DE102007009109A1

DE102007009109A1 - Kompaktes Saugreinigungsgerät

Info

Publication number: DE102007009109A1
Application number: DE102007009109A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kaffenberger; Horst Dilger; Klaus-Dieter Riehl
Original assignee: Wessel Werk GmbH
Current assignee: Wessel Werk GmbH
Priority date: 2007-02-24
Filing date: 2007-02-24
Publication date: 2008-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kompaktes Saugreinigungsgerät (1) für die autarke Reinigung von glatten und textilen Bodenbelägen, insbesondere im privaten Bereich, mit einem Gehäuse (2), einem Sauggebläse (7), einem elektrischen Fahrantrieb (8), einer Steuerelektronik (9) und einer Akkumulatoreneinheit als Stromquelle. Erfindungsgemäß weist die Akkumulatoreneinheit eine Energiedichte von mehr als 200 Wattstunde pro Liter auf und basiert auf einem Lithium-Inonen-System.

Description

Die Erfindung betrifft ein kompaktes Saugreinigungsgerät für die autarke Reinigung von glatten und textilen Bodenbelägen, insbesondere im privaten Bereich, mit einem Gehäuse, einem Sauggebläse, einem elektrischen Fahrantrieb, einer Steuerelektronik und einer Akkumulatoreneinheit als Stromquelle. Saugreinigungsgeräte mit den beschriebenen Merkmalen werden auch als Saugroboter bezeichnet und weisen typischerweise eine elektrisch angetriebene Reinigungseinrichtung, wie beispielsweise zumindest eine elektrisch angetriebene Bürstenwalze auf. Die Akkumulatoreinheit umfasst einen oder mehrere Akkumulatoren. Akkumulatoren werden auch als wiederaufladbare Batterien bezeichnet.
Kompakte Saugreinigungsgeräte sind aus den Druckschriften US 5 787 545 und EP 0 803 242 B1 und in verschiedenen Ausführungen aus der Praxis bekannt. Die kompakten Saugreinigungsgeräte werden beim Reinigungsbetrieb von der Steuerelektronik, die auf den elektrischen Fahrantrieb wirkt, gesteuert. Zur Erkennung von Hindernissen und von Wänden können verschiedene Berührungssensoren oder berührungslos arbeitende Sensoren vorgesehen sein. Es ist auch bekannt, den zurückgelegten Weg in Form einer elektronischen Karte in der Steuerelektronik abzuspeichern, wodurch eine flächendeckende Reinigung erreicht werden kann. Durch das Abspeichern des zurückgelegten Weges kann auch vermieden werden, dass einzelne Bereiche mehrfach überfahren werden, wodurch die mit einer Akkumulator-Ladung zu reinigende Fläche maximiert werden kann. Bei einem typischen Leistungsbedarf von bis zu 40 Watt beträgt die Arbeitszeit bis zur Entladung der Akkumulatoren eine Stunde, wobei bisher ausschließlich Nickelmetallhydrid-Akkumulatoren eingesetzt werden, die manuell oder automatisch während der Betriebspausen in einer Ladestation aufgeladen werden. Die Reinigungsleistung wird bei einem schwachen Saugluftstrom im Wesentlichen durch die Bewegung einer Reinigungswalze erreicht, um die erforderliche elektrische Leistung möglichst gering zu halten. Das Reinigungsergebnis ist jedoch insbesondere auf textilen Bodenbelägen verbesserungsbedürftig.
Aus der DE 20 2005 019 993 U1 ist ein Saugroboter bekannt, dessen elektrische Leistung beim Reinigungsbetrieb zwischen 150 Watt und 300 Watt liegt, wobei auf das Sauggebläse 120 Watt bis 220 Watt entfallen. Um diesen den zuvor beschriebenen Ausführungen zuwider laufenden Ansatz zu verwirklichen, müssen die einzelnen Komponenten des Saugreinigungsgerätes und insbesondere die Stromquelle entsprechend leistungsstark ausgebildet werden, so dass ein großes Bauvolumen erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Saugreinigungsgerät mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, welches bei einem kompakten Aufbau auf unterschiedlichen Bodenbelägen ein gutes Reinigungsvermögen aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Akkumulatoreneinheit auf einem Lithium-Ionen-System basiert und bezogen auf ihre Gesamtvolumen eine Energiedichte von mehr als 200 Wattstunde pro Liter (Wh/l) aufweist. Während bei den Saugrobotern ausgehend von einem vorgegebenen, geringen Bauvolumen und der Bereitstellung von Nickelmetallhydrid-Akkumulatoren als Stromquelle bei der Auslegung stets eine geringe elektrische Leistung aller Komponenten angestrebt wurde, liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung eines Lithium-Ionen-Systems mit einer Energiedichte von mehr als 200 Wh/l, vorzugsweise mehr als 250 Wh/l, als Akkumulatoreneinheit eine von den bekannten Ausführungen abweichende Auslegung der elektrischen Komponenten und dadurch eine Verbesserung der Saugeigenschaften unter Beibehaltung einer kompakten Bauweise der Vorrichtung ermöglicht wird.
