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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenreinigungsvorrichtung mit
einer Reinigungskammer, welche zur Aufnahme von mittels eines Reinigungsmediums
zu reinigendem Gut ausgebildet ist, sowie mit zumindest einem Tank,
aus dem das Reinigungsmedium über
eine Zuführeinrichtung
in die Reinigungskammer einbringbar und in den das Reinigungsmedium
nach dem Reinigungsvorgang mittels einer Abführeinrichtung zurückführbar ist,
wobei eine Analysevorrichtung zur Messung der Verunreinigung des
Reinigungsmediums vorgesehen ist.
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In
einer Vielzahl industrieller Unternehmen müssen täglich verschiedene Industriegüter von Ölen, Fetten
oder anderen Verschmutzungen gereinigt werden, beispielsweise zur
Vorbehandlung für ein
anschließendes
Lackieren eines Metallbleches, für
eine Zwischenreinigung innerhalb einer Fertigungsstraße für Getriebe
oder im Bereich der Instandsetzung vor Wiedereinbau des instandgesetzten
Teiles. Abhängig
von der Verwendung der einzelnen zu reinigenden Industriegüter sind
unterschiedlich hohe Anforderungen an die Oberflächenreinheit des Industrieguts
zu stellen.
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Zum
Reinigen der Industriegüter
werden üblicherweise
Oberflächenreinigungsanlagen
verwendet, in denen mittels eines Reinigungsmediums, beispielsweise
einer Waschflüssigkeit,
das zu reinigende Bauteil gewaschen wird. Obwohl das Reinigungsmedium
gegebenenfalls nach dem Waschvorgang durch Filtersysteme geleitet
wird, verschmutzt es im Laufe der Zeit und muss ausgetauscht werden.
Mit dem Austausch des Reinigungsmediums der Oberflächenreinigungsvorrichtung
gehen regelmäßig hohe
Kosten einher, so dass es erstrebenswert ist, das Reinigungsmedium
erst dann auszutauschen, wenn die Sauberkeit der Oberfläche für nachfolgend zu
reinigende Industriegüter
nicht mehr gewährleistet werden
kann. Der Austausch des Reinigungsmediums wird hierbei beispielsweise
nach Sichtkontrolle des Reinigungsmediums oder des gereinigten Industriegutes
eingeleitet, was ein umständliches
und langwidriges Verfahren ist. Insbesondere ist ein zu früher Austausch
des Reinigungsmediums mit einer Umweltbelastung, hohen Kosten und
einem gesteigerten Entsorgungsaufwand für das Reinigungsmedium verbunden,
ein zu später
Austausch verletzt die gegebenen Qualitätsnormen und führt ebenfalls
zu hohen Kosten für
Nachbehandlung bzw. Stillstandszeiten.
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Darüber hinaus
lassen sich aus der Verschmutzung der Reinigungsflüssigkeit
nicht immer Rückschlüsse auf
eine eventuell noch anhaltende Verschmutzung des zu reinigenden
Gutes ziehen. Selbst bei einem noch vergleichsweise großen Grad von
Sauberkeit des Reinigungsmediums kann das zu reinigende Gut noch
immer verschmutzt sein und muss wiederholt gewaschen werden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oberflächenreinigungsvorrichtung
zu schaffen, deren Handhabung insbesondere bezüglich des Austausches des Reinigungsmediums
und der Überwachung
der Reinigungsflüssigkeit
und des zu reinigenden Gutes verbessert ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Durch
die erfindungsgemäße Analysevorrichtung
ist eine Überwachung
der Verunreinigung des Reinigungsmediums im Betrieb vornehmbar. Das
zur Bedienung der Oberflächenreinigungsvorrichtung
vorgesehene Personal erhält
durch die Analysevorrichtung repräsentative Informationen über die
Sauberkeit des Reinigungsmediums und des Reinigungsguts und kann
in Abhängigkeit
der Reinheitsanforderungen an die Oberfläche des Industriegutes rechtzeitig
den Austausch des Reinigungsmediums vornehmen, bevor das Reinigungsgut
bzw. das zu reinigende Gut aus der Reinigungsvorrichtung entnommen
wird.
