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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Formteilen und ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Formteilen, insbesondere von Formteilen aus einem Kunststoff, die in einem 3D-Druckverfahren hergestellt worden sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus der
DE 10 2014 112 508 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung, insbesondere zum Färben von Formteilen bekannt. Die Vorrichtung weist ein Behältnis zur Aufnahme des zu behandelnden Formteils auf. In dem Behältnis ist eine Kapselaufnahme zur Aufnahme einer Kapsel vorgesehen. In der Kapsel kann ein Farbstoff aufgenommen sein, mit dem das Formteil gefärbt werden soll. Zum Färben wird der Inhalt der Kapsel in das Innere des Behältnisses gegeben und in dem im Behältnis vorhandenen Wasser gelöst bzw. vermischt. Nach Abschluss des Färbevorganges wird die gesamte Färbelösung aus dem Behältnis abgelassen und einer Entsorgung zugeführt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, Lösungen bereitzustellen, mit denen das Oberflächenbehandlungsmittel, etwa eine Färbelösung, effizienter verwendet werden kann ohne hierbei Qualitätseinbußen bei der Oberflächenbehandlung hinnehmen zu müssen.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Formteilen und einem Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Formteilen nach den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bereitgestellt wird demnach eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Formteilen, umfassend
- - zumindest einen ersten Behälter zur Aufnahme eines fluidförmigen Oberflächenbehandlungsmittels,
- - einen zweiten Behälter zur Aufnahme der zu behandelnden Formteile und zumindest eines Teils des in dem ersten Behälter aufgenommenen Oberflächenbehandlungsmittels, wobei der erste Behälter mit dem zweiten Behälter in Fluidkommunikation bringbar ist,
- - eine Einrichtung zum Bewirken, dass Oberflächenbehandlungsmittel von dem einen Behälter in den anderen Behälter gelangt, und
- - eine Messeinrichtung, die angepasst ist, einen Füllstand des Oberflächenbehandlungsmittels in einem der Behälter zu detektieren.
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Die Einrichtung zum Bewirken, dass Oberflächenbehandlungsmittel von dem einen Behälter in den anderen Behälter gelangt, kann so ausgestaltet sein, dass sie bewirkt, dass Oberflächenbehandlungsmittel von dem ersten Behälter in den zweiten Behälter oder von dem zweiten Behälter in den ersten Behälter gelangt.
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Die Vorrichtung kann weiter eine Steuereinrichtung umfassen, die operativ mit der Messeinrichtung und der Einrichtung gekoppelt ist und angepasst ist, die Einrichtung in Abhängigkeit von dem durch die Messeinrichtung detektierten Füllstand zu steuern.
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Die Messeinrichtung kann angepasst sein, eine Anzahl von diskreten Füllständen des Oberflächenbehandlungsmittels in dem ersten Behälter und/oder in dem zweiten Behälter zu detektieren.
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Die Messeinrichtung kann eine Anzahl von Sensoren, insbesondere Schwimmschalter, umfassen, die jeweils angepasst sind einen diskreten Füllstand zu detektieren und die beabstandet zueinander in dem ersten Behälter und/oder in dem zweiten Behälter angeordnet sind.
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Die Messeinrichtung kann angepasst sein, kontinuierlich Füllstände des Oberflächenbehandlungsmittels in dem ersten Behälter und/oder in dem zweiten Behälter zu detektieren.
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Die Vorrichtung kann ferner zumindest eine schließbare Verbindung aufweisen, über die der erste Behälter mit dem zweiten Behälter in die Fluidkommunikation bringbar ist.
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Zwischen dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter kann zumindest ein steuerbares Ventil angeordnet sein, vorzugsweise in der zumindest einen schließbaren Verbindung, wobei das zumindest eine Ventil mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist und durch die Steuereinrichtung steuerbar ist.
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Die Einrichtung kann zumindest eine Beaufschlagungseinrichtung umfassen, die mit dem ersten Behälter und/oder mit dem zweiten Behälter gekoppelt ist und angepasst ist, einen Innenraum des ersten Behälters und/oder einen Innenraum des zweiten Behälters mit einem Überdruck und/oder einem Unterdruck zu beaufschlagen, um damit zu bewirken, dass das Oberflächenbehandlungsmittel von dem einen Behälter in den anderen Behälter gelangt.
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Die Einrichtung kann zumindest eine Förderpumpe umfassen, die zwischen dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter angeordnet ist und angepasst ist, das Oberflächenbehandlungsmittel von dem einen Behälter in den anderen Behälter zu pumpen.
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Die zumindest eine Förderpumpe kann in der zumindest einen schließbaren Verbindung angeordnet sein.
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Die Vorrichtung kann weiter eine Ablasseinrichtung umfassen, die angepasst ist, das in dem ersten Behälter und/oder in dem zweiten Behälter aufgenommene Oberflächenbehandlungsmittel zumindest teilweise abzulassen, wobei die Ablasseinrichtung vorzugsweise zumindest eine Pumpe und/oder zumindest ein Ablassventil umfasst.
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Vorteilhaft ist es, wenn der erste Behälter und/oder der zweite Behälter druckdicht ausgestaltet sind.
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Dem ersten Behälter und/oder dem zweiten Behälter können Heizmittel zugeordnet sein, mit denen das im ersten Behälter und/oder im zweiten Behälter aufgenommene Oberflächenbehandlungsmittel erwärmbar ist.
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In der zumindest einen schließbaren Verbindung kann ein Heizmittel angeordnet sein, mit dem das Oberflächenbehandlungsmittel erwärmbar ist, während es von dem einen Behälter in den anderen Behälter gelangt.
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Bereit gestellt wird ferner ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Formteilen, wobei
- - in einem ersten Behälter ein fluidförmiges Oberflächenbehandlungsmittels aufgenommen wird,
- - in einem zweiten Behälter das zu behandelnde Formteil aufgenommen wird,
- - mit einer Einrichtung das in dem ersten Behälter aufgenommene Oberflächenbehandlungsmittel zumindest teilweise von dem ersten Behälter in den zweiten Behälter gebracht wird, und
- - mit einer Messeinrichtung ein Füllstand des Oberflächenbehandlungsmittels in einem der beiden Behälter detektiert wird,
wobei mittels der Einrichtung solange Oberflächenbehandlungsmittel von dem ersten Behälter in den zweiten Behälter gebracht wird, bis die Messeinrichtung einen vorbestimmten Füllstand detektiert, und
wobei das zu behandelnde Formteil in dem zweiten Behälter mit dem in den zweiten Behälter gebrachten Oberflächenbehandlungsmittel behandelt wird.
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Nach einer vorbestimmten Oberflächenbehandlungsdauer kann mit der Einrichtung Oberflächenbehandlungsmittel von dem zweiten Behälter in den ersten Behälter gebracht werden.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn der erste Behälter mit der Einrichtung, die vorzugsweise eine Beaufschlagungseinrichtung umfasst, mit einem Überdruck beaufschlagt wird, um das Oberflächenbehandlungsmittel zumindest teilweise von dem ersten Behälter in den zweiten Behälter zu bringen.
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Während der Oberflächenbehandlung des Formteils kann der zweite Behälter mit einem Druck, vorzugsweise Überdruck, beaufschlagt werden.
