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Die Erfindung betrifft eine Werkbank gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Werkbank gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.
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Werkbänke dienen dem Schutz von Mensch und/oder Produkt. Die erfindungsgemäßen Werkbänke, insbesondere Reinraumwerkbänke oder sogar Reinstraumwerkbänke, sind technisch mit Abzügen und Sicherheitswerkbänken vergleichbar. Die Arbeit und Produktion unter kontaminationsarmen bis hin zu kontaminationsfreien Bedingungen, insbesondere Reinraumbedingungen, ist in vielen Branchen eine wichtige Voraussetzung, um die Qualität eines Produktes gewährleisten zu können und zudem die Mitarbeiter vor möglichen Kontaminationen zu schützen. Dies ist insbesondere wichtig in der Lebensmittelproduktion, der medizinischen Forschung und Behandlung, der Arzneimittelproduktion, der Gentechnologie, der Mikroelektronik, der Halbleiterfertigung, der Optik- und Lasertechnik oder der Nanotechnologie.
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Eine Werkbank verfügt über eine Zulufteinrichtung, welche einen Arbeitsraum mit vorkonfektionierter Zuluft versorgt. Die vorkonfektionierte Zuluft ist je nach gewünschten Bedingungen beispielweise vortemperiert, gefiltert, definiert zusammengesetzt und/oder weist eine definierte Luftfeuchtigkeit auf. Zudem verfügt die Werkbank über eine Ablufteinrichtung, welche die Abluft aus dem Arbeitsraum absaugt. Durch die Wechselwirkung von Zulufteinrichtung und Ablufteinrichtung wird zum einen das Produkt vor Kontaminationen von außen geschützt, zum anderen wird der Benutzer der Werkbank, welcher Arbeiten im Arbeitsraum durchführt, vor den Substanzen im Arbeitsraum und Kontaminationen durch diese, geschützt.
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Beispielweise ist
CN 10 59 83456 A ist eine Werkbank gezeigt, die eine Zulufteinrichtung und eine Ablufteinrichtung aufweist, so dass Zuluft in den Arbeitsraum eingeströmt und Abluft aus diesem abgesaugt wird.
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Die Vorkonfektionierung der Zuluft, insbesondere zur Einstellung einer definierten Temperatur und einer definierten Luftfeuchtigkeit, ist mit hohem Aufwand und insbesondere hohen Energiekosten verbunden. Die für die Vorkonfektionierung benötigte Energie führt zu hohen kontinuierlich anfallenden Betriebskosten solcher Werkbänke.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Werkbank sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Werkbank bereitzustellen, die eine verbesserte Energieeffizienz aufweisen.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 und Anspruch 11 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10 und 12 bis 14.
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Die Erfindung betrifft eine Werkbank, mit einem von einem Gehäuse umgebenden Arbeitsraum, wobei der Arbeitsraum durch eine Arbeitsöffnung eingreifbar ist, mit einer Zulufteinrichtung, mit der vorkonfektionierte Zuluft in den Arbeitsraum einströmbar ist, und mit einer Ablufteinrichtung, mit der Abluft aus dem Arbeitsraum absaugbar ist, wobei vorgesehen ist, dass die Ablufteinrichtung derart ausgebildet ist, dass Abluft zumindest teilweise aus der Werkbank herausführbar und zumindest teilweise über ein Zuluftelement in den Arbeitsraum einströmbar ist.
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Hierdurch kann eine Werkbank geschaffen werden, die eine deutlich verbesserte Energieeffizienz gegenüber den bekannten Werkbänken aufweist, weil die Abluft, welche bereits die gewünschte Temperatur und Luftfeuchtigkeit der vorkonfektionierten Zuluft aufweist, zumindest teilweise wieder über das Zuluftelement in den Arbeitsraum zurückgespeist wird. Dadurch wird weniger vorkonfektionierte Zuluft benötigt, die von der Zulufteinrichtung in den Arbeitsraum eingeströmt wird, und ein Teil der für die Vorkonfektionierung aufgewandten Energiekosten werden eingespart.
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Das Gehäuse der Werkbank bildet einen Innenraum aus, welcher den Arbeitsraum darstellt. Der Arbeitsraum der Werkbank stellt einen geschützten Raum dar, in dem ein Benutzer arbeiten kann, wobei sowohl der Benutzer vor einer Kontamination durch die im Arbeitsraum befindlichen Substanzen, als auch die Substanzen vor Kontaminationen von außen geschützt werden können. Der Benutzer steht beim Arbeiten in der Werkbank vor derselben und greift durch die Arbeitsöffnung in den Arbeitsraum, um dort Arbeiten durchzuführen.
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Beispielweise bei chemischen Arbeiten ist es notwendig, dass keine Chemikalien, insbesondere Gase und Dämpfe, nach außen dringen können, wodurch der Benutzter schwere gesundheitliche Schäden erleiden könnte. Hierfür ist die Ablufteinrichtung vorgesehen, welche die Abluft aus dem Arbeitsraum saugt.
