt.

Vorteilhaft ist das Verfahren, wenn es einen weiteren Verfahrensschritt umfasst, bei dem ein weiteres Identifikationselement zur optischen Identifikation aufgebracht wird. Ein derartiges Aufbringen umfasst ein Bedrucken der zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements mit dem weiteren Identifikationselement. Besonders günstig ist es hierbei, wenn das Aufbringen des weiteren Identifikationselements weiterhin ein Schutzversiegeln der mit dem Identifikationselement zur optischen Identifikation bedruckten zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements umfasst. Auf diese Weise wird das Identifikationselement zur optischen Identifikation besonders beständig und widerstandsfähig ausgebildet.

Von Vorteil kann es zudem sein, wenn das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt umfasst, der vor dem Aufbringen des Antennenelements durchgeführt wird, nämlich eine Vorbehandlung zumindest einer Seite des Basisträgers zur Verbesserung des Haftungsvermögens. Mit dieser Oberflächenmodifikation kann eine bessere Haftung auf der Oberfläche der Seite des Basisträgers erhalten werden, beispielsweise für das Aufbringen des Antennenelements, des Schaltkreiselements, eines Farbmittels oder für eine Schutzversiegelung. Außerdem kann mit einem derartigen Verfahrensschritt die Haftung des In-Mold-Flächenelements auf dem Formteil verbessert werden.

Schließlich umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Spritzguss-Formkörpers, wobei das Verfahren die Schritte eines Ausbildens der im In-Mold-Verfahren einzusetzenden In-Mold-Formmasse des Formteils hinsichtlich eines Schrumpfungsverhaltens und Schwindungsverhaltens, das bei Temperaturen unterhalb der Temperatur der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse dem des Basisträgers des In-Mold-Flächenelements wenigstens im wesentlichen gleich ist, eines Einbringens des In-Mold-Flächenelements in ein leeres Spritzgusswerkzeug, eines wiederablösbaren Fixierens des In-Mold-Flächenelements in dem Spritzgusswerkzeug, eines Einspritzens der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse in das Spritzgusswerkzeug und eines Abkühlens der In-Mold-Formmasse umfasst. Nach diesem Verfahren kann die Herstellung des robusten Spritzguss-Formkörpers auf ausnehmend einfache und kostengünstige Weise durchgeführt werden.

Als flächenförmiger Basisträger kommen grundsätzlich alle herkömmlichen flachen oder strukturierten Basisträger in Betracht, die starr oder flexibel ausgebildet sind, also Bänder, Folien, Etiketten, Platten, Abschnitte und dergleichen. Diese können aus den üblichen Materialien hergestellt sein, beispielsweise aus natürlichen Trägermaterialien wie Papier oder Furnierholz oder aber aus synthetischen Materialien wie einem Polyolefin, einem Polyamid, einem Polyester, einem Polyurethan oder dergleichen. Natürlich können die Basisträger auch aus modifizierten Materialien wie etwa aus biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP) oder aus einer Kombination unterschiedlicher Materialien aufgebaut sein, die etwa schichtweise verbunden oder auch intensiv durchsetzt sind, beispielsweise aus Polyolefinen wie Polyethylen oder Polypropylen, die mit Füllstoffen versetzt sind. Als Formen dieses Basisträgers können alle flächenförmigen geometrischen Formen verwendet werden, regelmäßige wie unregelmäßige.

Zumindest ein Teil der Oberfläche des Basisträgers liegt an der Kontaktseite an der ersten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements frei und bildet somit einen Teil dieser Kontaktseite. Somit erfordert das In-Mold-Flächenelement an der Kontaktseite außer dem Basisträger und gegebenenfalls dem Identifikationselement notwendigerweise keine weiteren Komponenten wie etwa weitere Schichtlagen oder dergleichen.

Dies schließt jedoch nicht aus, dass die erste Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements ausschließlich von der einen Seite des Basisträgers gebildet wird und dass das Identifikationselement an der anderen Seite des Basisträgers angebracht ist. Bei einer derartigen Ausbildung kann das Identifikationselement an der zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements frei liegen oder auch gegen eine mechanische Beschädigung des mit dem Formteil verbundenen Identifikationselement geschützt ausgebildet sein, etwa durch eine Abdeckung mit einem zweiten flächenförmigen Basisträger. Diese sandwichartige Abdeckung liegt dann jedoch nicht an der Kontaktfläche des In-Mold-Flächenelements vor, sondern vielmehr an der zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements.

Ferner ist es erforderlich, dass der Basisträger aus einem Material besteht, das bei unterschiedlichen Temperaturen zu jedem Zeitpunkt mit dem Formteil verbunden bleibt, ohne sich von diesem abzulösen, insbesondere bei den Temperaturen, die im In-Mold-Verfahren auftreten. Dies bedeutet, dass der Basisträger aus einem anwendungsspezifischen, das heißt auf die jeweilige Anwendung abgestimmten Material bestehen muss, das ein wenigstens im wesentlichen gleiches Schrumpfungsverhalten und ein wenigstens im wesentlichen gleiches Schwindungsverhalten aufweist wie die In-Mold-Formmasse des Formteils. Natürlich umfasst dies auch ein Material des Basisträgers, das ein gleiches Schrumpfungsverhalten und ein gleiches Schwindungsverhalten aufweist wie die In-Mold-Formmasse des Formteils.