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Die Messeinrichtung kann hierbei angepasst sein, Füllstände des Oberflächenbehandlungsmittels in dem ersten Behälter und/oder in dem zweiten Behälter zu detektieren, wobei
- - dem Oberflächenbehandlungsmittel vor der ersten Behandlung des Formteils mit dem Oberflächenbehandlungsmittel eine Punktezahl zugeordnet wird, die einer Maximalpunktezahl entspricht,
- - jedem Füllstand eine vorbestimmte Verbrauchspunktezahl zugeordnet wird, und
- - nach jedem Bringen von Oberflächenbehandlungsmittel von dem ersten Behälter in den zweiten Behälter die Punktezahl um jene Verbrauchspunktezahl reduziert wird, die dem von der Messeinrichtung detektierten Füllstand zugeordnet ist.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 4 eine noch weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 5 eine Ausgestaltung des ersten Behälters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 6 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand des Färbens von Oberflächen von Formteilen mit einer Färbelösung, insbesondere von Formteilen aus einem Kunststoff, die in einem 3D-Druckverfahren hergestellt worden sind, beschrieben. Die Erfindung ist allerdings nicht hierauf beschränkt. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es sich auch um eine Lösung handeln, in welcher anstelle oder zusätzlich zu den Farbstoffen andere, vorzugsweise organische, Stoffe gelöst sind, wobei die Stoffe mit dem zu behandelnden Bauteil wechselwirken können und damit an diesen binden, wodurch sich die Konzentration an gelösten Stoffen während der Behandlung verändert, vorzugsweise verringert.
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Oberflächenbehandlung, insbesondere zum Färben, von Formteilen F.
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Die Vorrichtung 1 umfasst zwei Behälter 10, 20, die über eine schließbare Verbindung 70 in Fluidkommunikation gebracht werden können.
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In einem ersten Behälter 10 wird ein fluidförmiges Oberflächenbehandlungsmittel OM, etwa ein in Wasser gelöster Farbstoff (Färbelösung) aufgenommen. Das Wasser kann demineralisiertes Wasser sein. Der Farbstoff kann hierbei mehrere unterschiedliche Farbstoffe umfassen, um eine bestimmte Farbe bereitzustellen, mit der das Formteil gefärbt werden soll. Die Art des Farbstoffes kann hierbei in Abhängigkeit vom Material des zu färbenden Formteils ausgewählt werden.
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Vorzugsweise ist der erste Behälter 10 als druckdichter Behälter ausgestaltet. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung muss der Behälter aber nicht notwendigerweise als druckdichter Behälter ausgestaltet sein, etwa dann, wenn zum Transport des Oberflächenbehandlungsmittels OM zwischen den beiden Behältern 10, 20 eine Förderpumpe 40c verwendet wird, wie mit Bezug auf 4 beschrieben wird. Der erste Behälter 10 wird nachfolgend auch als Vorratsbehälter bezeichnet.
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In dem zweiten Behälter 20 wird das zu färbende Formteil F eingebracht, wobei auch mehrere Formteile in den zweiten Behälter 20 eingebracht und gleichzeitig gefärbt werden können, wie beispielsweise in 2 und 3 gezeigt. Der zweite Behälter 20 wird nachfolgend auch als Färbebehälter bezeichnet. Zum Einbringen der Formteile F in den zweiten Behälter 20 kann ein Korb verwendet werden, in den die Formteile gelegt werden und der dann in den zweiten Behälter 20 eingebracht wird.
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Vorteilhaft ist es, wenn der zweite Behälter 20 druckdicht ausgestaltet ist, sodass der Prozess der Oberflächenbehandlung, beispielsweise des Färbens der Oberfläche bei erhöhtem Druck durchgeführt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Färbung bei erhöhtem Druck bessere Färbeergebnisse erzielt werden können und der Farbstoff an der Oberfläche des zu färbenden Formteils tiefer in das Material eindringt. Zudem hat sich gezeigt, dass bei einer Färbung bei erhöhtem Druck die Färbedauer deutlich reduziert werden kann, ohne dass Qualitätseinbußen hingenommen werden müssen. Der erhöhte Druck kann hierbei durch Erhitzen des Oberflächenbehandlungsmittels bzw. der Färbelösung und/oder durch Beaufschlagung des Behälters 20 mit einem Druck, beispielsweise mittels einer externen Einrichtung, erzeugt werden.
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Im zweiten Behälter 20 kann optional eine Rühreinrichtung 25 angeordnet sein, mit der das dem zweiten Behälter 20 zugeführte Oberflächenbehandlungsmittel OM bei Bedarf umgewälzt bzw. umgerührt werden kann, um etwa eine gleichmäßige Verteilung des Farbstoffes während des Färbevorganges zu gewährleisten.
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Die schließbare Verbindung 70 kann als Rohr, Schlauch oder dergleichen ausgestaltet sein und verbindet den Innenraum 11 des ersten Behälters 10 mit dem Innenraum 21 des zweiten Behälters 20. Vorzugsweise ist die schließbare Verbindung 70 druckdicht ausgestaltet. Über die schließbare Verbindung 70 kann der erste Behälter 10 mit dem zweiten Behälter 20 in Fluidkommunikation gebracht werden, sodass Oberflächenbehandlungsmittels OM von dem zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 oder von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 gelangen kann.
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An bzw. in der schließbaren Verbindung 70 kann eine Verschlusseinrichtung, etwa ein Ventil 80 angeordnet sein, mit der die beiden Innenkammern 11, 21 voneinander getrennt werden können. Das Ventil ist vorzugsweise druckbeständig ausgestaltet. Durch Öffnen des Ventils 80 kann Oberflächenbehandlungsmittels OM von dem zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 oder von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 gelangen.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung 1 eine Einrichtung 40 auf, mit dem bzw. mit der bewirkt wird, dass Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem einen Behälter 10, 20 in den anderen Behälter 20, 10 gelangt. Das heißt, dass mit der Einrichtung 40 bewirkt werden kann, dass Oberflächenbehandlungsmittel von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 oder von dem zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 gelangt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann es sich bei dieser Einrichtung 40 um eine Einrichtung handeln, mit der der Innenraum 11 des ersten Behälters 10 mit einem Druck beaufschlagt werden kann. Bei dem Druck kann es sich um einen Überdruck oder um einen Unterdruck handeln. Im Falle eines Überdruckes bewirkt dieser, dass das im Innenraum 11 des ersten Behälters 10 vorhandene Oberflächenbehandlungsmittel OM über die geöffnete Verbindung 70 zumindest teilweise in den Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 gelangt. Hierbei kann zunächst im Innenraum 11 des ersten Behälters 10 ein bestimmter Druck aufgebaut werden, bevor das Ventil 80 geöffnet wird. Es ist aber auch möglich, zunächst das Ventil 80 zu öffnen und anschließend den Druck im Innenraum 11 des ersten Behälters 10 zu erhöhen. In Abhängigkeit vom gewählten Druck gelangt so mehr oder weniger Oberflächenbehandlungsmittel OM in den zweiten Behälter 20.
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Wenn bei einem druckdichten zweiten Behälter 20 Oberflächenbehandlungsmittel OM in diesen zweiten Behälter 20 gelangt, dann wird dadurch bewirkt, dass auch im Innenraum des zweiten Behälters ein gewisser Überdruck erzeugt wird, der sich positiv auf das Färbeergebnis auswirken kann.
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Nachdem genügend Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 eingebracht wurde, kann das Ventil 80 geschlossen werden. Erfindungsgemäß muss also für einen Färbevorgang nicht das gesamte Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 eingebracht werden. Es kann also ausreichend sein, wenn nur ein Teil des im ersten Behälter 10 vorhandenen Oberflächenbehandlungsmittels OM in den zweiten Behälter 20 eingebracht wird.
