DE102007030075A1

DE102007030075A1 - Reinigungssystem für verunreinigte Gegenstände und Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen, insbesondere Speiseresten, auf einer Fläche

Info

Publication number: DE102007030075A1
Application number: DE200710030075
Authority: DE
Inventors: Egbert Classen; Thomas Dr. Rebhan
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen und Desinfizieren von Geschirr, Besteck, Zubereitungseinrichtungen für Nahrungs- und Genussmittel sowie Gegenstände für medizinische Anwendungen mittels gepulster oder kontinuierlicher elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laser-UV-Strahlung, beschrieben. Um die gewünschte Reinigungswirkung zu erzielen und keine Beschädigung an den zu reinigenden Gegenständen hervorzurufen, ist erfindungsgemäß eine Einrichtung zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen, welche Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge abgeben kann. Hierzu kann die Einrichtung über eine Mehrzahl an Strahlungsquellen mit jeweils einer festen, voneinander unterschiedlichen Wellenlänge verfügen. Daneben ist die Verwendung einer Strahlenquelle denkbar, die auf verschiedene Wellenlängen anpassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reinigungssystem für verunreinigte Gegenstände mit einer Einrichtung zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung auf eine mit Verunreinigungen versehene Fläche des zu reinigenden Gegenstandes.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen, insbesondere Speiseresten, auf einer Fläche, insbesondere aus Metall, Keramik, Kunststoff, Glas, wobei zum Entfernen auf der Fläche befindlicher Verunreinigungen die Fläche mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird.
Zum Reinigungen von Geschirr, Besteck und anderen Gegenständen werden heutzutage Geschirrspülmaschinen verwendet, die das Reinigen unter Aufwendung von Wasser, Tensiden und Heizenergie vornehmen. Der Reinigungseffekt wird bei diesen auf mechanische Weise bewirkt. In der optischen Industrie sind weiterhin Ultraschallreinigungsgeräte im Einsatz, welche ebenfalls Wasser als Reinigungsmedium verwenden. Vorrichtungen, die zum Reinigen Wasser verwenden, bedürfen jedoch aufwendiger Dichtungsmaßnahmen, damit während eines Reinigungs- oder Spülvorganges kein Wasser aus dem Gerät austreten kann.
Wünschenswert wäre deshalb ein Reinigungssystem, welches eine gute Reinigungswirkung auch ohne die Verwendung von Wasser als primäres Reinigungsmedium bereitstellen könnte.
Aus der DE 42 16 229 A1 ist eine Einzelgeschirrspülmaschine bekannt, die zusätzlich zu einer Reinigung des Spülguts mit Wasser zur Beseitigung von Verschmutzungen die Anwendung physikalischer Effekte vorsieht. Die Anwendung physikalischer Effekte umfasst dabei Ultraschall, Laser, thermische Strahlung sowie UV-Sterilisation. Die Geschirrspülmaschine der DE 42 16 229 A1 weist den Nachteil auf, dass das Spülen von Spülgut unter Aufwendung von erhitztem Wasser erfolgen soll. Hierbei ergeben sich die gleichen Schwierigkeiten, wie sie eingangs erwähnt wurden. Es sind aufwendige Dichtungsmaßnahmen notwendig, um zu verhindern, dass Wasser während des Spülvorganges aus der Geschirrspülmaschine austritt. Weiterhin ist die Aufwendung von Chemikalien zur Erzielung einer guten Reinigung und zum Abtöten von Bakterien notwendig.
Zum Abtöten von Mikroorganismen auf einer festen Fläche, die wärmeempfindlich ist, schlägt die EP 0 579 679 B1 ein Verfahren vor, bei dem auf der Fläche befindliche Mikroorganismen mit Laser-UV-Strahlung einer bakteriziden Wellenlänge bestrahlt werden.
Ein Entkeimungssystem mit einer Einrichtung zur Abgabe von UV-Strahlung ist ebenfalls aus der DE 195 44 392 A1 bekannt. Die Einrichtung zur Abgabe von UV-Strahlung kann dabei als UV-Laser ausgebildet sein.
