DE102011050260B4

DE102011050260B4 - Staubsauger und Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals in einem Staubsauger

Info

Publication number: DE102011050260B4
Application number: DE201110050260
Authority: DE
Inventors: Walter Assmann; Dr. Ennen Günther; Volker Marks; Cornelius Wolf
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: DE102011050260A1

Abstract

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 Drehzahl (n) oder der Leistung des Sauggebläses (8) und/oder der Borstenwalze (18) ändert, wobei von der Steuereinrichtung (24) ausgegebene Schaltsignale (25, 26) für den Gebläsemotor (15) und/oder den Bürstenmotor (17) auf die Auswerteschaltung (22) zurückgeführt werden, die dann Schwellwerte für die Empfindlichkeit (E) ändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung eines Partikelsignals in einem Staubsauger und einen solchen 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 der EP 0 451 787 A1 bzw. der DE 689 14 959 T2 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 der GB 2 225 933 A und aus der JP 02131735 A ist der Einsatz von Partikelsensoren zur Steuerung der Gebläse- und oder Borstenwalzendrehzahl bekannt.
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 verschlechtert sich das Reinigungsergebnis.
Die DE 693 06 696 T2 offenbart einen Staubsauger mit einem Staubsensor, dessen Empfindlichkeit in Abhängigkeit der dem Gebläse zugeführten Leistung variiert wird.
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 sowie einen entsprechenden Staubsauger zu offenbaren, mit dem eine zufriedenstellende Reinigungsleistung erzielt wird.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Staubsauger nach Patentanspruch 5 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 Drehzahl oder der Leistung des Sauggebläses und/oder der Borstenwalze ändert, wobei von der Steuereinrichtung ausgegebene Schaltsignale für den Gebläsemotor und/oder den Bürstenmotor auf die Auswerteschaltung zurückgeführt werden, die dann Schwellwerte für die Anspruchsempfindlichkeit 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 Staubsauger 1 mit einer Saugdüse 2, einem starren Saugrohr 3 und einem flexiblen Saugschlauch 4, welcher an einen Staubsammelraum 5 angeschlossen ist. Zur Entfernung von Schmutz 6 auf einer zu bearbeitenden Bodenfläche 7 wird durch ein hochtouriges Gebläse 8 Luft 9 durch eine Abluftöffnung 10 aus dem Staubsaugergehäuse 11 geblasen. Dadurch entsteht an der Saugdüse 2 ein Unterdruck, so dass dort Luft 9 und der Schmutz 6 als Zweiphasen-Strömung eingesaugt werden und in bekannter Weise in einem im Staubsammelraum 5 angeordneten Filterbeutel 12 wieder getrennt werden. Alternativ können hier nicht gezeigte Fliehkraft-Abscheider oder andere Filter verwendet werden. Die Einstellung der Saugkraft kann über ein Bedienelement 13 vom Benutzer vorgenommen werden, alternativ ist eine automatische Saugkraftregelung möglich. In beiden Fällen werden von der Gerätesteuerung 14 Schaltsignale erzeugt, die die Drehzahl des Gebläsemotors 15 beeinflussen.
Die Saugdüse 2 kann, wie in der 1 ebenfalls dargestellt ist, als Elektrobürste 16 ausgebildet sein. Die Drehzahl des Bürstenmotors 17, der eine rotierende Borstenwalze 18 antreibt, kann entweder von der Gerätesteuerung 14 oder von einer nicht dargestellten separaten Steuerung beeinflusst werden, hierüber auch die Borstenwalzendrehzahl. Anstelle der Elektrobürste 16 kann auch eine in 2 gezeigte Bodendüse 20 ohne drehende Borstenwalze verwendet werden. Wichtig ist, dass der jeweilige Bearbeitungsvorsatz 16 bzw. 20 oder ein nachfolgender Luftweg (Saugrohr, Handgriff oder Staubsaugergehäuse) mit einem Sensor 21 ausgestattet ist. Dieser dient zur Erzeugung eines Partikelsignals, welches von der Anzahl von Partikeln in der aus Saugluft 9 und Schmutz 6 bestehenden Zweiphasen-Strömung abhängig ist und bei der Reinigung der Bodenfläche 7 vom Gebläse 8 erzeugt wird. Der Sensor 21 kann als piezoelektrischer Sensor ausgebildet sein, sein Aufbau ist beispielsweise aus der WO 2005/077243 A1 hinreichend bekannt, seine Funktionsweise aus der EP 0 759 157 B1 . Er wird deshalb hier nicht näher beschrieben. 2 zeigt eine herkömmliche Bodendüse ohne rotierende Borstenwalze 18, der Sensor kann aber auch, wie in 1 angedeutet, in einer Elektrobürste 16 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 Partikelsensors 21, wird einer Auswerteschaltung 22 zugeführt. Das Signal des Partikelsensors 21, im Folgenden als Partikelsignal u(t) bezeichnet, wird dort in bekannter Weise aufbereitet, beispielsweise kann eine aus der EP 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 Steuersignal 23 generiert und an eine Steuereinrichtung 24 weitergegeben. Diese beeinflusst dann in Abhängigkeit vom Steuersignal 23 die Drehzahl des Gebläsemotors 15 und/oder des Bürstenmotors 17. Alternativ kann die Leistung des jeweiligen Motors 15 bzw. 17 geregelt oder gestellt werden, wobei sich dann eine von der eingestellten Leistung abhängige Leerlaufdrehzahl ergibt, die belastungsabhängig variiert. Erfindungsgemäß werden die Schaltsignale 25 bzw. 26 für den Gebläsemotor 15 und/oder den Bürstenmotor 17 zurückgeführt auf die Auswerteschaltung 22, 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 Auswerteschaltung 22 können in der Gerätesteuerung 14 integriert sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn nur die Gebläsedrehzahl vom Partikelsignal u(t) beeinflusst werden soll. Die Signalübertragung vom Partikelsensor 21 zur Auswerteschaltung kann dann elektronisch per Funk, Infrarotwellen oder Ultraschall erfolgen. Wenn ein Kabel zur Bestromung einer Elektrobürste 16 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 Auswerteschaltung 22 in der Elektrobürste 16 sinnvoll (siehe 1). 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 der 3 gezeigt, neben den Motoren noch eine Anzeige 30 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” angenommen. 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 Abschnitt 4 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.