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Das Ventil 80 bleibt dann solange geschlossen, bis der Färbevorgang in dem zweiten Behälter 20 abgeschlossen ist. Die Menge des in den zweiten Behälter 20 einzubringenden Oberflächenbehandlungsmittels OM hängt in erster Linie von der Gesamtfläche der Oberflächen der Formteile ab.
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Nach Abschluss des Färbevorganges wird das Ventil 80 geöffnet, damit das in dem zweiten Behälter 20 vorhandene Oberflächenbehandlungsmittel OM wieder in den ersten Behälter 10 gelangen kann. Hierzu kann der in dem ersten Behälter 10 erzeugte Überdruck wieder auf den Umgebungsdruck reduziert werden, sodass der in dem zweiten Behälter 20 vorhandene Überdruck ausreicht, um das in dem zweiten Behälter vorhandene Oberflächenbehandlungsmittel OM zumindest teilweise in den ersten Behälter 10 einzubringen. Sollte der Überdruck in dem zweiten Behälter 20 nicht ausreichen, um das Oberflächenbehandlungsmittel OM vollständig in den ersten Behälter 10 zu transportieren, kann mittels der Einrichtung 40 im Innenraum 11 des ersten Behälters 10 ein Unterdruck erzeugt werden, der ausreicht, um das restliche Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 zu „saugen“.
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Ist der zweite Behälter 20 nach dem Färbevorgang weitestgehend leer, wenn also das Oberflächenbehandlungsmittel OM weitestgehend wieder in den ersten Behälter 10 zurückgeführt wurde, kann das Ventil 80 wieder geschlossen werden.
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Das in dem zweiten Behälter 20 angeordnete und nunmehr gefärbte Formteil F kann getrocknet werden. Das Trocknen kann im Innenraum 21 des zweiten Behälters durchgeführt werden. Zum Trocken kann es vorteilhaft sein, den Innenraum 21 des zweiten Behälter 20 zu erwärmen, etwa mittels einer am oder im Behälter 21 angeordneten Heizeinrichtung (in 1 nicht gezeigt). Beispielsweise kann am zweiten Behälter 20 eine Heizmanschette vorgesehen sein. Alternativ kann dem Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 auch warme Luft zugeführt werden.
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Sofern der Färbevorgang in dem zweiten Behälter 20 bei Umgebungsdruck durchgeführt werden soll, kann es vorteilhaft sein, in dem Behälter 20 ein Überdruck- bzw. Ablassventil vorzusehen, damit der durch das Einbringen des Oberflächenbehandlungsmittel OM erzeugte Überdruck wieder reduziert wird. Das Überdruck- bzw. Ablassventil kann während des Färbevorganges öffenbar sein, sodass auch während des Färbevorganges ein gegebenenfalls erzeugter Überdruck reduziert werden kann.
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Es kann aber auch vorteilhaft sein, während des Einbringens des Oberflächenbehandlungsmittel OM den Druck im Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 auf Umgebungsdruck zu halten, ihn aber während des Färbevorganges ansteigen zu lassen und nur bei Überschreiten eines bestimmten Überdruckes einen Druckabbau vorzunehmen. Das Überdruck- bzw. Ablassventil kann hierbei so ausgestaltet sein, dass es während des Einbringens des Oberflächenbehandlungsmittel OM geöffnet ist und während des Färbevorganges nur bei einem bestimmten Überdruck öffnet. Das Überdruck- bzw. Ablassventil ist vorzugsweise steuerbar ausgestaltet. Im Innenraum 21 des zweiten Behälters kann ein Drucksensor vorgesehen sein.
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Mittels der gezeigten Vorrichtung 1 kann das Oberflächenbehandlungsmittel OM durch Rückführung in den ersten Behälter 10 für weitere Färbevorgänge wiederverwendet werden. Dadurch wird vermieden, dass das Oberflächenbehandlungsmittel einer Entsorgung zugeführt werden muss.
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Um lediglich eine bestimmte Menge an Oberflächenbehandlungsmittel aus dem ersten Behälter 10 dem zweiten Behälter 20 zuzuführen, ist erfindungsgemäß eine Messeinrichtung 50 zur Detektion eines Füllstandes des Oberflächenbehandlungsmittels vorgesehen.
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Bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist die Messeinrichtung 50 dem ersten Behälter 10 zugeordnet, d.h. aufgrund des detektierten Füllstandes in dem ersten Behälter 10 kann geschlossen werden, wieviel Oberflächenbehandlungsmittel sich in dem zweiten Behälter 20 befindet. Alternativ kann der Füllstand des Oberflächenbehandlungsmittels auch in dem zweiten Behälter 20 detektiert werden, wozu die Messeinrichtung 50 zur Detektion eines Füllstandes des Oberflächenbehandlungsmittels dem zweiten Behälter 20 zugeordnet sein kann.
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Bei der Messeinrichtung 50 zur Detektion eines Füllstandes des Oberflächenbehandlungsmittels kann es sich um eine Messeinrichtung handeln, mit der eine Anzahl von diskreten Füllständen des Oberflächenbehandlungsmittels OM in dem ersten Behälter 10 und/oder in dem zweiten Behälter 20 detektiert werden können. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 50 eine Anzahl von Sensoren, beispielsweise Schwimmschalter aufweisen, um eine Anzahl von diskreten Füllständen zu detektieren. In 1 ist eine Messeinrichtung 50 gezeigt, die vier als Schwimmschalter ausgestaltete Sensoren 51 aufweist.
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Alternativ zu einer Messeinrichtung, mit der diskrete Füllstände detektiert werden, kann auch eine Messeinrichtung vorgesehen werden, mit der Füllstände kontinuierlich detektiert werden können.
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Alternativ zu den genannten Schwimmschalter können sowohl für die diskrete als auch für die kontinuierliche Detektion der Füllstände beispielsweise Sensoren verwendet werden, mit denen Füllstände auf kapazitiver Basis detektiert werden können. Fernen können auch optische Sensoren verwendet werden, um einen Füllstand kontinuierlich zu detektieren.
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Für die vorliegende Erfindung ist es lediglich relevant, dass eine Messeinrichtung 50 zur Detektion eines Füllstandes in dem ersten Behälter und/oder in dem zweiten Behälter 20 vorgesehen ist.
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Der Füllstand in einem der beiden Behälter 10, 20 kann erfindungsgemäß also auch mittels einer Durchflussmessung in der schließbaren Verbindung 70 detektiert werden. Anhand des gemessenen Durchflusses kann auf den Füllstand in dem ersten und/oder zweiten Behälter geschlossen werden. Für die Durchflussmessung können an sich bekannte Durchflussmesseinrichtung vorgesehen werden.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Steuereinrichtung 60 auf, die mit der Messeinrichtung 50, mit der Einrichtung 40 und mit dem Ventil 80 der schließbaren Verbindung 70 gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung 60 ist vorzugsweise ausgestaltet die Einrichtung 40 in Abhängigkeit von der Messeinrichtung 50 zu steuern. So kann die Steuereinrichtung 60 die Einrichtung 40 veranlassen, den Innenraum 11 des ersten Behälters 10 so lange mit Druckluft zu beaufschlagen, bis im Innenraum 11 ein bestimmter Überdruck erreicht wird und/oder bis sich der Füllstand des Oberflächenbehandlungsmittels OM (bei geöffnetem Ventil 80) um einen bestimmten Wert reduziert hat.
