DE102006058613B4

DE102006058613B4 - Vacuum cleaner whose blower motor can be energized both in battery operation and in mains voltage operation

Info

Publication number: DE102006058613B4
Application number: DE200610058613
Authority: DE
Inventors: Andre Bertram; Manfred Gerhards; Volker Gerth; Oliver Liebig; Rainer Schultz; Heiko Stork; Dirk Wegener
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: DE102006058613A1

Abstract

Staubsauger, insbesondere Bodenstaubsauger (1), mit einem Gehäuse (4), in dem ein motorbetriebenes Sauggebläse sowie eine Vorrichtung zur Herstellung der Energieversorgung des Gebläsemotors angeordnet ist, wobei der Gebläsemotor sowohl im Akkumulator-Betrieb als auch im Netzspannungs-Betrieb bestrombar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebläsemotor als auf eine Nennspannung von 230 Volt ausgelegter Universalmotor (10) ausgebildet ist und ferner eine Phasenanschnittsteuerung (22) zur Leistungsverstellung im Netzspannungs-Betrieb und ein Pulsweitenmodulator (34) zur Leistungsverstellung im Akkumulator-Betrieb umfasst.Vacuum cleaner, in particular vacuum cleaner (1), with a housing (4) in which a motor-driven suction fan and a device for producing the power supply of the fan motor is arranged, wherein the fan motor can be energized both in battery operation and in mains voltage operation, characterized in that the blower motor is designed as a universal motor (10) designed for a rated voltage of 230 volts and further comprises a phase control (22) for power adjustment in mains voltage operation and a pulse width modulator (34) for power adjustment in battery operation.

Description

Die Erfindung betrifft einen Staubsauger, insbesondere einen Bodenstaubsauger, mit einem Gehäuse, in dem ein motorbetriebenes Sauggebläse sowie eine Vorrichtung zur Herstellung der Energieversorgung des Gebläsemotors angeordnet ist, wobei der Gebläsemotor sowohl im Akkumulator-Betrieb als auch im Netzspannungs-Betrieb bestrombar ist.The invention relates to a vacuum cleaner, in particular a canister vacuum cleaner, with a housing in which a motor-driven suction fan and a device for producing the power supply of the fan motor is arranged, wherein the fan motor can be energized both in battery operation and in mains operation.

Aus dem Stand der Technik sind allgemein Bodenstaubsauger bekannt, die über eine Netzversorgungsleitung verfügen. Diese besitzen den Nachteil, dass zu ihrer Energieversorgung eine Netzspannungs-Steckdose in erreichbarer Nähe vorhanden sein muss. Dies ist insbesondere beim Säubern von Treppen oder von Kraftfahrzeugen nicht der Fall, so dass dann mit Verlängerungskabeln gearbeitet werden muss, was den Bedienungskomfort vermindert. Bekannt sind ebenfalls Staubsauger, die netzunabhängig betrieben werden können, wobei zum netzunabhängigen Betrieb ein Energieversorgungsmodul vorgesehen ist, das beispielsweise eine oder mehrere Akkumulatorenzellen aufweist. So ist beispielsweise aus der EP 0 401 531 B1 ein Staubsauger bekannt, der in seinem Gehäuse einen von außen zugänglichen Hohlraum zur Aufnahme einer herausnehmbaren Batterieanordnung aufweist. Der dortige Staubsauger weist Mittel zum lösbaren Haltern der Batterieanordnung an dem Hohlraum auf. Batterie- oder akkumulatorgespeiste Staubsauger besitzen den Nachteil, dass wegen der hohen Leistungsaufnahme des Sauggebläses die Ladekaparität in der Regel nicht zum gründlichen Säubern eines großen Teppichs oder eines mit Teppichboden ausgelegten Raums ausreicht, so dass mehrmals nachgeladen werden muss. Auch dies vermindert den Bedienungskomfort.From the prior art generally vacuum cleaner are known, which have a power supply line. These have the disadvantage that for their energy supply a mains voltage outlet must be available in reachable. This is especially not the case when cleaning stairs or motor vehicles, so that then you have to work with extension cables, which reduces the ease of use. Also known are vacuum cleaners, which can be operated independently of the mains, wherein for mains-independent operation, a power supply module is provided which has, for example, one or more battery cells. For example, from the EP 0 401 531 B1 a vacuum cleaner is known, which has in its housing an externally accessible cavity for receiving a removable battery assembly. The local vacuum cleaner has means for releasably holding the battery assembly to the cavity. Battery or accumulator-fed vacuum cleaners have the disadvantage that, because of the high power consumption of the suction fan, the charge capacity is generally insufficient to thoroughly clean a large carpet or a room laid out with carpeting, so that it must be recharged several times. This also reduces the ease of use.