Als Schrumpfung wird eine Änderung der Form oder eine Änderung der äußeren Abmessungen eines polymeren Werkstücks verstanden, die ohne Veränderung des Gesamtvolumens eintritt. Als Schwindung wird eine Änderung der Form oder eine Änderung der äußeren Abmessungen eines polymeren Werkstücks verstanden, bei der ebenfalls eine Änderung des Gesamtvolumens auftritt. Eine derartige Volumenänderung kann etwa aufgrund von Kristallisationsprozessen, von Wärmedehnung oder auch von Änderungen der Zusammensetzung des Werkstücks eintreten, beispielsweise beim Verdampfen von in der Matrix verbliebenem Lösemittel oder bei der Synärese einer polymeren Matrix. Das Vorliegen eines gleichen Schrumpfungsverhalten und Schwindungsverhalten umfasst hierbei ebenso Kontraktionsprozesse wie Expansionsvorgänge.

Um einen festen Verbund im Spritzguss-Formköper zu gewährleisten muss das Schrumpfungsverhalten und das Schwindungsverhalten des Materials des Basisträgers also zu jedem Zeitpunkt des In-Mold-Verfahrens von der Art her (also hinsichtlich Expansion oder Kontraktion) identisch mit dem der In-Mold-Formmasse des Formteils sein und vom Ausmaß her in etwa so groß ausfallen wie das der In-Mold-Formmasse des Formteils (also beispielsweise über ähnliche Längen-, Flächen und Raumausdehnungskoeffizienten verfügen). Demzufolge muss dies zumindest bei der Temperatur der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse gelten und ebenfalls bei allen niedrigeren Temperaturen, die im Verlauf des Abkühlprozesses auftreten können. Als Grenzfall lässt sich eine diesbezügliche Anpassung natürlich auch durch gezielten Einsatz identischer Werkstoffe erreichen, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, solange die unterschiedlichen Materialen im wesentlichen gleiche Schrumpfungsverhalten und wenigstens im wesentlichen gleiche Schwindungsverhalten aufweisen.

Zusätzlich kann eine Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements zumindest teilweise zur Aufnahme von Farbmitteln angepasst sein. Eine derartige Anpassung ist insbesondere dann erforderlich, wenn diese zweite Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements von der zweiten Seite des Basisträgers gebildet wird, die im Verbund mit dem Formteil nach außen gerichtet angeordnet ist und bedruckbar ausgebildet sein soll. Eine Bedruckung kann dabei weitere optische Identifikationselemente umfassen, oder lediglich dekorativen Zwecken oder auch einer werbemäßigen Kennzeichnung dienen.

Das Identifikationselement verfügt über einzelne Komponenten, nämlich zumindest ein Antennenelement und ein Schaltkreiselement. Durch die Ausführung dieser Komponenten als Teil einer Sende-Empfangseinrichtung ist das Identifikationselement zur berührungslosen und sichtkontaktfreien Identifikation angepasst. Das Schaltkreiselement umfasst als Transponder zumindest einen analogen Schaltkreis zum Empfangen und gegebenenfalls Senden der Funksignale und kann darüber hinaus digitale Schaltkreise zur Verarbeitung der Signale sowie permanenten Speicher umfassen, der wiederum als einfach beschreibbarer Speicher oder als mehrfach beschreibbarer Speicher ausgebildet sein kann. Das Identifikationselement kann zusätzlich als RFID-Transponder ausgebildet sein.

Die Bestandteile des Schaltkreiselements können in dem Identifikationselement als einzelne Bauelemente vorliegen. Es ist natürlich auch möglich, dass mehrere dieser Bauelemente in einer Bauelementgruppe zusammengefasst sind, beispielsweise in integrierten Schaltkreisen oder Mikroprozessoren. Selbstverständlich kann ein Identifikationselement auch über mehrere dieser Bauelemente oder Bauelementgruppen verfügen. Ferner kann das Schaltkreiselement Trägerelemente umfassen, beispielsweise einen Sockel für einen integrierten Schaltkreis. Das Schaltkreiselement kann dabei direkt auf der Oberfläche des Basisträgers, auf der Oberfläche des Antennenelements oder aber in letzteres zumindest teilweise eingebettet angeordnet sein Der elektrische Kontakt zwischen dem Schaltkreiselement oder den Bauelementgruppen und dem Antennenelement wird über übliche Verbindungen gebildet, beispielsweise über gedruckte Kontaktstrukturen, über Kontaktdrähte, über Kontaktstifte, leitende Verklebungen, Lötstellen oder dergleichen.

Zusätzlich kann ein integrierter Schaltkreis in eine schützende Polymermasse eingebettet sein. Die Einbettungsmasse umgibt den mit dem Antennenelement kontaktierten integrierten Schaltkreis und bildet so einen dickwandigen Thermoschutz, der einen direkten Kontakt des integrierten Schaltkreises mit der In-Mold-Formmasse verhindert und so die Gefahr einer thermischen Beeinträchtigung der Halbleiterelemente des Schaltkreises verringert. Die geometrische Ausgestaltung der Thermoschutzmasse beliebig sein, beispielsweise sphärisch-rund, als Rotationsellipsoid oder konisch, so dass heiße, im Spritzguss-Verfahren anströmende In-Mold-Formmasse die Einbettungsstruktur umfließen kann und zügig abgeleitet wird.

