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Die Erfindung betrifft ein Reinigungsgerät für Partikel aufweisende Flächen, insbesondere Staubsauger, mit einem Strömungskanal, umfassend Mittel zum Erzeugen eines Gasvolumenstroms in dem Strömungskanal, eine Einsaugöffnung zum Einsaugen der Partikel und einen Sammelbehälter zum Sammeln der eingesaugten Partikel, wobei in dem Strömungskanal ein Sensor zur Erzeugung eines von der Konzentration und/oder der Menge der eingesaugten Partikel abhängigen Messsignals vorgesehen ist, wobei der Sensor zwischen der Einsaugöffnung und dem Sammelbehälter angeordnet ist und wobei eine Auswerteeinrichtung zum Erzeugen wenigstens eines von der Konzentration und/oder der Menge der eingesaugten Partikel abhängigen Steuersignals ausgehend von dem Messsignal vorgesehen ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Reinigungsgeräts.
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Reinigungsgeräte, insbesondere solche, die üblicherweise als Staubsauger bezeichnet werden, werden seit geraumer Zeit in verschiedenen Ausführungen angeboten. Das den Reinigungsgeräten zu Grunde liegende Funktionsprinzip ist im weitesten Sinne identisch. Es wird über ein Gebläse oder dergleichen ein Luftstrom in einem Strömungskanal erzeugt, der an einer Saugdüse eine Öffnung aufweist, so dass der angesaugte Luftstrom in diese Öffnung eintritt und aufgrund der dort erhöhten Strömungsgeschwindigkeit Partikel, insbesondere Staub, mitreißt. Die mitgerissenen Partikel werden in einem Sammelbehälter zurückgehalten, der von Zeit zu Zeit geleert werden muss, bevor der von dem Großteil der Partikel gereinigte Luftstrom aus dem Reinigungsgerät austritt.
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Die Reinigungsgeräte können zum manuellen Betrieb durch den Benutzer vorgesehen sein, der die Saugdüse dann über die zu reinigenden Flächen führt. Das Reinigungsgerät kann dazu tragbar oder fahrbar ausgeführt sein. Zunehmend werden aber auch autonome Reinigungsgeräte eingesetzt, die im Wesentlichen ohne einen Eingriff eines Benutzers auskommen. Die autonomen Reinigungsgeräte fahren nach einem mehr oder weniger zufälligen Schema über die zu reinigenden Flächen, etwa in einer Wohnung. Dabei werden die auf der zu reinigenden Fläche befindlichen Partikel, bei denen es sich typischerweise um Staub handelt, aufgesaugt, im Sammelbehälter gesammelt und zu gegebener Zeit manuell entfernt und/oder an eine Basisstation oder dergleichen abgegeben.
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Sowohl die manuellen als auch die autonomen Reinigungsgeräte lassen sich durch den Bediener immer umfangreicher für die jeweiligen Anwendungen einstellen. Ein Beispiel hierfür stellt die Einstellung der Leistung dar, die je nach Bodenbelag und Verschmutzungsgrad eingestellt werden kann. Je umfangreicher oder präziser diese Einstellungen möglich sind, desto stärker ist der Benutzer gefordert, um die richtige Einstellung zu wählen. Häufig ist der Bediener gar nicht in der Lage, eine geeignete Einstellung vorzunehmen, weil dies schwierige Abschätzungen der jeweiligen Situation oder ein detailliertes Verständnis von der Funktion des Reinigungsgeräts erfordert. Daher werden die Reinigungsgeräte häufig mit nur einer einzigen Einstellung betrieben werden, egal für welche Anwendungen der Staubsauger gerade eingesetzt wird. Lediglich dann, wenn das Reinigungsergebnis erkennbar hinter den Erwartungen des Bedieners zurück bleibt oder es zu Beschädigungen an dem zu reinigenden Gegenstand kommt, wird der Bediener eingreifen und eine Einstellung wählen, bei der die auftretenden Probleme abgeschwächt sind. Dabei handelt es sich häufig nicht um die optimale Einstellung für den jeweiligen Fall. In der Mehrzahl der Anwendungsfälle wird das Reinigungsgerät mit zu großer oder gar maximaler Leistung betrieben, wobei häufig mehr Energie als nötig verbraucht wird.
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In der
DE 10 2006 001 337 B3 ist eine Vorrichtung zum Detektieren von Staub mit einem piezoelektrischen Staubsensor beschrieben. Aus der
DE 42 20 592 A1 geht dagegen ein im Infrarot-Bereich arbeitender, optischer Staubsensor hervor. Zudem ist in der
US 45 31 486 A eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Partikeln in einem Gasstrom angegeben.
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Reinigungsgeräte der eingangs genannten Art mit piezoelektrischen Staubsensoren sind aus der
DE 10 2007 010 979 B3 und der
DE 10 2004 007 677 A1 bekannt. Die Messgenauigkeit der Staubsensoren ist bei inhomogen zusammengesetzten Stäuben, etwa aus dem häuslichen Bereich, jedoch begrenzt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Reinigungsgerät und ein Verfahren der genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Messgenauigkeit der Staubsensoren verbessert und ein Benutzer des Reinigungsgeräts darin unterstützt werden kann, das Reinigungsgerät optimal zu betreiben.