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Die
Analysevorrichtung ist hierbei zur Bildauswertung, zur Auswertung
von Farben- und/oder Helligkeitsverteilungen
ausgebildet, wodurch insbesondere eine Trübung des Reinigungsmediums
feststellbar ist. Gleichzeitig ist die Messung des Verunreinigungsgrades
des Reinigungsmediums durch eine Sensoreinheit zur Detektion, Messung
bzw. Bestimmung eines Ölwerts
des Reinigungsmediums um ein Vielfaches verbesserbar, da die Kombination
von Bildauswertung, Farben und/oder Helligkeitsverteilungen des
Reinigungsmediums mit einer Messung eines Ölwerts zu deutlich besseren
Abschätzungen insbesondere
des Ölwerts
führt.
Gleiches gilt auch für die
Kombination aus Trübung
und Messung des Ölwerts
durch die Sensoreinheit.
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Alternativ
oder ergänzend
zur Sensoreinheit zur Messung eines Ölwerts des Reinigungsmediums ist
eine Sensoreinheit zur Detektion/Messung eines Ölwerts einer Oberfläche des
Reinigungsgutes vorsehbar, die insbesondere in der Reinigungskammer angeordnet
ist und die Oberfläche
des Reinigungsgutes abtastet und den Grad der nach einem Reinigungs-
und insbesondere eines anschließenden Trocknungsvorganges
noch immer auf einer Oberfläche
des Reinigungsguts vorhandenen Verunreinigung feststellt. Es versteht
sich, dass die Detektion des Ölwerts
auch eine Detektion von mit Ölverschmutzungen
einhergehenden Verschmutzungen wie Metallpartikel, Sandpartikel
oder dergleichen umfassen kann. Eine solche Detektion kann vorteilhafterweise
durch eine Kamera vorgenommen und/oder unterstützt werden, deren erfasstes
Bild mit einem Referenzwert oder -bild von einem definitiv sauberen Reinigungsgut
verglichen wird.
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Erfindungsgemäß kann auch
eine Analysevorrichtung vorgesehen sein, bei der auf die Messvorrichtung
verzichtet wird und lediglich eine oder mehrere Sensoreinheiten
zur Bestimmung bzw. Messung eines Ölwertes vorhanden sind. Dies
gilt insbesondere für
Analysevorrichtungen zur Bestimmung von kleinsten, von der Messvorrichtung
nicht wahrnehmbaren Ölkonzentrationen.
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Insbesondere
ist eine Sensoreinheit zur Detektion eines Ölwerts des Reinigungsmediums
bei oder im Bereich der Messvorrichtung anzuordnen, die zur Bildauswertung
und zur Auswertung von Farben- und/oder Helligkeitsverteilungen
die entsprechenden Messwerte liefert, so dass das Reinigungsmedium
zumindest in etwa in dem gleichen Bereich überprüft wird und sich somit gute
Rückschlüsse aus der
Kombination der beiden Messergebnisse ergeben. Die beiden Vorrichtungen
können
auch in einem einzigen Gehäuse
angeordnet werden, so dass sowohl die Messvorrichtung als auch die
Sensoreinheit denselben Bereich des Reinigungsmediums erfassen.
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Eine
Anzeigevorrichtung an der Oberflächenreinigungsvorrichtung
oder auch an einem anderen, der Überwachung
der Vorrichtung dienendem Ort, weist vorteilhafterweise eine abgestufte
oder kontinuierliche Anzeige der jeweiligen Reinigungsgrade an.
Hierbei sind jeweils den Umständen
des Einzelfalls nach abgestimmte Anzeigevorrichtungen denkbar, die
eine einfache Kontrolle des jeweiligen Messwertes ermöglichen.
Besonders einprägsam
ist eine Anzeigevorrichtung, die über eine Anzahl von mehreren
Feldern, beispielsweise fünf
roten Feldern eine Verschmutzung des Reinigungsmediums bzw. des
Reinigungsguts anzeigen kann. Je mehr der Kontrollfelder aufleuchten,
desto verschmutzter ist dann beispielsweise noch das Reinigungsgut
und muss gegebenenfalls noch einmal gewaschen werden, eventuell
unter Austausch des Reinigungsmediums, alternativ oder zusätzlich ist
die Reinheit des Reinigungsmediums anzeigbar.