Diese Bauelemente können zum Betrieb bei beliebigen Frequenzen ausgelegt sein, beispielsweise zur funkbasierten Datenübertragung im UHF-Bereich, also im Bereich von etwa 100 MHz bis etwa 10 GHz, zur funkbasierten Datenübertragung im HF-Bereich, also im Bereich von etwa 10 kHz bis 100 MHz, oder aber zur Datenübertragung in mehreren Frequenzbereichen. Von praktischem Nutzen sind hierfür die für derartige Anwendungen zulässigen Frequenzbänder im UHF-Bereich zwischen 850 MHz und 950 MHz, 2,4 GHz bis 2,5 GHz und um 5,8 GHz sowie die Frequenzbänder im HF-Bereich zwischen 10 MHz und 15 MHz, etwa bei den typischen Frequenzen 13,56 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz, 950 MHz, 2,45 GHz und 5,8 GHz. Eine solche Ausbildung betrifft beispielsweise die Dimensionierung der einzelnen Komponenten, wie etwa der Fläche und Geometrie des Antennenelements oder die Auswahl von Oszillatorschaltungen.

Das Identifikationselement kann so innerhalb des In-Mold-Flächenelements angeordnet sein, dass das Identifikationselement direkt mit der Oberfläche des Basisträgers verbunden ist, also ohne dass zwischen dem Basisträger und dem Identifikationselement weitere schichtförmige Strukturen wie adhäsive oder protektive Zwischenschichten vorgesehen sind. Dabei liegt zumindest ein Teil der äußeren Oberfläche des Identifikationselements auf der einen Seite des In-Mold-Flächenelements frei, und zwar auf derjenigen Seite des In-Mold-Flächenelements, die beim späteren Verbinden mit dem Formteil mit der Spritzguss-Formmasse in Kontakt stehen wird, nämlich an der Kontaktseite des In-Mold-Flächenelements. Somit wird dieser Teil der Oberfläche des Identifikationselements auch mit der Spritzguss-Formmasse in Kontakt stehen. Dieser Teil der Oberfläche des Identifikationselements kann jeder Teil des Identifikationselements sein, etwa ein Teil der Oberfläche des Antennenelements.

Grundsätzlich kann das Antennenelement aus üblichen Materialien aufgebaut sein, etwa aus gestanzten oder gebogenen Abschnitten wie metallischen Folien, Stanzteilen oder Drähten oder direkt aus auf die Oberfläche aufgebrachten Schichten, wobei hierfür jegliches geeignete Metall Verwendung finden kann, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold. Natürlich kann das Antennenelement auch aus leitfähigen Polymeren, leitfähigen Farben, Leitklebern, Leitlacken, Leitpasten und dergleichen bestehen, die beispielsweise in einem Siebdruckverfahren aufgebracht werden können. Insbesondere solche Leitpasten und Leitlacke sind hierbei einsetzbar, die als leitende Komponenten in eine Lack- oder Farbmatrix eingebettete partikuläre Füllstoffe mit guter elektrischer Leitfähigkeit aufweisen, etwa Silberkolloide oder Graphit. Hierbei kann es sich um lösemittelhaltige Einkompontensysteme oder um Mehrkompontensysteme wie etwa solche aus Harz und Härter handeln oder auch um lösemittelfrei Systeme.

Bei der Ausbildung an der Kontaktfläche kann zudem das Antennenelement wärmeleitend und flächig ausgebildet sein. Ferner kann das Antennenelement derart angepasst sein, um die Wärme, die beim In-Mold-Verfahren an der ersten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements anfällt, über die Kontaktfläche zwischen dem In-Mold-Flächenelement und dem Spritzguss-Formteil zu verteilen. Eine derartige Anpassung besteht etwa in einer Ausführung der Antenne aus einem silbergefüllten Leitlack oder in einer flächenfüllend-flächenartigen Ausgestaltung des Antennenelements, wobei natürlich zusätzlich die Erfordernisse an die Geometrie zu berücksichtigen sind, die sich aus dem jeweils gewählten Frequenzbereich für eine funkbasierte Datenübertragung ergeben, beispielsweise die Ausgestaltung als flächenfüllende aber nicht-vollflächige Wendel- oder Spiralstruktur.

Als In-Mold-Flächenelement kommen grundsätzlich alle herkömmlichen In-Mold-Flächenelemente in Frage, sofern sie entsprechende erste und zweite Seitenflächen sowie die oben beschriebenen Elemente – Basisträger und Identifikationselement – umfassen. Die erste Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements ist als Kontaktseite ausgebildet. An dieser liegt ein Teil der Oberfläche des Basisträgers frei und bildet so einen Teil der Kontaktseite. Zusätzlich kann zumindest ein Teil der Oberfläche des Identifikationselements frei liegen, etwa ein Teil der Oberfläche des Antennenelements.