Die in der EP 0 579 679 B1 und der DE 195 44 392 A1 beschriebenen Gegenstände sind zum Reinigen von verunreinigten Gegenständen, mit z. B. Speiseresten, nicht ausgelegt. Durch das Bestrahlen von Gegenständen zwecks Abtöten von Mikroorganismen und Entkeimen von medizinischem Gerät ist davon auszugehen, dass die Gegenstände beim Einführen in die dafür vorgesehenen Vorrichtungen äußerlich bereits gereinigt sind. Die Bestrahlung erfolgt lediglich zu dem Zweck, keimfreie Oberflächen der zu behandelnden Gegenstände zu erreichen. Darüber hinaus sind die Vorrichtungen zum Behandeln jeweils definierter Gegenstände (hinsichtlich deren Gestalt sowie deren Materialgestaltung) ausgebildet. Soll ein Reinigungssystem für eine Vielzahl an unterschiedlich gestalteten Gegenständen, gegebenenfalls mit verschiedenartigen Werkstoffen, und mit unterschiedlichsten Verunreinigungen, sind die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen nicht geeignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Reinigungssystem für verunreinigte Gegenstände sowie ein Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen, insbesondere Speiseresten, anzugeben, welche zur Reinigung unterschiedlichster Gegenstände geeignet sind.
Diese Aufgabe wird mit einem Reinigungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie mit einem Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen mit den Merkmalen des Patentanspruches 21 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Das erfindungsgemäße Reinigungssystem für verunreinigte Gegenstände weist eine Einrichtung zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung auf, welche auf eine mit Verunreinigungen versehene Fläche des zu reinigenden Gegenstandes gerichtet wird. Dies erlaubt eine Trockenreinigung von verunreinigten Gegenständen, insbesondere von Spülgut wie Tassen oder Tellern von Speiseresten ohne den Einsatz von Wasser bzw. mit Reinigungs- und/oder Trocknungsmitteln versetztes Wasser. Somit weist das erfindungsgemäße Reinigungssystem einen besonders einfachen Aufbau ohne ein Hydrauliksystem zum Umwälzen von Wasser bzw. mit Reinigungs- und/oder Trocknungsmitteln versetzten Wasser auf und weist auch keine Trocknungseinrichtung zum Trocknen der zu reinigenden Gegenstände auf.
Erfindungsgemäß weist die Einrichtung zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung eine Mehrzahl an Strahlungsquellen mit jeweils einer festen, voneinander unterschiedlichen Wellenlänge und/oder eine Strahlungsquelle, die auf unterschiedliche Wellenlängen anpassbar ist, auf.
Der Reinigungseffekt beim Beaufschlagen eines verunreinigten Gegenstandes mit elektromagnetischer Strahlung beruht auf einer Ablation, bei der die Verunreinigungen in einen gasförmigen Zustand überführt werden. Je nach von der Strahlungsquelle abgegebener Wellenlänge und der von der Strahlungsquelle hervorgerufenen Leistungsdichte am Grenzübergang der Fläche des Gegenstandes und der Verunreinigung kann es unter Umständen auch zu einem Abtragen von Werkstoff des Gegenstandes kommen. Dies kann nur dadurch vermieden werden, dass die von der Einrichtung zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung abgegebene Wellenlänge an den Werkstoff der Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes angepasst ist. Das Vorsehen einer Mehrzahl an Strahlungsquellen mit einer jeweils festen, jedoch voneinander unterschiedlichen Wellenlänge und/oder einer auf verschiedene Wellenlängen anpassbaren einzigen Strahlungsquelle ermöglicht die Reinigung von verunreinigten Gegenständen aus unterschiedlichen Werkstoffen oder Materialien. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung kann situationsangepasst eine Bestrahlung der verunreinigten Fläche mit einer geeigneten Wellenlänge erfolgen.
Darüber hinaus weist ein Reinigungssystem, dessen Reinigungswirkung auf elektromagnetischer Strahlung beruht, den Vorteil auf, dass zur Reinigung kein Wasser notwendig ist, so dass auf ein aufwendiges Dichtungssystem in dem Reinigungssystem verzichtet werden kann. Das Reinigungssystem benötigt damit auch keinen Wasseranschluss und ist deshalb hinsichtlich seiner Aufstellung wesentlich flexibler als herkömmliche Reinigungssysteme, wie z. B. Geschirrspülmaschinen. Die Reinigung kann darüber hinaus ohne Verwendung von Chemikalien erfolgen. Neben einer guten Reinigung der verunreinigten Flächen des Gegenstandes ist weiterhin eine optimale Hygiene sichergestellt.