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Der
Sensor zur Messung des Ölwerts
ist vorteilhafterweise als Flächensensor
ausgebildet, der eine Vielzahl von Messwerten gleichzeitig aufnimmt und
so eine gemittelte Größe berechnen
lässt,
die ein gutes Abbild der Verschmutzung der Flüssigkeit bzw. der Oberfläche des
Reinigungsguts ergibt. Insbesondere ist hierfür eine UV-Licht emitierende
Lichtquelle zu sehen, die so angeordnet ist, dass die von der Oberfläche des
Reinigungsguts aufgrund des dort vorhandenen Öls entstehende Fluoreszenz-
bzw. Lumineszenz von dem Sensor aufgefangen werden kann.
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Besonders
vorteilhaft ist ebenfalls eine Anordnung, die einen oder mehrere
zumindest teilweise um das Reinigungsgut herum bewegte Sensoren umfasst,
um einen möglichst
repräsentativen
Wert für die
Verschmutzung der Oberfläche
des Reinigungsguts zu erhalten. Ebenfalls liegt es im Rahmen der Erfindung,
das Reinigungsgut, welches auch auf einem Drehkranz oder -teller,
Transportband oder -wagen in der Reinigungskammer angeordnet werden kann,
zu bewegen, um somit dem Sensor die Abtastung mehrerer Teilbereiche
der Oberfläche
des Reinigungsguts zu ermöglichen.
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Neben
der gleichzeitigen Erfassung einer Vielzahl von Messwerten durch
die Ausbildung des oder der Sensoren als Flächensensoren kann darüber hinaus über die
Häufigkeit
der Messung, beispielsweise mit einer Frequenz von mehreren Dutzend
Messungen pro Sekunde, eine quasi kontinuierliche Messung und ein
statistisch sicherer Wert ermittelt werden. Eine solche Messung
ist besonders für die
kontinuierliche Überwachung
des Reinigungsmediums geeignet. Gleichzeitig ist jedoch auch eine Überwachung
der Oberfläche
des Reinigungsmediums während
des Waschvorgangs und/oder danach erfindungsgemäß möglich.
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Vorteilhafterweise
ist die Analysevorrichtung über
einen Bypass an den Reinigungskreislauf der Oberflächenreinigungsvorrichtung
anschließbar.
Als Reinigungsmedium sind hierbei vorzugsweise Waschlösungen oder
andere Fluide zu verwenden, so dass die Oberflächenreinigungsvorrichtung eine Vielzahl
von Rohren oder anderen Leitungseinrichtungen aufweist, an die die
Analysevorrichtung auf einfache Art anflanschbar ist. Der eigentliche
Kreislauf des Reinigungsmediums wird durch den zusätzlichen
Anschluss der Analysevorrichtung nicht beeinträchtigt, da lediglich geringe
Mengen des Reinigungsmediums zur Messung seiner Verschmutzung benötigt werden.
Alternativ ist die Analysevorrichtung in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung
so vollständig
in den Kreislauf integrierbar, dass beispielsweise das gesamte Reinigungsmedium
auf seinem Weg in die Reinigungskammer überprüft werden kann.
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Das
Reinigungsmedium wird üblicherweise aus
dem Tank der Oberflächenreinigungsvorrichtung über eine
Zuführeinrichtung
in die Reinigungskammer eingebracht. In dieser wird das Industriegut
je nach Ausbildung der Oberflächenreinigungsvorrichtung
auf unterschiedliche Weise gereinigt. Beispielsweise weist die Zuführeinrichtung
einen drehbaren, mit Sprühdüsen versehenen
Sprührahmen
auf, der um einen in die Reinigungskammer einsetzbaren Beladekorb
mit dem zu reinigenden Industriegut rotiert. Alternativ können die
Düsen auf
dem Rahmen auch fest instal liert oder in die Wände der Reinigungskammer eingelassen
sein, während
der Beladekorb auf einem Drehteller angeordnet ist.
