DE102011050260A1 - Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals in einem Staubsauger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals (u(t)) in einem Staubsauger (1) mit einem elektromotorisch angetriebenen Sauggebläse (8) und/oder mit einem Saugvorsatz (16), welcher eine elektromotorisch angetriebene Borstenwalze (18) beinhaltet, mit mindestens einer Steuereinrichtung (24) zur Beeinflussung der Drehzahl (n) oder Leistung des Sauggebläses (8) und/oder der Borstenwalze (18) und mit einem Sensor (21) zur Erzeugung des Partikelsignals (u(t)), welches wenigstens von der Anzahl der aufgesaugten Staubpartikel abhängig ist, wobei die Steuereinrichtung (24) die Drehzahl oder Leistung des Sauggebläses (8) und/oder der Borstenwalze (18) in Abhängigkeit von dem mittels einer Auswerteschaltung (22) verarbeiteten Partikelsignal (u(t)) beeinflusst. Damit eine zufriedenstellende Reinigungsleistung erzielt wird, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung (24) die Empfindlichkeit (E) der Auswerteschaltung (22) in Abhängigkeit von der eingestellten Drehzahl (n) oder der Leistung des Sauggebläses (8) und/oder der Borstenwalze (18) ändert.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals in einem Staubsauger mit einem elektromotorisch angetriebenen Sauggebläse und/oder mit einem Saugvorsatz, welcher eine elektromotorisch angetriebene Borstenwalze beinhaltet, mit mindestens einer Steuereinrichtung zur Beeinflussung der Drehzahl oder Leistung des Sauggebläses und/oder der Borstenwalze und mit einem Sensor zur Erzeugung des Partikelsignals, welches wenigstens von der Anzahl der aufgesaugten Staubpartikel abhängig ist, wobei die Steuereinrichtung die Drehzahl oder Leistung des Sauggebläses und/oder der Borstenwalze in Abhängigkeit von dem mittels einer Auswerteschaltung verarbeiteten Partikelsignal beeinflusst.
- Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise aus der
EP 0 759 157 B1 bekannt. Dort werden mittels eines piezoelektrischen Sensors Staubpartikel in der Luftströmung eines Staubsaugers erfasst und zur Steuerung der Motorleistung eines Staubsaugers (gemeint ist hier der Gebläsemotor) herangezogen. Aus derEP 0 451 787 A1 ist es bekannt, die aufgesaugte Staubmenge mittels eines optischen Sensors zu erfassen und hiervon abhängig die Drehzahl des Gebläsemotors oder eines Motors in einer Bodendüse mit Borstenwalze zu steuern. Die Steuerung erfolgt in Abhängigkeit von drei ausgewerteten Sensorgrößen, nämlich der Staubmenge, der Staubmengenänderung und der Staubart. Auch aus derGB 2 225 933 A JP 02131735 A - Üblicherweise wird das sensorisch erfasste Signal dahingehend genutzt, dass die Drehzahl des Sauggebläses oder der Borstenwalze bei geringem Schmutzaufkommen reduziert wird. Hierdurch wird der Energieverbrauch gesenkt und die Abnutzung der bearbeiteten Bodenfläche verringert. Umgekehrt werden bei hohem Schmutzaufkommen die Drehzahlen erhöht. Durch diese Maßnahmen wird die aufgesaugte Staubmenge bei geringen Drehzahlen weiter gesenkt, bei hohen Drehzahlen weiter gesteigert. Hierdurch wird ein aufschaukelnder Effekt erzeugt und es kann vorkommen, dass eine Änderung des Verschmutzungsaufkommens auf der bearbeiteten Bodenfläche von der Auswerteschaltung gar nicht mehr registriert wird. Hierdurch verschlechter sich das Reinigungsergebnis.
- Aus der
DE 202 07 071 U1 ist es bekannt, bei einer mit einem Partikelsensor verbundenen Staubmengenanzeige die Messsignale mit einer nichtlinearen Funktion einer elektronischen Schaltungsanordnung so zu verknüpfen, dass bei einem hohen Messsignalanfangswert eine kleinere Änderung des Ausgangssignals bewirkt wird als bei einem niedrigeren Messsignalanfangswert. - Der Erfindung stellt sich das Problem, Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals in einem Staubsauger der eingangs genannten Art zu offenbaren, mit dem eine zufriedenstellende Reinigungsleistung erzielt wird.
- Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
- Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Steuereinrichtung die Empfindlichkeit der Auswerteschaltung in Abhängigkeit von der eingestellten Drehzahl oder der Leistung des Sauggebläses und/oder der Borstenwalze ändert. So wird ein gegenseitiges "Aufschaukeln" von Sensor und Leistungsanpassung verhindert. Die Auswertung des Partikelsignals wird an die in Abhängigkeit von Gebläse- und Borstenwalzendrehzahl geänderte kinetische Energie der Staubteilchen angepasst.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
-
1 einen Staubsauger mit Saugdüse, Saugrohr und Saugschlauch in einer vereinfachten Prinzipdarstellung, -
2 die Draufsicht auf eine Saugdüse in einer perspektivischen Darstellung, -
3 ein Blockschaltbild -
4 ein Zeitdiagramm - Die Prinzipzeichnung gemäß
1 zeigt einen Staubsauger1 mit einer Saugdüse2 , einem starren Saugrohr3 und einem flexiblen Saugschlauch4 , welcher an einen Staubsammelraum5 angeschlossen ist. Zur Entfernung von Schmutz6 auf einer zu bearbeitenden Bodenfläche7 wird durch ein hochtouriges Gebläse8 Luft9 durch eine Abluftöffnung10 aus dem Staubsaugergehäuse11 geblasen. Dadurch entsteht an der Saugdüse2 ein Unterdruck, so dass dort Luft9 und der Schmutz6 als Zweiphasen-Strömung eingesaugt werden und in bekannter Weise in einem im Staubsammelraum5 angeordneten Filterbeutel12 wieder getrennt werden. Alternativ können hier nicht gezeigte Fliehkraft-Abscheider oder andere Filter verwendet werden. Die Einstellung der Saugkraft kann über ein Bedienelement13 vom Benutzer vorgenommen werden, alternativ ist eine automatische Saugkraftregelung möglich. In beiden Fällen werden von der Gerätesteuerung14 Schaltsignale erzeugt, die die Drehzahl des Gebläsemotors15 beeinflussen. - Die Saugdüse
2 kann, wie in der1 ebenfalls dargestellt ist, als Elektrobürste16 ausgebildet sein. Die Drehzahl des Bürstenmotors17 , der eine rotierende Borstenwalze18 antreibt, kann entweder von der Gerätesteuerung14 oder von einer nicht dargestellten separaten Steuerung beeinflusst werden, hierüber auch die Borstenwalzendrehzahl. Anstelle der Elektrobürste16 kann auch eine in2 gezeigte Bodendüse20 ohne drehende Borstenwalze verwendet werden. Wichtig ist, dass der jeweilige Bearbeitungsvorsatz16 bzw.20 oder ein nachfolgender Luftweg (Saugrohr, handgriff oder Staubsaugergehäuse) mit einem Sensor21 ausgestattet ist. Dieser dient zur Erzeugung eines Partikelsignals, welches von der Anzahl von Partikeln in der aus Saugluft9 und Schmutz6 bestehenden Zweiphasen-Strömung abhängig ist und bei der Reinigung der Bodenfläche7 vom Gebläse8 erzeugt wird. Der Sensor21 kann als piezoelektrischer Sensor ausgebildet sein, sein Aufbau ist beispielsweise aus derWO 2005/077243 A1 EP 0 759 157 B1 . Er wird deshalb hier nicht näher beschrieben.2 zeigt eine herkömmliche Bodendüse ohne rotierende Borstenwalze18 , der Sensor kann aber auch, wie in1 angedeutet, in einer Elektrobürste16 verwendet werden. Anstelle eines piezoelektrischen Sensors kann auch ein optischer Sensor (EP 0 451 787 A1 ) verwendet werden, wobei dem piezoelektrischen Sensor aufgrund seiner größeren Genauigkeit bei geringen Staubmengen der Vorzug zu geben ist. -