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Alternativ kann die Steuereinrichtung 60 die Einrichtung 40 veranlassen, den Innenraum 11 des ersten Behälters 10 (bei geschlossenem Ventil 80) mit einem Druck zu beaufschlagen, der ausreichend wäre, weitgehend das gesamte Oberflächenbehandlungsmittel OM in den zweiten Behälter 20 zu transportieren, wenn das Ventil 82 geöffnet wird. In diesem Fall veranlasst die Steuereinrichtung 60 nach dem Druckaufbau das Öffnen und das anschließende Schließen des Ventils 80, wobei das Ventil 80 so lange geöffnet bleibt, bis sich der Füllstand des Oberflächenbehandlungsmittels OM um einen bestimmten Wert reduziert hat.
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In beiden Fällen wird nach Erreichen des gewünschten Füllstandes das Ventil 80 geschlossen, was ebenfalls durch die Steuereinrichtung 60 veranlasst wird.
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Nach Erreichen einer vorbestimmten Färbedauer, veranlasst die Steuereinrichtung 60 das Öffnen des Ventils 80. Zudem veranlasst die Steuereinrichtung 60 die Einrichtung 40 dazu, dass das in dem zweiten Behälter 20 vorhandene Oberflächenbehandlungsmittels OM wieder in den ersten Behälter 10 gelangt. Hierzu kann die Einrichtung 40 den Innenraum 11 des ersten Behälters 10 mit einem Unterdruck beaufschlagen, der bewirkt, dass Oberflächenbehandlungsmittel OM vom zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 „gesaugt“ wird. Das vollständige Rückführen des Oberflächenbehandlungsmittels OM von dem zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 kann mittels der Messeinrichtung 50 detektiert werden. Alternativ kann ein entsprechender Sensor in dem zweiten Behälter 20 vorgesehen sein, der dann ebenfalls mit der Steuereinrichtung 60 gekoppelt ist.
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Sobald das gesamte (oder weitgehend des gesamte) Oberflächenbehandlungsmittels OM in den ersten Behälter 10 zurückgeführt wurde veranlasst die Steuereinrichtung 60 das Schließen des Ventils 80.
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Der Färbevorgang ist nun abgeschlossen. Das gefärbte Formteil F kann nun getrocknet werden, was in dem zweiten Behälter 20 geschehen kann. Der Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 kann hierfür erwärmt werden, um den Trocknungsvorgang gegebenenfalls zu beschleunigen. Vor oder nach dem Trocknungsvorgang kann der Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 auf Umgebungsdruck gebracht werden. Vorzugsweise wird der Trocknungsvorgang ebenfalls von der Steuereinrichtung 60 überwacht und gesteuert. Die Steuereinrichtung 60 kann hierzu mit einer dem zweiten Behälter 20 zugeordneten Heizeinrichtung und mit einem in dem zweiten Behälter 20 angeordneten Temperaturfühler gekoppelt sein.
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Das gezielte Zuführen einer bestimmten Menge des Oberflächenbehandlungsmittels aus dem ersten Behälter 10 dem zweiten Behälter 20 hat den Vorteil, dass der Energieverbrauch, etwa zum Erzeugen des Überdruckes im Innenraum 11 des ersten Behälters 10, reduziert werden kann, da nur solange bzw. soviel Überdruck erzeugt werden muss, der für die gewünschte Menge ausreichend ist.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass mit einer bestimmten Gesamtmenge an Oberflächenbehandlungsmittel mehrere Färbungen d.h. mehrere Färbevorgänge durchgeführt werden können. Es können also mehr Färbungen mit jeweils einer Teilmenge der Färbelösung durchgeführt werden als Färbungen mit jeweils der gesamten Färbelösung. Da die in dem zweiten Behälter 20 verwendete Färbelösung nach dem Färbevorgang in den ersten Behälter 10 zurückgebracht wird und so wiederverwendet werden kann, kann zudem die Menge an Abwasser deutlich reduziert werden. Zudem können Färbevorgänge zeitlich effizienter durchgeführt werden, da das Herstellen der Färbelösung für jeden Färbevorgang entfällt.
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2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Oberflächenbehandlung von Formteilen F.
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Die Vorrichtung 1 gemäß 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß 1 im Wesentlichen nur in der konkreten Ausgestaltung der Einrichtung 40 und in der konkreten Anordnung der schließbaren Verbindung 70.
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Die Einrichtung 40 zum Bewirken, dass Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem einen Behälter 10, 20 in den anderen Behälter 20, 10 gelangt, umfasst hier zwei Beaufschlagungseinrichtungen 40a, 40b, wobei die erste Beaufschlagungseinrichtung 40a dem ersten Behälter 10 und die zweite Beaufschlagungseinrichtung 40b dem zweiten Behälter 20 zugeordnet sind und mit dem jeweiligen Behälter gekoppelt sind.
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Beide Beaufschlagungseinrichtungen 40a, 40b sind ausgestaltet den Innenraum 11, 21 des jeweiligen Behälters 10, 20 mit einem Druck (Überdruck und/oder Unterdruck) zu beaufschlagen. Die Beaufschlagungseinrichtungen 40a, 40b sind mit der Steuereinrichtung 60 gekoppelt und werden von dieser gesteuert.
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Um Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 zu bringen, kann die erste Beaufschlagungseinrichtung 40a von der Steuereinrichtung 60 veranlasst werden, den Innenraum 11 des ersten Behälters 10 mit einem Überdruck zu beaufschlagen, der bei geöffnetem Ventil 80 bewirkt, dass Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem ersten Behälter 10 über die Verbindung 70 in den zweiten Behälter gelangt. Optional kann zur Unterstützung des Transports des Oberflächenbehandlungsmittels OM der Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 mit der zweiten Beaufschlagungseinrichtung 40b mit einem Unterdruck beaufschlagt werden.
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Nachdem die gewünschte Menge an Oberflächenbehandlungsmittel OM in den zweiten Behälter 20 verbracht wurde, kann das Ventil 80 geschlossen werden und die beiden Beaufschlagungseinrichtungen 40a, 40b können abgeschaltet werden.
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Die zweite Beaufschlagungseinrichtung 40b kann aber auch dazu verwendet werden, den Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 mit einem Überdruck zu beaufschlagen, nachdem das Oberflächenbehandlungsmittel OM in den zweiten Behälter 20 gebracht wurde. Dadurch kann beispielsweise gewährleistet werden, dass der Färbevorgang bei einem bestimmten Überdruck durchgeführt wird. Die Steuereinrichtung 60 kann die zweite Beaufschlagungseinrichtung 40b aber auch so steuern, dass der Druck im Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 während des Färbevorganges einer bestimmten Druckkurve folgt.
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Wie die Ausführung gemäß 1 weist der erste Behälter 10 auch hier eine Messeinrichtung 50 zur Detektion des Füllstandes des Oberflächenbehandlungsmittels OM auf, die mehrere als Schwimmschalter 51 ausgestaltete Sensoren aufweist.
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Bei dem in 2 gezeigten Bespiel sind die unteren drei Schwimmschalter aktiviert, während die oberen zwei Schwimmschalter inaktiv sind, d.h. der Füllstand des Oberflächenbehandlungsmittels OM liegt unterhalb des unteren der beiden oberen Schwimmschalter und oberhalb des oberen der drei unteren Schwimmschalter.
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Nach Abschluss des Färbevorganges wird das Oberflächenbehandlungsmittel OM bei geöffnetem Ventil 80 von dem zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 gebracht. Hierzu kann der Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 mittels der zweiten Beaufschlagungseinrichtung 40b mit einem Überdruck beaufschlagt werden, der bewirkt, dass das Oberflächenbehandlungsmittel OM über die Verbindung 70 in den ersten Behälter 10 gebracht wird. Unterstützend kann der Innenraum 11 des ersten Behälters 10 mittels der ersten Beaufschlagungseinrichtung 40a mit einem Unterdruck beaufschlagt werden.