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Die Abluft wird zumindest teilweise aus der Werkbank und zumindest aus dem Raum, in dem die Werkbank angeordnet ist, geführt. Insbesondere wird die Abluft aus dem Gebäude, im dem die Werkbank angeordnet ist, geführt. Je nach Einsatzgebiet können Reinigungsschritte vorgesehen sein, bevor die Abluft in die Umwelt freigesetzt wird.
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Bei bestimmten Anwendungen kann es notwendig sein, jegliche Kontamination von außen zu vermeiden, weshalb eine vorkonfektionierte, definierte Zuluft von der Zulufteinrichtung bei Betrieb der Werkbank in den Arbeitsraum einströmt. Dadurch können keine Gase und Dämpfe, Staubpartikel oder andere Kontaminationen von der Umgebung der Werkbank in den Arbeitsraum und das dort befindliche zu bearbeitende Objekt gelangen. Als Objekt können beispielweise Substanzen, Analyseproben, Medikamente oder Halbleiterplatten verstanden werden.
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Die Zuluft ist vorkonfektioniert, das heißt sie ist beispielweise auf eine bestimmte Temperatur vortemperiert, wobei je nach Einsatzgebiet lediglich Temperaturschwankungen von 0,5 bis 1 °C zulässig sind. Vorzugsweise wird die Zuluft auf 20 bis 22°C, besonders bevorzugt auf 21 °C temperiert und somit vorkonfektioniert. Zur Vorkonfektionierung kann beispielweise auch die Einstellung einer definierten Luftfeuchtigkeit gehören. Vorzugsweise weist die vorkonfektionierte Zuluft eine relative Luftfeuchtigkeit von 50 % auf, wobei vorzugsweise Schwankungen im Wert der relativen Luftfeuchtigkeit um plus/minus 10 % zulässig sind. Zudem ist als Vorkonfektionierung vorzugsweise vorgesehen, dass die Zuluft eine bestimmte Zusammensetzung aufweist. Hierdurch können unterschiedliche Arbeitsbedingungen für unterschiedliche Einsatzgebiete gewährleistet werden.
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Die in den Arbeitsraum einströmende Zuluft wird nach Durchströmen des Arbeitsraums zu Abluft und als solche von der Ablufteinrichtung abgepumpt. Die Zuluft und Abluft ist dabei vorzugsweise Luft, eine definierte Gaszusammensetzung, ein Schutzgas, beispielweise Stickstoff oder Edelgas, oder eine Mischung hieraus. Die Art der verwendeten Zuluft ist abhängig von dem Anwendungsbereich in dem die Werkbank eingesetzt wird. So erfordern beispielweise Anwendungen bei denen sauerstoffempfindliche Substanzen eingesetzt werden, eine Schutzgasatmosphäre. Auch ein Arbeiten mit feuchtigkeitsempfindlichen Substanzen wird ermöglicht, wenn die Zuluft vor dem Einströmen in den Arbeitsraum getrocknet wird.
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Vorzugsweise bildet das Gehäuse einen im Wesentlichen quaderförmigen Innenraum aus, welcher den Arbeitsraum darstellt. Folglich umgibt das Gehäuse den Arbeitsraum. Neben der bevorzugten Ausführungsform ist es auch denkbar anders geformte Gehäuse, die entsprechend nicht quaderförmige Innenräume und somit Arbeitsräume ausbilden, vorzusehen.
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Das Gehäuse umfasst vorzugsweise sechs Flächen, welche die äußere Begrenzung des Gehäuses bilden, wobei diese sechs Flächen zwei Seitenflächen, eine rückwärtige Fläche, eine Frontfläche, eine obere Fläche und eine untere Fläche ausbilden. Die räumliche Zuordnung der Flächen erfolgt aus Arbeitsrichtung eines Benutzers der Werkbank.
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Die Seitenflächen und die rückwärtige Fläche sind vorzugsweise geschlossen ausgebildet. Hierdurch kann ein Arbeitsraum ausgebildet werden, der lediglich zu einer Seite, nämlich insbesondere der Frontseite eingreifbar ist. Dies erhöht die Sicherheit des Benutzers und des zu bearbeitenden Objekts und minimiert Handhabungsfehler des Benutzers.
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Der Arbeitsraum ist durch eine Arbeitsöffnung eingreifbar. Anders ausgedrückt, ein Benutzer kann von außen auf den Arbeitsraum zugreifen und Arbeiten innerhalb des Arbeitsraums durchführen. Arbeiten, die innerhalb des Arbeitsraums durchgeführt werden sind beispielweise chemische Experimente, die Herstellung von Halbleitern und die Produktion von Medikamenten. Die Formulierung der einen Arbeitsöffnung schließt nicht aus, dass auch mehrere Öffnungen vorgesehen sind, die unter der Formulierung einer Arbeitsöffnung zusammengefasst werden, die einen Eingriff und das Arbeiten im Arbeitsraum ermöglichen.