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Das
Reinigungsmedium, welches während der
Reinigung durch die Aufnahme von beispielsweise Ölen oder Fetten verunreinigt
wird, wird ausschließlich über die
Abführeinrichtung
und gegebenenfalls vorzusehene Reinigungssysteme wieder in den Tank
zurückgeführt. Beispielsweise
können
zwischen Reinigungskammer und Tank Plattenphasentrenner zur Reinigung
des verunreinigten Reinigungsmediums vorgesehen sein. Ebenfalls
können in
der Reinigungskammer oder in dem Tank Sammelbereiche zur gravitationsbedingten
Ablagerung von in dem Reinigungsmedium vorhandenen Schmutzpartikeln
vorgesehen werden. Die Analysevorrichtung kann vorteilhafterweise
weiterhin entweder an die Abführeinrichtung
oder direkt an den Tank angeschlossen werden.
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Für die Messung
der Verunreinigung des Reinigungsmediums gibt es eine Vielzahl möglicher, bekannter
Verfahren, die unterschiedliche Analyseschwerpunkte aufweisen. Aufgrund
der Einfachheit des Aufbaus und der kostengünstigen Komponenten hat es
sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Analysevorrichtung
mittels der Messvorrichtung zur Messung der Trübung des Reinigungsmediums
auszubilden. Eine solche Messung optisch sichtbarer Verunreinigungen
ist bereits für
eine Vielzahl industrieller Anwendungen ausreichend. Unter bestimmten Bedingungen
ist ergänzend
oder alternativ zu einer reinen Helligkeitsmessung beispielsweise
eine Spektralanalyse des Reinigungsmediums sinnvoll oder sogar notwendig.
Hierfür
ist die Analysevorrichtung dann erfindungsgemäß entsprechend auszubilden. Die Kombination
aus einer Messung der Farben, Farbverteilung und/oder Helligkeitsverteilung
mittels einer Kamera mit einer insbesondere gleichzeitigen Messung
des Ölwerts
des Reinigungsmediums sowie einer vorzugsweise nach dem Waschgang
erfolgenden Erfassung des Restölwerts
auf der Oberfläche
des Reinigungsgutes ergibt eine gute Erfassung des Reinigungsergebnisses
und eine gute Überwachung
des Reinigungsvorganges. Insbesondere die Anbringung mehrerer Kameras
oder dergleichen und Sensoreinheiten in verschiedenen Abschnitten
der Oberflächenreinigungsvorrichtung
bietet die auch für eine
zumindest teilweise lückenlose Überwachung notwendige
Kontrolle. Alle messenden Vorrichtungen können hierbei von einem zentralen
Steuergerät
gesteuert oder geregelt werden.
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Bei
bestimmten Reinheitsanforderungen, beispielsweise der Verunreinigung
des Reinigungsmediums mit geringsten, nicht sichtbaren Konzentrationen
von Öl,
kann die Bestimmung des Öls
unabhängig
von der Trübungs-
bzw. Helligkeitsmessung vorgenommen werden.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung lassen sich den übrigen Unteransprächen sowie
der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnehmen. Schematisch dargestellt
zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung,
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2 den
Ausschnitt B aus 1.
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1 zeigt
eine in einem Gehäuse 1 befindliche
Reinigungskammer 2, deren Wände in der schematischen Darstellung
von der Gehäusewandung
gebildet werden. Es kann sich hierbei um eine Durchlaufvorrichtung
einer Waschstrasse oder auch um eine gesondert stehende Reinigungsvorrichtung handeln.
Die Reinigungskammer 2 ist mit einer nicht dargestellten,
verschließbaren Öffnung versehen, durch
die das zu reinigende Industriegut 20 auf einen Drehkranz 3 gestellt
werden kann. Mit Schließen
der Öffnungsklappe
beginnen automatisch die in dem Sprührahmen 4 angeordneten
Sprühdüsen das
Reinigungsmedium 5 auf das zu reinigende Industriegut zu
sprühen,
während
sich der Drehkranz 3 mit dem Industriegut dreht.
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Mittels
einer Pumpeneinheit 9 der Zuführeinrichtung wird das Reinigungsmedium 5 aus
dem Tank 6 in Richtung der Reinigungskammer 2 gefördert. Zwischen
Reinigungskammer 2 und Pumpeneinheit 9 ist eine
Abzweigung vorgesehen, über
die eine Messvorrichtung 11 einer Analysevorrichtung 10 mit einem
Teil des Reinigungsmediums 5 versorgt wird. Der Zufluss
des Reinigungsmediums 5 kann beispielsweise mittels eines
Regelventils reguliert werden. Von dieser Messvorrichtung 11 wird
das für
die Trübungsmessung
verwendete Reinigungsmedium 5 wieder in den Tank 6 geleitet.