3 zeigt die Signalverarbeitung als Blockschaltbild. Das Ausgangssignal des Partikelsensors21 , wird einer Auswerteschaltung22 zugeführt. Das Signal des Partikelsensors21 , im Folgenden als Partikelsignal u(t) bezeichnet, wird dort in bekannter Weise aufbereitet, beispielsweise kann eine aus derEP 0 759 157 B1 bekannte Ermittlung des Spitzenwerts erfolgen, ebenso besteht die Möglichkeit der Summenbildung oder Integration. Auch der Einsatz anderer statistischer Verfahren zur Signalaufbereitung ist denkbar. Das entsprechend aufbereitete Signal wird dann mit mindestens einem Schwellwert verglichen, aus dem Vergleich wird dann das Steuersignal23 generiert und an eine Steuereinrichtung24 weitergegeben. Diese beeinflusst dann in Abhängigkeit vom Steuersignal23 die Drehzahl des Gebläsemotors15 und/oder des Bürstenmotors17 . Alternativ kann die Leistung des jeweiligen Motors15 bzw.17 geregelt oder gestellt werden, wobei sich dann eine von der eingestellten Leistung abhängige Leerlaufdrehzahl ergibt, die belastungsabhängig variiert. Erfindungsgemäß werden die Schaltsignale25 bzw.26 für den Gebläsemotor15 und/oder den Bürstenmotor17 zurückgeführt auf die Auswerteschaltung22 , die dann die Schwellwerte und damit ihre Anspruchsempfindlichkeit E ändert. Dies erfolgt in der Weise, dass bei hohen Drehzahlen oder Leistungen die Schwellwerte angehoben und damit die Empfindlichkeit E verringert und bei niedrigen Drehzahlen oder Leistungen die Schwellwerte abgesenkt und damit die Empfindlichkeit E verstärkt werden. - Steuereinrichtung
24 und Auswerteschaltung22 können in der Gerätesteuerung14 integriert sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn nur die Gebläsedrehzahl vom Partikelsignal u(t) beeinflusst werden soll. Die Signalübertragung21 vom Partikelsensor zur Auswerteschaltung kann dann elektronisch per Funk, Infrarotwellen oder Ultraschall erfolgen. Wenn ein Kabel zur Bestromung einer Elektrobürste16 vorhanden ist, kann dieses auch zur Datenübertragung genutzt werden. - Wird dagegen das Partikelsignal nur zur Steuerung der Borstenwalzendrehzahl verwendet, ist eine separate Steuereinrichtung
24 samt Auswerteschaltung22 in der Elektrobürste16 sinnvoll (siehe1 ). Bei einer staubabhängigen Beeinflussung beider Drehzahlen kann entweder wie vorbeschrieben die Gerätesteuerung benutzt werden, oder es werden zwei Steuereinrichtungen samt Auswerteschaltung verwendet, von denen dann die eine in der Gerätesteuerung integriert ist und die andere in der Elektrobürste angeordnet ist. Eine der Steuereinrichtungen kann, wie in der3 gezeigt, neben den Motoren noch eine Anzeige30 zur Darstellung des Reinigungszustandes der bearbeiteten Fläche ansteuern -
4 zeigt in einem Diagramm die Signalverarbeitung durch eine zeitabhängige Darstellung des Partikelsignals u(t), der Gebläse-/ Borstenwalzendrehzahl und der Empfindlichkeit E untereinander. Für das Partikelsignal u(t) sind im Folgenden lediglich relative Größen "überdurchschnittlich", "durchschnittlich" und "unterdurchschnittlich". Ähnliches gilt für die Empfindlichkeitswerte "hoch", "mittel" und "tief". Zahlenwerte sind hier von der jeweiligen Sensoranordnung und den durch den Staubsauger vorgegebenen Randbedingungen abhängig, können aber einfach in Versuchen ermittelt werden. Gemäß Diagramm wird zunächst in einem Zeitabschnitt I eine Fläche bearbeitet, deren Verschmutzung als durchschnittlich definiert ist. Das Partikelsignal u(t) bewegt sich in einem mittleren Bereich. Dabei wird von der Steuereinrichtung eine Drehzahl n eingestellt, welche beispielsweise drei Viertel der Maximaldrehzahl entspricht. Die Empfindlichkeit E der Auswerteschaltung ist auf mittel gesetzt. In einem nächsten Zeitabschnitt II erhöhen sich nun die Verschmutzung und damit auch das Partikelsignal u(t) auf einen überdurchschnittlichen Wert. Die Steuereinrichtung erhöht nun auch die Drehzahl n auf einen Wert, welcher der Maximaldrehzahl entspricht, um eine bessere Reinigung der Fläche zu ermöglichen. Außerdem wird die Empfindlichkeit E der Auswerteschaltung verringert. Hierdurch ist gewährleistet, dass nicht schon bei geringen Schwankungen des Partikelsignals u(t) eine Drehzahländerung erfolgt. Im Zeitabschnitt III