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Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einem Bauteilkennzeichnungssystem und eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen mit einem Bauteilkennzeichnungssystem.
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Die Kennzeichnung von Gegenständen und Lebewesen ist weit verbreitet. Anwendungsbereiche von Kennzeichnungen sind beispielsweise die Qualitätssicherung während der Produktion von Bauteilen oder die Identifizierung von Bauteilen nach der Produktion. Ausführungsformen von Kennzeichnungen sind beispielsweise Klebeetiketten mit Strichcodes, Anhänger mit Strichcodes, Kennzeichnungsmarken mit RFID-Codes oder Transponder zur Implantation in Tiere. Nachteilig bei diesen bekannten Kennzeichnungen ist deren geringer Informationsgehalt, der sich oft auf eine simple Kennzeichnungsnummer beschränkt. Bei der Produktion von Bauteilen werden zwar oft viele Produktionsdaten gesammelt und in Datenbanken erfasst, diese Daten sind aber in aller Regel nicht öffentlich verfügbar und daher auch nur beschränkt nützlich. Ein Zugriff auf Daten, die einem Bauteil zugeordnet sind, wäre aber oft wünschenswert, beispielsweise für den kundenseitigen Nachweis von Produktionsmängeln oder bei der Aufklärung von Diebstählen durch die Kriminalpolizei. Fälschungssichere Kennzeichnungen, die eine Vielzahl von Informationen enthalten, sind zwar bekannt, aber in Folge aufwändiger Herstellungsverfahren bisher auf wenige spezielle Anwendungen, wie beispielsweise elektronische Personalausweise oder personifizierte Identifikationskonten von Geldinstituten oder von Sicherheitssystemen, beschränkt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, fälschungssichere und verlustsichere Bauteilkennzeichnungen vorzuschlagen, die neben Kennzeichnungsinformationen weitere Auskunftsinformationen beinhalten können, wobei die Kennzeichnungen bei sehr geringen Kosten herstellbar sein sollen. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen mit einem entsprechenden Bauteilkennzeichnungssystem vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird durch ein Bauteil gelöst, das ein kunststoffbasiertes Spritzguss- oder Pressteil ist und dessen Bauteilkennzeichnungssystem wenigstens einen auf Papier gedruckten, beschreibbaren und in das Spritzguss- oder Pressteil bei dessen Herstellung integrierten und fest mit dem Spritzguss- oder Pressteil verbundenen RFID-Datenträger aufweist, auf dem während des Bauteilherstellungsprozesses aufgezeichnete Prozessdaten, die eine eindeutige und individuelle Kennzeichnung des Bauteils darstellen, gespeichert sind.
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Kunststoffbasierte Spritzguss- oder Pressteile haben vorteilhafte funktionelle Eigenschaften, und sie sind kostengünstig. Daher sind kunststoffbasierte Spritzguss- oder Pressteile in vielen Maschinen und Geräten eingesetzt, oder ein ergänzender Einbau eines kunststoffbasierten Bauteils wäre ohne Weiteres möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von kunststoffbasierten Spritzguss- oder Pressteilen bietet die Möglichkeit, den RFID-Datenträger in das Kunststoffvolumen des Bauteils einzubetten. In einer solchen eingebetteten Position ist ein RFID-Datenträger hermetisch abgedichtet, und er weist zuverlässig eine Langzeitfunktionalität auf. In der eingegossenen Position kann der RFID-Datenträger weder entfernt noch getauscht werden. Dadurch wird die gewünschte Verlustsicherheit und Fälschungssicherheit erreicht.
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Die Funktionalität von kunststoffbasierten Spritzguss- oder Pressteilen kann trotz des integrierten RFID-Datenträgers sicher hergestellt werden. Als Maßnahmen zur Sicherstellung der Bauteilfunktionalität kann beispielsweise eine erhöhte Materialstärke vorgesehen sein, oder es können den RFID-Datenträger durchdringende Kunststoffbrücken vorgesehen sein.
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Der RFID-Datenträger weist neben einem elektronischen Chip auch ein Trägersubstrat auf, welches beispielsweise die Antenne für den elektrischen Chip aufweist. Das Trägersubstrat und die Verbindung zwischen Chip und Trägersubstrat bestimmen zu einem wesentlichen Teil die Gesamtkosten des RFID-Datenträgers. Durch die Verwendung von Papier als Trägersubstrat, auf welches benötigte elektrische Leitungen und/oder Kontakte für den Chip gedruckt werden, können sehr kostengünstige RFID-Datenträger realisiert werden. Zudem wird durch den Einsatz von Papier eine ausgezeichnete Haftung zwischen RFID-Datenträger und Kunststoff erreicht.