Ferner ist die erste Seitenfläche angepasst, um in einem In-Mold-Verfahren mit der Oberfläche eines dabei aus plastisch erweichter In-Mold-Formmasse spritzgegossenen Formteils zu einem Spritzguss-Formkörper verbunden zu werden. Eine derartige Anpassung beinhaltet etwa die Verwendung eines spezifischen Materials für den freiliegenden Teil des Basisträgers sowie den gegebenenfalls freiliegenden Teils des Identifikationselements. Das spezifische Material ist im Hinblick auf die Temperatur und Zusammensetzung der beim Spritzguss eingesetzten Formmasse hinreichend beständig und verbindet sich vorzugsweise mit dieser stoffschlüssig. Ferner muss die Oberfläche des Identifikationselements und gegebenenfalls des Basisträgers für einen hinreichend stabilen Verbund mit der Oberfläche des Formteils im In-Mold-Verfahren ausgerüstet sein, was im einfachsten Fall durch Abstimmen der Materialien aufeinander geschehen kann.

Die zweite Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements ist angepasst, im Verbund mit dem Formteil einen Teil der Oberfläche des Spritzguss-Formkörpers zu bilden. Dies hat etwa einen wichtigen Einfluss auf die Formgebung des In-Mold-Flächenelements, das flach genug ausgebildet sein muss, um in den jeweiligen Spritzguss-Formkörper im In-Mold-Verfahren eingebettet werden zu können. Für Spritzguss-Formkörper mit gewölbten Flächen ist hingegen eine entsprechend gewölbte oder flexible Ausbildung des In-Mold-Flächenelements erforderlich.

Zusätzlich kann eine Seite des Basisträgers als zweite Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements ausgebildet sein. Die zweite Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements kann zur Aufnahme von Farbmitteln angepasst sein. Eine derartige Anpassung ist notwendig, da die ansonsten häufig zur Herstellung von In-Mold-Etiketten eingesetzten Basisträger aus Materialien wie Polyolefinen bestehen, die ohne entsprechende Anpassung gar nicht oder nur schlecht zur Aufnahme von herkömmlichen Farbmitteln wie etwa Pigmenten oder Farbstoffen geeignet sind. Eine derartige Anpassung kann etwa in einer lokalen Modifikation der zweiten Seitenfläche bestehen (z. B. einem Beschichten) oder auch durch Anpassung des Materials des Basisträger erfolgen, beispielsweise durch Einbetten von zur Aufnahme von Farbstoffen geeigneten Füllstoffen, etwa Siliziumdioxid- oder Kieselsäurepartikeln.

Eine derartig angepasste zweite Seitenfläche kann dann mit Strukturen bedruckt werden, die zur optischen Identifikation des so individualisierten Spritzguss-Formkörpers geeignet sind. Hierdurch erhält das In-Mold-Flächenelement ein weiteres Identifikationselement, mittels dessen eine zusätzliche einfache Identifikation möglich wird, die visuell oder maschinell erfolgen kann. Ein derartiges weiteres Identifikationselement kann beliebig ausgebildet sein, etwa als auf einen bestimmten Flächenbereich aufgedruckte alphanumerische Zeichenkette, beispielsweise eine Kontrollziffer oder ein Kontrollwort, oder auch als aufgedruckter Zeichencode, etwa einem eindimensionalen, zweidimensionalen oder dreidimensionalen Barcode. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße In-Mold-Flächenelement auch mehr als ein Identifikationselement zur optischen Identifikation aufweisen, etwa einen Barcode und zusätzlich eine Kontrollziffer. Überdies kann die Anpassung dergestalt sein, dass die zweite Seitenfläche ein manuelles Beschriften des In-Mold-Flächenelement innerhalb des Spritzguss-Formkörpers gestattet.

Der Spritzguss-Formkörper umfasst das In-Mold-Flächenelement und das Formteil aus einer In-Mold-Formmasse. Daher muss das In-Mold-Flächenelement zum Verbinden mit dem Formteil ausgerüstet sein. Eine derartige Anpassung betrifft etwa das Material des In-Mold-Flächenelements in Relation zu dem der Formmasse, genauer, deren Eigenschaften wie etwa Plastifizierungstemperatur der In-Mold-Formmasse im Verhältnis zum Schmelzpunkt oder der Erweichungstemperatur des In-Mold-Flächenelements oder deren chemische Beständigkeit.

Die In-Mold-Formmasse – und somit auch das Formteil des Spritzguss-Formkörpers – besteht aus einem Material, das bei Temperaturen unterhalb der Verarbeitungstemperatur der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse ein wenigstens im wesentlichen gleiches Schrumpfungsverhalten und ein wenigstens im wesentlichen gleiches Schwindungsverhalten wie das Material des Basisträgers aufweist. Dabei kann der Spritzguss-Formkörper eines oder mehrere In-Mold-Flächenelemente aufweisen, deren Identifikationselemente für gleiche Frequenzen oder zum Betrieb bei unterschiedlichen Frequenzen ausgelegt sind. Zusätzlich kann der Spritzguss-Formkörper natürlich auch In-Mold-Flächenelemente umfassen, die keine zur funkbasierten Datenübertragung angepassten Identifikationselemente aufweisen, sondern lediglich Identifikationselemente zur optischen Identifikation.

Als In-Mold-Formmasse können grundsätzlich alle beim Spritzguss üblichen Formmassen verwendet werden, also Polymere wie beispielsweise Polystyrole, Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polyamide wie Nylon oder auch Copolymere, etwa Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere. Dies umfasst ebenfalls härtbare und nichthärtbare Polymere und deren Vorstufen. Im Verlauf des Spritzgießens wird die In-Mold-Formmasse plastifiziert und dann in plastisch erweichter Form in die Kavität des Werkzeugs eingespritzt.

