DE102005045544A1

DE102005045544A1 - Verfahren zum Generieren eines Signals zum Filterbeutelwechsel sowie Staubsauger mit einem Sauggebläse

Info

Publication number: DE102005045544A1
Application number: DE200510045544
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Fieseler
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2007-03-29
Also published as: WO2007033977A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Generieren eines Signals zum Filterbeutelwechsel bei einem einen Elektromotor mit einem Sauggebläse (5) aufweisenden Staubsauger (1), wobei mittels eines dem Gebläsedeckel (6) des Sauggebläses (5) zugeordneten Sensors (7) ein zu dem abgegebenen Körperschall des Sauggebläses (5) entsprechendes elektrisches Signal ausgewertet wird und innerhalb eines vorgegebenen Frequenzspektrums ein Bereich (A) festgelegt ist, in welchem das Signal als voller Filterbeutel gewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Generieren eines Signals zum Filterbeutelwechsel bei einem, einen Elektromotor mit einem Sauggebläse aufweisenden Staubsauger.

Bei Staubsaugern, insbesondere Haushaltsstaubsaugern ist es bekannt, den Füllstand des Filterbeutels durch Differenzdruckmessungen zu ermitteln, bei welchen beispielsweise der Druckabfall an oder vor dem Filterbeutel mittels Sensoren gemessen wird.

Im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung dahin gesehen, ein Verfahren zum Generieren eines Filterbeutelwechsel-Signals anzugeben, welches sich durch eine hohe Genauigkeit des zu ermittelnden Filterbeutel-Füllstandes auszeichnet.

Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, wobei mittels eines dem Gebläsedeckel des Sauggebläses zugeordneten Sensors ein zu dem abgegebenen Körperschall des Sauggebläses entsprechendes elektrisches Signal ausgewertet wird und innerhalb eines vorgegebenen Frequenzspektrums ein Bereich festgelegt ist, in welchem das Signal als voller Filterbeutel gewertet wird. Zufolge dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine verschleißfreie und eine hohe Genauigkeit aufweisende Füllstandsmessung erreicht. Der der Ermittlung des Füllstands dienende Sensor ist aufgrund der am Gebläsedeckel des Sauggebläses gewählten Positionierung verschleißfrei außerhalb des partikelbehafteten Saugluftstromes platzierbar. Erfindungsgemäß wird zur Detektierung des Filterbeutel-Füllstandes der drehzahl- und schwingungsenergieabhängige Körperschall im Bereich des Sauggebläses erfasst. Der durch die Rotation entstehende Körperschall wird in elektri sche Signale umgewandelt. Das Sauggebläse erzeugt ein charakteristisches Frequenz-Spektrum, das sich mit zunehmender Verstopfung des Filterbeutels zu höheren Frequenzen hin verschiebt. Aus dem gesamten Schwingungsspektrum wird ein relativ schmaler Frequenzbereich herausgefiltert. Der Effektivwert der in diesen Spektralbereich fallenden Energie wird hiernach bestimmt. Bei leerem Filterbeutel fällt lediglich ein geringer Anteil der Schwingungsenergie in den ausgewählten Frequenzbereich. Mit zunehmender Verstopfung des Filterbeutels verschiebt sich das gesamte Frequenzspektrum des Sauggebläses bzw. der gesamten Motor-Gebläse-Einheit, wobei die in den ausgewählten Frequenzbereich fallende Schwingungsenergie zunimmt. Übersteigt die detektierte Schwingungsenergie einen vorgegebenen Wert, so wird ein optisches oder akustisches Signal ausgegeben, das zum Wechsel des Filterbeutels auffordert.