Die Akkumulatoreneinheit kann im Rahmen der Erfindung aus zumindest einem Lithium-Ionen-Akkumulator, einem Lithium-Polymer-Akkumulator, einem Lithium-Mangandioxid-Akkumulator oder einem Lithium/Lithiumkobaltoxid-Akkumulator gebildet sein. Der Zellenaufbau der Lithium-Polymer-Akkumulatoren erlaubt die Fertigung von dünnen Folienbatterien, weshalb Lithium-Polymer-Akkus in fast beliebigen und insbesondere auch ungleichmäßigen Formen gefertigt werden können. Lithium-Polymer-Akkumulatoren können unter optimaler Raumnutzung unregelmäßige Zwischenräume ausfüllen. Lithium-Mangandioxid-Akkumulatoren zeichnen sich durch eine besonders hohe Betriebssicherheit aus, so dass spezielle Schutzschaltungen nicht zwingend erforderlich sind. Des Weiteren können Lithium-Mangandioxid-Akkumulatoren kostengünstig gefertigt werden und enthalten keine Schwermetalle, so dass sie bei der Entsorgung und bei einem Defekt vergleichsweise problemlos gehandhabt werden können.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Akkumulatoreneinheit einen Akkumulator mit einer Elektrode aufweist, deren Oberfläche mit einer Nanostruktur versehen ist, wobei die Oberfläche in Bezug auf eine glatte Oberfläche zumindest um einen Faktor 5, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 10 vergrößert ist. Der maximale Lade- und Entladestrom ist im Wesentlichen durch die Oberfläche der Elektrode bestimmt. Durch die Oberflächenvergrößerung aufgrund einer Nanostrukturierung können dabei auch bei einem Akkumulator mit einer großen Kapazität und einer entsprechend großen Menge an elektrochemisch aktivem Material sehr große Lade- und Entladeströme erreicht werden. In Bezug auf ein Saugreinigungsgerät kann beispielsweise in einem sehr kurzen Zeitintervall von typischerweise weniger als 10 Minuten, vorzugsweise weniger als 5 Minuten eine Schnellaufladung erfolgen. Des Weiteren kann auch in besonders vorteilhafter Weise, beispielsweise zur Reinigung eines stark verschmutzten Bodenabschnittes, kurzzeitig ein erhöhter Entladestrom bereitgestellt werden. Im Rahmen der beschriebenen Ausgestaltung des Akkumulators mit einer nanostrukturierten Elektrode kann dieser beispielsweise als Lithium-Nanophosphat-Akkumulator ausgeführt sein.
Der zumindest eine Akkumulator der Akkumulatoreneinheit ist entweder verdeckt in einem Aufnahmeraum innerhalb des Gehäuses des Saugreinigungsgerätes angeordnet oder derart in einem offenen Aufnahmeraum des Gehäuses eingesetzt, dass der Akkumulator einen Teil der Außenfläche des Gehäuses bildet, wobei vorzugsweise die Kontur des Gehäuses etwa flächenbündig in die angrenzende Außenkontur des Akkumulators angrenzt.
Vorzugsweise weist die Akkumulatoreneinheit mindestens einen Akkumulator auf der zum Zwecke einer optimalen Raumausnutzung des innerhalb des Gehäuses vorhandenen Einbauraumes die dickwandige und dünnewandige Abschnitte und/oder eine von Stabbatterien abweichende Außenkontur aufweist. Die Außenkontur ist an die Form des im Gehäuse vorhandenen Einbauraumes angepasst. Ferner wird der Aufnahmeraum für den Akkumulator und die äußere Geometrie des Akkumulators passgenau aufeinander abgestimmt. Im Gegensatz zu üblichen, stabförmigen Akkumulatoren wird durch die beschriebene Ausgestaltung eine Anordnung der Akkumulatoren in ansonsten ungenutzten Zwischenräumen ermöglicht, wodurch die Volumennutzung verbessert und die Außenabmessungen des Saugreinigungsgerätes verringert werden können. Des Weiteren ist bei tragbaren Geräten aus dem Bereich der Unterhaltungselektronik, die mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgerüstet sind, bekannt, dass durch den Einsatz eines nicht genau auf die Ladeelektronik abgestimmten Ersatzakkumulators eine Zerstörung des Akkumulators und des Gerätes selbst auftreten kann. In Extremfällen kann der Akkumulator explodieren oder entflammen. Bei Saugreinigungsgeräten für die autarke Reinigung, die üblicherweise unbeaufsichtigt sind, muss ein solches Fehlverhalten ausgeschlossen werden. Durch eine unregelmäßige, nicht standardisierte Formgebung des Aufnahme raumes und der Akkumulatoreinheit kann die Verwendung nicht autorisierter Ersatzakkus weitgehend ausgeschlossen werden.