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Die Erfindung betrifft eine mobile, selbstfahrende Reinigungsvorrichtung und die Verwendung einer derartigen Reinigungsvorrichtung in einem Reinraum und/oder einer Werkhalle.
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Unter einem Rein- oder Reinstraum wird ein Raum verstanden, in dem die Konzentration luftgetragener Teilchen sehr gering gehalten wird, in Abhängigkeit der innerhalb des Rein- oder Reinstraumes ausgeführten Tätigkeiten. Rein- oder Reinsträume finden beispielsweise in der Halbleiterfertigung, in der Optik- und Lasertechnologie, in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie in den Biowissenschaften Anwendung.
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Im Folgenden wird unter dem Begriff „Reinraum“ sowohl ein Rein- als auch ein Reinstraum verstanden.
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Reinräume werden in Reinraumklassen eingeteilt, welche die in der Raumluft noch vorhandenen Partikelkonzentrationen angeben, wie sie beispielsweise in der DIN ISO 14644-1 festgeschrieben sind. Die Partikelkonzentrationen müssen für den Betrieb eines Reinraumes stetig überwacht werden und dürfen den für die jeweilige Reinraumklasse vorgeschriebenen Grenzwert nicht überschreiten.
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Aus diesem Grund müssen zur Reinigung von Reinräumen aufwändige Reinigungsvorrichtungen genutzt werden, die insbesondere ein Aufwirbeln von Staubpartikeln verhindern müssen. Bisher kommen dazu beispielsweise Reinraum-Staubsauger zum Einsatz, deren Saugeinheit und Schmutzbehälter außerhalb des Reinraums angeordnet sind. Dadurch werden große und im Betrieb aufwändige Leitungssysteme notwendig, die alle Bereiche des Reinraumes erreichen können müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfachere und flexibel einsetzbare Reinigungsvorrichtung bereitzustellen, die sich auch für den Einsatz in Reinräumen eignet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine mobile, selbstfahrende Reinigungsvorrichtung mit einer angetriebenen Bewegungseinheit und wenigstens einer auf die Bewegungseinheit montierten Filter-Ventilator-Einheit zum Reinigen von Luft, mit einem zu einem austauschbaren Modul verbundenen Ventilator und zumindest einem Filter, durch den der Ventilator Luft bewegt. Die Reinigungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, Luft von einer Unterseite der Bewegungseinheit anzusaugen, zur Filter-Ventilator-Einheit weiterzuleiten und an einer Oberseite abzugeben, wobei die Luft die wenigstens eine Filter-Ventilator-Einheit durchströmt.
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Der Filter der Filter-Ventilator-Einheit dient zum Entfernen von Partikeln aus der Luft, sodass diese die Filter-Ventilator-Einheit und damit die Reinigungsvorrichtung sauberer verlässt, als sie angesaugt wurde.
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Der Ventilator der Filter-Ventilator-Einheit stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, einen Luftstrom zu erzeugen, der die aufzureinigende Luft durch die Reinigungsvorrichtung strömen lässt.
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Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass die Luft von der Reinigungsvorrichtung in Bodennähe angesaugt und bereits aufgereinigt nach oben abgegeben wird. Auf diese Weise wird ein Verwirbeln von auf dem Boden vorhandenen Staubpartikeln verhindert. Mit anderen Worten können durch die Verwendung der Filter-Ventilator-Einheit laminare Luftströme erzeugt werden. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung auch für den Einsatz in Reinräumen.
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Zudem kann die Reinigungsvorrichtung durch die Bewegungseinheit flexibel innerhalb des Reinraumes eingesetzt werden, sodass der Anschluss und die Handhabung von komplizierten Leitungssystemen zu einer außerhalb des Reinraumes angeordneten Saugeinheit entfällt. Auch muss kein Bedienpersonal im Betrieb der Reinigungsvorrichtung eingesetzt werden, da diese selbstfahrend ausgestaltet ist.