Die Gegenstände der weiteren Ansprüche sind nachstehend in Bezug zu dem Gegenstand des Anspruchs 1 erläutert, können aber auch in ihrer unabhängigen Formulierung von Bedeutung sein. So erweist es sich weiter als vorteilhaft, dass eine Signalintensitätskurve mit zunehmender Frequenz ansteigt, ein Maximum durchläuft und sodann abfällt und das vorgegebene Frequenzspektrum auf dem abfallenden Teil der Kurve gewählt ist. Wird beispielsweise der Staubsauger mit reduzierter Leistung betrieben, so verschiebt sich hierbei das gesamte Schwingungsspektrum hin zu niedrigeren Frequenzen. Aufgrund der Anordnung des vorgegebenen Frequenzspektrums auf der abfallenden Flanke der Signalintensitätskurve ist unabhängig von der gewählten Leistungsstufe des Sauggebläses das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar. Das elektrische Signal des Sensors wird einem Impedanzwandler zugeführt. Die Ausgangsgröße des Impedanzwandlers ist die Eingangsgröße eines Bandfilters. In Letzterem ist ein Auswertefenster hinsichtlich der sich über die Frequenz ergebenden Intensität des elektrischen Signals des Sensors gespeichert. Die Ausgangsgröße des Bandfilters wird verstärkt und danach gleichgerichtet. Die Ausgangsgröße des Gleichrichters wird einem Vergleicher aufgegeben, der diese Ausgangsgrö ße mit einem Sollwert vergleicht. Dieser Sollwert kann in Abhängigkeit von der gewählten Leistungsstufe des Sauggebläses unterschiedlich sein. So kann beispielsweise als Sollwert die Spannung des Sollwertgebers für die Gebläsedrehzahl verwendet werden, womit das Verfahren unabhängig von der eingestellten Leistung des Sauggebläses funktioniert. Der Sensor ist bevorzugt ein Piezo-Wandler, welcher den durch die Rotation des Sauggebläses entstehenden Körperschall in elektrische Signale umsetzt.

Weiter betrifft die Erfindung einen Staubsauger mit einem ein Sauggebläse aufweisenden Elektromotor, einem Gebläsedeckel für das Sauggebläse und mit einem Filterbeutel. Um einen Staubsauger der in Rede stehenden Art handhabungstechnisch und funktionssicher auszugestalten, wird vorgeschlagen, dass auf dem Gebläsedeckel ein elektroakustischer Sensor angebracht ist zur Lieferung eines elektrischen Ausgangssignals abhängig von der Schwingung des Gebläsedeckels. Dieses Ausgangssignal kann beispielsweise zur Ermittlung der tatsächlichen Gebläsedrehzahl herangezogen werden. Darüber hinaus sind mittels eines solchen elektroakustischen Sensors auch Störungen beispielsweise im Rundlauf des Gebläses detektierbar. Bevorzugt wird mittels des Ausgangssignals der Filterbeutel-Füllstand ermittelt. In Abhängigkeit von dem erfassten Wert wird ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches wiederum gegebenenfalls ausgewertet zur optischen oder akustischen Anzeige gebracht werden kann. Der elektroakustische Sensor wandelt den durch die Rotation des Gebläserades entstehenden Körperschall in elektrische Signale um, wobei das Sauggebläse ein charakteristisches Frequenzspektrum erzeugt, welches sich beispielsweise mit zunehmendem Füllgrad des Filterbeutels zu höheren Frequenzen hin verschiebt.