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Diese Aufgabe ist bei einem Reinigungsgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Sensor ein Ringsensor ist.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, das Reinigungsgerät mit einem Ringsensor auszurüsten, der ein von der Konzentration und/oder der Menge der angesaugten Partikel abhängiges Messsignal erzeugt, das dann mittels einer Auswerteeinheit in ein Steuersignal umgewandelt werden kann, so dass das Steuersignal zur Steuerung und/oder Regelung des Reinigungsgeräts ohne Eingreifen des Benutzers verwendet werden kann. Dabei ist der Begriff Steuerung des Reinigungsgeräts weit zu verstehen. Das Steuersignal kann zum direkten Eingriff in den Betrieb des Reinigungsgeräts, z. B. zur Regelung des Motors, insbesondere dessen Leistungsaufnahme, verwendet werden. So kann etwa ein geringer Stromverbrauch des Reinigungsgeräts sichergestellt werden. Es kann aber auch lediglich zur Steuerung einer akustischen, optischen oder sonstigen Anzeige verwendet werden, die den Benutzer informiert und bei Bedarf zum Eingreifen in den Betrieb des Reinigungsgeräts veranlasst. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das erforderliche Eingreifen nicht von dem Reinigungsgerät selbst durchgeführt werden kann und/oder dem Benutzer die Entscheidung überlassen bleiben soll, ob oder wann er der Anzeige Folge leisten will.
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Der Sensor ist in einer Stelle des Strömungskanals vorgesehen, der von angesaugten Partikeln durchströmt wird. Daher ist der Sensor der Eintrittsöffnung nachgeschaltet und in Strömungsrichtung des Gases vor dem Sammelbehälter angeordnet. Zudem ist der Sensor mit einer Auswerteeinheit zur Verarbeitung der von dem Sensor erzeugten Messsignale verbunden.
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Sensoren, mit denen die Konzentration und/oder die Menge an Partikeln in einem Gasstrom gemessen werden können, d. h. die ein konzentrationsabhängiges oder mengenabhängiges Signal erzeugen, sind als solche bereits bekannt. Der prinzipielle Aufbau und das Funktionsprinzip eines entsprechenden Sensors ist in der
US 4,531,486 beispielhaft beschrieben.
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Sensoren zur Erfassung der Konzentration und/oder der Menge der durch den Strömungskanal strömenden Partikel weisen grundsätzlich eine passive Elektrode in einem Gehäuse auf, das Öffnungen zum Durchströmen des Gehäuses aufweist. Das Gehäuse bildet damit in der Regel einen Teil des Strömungskanals. Die Elektrode ist derart ausgebildet, dass sie von den in das Gehäuse eintretenden Partikeln durchströmt wird. Die Elektrode und das Gehäuse sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall, gefertigt, wobei die Elektrode und das Gehäuse gegeneinander isoliert sind. Die Elektrode ist an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen, welche die von dem Sensor ausgehenden Signale aufnimmt und verarbeitet.
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Das Messprinzip des Sensors beruht auf der Influenzwirkung elektrisch geladener Partikel. Die Gesamtheit der elektrisch geladenen Partikel wird als Raumladungsdichte beschrieben, welche ein elektrisches Feld erzeugt, das sich mit den Partikeln in Richtung des Gasvolumenstroms durch den Sensor bewegt. Das Feld bewirkt durch Influenz eine Ladungsverteilung auf der Innenseite der Elektrode, wobei die influenzierte Ladung den gleichen Betrag aufweist wie die von der Elektrode eingeschlossenen Ladungen.
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Dementsprechend bewirkt die Bewegung der Influenzladungen zur Elektrode einen Stromfluss, solange der Betrag der bewegten Influenzladungen einen zeitlichen Gradienten aufweist. Strömt ein einzelnes geladenes Partikel durch die Elektrode, so ergeben sich ein erster Stromimpuls beim Eintritt des Partikels in die Elektrode und ein zweiter Stromimpuls, nun mit umgekehrtem Vorzeichen, beim Austritt aus der Elektrode. In der Zeitspanne zwischen dem Eintritt und dem Austritt des Partikels fließt kein Strom.
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Bei einem Partikelstrom mit einer konstanten Ladungsverteilung fließen nur in den Zeitintervallen elektrische Ströme, zu denen die vordere Front des Partikelstroms in die Elektrode eintritt und die hintere Front des Partikelstroms aus der Elektrode austritt. Durch eine entsprechende Kalibrierung ist die Massenkonzentration als Funktion der Anzahlkonzentration der Partikel bestimmbar.
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Die Raumladungsdichte ρ ist eine Funktion der Anzahlkonzentration N, der mittleren Ladungszahl n der Partikel, der elektrischen Elementarladung e und den Ortskoordinaten r, α, z sowie der Zeit t. Der Buchstabe T weist hier auf eine Transponierung hin. ρ((r, α, z)T, t) = e·n·N((r, α, z)T, t)
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Die von der Elektrode umschlossene Ladung q kann wie folgt beschrieben werden, wobei V das von der Elektrode umschlossene Volumen, S die geschlossene Fläche, und ε die dielektrische Leitfähigkeit und E die elektrische Feldstärke ist.
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Somit gilt für das Messsignal (i = Strom von der Elektrode zur Masse) i(t) = – d / dtq(t)
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Die mathematische Lösung dieser Gleichung ist in der Dissertation von N. G. Bernigau: Ein Beitrag zur elektrischen Bestimmung der Partikelanzahlkonzentration von Aerosolen, Universität Duisburg, 1991, beschrieben.