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Die Arbeitsöffnung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie verschließbar ist. Hierdurch kann ein Arbeitsraum erhalten werden, der bei Bedarf durch die Arbeitsöffnung eingreifbar ist, diese aber auch bei einer Nichtbenutzung der Werkbank verschlossen werden kann. Dadurch kann die Energieeffizienz weiter verbessert werden, weil in einem Zustand der Nichtbenutzung der Werkbank die Zuluft- und Abluftmenge deutlich reduziert werden kann, wodurch weniger vorkonfektionierte Zuluft und hierfür benötigte Energie bereitgestellt werden muss. Dies kann beispielweise über eine automatische Erkennung einer Nichtbenutzung, welche insbesondere mittels einer Lichtschranke erfolgen kann, und einer automatischen Regulierung der Zuluft- und Abluftmenge vorgenommen werden.
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Die Arbeitsöffnung ist vorzugsweise mittels eines Verschlusselements verschließbar ausgebildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Frontfläche des Gehäuses einen Frontschieber als Verschlusselement auf, der insbesondere aus einer verschiebbaren Scheibe besteht. Vor Benutzung der Werkbank und des Arbeitsraums kann der Frontschieber durch verschieben desselben geöffnet werden. Wird die Werkbank nicht mehr benutzt, ist der Frontschieber verschließbar, indem dieser in eine verschließende Stellung verschoben wird. Die Arbeitsöffnung wird somit verschlossen. Hierdurch wird eine einfache Benutzung der Werkbank ermöglicht und zugleich eine Möglichkeit der weiteren Energiereduzierung eröffnet.
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Vorzugsweise ist der Frontschieber vertikal verschieblich als Teil des Gehäuses ausgebildet. Hierdurch wird eine einfache Benutzung der Werkbank ermöglicht.
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In einer alternativen Ausgestaltung weist die Frontfläche des Gehäuses eine Scheibe auf, die Arbeitsöffnungen aufweist. Diese Arbeitsöffnungen sind insbesondere als Aussparungen ausgebildet, welche eine runde oder ovale Form aufweisen. In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Aussparungen mit Handschuhen als Verschlusselement verschlossen, wodurch der Arbeitsraum über diese Handschuhe eingreifbar ist, ohne dass eine unkontrolliert offene Öffnung zur Umgebung des Arbeitsraums vorhanden ist. Hierdurch kann ebenfalls die Energieeffizienz gesteigert werden, weil weniger vorkonfektionierte Zuluft im Verhältnis zu teilweise und/oder temporär offenen Werkbänken benötigt wird.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Frontfläche eine Scheibe aufweist, die eine Arbeitsöffnung aufweist, welche mittels einer zweiten verschieblichen Scheibe als Verschlusselement verschließbar ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an der Arbeitsöffnung und/oder dem Verschlusselement eine Dichtung angeordnet ist. Diese Dichtung dichtet die Arbeitsöffnung in einem verschlossenen Zustand ab. Dadurch wird in einem geschlossenen Zustand der Arbeitsöffnung ein abgedichteter Arbeitsraum erhalten und die Energieeffizienz wird weiter erhöht.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Arbeitsöffnung mittels eines Frontschiebers als Verschlusselement verschließbar, der eine Dichtung im einem Bereich, welcher der Arbeitsöffnung zugewandt ist, aufweist. Hierdurch wird der Arbeitsraum in einem geschlossenen Zustand des Frontschiebers nach außen abgedichtet. Vorzugsweise sind Arbeiten im Arbeitsraum auch bei geschlossener und abgedichteter Arbeitsöffnung über Handschuheingriffe durchführbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtung eine pneumatische Dichtung. Dadurch wird ein möglichst dichter Arbeitsraum erhalten.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die gesamte den Arbeitsraum begrenzende Oberfläche des Gehäuses metallfrei ausgebildet. Hierdurch ist die Werkbank für Arbeiten unter Reinraumbedingungen einsetzbar. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die gesamte Oberfläche der Werkbank metallfrei ausgebildet. Hierdurch ist dieselbe in Reinräumen einsetzbar. Durch die Metallfreiheit ist die entsprechende Oberfläche korrosionsfrei und Kontaminationen der bearbeiteten Objekte durch metallische Spuren werden ausgeschlossen. Hierdurch können auch hochsensible Proben untersucht und bearbeitet werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung sind sämtliche Oberflächen des Systems, welches die Werkbank sowie alle Zuluft und Abluft führenden Elemente umfasst, metallfrei ausgebildet. Dadurch wird ein Höchstmaß an Kontaminationsfreiheit gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die metallfreien Oberflächen einen Kunststoff auf. Vorzugsweise ist der Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe: Polypropylen, Teflon und Perfluoralkoxy-Polymer. Der Kunststoff kann in Abhängigkeit des Einsatzgebietes der Werkbank und der geforderten Beständigkeit ausgewählt werden und ist zudem einfach zu verarbeiten.