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Das Oberflächenbehandlungsmittel OM kann also auch hier für weitere Färbevorgänge wiederverwendet werden.
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Dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 sind hier jeweils Heizmittel 95 zugeordnet, um gegebenenfalls das Oberflächenbehandlungsmittel OM zu erwärmen. Das dem ersten Behälter 10 zugeordnete Heizmittel ist hier exemplarisch als Heizstab ausgestaltet, der in den Innenraum 11 des Behälters 10 ragt. Das dem zweiten Behälter 20 zugeordnete Heizmittel ist hier exemplarisch als Mantelheizung ausgestaltet. Ein Erwärmen des dem zweiten Behälter 20 zugeführten Oberflächenbehandlungsmittels OM kann auch mittels einer an der Verbindung 70 angeordneten Heizeinrichtung 95 bewerkstelligt werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Heizeinrichtungen 95 mit der Steuereinrichtung 60 gekoppelt sind, sodass sie von dieser gesteuert werden können. Weiter vorteilhaft kann es sein, wenn den beiden Behältern 10, 20 jeweils ein (hier nicht gezeigter) Temperaturfühler zugeordnet ist, die ebenfalls mit der Steuereinrichtung 60 gekoppelt sind.
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Das Oberflächenbehandlungsmittel OM kann vollständig aus dem ersten Behälter 10 entfernt werden, etwa wenn ein Färbevorgang mit einer anderen Farbe oder einem anderen Farbstoff durchgeführt werden muss. Hierzu weist der erste Behälter 10 eine Ablasseinrichtung 100 auf, über die das Oberflächenbehandlungsmittel OM abgelassen werden kann. Die Ablasseinrichtung kann eine Pumpe und /oder ein Ventil umfassen.
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Eine Ablasseinrichtung 100 kann auch in dem zweiten Behälter 20 vorgesehen sein, um Oberflächenbehandlungsmittel OM aus dem zweiten Behälter 20 abzulassen, etwa dann, wenn bereits klar ist, dass für die nächste Färbung eine andere Farbe bzw. ein anderer Farbstoff verwendet werden muss. Dadurch kann vermieden werden, dass das Oberflächenbehandlungsmittel OM zum Zwecke des Ablassens von dem zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 gebracht werden muss.
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Die den beiden Behältern 10, 20 zugeordneten Ablasseinrichtungen 100 können auch zum Ablassen von Reinigungsflüssigkeit verwendet werden, mit der die Behälter gereinigt werden.
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3 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Oberflächenbehandlung von Formteilen F.
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Die in 3 gezeigte Vorrichtung 1 entspricht im Wesentlichen der in 2 gezeigten Vorrichtung. Sie unterscheidet sich im Wesentlich nur in der Ausgestaltung der Einrichtung 40 zum Bewirken, dass Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem einen Behälter 10, 20 in den anderen Behälter 20, 10 gelangt. Die Einrichtung 40 umfasst hier eine Beaufschlagungseinrichtung, die über Leitungen mit dem ersten Behälter 10 und mit dem zweiten Behälter 20 gekoppelt ist. Die Beaufschlagungseinrichtung 40 ist angepasst, den Innenraum 11 des ersten Behälters 10 und/oder den Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 mit einem Druck (Überdruck oder Unterdruck) zu beaufschlagen. In der jeweiligen Leitung zwischen der Beaufschlagungseinrichtung 40 und dem Behälter 10, 20 ist ein von der Steuereinrichtung steuerbares Ventil 81, 82 angeordnet, das bei Bedarf geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
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Um einen Teil des Oberflächenbehandlungsmittels OM von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 zu bringen, wird das zwischen der Beaufschlagungseinrichtung 40 und dem ersten Behälter 10 angeordnete Ventil 81 geöffnet, während das zwischen der Beaufschlagungseinrichtung 40 und dem zweiten Behälter 20 angeordnete Ventil 82 geschlossen bleibt. Über das geöffnete Ventil 81 kann dann der Innenraum 11 des ersten Behälters 10 mit einem Überdruck beaufschlagt werden, der bewirkt, dass Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 gelangt (sofern das Ventil 80 in der Verbindung 70 geöffnet ist).
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Werden die beiden Ventile 81, 82 umgestellt, kann der Innenraum 21 des zweiten Behälters 20 mit einem Überdruck beaufschlagt werden, sodass das in dem zweiten Behälter 20 vorhandene Oberflächenbehandlungsmittel OM zurück in den ersten Behälter 10 gebracht werden kann.
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4 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Oberflächenbehandlung von Formteilen F.
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Die in 4 gezeigte Vorrichtung 1 unterscheidet sich von den in 1 bis 3 gezeigten Vorrichtungen in der Ausgestaltung der Einrichtung 40 zum Bewirken, dass Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem einen Behälter 10, 20 in den anderen Behälter 20, 10 gelangt. Die Einrichtung 40 umfasst hier eine Pumpeinrichtung 40c, die in der Verbindung 70 zwischen dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 angeordnet ist. Die Pumpeinrichtung 40c ist ferner mit der Steuereinrichtung 60 gekoppelt.
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Mittels der Pumpeinrichtung 40c kann Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 oder von dem zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 gepumpt werden. Die Menge des von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 zu pumpenden Oberflächenbehandlungsmittel OM kann auch hier von der Gesamtfläche der Oberflächen der zu behandelnden Formteile abhängen.
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Wieviel Oberflächenbehandlungsmittel OM bereits von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 gepumpt wurde, kann mittels der Messeinrichtung 50 detektiert werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Pumpeinrichtung 40c eine Durchflussmesseinrichtung aufweisen, mit der die bereits gepumpte Menge an Oberflächenbehandlungsmittel OM gemessen bzw. ermittelt werden kann. In diesem Fall kann auf die Messeinrichtung 50 gegebenenfalls verzichtet werden. Alternativ zur Pumpeinrichtung mit einer Durchflussmesseinrichtung können auch eine Pumpeinrichtung und eine von der Pumpeinrichtung separate Durchflussmesseinrichtung 50 in der Verbindung 70 vorgesehen werden.
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Zwischen den beiden Behältern 10, 20 und beidseitig der Pumpeinrichtung 40c können zudem in der Verbindung 70 Ventile 80 vorgesehen sein, wobei mindestens ein Ventil ausgangsseitig des ersten Behälters 10 und ein Ventil eingangsseitig des zweiten Behälters 20 angeordnet ist.
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In einer Ausgestaltung können auch zwei Verbindungen 70 vorgesehen sein, wobei in beiden Verbindungen jeweils eine Pumpe angeordnet ist. Eine Pumpe kann dann zum Fördern des Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 verwendet werden. Die andere Pumpe kann dann zum Fördem des Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem zweiten Behälter 20 in den ersten Behälter 10 verwendet werden
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5 zeigt eine Ausgestaltung bzw. Weiterbildung des ersten Behälters 10 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
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Der erste Behälter 10 weist eine Aufnahmevorrichtung 30 zur Aufnahme einer Farbkartusche 35 auf. Die Aufnahmevorrichtung 30 und die darin aufgenommene Farbkartusche 35 sind im Innenraum 11 des Behälters 10 angeordnet.
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Zum Herstellen des Oberflächenbehandlungsmittels OM bzw. einer Färbelösung wird der erste Behälter 10 zunächst mit einer vorbestimmten Menge an demineralisiertem Wasser befüllt.