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Partikelverteilungen, wie Staub und dergleichen, weisen stets elektrisch geladene Partikel auf. Es ist daher nicht erforderlich, die zu messenden Partikel vor der Messung statisch aufzuladen.
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Bei dem Reinigungsgerät kann es sich um ein solches handeln, das zur Reinigung von Wohnräumen, Büros und dergleichen eingesetzt wird. Diese Reinigungsgeräte werden auch als Staubsauger bezeichnet. Die Partikel, die mit diesen Reinigungsgeräten eingesaugt werden, werden typischerweise als Staub bezeichnet, wobei Stäube in diesem Zusammenhang sehr unterschiedlich zusammengesetzt sein können und häufig auch faserartige Bestandteile aufweisen. Reinigungsgeräte, die für den industriellen Einsatz vorgesehen sind, werden nicht unbedingt als Staubsauger bezeichnet und nehmen meist gleichförmigere Partikelverteilungen und mit eher sphärischen Partikeln auf. Bei all diesen Reinigungsgeräten wird als Gasvolumenstrom der Einfachheit halber ein Luftvolumenstrom eingesetzt. Ein anderer Gasvolumenstrom wäre jedoch denkbar.
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Der Sensor wird zweckmäßig vor dem Sammelbehälter im Strömungskanal angeordnet sein. Er kann aber auch in den Sammelbehälter hineinragen oder gar in dem eigentlichen Sammelbehälter angeordnet sein, so lange der gemessene Partikelstrom dort noch in Beziehung zu dem eingesaugten Partikelstrom steht. Die Messung muss also vor dem Abscheiden der Partikel erfolgen.
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Um eine kompakte Form des Sensors zu erreichen, handelt es sich bei dem Sensor um einen Ringsensor. Der Ringsensor kann vorzugsweise auch eine Ringelektrode aufweisen. Dies bietet sich insbesondere auch deshalb an, da die Strömungskanäle der Reinigungsgeräte typischerweise runde Leitungen aufweisen. So kommt es zu geringen Druckverlusten und keinen Todräumen, in denen sich Ablagerungen ansammeln könnten. Eckige oder ovale Querschnitte des Sensors sind auch möglich. Der Sensor ist aber in all diesen Fällen vorzugsweise umlaufend und im Wesentlichen geschlossen ausgebildet.
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Alternativ oder zusätzlich wird der Sensor vorzugsweise derart vorgesehen, dass er von dem gesamten Gasvolumenstrom durchströmt wird. Auf eine aufwändige Bypassführung kann so verzichtet werden. Außerdem liegt so der gesamte Partikelstrom dem Messsignal zu Grunde und die Gefahr von Fehlmessungen wird reduziert.
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Bedarfsweise kann ein Sensor verwendet werden, der ein partikelgrößenselektives Messsignal liefert, das sich dann mittels einer geeigneten Auswerteeinrichtung auswerten lässt. Die so bestimmte Angabe über die Partikelgrößen der eingesaugten Partikel lassen Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der Partikel zu, die dann in die Erzeugung des Steuersignals einfließen. So ist es beispielsweise möglich, das Steuersignal auf die Art des Staubs abzustimmen, der gerade aufgenommen wird und/oder in der letzten Zeit aufgenommen wurde. Es versteht sich, dass beispielsweise flusenartige Partikelverteilungen andere Anforderungen an das Reinigungsgerät stellen, als dies bei Partikelverteilungen aus körnigen Partikeln der Fall ist. Bei dem Reinigungsgerät kann es sich um ein solches handeln, das zur Abscheidung der Partikel im Sammelbehälter ein entsprechendes Filtermittel aufweist, was einen Austrag der Partikel aus dem Sammelbehälter im Wesentlichen verhindert. Bei einem solchen Filtermittel kann es sich der Einfachheit halber um einen Staubbeutel handeln, der von Zeit zu Zeit ausgetauscht wird. Solche Staubbeutel sind als so genannte Staubsaugerbeutel bekannt.
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Alternativ kann der Sammelbehälter aber auch derart ausgebildet sein, dass das Abscheiden und Rückhalten der Partikel über das Ausnutzen von Zentrifugalkräften erreicht wird. Der Sammelbehälter ist dann vorzugsweise in Art eines Zyklons ausgebildet. Staubbeutel sind dann nicht erforderlich. Der Behälter kann dann als solcher einfach ausgeleert werden.
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Neben so genannten Reinigungsgeräten, die vom Benutzer während des Betriebs manuell bedient werden müssen, kommen als Reinigungsgeräte insbesondere auch solche in Betracht, die im Wesentlichen autonom arbeiten. Bei diesen Reinigungsgeräten ist ein Eingriff des Benutzers ohnehin nur in Ausnahmefällen gewollt, so dass durch die Integration des Sensors zusammen mit der Auswerteeinheit eine vom Benutzer jedenfalls teilweise unabhängige Steuerung des Reinigungsgeräts ermöglicht wird. Bei diesen Reinigungsgeräten handelt es sich vorzugsweise um autonome Staubsauger für die Reinigung von Wohnräumen.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird zudem bei einem Verfahren der genannten Art durch die folgenden Schritte gelöst:
- – Erzeugen eines Gasvolumenstroms,
- – Einsaugen von Partikeln durch eine Einsaugöffnung in einen Strömungskanal mittels des Gasvolumenstroms,
- – Durchströmen eingesaugter Partikel durch einen Ringsensor,
- – Erzeugen eines von der Konzentration und/oder der Menge der eingesaugten Partikel abhängigen Messsignals mittels des Ringsensors,
- – Weitergeben des Messsignals an eine Auswerteeinheit,
- – Erzeugen wenigstens eines von der Konzentration und/oder der Menge der eingesaugten Partikel abhängigen Steuersignals ausgehend von dem Messsignal mittels der Auswerteeinheit
- – Anpassen wenigstens eines Betriebsparameters des Reinigungsgeräts durch das Steuersignal.