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Vorzugsweise weist die Zulufteinrichtung einen Zuluftfilter auf. Hierdurch wird die einströmende Zuluft vor Erreichen des Arbeitsraums von Partikeln und anderen Verunreinigungen befreit. Wird ein sehr feiner Partikelfilter als Zuluftfilter verwendet, ist die in den Arbeitsraum einströmende Zuluft im Wesentlichen partikelfrei. Hierdurch können Kontaminationen des im Arbeitsraum zu bearbeitenden Objektes durch Partikel in der Zuluft verhindert werden. Zudem ist für den Einsatz in Reinräumen eine Partikelfreiheit der Zuluft vorgeschrieben.
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Vorzugsweise ist die Zuluft von der oberen Fläche des Gehäuses ausgehend in den Arbeitsraum einströmbar. Hierdurch kann eine gleichmäßige Durchströmung des Arbeitsraums erhalten werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine Gaze in Strömungsrichtung nach der Zulufteinrichtung angeordnet ist, wobei die Zuluft in Form einer laminaren Strömung in den Arbeitsraum einströmbar ist. Eine Gaze ist ein sehr feinmaschiges Gewebe, welches die Ausbildung eines laminaren Luftstroms ermöglicht. Durch einen laminaren Zuluft-Luftstrom im Arbeitsraum wird ein Arbeiten ohne Luftverwirbelungen ermöglicht. Dies verhindert beispielweise eine Kreuzkontamination zwischen mehreren im Arbeitsraum befindlichen Objekten oder für die Bearbeitung benötigten Werkzeugen. Die zur Bearbeitung benötigten Werkzeuge können dabei beispielweise neben mechanischen Werkzeugen auch chemische Lösungen sein, die insbesondere für die Analyse von Substanzproben oder Blutproben oder ähnliches benötigt werden.
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Vorzugsweise wird die Abluft von der Ablufteinrichtung durch eine Arbeitsplatte mit Gitterstruktur gesaugt, welche der unteren Fläche des Gehäuses entspricht. Hierdurch wird eine gleichmäßige Luftströmung innerhalb des Arbeitsraum gewährleistet.
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Die Abluft wird teilweise aus der Werkbank geleitet und teilweise über ein Zuluftelement wieder zurück in den Arbeitsraum geleitet. Die von dem Zuluftelement in den Arbeitsraum geleitete Abluft wird zur wiederverwendeten Zuluft. Der Anteil an wiederverwendeter Zuluft kann an vorkonfektionierter Zuluft eingespart werden.
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Das Zuluftelement ist vorzugsweise zwischen der Ablufteinrichtung und der Zulufteinrichtung angeordnet, so dass die wiederverwendete Abluft mit vorkonfektionierter Zuluft in der Zulufteinrichtung vermischt wird, bevor die Zuluft in den Arbeitsraum eingeströmt wird. Vorzugsweise ist das Zuluftelement derart angeordnet, dass die wiederverwendete Zuluft ebenfalls über einen Zuluftfilter geleitet wird. Dies ist vorzugsweise der Zuluftfilter der Zulufteinrichtung. Hierdurch kann eine Partikelfreiheit der in den Arbeitsraum einströmenden Zuluft, welche der wiederverwendeten Abluft zusammen mit vorkonfektionierter Zuluft entspricht, gewährleistet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zwischen der Ablufteinrichtung und dem Zuluftelement ein Filter angeordnet ist. Dieser Filter hält mögliche Verunreinigungen aus der Abluft zurück, welche die Zuluft während des Durchströmens des Arbeitsraums aufgenommen hat. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Filter auf den Einsatzbereich der Werkbank angepasst ist.
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Werden beispielweise biologische Proben untersucht und/oder biologische Arbeiten vorgenommen, ist es vorteilhaft einen Filter zu verwenden, der Mikroorganismen aus der Luft herausfiltert. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, wenn ein Schwebstoff (HEPA = high efficiency particulate air) -Filter oder ein Hochleistungsschwebstoff (ULPA = Ultra low penetration air) -Filter eingesetzt wird.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Filter ein Aktivkohlefilter eingesetzt wird. Aktivkohle kann chemische Substanzen, insbesondere Dämpfe und leichtflüchtige Substanzen, aus der Abluft aufnehmen und somit die Abluft davon befreien bevor diese zur wiederverwendeten Zuluft wird.
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Wird die Abluft teilweise aus der Werkbank herausgeführt und teilweise über ein Zuluftelement wieder zurück in den Arbeitsraum geführt, gewährleistet ein derartiger Aufarbeitungsschritt mittels eines Filters, dass keine Kreuzkontaminationen zwischen den unterschiedlichen im Arbeitsraum befindlichen Objekten auftreten und zudem der Benutzer vor der Rückführung gesundheitsschädlicher Substanzen geschützt wird. Dies ist insbesondere bei chemischen Arbeiten und im Halbleiterbereich vorteilhaft.