Aus der DE 10 2005 063 240 A1 ist ein gattungsgemäßer Staubsauger bekannt. Bei diesem wird als Gebläsemotor ein Universalmotor verwendet, der auf eine Nennspannung ausgelegt ist, die erheblich kleiner als die Netzspannung ist. Im Netzspannungs-Betrieb wird die Netzspannung dann durch Phasenanschnittsteuerung an die niedrige Nennspannung des Motors angepasst. Hierdurch verringert sich die erzielbare Leistung im Netzspannungs-Betrieb. Außerdem entsteht ein hoher Aufwand bei der Entstörung der durch die Phasenanschnittsteuerung erzeugten Oberwellen.From the DE 10 2005 063 240 A1 is a generic vacuum cleaner known. In this case, a universal motor is used as a blower motor, which is designed for a nominal voltage, which is considerably smaller than the mains voltage. In mains voltage operation, the mains voltage is then adjusted by phase control to the low rated voltage of the motor. This reduces the achievable power in mains voltage operation. In addition, there is a high cost in the suppression of the harmonics generated by the phase control.

Der Erfindung stellt sich somit das Problem, einen Staubsauger der eingangs genannten Art zu offenbaren, der sowohl im Netzspannungs-Betrieb als auch im Akkumulator-Betrieb eine zufriedenstellende Gebläseleistung erzeugt.The invention thus presents the problem of disclosing a vacuum cleaner of the type mentioned, which produces a satisfactory blower power both in mains voltage operation and in battery operation.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch einen Staubsauger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.According to the invention this problem is solved by a vacuum cleaner with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the following subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown purely schematically in the drawings and will be described in more detail below. It shows

1: eine Seitenansicht eines Bodenstaubsaugers; 1 a side view of a vacuum cleaner;

2: eine perspektivische Rückansicht des Bodenstaubsaugers; 2 a perspective rear view of the vacuum cleaner;

3: eine teilweise geschnittene Unteransicht des Bodenstaubsaugers, gemäß 1; 3 a partially sectioned bottom view of the vacuum cleaner, according to 1 ;

4: eine Einzelansicht der Unterschale des Bodenstaubsaugers, gemäß der 1; 4 : a single view of the lower shell of the vacuum cleaner, according to the 1 ;

5: eine teilweise Draufsicht des Bereichs der Leistungsregelung des Bodenstaubsaugers gemäß der Erfindung; und 5 a partial plan view of the range of power control of the vacuum cleaner according to the invention; and

6: eine schematische Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Hybridstaubsaugers; 6 a schematic circuit arrangement of the hybrid vacuum cleaner according to the invention;

7: das Ständerwicklungspaket des Gebläsemotors. 7 : the stator winding package of the fan motor.