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Die Reinigungsvorrichtung kann zudem mittels des Filters aufgenommene Verunreinigungen aufsammeln und abtransportieren, sodass diese nicht in zusätzlichen Arbeitsschritten innerhalb des Reinraumes entsorgt werden müssen.
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Die Bewegungseinheit kann einen Antrieb, Räder, wenigstens einen Sensor und eine Steuerungseinheit umfassen, wobei die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, die Bewegungseinheit autonom zu steuern, insbesondere anhand von mittels des wenigstens einen Sensors bereitgestellten Sensordaten.
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Der Antrieb der Bewegungseinheit ist insbesondere ein Elektromotor.
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Durch die Ausstattung mit wenigstens einem die Umgebung der Reinigungsvorrichtung überwachenden Sensors und einer Steuerungseinheit, die die Daten des wenigstens einen Sensors empfangen und verarbeiten kann, ist ein autonomer Betrieb der Reinigungsvorrichtung möglich. Dies senkt den Aufwand im Betrieb der Reinigungsvorrichtung, da kein Bedienpersonal für die Reinigungsvorrichtung innerhalb des Reinraumes eingesetzt werden muss.
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Der wenigstens eine Sensor kann insbesondere eine Kamera, eine 3D-Kamera, ein Infrarotsensor, ein LIDAR-Sensor, ein Radar-Sensor und/oder ein Magnetfeldsensor sein.
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Die Auswahl des Sensors richtet sich vor allem danach, welche Art von Hindernissen innerhalb des Reinraumes während des Betriebs der Reinigungsvorrichtung erkannt und/oder umfahren werden müssen.
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In einer Variante verfügt die Bewegungseinheit über ein Kommunikationsmodul, das zum drahtlosen Datenaustausch eingerichtet ist, insbesondere zum Empfang von Kartendaten und/oder Reinigungsplänen.
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Die Steuerungseinheit kann entsprechend die Bewegungseinheit anhand der Kartendaten und/oder der Reinigungspläne steuern.
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Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es, die Reinigungsvorrichtung über einen Leitstand zu kontrollieren, wobei sich der Leitstand auch außerhalb des Reinraumes befinden kann.
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Die bereitgestellten Kartendaten ermöglichen eine schnelle und zuverlässige Bewegung der Reinigungsvorrichtung innerhalb des Reinraumes und reduziert die Wahrscheinlichkeit von Zusammenstößen mit Hindernissen innerhalb des Reinraumes.
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Zudem können die Sensordaten zum Abgleich mit den bereitgestellten Kartendaten genutzt werden.
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Die Kartendaten können auch mittels der von den Sensoren erhaltenen Daten aktualisiert und über das Kommunikationsmodul an den Leitstand gesendet werden.
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Die Steuerungseinheit kann auch ein Maschinenlernmodul umfassen, das selbstlernend optimierte Reinigungsvorgänge auf Basis der von den Sensoren erhaltenen Daten, den Kartendaten und/oder den Reinigungsplänen ermittelt. Diese können anschließend an den Leitstand übermittelt werden.
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Durch die Übermittlung von Reinigungsplänen kann der Betrieb der Reinigungsvorrichtung mit weiteren Abläufen innerhalb des Reinraumes koordiniert werden, beispielsweise den Produktionsprozessen und/oder Arbeitszeiten des Personals des Reinraumes.
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In einer weiteren Variante kann die Bewegungseinheit an ihrer Unterseite eine Wischvorrichtung aufweisen. Somit kann die Reinigungsvorrichtung nicht nur lose Partikel vom Boden und aus der Luft mittels der Filter-Ventilator-Einheit entfernen, sondern auch gröbere und/oder fest am Boden haftende Verschmutzungen auf dem Boden des Reinraumes mittels der Wischvorrichtung entfernen.
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Die Wischvorrichtung kann auch an der Vorderseite der Bewegungseinheit vorgesehen sein, wobei die Vorderseite diejenige Seite der Bewegungseinheit ist, die in Bewegungsrichtung der Reinigungsvorrichtung liegt.