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Die Ablufteinrichtung umfasst vorzugsweise ein Abluftrohr in dem ein Ventilator vorgesehen ist. Der Ventilator saugt die Abluft aus dem Arbeitsraum.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Abluftrohr ein Verzweigungsabschnitt vorgesehen, der das Abluftrohr in zumindest zwei Teilrohre aufteilt. Dadurch kann eine Aufteilung der Abluft in einen ersten Abluftteilstrom, der aus der Werkbank herausgeführt wird, und einen zweiten Abluftteilstrom, der über das Zuluftelement wieder in den Arbeitsraum geführt wird, aufgeteilt werden.
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Dieser Verzweigungsabschnitt ist vorzugsweise als T-Rohr ausgebildet.
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Zur Regelung der Abluftmengen des ersten und zweiten Abluftteilstroms sind in den Teilrohren Regelklappen angeordnet, die steuerbar sind. Hierdurch kann gezielt gesteuert werden, welche Abluftmenge aus der Werkbank geführt wird und welche Abluftmenge über das Zuluftelement in den Arbeitsraum zurückgeführt wird.
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Das Zuluftelement ist vorzugsweise als Rohrabschnitt ausgebildet, der strömungsverbunden mit dem zweiten Teilrohr des Abluftrohrs, welches den zweiten Abluftteilstrom führt, und mit dem Arbeitsraum strömungsverbunden ausgebildet ist. Dieser ermöglicht die Rückführung der Abluft, welche in den Arbeitsraum zurückgeführt werden soll, von dem Abluftrohr und dem daran anschließenden Teilrohr in den Arbeitsraum. In dem Moment in dem die Abluft zumindest teilweise wieder in den Arbeitsraum geführt wird, wird diese zu einer wiederverwendeten Zuluft.
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Die Regelklappen sind vorzugsweise über Stellmotoren automatisch regelbar. Eine Einstellung der Stellmotoren und darüber Regelung der Aufteilung der Abluftmenge in die genannten Abluftteilströme erfolgt vorzugsweise direkt durch einen Benutzer. Dadurch kann der Benutzer je nach vorzunehmender Arbeit im Arbeitsraum die Menge an zurückgeführter Abluft und aus der Werkbank herausgeführter Abluft regeln.
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In einer alternativen Ausführungsform werden die Regelklappen vorzugsweise automatisch in Abhängigkeit der Abluftqualität geregelt. Hierfür wird die Abluftqualität mittels eines Sensors ermittelt. Nimmt die Abluftqualität übermäßig ab, sind die Regelklappen in den beiden Teilrohren derart einzustellen, dass mehr Abluft aus der Werkbank geführt wird. Dagegen kann mehr Abluft in den Arbeitsraum zurückgeführt werden, wenn die Abluftqualität darauf hinweist, dass keine oder nur kaum Verunreinigungen in der Abluft sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Ablufteinrichtung derart geregelt ist, dass zumindest 50 % der abgesaugten Abluft über das Zuluftelement in den Arbeitsraum einströmbar ist. Hierdurch werden zumindest 50 % der Abluft als wiederverwendete Zuluft wieder in den Arbeitsraum zurückgeführt. Dies ermöglicht eine Reduzierung der vorkonfektionierte Zuluftmenge um mindestens 50 %, wodurch auch die für die Vorkonfektionierung benötigte Energie um ungefähr 50 % reduziert und die Energieeffizienz deutlich verbessert wird.
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Vorzugsweise ist die Ablufteinrichtung derart geregelt, dass zumindest 70 % der abgesaugten Abluft über ein Zuluftelement in den Arbeitsraum einströmbar ist. Hierdurch kann eine weitere Reduzierung der Menge an vorkonfektionierter Zuluft und hierfür benötigter Energie erreicht werden. Zudem wird durch die verbleibende Restmenge an Abluft, die aus der Werkbank geführt wird, eine ausreichende Filterregeneration gewährleistet, so dass keine hohen Chemikalienkonzentrationen im Filter und der zurückgeführten Abluft auftreten. Dies ist insbesondere gewährleitet, wenn im Wesentlichen 30 % der Abluft aus der Werkbank geführt wird.
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Nach Abschluss der Arbeiten im Arbeitsraum benötigt die Regeneration eines Aktivkohlefilters nur wenige Minuten bei einer Abluftstromteilung zwischen in den Arbeitsraum zurückgeführter Abluft und aus der Werkbank herausgeführter Abluft von 70:30.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zuluftmenge und die Abluftmenge, welche von der Zulufteinrichtung in den Arbeitsraum eingeströmt wird und von der Ablufteinrichtung aus dem Arbeitsraum abgesaugt wird jeweils separat voneinander steuerbar. Dabei erfolgt insbesondere eine Regelung der Zuluft- und/oder Abluftmenge über Regelklappen in den entsprechenden Zuluft- und/oder Ablufteinrichtungen.