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Anschließend wird, vorzugsweise bei geschlossenem Behälter 10, der Farbstoff aus der Farbkartusche 35 dem Wasser zugegeben. Hierzu kann die sich im Wasser befindliche Farbkartusche 35 aufgestochen werden und das Wasser kann den Farbstoff aus der Farbkartusche ausspülen. Zum Aufstechen können Spitzen vorgesehen sein, die eine Wandung der Farbkartusche durchstechen, wenn die Farbkartusche an die Spitzen herangeführt wird. Alternativ können die Spitzen bewegbar ausgestaltet sein, sodass sie eine Wandung der Farbkartusche durchstechen, wenn sie an die Farbkartusche herangeführt werden. Die Spitzen können als Düsen ausgestaltet sein, um nach dem Durchstechen der Wandung der Farbkartusche das Innere der Farbkartusche beispielswiese mit Wasser zu beaufschlagen, um den Farbstoff aus der Farbkartusche zu spülen.
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Vorteilhaft ist es, wenn in dem Behälter 10 eine Rühreinrichtung 26 angeordnet ist, mit der das Wasser und der Farbstoff solange durchgemischt werden können, bis ein homogenes Oberflächenbehandlungsmittel OM entstanden ist. Mit Hilfe der Rühreinrichtung 26 kann das Herausspülen des Farbstoffes aus der aufgestochenen Farbkartusche 35 zudem unterstützt werden.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Farbkartuschen mehrfach übersättigt sind, sodass beim Herstellen des Oberflächenbehandlungsmittels OM ein hochkonzentriertes Oberflächenbehandlungsmittel OM entsteht, dass für mehrere Färbevorgänge verwendet bzw. wiederverwendet werden kann.
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Wie oft ein so hergestelltes hochkonzentriertes Oberflächenbehandlungsmittel OM wiederverwendet werden kann, hängt beispielsweise beim Färben von Oberflächen von Formteilen aus einem Kunststoff, die in einem 3D-Druckverfahren hergestellt worden sind, von der Fläche der Oberflächen der zu färbenden Formteile ab.
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Im nachfolgenden Beispiel wird von einer fünffach übersättigten Farbkartusche mit einem bestimmten Volumen L (large) ausgegangen, mit der unter Verwendung der für dieses Volumen maximal möglichen Menge an Wasser ein hochkonzentriertes Oberflächenbehandlungsmittel OM bzw. eine hochkonzentrierte Färbelösung hergestellt wird. Das bedeutet, dass mit der so hergestellten Färbelösung fünfmal die maximale Fläche von Oberflächen von Formteilen gefärbt werden kann, bevor die Farbstoffkonzentration in der Färbelösung unterhalb eines vorbestimmten Wertes fällt. Das heißt, die Färbelösung kann mindestens fünfmal wiederverwendet werden, bevor sie einer Entsorgung zugeführt werden muss.
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Für kleinere Flächen von Oberflächen von Formteilen kann die so hergestellte Färbelösung erfindungsgemäß öfter als fünfmal verwendet werden.
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Um eine effiziente Verwendung bzw. Wiederverwendung der Färbelösung auch bei kleineren Oberflächen von Formteilen zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß ein Punktesystem vorgesehen, mit der die Steuersoftware der Vorrichtung 1 das Befüllen des zweiten Behälters 20 steuert.
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Das Punktesystem bzw. ein erfindungsgemäßes Verfahren, das das Punktesystem verwendet, wird nachfolgend mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben, wobei 6 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
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In einem ersten Schritt S10 wird der erste Behälter 10 befüllt. Das heißt, der erste Behälter 10 wird mit dem Oberflächenbehandlungsmittel OM, in diesem Beispiel eine Färbelösung aus demineralisiertem Wasser und Farbstoff, befüllt. Alternativ kann die Färbelösung auch in dem ersten Behälter 10 hergestellt werden, indem zunächst der Behälter 10 mit Wasser befüllt wird und anschließend dem Wasser der Farbstoff zugegeben wird, wie vorstehend beschrieben.
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Es kann so viel Färbelösung in den ersten Behälter 10 gegeben bzw. in dem ersten Behälter hergestellt werden, dass der oberste Schwimmschalter 51 aktiviert wird, der erste Behälter im Sinne der Erfindung also maximal befüllt ist. Je nach konkretem Anwendungsfall kann aber auch weniger Färbelösung in dem ersten Behälter 10 hergestellt werden, etwa nur so viel Färbelösung, dass einer der unteren Schwimmschalter 51 aktiviert wird.
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Wie oben erwähnt, können anstelle von Schwimmschaltern zur diskreten Detektion eines Füllstandes auch Sensoren vorgesehen werden, mit denen der Füllstand kontinuierliche detektiert werden kann. Demnach kann in dem ersten Behälter 10 auch so viel Färbelösung hergestellt werden, dass der Füllstand einen vorbestimmten Wert zwischen einem minimalen und einem maximalen Füllstand erreicht.
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Alternativ kann die Färbelösung auch in dem zweiten Behälter 20 hergestellt werden und nach der ersten Färbung in den ersten Behälter 10 gebracht werden.
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Erfindungsgemäß ist die Färbelösung mehrfach übersättigt, das heißt mit der Färbelösung können entsprechend mehrfach so viele Formteile F zuverlässig gefärbt werden als mit einer einfach gesättigten Färbelösung. Im vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Färbelösung 5-fach übersättigt ist, was demnach bedeutet, dass 5-mal so viele Teile gefärbt werden können als mit einer einfach gesättigten Färbelösung.
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Im nächsten Schritt S20 wird der Färbelösung eine Punktezahl P zugeordnet, die vor der ersten Färbung mit dieser Färbelösung einer Maximalpunktezahl Pmax entspricht. Im vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Maximalpunktezahl Pmax = 100 ist. Die Punktezahl P bzw. die Maximalpunktezahl Pmax wird vorzugsweise in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 60, die die Färbevorgänge steuert, hinterlegt.
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In dem nächsten Schritt S30 werden die zu färbenden Formteile F in den zweiten Behälter 20 gegeben und der zweite Behälter wird vorzugsweise luft- und druckdicht verschlossen.
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Der Benutzer der Vorrichtung 1 kann dann - im nächsten Schritt S40 - über eine Benutzerschnittstelle der Steuereinrichtung der Vorrichtung 1 mitteilen, wie viele Formteile F sich in dem zweiten Behälter 20 befinden, aus welchem Material diese gefertigt wurden und/oder welche Oberflächenbeschaffenheit an den Formteilen F vorliegt bzw. wieviel Färbelösung OM für das Färben dieser Formteile benötigt wird. Im vorliegenden Bespiel (wie in 5 beispielhaft gezeigt) wird für das Färben der Formteile die Menge S an Färbelösung benötigt. Die Menge an benötigter Färbelösung muss mindestens so gewählt werden, dass sich die Formteile während des Färbevorganges vollständig in der Färbelösung befinden oder vollständig in die Färbelösung gebracht werden können. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann mit Hilfe geeigneter Sensorik die Vorrichtung 1 nach dem Befüllen des zweiten Behälters 20 auch selbstständig feststellen, wie viele Formteile sich in dem zweiten Behälter befinden bzw. welche Menge an Färbelösung mindesten benötigt wird (etwa anhand der Füllhöhe der Formteile in dem zweiten Behälter). Die Information über die benötigte Menge an Färbelösung kann ebenfalls in der Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 60 hinterlegt werden.