In einer Ausgestaltung umfasst das Reinigungssystem eine Einrichtung zum Einstellen der für den Reinigungsvorgang verwendeten, d. h. zu verwendenden, Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, wobei die Wellenlänge an den Werkstoff der Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes angepasst ist. Die Einrichtung zum Einstellen der für den Reinigungsvorgang verwendeten Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung kann z. B. eine bestimmte Strahlungsquelle der Mehrzahl an Strahlungsquellen mit einer festen Wellenlänge auswählen bzw. ansteuern. Die Einrichtung kann, sofern die Strahlungsquelle auf verschiedene Wellenlängen anpassbar ist, wie z. B. bei einem Farbstofflaser, die Erzeugung der geeigneten Wellenlänge der Strahlungsquelle bewirken.
Um eine optimale Reinigungswirkung zu erzielen, ist eine Einrichtung zum Erfassen der Art und/oder Hüllfläche und/oder der Geometrie und/oder des Werkstoffs des zu reinigenden Gegenstandes vorgesehen. Dies kann durch das Vorsehen entsprechender Sensoren, z. B. optischer, klanglicher, chemischer oder sonstiger Sensoren erfolgen. Während die Detektion des Werkstoffs des zu reinigenden Gegenstandes für die Bestimmung der geeigneten Wellenlänge dient, kann das Erfassen der Art, der Hüllfläche sowie der Geometrie des zu reinigenden Gegenstandes für die Festlegung der von der Strahlungsquelle abgegebenen Energie sowie der Strahlführung herangezogen werden.
Als Strahlungsquelle wird bevorzugt ein Laser eingesetzt. Dieser kann dazu ausgebildet sein, Licht im sichtbaren oder auch im nicht-sichtbaren Bereich abzugeben. Bevorzugt emittiert die Strahlungsquelle Laser-UV-Strahlung. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Laser ein Diodenlaser ist. Zur Bestrahlung einer größeren Fläche ist es vorteilhaft, wenn der Laser ein Diodenarray aufweist. Die von der Strahlungsquelle abgegebene Strahlung kann dabei in gepulster oder in kontinuierlicher Form (continuous wave) abgegeben werden.
Da die zu reinigenden Gegenstände teilweise eine komplizierte Geometrie aufweisen, ist es vorteilhaft, eine Einrichtung zur Lenkung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung vorzusehen. Die Einrichtung zur Lenkung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung kann eine Optik und/oder eine Strahlführung und/oder eine Fokussiereinrichtung und/oder einen Lichtleiter umfassen. Das Lenken der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung kann unter Verwendung einer Mehrzahl an Spiegeln erfolgen, die um eine oder mehrere Achsen drehbar sind. In einer bevorzugten Variante ist die Einrichtung zur Lenkung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung adaptiv. Dies kann beispielsweise mit einem Spiegel bewerkstelligt werden, dessen Reflexionsoberfläche über Aktoren veränderbar ist.
Das Reinigungssystem weist in einer weiteren Ausgestaltung ein für die von der Strahlungsquelle abgegebene elektromagnetische Strahlung undurchlässiges Gehäusematerial auf. Das Gehäusematerial kann prinzipiell beliebig gewählt werden und umfasst bevorzugt ein Metall, einen Kunststoff, Glas, Keramik oder Zusammensetzungen davon. Dabei ist es zusätzlich oder alternativ denkbar, dass das Gehäuse auf der der Strahlung ausgesetzten Seite mit einer strahlungsundurchlässigen Beschichtung versehen ist.
Zur Unterstützung der Reinigungswirkung ist eine Einrichtung zur Abgabe eines Hilfsstoffs vor oder während des Bestrahlungsvorganges vorgesehen. Der Hilfsstoff ist z. B. in flüssiger oder gasförmiger Form in den durch das Gehäuse gebildeten Reinigungsbehälter zugebbar. Der Hilfsstoff kann Wasser, Wasserdampf, ein Gas, eine Chemikalie oder ein Gemisch davon sein. Durch die Zugabe eines Hilfsstoffs kann die Reinigung des Gegenstandes beschleunigt werden. Das physikalische Wirkprinzip bei der Reinigung und gleichzeitigen Sterilisation beruht auf der Überhitzung des Hilfsstoffs oder Kavitation. Sofern der Hilfsstoff durch eine Chemikalie gebildet ist, kann dieser beispielsweise derart ausgelegt sein, dass dieser durch die Bestrahlung aktiviert wird, wodurch seine reinigenden Eigenschaften in diesem Moment freigesetzt werden. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn der Gegenstand in der bestrahlten Fläche Mikrorisse oder Hinterschnitte aufweist.