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Zur Herstellung kunststoffbasierter Spritzguss- oder Pressteile kommen teilweise hohe Temperaturen zwischen 180°C und 460°C sowie hohe Drücke von beispielsweise 700 bar zum Einsatz. Bei der Herstellung des RFID-Datenträgers muss darauf geachtet werden, dass für diesen die verwendeten Spritzguss- oder Pressbedingungen zulässig sind.
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Die aufgezeichneten Prozessdaten sind Daten, die erfahrungsgemäß für eine Qualitätsüberwachung wichtig sind. Diese Daten können beispielsweise kritische Prozessparameter, wie Temperaturen oder Drücke, zeitliche Verläufe kritischer Prozessparameter, Angaben zum Werkstoff, beispielsweise dessen Feuchtigkeitsgehalt oder Zusammensetzung, sein. Es können aber auch andere Informationen, beispielsweise Anleitungen, Versionsnummern, Zuliefererinformationen, Maschineninformationen oder Bestellinformationen, hinterlegt sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils umfassen die Prozessdaten Maschinen-, Werkzeug- und/oder Werkstoffparameter, die während des Bauteilherstellungsprozesses vorlagen. Mitunter ist die Ursachenfindung für das Versagen von Bauteilen ein schwieriger und langwieriger Prozess. Die Ursachenfindung ist insbesondere dann schwierig, wenn Bauteile eine Qualitätsprüfung bestanden haben und erst nach einer langen Einsatzzeit ausfallen. Für solche Fälle hat es sich als günstig erwiesen, möglicherweise relevante Maschinen-, Werkzeug- und/oder Werkstoffparameter, die während des Bauteilherstellungsprozesses vorliegen, zu erfassen. Aus einer solchen Datenbasis ist es später möglich, aufgetretene Fehler auf ihre Ursache zu korrelieren. Die Fehlerursache kann dann zumindest für zukünftig hergestellte Produkte beseitigt werden. In einem anderen Beispiel kann eine auf betroffene Bauteile begrenzte Rückrufaktion durchgeführt werden. Durch die Speicherung der Prozessdaten in dem Bauteil kann die Reichweite der Qualitätsüberwachung von der Produktionsumgebung auf das Einsatzfeld der Bauteile erweitert werden.
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In einer günstigen Ausbildung eines erfindungsgemäßen Bauteils umfassen die Maschinen-, Werkzeug- und/oder Werkstoffparameter Temperatur- und/oder Druckwerte, Temperatur- und/oder Druckverläufe, einen Feuchtigkeitsgehalt des verarbeiteten Werkstoffes und/oder Parameter, die ein Verhalten des verarbeiteten Werkstoffes während der Verarbeitungszeit kennzeichnen. Die aufgeführten Daten sind speziell beim Kunststoffspritzgießen und Kunststoffpressen wichtige Daten. Diese Daten sind folglich für eine Qualitätsüberwachung bei der Kunststoffbauteilherstellung wesentlich. Die Prozessdaten sind jedoch nicht auf diese Daten beschränkt, sondern es können auch andere Daten gespeichert werden. Dies kann beispielsweise dann von Interesse sein, wenn das Kunststoffbauteil eine Komponente eines komplexeren Bauteils, wie eines Elektromotors, ist und auf dem RFID-Datenträger auch Herstellungsdaten von nicht aus Kunststoff bestehenden Bauteilen gespeichert werden sollen.
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Die oben genannte Aufgabe wird zudem durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen mit einem Bauteilkennzeichnungssystem gelöst, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Zuführeinrichtung für auf Papier gedruckte, beschreibbare RFID-Datenträger, eine Kunststoffguss- oder Kunststoffpressmaschine, in welcher pro herzustellendem Bauteil wenigstens einer der RFID-Datenträger in das Kunststoffmaterial des Bauteils integrierbar bzw. von dem Kunststoffmaterial umschließbar ist, ein Prozessdatenerfassungs- und -aufzeichnungssystem für während des Bauteilherstellungsprozesses vorliegende Prozessdaten und eine Datentransfereinrichtung aufweist, mit welcher die durch das Prozessdatenerfassungs- und -aufzeichnungssystem während des Bauteilherstellungsprozesses des jeweiligen Bauteils aufgezeichneten Prozessdaten auf den RFID-Datenträger schreibbar sind.