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Im einfachsten Fall entspricht vorzugsweise die Zuluftmenge gleich der Abluftmenge, wobei die wiederverwendete Zuluft, welche über das Zuluftelement wieder in den Arbeitsraum geführt wird, ebenfalls der Zuluftmenge zugerechnet werden muss. Um Druckschwankungen aufgrund einer geöffneten Arbeitsöffnung oder eines Benutzers, der Arbeiten im Arbeitsraum durchführt, zu vermeiden, ist vorzugsweise ein Drucksensor im Arbeitsraum vorgesehen, der den Druck im Arbeitsraum misst und die Regelklappen in der Zulufteinrichtung und der Ablufteinrichtung derart zueinander regelt, dass im Arbeitsraum Atmosphärendruck herrscht. Hierdurch wird gewährleistet, dass kein Über- oder Unterdruck im Arbeitsraum herrscht, welches zu einem Austritt von Abluft in die Umgebung der Werkbank oder einem Einziehen von Umgebungsluft aus der Umgebung der Werkbank führen würde. Hierdurch könnte der Benutzer oder das zu bearbeitende Objekt kontaminiert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Luftzirkulation bei einem geschlossenen Zustand der Arbeitsöffnung um mindestens 30 % gegenüber der Luftzirkulation im regulären Betrieb, besonders bevorzugt um mindestens 50 % reduziert wird. Ein geschlossener Zustand der Arbeitsöffnung liegt vor, wenn keine Arbeiten im Arbeitsraum stattfinden und die Arbeitsöffnung geschlossen wurde. Folglich bedarf es in diesem Zustand auch keiner vollen Zuluft- und Abluftmenge, welche der Luftzirkulation bei Betrieb entsprechen. Die Luftzirkulation entspricht der Menge an Zuluft und Abluft, welche die Werkbank in einem definierten Zeitintervall passieren. Hierdurch kann die Energieeffizienz weiter verbessert werden.
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Vorzugsweise wird automatisch mittels eines Sensors, der im Bereich der Arbeitsöffnung angeordnet ist, insbesondere mittels einer Lichtschranke oder eines Lichtvorhangs, registriert, ob im Arbeitsraum gearbeitet wird. Hierdurch können weitere Energieeffizienz steigernde Maßnahmen, beispielweise eine Reduzierung der Luftzirkulation und/oder eine Erhöhung der in den Arbeitsraum zurückgeführten Abluftmenge, initiiert werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist es vorgesehen, wenn der Sensor und/oder die Lichtschranke und/oder der Lichtvorhang über einen bestimmten Zeitintervall nichts registrieren und/oder nicht unterbrochen wird, dass die Arbeitsöffnung automatisch verschlossen wird und die Luftzirkulation um 30 bis 70 %, insbesondere um 50 % gegenüber der regulären Luftzirkulation im Betrieb reduziert wird. Dies kann beispielweise durch Herunterfahren des Frontschiebers in eine geschlossene Stellung erfolgen. Vorzugsweise entspricht der Zeitintervall 20 Minuten.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Luftzirkulation weiter reduziert wird, wenn beispielweise keine Arbeiten in einem Zeitintervall größer 24 h stattfinden oder wenn Wochenende ist. In diesen Fällen wird die Luftzirkulation vorzugsweise auf einen Erhaltungsmodus reduziert, welcher kleiner 30 % der Luftzirkulation bei Betrieb entspricht.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Werkbank als modulares System erweiterbar. Hierdurch können bestimmte Anforderungen, die in Abhängigkeit des jeweiligen Arbeitsbereichs bestehen, erfüllt werden. Durch das modulare System kann beispielweise ein zweiter Arbeitsraum vorgesehen werden, der mit dem Arbeitsraum über eine Durchreiche verbunden ist. Alternativ können spezielle Tauchbecken innerhalb des Arbeitsraum angeordnet sein, die bestimmte Arbeitsschritte, beispielweise Tauchspülungen ermöglichen. Auch Bedienelemente außerhalb des Arbeitsraums zur Medienportionierung im Arbeitsraum sind erweiterbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Seitenflächen und/oder die Frontfläche durchsichtig ausgestaltet. Hierdurch können Arbeiten im Arbeitsraum einfach und bequem durchgeführt werden.