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In diesem Beispiel sind mehrere diskrete Mengen an Färbelösung vorgesehen, aus denen ein Benutzer auswählen kann. Im vorliegenden Beispiel sind vier verschiedene Mengen an Färbelösung vorgesehen, nämlich die Mengen L (large), M (medium), S (small) und XS (extra small). Die Anzahl der möglichen Mengen an Färbelösung kann aber auch größer oder kleiner als vier sein. Letztlich hängt die Anzahl der möglichen Mengen an Färbelösung von der Anzahl der Sensoren bzw. Schwimmschalter 51 der Messeinrichtung 50 ab, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt.
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Informationen zu den möglichen Mengen an Färbelösung sind ebenfalls in der Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 60 hinterlegt.
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Bei Verwendung von Sensoren, die eine kontinuierliche Füllstandsmessung ermöglichen kann der Benutzer eine beliebige Menge zwischen dem minimalen und maximalen Füllstand auswählen.
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Erfindungsgemäß kann jeder Menge an Färbelösung eine Verbrauchspunktezahl Pv zugeordnet werden. Im vorliegenden Beispiel sind der Menge L die Verbrauchspunktezahl Pv = 20, der Menge M die Verbrauchspunktezahl Pv = 15, der Menge S die Verbrauchspunktezahl Pv = 10 und der Menge XS die Verbrauchspunktezahl Pv = 3 zugeordnet. Die Menge XS ist hierbei gleichzeitig die kleinste mögliche Menge Färbelösung, die zum Färben verwendet werden kann, sodass die dieser Menge zugeordnete Verbrauchspunktezahl Pv = 3 gleichzeitig auch die kleinste mögliche Verbrauchspunktezahl Pvmin ist.
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Die Verbrauchspunktezahlen Pv und die Zuordnung zu den jeweiligen Mengen an Färbelösung sind ebenfalls in der Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 60 hinterlegt.
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Die einzelnen Verbrauchspunktezahlen Pv und deren Zuordnung zu den jeweiligen Mengen an Färbelösung können fest in der Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 60 hinterlegt sein. Alternativ können sie auch für jede der hergestellten Färbelösung neu in der Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 60 hinterlegt werden. Vorteilhaft ist hierbei, wenn die jeweiligen Werte und deren Zuordnung beispielsweise mittels von der Färbekartusche auslesbaren Daten bereitgestellt werden. die Färbekartusche kann hierbei beispielsweise einen RFID-Tag aufweisen, auf dem die entsprechenden Informationen gespeichert sind und der etwa beim Einbringen der Farbkartusche in den ersten Behälter von einer Leseeinheit ausgelesen wird.
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Werden anstelle von diskreten Füllhöhen kontinuierliche Füllhöhen detektiert, kann anstelle von Verbrauchspunktezahlen Pv auch eine Verbrauchspunktekurve in der Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 60 hinterlegt werden, bei der jeder Punkt der Kurve eine Verbrauchspunktezahl für eine Menge an Färbelösung repräsentiert. Auch diese Verbrauchspunktekurve kann vorteilhafter Weise über von der Färbekartusche auslesbaren Daten bereitgestellt werden.
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Im vorliegenden Beispiel sind nach dem Schritt S40 in der Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 60 folgende Informationen hinterlegt bzw. hinterlegt worden:
| P = Pmax = 100 |
| Menge L | ← | Pv = 20 |
| Menge M | ← | Pv = 15 |
| Menge S | ← | Pv = 10 |
| Menge XS | ← | Pv = 3 (=Pvmin) |
| benötigte Menge Färbelösung = S |
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In dem Schritt S45 prüft nun die Steuereinrichtung 60 bzw. eine Steuersoftware der Steuereinrichtung, ob die Punktezahl P ausreichend groß ist, um mit der benötigten Menge Färbelösung eine ausreichend gute Färbung durchführen zu können. Hierbei wird geprüft, ob die Punktezahl P abzüglich der Verbrauchspunktezahl Pv, die der benötigten Menge Färbelösung zugeordnet ist, größer als Null ist (ist P - Pv > 0?).
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Ist P - Pv ≥ 0 kann mit dem nächsten Schritt S50 fortgefahren werden.
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Ist P - Pv < 0 kann keine ausreichend gute Färbung gewährleistet werden. Die Anzahl der zu färbenden Formteile muss reduziert werden (Schritt S46), um die benötigte Menge Färbelösung ebenfalls zu reduzieren. Die dann benötigte Menge Färbelösung kann dann im Schritt S40 erneut ermittelt werden. Alternativ muss die im ersten Behälter vorhandene Färbelösung ausgetauscht werden, womit das Verfahren von vorne beginnt. Wird die Färbelösung ausgetauscht, wird der Punktezahl P wieder die Maximalpunktezahl Pmax zugeordnet.
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Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass P - Pv > 0 ist.
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Anhand der in der Speichereinrichtung gespeicherten Informationen kann die Steuereinrichtung 60 bzw. die Steuersoftware der Steuereinrichtung den nachfolgenden Färbevorgang steuern.
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In dem Schritt S50 wird die benötigte Menge an Färbelösung von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 gebracht. Dies kann mit einer Einrichtung 40 bewirkt werden, wie mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. Für das vorliegende Bespiel wird davon ausgegangen, dass als Einrichtung 40 eine Beaufschlagungseinrichtung vorgesehen ist, wie in 1 gezeigt.
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Zunächst veranlasst die Steuereinrichtung 60 das Öffnen des Ventils 80, das in der schließbaren Verbindung 70 zwischen den beiden Behältern 10, 20 angeordnet ist. Je nach Verlauf der schließbaren Verbindung 70 kann nun ein Teil der Färbelösung OM (schwerkraftbedingt) über die schließbare Verbindung 70 von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 überführt werden. Vorzugsweise veranlasst die Steuereinrichtung 60 die Beaufschlagungseinrichtung 40 dazu, den ersten Behälter 10 mit einem Überdruck zu beaufschlagen, damit die Färbelösung bedingt durch diesen Überdruck von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 gebracht wird.
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Während des Überführens von Färbelösung von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 überwacht die Steuereinrichtung 60 mit Hilfe der Sensoren bzw. Schwimmschalter 51 die Füllhöhe der Färbelösung OM in dem ersten Behälter 10. Wird jener Schwimmschalter deaktiviert (oder aktiviert, was von der konkreten Ausgestaltung des Schwimmschalters abhängt), der indikativ für die benötigte Menge Färbelösung ist, dann veranlasst die Steuereinrichtung 60 das Schließen des Ventils 80, sodass keine weitere Färbelösung mehr in den zweiten Behälter gelangen kann. Gleichzeitig kann die Steuereinrichtung 60 die Beaufschlagungseinrichtung 40 dazu veranlassen, die Beaufschlagung des ersten Behälters 10 mit einem Überdruck zu beenden, beispielsweise durch Schließen eines Ventils in der Druckluftzuleitung.
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Im vorliegenden Beispiel wird bei Deaktivierung des Schwimmschalters 51.3 das Überführen von Färbelösung von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 gestoppt, da die Deaktivierung des Schwimmschalters 51.3 indikativ für die benötigte Menge S an Färbelösung ist.
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Im nächsten Schritt S60 wird dann die Punktezahl P entsprechend der von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 gebrachten Menge an Färbelösung angepasst, indem die Punktezahl P um die dieser Menge zugeordneten Verbrauchspunktezahl reduziert wird (P = P - Pv). Im vorliegenden Beispiel wurde die Menge S von dem ersten Behälter 10 in den zweiten Behälter 20 gebracht, wobei der Menge S die Verbrauchspunktezahl Pv = 10 zugeordnet ist. P erhält nun den Wert 90 (P = 100 - 10 = 90). Der neue bzw. angepasste Wert für P wird wiederum in der Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 60 gespeichert.