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Die Reinigungsvorrichtung kann die Luft über zumindest eine in der Unterseite der Bewegungsvorrichtung angebrachte Luftöffnung ansaugen und die Wischvorrichtung in Bewegungsrichtung der Reinigungsvorrichtung vor der zumindest einen Luftöffnung angebracht sein.
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Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es, dass die Wischvorrichtung gröbere und/oder fest am Boden haftende Verunreinigungen innerhalb des Reinraumes vorreinigt oder zumindest lockert, sodass diese anschließend mittels der Filter-Ventilator-Einheit in die Reinigungsvorrichtung angesaugt werden können.
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Ferner kann die Filter-Ventilator-Einheit einen Vorfilter und einen Hauptfilter umfassen, wobei der Vorfilter in Strömungsrichtung vor dem Ventilator und der Hauptfilter in Strömungsrichtung nach dem Ventilator angeordnet ist.
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Der Vorfilter dient insbesondere zum Entfernen grober Partikel, die entsprechend nicht mehr den Ventilator sowie den Hauptfilter erreichen können. Dadurch wird die Lebensdauer des Ventilators und/oder des Hauptfilters erhöht bzw. können Ventilatoren und/oder Hauptfilter verbaut werden, die eine geringere Widerstandsfähigkeit gegen grobe Partikel aufweisen.
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Der Hauptfilter kann mehrere Filter aufweisen, wobei die Filter des Hauptfilters insbesondere Feinstaubfilter, Feuchtigkeitsfilter, Schwermetallfilter und/oder Geruchsfilter sind.
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Die mehreren Filter können auch als ein einzelnes, kombiniertes Bauteil in Form eines Filterpakets vorliegen.
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Als Filter können beispielsweise Aktivkohlefilter zum Einsatz kommen.
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Die benötigten Filterarten des Hauptfilters werden insbesondere nach den zu erwartenden Verunreinigungen innerhalb des Reinraumes ausgewählt.
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Die Filter-Ventilator-Einheit kann zusätzlich über einen Temperaturfühler, ein Kühlaggregat und/oder eine Heizsonde verfügen. Dies ermöglicht es, die durch die Filter-Ventilator-Einheit strömende Luft auf eine gewünschte Temperatur zu kühlen bzw. zu erhitzen, um beispielsweise eine optimale Betriebstemperatur wenigstens eines der Filter zu erreichen und/oder eine gewünschte Temperatur der aus der Reinigungsvorrichtung austretenden Luft einzustellen.
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In noch einer weiteren Variante weist die Filter-Ventilator-Einheit ein eigenes Außengehäuse auf, das an der Bewegungseinheit befestigt ist, und in dem der Ventilator und der zumindest eine Filter untergebracht sind.
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Das Außengehäuse stellt eine einfache Möglichkeit zur Anbringung der Filter-Ventilator-Einheit auf der Bewegungseinheit dar. Beispielsweise kann die Filter-Ventilator-Einheit mittels einer Schraubverbindung und/oder einer Rastverbindung an der Bewegungseinheit befestigt sein, insbesondere zerstörungsfrei lösbar befestigt.
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Das Außengehäuse muss so aufgeführt sein, dass der Luftstrom, der die Filter-Ventilator-Einheit durchströmen soll, ungehindert und ohne Verwirbelungen durch das Außengehäuse gelangen kann.
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Insbesondere sind alle Filter der Filter-Ventilator-Einheit innerhalb des Außengehäuses angeordnet.
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Es kann zudem vorgesehen sein, dass das Außengehäuse geöffnet werden kann, um die Filter der Filter-Ventilator-Einheit auszutauschen. Somit können beispielsweise nicht mehr funktionsfähige Filter auf einfache Weise ausgetauscht werden. Zudem kann auch die Art des Filters gewechselt werden, beispielsweise wenn sich die Art der zu erwartenden Verunreinigungen innerhalb des Reinraumes ändert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren gelöst durch die Verwendung einer Reinigungsvorrichtung der zuvor beschriebenen Art in einem Reinraum und/oder einer Werkhalle.