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Diese Vorrichtung ist geeignet, erfindungsgemäße Bauteile mit geringen Kosten zu produzieren. Die Zuführeinrichtung ist eine vorzugsweise automatisch arbeitende Anordnung, die vor einem Spritzgussvorgang oder Kunststoffpressvorgang einen RFID-Datenträger in die Kunststoffspritzguss- oder Kunststoffpressmaschine einbringt und dort positioniert. Die Kunststoffspritzgussmaschine oder die Kunststoffpressmaschine ist vorzugsweise mit verschiedenen Überwachungs-, Aufzeichnungs- und Steuerungsmitteln ausgestattet. Überwachungsmittel können beispielsweise Prozesserfassungseinrichtungen wie Sensoren oder Zähler für eine Einsatzzeit oder eine Einsatzanzahl der Maschine sein. Die erfassten Daten werden einerseits zur Steuerung und Regelung der Maschine verwendet, andererseits werden die Daten auch erfasst und aufgezeichnet, beispielsweise um sie im Rahmen eines Qualitätsmanagements weiterzuverwenden. Die Aufzeichnung kann auch periodisch erfolgen, beispielsweise um die Temperatur als Funktion der Zeit aufzuzeichnen.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Datentransfereinrichtung auf. Die Datentransfereinrichtung empfängt von dem Datenerfassungs- und -aufzeichnungssystem Daten, die neben einer Identifizierung des Bauteils erfasste Prozessdaten enthalten. Die Datentransfereinrichtung ist auch dafür ausgebildet, zu dem Bauteil gehörende Datensätze auf den RFID-Datenträger, der sich in dem Bauteil befindet, zu schreiben. Der RFID-Datenträger ist vorzugsweise nur einmalig beschreibbar, um Manipulationen zu vermeiden. Je nach Anwendung können jedoch auch mehrfach beschreibbare RFID-Datenträger oder RFID-Datenträger verwendet werden, bei denen mehrere Speicherbereiche unabhängig voneinander einmalig beschrieben werden können.
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In einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Herstellungsvorrichtung weist die Zuführeinrichtung einen Rollenspeicher auf, auf dem eine Vielzahl von RFID-Datenträgern nacheinander angeordnet ist. Das Abrollen der RFID-Datenträger von einer Rolle ist eine besonders einfache und zuverlässige Möglichkeit der Zuführung. Auf einer Rolle kann eine große Anzahl von RFID-Datenträgern bevorratet werden, wodurch ein unproblematischer Produktionsprozess von erfindungsgemäßen Bauteilen erreicht wird.
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In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Rollenspeicher einen automatischen Rollenspeicherwechselmechanismus auf. Der Rollenspeicherwechselmechanismus kann, nachdem ein Rollenspeicher verbraucht ist, einen neuen Rollenspeicher bereitstellen und in die Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen einführen. Der automatische Rollenspeicherwechselmechanismus kann entweder manuell oder über ein Handhabesystem mit neuen Rollenspeichern bestückt werden.
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In einem bevorzugten Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Rollenspeicher mit einer Datenträgervereinzelungsvorrichtung gekoppelt. In jedes Bauteil soll hier nur ein RFID-Datenträger integriert werden. Die Datenträgervereinzelungsvorrichtung weist ein Werkzeug zur Abtrennung eines RFID-Datenträgers von dem auf dem Rollenspeicher aufgewickelten Papierband auf, das beispielsweise ein Schneid- oder Stanzwerkzeug ist. Des Weiteren ist die Datenträgervereinzelungsvorrichtung so ausgebildet, dass der vereinzelte RFID-Datenträger in der Kunststoffspritzguss- oder Kunststoffpressmaschine richtig positionierbar ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Zuführeinrichtung oder die Kunststoffspritzguss- oder Kunststoffpressmaschine eine Befeuchtungseinheit für das Papier der RFID-Datenträger auf. RFID-Datenträger aus Papier können kostengünstig durch die Adhäsionskräfte von feuchtem Papier gehalten werden. Die Befeuchtungseinheit kann das Papier entsprechend befeuchten, sodass der RFID-Datenträger anschließend fixiert werden kann. In der Kunststoffspritzguss- oder Kunststoffpressmaschine ist in der Regel dann eine Verdunstung der Befeuchtungsflüssigkeit vorgesehen. Die Befeuchtungsflüssigkeit kann Wasser oder auch eine andere geeignete Flüssigkeit sein. Die Befeuchtungseinheit kann beispielsweise in Form einer Spritzdüse oder einer Anordnung von Flüssigkeitsaustritten ausgebildet sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Kunststoffspritzgussmaschine eine Mehrkomponentenspritzgussmaschine. Mit der Mehrkomponentenspritzgussmaschine kann der RFID-Datenträger beidseitig von Kunststoff umschlossen werden, sodass sich der RFID-Datenträger anschließend zwischen mindestens zwei Kunststoff- oder Pressschichten befindet.