Die 1 bis 3 zeigen insbesondere einen als Hybridstaubsauger ausgebildeten Bodenstaubsauger 1. Für den Netzbetrieb ist eine Kabeltrommel 2 (siehe 5 und 6) mit darauf aufwickelbarem Netzanschlusskabel 3 vorgesehen, welche wie bei anderen von der Anmelderin hergestellten und vertriebenen Bodenstaubsaugern (siehe auch DE 10 2005 018 908 ) hinten rechts im Inneren des Gehäuses 4 angeordnet und deshalb in den bildlichen Darstellungen des Staubsaugers nicht sichtbar ist. In 2 ist lediglich das aus dem Gehäuse 4 geführte Ende des Anschlusskabels 3 samt Netzstecker 11 dargestellt. Für den netzlosen Betrieb ist ein Akkumulator 5 vorhanden, wobei der Akkumulator 5 und die Kabeltrommel 2 als fest integrierte Bestandteile im Staubsaugergehäuse 4 angeordnet sein können. In einer alternativen Ausführungsform ist der Akkumulator 5 über eine Bodenklappe 40 entnehmbar. Dies bietet Vorteile hinsichtlich Austausch und Recyclingfähigkeit.The 1 to 3 in particular show a designed as a hybrid vacuum cleaner vacuum cleaner 1 , For the mains operation is a cable drum 2 (please refer 5 and 6 ) with power cable to be wound up thereon 3 provided, as in other manufactured and distributed by the Applicant and vacuum cleaners (see also DE 10 2005 018 908 ) in the back right inside the case 4 arranged and therefore not visible in the pictorial representations of the vacuum cleaner. In 2 This is just the case from the case 4 led end of the connection cable 3 including mains plug 11 shown. For the netless operation is an accumulator 5 present, the accumulator 5 and the cable drum 2 as firmly integrated components in the vacuum cleaner housing 4 can be arranged. In an alternative embodiment, the accumulator is 5 over a bottom flap 40 removable. This offers advantages in terms of replacement and recyclability.

Wie aus der 1 und 3 zu erkennen ist, ist der Akkumulator 5 in einer Unterschale 6 am Boden des Gehäuses 4 angeordnet. Die Unterschale 6 ist in isolierter Darstellung nochmals in der 4 in der Perspektive gezeigt. Sowohl 3 als auch 4 zeigen, dass der Akkumulator 5 aus einzelnen Zellen 7 aufgebaut ist, welche zur Erzeugung einer Ausgangsspannung von ca. 88 Volt elektrisch in Reihe geschaltet sind (nicht dargestellt). Dabei ist die Unterschale 6 doppelwandig mit Versteifungsstreben 8 ausgebildet, so dass die Schale 6 eine hinreichende Festigkeit bietet.Like from the 1 and 3 it can be seen is the accumulator 5 in a lower shell 6 at the bottom of the case 4 arranged. The lower shell 6 is in isolated form again in the 4 shown in perspective. Either 3 as well as 4 show that the accumulator 5 from single cells 7 is constructed, which are electrically connected in series to produce an output voltage of about 88 volts (not shown). It is the subshell 6 double-walled with stiffening struts 8th trained so that the shell 6 provides sufficient strength.

Die Akkumulatorzellen 7 sind im vorderen Bereich der Unterschale 6 unterhalb des Staubraums 9 angeordnet, was den Vorteil mit sich bringt, dass durch die angesaugte Luft in den Staubraum 9 eine Kühlung der Zellen 7 während des Aufladungsprozesses erfolgt.The accumulator cells 7 are in the front area of the lower shell 6 below the dust chamber 9 arranged, which brings with it the advantage that by the sucked air into the dust space 9 a cooling of the cells 7 during the boot process.