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Vorzugsweise weist die Werkbank eine digitale Schnittstelle auf. Dadurch wird eine digitale Vernetzung beispielweise mehrerer in einem Raum, insbesondere in einem Reinraum, angeordneter Werkbänke untereinander und/oder mit dem Labor, dem Gebäude oder zur Lüftungsanlage ermöglicht. Wird nur in einem Teil der Werkbänke gearbeitet kann die Luftzirkulation in den weiteren Werkbänken automatisch reduziert werden. Hierdurch wird die Einhaltung des Gleichzeitigkeitsfaktors gewährleistet und dieser kann auf das Notwendigste reduziert werden. Hierdurch wird die Energieeffizienz weiter verbessert. Kommt es andererseits zu einem sicherheitsrelevanten Vorkommen oder einem Energiespar-Zustand, beispielweise nachts oder am Wochenende, kann beispielweise ein gleichzeitiges und/oder gegenseitiges Verschließen und/oder Verriegeln der Werkbänke, des Labors und/oder des Gebäudes ausgelöst werden. Dies führt zu einer weiteren drastischen Erhöhung der Energieeffizienz.
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Zusätzlich wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Werkbank, mit einem von einem Gehäuse umgebenden Arbeitsraum, einer Zulufteinrichtung, mit der vorkonfektionierte Zuluft in den Arbeitsraum eingeströmt wird, und mit einer Ablufteinrichtung, mit der Abluft aus dem Arbeitsraum abgesaugt wird, wobei vorgesehen ist, dass die Abluft bei regulärem Betrieb teilweise aus der Werkbank geführt wird und teilweise über ein Zuluftelement als wiederverwendete Zuluft zurück in den Arbeitsraum geführt wird. Dadurch wird weniger vorkonfektionierte Zuluft benötigt, so dass Energiekosten eingespart und die Energieeffizienz der Werkbank gesteigert wird.
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Der reguläre Betrieb entspricht einem Betrieb bei dem Arbeiten innerhalb der Werkbank durchgeführt werden ohne dass eine sehr hohe Chemikalien- oder anderweitige Verschmutzungsbelastung auftritt.
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Vorzugsweise entspricht dabei die Menge der Zuluft, die über die Zulufteinrichtung und das Zuluftelement in den Arbeitsraum geführt wird im Wesentlichen der Menge an Abluft, die aus dem Arbeitsraum geführt wird. Dies führt zu einem Ausgleich der in den Arbeitsraum einströmenden und abgesaugten Luftmenge, wodurch im Arbeitsraum im Wesentlichen Atmosphärendruck herrscht. Darüber wird gewährleistet, dass keine Kontaminationen von außerhalb des Arbeitsraum in diesen und entgegengesetzt gelangen können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass 70 % der Abluft über das Zuluftelement als wiederverwendete Zuluft wieder in den Arbeitsraum geführt wird. Hierdurch kann eine verbesserte Energieeffizienz der Werkbank erzielt werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung, wird die Abluft, welche über das Zuluftelement als wiederverwendete Zuluft wieder in den Arbeitsraum zurückgeführt wird, vor der Rückführung in den Arbeitsraum gefiltert, insbesondere durch einen Aktivkohlefilter gefiltert. Hierdurch werden Chemikalien oder andere Verunreinigungen der Abluft aus dieser entfernt, bevor eine Rückführung in den Arbeitsraum erfolgt.
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Vorzugsweise wird im Falle eines sicherheitsrelevanten Verkommens die Abluft vollständig aus der Werkbank geführt. Ein sicherheitsrelevantes Vorkommen ist beispielsweise ein unkontrolliertes Verdampfen von potentiell gesundheitsgefährlichen Substanzen oder ein anderweitiger Austritt von überdurchschnittlich erhöhten Substanzmengen. Wird die Abluft vollständig aus der Werkbank geführt, entspricht dies 100 % der Abluft. Somit werden 0 % der Abluft wieder in den Arbeitsraum zurückgeführt. Diese Einstellung ist optional von einem Benutzer manuell oder mittels eines Sensors automatisch einstellbar. Eine entsprechende Regelung führt zu einem Verstellen der Regelklappen der Ablufteinrichtung, wobei die Klappe des Teilrohrs, welches die Abluft wieder in den Arbeitsraum führen kann, vollständig geschlossen wird.
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In der Beschreibung genannte Merkmale der Vorrichtung sind auf das Verfahren übertragbar und Verfahrensmerkmale auf Merkmale der Vorrichtung.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 seitliche Schnittansicht einer Werkbank,
- 2 seitliche Schnittansicht einer Werkbank mit Strömungspfeilen,
- 3 Frontansicht auf eine Werkbank.
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1 zeigt eine seitliche Ansicht einer Werkbank 1 mit einem Gehäuse 2, welches einen Arbeitsraum 3 ausbildet und diesen umgibt. Durch eine Arbeitsöffnung 4 ist der Arbeitsraum 3 eingreifbar. Diese Arbeitsöffnung 4 ist mittels eines Verschlusselements 5 verschließbar ausgebildet. Dieses Verschlusselement 5 wird im vorliegenden Beispiel durch einen Frontschieber 6 ausgebildet. Das Gehäuse 2 umfasst zwei seitliche Flächen 7, von denen in der Schnittansicht der 1 nur eine sichtbar ist, einer rückwärtigen Fläche 8, eine Frontfläche 9, einer oberen Fläche 10 und einer unteren Fläche 11.