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Vorzugsweise umfassen die Prozessdaten Maschinen-, Werkzeug- und/oder Werkstoffparameter, die während des Bauteilherstellungsprozesses vorlagen. Diese Parameter können beispielsweise Chargennummern des verwendeten Werkstoffes oder Kennzeichnungen der eingesetzten Maschine oder Werkzeuge sein. Des Weiteren können die Parameter auch Messwerte sein, die an den Maschinen, Werkzeugen oder Werkstoffen ermittelt wurden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Maschinen-, Werkzeug- und/oder Werkstoffparameter Temperatur- und/oder Druckwerte, Temperatur- und/oder Druckverläufe, einen Feuchtigkeitsgehalt des verarbeiteten Werkstoffes und/oder Parameter, die ein Verhalten des verarbeiteten Werkstoffes während der Verarbeitungszeit kennzeichnen. Temperaturen, Drücke, Temperaturverläufe, Druckverläufe und Feuchtigkeitsgehalte sind wichtige Überwachungsgrößen bei Prozessen in Kunststoffspritzguss- oder Kunststoffpressmaschinen. In diesen Maschinen ist auch das Verhalten des verarbeiteten Werkstoffes, beispielsweise dessen Fließverhalten, von Bedeutung. Zur Bauteilkennzeichnung von Kunststoffbauteilen werden deshalb diese Daten erfasst und auf den RFID-Datenträger geschrieben.
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Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert werden, wobei
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1 schematisch ein Spritzgussteil mit einem fest verbundenen RFID-Datenträger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 schematisch einen Abschnitt eines Papierbandes mit aufgedruckten RFID-Datenträgern eines erfindungsgemäßen Bauteils zeigt;
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3 schematisch eine Kunststoffspritzgussmaschine gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor der Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils zeigt; und
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4 die Kunststoffspritzgussmaschine aus 3 mit hergestelltem Bauteil zeigt.
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1 zeigt schematisch ein Spritzgussbauteil 7 gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils, das durch Spritzgießen von Kunststoff hergestellt worden ist. Dabei ist in das Spritzgussbauteil 7 ein als Bauteilkennzeichnungssystem dienender RFID-Datenträger 2 mit eingegossen wurden, wodurch der RFID-Datenträger 2 fest mit dem Spritzgussbauteil 7 verbunden ist. In nicht dargestellten Ausbildungen der Erfindung kann das erfindungsgemäße Bauteil mit dem Bauteilkennzeichnungssystem auch ein Kunststoffpressbauteil sein.
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2 zeigt schematisch den Ausschnitt eines Bandes aus Papier 11 mit aufgedruckten RFID-Datenträgern 2. Die aufgedruckten RFID-Datenträger 2 bestehen jeweils aus einem elektronischen Chip 12 und einer gedruckten Antenne 13. Durch das Drucken der Antenne 13 und der Anschlüsse der Antenne 13 für den Chip 12 auf das Papier 11 wird eine sehr kostengünstige Herstellung von RFID-Datenträgern 2 erreicht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Papier 11 bandförmig ausgebildet. In anderen, nicht dargestellten Ausführungen können auch separate Papiersubstrate für jeden RFID-Datenträger 2 zum Einsatz kommen.