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Akkumulatoreneinheit zumindest zwei unterschiedlich geformte Akkumulatoren aufweist, die separat voneinander an voneinander beabstandeten Stellen des Saugreinigungsgerätes angeordnet sind. Durch die Verteilung der Akkumulatoreneinheit auf unterschiedliche Gehäuseabschnitte können Räume zwischen den einzelnen Komponenten des Saugreinigungsgerätes ausgefüllt werden. Durch die verteilte Anordnung der Akkumulatoreneinheit auf zumindest zwei Akkumulatoren ist ferner eine optimale Gewichtsverteilung erreichbar.
Aufgrund der erfindungsgemäß hohen Energiedichte von mehr als 200 Wh/l und vorzugsweise mehr als 250 Wh/l kann die Akkumulatoreneinheit auch bei einer hohen Energiekapazität von typischerweise mehr als 100 Wattstunde (Wh), bevorzugt mehr als 150 Wh, derart kompakt ausgeführt werden, dass das Gesamtvolumen weniger als 5 % des Gesamtvolumen des Saugreinigungsgerätes beträgt. Das Volumen des gesamten Saugreinigungsgerätes ist typischerweise kleiner als 25 Liter, vorzugsweise kleiner als 20 Liter, wobei die Gerätehöhe vorzugsweise kleiner als 180 mm, besonders bevorzugt kleiner als 150 mm ist und wobei die Grundfläche des Saugreinigungsgerätes vorzugsweise weniger als 1.500 cm² beträgt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung der Komponenten eines erfindungsgemäßen Saugreinigungsgerätes,
2 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Saugreinigungsgerätes.
1 und 2 zeigen ein kompaktes Saugreinigungsgerät 1 für die autarke Reinigung von glatten und textilen Bodenbelägen, insbesondere im privaten Wohnbereich mit einem Gehäuse 2, einem Saugmund 3, der an der Unterseite eines Walzenraumes 4 angeordnet ist, einer in dem Walzenraum 4 angeordneten Reinigungswalze 5, einem Staubfangbehälter 6, einem Sauggebläse 7, einem elektrischen Fahrantrieb 8 und einer Steuerelektronik 9. Ein solches Saugreinigungsgerät wird häufig auch als Saugroboter bezeichnet. Wie der 2 zu entnehmen ist, ist eine Akkumulatoreneinheit mit drei Akkumulatoren 10a, 10b, 10c vorgesehen. Der an der Rückseite des Saugreinigungsgerätes 1 angeordnete Akkumulator 10a ist in einem offenen Aufnahmeraum 11a des Gehäuses 2 angeordnet und bildet einen Teil der Außenfläche des Saugreinigungsgerätes 1. Der im Wesentlichen stabförmige Akkumulator 10a ist als Lithium-Ionen-Akkumulator, Lithium-Mangandioxid-Akkumulator, Lithium-Nanophosphat-Akkumulator oder Lithium/Lithiumkobaldoxid-Akkumulator ausgeführt. Die weiteren Akkumulatoren 10b, 10c sind als Lithium-Polymer-Akkumulatoren ausgeführt und können nahezu beliebig geformt werden. Diese beiden Akkumulatoren 10b, 10c sind in zugeordneten Aufnahmeräumen 11b, 11c angeordnet, die bei einer herkömmlichen Konstruktion eines Saugreinigungsgerätes als Totvolumina ungenutzt sind. Einer der beiden Lithium-Polymer-Akkumulatoren 10b, 10c ist beispielsweise als dünne Scheibe mit dickwandigen und dünnwandigen Abschnitten ausgeführt und an der Oberseite des Saugreinigungsgerätes 1 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet, während der andere Lithium-Polymer-Akkumulator 10c schalenförmig mit einem bogenförmigen Querschnitt ausgebildet ist und oberhalb der Reinigungswalze 5 in das Gehäuse 2 eingesetzt ist. Die äußere Geometrie der Akkumulatoren 10a, 10b, 10c und der Aufnahmeraum für den Akkumulator sind stets passgenau aufeinander abgestimmt. Die aus den Akkumulatoren 10a, 10b, 10c gebildete Akkumulatoreneinheit weist bezogen auf ihr Gesamtvolumen eine Energiedichte von mehr als 200 Wh/l, vorzugsweise mehr als 250 Wh/l, auf, wobei das Gesamtvolumen der Akkumulatoreneinheit weniger als 5 % des Gesamtvolumens des Saugreinigungsgerätes 1 ausfüllt. Das Gesamtvolumen beträgt weniger als 25 Liter, vorzugsweise weniger als 20 Liter. Die gesamte Akkumulatoreneinheit weist eine Energiekapazität von mehr als 100 Wh, bevorzugt mehr als 150 Wh auf. Trotz der leistungsfähigen Akkumulatoreneinheit ist das Saugreinigungsgerät 1 mit einer Höhe Z von weniger als 150 mm und einer Grundfläche A von weniger als 1.500 cm² äußerst kompakt und so auch für die Reinigung von unzugänglichen Bereichen geeignet.