Die Gegenstände der weiteren Ansprüche sind nachstehend in Bezug zu dem Gegenstand des Anspruchs 8 erläutert, können aber auch in ihrer unabhängigen Formulierung von Bedeutung sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Ausgangssignal des Sensors in einer Auswerteelektronik verarbeitet wird und ein Anzeigesignal erzeugt wird, das den Füllstand des Filterbeutels betrifft. Ein dem Körperschall des Sauggebläses entsprechendes elektrisches Signal wird nach einer entsprechenden Auswertung ggf. als voller Filterbeutel gewertet und optisch und/oder akustisch zur Anzeige gebracht. Die hierdurch geschaffene Staubbeutel-Füllstandsanzeige ist druck-, insbesondere differenzdruckunabhängig und darüber hinaus durch Anordnung des Sensors am Gebläsedeckel, insbesondere an der Außenseite des Gebläsedeckels in einem nicht schmutzbelasteten Bereich angeordnet und insofern verschleißarm ausgebildet. Die Auswerteelektronik weist einen Impedanzwandler und/oder einen Bandfilter und/oder einen Verstärker und/oder einen Gleichrichter und/oder einen Vergleicher auf. Dem Vergleicher wird die Ausgangsgröße des Gleichrichters aufgegeben, um diese mit einem Sollwert zu vergleichen. In dem Bandfilter ist ein Auswertefenster hinsichtlich der sich über die Frequenz ergebenden Intensität des elektrischen Signals des Sensors gespeichert. Ein in diesem Auswertefenster ermittelter Wert wird als voller Filterbeutel gewertet.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert. Es zeigt:
1 in perspektivischer Darstellung einen Staubsauger mit einem Sauggebläse und einer Filterbeutel-Füllstandsanzeige;
2 in perspektivischer Einzeldarstellung das Sauggebläse mit an dem Gebläsedeckel des Sauggebläses angeordnetem Sensor;
3 ein Diagramm zur Darstellung der unterschiedlichen Frequenzspektren, bei leerem und vollem Filterbeutel;
4 den schematischen Aufbau der Auswerteelektronik.
Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu 1 ein Staubsauger 1 in Form eines elektrischen, stielgeführten Handstaubsaugers, mit einem Gehäuse 2 und einem strömungsmäßig an dem Staubsauger 1 angeschlossenem Vorsatzgerät 3.
An dem Gehäuse 2 ist eine Kammer 4 öffenbar angeordnet, zur Aufnahme eines nicht dargestellten Filterbeutels.
Der zur Saugbearbeitung aufzubringende Saugluftstrom wird erzeugt durch ein in dem Gehäuse 2 angeordnetes, einen Elektromotor aufweisendes Sauggebläses 5.
Das Sauggebläse 5 trägt, wie insbesondere aus der Einzeldarstellung in 2 zu erkennen, einen Gebläsedeckel 6. An dessen Mantelaußenwand ist ein Sensor 7 in Form eines Piezo-Wandlers angeordnet. Dieser ist elektrisch verbunden mit einer Auswerteelektronik 8, deren Ausgangssignal in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer an dem Gehäuse 2 des Staubsaugers 1 angeordneten Leuchtanzeige 9 zugeführt wird.
Die Auswerteelektronik 8 weist zunächst einen Impedanzwandler 10 auf, zur Zuführung des elektrischen Signals des Sensors 7 zu einem nachgeordneten Bandfilter 11. In Letzterem ist ein vorgegebenes Frequenzspektrum in Art eines Auswertefensters A hinterlegt. Die Ausgangsgröße des Bandfilters wird über einen Verstärker 12 einem Gleichrichter 13 zugeführt. Das hiernach gleichgerichtete Signal wird abschließend einem Vergleicher 14 zugeführt, der dieses Signal mit einem durch einen Sollwertgeber 15 aufgelegten Sollwert vergleicht. In Abhängigkeit von dem durch den Vergleicher 14 ermittelten Wert wird die Anzeige 9 angesteuert. Hierbei kann die Aktivierung der Leuchtanzeige 9 als Hinweis für den Benutzer zum Filterbeutelwechsel dienen. Denkbar ist auch eine Ausgestaltung, bei welcher die Anzeige 9 beispielsweise von einem Grünsignal in ein Rotsignal wechselt, ggf. nach Durchlaufen eines sich von grün nach rot verändernden Farbspektrums. Weiter alternativ sind auch akustische Signale in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert möglich.
Durch den Sensor 7 wird der durch die Rotation des Gebläserades des Sauggebläses 5 entstehende Körperschall in elektrische Signale umgewandelt. Das Gebläse erzeugt hierbei ein charakteristisches Frequenzspektrum, welches sich mit zunehmender Verstopfung des Filterbeutels zu höheren Frequenzen hin verschiebt.
Aus dem gesamten Schwingungsspektrum wird ein relativ schmaler Frequenzbereich (Auswertefenster A) herausgefiltert. Mit Hilfe des Gleichrichters 13 wird der Effektivwert der in diesen Spektralbereich fallenden Energie bestimmt. Aus der Abbildung in 3 ist ersichtlich, dass bei leerem Filterbeutel in Abhängigkeit von der Frequenz F nur ein geringer Anteil der Schwingungsenergie E in den ausgewählten Frequenzbereich A fällt (vgl. Kennungslinie I). Mit zunehmender Verstopfung (Kennungslinie II) des Filterbeutels verschiebt sich das gesamte Frequenzspektrum des Sauggebläses 5. Die in dem ausgewählten Frequenzbereich A fallende Schwingungsenergie E nimmt zu. Übersteigt nun die detektierte Schwingungsenergie E einen vorgegebenen Wert des Sollwertgebers 15, so wird das Signal ausgegeben, welches zum Wechseln des Filterbeutels auffordert.
Wird der Staubsauger 1 mit reduzierter Leistung betrieben, so verschiebt sich das gesamte Schwingungsspektrum hin zu niedrigeren Frequenzen. Da jedoch die Filterkurve A des Bandpasses auf der abfallenden Flanke des Sauggebläses 5 liegt, kann das vorbeschriebene Prinzip unabhängig von der gewählten Leistungsstufe des Sauggebläses unverändert angewandt werden. Es wird lediglich der Schwellwert für den Vergleicher 14 verändert, wozu beispielsweise die Spannung des Sollwertgebers für die Sauggebläse-Drehzahl verwendet werden kann.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims