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3 zeigt schematisch eine Kunststoffspritzgussmaschine 6 gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen mit einem Bauteilkennzeichnungssystem. An die Kunststoffspritzgussmaschine ist eine Zuführeinrichtung 4 für RFID-Datenträger, wie die RFID-Datenträger 2 aus 2, angeschlossen. Die Zuführeinrichtung 4 führt der Kunststoffspritzgussmaschine 6 ein Band von Papier 11 in einer Förderrichtung F von einem Rollenspeicher 1 über eine Umlenkrolle 3 zu. Auf dem Papier 11 sind die RFID-Datenträger 2 aufgedruckt. Die RFID-Datenträger 2 werden in einer Datenträgervereinzelungsvorrichtung 12 von dem Band aus Papier 11 abgetrennt. Der Rollenspeicher 1 gewährleistet eine kostengünstige und zuverlässige Bereitstellung der RFID-Datenträger 2.
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In einer nicht dargestellten Erweiterung der Erfindung kann der Rollenspeicher 1 auch einen automatischen Rollenspeicherwechselmechanismus aufweisen, um auch am Ende einer Rolle eine automatische Produktion zu gewährleisten.
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Die Kunststoffspritzgussmaschine 6 weist Werkzeuge 5, 5' auf, die zur Verarbeitung von Kunststoff, in dem dargestellten Beispiel zum Spritzgießen von Kunststoff, ausgebildet sind. Zum Spritzgießen wird das Werkzeugteil 5 in einer Richtung P in eine Arbeitsstellung verfahren, und das Werkzeugteil 5' wird in einer Richtung P' in seine Arbeitsstellung verfahren. In der Arbeitsstellung erfolgt dann das Kunststoffspritzgießen. Dabei wird in dem Bereich des Werkzeuges 5 der eingeführte RFID-Datenträger 2 so eingegossen, dass er fest mit dem hergestellten Bauteil, wie dem Spritzgussbauteil 7 aus 1, verbunden wird.
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Die Kunststoffspritzgussmaschine 6 weist eine Mess- und Steuereinrichtung 8 auf, die das Spritzgießverfahren in der Maschine steuert und regelt. In der Mess- und Steuereinrichtung 8 werden auch Messgrößen erfasst, die wesentlich für die Bauteilqualität und für die Verfahrensregelung und -steuerung sind. Des Weiteren sind in der Mess- und Steuereinrichtung 8 auch Maschinendaten und Werkzeugkennzeichnungen gespeichert. Die Mess- und Steuereinrichtung 8 ist mit einer Datentransfereinrichtung 9 gekoppelt, sodass die Mess- und Steuereinrichtung 8 über die Datentransfereinrichtung 9 die RFID-Datenträger 2 vorzugsweise bereits in der Kunststoffspritzgussmaschine 6 beschreiben kann.
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4 zeigt schematisch die Kunststoffspritzgussmaschine 6 aus 3 mit einem gerade hergestellten erfindungsgemäßen Bauteil 7, hier dem Spritzgussbauteil. Während der Herstellung des Spritzgussbauteils 7 wurden durch die Mess- und Steuereinrichtung 8 verfahrensrelevante Messwerte, wie Temperatur und Druck des eingespritzten Kunststoffes, periodisch gemessen. Am Ende des Herstellungsverfahrens liegen in der Mess- und Steuereinrichtung 8 die Zeitverläufe von Druck und Temperatur als Messwertreihen vor. Diese Daten werden gemeinsam mit weiteren Daten, die in dem ausgeführten Beispiel aus einer Kennzeichnung der Kunststoffspritzgussmaschine 6, aus Kennzeichnungen der Werkzeuge 5, 5', aus einer Chargenkennzeichnung des verwendeten Kunststoffes und aus einem Bauteilidentifizierungscode bestehen, als ein Datenpaket an die Datentransfereinrichtung 9 übergeben. Bei anderen, erfindungsgemäß einsetzbaren Kunststoffverarbeitungsmaschinen oder anderen geeigneten Produktionsmaschinen werden in der Mess- und Steuereinrichtung 8 die für die jeweiligen Maschinen relevanten Daten in analoger oder digitaler Form erfasst. Die Datentransfereinrichtung 9 überträgt die Daten mittels Radiofrequenzwellen 10 an den RFID-Datenträger 2, der sich in dem produzierten erfindungsgemäßen Bauteil befindet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der RFID-Datenträger 2 für eine kurze Übertragungsstrecke ausgelegt. In anderen, nicht dargestellten Fällen sind große oder sehr kurze Übertragungsstrecken vorgesehen.