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Mittels einer Zulufteinrichtung 12 wird im Betrieb vorkonfektionierte Luft in den Arbeitsraum 3 eingeströmt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Zuluft vor Eintritt in den Arbeitsraum 3 einen Zuluftfilter 13 passiert, der Partikel herausfiltert. Mittels einer Ablufteinrichtung 14 wird die Zuluft nach Durchströmen des Arbeitsraums 3 als Abluft abgesaugt. Die Abluft wird teilweise aus der Werkbank 1 herausgeführt und teilweise über ein Zuluftelement 15 in den Arbeitsraum 3 zurückgeführt. Hierfür weist die Ablufteinrichtung 14 ein Abluftrohr 16 auf, welches einen Verzweigungsabschnitt 17 umfasst, an dem das Abluftrohr 16 in zwei Teilrohre 18 getrennt wird. In den Teilrohren 18 sind jeweils zumindest eine Regelklappe 19 angeordnet, mit denen das Verhältnis zwischen aus der Werkbank 1 herausgeführter Abluft und in den Arbeitsraum zurückgeführter Abluft regelbar ist. In demjenigen Teilrohr 18, welches die Abluft teilweise zurück in den Arbeitsraum 3 führt, ist vorzugsweise ein Filter 20 angeordnet. Dieser Filter 20 kann beispielweise Aktivkohle aufweisen.
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Am Gehäuse 2 der Werkbank 1 kann optional, wie in 1 gezeigt, ein Monitor- und Bedieneinheit 21 angeordnet sein, welches beispielweise die Parameter der Werkbank, der Zuluft und/oder Abluft anzeigt, sowie der Einstellung und Regelung der Regelklappen und weiterer nicht gezeigter Bauteile dient. Zu den nicht abgebildeten Bauteilen gehören auch Ventilatoren, welche die Zuluft in den Arbeitsraum 3 einströmen und aus diesem als Abluft absaugen.
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Unter dem Arbeitsraum ist ein Unterbau 22 angeordnet, welcher beispielweise als Aufbewahrungs- und/oder Sicherheitsschrank 22 ausgebildet ist. Dieser Unterbau 22 ist genauso wie weitere Elemente modular nach Kundenwusch anpassbar.
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2 zeigt ebenfalls eine seitliche Schnittansicht derselben Werkbank wie 1 mit Strömungspfeilen. Die Zulufteinrichtung 12 strömt vorkonfektionierte Zuluft über einen Zuluftfilter 13 in den Arbeitsraum 3. Dies erfolgt in 2 von der oberen Fläche 10 ausgehend.
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Auf der unteren Fläche 11 können Arbeiten durchgeführt werden. Die Ablufteinrichtung 14 saugt die Abluft durch die untere Fläche, welche eine durchlässige Gitterstruktur aufweist, aus dem Arbeitsraum 3. Im Verzweigungsabschnitt 17 erfolgt eine Aufteilung der Abluft in einen ersten Abluftstrom, der aus der Werkbank geführt wird, und einen zweiten Abluftstrom, der als wiederverwendete Zuluft wieder in den Arbeitsraum 3 zurückgeführt wird.
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3 zeigt eine Frontansicht auf eine Werkbank 1, welche modular aufgebaut ist und neben dem Arbeitsraum 3 einen zweiten separaten Arbeitsbereich 23, beispielweise zum Abrauchen von Chemikalien, aufweist. Der Arbeitsraum 3 und der zweite Arbeitsbereich 23 können über eine verschließbare Durchreiche verbunden sein. Die Durchreiche ist mittels eines Schiebers oder einer Tür verschließbar ausgebildet. Die Abluft des zweiten Arbeitsbereichs 23 ist beim Abrauchen von Chemikalien derart eingestellt, dass die Abluft aus dem zweiten Arbeitsbereich 23 vollständig herausgeführt und nicht wiederverwendet wird. Unter der Werkbank 1 ist ein Schrank als Unterbau 22 vorgesehen.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkbank
- 2
- Gehäuse
- 3
- Arbeitsraum
- 4
- Arbeitsöffnung
- 5
- Verschlusselement
- 6
- Frontschieber
- 7
- seitliche Flächen
- 8
- rückwärtige Flächen
- 9
- Frontfläche
- 10
- obere Fläche
- 11
- untere Fläche
- 12
- Zulufteinrichtung
- 13
- Zuluftfilter
- 14
- Ablufteinrichtung
- 15
- Zuluftelement
- 16
- Abluftrohr
- 17
- Verzweigungsabschnitt
- 18
- Teilrohre
- 19
- Regelklappen
- 20
- Filter
- 21
- Monitor- und Bedieneinheit
- 22
- Unterbau
- 23
- zweite Arbeitsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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