Die 5 zeigt in der Draufsicht insbesondere den Bereich des Bodenstaubsaugers 1, in dem zwischen der Einschalt-Taste 12 und der Taste 13 zur Betätigung der automatischen Kabelaufwicklung ein Bedienfeld 14 mit einer Plus-Minus-Taste 15 und einem zugehörigen Display 16 angeordnet ist. Mit der Plus-Minus-Taste 15 wird die Leistung des Gebläsemotors eingestellt. Der Aufbau eines Gebläses ist ebenfalls beispielsweise aus der DE 10 2005 018 908 bekannt und deshalb weder in den Figuren gezeigt noch näher beschrieben.The 5 shows in plan view in particular the area of the vacuum cleaner 1 in which between the power button 12 and the button 13 To operate the automatic cable rewind a control panel 14 with a plus-minus button 15 and an associated display 16 is arranged. With the plus-minus button 15 the power of the fan motor is set. The structure of a fan is also for example from the DE 10 2005 018 908 known and therefore neither shown in the figures nor described in detail.

Die 6 zeigt in isolierter Darstellung das elektrische Schaltbild der Stromversorgung für den Hybrid-Bodenstaubsauger 1, wie er bereits beschrieben wurde. Dabei werden für die Schaltsymbole der Bauteile, die in den 1 bis 5 gegenständlich dargestellt sind, die gleichen Bezugszeichen verwendet. Für den Antrieb des Gebläses ist erfindungsgemäß ein mit einer Nennspannung von 230 Volt betreibbarer Universalmotor 10 vorgesehen, der bei dieser Spannung eine elektrische Leistung von ca. 2000 Watt aufnimmt. Im Netzspannungs-Betrieb gelangt die Spannung von 230 Volt über die Kabeltrommel 2 zu einer Verzweigung 20 und von da einerseits zu einem Ladegleichrichter 21 und andererseits an die Leistungsverstellung. Um die Gebläseleistung über die Plus-Minus-Taste 15 variieren zu können, wird eine bekannte Phasenanschnittsteuerung 22 verwendet. Die so erzeugte Spannung wird an die beiden Anschlussklemmen X und Y gelegt und speist von dort die beiden Hälften einer Ständerwicklung, die aus den Spulen 23 und 24 besteht.The 6 shows in isolation the electrical diagram of the power supply for the hybrid vacuum cleaner 1 as already described. It will be used for the symbols of the components that in the 1 to 5 are represented representationally, the same reference numerals. For the drive of the blower according to the invention is a operable with a nominal voltage of 230 volts universal motor 10 provided that absorbs an electrical power of about 2000 watts at this voltage. In mains voltage operation, the voltage of 230 volts passes through the cable drum 2 to a branch 20 and from there on the one hand to a charging rectifier 21 and on the other hand to the power adjustment. To increase the blower power via the plus-minus button 15 to be able to vary, is a known phase control 22 used. The voltage thus generated is applied to the two terminals X and Y and fed from there, the two halves of a stator winding, which from the coils 23 and 24 consists.

7 zeigt das gesamte Ständerwicklungspaket mit den beiden Spulen 23 und 24 und den Anschlussterminals 25 bis 28. Die beiden Terminals 25 und 26 bilden die Kontaktierung zu den Wicklungsanfängen der beiden Spulen 23 und 24 und zusätzlichen Halterungen und Anschlüsse für die Kohlebürsten, letztere sind in 7 nicht dargestellt, nur in 6 symbolisch angedeutet. Der Anker 31 ist ebenfalls nur in 6 symbolisch dargestellt. Die Terminals 32 und 33 stellen die Kontaktierung mit den Wicklungsenden der Spulen 23 und 24 her und sind mit den Anschlussklemmen X und Y verbunden. Im Netzspannungs-Betrieb liegt somit die von der Phasenanschnittsteuerung 22 erzeugte Spannung am gesamten Spulenpaket an. 7 shows the entire stator winding package with the two coils 23 and 24 and the connection terminals 25 to 28 , The two terminals 25 and 26 form the contact with the winding beginnings of the two coils 23 and 24 and additional brackets and connectors for the carbon brushes, the latter being in 7 not shown, only in 6 symbolically indicated. The anchor 31 is also only in 6 symbolically represented. The terminals 32 and 33 make contact with the coil ends of the coils 23 and 24 and are connected to terminals X and Y. In mains voltage operation is thus that of the phase control 22 generated voltage on the entire coil package.

