Druckbare Sensorik zur automatisierten Überprüfung von Mindesthaltbarkeitsdaten und Kühlketten-überwachung im Einzelhandel
Kurzbezeichnung: Druckbare RFID-Sensorik
Fogra-Nr. 64.024
Projektleiter: Dr. P. Stolper
Partner: wfk – Cleaning Technology Institute e.V., Krefeld
Förderung: BMWK (IGF) über DLR
Laufzeit: 01.04.2026 - 31.03.2028
Aufgabenstellung und Relevanz
Lebensmittelverschwendung stellt weltweit ein ernstzunehmendes Problem dar – sowohl aus ökologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht. Besonders betroffen sind temperatursensitive Güter wie Fleisch, Fisch, Milchprodukte, Fertiggerichte und Tiefkühlwaren. Diese Produkte sind besonders anfällig für Qualitätsverluste, wenn die Kühlkette im Hinblick auf eine lückenlose, durchgehende Kühlung unterbrochen oder nicht korrekt eingehalten wird. Hinzu kommt, dass die Überwachung der Mindesthaltbarkeitsdaten (MHD) für den Einzelhandel eine große Herausforderung im Bereich Warenwirtschaft und Qualitätssicherung darstellt.
Besonders bei den oben aufgeführten temperatursensiblen Gütern ist die Einhaltung der Haltbarkeitsfristen entscheidend für die Produktsicherheit, Kundenzufriedenheit und Vermeidung wirtschaftlicher Verluste. In der Praxis erfolgt die Kontrolle der MHDs häufig manuell durch Mitarbeitende, die regelmäßig zeitaufwendig Regale und Lagerbestände kontrollieren müssen. Fehlende Transparenz über Restlaufzeiten führt oft zu verspäteten Preisreduzierungen.
Ansprechpartner
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Lösungsweg
Um das Ziel des Forschungsvorhabens zu erreichen, sind folgende Schritte notwendig:
- Entwicklung von Eutektika mit optimierter Schmelztemperatur
- Auswahl und Charakterisierung leitfähiger Additive
- Auswahl und Charakterisierung der polymeren Matrix des thermosensitiven Widerstands
- Entwicklung der Druckbedingungen bei Temperaturen von ca. -30°C
- Entwicklung optimaler Antennenstrukturen mit thermosensitivem Widerstand
- Entwicklung eines angepassten Auslesesystems für die Antennen
- Praxisversuche der entwickelten Strukturen
Angestrebte Ergebnisse
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung druckbarer, chipfreier, passiver RFID-Transponder zur automatisierten Überwachung von Lebensmitteln. Diese Transponder bestehen aus mehreren Antennen, die z. B. konzentrisch angeordnet und auf verschiedene Frequenzen abgestimmt sind. Jede Antenne kodiert ein Bit. Durch eine ausreichend hohe Anzahl an Antennen kann so ein MHD auf einer kleinen Fläche (z. B. 1 cm x 1 cm) hinterlegt werden. Zur Überwachung der Kühlkette wird eine spezielle Antenne entwickelt, die einen temperaturschaltbaren Widerstand enthält und dadurch die Überschreitung einer definierten Temperatur nachvollziehbar macht: Eine Änderung des Widerstandes führt zu einer dauerhaften Änderung des ausgelesenen Signals (z.B. durch Änderung der anzuregenden Antennenlänge). Dadurch kann die Unterbrechung der Kühlkette zu jedem späteren Zeitpunkt nachvollzogen werden.
Der temperaturabhängige Widerstand besteht aus einer Polymermatrix, in der Partikel mit definierter Schmelztemperatur (Eutektika-Partikel) vorliegen. In den Eutektika-Partikeln sind leitfähige Komponenten eingebunden. Diese Einbindung verhindert die Wechselwirkungen zwischen den leitfähigen Komponenten. Die Schmelztemperatur der Eutektika-Partikel wird so gewählt, dass sie der niedrigsten, nicht mehr tolerierbaren Temperatur in der produktspezifisch einzuhaltenden Kühlkette entspricht. Hierdurch führt eine Unterbrechung der Kühlkette zum Aufschmelzen der Eutektika-Partikel. Beim Aufschmelzen verteilt sich das Eutektikum über das gesamte polymere Netzwerk des temperaturschaltbaren Widerstands, wodurch die leitfähigen Komponenten über den ganzen Widerstand hinweg zueinander in Kontakt kommen und so die Leitfähigkeit des Widerstands zunimmt.