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Verfahrensmäßig beruht die Erfindung damit auf der Erkenntnis, dass das Reinigungsgerät sich selbständig je nach der gegebenen Konzentration oder Menge an Partikeln im eingesaugten Gasvolumenstrom in einen geeigneten Betriebszustand versetzt oder wenigstens dem Benutzer einen Hinweis über den Betrieb bzw. eines geeigneten Betriebszustandes gibt. Dazu ist es erforderlich, dafür zu sorgen, dass eingesaugte Partikel einen Ringsensor durchströmen, der ein Messsignal in Abhängigkeit von der Konzentration und/oder der Menge der eingesaugten Partikel abgibt. In einer Auswerteeinheit wird dann basierend auf dem Messsignal ein Steuersignal erzeugt, das folglich ebenfalls eine Abhängigkeit von der Konzentration und/oder der Menge der eingesaugten Partikel aufweist. Das Steuersignal wird dann zum Anpassen wenigstens eines Betriebsparameters genutzt.
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Dabei ist der Begriff Betriebsparameter sehr weit zu verstehen. Einerseits kann, vorzugsweise ohne ein Eingreifen des Benutzers, eine Einstellung des Reinigungsgeräts verändert werden, die den direkten Betriebszustand des Reinigungsgeräts betrifft. Andererseits kann aber auch nur ein Betriebsparameter verändert werden, der zwar keinen unmittelbaren Einfluss auf den Betrieb des Reinigungsgeräts hat, den Benutzer jedoch auffordert, Schritte zum Eingreifen in den Betrieb des Reinigungsgeräts zu ergreifen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Eingriff nicht ohne weiteres von dem Reinigungsgerät selbst übernommen werden kann oder dem Benutzer die letztendliche Entscheidung über den Eingriff überlassen bleiben soll.
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Als Sensor wird ein von seinem Aufbau bekannter und bereits beispielhaft beschriebener Ringsensor verwendet. Dessen Messsignal kann als solches nicht ohne weiteres direkt als Steuersignal verwendet werden. Daher ist ein Aufarbeiten des Messsignals in der Auswerteeinrichtung erforderlich. Dabei ist es ohne Bedeutung, ob eine separate Auswerteeinrichtung verwendet wird oder eine ohnehin vorhandene Steuereinrichtung derart ausgebildet wird, dass die Steuereinrichtung die Funktionalität der Auswerteeinrichtung übernimmt. Mögliche Ausgestaltungen, die sich daraus ergeben, sind dem Fachmann ohne weiteres bekannt und werden je nach Bedarf verwendet.
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Nach einer Lehre der Erfindung wird das Steuersignal dazu verwendet, die Leistungsaufnahme des Reinigungsgeräts zu verändern. Unter der Leistungsaufnahme wird in diesem Zusammenhang insbesondere die Leistungsaufnahme der Mittel zum Erzeugen des Gasvolumenstroms verstanden. Beispielsweise wird also die Motorleistung zum Betrieb eines Gebläses derart variiert, dass die Leistung an den Verschmutzungsgrad der zu reinigenden Fläche angepasst ist. Auf diese Weise wird nur die jeweils wirklich benötigte Leistung eingefordert, was zu einer enormen Energieeinsparung führen kann.
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Reinigungsgeräte, die für einen im Wesentlichen autonomen Betrieb vorgesehen sind, müssen so gesteuert werden, dass sie alle Stellen der zu reinigenden Flächen erreichen. Das Reinigungsgerät kann dazu seine Bewegungsrichtung rein zufällig verändern, etwa nach einem Zusammenstoß mit einem Hindernis. Es können aber auch genaue Fahrwege im Reinigungsgerät hinterlegt sein. Zwischen diesen beiden Extremen sind beliebige Zwischenstufen denkbar, die beispielsweise dafür sorgen können, dass bestimmte Flächen – etwa in einem Eingangsbereich – häufiger gereinigt werden als andere – etwa in einem Nebenraum.
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Die Anpassung des Fahrwegmusters kann unabhängig von weiteren Vorgaben über ein geeignetes Steuersignal dahingehend gesteuert werden, dass die Wahrscheinlichkeit, zu der sich das Reinigungsgerät an einem bestimmten Ort befindet, abhängig von der eingesaugten Partikelkonzentration oder Partikelmenge angepasst wird. Das Reinigungsgerät verweilt also bedarfsweise in einem Flächenabschnitt länger, wenn dieser stark verschmutzt ist, oder kürzer, wenn der Flächenabschnitt relativ sauber ist. Alternativ oder zusätzlich zu der Verweildauer kann auch vorgesehen werden, dass das Reinigungsgerät zu den Stellen öfter zurückkehrt, die stark verschmutzt waren oder schnell wieder verschmutzten. Flächenbereiche, die langsamer verschmutzen oder grundsätzlich gering verschmutzt sind, werden infolge der Wirkungen des Steuersignals weniger häufig vom Reinigungsgerät aufgesucht.