Das erfindungsgemäße Reinigungssystem ist in einer weiteren Ausgestaltung zur Aufnahme jeweils eines zu reinigenden Gegenstandes ausgebildet. Um eine Mehrzahl an Gegenständen zu reinigen, ist das Reinigungssystem als Durchlaufsystem ausgebildet, bei dem zu reinigende Gegenstände nacheinander einzeln in dieses einbringbar und behandelbar sind. Das Reinigungssystem kann zu diesem Zweck über eine Fördervorrichtung verfügen. Das Einbringen und Entfernen des zu reinigenden Gegenstandes in bzw. aus dem Reinigungssystem kann entweder über eine oder über mehrere Zugangsöffnungen erfolgen.
Weiterhin ist eine Einrichtung zum Entfernen der durch die Bestrahlung entfernten Verschmutzung vorgesehen. Das Entfernen der Schmutzreste, die aufgrund des Reinigungsverfahrens in gasförmiger Form vorliegt, kann durch Gravitation oder Absaugen mittels eines Gebläses erfolgen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen, insbesondere Speiseresten, auf einer Fläche, insbesondere aus Metall, Keramik, Kunststoff, Glas, wobei zum Entfernen auf der Fläche befindlicher Verunreinigungen die Fläche mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, wird die zur Bestrahlung der Fläche geeignete Wellenlänge automatisch ermittelt oder manuell durch den Nutzer vorgegeben. Hierdurch ist sichergestellt, dass der zu reinigende Gegenstand keiner Schädigung, aufgrund von Abtragungen von Material, unterworfen ist und gleichzeitig eine maximale Reinigungswirkung gegeben ist.
Um eine Fehlbedienung durch einen Nutzer zu vermeiden, wird es bevorzugt, wenn der Werkstoff der zu reinigenden Fläche sensorisch ermittelt wird. Dadurch kann die zur Bestrahlung der Fläche geeignete Wellenlänge automatisch durch das Reinigungssystem ermittelt und abgegeben werden. Bevorzugt wird hierbei Laserstrahlung im nichtsichtbaren Bereich, insbesondere Laser-UV-Strahlung verwendet.
Bei der Bestrahlung wird eine Leistungsdichte an der Fläche erzeugt, so dass die bestrahlte Fläche nicht schädigend beeinflusst wird.
Hierbei ist vorgesehen, die Richtung und Intensität der Laserstrahlung derart zu steuern, dass über die bestrahlte Fläche hinweg eine gleichförmige Intensität erzeugt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass einerseits keine Beschädigung des zu reinigenden Gegenstandes erfolgt und andererseits eine zuverlässige Reinigung und Desinfektion bewirkt ist.
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Art und/oder die Hüllfläche und/oder die Geometrie der zu reinigenden Fläche sensorisch ermittelt werden. Dadurch ist es möglich, entweder die von der Einrichtung zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung abgegebene Strahlung über Strahlumlenkungsvorrichtungen derart zu steuern, dass sämtliche Flächen des zu reinigenden Gegenstandes mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Vorrichtung vorgesehen sein, welche den Gegenstand relativ zu der abgegebenen Strahlung bewegt, um die flächendeckende Reinigung sicherzustellen.
Zur Erhöhung der Reinigungseffektivität und/oder der Reinigungsgeschwindigkeit ist vorgesehen, einen Hilfsstoff vor oder während des Bestrahlungsvorganges auf die zu reinigende Fläche aufzubringen. Bei den Hilfsstoffen kann es sich um Wasser und/oder Wasserdampf, ein Gas, eine Chemikalie oder ein Gemisch davon handeln. Das Aufbringen des Hilfsstoffs kann sowohl in flüssiger oder gasförmiger Form erfolgen. Das Aufbringen in gasförmiger Form hat den Vorteil, dass der Hilfsstoff auch an schlecht zugängliche Bereiche gelangen kann und darüber hinaus keine oder lediglich geringe Maßnahmen zum Sicherstellen der Dichtheit des Reinigungssystems getroffen werden müssen.