Der in 6 dargestellte Akkumulator 5 erzeugt eine Spannung von 88 Volt. Im Netzspannungs-Betrieb wird er über den Ladegleichrichter 21 aufgeladen. Bei nicht kontaktiertem Netzstecker 11 und betätigter Einschalt-Taste 12 gibt er seine Spannung an eine weitere Leistungsverstellung ab, diese ist als Pulsweitenmodulator 34 aufgebaut. Die Leistungsverstellung erfolgt ebenfalls durch die Plus-Minus-Taste 15. Der positive Ausgang der pulsweitenmodulierten Akkumulator-Spannung wird dann an die Anschlussklemme Z geführt. In der 7 ist zu erkennen, dass diese Klemme Z mit einer Anzapfung 35 verbunden ist, die direkt mit dem Anschlussterminal 26 für eine Kohlebürste 29 kontaktiert ist. Der negative Ausgang der pulsweitenmodulierten Akkumulator-Spannung ist an die Anschlussklemme X geführt und von dort über das Terminal 33 mit dem Ende der Spule 23 kontaktiert. Dadurch, dass die Kohlebürste direkt an der positiven Spannung liegt und die negative Spannung an der Spule 24, wird einerseits der polare Verschleiß der Kohlebürsten, d. h. der Transport der Kohleionen von der Anode zur Kathode gering gehalten und andererseits die Kommutierung überhaupt erst ermöglicht.The in 6 illustrated accumulator 5 generates a voltage of 88 volts. In mains voltage operation it is via the charging rectifier 21 charged. With not connected mains plug 11 and pressed power button 12 he gives his voltage to another power adjustment, this is as a pulse width modulator 34 built up. The power adjustment is also done by the plus-minus button 15 , The positive output of the pulse width modulated accumulator voltage is then fed to the terminal Z. In the 7 it can be seen that this terminal Z with a tap 35 connected directly to the connection terminal 26 for a carbon brush 29 is contacted. The negative output of the pulse width modulated accumulator voltage is fed to terminal X and from there via the terminal 33 with the end of the coil 23 contacted. The fact that the carbon brush is directly at the positive voltage and the negative voltage at the coil 24 On the one hand, the polar wear of the carbon brushes, ie the transport of the coal ions from the anode to the cathode is kept low and on the other hand the commutation is made possible.

Anhand der vorbeschriebenen Schaltung wird ein Hybridstaubsauger mit folgenden Funktionen realisiert:
Ist das Gerät ausgeschaltet und der Netzstecker 11 nicht eingesteckt, ist keine Funktion des Staubsaugers 1 möglich. Ist das Gerät ausgeschaltet und der Netzstecker 11 kontaktiert, werden die Akkumulatorzellen 7 geladen. Ist das Gerät über die Ein-Aus-Taste 12 eingeschaltet und der Netzstecker 11 eingesteckt, werden die Akkumulatorzellen 7 geladen und der Staubsauger 1 läuft im Netzspannungs-Betrieb. Ist das Gerät über die Ein-Aus-Taste 12 eingeschaltet und der Netzstecker 11 nicht kontaktiert, so läuft der Staubsauger 1 ausschließlich im Akkumulator-Betrieb. Somit wird deutlich, wie bedienungsfreundlich sich der erfindungsgemäße Hybridstaubsauger 1 darstellt. In welcher Betriebsart der erfindungsgemäße Hybridstaubsauger 1 betrieben wird, hängt somit letztendlich nur davon ab, ob der Netzstecker 11 kontaktiert ist oder nicht.Based on the circuit described above, a hybrid vacuum cleaner with the following functions is realized:
Is the device switched off and the power plug connected? 11 not plugged in, is not a function of the vacuum cleaner 1 possible. Is the device switched off and the power plug connected? 11 contacted, the accumulator cells 7 loaded. Is the device via the on-off button 12 switched on and the power plug 11 plugged in, the accumulator cells 7 loaded and the vacuum cleaner 1 runs in mains voltage operation. Is the device via the on-off button 12 switched on and the power plug 11 not contacted, so runs the vacuum cleaner 1 exclusively in accumulator mode. Thus, it becomes clear how easy to use, the inventive hybrid vacuum cleaner 1 represents. In which mode of operation the hybrid vacuum cleaner according to the invention 1 Thus, ultimately depends only on whether the power plug 11 contacted or not.