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Es kann vorgesehen sein, dass festgehalten wird, an welchen Stellen einer Fläche welche Konzentration und/oder Menge von Partikeln aufgenommen worden ist. Dazu ist eine Verknüpfung des Ortes mit einem von der Konzentration und/oder der Menge der eingesaugten Partikel abhängigen Signal erforderlich. Dann kann das Reinigungsgerät selbst lernen und sich gezielt öfter zu den Flächen bewegen, die in der Vergangenheit als besonders verschmutzt bzw. besonders schnell wieder verschmutzt erkannt worden sind.
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Wenn ein unmittelbarer Eingriff in den Reinigungsbetrieb des Reinigungsgeräts nicht erforderlich ist, kann das Steuersignal zur Anzeige einer gereinigten Fläche abgegeben werden (Clean-Indicator). Der Bediener wird dann beispielsweise optisch oder akustisch darauf aufmerksam gemacht, dass eine Reinigung der entsprechenden Fläche nicht unbedingt notwendig ist. Es wird also vermieden, dass der Benutzer unbewusst Zeit und Mühe in die Reinigung nur unwesentlich verschmutzter Flächen investiert.
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Nach einer weiteren Lehre der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Summenwert in Bezug auf die Menge der eingesaugten Partikel mittels der Auswerteeinrichtung bestimmt wird. Dieser Summenwert lässt dann Rückschlüsse auf die in der Vergangenheit aufgenommene Menge an Partikeln zu. Der Summenwert wird dabei basierend auf dem von der Konzentration und/oder der Menge der eingesaugten Partikel abhängigen Messsignal erhalten. Das Messsignal ist dabei im unterschied zum Summenwert von der aktuellen Konzentration und/oder der aktuellen Menge an eingesaugten Partikeln abhängig. Die vorherige Bestimmung des Summenwerts bietet ganz allgemein den Vorteil, dass bei der Wahl des Steuersignals auch die unmittelbare oder längere Vergangenheit hinsichtlich der Konzentration und/oder der Menge eingesaugter Partikel berücksichtigt werden kann.
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Der Summenwert kann bedarfsweise auch zur Erzeugung der zuvor beschriebenen Steuersignale verwendet werden. Das Steuersignal ist dann weniger anfällig gegenüber kurzfristigen, größeren Schwankungen der Konzentration und/oder Menge der eingesaugten Partikel. Es kann letztlich ein stabilerer Betrieb erreicht werden.
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Die Bestimmung des Summenwerts, der als Ausgangswert für die Erzeugung des Steuersignals dient, ist jedoch beispielsweise von ganz besonderer Bedeutung in Bezug auf eine rechtzeitige Leerung des Sammelbehälters. Daher kann das Steuersignal ggf. zur Anforderung einer Leerung des Sammelbehälters abgegeben werden. Bei einem manuell betriebenen Reinigungsgerät wird der Benutzer vorzugsweise durch ein optisches und/oder akustisches Signal darauf aufmerksam gemacht, dass der Sammelbehälter geleert werden sollte. Bei einem autonomen Reinigungsgerät ist dies auch möglich. Allerdings wird hier durch das Steuersignal ggf. eine automatische Leerung des Sammelbehälters eingeleitet.
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Alternativ kann aber auch ein Steuersignal zum Anfordern eines Services abgegeben werden. Unter einem Service kann beispielsweise eine Reinigung oder eine andere Wartung mechanischer, elektrischer oder sonstiger Teile verstanden werden. Ist ein entsprechender Service bei Reinigungsgeräten etwa deshalb vorgesehen, weil es sich um kostenintensive Reinigungsgeräte für speziellere Anwendungen handelt, so sorgt das Steuersignal dafür, dass dem Benutzer angezeigt wird, wann ein entsprechender Service durchgeführt werden sollte. Dies ist zweckmäßig und kostengünstig, denn ein Service lässt sich dann meist länger herauszögern, wenn zwischendurch in Summe eine geringere Menge an Partikeln eingesaugt worden ist und/oder bestimmte maximale Konzentrationen oder Mengen an Partikeln nicht überschritten worden sind.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden jedenfalls teilweise Partikel mit Durchmessern in der Größenordnung von 14–9 m (Nanometer) mit dem Gasvolumenstrom eingesaugt, die anschließend durch den Sensor strömen. Das von dem Sensor erzeugte Messsignal ist dann auch abhängig von der Konzentration/Menge der Partikel mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern. Dies bietet insbesondere Vorteile im Zusammenhang mit Reinräumen, wo selbst sehr kleine Partikel zu erheblichen Problemen führen können. Ferner kann vorgesehen sein, dass die eingesaugten Partikel, die beim Erzeugen des Messsignals hinsichtlich ihrer Konzentration/Menge beim Durchströmen des Sensors berücksichtigt werden, wenigstens teilweise biologische Partikel sind. Darunter werden insbesondere Keime, Sporen und Pilze, wie Schimmelpilze, verstanden. Diese Partikel unterscheiden sich nicht von anorganischen Partikeln bei der Erzeugung des Messsignals beim Durchströmen des Sensors. Es kann von Interesse sein, die biologischen Partikel mit zu erfassen oder aber ein Messsignal im Wesentlichen ausschließlich aufgrund der Konzentration/Menge der durch den Sensor strömenden biologischen Partikel zu bestimmen. Dies ist insbesondere dort der Fall, wo biologischen Partikeln eine größere Bedeutung als nicht biologischen Partikeln zukommt.