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Nun kann in dem Schritt S70 im zweiten Behälter 20 die Färbung der dort eingebrachten Formteile mit der in den zweiten Behälter 20 eingebrachten Menge Färbelösung durchgeführt werden. Der Färbevorgang wird über einen vorbestimmten Zeitraum durchgeführt. Die Färbedauer hängt hierbei im Wesentlichen von den Eigenschaften der Färbelösung und/oder von dem Material und der Oberflächenbeschaffung der zu färbenden Formteile und/oder von der gewünschten Eindringtiefe des Farbstoffes in die Oberfläche des Formteils ab.
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Nach Abschluss des Färbevorganges in dem Schritt S70 wird in dem Schritt S80 die in dem zweiten Behälter 20 vorhandene Färbelösung in den ersten Behälter 10 zurückgeführt. Dies kann mit einer Einrichtung 40 bewirkt werden, wie mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. So kann etwa das Ventil 80 geöffnet werden und der zweite Behälter 20 kann mit einem Überdruck beaufschlagt werden und/oder der erste Behälter 10 kann mit einem Unterdruck beaufschlagt.
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Beim Rückführen der Färbelösung in den ersten Behälter kann die Färbelösung mit Hilfe eines Filters bzw. Filtersystems 75 gefiltert werden, um etwa in der Färbelösung vorhandene Kunststoffpartikel, die sich von der Oberfläche der Formteile gelöst haben, herauszufiltern. Der Filter 75 kann in der schließbaren Verbindung 70 angeordneten sein.
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Vor der Entnahme der gefärbten Formteile aus dem zweiten Behälter 20 in dem Schritt S90 können diese in dem zweiten Behälter getrocknet werden, etwa indem der zweite Behälter beheizt wird und/oder (bei geschlossenem Ventil 80) mit einem Vakuum beaufschlagt wird.
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Erfindungsgemäß wird nun in dem Schritt S100 von der Steuereinrichtung 60 geprüft, ob die Punktezahl P, die in dem Schritt S60 angepasst wurde, für eine weitere Färbung ausreichend ist. Das bedeutet, dass geprüft wird, ob die aktuelle Punktezahl P abzüglich der kleinsten in der Speichereinrichtung hinterlegten Verbrauchspunktezahlen Pv größer oder gleich Null ist (ist P - Pvmin ≥ 0?). Ist P - Pvmin ≥ 0 kann die Steuereinrichtung daraus schließen, dass mindestens eine weitere Färbung mit der kleinsten möglichen Menge Färbelösung (im vorliegenden Beispiel die Menge XS) ausreichend gut durchgeführt werden kann.
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Im vorliegenden Beispiel hat die Verbrauchspunktezahl P nach dem ersten Färbevorgang den Wert P = 100-10 = 90 und die kleinste mögliche Verbrauchspunktezahl hat den Wert Pvmin = 3. Die Überprüfung im Schritt S100 ergibt also, dass P - Pvmin = 87, also größer oder gleich Null ist. Das Verfahren kann nun mit dem Schritt S30 fortgesetzt werden, um weitere Formteile mit der bereits für eine Färbung verwendete Färbelösung zu färben.
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Ergibt die Überprüfung im Schritt S100, dass P - Pvmin < 0 ist, kann mit Schritt S110 fortgefahren werden, in dem die in dem ersten Behälter 10 vorhandene Färbelösung durch eine neue Färbelösung ersetzt wird. Das Verfahren wird dann mit dem Schritt S20 fortgesetzt, um der neuen Färbelösung eine neue Punktezahl P zuzuordnen.
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Erfindungsgemäß kann ein und dieselbe Färbelösung solange für verschiedene Färbevorgänge wiederverwendet werden, bis die Punktezahl P nach einer Färbung den Wert Pvmin unterschreitet.
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In nachfolgender Tabelle soll dies anhand der oben für das vorliegende Beispiel verwendeten Werte verdeutlicht werden:
| | Pv | P | P - Pvmin ≤ 0 |
| Initialisierung | - | 100 | - |
| 1. Färbung mit Menge L | 20 | 80 | Nein |
| 2. Färbung mit Menge L | 20 | 60 | Nein |
| 3. Färbung mit Menge XS | 3 | 57 | Nein |
| 4. Färbung mit Menge L | 20 | 37 | Nein |
| 5. Färbung mit Menge M | 15 | 22 | Nein |
| 6. Färbung mit Menge S | 10 | 12 | Nein |
| 7. Färbung mit Menge S | 10 | 2 | Ja |
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Nach der 7. Färbung beträgt der aktuelle Wert P = 2. P ist somit nach der 7. Färbung kleiner als 3 (Pvmin), sodass in der Folge keine sichere bzw. ausreichend gute Färbung mehr gewährleistet werden kann. Die Färbelösung muss dann ersetzt werden.
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Wie vorstehend beschrieben, kann der Farbstoff mittels einer Kartusche 35 in den ersten Behälter oder in den zweiten Behälter eingebracht werden. Auf der Kartusche können alle notwendigen Informationen gespeichert sein, etwa auf einem RFID Tag, die von einer RFID Leseeinrichtung der Vorrichtung ausgelesen werden können und die notwendig sind, um beim erstmaligen Herstellen der Färbelösung oder beim Auffrischen der Färbelösung den initialen Wert für P festzulegen und in der Speichereinrichtung zu speichern.
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Vorstehend ist die Erfindung anhand einer Vorrichtung beschrieben worden, die einen ersten Behälter 10 umfasst. Erfindungsgemäß können aber auch mehrere erste Behälter 10 vorgesehen sein, die jeweils in Fluidkommunikation mit dem zweiten Behälter 20 gebracht werden können. So können die in den zweiten Behälter eingebrachten Formteile mit unterschiedlichen Oberflächenbehandlungsmitteln behandelt werden, beispielsweise mit einer Färbelösung aus dem einen ersten Behälter 10 und mit einer Imprägnierlösung aus dem anderen ersten Behälter 10. Für jeden der ersten Behälter 10 kann beim Überführen des jeweiligen Oberflächenbehandlungsmittels in den zweiten Behälter 20 das vorstehend beschriebene Punktesystem angewandt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung
- 10
- erster Behälter bzw. Vorratsbehälter
- 11
- Innenraum des ersten Behälters 10
- 20
- zweiter Behälter
- 21
- Innenraum des zweiten Behälters 20
- 25, 26
- Rühreinrichtung
- 30
- Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme einer Farbkartusche 35
- 35
- Farbkartusche
- 40
- Einrichtung zum Bewirken, dass Oberflächenbehandlungsmittel OM von dem einen Behälter in den anderen Behälter gelangt
- 40a; 40b
- Beaufschlagungseinrichtung (Einrichtung 40)
- 40c
- Förderpumpe (Einrichtung 40)
- 50
- Messeinrichtung zur Detektion eines Füllstandes
- 51
- Sensoren, z.B. Schwimmschalter
- 60
- Steuereinrichtung
- 70
- schließbare Verbindung, z.B. Rohr, Schlauch, zwischen erstem Behälter 10 und zweitem Behälter 20
- 75
- Filter
- 80
- Ventil in der schließbaren Verbindung 70
- 81, 82
- Ventile zwischen der Einrichtung 40 und den Behältern 10, 20
- 95
- Heizmittel, z.B. Manschettenheizung, Heizstab
- 100
- Ablasseinrichtung, z.B. Ablassventil oder Pumpe
- K
- Korb
- F
- Formteil(e)
- OM
- Oberflächenbehandlungsmittel
- S1 - S110
- Schritte des Verfahrens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014112508 A1 [0002]