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Auch wenn die Reinigungsvorrichtung sich insbesondere für die Anwendung in Reinräumen eignet, kann sie vorteilhafterweise auch in anderen Umgebungen zum Einsatz kommen, in denen bestimmte Anforderungen an die Sauberkeit und/oder die Luftqualität bestehen, beispielsweise in Werkhallen.
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Weitere Merkmale und Eigenschaften der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ersichtlich sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung, und
- - 2 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 10 gezeigt, die eine Bewegungseinheit 12 sowie eine Filter-Ventilator-Einheit 14 aufweist.
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Die Bewegungseinheit 12 verfügt über Räder 16, die mittels eines Antriebs 18 angetrieben werden. Der Antrieb 18 ist in der gezeigten Ausführungsform ein Elektromotor.
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Der Antrieb 18 ist mit einer Steuerungseinheit 20 verbunden, die den Antrieb 18 steuert, insbesondere autonom steuert. Entsprechend handelt es sich bei der Reinigungsvorrichtung 10 um eine mobile und selbstfahrende Reinigungsvorrichtung.
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Die Bewegungseinheit 12 weist zudem mehrere Sensoren 22 auf, mittels der die Reinigungsvorrichtung 10 ihr Umfeld überwachen kann.
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Die Sensoren 22 sind beispielsweise Kameras, 3D-Kameras, Infrarotsensoren, LIDAR-Sensoren, Radar-Sensoren und/oder Magnetfeldsensoren.
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Die Sensoren 22 können an verschiedenen Positionen der Bewegungseinheit 12 vorgesehen sein. Beispielsweise können Kameras für einen besseren Blickwinkel in der Nähe einer Oberseite 24 der Bewegungseinheit 12 und Magnetfeldsensoren zur Detektion eines Begrenzungsdrahts in der Nähe einer Unterseite 26 der Bewegungseinheit 12 angeordnet sein.
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Die Sensoren 22 sind mit der Steuerungseinheit 20 zum Datenaustausch verbunden. Die Steuerungseinheit 20 kann basierend auf den Daten der Sensoren 22 die Bewegungseinheit 12 steuern.
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Zudem verfügt die Bewegungseinheit 12 über ein Kommunikationsmodul 28, welches zum drahtlosen Datenaustausch eingerichtet ist, beispielsweise mit einem Leitstand, mittels dem der korrekte Betrieb der Reinigungsvorrichtung 10 überwacht werden kann. Der drahtlose Datenaustausch kann über alle im Stand der Technik bekannten Kommunikationsprotokolle erfolgen, beispielsweise über WLAN, Bluetooth, BLE (Bluetooth-Low-Energy) oder einer Mobilfunkverbindung.
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Des Weiteren können an die Reinigungsvorrichtung 10 über das Kommunikationsmodul 28 Kartendaten und/oder Reinigungspläne übermittelt werden, anhand denen die Steuerungseinheit 20 den Betrieb der Reinigungsvorrichtung 10 durchführt.
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Die Bewegungseinheit 12 weist zudem eine Luftöffnung 30 auf, die sich von der Unterseite 26 in Richtung der Oberseite 24 der Bewegungseinheit 12 erstreckt.
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Grundsätzlich könnten auch mehrere Luftöffnungen 30 vorgesehen sein.
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Die Filter-Ventilator-Einheit 14 weist ein Außengehäuse 32 auf, das an der Bewegungseinheit 12 befestigt ist. Die Bewegungseinheit 12 umfasst eine Aufnahme 33, in die die Filter-Ventilator-Einheit 14 mitsamt Außengehäuse 32 aufgenommen werden kann.
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Grundsätzlich könnte die Filter-Ventilator-Einheit 14 auch lediglich auf die Oberseite 24 der Bewegungseinheit 12 aufgesetzt sein.