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Das
verunreinigte Reinigungsmedium 5 sammelt sich am Boden
der Reinigungskammer 2 an und wird durch das Gefälle des
Bodens zu einer Filtereinheit 7 geleitet, die den Übergang
zu dem Tank 6 bildet. Die Filtereinheit 7 bildet
hierbei die Abführeinrichtung
aus.
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Der
Tank 6 selber weist wiederum einen Sammelbereich 8 auf,
in dem sich vom Filter nicht herausgefilterte Schmutzstoffe ablagern
können.
Dieser Sammelbereich ist von Zeit zu Zeit zu entleeren.
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Die
Messvorrichtung 11 und die Sensoreinheit 21 werden über eine
Signalleitung 12 einerseits angesteuert, andererseits findet über diese
Signal- bzw. Datenleitung 12 auch die Übermittlung der Messwerte an
eine Auswertevorrichtung 13 statt. Diese Auswertevorrichtung 13 wiederum
kann beispielsweise ein mit einer entsprechenden Software versehener
Computer sein, der in die Oberflächenreinigungsvorrichtung
integriert ist oder über
die Leitung 12 auch entfernt von der Vorrichtung angeordnet
ist.
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Die
Messvorrichtung 11 und die Sensoreinheit 21 und
die Auswertevorrichtung 13 können in einem einzigen Gehäuse angeordnet
sein, es kann sich hierbei jedoch auch um zwei verschiedene Geräte handeln,
die lediglich über
die Signalleitung 12 miteinander verbunden sind. Gleiches
gilt für
die Verbindung von Analysevorrichtung mit der Oberflächenreinigungsvorrichtung.
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Nach
erfolgter Reinigung tastet eine Sensoreinheit 21 die Oberfläche des
Reinigungsgutes bzw. des gereinigten Werkstückes 22 ab und ermittelt
einen eventuell nach der Reinigung auf der Oberfläche verbliebenen
Restschmutzgehalt bzw. Restölwert. Hierzu
nimmt ein Sensor die Fluoreszenz bzw. Lumineszenzstrahlung von Ölen, Ölemulsionen
oder dergleichen auf, die auf der Oberfläche verblieben sind. Aus den
gemessenen Fluoreszenzwerten wird dann die Konzentration des Öls auf der
Oberfläche
oder ein anderer die restliche Verschmutzung angebender Wert ermittelt.
Zur Anregung werden vorteilhafterweise eine oder mehrere UV-Dioden
verwendet, die Licht einer Wellenlänge von 370 nm erzeugen. Die Sensoreinheit
ist hierbei so ausgebildet, dass das emittierte Licht nicht den
Empfänger
der in ähnlichen Wellenlängenbereichen
liegenden Fluoreszenzstrahlung stört. Hierfür können entsprechende Ausrichtungen
von Sender und Empfänger/Sensor
der Sensoreinheit 21 verwendet werden, ebenfalls zwischen beiden
im Strahlengang befindliche Filter.
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In 2 ist
der Aufbau der Messvorrichtung 11 näher dargestellt. Das Reinigungsmedium 5 wird durch
die Messvorrichtung hindurchgeführt
und fließt hierbei
beispielsweise durch ein Glasröhrchen 14, welches
einen Durchflussbereich 15 ausbildet. Dieser befindet sich
zwischen einer Lichtquelle 16 und einer Messeinheit 17,
die bei diesem Ausführungsbeispiel
von einer Kamera gebildet wird. Als Lichtquelle 16 wird
eine Weißlichtquelle,
beispielsweise eine handelsübliche
Glühbirne
verwendet, deren Licht mittels einer Blendenvorrichtung 18 in
Richtung des Durchflussbereiches 15 gelenkt wird. Aufgrund der
Verschmutzung bzw. Verunreinigung des Reinigungsmediums gelangt
nur ein Teil des Lichts zur Messeinheit 17 und wird dort
von einem Flächensensor 19 registriert.