Claims

Kompaktes Saugreinigungsgerät für die autarke Reinigung von glatten und textilen Bodenbelägen, insbesondere im privaten Bereich, mit einem Gehäuse (2), einem Sauggebläse (7), einem elektrischen Fahrantrieb (8), einer Steuerelektronik (9) und einer Akkumulatoreneinheit als Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatoreneinheit auf einem Lithium-Ionen-System basiert und bezogen auf ihr Gesamtvolumen eine Energiedichte von mehr als 200 Wh/l (Wattstunde pro Liter) aufweist.
Saugreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatoreneinheit mindestens einen Akkumulator aufweist, der zum Zwecke der optimalen Raumausnutzung des innerhalb des Gehäuses vorhandenen Einbauraumes dickwandige und dünnwandige Abschnitte und/oder eine von Stabbatterien abweichende Außenkontur aufweist.
Saugreinigungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Geometrie des Akkumulators und der Aufnahmeraum für den Akkumulator passgenau aufeinander abgestimmt sind.
Saugreinigungsgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatoreneinheit zumindest unterschiedliche geformte Akkumulatoren (10a, 10b, 10c) aufweist, die separat an voneinander beabstandeten Stellen des Saugreinigungsgerätes (1) angeordnet sind.
Saugreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen der Akkumulatoreneinheit weniger als 5 % des Gesamtvolumens des Saugreinigungsgeräts (1) beträgt.
Saugreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Saugreinigungsgerätes (1) kleiner als 25 Liter, vorzugsweise kleiner als 20 Liter ist.
Saugreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatoreneinheit aus zumindest einem Lithium-Ionen-Akkumulator, einem Lithium-Polymer-Akkumulator, einem Lithium-Mangandioxid-Akkumulator, einem Lithium-Nanophosphat-Akkumulator oder einem Lithium/Lithiumkobaltoxid-Akkumulator gebildet ist.
Saugreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatoreneinheit einen Akkumulator mit einer Elektrode aufweist, deren Oberfläche mit einer Nanostruktur versehen ist, wobei die Oberfläche in Bezug auf eine glatte Oberfläche zumindest um einen Faktor 5, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 10 vergrößert ist.
Saugreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatoreneinheit eine Energiekapazität von mehr als 100 Wh, bevorzugt mehr als 150 Wh aufweist.