Da aufgrund der geringeren Akkumulatorspannung nur eine reduzierte Leistung einstellbar ist, ist es sinnvoll, wenn im Akkumulator-Betrieb die Möglichkeit einer Einstellung von mehr als 600 Watt blockiert oder nicht zugelassen wird. Die Einstellung der Gebläseleistung erfolgt über die Plus-Minus-Taste 15, wobei der jeweilige Leistungszustand über eine LED (nicht dargestellt) im Display 16 angezeigt wird. Im Netzspannungs-Betrieb kann dann die Leistung über die Taste 15 in einem Bereich zwischen 2000 und 300 Watt in mehreren Stufen verstellt werden. Der Akkumulator-Betrieb wäre dagegen nur in zwei oder drei Stufen zwischen 600 und 300 Watt einstellbar.Since only a reduced power is adjustable due to the lower battery voltage, it makes sense if the possibility of setting more than 600 watts is blocked or not allowed in accumulator operation. The fan power is set via the plus-minus button 15 , wherein the respective power state via an LED (not shown) in the display 16 is shown. In mains voltage operation, the power can then be activated via the button 15 be adjusted in a range between 2000 and 300 watts in several stages. The accumulator operation, however, would only be adjustable in two or three stages between 600 and 300 watts.

Alternativ kann ein Drehpotentiometer verwendet werden, dessen Leistungseinstellung nicht mit Ziffernangaben, sondern nur mit ”Max” und ”Min” beschriftet ist. Im Netzspannungsbetrieb entspricht die ”Max”-Position dann 2000 Watt, im Akkumulator-Betrieb 600 Watt. Die ”Min”-Position entspricht der Einstellung von 300 Watt.Alternatively, a rotary potentiometer can be used whose power setting is not labeled with numbers, but only with "Max" and "Min". In mains voltage mode, the "Max" position then corresponds to 2000 watts, in accumulator mode 600 watts. The "Min" position corresponds to the setting of 300 watts.

Claims

Vacuum cleaners, in particular vacuum cleaners ( 1 ), with a housing ( 4 ), in which a motor-driven suction fan and a device for producing the power supply of the fan motor is arranged, wherein the fan motor can be energized both in battery operation and in mains voltage operation, characterized in that the fan motor designed as a rated voltage of 230 volts Universal motor ( 10 ) is formed and further comprises a phase control ( 22 ) for power adjustment in mains voltage operation and a pulse width modulator ( 34 ) for power adjustment in accumulator operation includes.

Vacuum cleaner according to claim 1, characterized in that the blower motor in accumulator operation with field weakening is operable.

Vacuum cleaner according to claim 2, characterized in that the blower motor comprises one of two coils ( 23 . 24 ) has existing stator winding, of which ( 24 ) one for field weakening is completely switched off.

Vacuum cleaner according to claim 3, characterized in that the energization in accumulator operation is such that the positive pole (Z) with a brush ( 29 ) and the negative pole (X) with a stator winding ( 23 ) is contacted.

Vacuum cleaner according to one of the preceding claims, characterized in that the operating mode in which the vacuum cleaner is operated, depending on whether the mains plug ( 11 ) is contacted or not.

Vacuum cleaner according to one of the preceding claims, characterized in that the power in the mains voltage operation between 2000 and 300 watts is adjustable and in accumulator mode between 600 and 300 watts is adjustable.