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In diesem Zusammenhang kann verfahrensmäßig vorgesehen sein, dass das Steuersignal zur Anzeige einer von biologischen Partikeln, vorzugsweise Keimen, Sporen oder Pilzen, wie Schimmelpilzen, gereinigten Fläche abgegeben wird. Die weitere Reinigung kann dann beispielsweise eingestellt werden, sobald keine biologischen Partikel mehr eingesaugt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 ein erfindungsgemäßes Reinigungsgerät für den manuellen Betrieb in einer schematischen Ansicht,
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2 ein erfindungsgemäßes Reinigungsgerät für den autonomen Betrieb in einer schematischen Ansicht,
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3 einen Sensor zum Erzeugen eines konzentrations- und/oder mengenabhängigen Messsignals in einer Schnittansicht entlang einer Schnittebene durch die Mittelachse des Sensors,
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4 den Sensor aus 3 in Seitenansicht aus der Blickrichtung IV-IV aus 3 und
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5 die Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Fließbilddarstellung.
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Die 1 zeigt rein schematisch einen Staubsauger 1 für den manuellen Betrieb. Der Staubsauger 1 umfasst ein Gehäuse 2 und einen daran angeschlossenen Schlauch 3, der das Gehäuse 2 mit einem einen Handgriff aufweisenden Rohr 4 verbindet. Am anderen Ends des Rohrs 4 ist eine Saugdüse 5 angebracht. Die Saugdüse 5 bildet eine Eintrittsöffnung 6 sowohl für den Gasvolumenstrom als auch für die damit angesaugten Partikel. Der Gasvolumenstrom strömt zusammen mit den Partikeln anschließend durch einen Strömungskanal 7. Außerhalb des Gehäuses 2 wird der Strömungskanal 7 von dem Rohr 4 und dem Schlauch 3 gebildet.
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Im Gehäuse 2 umfasst der Strömungskanal 7 neben einer Reihe von Rohrstücken im Wesentlichen einen Sensor 8 in Form eines Ringsensors zur Erzeugung eines von der Konzentration und/oder der Menge der durch den Sensor 8 strömenden Partikel abhängigen Messsignals. Danach strömt das Gas in einen Sammelbehälter 9, in dem ein Staubbeutel vorgesehen ist, der die eintretenden Partikel im Wesentlichen zurückhält. Anschließend strömt das im Wesentlichen von den Partikeln befreite Gas in ein Gebläse 10, in dem die für die Strömung erforderliche Druckdifferenz aufgebaut wird. Das eingesaugte Gas wird über eine Auslassöffnung 11 im Gehäuse wieder an die Umgebung abgegeben.
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Es versteht sich, dass im Strömungskanal 7 noch weitere Mittel vorgesehen sein können. Diese sind jedoch von untergeordneter Bedeutung und werden daher nicht weiter betrachtet. Ferner könnte der Sensor 8 außerhalb des Gehäuses 2, etwa integriert in das Rohr 4, vorgesehen sein.
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Im Gehäuse 2 außerhalb des Strömungskanals 7 befindet sich eine Auswerteeinheit 12, die an den Sensor 8 angeschlossen ist. Diese Auswerteeinheit 12 empfängt die Messsignale des Sensors 8 und wandelt diese in ein Steuersignal um, das von der Auswerteeinheit 12 an eine Steuereinheit 13 weitergegeben wird. Diese Steuereinheit 13 steuert den Elektromotor 14 des Gebläses. In Abhängigkeit des Messsignals, d. h. abhängig davon, ob eine hohe Konzentration und/oder Menge Partikel eingesaugt und durch den Sensor 8 transportiert werden oder nicht, wird die Leistung des Elektromotors 14 und damit dessen Drehzahl eingestellt. Bei einer geringeren Partikelkonzentration und/oder -menge ist grundsätzlich eine geringere Leistung erforderlich.
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Wenn im Gasvolumenstrom eine große Menge und/oder eine große Konzentration an Partikeln vorhanden ist, hat dies nicht nur Auswirkungen auf das Messsignal, sondern auch auf das Steuersignal. Infolge dessen wird die Steuereinrichtung 13 die Leistung und damit letztlich die Drehzahl des dem Gebläse 10 zugeordneten Motors 14 erhöhen. Fällt die Konzentration und/oder Menge der eingesaugten Partikel wieder ab, so werden davon zunächst das Messsignal und anschließend das Steuersignal beeinflusst. Als Resultat dieser Beeinflussung werden die Leistung und damit die Drehzahl des dem Gebläse 10 zugeordneten Motors 14 gedrosselt. Wegen der geringen Verschmutzung der bearbeiteten Fläche ist nur eine geringe Staubsaugerleistung von Nöten.
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Die Leistung kann aber auch kurzzeitig gesteigert werden, um die Auswirkungen eines höheren Gasvolumenstroms auf die Konzentration und/oder Menge der eingesaugten Partikel zu ermitteln. Die Leistung des Reinigungsgeräts 1 sollte jedenfalls ausreichen, um die auf der zu reinigenden Fläche vorhandenen Partikel auch über die Saugdüse 5 einzusaugen.
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Das Gehäuse 2 des dargestellten Staubsaugers ist fahrbar auf Rollen 15 montiert. Alternative, tragbare Ausführungen sind ebenfalls möglich, wobei sich die wesentlichen Komponenten im Gehäuse nur unwesentlich voneinander unterscheiden.