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Insbesondere ist das Außengehäuse 32 zerstörungsfrei lösbar an der Bewegungseinheit 12 befestigt, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung.
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Innerhalb des Außengehäuses 32 umfasst die Filter-Ventilator-Einheit 14 einen Vorfilter 34, einen Ventilator 36 und einen Hauptfilter 38.
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Der Vorfilter 34 ist insbesondere ein Filter zum Entfernen von groben Partikeln, während der Hauptfilter 38 ein Feinstaubfilter ist.
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Grundsätzlich könnte der Hauptfilter 38 auch ein Filterpaket aus mehreren Filtern sein, beispielsweise eine Kombination eines Feinstaubfilters mit einem Feuchtigkeitsfilter, einem Schwermetallfilter und/oder einem Geruchsfilter.
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Der Vorfilter 34, der Ventilator 36 und der Hauptfilter 38 sind als ein Modul 40 ausgebildet, welches als Ganzes ausgetauscht werden kann.
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Dazu kann das Außengehäuse 32 geöffnet werden, beispielsweise auf der Oberseite 42 des Außengehäuses 32, sodass das Modul 40 zugänglich wird.
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Die Filter-Ventilator-Einheit 14 ist ebenfalls mit der Steuerungseinheit 20 verbunden, sodass der Betrieb der Filter-Ventilator-Einheit 14 von der Steuerungseinheit 20 geregelt werden kann, insbesondere die Drehgeschwindigkeit des Ventilators 36.
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Im Betrieb der Reinigungsvorrichtung 10 kann sich diese in eine Bewegungsrichtung A fortbewegen, wobei die Bewegungsrichtung A sowie die Geschwindigkeit der Bewegung von der Steuerungseinheit 20 vorgegeben wird, beispielsweise anhand von Kartendaten.
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Die Reinigungsvorrichtung 10 saugt mittels des Ventilators 36 von der Unterseite 26 her Luft in die Luftöffnung 30 ein, wie in 1 durch Pfeile verdeutlicht. Insbesondere wird die Luft in einer laminaren Strömung eingesaugt, sodass keine Verwirbelungen erzeugt werden. Trotzdem können Staubpartikel vom Boden unter der Unterseite 26 der Bewegungseinheit 12 aufgesaugt werden.
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Die Luft durchströmt zunächst den Vorfilter 34 der Filter-Ventilator-Einheit 14, welcher grobe Partikel aus der Luft entfernt.
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Anschließend durchströmt die Luft den Ventilator 36 hin zum Hauptfilter 38, der weitere Verunreinigungen der Luft entfernt, beispielsweise feine Partikel und/oder Feuchtigkeit.
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Schließlich wird die aufgereinigte Luft an der Oberseite 24 der Reinigungsvorrichtung wieder abgegeben, insbesondere ebenfalls in einer laminaren Strömung.
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Die Reinigungsvorrichtung 10 eignet sich entsprechend für den Einsatz in Reinräumen und Werkhallen, in denen die Luftqualität gewährleistet und/oder verbessert werden muss. Insbesondere verhindert die Reinigungsvorrichtung 10 das Aufwirbeln von Partikeln vom Boden.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung gezeigt.
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Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Gleiche Bauteile sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, und es wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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In der zweiten Ausführungsform verfügt die Reinigungsvorrichtung 10 zusätzlich über eine Wischvorrichtung 44, die an der Unterseite 26 der Bewegungseinheit 12 angebracht ist.
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Die Wischvorrichtung 44 ist zudem in Bewegungsrichtung A der Reinigungsvorrichtung 10 vor der Luftöffnung 30 angebracht.
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Somit kann die Wischvorrichtung 44 dazu eingesetzt werden, Verunreinigungen auf dem Boden aufzulockern, die anschließend mittels des von der Filter-Ventilator-Einheit 14 erzeugten Luftstroms angesaugt werden können.
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Auf diese Weise können auch fest auf dem Boden anhaftende Verunreinigungen mittels der Reinigungsvorrichtung 10 entfernt werden.