Der Flächensensor 19,
beispielsweise ein CMOS-Sensor, nimmt pro Messung über seine
gesamte Fläche
und daher eine Vielzahl von Messpunkten Helligkeitswerte auf, die
gemittelt einen mittleren Grauwert ergeben. Die Mittelung kann hierbei
von der Messeinheit 17 oder von der Auswertevorrichtung 13 vorgenommen
werden.
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Aufgrund
der flächigen
Ausgestaltung und der Vielzahl der Messpunkte des Flächensensors wird über einen
großen
Bereich des Reinigungsmediums 5 ein Wert ermittelt, der
bereits über
viele Verunreinigungen wie Schlieren oder Wolken im Reinigungsmedium 5 mittelt
und daher einen guten Wert für
die Verunreinigung des Mediums 5 liefert. Dieser Wert wird
anhand von in einer Speichereinheit der Auswertevorrichtung befindlichen
Kalibrierungsdaten in einen Wert für die Verunreinigung umgerechnet und
kann dann beispielsweise auf einem Display angegeben und/oder gespeichert
werden.
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Ein
Maß für die Konzentration
(Verschmutzung bzw. Verunreinigung) des Reinigungsmediums 5 kann
beispielsweise aus dem mittleren Grauwert aller Pixel unter Einbindung
des Lambert-Beer'schen-Gesetzes
aus eingestrahlter und transmitierter Intensität berechnet werden. Die hierfür benötigten Parameter
werden zuvor eingegeben bzw. über
die Kalibrierung vorgegeben. Obwohl das Lambert-Beer'sche-Gesetz normalerweise
nur für monochromatische
Strahlung und verdünnte
Lösungen
verwendbar ist, hat es sich gezeigt, dass mit einer solchen Auswertung
zumindest optisch sichtbare Verschmutzungen, die bei einer Vielzahl
der Anwendungsbereiche vorliegen, gut ermittelt werden können. Die
mit der Analysevorrichtung 10 ausgestattete, erfindungsgemäße Oberflächenreinigungsvorrichtung
kann daher auf einfache und kostengünstige Weise die Verschmutzung
des Reinigungsmediums 5 anzeigen. Das Reinigungsmedium 5 kann
somit zum richtigen Zeitpunkt ausgetauscht werden.
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Ergänzend kann
in einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung die
Verschmutzung des Reinigungsmediums mit einem mittels einer Sensoreinheit
aufgenommenen Ölwerts
des Reinigungsmediums kombiniert werden, um die Messung dieses Wertes
zu verbessern.
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Eine
mit einem handelsüblichen
CMOS-Sensor ausgestattete Kamera führt mehrere Dutzend Messungen
pro Sekunde durch, was zu einer kontinuierlichen Überwachung
des Reinigungsmediums führt. Über eine
Auswertung der jeweiligen Farbamplituden wird über die Fläche des Sensors die jeweilige für die Trübungsmessung
benötigte
Größe errechnet. Weiterhin
sind über
die Auswertung der RGB-Anteile spektrale Analysen möglich. Für bestimmte
Anwendungen kann alternativ zu einer handelsüblichen Weißlichtquelle auch ein Laser
verwendet werden, dessen Licht von einem auf die Laserwellenlänge abgestimmten
Empfänger
aufgefangen werden kann. Die Verwendung einer handelsüblichen
Glühbirne
mit einer handelsüblichen
Kamera führt
zu einer kostengünstigen
Analysevorrichtung 10, mit deren Hilfe ein gutes Abbild
der im industriellen Waschbetrieb vorkommenden Trübungen gewonnen
wird.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, die Steuerung der Oberflächenreinigungsvorrichtung
mit der Analysevorrichtung 10 zu verknüpfen, so dass beispielsweise
bei Überschreiten
eines vorgegebenen Verschmutzungsgrades die Oberflächenreinigungsvorrichtung
ihren Betrieb stoppt, um das Reinigungsmedium 5 auszutauschen.
Der Austausch des Reinigungsmediums 5 kann hierbei auch
vollautomatisch erfolgen, so dass kein weiteres Bedienpersonal für den Austausch
des Reinigungsmediums notwendig ist.