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In der 2 ist ein Staubsauger 1' für den autonomen Betrieb vorgesehen. Auch dieser weist eine Saugdüse 5' auf, die allerdings unmittelbar an dem Gehäuse befestigt ist. Ohne ein zusätzliches außerhalb des Gehäuses liegendes Rohr und/oder Schlauchstück ist die Saugdüse 5' im Gehäuse 2' des Staubsaugers 1' mit einem Sensor 8 verbunden, der in Funktion und Aufbau dem in der 1 dargestellten Sensor 8 entspricht. Dem Sensor 8 schließt sich ein Sammelbehälter 9' an, der vorzugsweise ohne einen Staubsaugerbeutel auskommt, damit eine autonome Leerung des Sammelbehälters 9 möglich ist. Der Sammelbehälter 9' hat daher die Form eines Zyklons zur Abscheidung der Partikel durch Zentrifugalkräfte. Gleichwohl könnte der Sammelbehälter 9' aber auch einen Staubbeutel enthalten, der bedarfsweise manuell entnommen bzw. entleert wird.
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Dem Sammelbehälter 9' nachgeschaltet ist ein Gebläse 10, das von einem Motor 14' angetrieben wird. Derselbe oder ein weiterer Motor 14' treibt die Räder 15 des Staubsaugers 1' an, so dass er sich ohne manuellen Eingriff autonom bewegen kann. Der Motor 14' wird von einer Steuereinrichtung 13 angesteuert, wobei die Steuereinrichtung 13 mit einem Steuersignal versorgt wird, das eine Auswerteeinheit 12 anhand des Messsignals des Sensors generiert. Mittels dieses Steuersignals kann die Steuerung des Motors 14' von der Steuereinrichtung beeinflusst werden, je nach dem, ob gerade viele Partikel eingesaugt werden oder nur wenige. Auch bei dem in der 2 dargestellten Staubsauger 1' ist also eine Leistungssteuerung vorgesehen.
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In der 3 ist der in den 1 und 2 dargestellte Sensor 8 in einer Schnittansicht entlang der Mittelachse des Sensors 8 dargestellt. Der Sensor 8 weist ein äußeres Rohrstück 20 auf, das aus einem Metall besteht und eine Art Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung 21 und einer gegenüberliegenden Austrittsöffnung 22 bildet. In diesem Rohrstück 20 ist eine zylindrische Elektrode 23 vorgesehen, deren Längserstreckung deutlich geringer ist als die Längserstreckung des Rohrstücks 20. Zwischen der Elektrode 23 und dem Rohrstück 20, das im Wesentlichen als Abschirmung fungiert, ist eine Isolierung 24 vorgesehen, die die Elektrode 23 elektrisch von dem Rohrstück 20 trennt. Die Isolierung 24 weist eine Längserstreckung auf, die zwischen der Längserstreckung des Rohrstücks 20 und der Längserstreckung der Elektrode 23 liegt.
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In dem Rohrstück 20 ist eine Bohrung 25 vorgesehen, durch die ein Anschluss 26 der Elektrode 23 aus dem Rohrstück 20 herausgeführt ist. Dieser Anschluss 26 ist jedenfalls gegenüber dem Rohrstück 20 beabstandet oder ebenfalls gegenüber dem Rohrstück 20 isoliert. Um ein Anhaften geladener oder anderweitig störender Partikel an der Elektrode 23 zu verhindern, ist die in der 3 dargestellte Elektrode 23 durch eine weitere Isolierung 27 gegenüber dem Innenraum 28 des Rohrstücks 20 isoliert, durch das der Gasvolumenstrom zusammen mit den Partikeln strömt.
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Um die Gasströmung durch den Sensor 8 zu vergleichmäßigen und den Druckverlust zu verringern, ist an beiden axialen Enden des Sensors 8 jeweils ein Zylinderstück 29 eingesetzt, dessen Innendurchmesser mit dem Innendurchmesser der Isolierung 27 übereinstimmt. Ferner stoßen die Zylinderstücke 29 in Richtung zur Sensormitte an die Isolierung 27 an. Beim dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Zylinderstücke 29 aus einem metallischen Material gefertigt.
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Die Strömungsrichtung der Gasströmung und der Partikelströmung ist in der 3 durch Pfeile dargestellt. Der besseren Übersichtlichkeit halber, ist auf die Darstellung einzelner Partikel innerhalb des Sensors 8 verzichtet worden.
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In der 4 ist der Sensor 8 aus der Blickrichtung IV dargestellt. Der Sensor 8 hat, ebenso wie die Elektrode 23, einen kreisrunden Querschnitt und korrespondiert damit mit dem Querschnitt der an die beiden Enden des Sensors 23 angeschlossenen Abschnitte des Strömungskanals, die als Rohrleitungsstücke ausgebildet sein können. Somit ist gewährleistet, dass der freie Strömungsquerschnitt im Bereich des Sensors nicht oder nur unwesentlich verringert ist.
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Ein möglicher Verfahrensablauf ist in 5 in Form eines Fließbilds dargestellt. Zunächst wird bei Betrieb des Reinigungsgeräts ein Gasvolumenstrom erzeugt, der dafür sorgt, dass mit dem Gasvolumenstrom eine Partikelströmung durch den Sensor strömt. Der Ringssensor erzeugt nun abhängig von der Partikelkonzentration bzw. der Menge an Partikeln, die durch den Sensor strömen, ein Messsignal und gibt dieses an eine Auswerteeinheit weiter. Dort wird auf der Grundlage des Messsignals und einer vorab durchgeführten, vorzugsweise staub- und/oder bodenabhängigen Kalibrierung die Konzentration und/oder die Menge der den Sensor durchströmenden Partikel ermittelt.