Bei den zu reinigenden Flächen handelt es sich bevorzugt um Geschirr, Besteck, Zubereitungsvorrichtungen für Speisen und Getränke, jedoch auch um Gegenstände für medizinische Anwendungen oder Optiken. Darüber hinaus sind prinzipiell beliebige Gegenstände reinigbar, sofern eine für diesen Gegenstand geeignete Bestrahlungs-Wellenlänge bereitgestellt werden kann.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, Geschirr, Besteck, Zubereitungseinrichtungen für Nahrungs- und Genussmittel sowie Gegenstände für medizinische Anwendungen mittels gepulster oder kontinuierlicher elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laser-UV-Strahlung zu reinigen und zu desinfizieren. Um die gewünschte Reinigungswirkung zu erzielen und andererseits keine Beschädigung an den zu reinigenden Gegenständen hervorzurufen, ist erfindungsgemäß eine Einrichtung zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen, welche Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge abgeben kann. Hierzu kann die Einrichtung über eine Mehrzahl an Strahlungsquellen mit jeweils einer festen, voneinander unterschiedlichen Wellenlänge verfügen. Daneben ist die Verwendung einer Strahlenquelle denkbar, die auf verschiedene Wellenlängen anpassbar ist.
Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass ein Reinigungssystem bereitstellbar ist, das kein oder im Falle einer Zugabe von Wasser als Hilfsstoff nur geringe Mengen von Wasser benötigt. Da kein separater Trocknungsschritt durchzuführen ist, ist die Reinigungsdauer sehr kurz. Als Reinigungsmedium wird Luft verwendet. Es ist kein Einsatz von chemischen Zusatzstoffen, wie z. B. einem Salz, einem Reinigungs- oder Spülmittel zwingend erforderlich. Die benötigten Mengen an Ressourcen, wie z. B. Elektrizität oder Hilfsstoffe, sind lediglich von der abzutragenden Schmutzmenge, welche vom Verschmutzungsgrad und der Größe der Oberfläche abhängt, abhängig. Neben einer schnellen Reinigung wird dadurch eine große Hygiene erreicht, da das Reinigungsverfahren selbst bereits eine Desinfektion umfasst. Dadurch ist das erfindungsgemäße Reinigungssystem auch in medizinischen Bereichen anwendbar.
Das Ermitteln des Reinigungsgrades kann beispielsweise über eine Schallemission oder über eine Licht- und Geruchssensorik erfolgen. Ersteres bietet sich vor allem dann an, sofern die Reinigung ohne Verwendung von Hilfsmitteln erfolgt, und damit auf einem ablativen Verfahren beruht. Licht- und Geruchssensorik kann bevorzugt bei „Verbrennung" der Verschmutzung eingesetzt werden.
Da das Reinigungssystem bevorzugt für lediglich einzelne verunreinigte Gegenstände ausgelegt ist, ist eine kompakte Bauweise möglich. Weiterhin ist eine schonende Reinigung der verunreinigten Gegenstände möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Reinigungssystem 1 für verunreinigte Gegenstände. In einem Gehäuse 20, z. B. aus Kunststoff, Metall, Glas oder Keramik, welches optional auf der Innenseite mit einer strahlungsundurchlässigen Beschichtung 21 versehen sein kann, wird ein zu reinigender Gegenstand 8 angeordnet. Der Gegenstand 8 ist in der schematischen Figur beispielhaft als Teller ausgeführt.
Das Reinigungssystem 1 ist beispielhaft als Durchlaufsystem ausgeführt. Über eine Zugangsöffnung 23 in dem Gehäuse 20 kann der zu reinigende Gegenstand 8 in das Innere des Gehäuses 20 eingebracht werden. Über eine beispielhafte zweite Zugangsöffnung 24 kann der Gegenstand 8 aus dem Reinigungssystem 1 entfernt werden. Dies ist symbolisch durch die mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichneten Pfeile dargestellt.
In einer alternativen Ausgestaltung kann das Reinigungssystem 1 auch nur über eine einzige Zugangsöffnung 23 verfügen, über welche ein zu reinigender Gegenstand 8 manuell durch einen Nutzer in das Gehäuse 20 eingebracht und aus diesem wieder entnommen wird.