Besonders vorteilhaft ist hierbei ein thermoplastisches Material, etwa Polyolefine wie Polyethylen oder Polypropylen, sowie Mischungen mit oder aus einem solchen Material. Ein derartiges Material, das einen großen Anteil an Polyolefinen enthält, wird als polyolefinbasiertes Material bezeichnet, wobei dieses Material vollständig aus Polyolefinen bestehen oder nichtpolyolefinische Bestandteile aufweisen kann, etwa andere Polymere oder Füllstoffe. Besonders vorteilhaft ist hierbei ein polyolefinbasiertes Material, das Niederdruckpolyethylen (PE-HD oder HD PE; Polyethylen mit hoher Dichte) enthält. Günstigerweise ist das Niederdruckpolyethylen dann in dem organisch-polymeren Anteil des Materials zu einem Massenanteil enthalten, der den größten Massenanteil des organischen Polymeranteils innerhalb des polyolefinbasiertes Materials darstellt.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des In-Mold-Flächenelements ist zunächst der Basisträger entsprechend der im In-Mold-Verfahren einzusetzenden In-Mold-Formmasse des Formteils auszubilden, genauer gesagt im Hinblick auf das Schrumpfungsverhalten und Schwindungsverhalten, so dass dies bei Temperaturen unterhalb der Temperatur der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse dem der In-Mold-Formmasse wenigstens im wesentlichen gleich ausfällt. Hierdurch wird gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von In-Mold-Flächenelementen, in denen eine weitere Zwischenschicht auf die Kontaktfläche aufgebracht werden muss, eine signifikante Vereinfachung des Fertigungsprozesses erzielt.

Das Aufbringen des Antennenelements auf die erste Seite des Basisträgers kann beliebig ausgeführt werden, etwa durch lokales Beschichten des Basisträgers mit üblichen Bedruckungs-, Ätz-, Bedampfungs- oder Sputtertechniken sowie galvanisch oder in vakuumtechnischen Verfahren, etwa mittels CVD. Ein Auftrag streichfähiger Pigmente, Lacke oder Pasten kann beispielsweise mittels herkömmlicher Drucktechniken wie etwa Siebdruck erfolgen. Als formstabile Teile ausgebildete Antennenelemente wie Drähte oder Stanzbiegeteile, können zum Beispiel durch Auflegen des formstabilen Teils auf den Basisträger und Fixieren am Basisträger aufgebracht werden.

Das Befestigen des Schaltkreiselements auf der ersten Seite des Basisträgers und Kontaktieren des Schaltkreiselements mit dem Antennenelement kann ebenfalls auf herkömmliche Weisen durchgeführt werden, etwa durch Verlöten oder Verschweißen der einzelnen Elemente, durch Verkleben mit Leitklebern oder leitfähigen Polymeren, durch Fixieren mit Befestigungsmitteln wie Klebstoffen oder Schrauben oder mittels eines Trägerelements, etwa einem Sockel für integrierte Schaltkreise, und späteres Kontaktieren mit Leitpasten, Leitlacken oder über Techniken zur Metallabscheidung. Es ist ebenfalls möglich, Befestigen und Kontaktieren des Schaltkreiselements als einen einzigen Schritt auszuführen, indem etwa der zum Kontaktieren verwendete Leitkleber oder das Lot etwa aufgrund einer gleichsam starken Adhäsion wie Kohäsion zugleich ein Fixieren des Schaltkreiselements erlauben.

Wird das Antennenelement mittels Bedrucken der ersten Seite des Basisträgers mit einem Leitlack aufgebracht, so ist zusätzlich nach dem Aufbringen des Antennenelements und vor dem Befestigen und Kontaktieren des Schaltkreiselements ein Trocknen des Antennenelements bei erhöhten Temperaturen erforderlich. Alternativ oder zusätzlich kann das Trocknen auch bei verringertem Luftdruck durchgeführt werden. Bei beiden Möglichkeiten ist es wichtig, dass dies unter milden Bedingungen ausgeführt wird, um ein plötzliches Austreten von Gasen zu vermeiden und so eine Blasenbildung zu verhindern. Auf diese Weise wird das Antennenelement von auftragungsbedingten Flüssigkeiten befreit, die dann nicht mehr während des weiteren In-Mold-Verfahrens austreten können, wodurch einer Beschädigung der Antennenstruktur entgegengewirkt wird.

Ferner kann nach dem Befestigen und Kontaktieren des Schaltkreiselements ein weiterer Verfahrensschritt durchgeführt werden, nämlich ein Einbetten des Schaltkreiselements in eine Thermoschutzmasse. Dies kann auf übliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Auftragen eines zähflüssigen Polymers als Thermoschutzmasse auf das Schaltkreiselement, durch sorgfältiges Einbetten des Schaltkreiselements in die Polymermasse und durch anschließendes Aushärten oder Abkühlen des Polymers. Hierbei ist es möglich, der Thermoschutzmasse beim Erhärten oder Abkühlen zusätzlich eine günstige Form zu verleihen und diese etwa als mit der Grundfläche zur Oberfläche des Basisträgers ausgerichteten Kegel auszubilden.