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Alternativ kann auf eine absolute Bestimmung der Konzentration und der Menge an Partikeln verzichtet werden, wenn es ausreicht anzugeben, ob bestimmte Schwellenwerte über- oder unterschritten werden. Es kann auch ausreichen, wenn ein Wert oder ein Signal mit der Auswerteeinheit erzeugt wird, welcher bzw. welches mit einem Konzentrations- oder Mengenwert korrespondiert. Eine exakte Konzentrations- oder Mengenangabe muss nicht vorgesehen sein.
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Von der Auswerteeinheit wird letztlich ein durch das Ergebnis der Auswertung des Messsignals festgelegtes Steuersignal erzeugt. Somit weist das Steuersignal eine Abhängigkeit von der Konzentration und/oder der Menge der Partikel auf, und zwar selbst dann, wenn das Steuersignal lediglich zwei unterschiedliche Werte oder Zustände annehmen kann.
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Das Steuersignal wird dann zu verschiedenen Zwecken eingesetzt. Dies kann konstruktiv auf verschiedene Arten erfolgen. Der Fachmann kann ohne weiteres eine geeignete Art und Weise zur konstruktiven Umsetzung auswählen. Das Steuersignal dient in einem Falle dazu, die Leistung des Reinigungsgeräts insbesondere hinsichtlich des Antriebs des Gebläses zu steuern. In einem anderen Fall wird das Fahrwegemuster des autonomen Staubsaugers variiert, um möglichst effizient arbeiten zu können. Ferner wird angezeigt, dass die gerade bearbeitete Fläche eine gewisse Mindestreinheit aufweist. Ist dies der Fall, hat der Staubsauger erkennbar seinen Dienst getan oder kann der Staubsauger umgesetzt werden, um ein anderes, starker verschmutztes Areal zu reinigen.
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Bei dem schematisch dargestellten Verfahrensablauf können die genannten Steuerungsmaßnahmen alle durch ein und dasselbe Steuersignal der Auswerteeinrichtung eingeleitet werden. Bedarfsweise kann die Auswerteeinheit aber auch eine Mehrzahl von unterschiedlichen Steuersignalen erzeugen, die an bestimmte oder einzelne Steuerungsaufgaben angepasst sind und/oder an verschiedene, die Steuerung ausführende Steuermittel abgegeben werden. Es ist auch möglich, dass für jede Steuerungsaufgabe von der Auswerteeinheit ein separates, individuelles Steuersignal erzeugt wird.
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Bei dem in 5 dargestellten Verfahrensablauf ist ferner vorgesehen, dass anhand der Auswertung der Auswerteeinheit hinsichtlich der Konzentration und/oder der Menge an momentan mit dem Sensor wechselwirkenden Partikeln ein Summenwert ermittelt wird. Unter diesem Summenwert muss man, wie bereits zuvor für die Bestimmung der Konzentration und/oder der Menge an Partikeln diskutiert, nicht zwingend einen absoluten Wert verstehen. Eine Größe oder ein Signal, welche bzw. welches mit dem Summenwert korrespondiert oder jedenfalls gekoppelt ist, reicht für die Durchführung des Verfahrens aus.
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Über den Umweg der Bestimmung des Summenwerts wird ebenfalls ein Steuersignal erzeugt. Dieses ist ebenfalls abhängig von der Konzentration und/oder der Menge im bei der Bestimmung des Summenwerts berücksichtigten Zeitintervall. Das Steuersignal wird für das Aktivieren einer Anzeige, die optisch oder akustisch sein kann, verwendet, wenn ein bestimmter Schwellenwert überschritten ist. Diese Anzeige zeigt so an, dass ein Service durchgeführt werden sollte. Ein entsprechender Service ist in aller Regel nicht vom Staubsauger selbst durchführbar.
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Im Gegensatz dazu kann der Staubsauger aber dann, wenn es sich um ein autonom arbeitendes Gerät handelt, bedarfsweise selbstständig eine Leerung des Sammelbehälters durchführen oder sich wenigstens zu einer Basisstation bewegen, welche das Leeren des Sammelbehälters übernimmt. Daher wird bei dem dargestellten Verfahren, ausgehend von dem Summenwert ein weiteres Steuersignal erzeugt, das die Leerung des Sammelbehälters einleitet. Bei einem manuell zu betreibenden Staubsauger könnte hier wiederum der Betrieb einer Anzeige vorgesehen sein, die den Benutzer darauf hinweist, dass eine Leerung des Sammelbehälters vorgenommen werden sollte.
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Bei dem in 5 dargestellten Verfahrensablauf werden eine ganze Reihe von Steuersignalen für eine ganze Reihe Steueraufgaben erzeugt. Bei einfacher ausgestalteten Verfahrensabläufen kann bedarfsweise auf einzelne dieser Steuersignale und damit auf einzelne der Steueraufgaben verzichtet werden. Je nach den gegebenen Randbedingungen können also beliebige Kombinationen einzelner Steuersignale für die jeweiligen Steueraufgaben erzeugt werden. Bedarfsweise kann auch nur ein einziges Steuersignal, etwa zur Leistungssteuerung des Staubsaugers, erzeugt werden.