Das Reinigungssystem 1 weist eine Einrichtung 2 zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung auf. Dieses verfügt über eine einzige oder, wie im Ausführungsbeispiel, über eine Mehrzahl an Strahlungsquellen 3. Die Strahlungsquellen 3 sind zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet. Bevorzugt handelt es sich bei der Einrichtung 2 zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung um einen Laser. Dieser kann beispielsweise eine Mehrzahl an Laserdioden 9 umfassen, von denen jede der Laserdioden 9 Strahlung anderer Wellenlänge abgibt. Die Strahlungsquelle 3 kann auch als so genanntes Diodenarray 10 ausgeführt sein, wodurch eine größere Fläche des zu reinigenden Gegenstandes 8 bestrahlbar ist. Die Einrichtung 2 zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung könnte auch als so genannter Farbstofflaser ausgebildet sein, welcher zur Abgabe von unterschiedlichen Wellenlängen geeignet ist.
Ein von der Einrichtung 2 abgegebener Laserstrahl 25 wird einer Einrichtung 5 zur Lenkung der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung zugeführt. Die Einrichtung 5 kann beispielsweise über einen oder mehrere Spiegel 13, eine oder mehrere Optiken 14, über ein oder mehrere Prismen 15 und über eine oder mehrere Bewegungsmechaniken 16 verfügen. Die Einrichtung 5 ist in der Lage, den ihr zugeführten Laserstrahl 25 auf den zu reinigenden Gegenstand zu richten (Laserstrahl 26) und dabei in geeigneter Weise über die gesamte Fläche des Gegenstandes 8 zu führen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn der Gegenstand 8 von einer in mehreren Ebenen bewegbaren Handhabungsvorrichtung gehaltert ist, so dass der Gegenstand 8 auf seiner gesamten Hüllfläche einer Bestrahlung unterworfen werden kann. Zur Reinigung konkaver Flächen, wie beispielsweise dem in der Figur gezeigten Teller, kann beispielsweise ein verspiegelter Kegel zur Strahlumlenkung als Teil der Einrichtung 5 in den Teller eingeführt werden.
Um eine effiziente Lenkung des Laserstrahls 26 zu ermöglichen, ist weiterhin eine Einrichtung 4 zum Erfassen der Art, der Hüllfläche, der Geometrie und des Werkstoffs des zu bestrahlenden Gegenstandes vorgesehen. Die Einrichtung 4 kann über einen oder eine Mehrzahl an Sensoren 11, 12, z. B. optische, akustische, chemische usw. Sensoren verfügen, welche diese Informationen bereitstellen können. Die Informationen werden einerseits der Einrichtung 2 zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung und andererseits der Einrichtung 5 zur Lenkung der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung zugeführt. Anhand der von der Einrichtung 4 ermittelten Informationen kann die von der Einrichtung 2 abzugebende Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung bestimmt werden. Weiterhin kann anhand der ermittelten Geometrie und Hüllfläche eine optimale Strahlführung des Laserstrahls 26 ermittelt werden.
Optional kann die Reinigungsvorrichtung 1 über eine Einrichtung 6 zur Abgabe eines Hilfsstoffs, z. B. Wasser, Wasserdampf, einem Gas oder einer Chemikalie, verfügen. Hierzu weist die Einrichtung 6 eine entsprechende Anzahl an Reservoirs 17 auf, deren Inhaltsstoffe separat oder gegebenenfalls gemischt vor oder während der Bestrahlung des Gegenstandes 8 in das Reinigungssystem 1 zugegeben werden.
Darüber hinaus verfügt das Reinigungssystem 1 über eine Einrichtung 7 zum Entfernen der von dem Gegenstand gelösten Verschmutzung. Dies kann beispielsweise ein Gebläse sein, welches die Verunreinigungen aus dem Inneren des Reinigungssystems 1 absaugt. Die Einrichtung 7 kann hierzu über ein Filtersystem verfügen, so dass das Reinigungssystem 1 mit einem geschlossenen Luftkreislauf betrieben werden kann. Die Einrichtung 7 kann die von ihr geförderte Luft jedoch auch an die Umgebung abgeben.
Das physikalische Wirkprinzip bei der Reinigung und Desinfektion/Sterilisation durch elektromagnetische Strahlung beruht auf Ablation, Kavitation, Verdampfen/Verbrennen/Caving, chemisch unterstütztem Abtragen oder Mischformen davon.