Zur Verbesserung des Haftungsvermögens und der Oberflächenspannung der Seitenflächen des Basisträgers kann der Basisträger vor dem Aufbringen des Antennenelements einer Vorbehandlung unterzogen werden. Die Vorbehandlung kann eine oder beide Seiten des Basisträgers umfassen und mit üblichen Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise als nasschemische Reinigung oder mittels einer Corona-Entladung, bei der der Basisträger über eine geerdete Walzenelektrode an einer Hochspannungs-Sprühelektrode entlang geführt und dadurch Funkenentladungen ausgesetzt wird. Um eine elektrostatische Beschädigung der Schaltkreiselemente zu verhindern muss eine Corona-Behandlung natürlich vor dem Aufbringen der Schaltkreiselemente erfolgen, vorzugsweise sogar vor dem Aufbringen der Antennenelemente.

Schließlich kann ein weiteres Identifikationselement zur optischen Identifikation auf das In-Mold-Flächenelement aufgebracht werden. Das Aufbringen kann beliebig erfolgen, etwa durch Bekleben des Basisträgers mit einem vorher gedruckten Identifikationselement zur optischen Identifikation oder aber durch Bedrucken der zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements mit dem weiteren Identifikationselement in Form einer spezifischen alphanumerischen Zeichenfolge oder eines ein-, zwei- oder dreidimensionalen Barcodes. Vorzugsweise erfolgt das Bedrucken direkt auf den Basisträger im Bereich der zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements oder auf der bedruckbar ausgebildeten zweiten Seite des Basisträgers. Anschließend kann das weitere Identifikationselement durch Aufbringen eines Schutzlackes auf die zur optischen Identifikation bedruckte zweite Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements oder des Basisträgers erfolgen. Hierzu können übliche Beschichtungstechniken zum Einsatz gelangen, etwa ein Bedrucken mit UV-resistenten Lacken oder aushärtenden Polymeren. Auf diese Weise kann eine mechanisch stabile, chemisch resistente und/oder korrosionsbeständige Schutzversiegelung des optischen Identifikationselements erreicht werden.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des Spritzguss-Formkörpers ist zuvorderst die im In-Mold-Verfahren einzusetzende In-Mold-Formmasse des Formteils auszubilden. Genauer gesagt ist die In-Mold-Formmasse im Hinblick auf das Schrumpfungsverhalten und Schwindungsverhalten anzupassen, so dass dieses bei Temperaturen unterhalb der Temperatur der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse zu dem des Basisträgers wenigstens im wesentlichen gleich ausfällt. Eine derartige Ausbildung kann durch den Einsatz geeigneter Materialien vereinfacht werden und zusätzlich auch eine Beimengung entsprechender Additive oder Füllstoffe wie etwa Weichmacher, Vernetzer, Expander und dergleichen zu der In-Mold-Formmasse beinhalten, die das Schrumpfungsverhalten und Schwindungsverhalten in erforderlicher Weise beeinflussen.

Weiterhin wird das In-Mold-Flächenelement in die leere Kavität eines Spritzgusswerkzeugs eingebracht und dort an dem Spritzgusswerkzeug entsprechend der Position, die das In-Mold-Flächenelement innerhalb des Spritzguss-Formkörpers einnehmen soll, wiederablösbar fixiert, so dass das In-Mold-Flächenelement bis zum Abschluss des In-Mold-Verfahrens fixiert ist, beim Herauslösen des fertigen Spritzguss-Formkörpers aus dem Spritzgusswerkzeugs aber zerstörungsfrei von der Oberfläche des Spritzgusswerkzeugs abgelöst werden kann.

Das Einspritzen der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse in das Spritzgusswerkzeug sowie das Abkühlen der In-Mold-Formmasse in dem Spritzgusswerkzeug sowie das Herauslösen des erkalteten und verfestigten Spritzguss-Formkörpers aus dem Spritzgusswerkzeugs erfolgt hierbei ebenfalls nach üblichen Verfahren.

Im folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die in den Abbildungen dargestellten vorteilhaften Ausführungsformen beispielhaft näher beschrieben werden.

Es zeigen hierbei

1 einen perspektivischen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen In-Mold-Flächenelements,

2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des In-Mold-Flächenelements,

3 einen Querschnitt durch die in 1 gezeigte zweite Ausführungsform des In-Mold-Flächenelements, wobei diese mit einem Formteil verbunden ist und

4 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform des In-Mold-Flächenelements.

In 1 ist ein In-Mold-Flächenelement mit einem Basisträger 1 und einem Identifikationselement 2, 3, 3' dargestellt. Die als Kontaktseite angepasste erste Seitenfläche liegt in dieser perspektivischen Darstellung oben und die mit einem weiteren Identifikationselement 2, 3, 3' ausgerüstete zweite Seitenfläche demzufolge unten.