Claims

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 Drehzahl (n) oder der Leistung des Sauggebläses (8) und/oder der Borstenwalze (18) ändert, wobei von der Steuereinrichtung (24) ausgegebene Schaltsignale (25, 26) für den Gebläsemotor (15) und/oder den Bürstenmotor (17) auf die Auswerteschaltung (22) zurückgeführt werden, die dann Schwellwerte für die Empfindlichkeit (E) 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.
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 eines Partikelsignals (u(t)), welches wenigstens von der Anzahl der aufgesaugten Staubpartikel abhängig ist, wobei die Steuereinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, die Drehzahl oder Leistung des Sauggebläses (8) und/oder der Borstenwalze (18) in Abhängigkeit von dem mittels einer Auswerteschaltung (22) verarbeiteten Partikelsignal (u(t)) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (24) die Empfindlichkeit (E) der Auswerteschaltung (22) in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) oder der Leistung des Sauggebläses (8) und/oder der Borstenwalze (18) ändern kann, wobei von der Steuereinrichtung (24) ausgegebene Schaltsignale (25, 26) für den Gebläsemotor (15) und/oder den Bürstenmotor (17) auf die Auswerteschaltung (22) zurückgeführt werden, um Schwellwerte für die Anspruchsempfindlichkeit (E) zu ändern.
Staubsauger nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (24) dazu eingerichtet ist, die Empfindlichkeit (E) der Auswerteschaltung (22) bei hohen Gebläse- und/oder Borstenwalzendrehzahlen (n) oder -leistungen zu senken und bei niedrigen Gebläse- und/oder Borstenwalzendrehzahlen (n) oder -leistungen zu steigern.
Staubsauger nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuereinrichtung (24) die Empfindlichkeit (E) der Auswerteschaltung (22) verzögert ändern kann.
Staubsauger nach Anspruch 5 oder 6, wobei 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) verzögern kann.