Verfahren zum Generieren eines Signals zum Filterbeutelwechsel bei einem, einen Elektromotor mit einem Sauggebläse (5) aufweisenden Staubsauger (1), wobei mittels eines dem Gebläsedeckel (6) des Sauggebläses (5) zugeordneten Sensors (7) ein zu dem abgegebenen Körperschall des Sauggebläses (5) entsprechendes elektrisches Signal ausgewertet wird und innerhalb eines vorgegebenen Frequenzspektrums ein Bereich (A) festgelegt ist, in welchem das Signal als voller Filterbeutel gewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalintensitätskurve (I, II) mit zunehmender Frequenz ansteigt, ein Maximum durchläuft und sodann abfällt und das vorgegebene Frequenzspektrum auf dem abfallenden Teil der Kurve gewählt ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal des Sensors (7) einem Impedanzwandler (10) zugeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße des Impedanzwandlers (10) die Eingangsgröße eines Bandfilters (11) ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße des Bandfilters (11) verstärkt wird und danach gleichgerichtet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße des Gleichrichters (13) einem Vergleicher (14) aufgegeben wird, der diese Ausgangsgröße mit einem Sollwert vergleicht.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) ein Piezo-Wandler ist.
Staubsauger (1) mit einem ein Sauggebläse (5) aufweisenden Elektromotor, einem Gebläsedeckel (6) für das Sauggebläse (5) und mit einem Filterbeutel, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Gebläsedeckel (6) ein elektroakustischer Sensor (7) angebracht ist zur Lieferung eines elektrischen Ausgangssignals abhängig von der Schwingung des Gebläsedeckels (6).
Staubsauger nach Anspruch 8 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Sensors (7) in einer Auswerteelektronik (8) verarbeitet wird und ein Anzeigesignal erzeugt wird, das den Füllstand des Filterbeutels betrifft.
Staubsauger nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 9 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (8) einen Impedanzwandler (10) und/oder einen Bandfilter (11) und/oder einen Verstärker (12) und/oder einen Gleichrichter (13) und/oder einen Vergleicher (14) aufweist.
Staubsauger nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bandfilter (11) ein Auswertefenster (A) hinsichtlich der sich über die Frequenz ergebenden Intensität des elektrischen Signals des Sensors (7) gespeichert ist.