Basisträger 1 besteht aus matt-weißer, ungestrichener einlagiger Folie aus einer Polyolefin-Mischung, die zu 60 Gew.-% hochmolekulares Polyethylen mit einer Mikroporosität von 65% enthält. Die Verwendung dieses Materials ermöglicht erfindungsgemäß ein Verbinden dieses In-Mold-Flächenelements mit einem Formteil aus einer In-Mold-Formmasse, die aus Niederdruckpolyethylen (PE-HD) besteht. Die Folie enthält zusätzlich zu der Polyolefin-Mischung zu einem Gewichtsanteil von etwa 60% einen Füllstoff, der hauptsächlich aus Siliziumdioxidpartikeln besteht. Die Verwendung dieses gut bedruckbaren Materials gewährleistet eine zweckgerichtete Anpassung der zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements zur Aufnahme von Farbmitteln. Die (nicht dargestellte) Oberfläche der zweiten Seitenfläche ist mit einer Kontrollziffer sowie mit einem eindimensionalen Barcode und zusätzlich mit einem zweidimensionalen Barcode zur optischen Identifikation versehen.

Das Identifikationselement 2, 3, 3' umfasst eine integrierte Baugruppe als Schaltkreiselement 2, in dem analoge und digitale Schaltkreise und ein Permanentspeicher untergebracht sind, und ferner ein Antennenelement 3. Das Identifikationselement 2, 3, 3' ist vorliegend zur berührungslosen und sichtkontaktfreien Identifikation angepasst, wobei die Anpassung in der Ausbildung als RFID-Transponder zur funkbasierten Datenübertragung im UHF-Bereich besteht. Das Antennenelement ist dazu als Antenne für Frequenzen im UHF-Bereich flächig ausgelegt. An der vorderen geschnittenen Kante des In-Mold-Flächenelements ist die Schnittfläche 3' des Antennenelements 3 erkennbar.

Antennenelement 3 wurde in einem Siebdruckverfahren mit einer leitfähigen und zugleich auch wärmeleitenden Paste, die mit Silberpartikeln gefüllt ist, direkt auf den Basisträger aufgebracht. Antennenelement 3 befindet sich daher direkt an der Oberfläche des Basisträgers. Zusätzlich bildet damit der in 1 oben dargestellte Teil der Oberfläche des Antennenelements einen Teil der Kontaktseite des In-Mold-Flächenelements und liegt dort auch frei. Infolge der Ausbildung aus metallisch wärmeleitenden Partikeln erlaubt die spezielle Anordnung und Geometrie ein hervorragendes Verteilen der beim In-Mold-Verfahren an der ersten Seitenfläche anfallenden Wärme über die Kontaktfläche zwischen dem In-Mold-Flächenelement und dem Spritzguss-Formteils. Zusätzlich gestattet die konkrete Ausbildung einen sicheren und festen Verbund mit der Oberfläche Spritzguss-Formteils während der Herstellung dieses Formteils in einem In-Mold-Verfahren.

Ein derartiges In-Mold-Flächenelements wird erfindungsgemäß in einem mehrstufigen Verfahren hergestellt, bei dem zunächst der Basisträger 1 entsprechend der im In-Mold-Verfahren einzusetzenden In-Mold-Formmasse des Formteils ausgebildet wird. Das vorliegende In-Mold-Flächenelement soll für einen Verbund in einem Spritzguss-Formkörper geeignet sein, der aus einem Polyolefin besteht, genauer gesagt aus Niederdruckpolyethylen. Demzufolge wird als Basisträger 1 eine Folie aus einem Material eingesetzt, das zu 60% einen Füllstoff enthält, der hauptsächlich aus Siliziumdioxidpartikeln besteht. Weiterhin enthält das Material als gerüstkonstituierenden Bestandteil eine Polyolefin-Mischung, die zu 60 Gew.-% hochmolekulares Polyethylen mit einer Mikroporosität von 65% enthält. Infolge der Ausbildung der gerüstkonstituierenden Bestandteile als überwiegend aus Niederdruckpolyethylen bestehend wird ein Basisträger 1 erhalten, der hinsichtlich des Schrumpfungsverhaltens und Schwindungsverhaltens dem Schrumpfungsverhalten und Schwindungsverhalten der In-Mold-Formmasse annähernd gleich ist, zumal bei Temperaturen unterhalb der Temperatur der plastisch erweichten In-Mold-Formmasse.

Mittels einer herkömmlichen Digitaldruckmaschine wird das weitere Identifikationselement zur optischen Identifikation in Form eines eindimensionalen Barcodes auf die zweite Seite des Basisträgers 1 und damit auf die zweite Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements aufgetragen.

Dann wird zur Vorbehandlung dann eine Seite des Basisträgers 1 zur Verbesserung des Haftungsvermögens und zur Oberflächenbehandlung in einer industrieüblichen Corona-Einrichtung einer Corona-Entladung ausgesetzt.

Nun wird das Antennenelement 3 auf einer Seite des Basisträgers 1 in einem herkömmlichen Siebdruckverfahren mit dem pastösen Silberleitlack auf Partikelbasis strukturiert aufgetragen und der Basisträger 1 mit dem restfeuchten Antennenelement 3 bei 50°C im Luftstrom im Verlauf von 2 h getrocknet.

Zuletzt wird das Schaltkreiselement 2 auf der ersten Seite des Basisträgers 1 mittels eines Transferklebebandes befestigt und die externen Anschlüsse des Schaltkreiselements 2 mit dem Antennenelement 3 leitend durch Auftragen eines dünnflüssigen Leitlacks aus Silberpartikeln verbunden.