kehren die Verschmutzung und das Partikelsignal u(t) wieder zu durchschnittlichen Werten zurück. Die Drehzahl wird dann wieder auf etwa drei Viertel der Maximaldrehzahl abgesenkt und die Empfindlichkeit E auf mittel gesetzt. Im Abschnitt4 wird infolge unterdurchschnittlicher Verschmutzung ein kleineres Partikelsignal u(t) gemessen. Die Steuereinrichtung verringert die Gebläse-/ Borstenwalzendrehzahl n auf einen Wert, der nur noch der Hälfte der Maximaldrehzahl entspricht. Um zu gewährleisten, dass eine Änderung des Verschmutzungsaufkommens auf der bearbeiteten Bodenfläche von der Auswerteschaltung weiterhin registriert wird, setzt die Steuereinrichtung nun die Empfindlichkeit der Auswerteschaltung hoch. Im Abschnitt V kehrt die Verschmutzung wieder zu durchschnittlichen Werten zurück. - Um zu gewährleisten, dass in den Übergangsbereichen keine instabilen Zustände auftreten, wird vorzugsweise dann, wenn die Steuereinrichtung ein Über-/Unterschreiten der Empfindlichkeitsschwellen erkennt, die Gebläseleistung auf den neuen Wert gestellt, eine Anpassung der Empfindlichkeit wird für einen mit der Trägheit des Systems korrespondierenden Zeitraum verzögert. Dieser Zeitraum ist für das jeweilige System zu ermitteln und kann ggf. für die jeweiligen Wechselrichtungen (normal->hoch, hoch->normal, normal->niedrig und niedrig->normal) unterschiedlich sein. Alternativ ist eine sofortige Anpassung der Empfindlichkeit, aber eine Verzögerung der Drehzahländerung möglich.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- EP 0759157 B1 [0002, 0014, 0015]
- EP 0451787 A1 [0002, 0014]
- GB 2225933 A [0002]
- JP 02131735 A [0002]
- DE 20207071 U1 [0004]
- WO 2005/077243 A1 [0014]
Claims (4)
- Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals (u(t)) in einem Staubsauger (
1 ) mit einem elektromotorisch angetriebenen Sauggebläse (8 ) und/oder mit einem Saugvorsatz (16 ), welcher eine elektromotorisch angetriebene Borstenwalze (18 ) beinhaltet, mit mindestens einer Steuereinrichtung (24 ) zur Beeinflussung der Drehzahl (n) oder Leistung des Sauggebläses (8 ) und/oder der Borstenwalze (18 ) und mit einem Sensor (21 ) zur Erzeugung des Partikelsignals (u(t)), welches wenigstens von der Anzahl der aufgesaugten Staubpartikel abhängig ist, wobei die Steuereinrichtung (24 ) die Drehzahl oder Leistung des Sauggebläses (8 ) und/oder der Borstenwalze (18 ) in Abhängigkeit von dem mittels einer Auswerteschaltung (22 ) verarbeiteten Partikelsignal (u(t)) beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (24 ) die Empfindlichkeit (E) der Auswerteschaltung (22 ) in Abhängigkeit von der eingestellten Drehzahl (n) oder der Leistung des Sauggebläses (8 ) und/oder der Borstenwalze (18 ) ändert. - Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals (u(t)) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
24 ) die Empfindlichkeit (E) der Auswerteschaltung (22 ) bei hohen Gebläse- und/oder Borstenwalzendrehzahlen (n) oder -leistungen senkt und bei niedrigen Gebläse- und/oder Borstenwalzendrehzahlen (n) oder -leistungen steigert. - Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals (u(t)) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
24 ) die Empfindlichkeit (E) der Auswerteschaltung (22 ) verzögert ändert. - Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals (u(t)) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
24 ) die Empfindlichkeit (E) der Auswerteschaltung (22 ) unverzögert ändert und die Beeinflussung der Drehzahl (n) oder der Leistung des Sauggebläses (8 ) und/oder der Borstenwalze (18 ) verzögert.
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Effective date: 20130313 |
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