Das Prinzip der Ablation ist wie folgt: Jeder Werkstoff hat für sehr kurze Laser-Pulse, z. B. im Bereich von Nanosekunden oder Femtosekunden, eine spezifische Abtragschwelle. Unterhalb dieser Schwelle tritt keine Werkstoffbeeinflussung auf. Im allgemeinen ist auch die Erwärmung vernachlässigbar. Oberhalb dieser Abtragschwelle wird der Werkstoff abgetragen bzw. zerstört. Die Abtragschwelle ist für viele Werkstoffe bekannt, so dass durch die Auswahl einer geeigneten Wellenlänge und einer geeigneten Energie eine Beschädigung des zu reinigenden Gegenstandes vermieden werden kann. Aufgrund der unterschiedlichen Abtragschwellen von zu reinigendem Gegenstand und Verschmutzung lassen sich diese „Verbundwerkstoffe" problemlos trennen, indem der „Werkstoff" (ist gleich Verschmutzung) mit der niedrigen Abtragschwelle zerstört wird.
Die Kavitation benötigt einen Flüssigkeitsfilm auf der zu reinigenden Oberfläche, der beispielsweise durch die Zugabe von Wasser oder Wasserdampf bereitgestellt werden kann. Bei der Kavitation bildet sich durch eine explosive Plasmaexpansion eine Primärschockwelle und in der Folge davon eine Gasblase, die so genannte Kavitationsblase, aus. Der entstehende Unterdruck in der Blase führt schließlich zur Implosion, die wiederum eine zweite (Sekundär-)Schockwelle auslöst, deren Druckamplituden höher als bei der ersten Primärschockwelle sind. Diese führen vermutlich zur Zerstörung der Verschmutzung auf der Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes.
Eine effiziente Reinigungswirkung beim Bereitstellen eines dünnen Wasserfilms auf der Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes beruht möglicherweise auf der Überhitzung des Wassers. Da Wasser für eine bestimmte Wellenlänge transparent ist, erreicht nahezu die gesamte eingestrahlte Energie die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes. Bei der Reinigung von Halbleiteroberflächen mit Excimer-Laserstrahlung wurde die Dynamik von Gasbläschen anhand von Reflektionsmessungen nachgewiesen. Als Ursache für den Materialabtrag wird ein Überhitzungsphänomen vermutet. Durch das sehr schnelle Aufheizen der Grenzfläche zu reinigender Gegenstand/Flüssigkeit wird die Flüssigkeit überhitzt, wodurch ein explosionsartiges Verdampfen auftritt. Je höher die Energiedichte an der Oberfläche ist, desto stärker wird die Flüssigkeit überhitzt und der Explosionsdruck nimmt zu. Die Ursache hierfür ist jedoch nach Kenntnisstand der Anmelderin noch nicht zweifelsfrei geklärt. Es wurde lediglich festgestellt, dass durch die Bereitstellung eines Flüssigkeitsfilms auf einem zu reinigenden Gegenstand die Reinigungswirkung verbessert werden kann.

1: Reinigungssystem
2: Einrichtung zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung
3: Strahlungsquelle
4: Einrichtung zum Erfassen der Art/Hüllfläche/Geometrie/Werkstoff des zu bestrahlenden Gegenstands
5: Einrichtung zur Lenkung der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung
6: Einrichtung zur Abgabe eines Hilfsstoffes
7: Einrichtung zum Entfernen von Verschmutzung
8: zu reinigender Gegenstand
9: Laserdiode
10: Diodenarray
11: Sensor
12: Sensor
13: Spiegel
14: Optik
15: Prisma
16: Bewegungsmechanik
17: Reservoir
20: Gehäuse
21: Beschichtung
22: Förderrichtung
23, 24: Zugangsöffnung
25, 26: Laserstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4216229 A1 [0005, 0005]
- EP 0579679 B1 [0006, 0008]
- DE 19544392 A1 [0007, 0008]

Claims

Reinigungssystem (1) zur Trockenreinigung von verunreinigten Gegenständen, insbesondere von Spülgut, wenigstens aufweisend eine Einrichtung (2) zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung (25, 26) auf eine mit Verunreinigungen versehene Fläche des zu reinigenden Gegenstandes (8).
Reinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung (25, 26) eine Mehrzahl an Strahlungsquellen (3) mit jeweils einer festen, voneinander unterschiedlichen Wellenlänge aufweist.
Reinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung (25, 26) eine Strahlungsquelle (3), die auf verschiedene Wellenlängen anpassbar ist.
Reinigungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Einstellen der für den Reinigungsvorgang verwendeten Wellenlänge und/oder Energie der elektromagnetischen Strahlung (25, 26) vorgesehen ist, wobei die Wellenlänge an den Werkstoff der Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes (8) angepasst ist.
Reinigungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (4) zum Erfassen der Art und/oder der Hüllfläche und/oder der Geometrie und/oder des Werkstoffs des zu reinigenden Gegenstandes (8) vorgesehen ist.
Reinigungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) ein Laser ist.
Reinigungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (3) ein Diodenlaser (9) ist.
Reinigungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein Diodenarray (10) aufweist.
Reinigungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Strahlungsquelle (3) abgegebene Strahlung gepulst oder kontinuierlich ist.
Reinigungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (5) zur Lenkung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung (25, 26) vorgesehen ist,
Reinigungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zur Lenkung der von der Strahlungsquelle (3) abgegebenen elektromagnetischen Strahlung (25, 26) eine Optik und/oder eine Strahlführung und/oder eine Fokussiereinrichtung und/oder einen Lichtleiter umfasst.
Reinigungssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zur Lenkung der von der Strahlungsquelle (3) abgegebenen elektromagnetischen Strahlung (25, 26) adaptiv ist.
Reinigungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein für die von der Strahlungsquelle (3) abgegebene elektromagnetische Strahlung (25, 26) undurchlässiges Gehäusematerial aufweist.
Reinigungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäusematerial Metall, Kunststoff, Glas, Keramik oder Zusammensetzungen davon aufweist.
Reinigungssystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) auf der der Strahlung ausgesetzten Seite mit einer Strahlungsundurchlässigen Beschichtung (21) versehen ist.
Reinigungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (6) zur Abgabe eines Hilfsstoffes vor oder während des Bestrahlungsvorganges vorgesehen ist.
Reinigungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff in flüssiger oder gasförmiger Form in den durch das Gehäuse (20) gebildeten Reinigungsbehälter zugebbar ist.
Reinigungssystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff Wasser, Wasserdampf, ein Gas, eine Chemikalie oder ein Gemisch davon ist.
Reinigungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zur Aufnahme jeweils eines zu reinigenden Gegenstandes (8) ausgebildet ist.
Reinigungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Durchlaufsystem ausgebildet ist, bei dem zu reinigende Gegenstände (8) nacheinander einzeln in dieses einbringbar und behandelbar sind.
Reinigungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (7) zum Entfernen der durch die Bestrahlung entfernten Verschmutzung vorgesehen ist.
Reinigungssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (7) zum Entfernen der durch die Bestrahlung entfernten Verschmutzung ein Gebläse ist.
Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen, insbesondere Speiseresten, auf einer Fläche, insbesondere aus Metall, Keramik, Kunststoff, Glas, wobei zum Entfernen auf der Fläche befindlicher Verunreinigungen die Fläche mit elektromagnetischer Strahlung (25, 26) bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bestrahlung der Fläche geeignete Wellenlänge automatisch ermittelt oder manuell durch den Nutzer vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der zu reinigenden Fläche sensorisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass Laser-Strahlung (25, 26) mit wenigstens einer Wellenlänge im nicht-sichtbaren Bereich verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestrahlung eine Leistungsdichte an der Fläche erzeugt wird, so dass die bestrahlte Fläche nicht schädigend beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung und Intensität der Laserstrahlung derart gesteuert werden, dass über die bestrahlte Fläche hinweg eine gleichförmige Intensität erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Art und/oder die Hüllfläche und/oder die Geometrie der zu reinigenden Fläche sensorisch ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hilfsstoffes vor oder während des Bestrahlungsvorganges auf die zu reinigende Fläche aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff in flüssiger oder gasförmiger Form aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die zur reinigenden Flächen Geschirr, Besteck, Zubereitungsvorrichtungen für Speisen und Getränke, Gegenstände für medizinische Anwendungen oder Optiken sind.