In 2 ist eine zweite Ausführungsform des In-Mold-Flächenelements gezeigt. Dieses weist einen Basisträger 1 und ein Identifikationselement 2, 3, 3' auf. Auch hier ist die als Kontaktseite angepasste erste Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements oben liegend dargestellt und die mit einem weiteren Identifikationselement ausgerüstete zweite Seitenfläche unten. Soweit nicht anders beschrieben, sind die in dieser zweiten Ausführungsform eingesetzten Komponenten mit der des ersten Ausführungsbeispiels identisch.

Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführung ist das als integrierter Schaltkreis ausgebildete Schaltkreiselement 2 hier nicht direkt auf der Oberfläche von Basisträger 1 angeordnet, sondern auf der Oberseite des zuvor auf Basisträger 1 aufgebrachten Antennenelements 3. Zusätzlich ist der integrierte Schaltkreis 2 in eine Thermoschutzmasse 4 eingebettet, die diesen umgibt. Die Umhüllung durch Thermoschutzmasse 4 ist hierbei dickwandig und zugleich kegelförmig ausgeführt, wobei die Spitze des Kegels vom In-Mold-Flächenelement weg zeigt. Das Umhüllen erfolgt bei der Fertigung nach dem Befestigen und Kontaktieren des Schaltkreiselements 2 durch Auftragen eines hochviskosen Zweikomponenten-Epoxidharz mit isolierenden Eigenschaften, mit dem der integrierte Schaltkreis durch manuelles Verformen des Harzes sorgfältig umgeben wird.

In 3 ist die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform des In-Mold-Flächenelements gezeigt, jedoch ist dieses in den Spritzguss-Formkörper eingebettet und mit dem Formteil 5 aus der erstarrten thermoplastischen In-Mold-Formmasse auf Niederdruckpolyethylenbasis verbunden. Zu erkennen ist, dass die In-Mold-Formmasse die obere Seite des In-Mold-Flächenelements vollständig umhüllt und sogar in den Spalt zwischen dem Thermoschutzmasse 4 und dem Basisträger 1 eingedrungen ist.

Das In-Mold-Verfahren wird hier derart durchgeführt, dass nicht bloß der Basisträger des In-Mold-Flächenelements an die beabsichtigte In-Mold-Formmasse angepasst wird, sondern umgekehrt auch die In-Mold-Formmasse im Hinblick auf das Basisträgermaterial gegenseitig abgestimmt ausgebildet ist. Nach dieser Abstimmung wird das In-Mold-Flächenelement in das leere Spritzgusswerkzeug an der gewünschten Position eingelegt und dort mit einer lokalen Absaugvorrichtung durch Anlegen eines schwachen Unterdrucks wiederablösbar fixiert. Anschließend wird plastisch erweichtes Niederdruckpolyethylen als In-Mold-Formmasse in das Spritzgusswerkzeug eingespritzt und unmittelbar nach dem Einspritzen die In-Mold-Formmasse durch Einleiten von temperierter Kühlflüssigkeit in Bohrungen innerhalb des Spritzgusswerkzeugs abgekühlt. Nach Verfestigen der In-Mold-Formmasse wird die Absaugvorrichtung abgeschaltet und der fertige Spritzguss-Formkörper aus dem Spritzgusswerkzeug entfernt.

Zusätzlich zu dem in 2 gezeigten In-Mold-Flächenelements weist die untere Seite des In-Mold-Flächenelements einen ausgehärteten UV-beständigen Lack als Schutzversieglung 6 auf, der auf die mit einem zweiten Identifikationselement bedruckte untere Seite des Basisträgers 1 zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen sowie vor energiereichem UV-Licht aufgetragen wird. Da die Schutzversieglung vor dem In-Mold-Verfahren durchgeführt wird, schließt das versiegelte In-Mold-Flächenelement mit der Oberfläche des Spritzguss-Formkörpers bündig ab. Der UV-beständige Lack als Versiegelung wird nach dem Bedrucken der zweiten Seitenfläche des In-Mold-Flächenelements mit einer herkömmlichen Vorrichtung für den Digitaldruck aufgetragen, also auf das ansonsten fertige In-Mold-Flächenelement.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt 4. Soweit nicht anders beschrieben, stimmen auch hier die in dieser Ausführungsform verwendeten Bestandteile mit denen der vorherigen Ausführung überein.

Im Unterschied zu der zweiten Ausführungsform ist hier das Schaltkreiselement 2 nicht in eine Thermoschutzmasse eingebettet, sondern mit einem zweiten Träger 7 abgedeckt und so vor mechanischer wie thermischer Einwirkung geschützt. Die Befestigung des zweiten Trägers 7 an dem unteren Teil des In-Mold-Flächenelement kann mittels Laminieren erfolgen, vorliegend wird der zweite Träger 7 jedoch randseitig in einem Ultraschall-Schweißverfahren mit dem Basisträger 1 über die Schweißnähte 7' verbunden. Stattdessen wurde häufig auch mit Erfolg auch ein Transferklebeband zum Verbinden des zweiten Trägers 7 mit dem Basisträger 1 verwendet.

Da hier für den zweiten Träger 7 dasselbe Material verwendet wurde wie für den ersten Basisträger 1, ist auch bei diesem System ein stabiler Verbund innerhalb des Spritzguss-Formkörpers während des In-Mold-Verfahrens gewährleistet.