DE102011052023A1

DE102011052023A1 - Verfahren zur Füllstandsüberwachung bei einem Staubsauger

Info

Publication number: DE102011052023A1
Application number: DE102011052023A
Authority: DE
Inventors: Manfred Gerhards
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-01-24
Also published as: EP2548490A2; EP2548490A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstandsüberwachung bei einem Staubsauger (1), wobei im Betrieb Daten für einen vom Antriebsaggregat des Staubsaugers (1) erzeugten Unterdruck und Volumenstrom aufgenommen werden, wobei in einem Speicher (30) Daten (32) für volumenstromabhängige Kennlinien (20, 21) abgelegt sind, wobei zumindest anhand des tatsächlichen Volumenstroms ein Arbeitspunkt (26) auf einer Kennlinie (20, 21) und ein mit dem Arbeitspunkt (26) auf der Kennlinie (20, 21) verknüpfter Unterdruck ermittelt werden und mit dem tatsächlichen Unterdruck und dem Wert für den Unterdruck anhand der Kennlinie (20, 21) ein momentaner Füllstand des Staubsaugers (1) ermittelt wird und/oder wobei anhand des tatsächlichen Volumenstroms und Unterdrucks ein aktueller Arbeitspunkt (24) ermittelt und zu der oder den Kennlinien (20, 21) so in Beziehung gesetzt wird, dass aus der oder den Kennlinien (20, 21) zumindest eine zu diesem am besten Passende ausgewählt wird und sich der momentane Füllstand des Staubsaugers (1) anhand der ausgewählten Kennlinie(n) (20, 21) und einer Füllstandsituation, für welche diese ursprünglich aufgenommen wurde, ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstandsüberwachung oder Füllstandsanzeige – im Folgenden zusammenfassend als Füllstandsüberwachung bezeichnet – bei einem Staubsauger und einen nach dem Verfahren arbeitenden Staubsauger.
Eine Füllstandsüberwachung für einen Staubbeutel eines Staubsaugers ist bei Staubsaugern an sich bekannt. In einer bekannten und häufig eingesetzten Ausführung wird der Differenzdruck zwischen dem Staubraum und der Umgebung mit einem mechanischen Federmanometer zur Anzeige gebracht. Je höher der Differenzdruck, desto größer ist der Federweg und die damit gekoppelte Anzeige. Allerdings funktionieren heutige Staubbeutelfüllstandsüberwachungen oftmals nur in unbefriedigendem Umfang. Die Anzeige entspricht nur ansatzweise dem tatsächlichen Füllgrad. Vielmehr ist die Anzeige vom jeweiligen Zustand der Bodendüse abhängig (aufgesetzt, angehoben, verschlossen) und mit dem dort vorherrschenden Unterdruck entsprechend der jeweils vorhandenen Belastung verknüpft, wie sich ohne Weiteres durch das Drosseln des Saugschlauches bei leerem Beutel überprüfen lässt, wenn dann die Füllstandsüberwachung einen vollen oder im Wesentlichen vollen Staubbeutel signalisiert. Neben der sehr ungenauen mechanischen Anzeige weist die bisherige Füllstandsüberwachung eine erhebliche Hysterese auf und es besteht keine ausreichende Korrelation zum tatsächlichen Staubbeutelfüllgrad. Bei einer Ausführung mittels mechanischer Feder kommen noch erhebliche Bauteiltoleranzen hinzu, die keine vergleichbaren Aussagen zwischen den Staubsaugern einer Baureihe erlauben. Des Weiteren reagiert die Anzeige abhängig von der gewählten Leistungsstufe, indem bei kleinen Leistungseinstellungen auch bei vollem Staubbeutel ein Füllgrad signalisiert wird, der einen weiteren Betrieb zu erlauben scheint und zu einem Platzen des Staubbeutels durch Überfüllung führen kann, oder indem der Benutzer zu einem Wechsel des Staubbeutels aufgefordert wird, obwohl er noch gar nicht nötig ist.
Des Weiteren stellt die oben beschriebene Ausführung eine dauerhafte Leckage dar, die sich aus energetischer Sicht nachteilig auswirkt und die an der Bodendüse zur Verfügung stehende Saugleistung reduziert. Dieser Verlust an Luft- und Saugleistung wurde bei bisherigen Staubsaugern mit hohen Aufnahmeleistungen noch toleriert. Ausgehend von zukünftigen gesetzlichen Anforderungen und im Zuge einer allgemeinen Wirkungsgradverbesserung ist dieser Saugleistungsverlust, speziell bei den in Zukunft noch weiter zu reduzierenden Aufnahmeleistungen, nicht mehr hinnehmbar.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, ein weiteres Verfahren zur Füllstandsüberwachung bei einem Staubsauger anzugeben, insbesondere ein Verfahren zur Füllstandsüberwachung, das die oben skizzierten Nachteile vermeidet oder zumindest deren Auswirkungen reduziert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zur Füllstandsüberwachung bei einem Staubsauger zunächst vorgesehen, dass der Staubsauger ein im Betrieb mit elektrischer Leistung gespeistes und einen Unterdruck sowie einen Volumenstrom verursachendes Antriebsaggregat mit einem Elektromotor umfasst und dass im Betrieb Daten für ein Maß für einen tatsächlichen Unterdruck und für ein Maß für einen tatsächlichen Volumenstrom aufgenommen werden.
Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 1 ist des Weiteren vorgesehen, dass in einem Speicher Daten für zumindest eine volumenstromabhängige Kennlinie abgelegt sind. Anhand des tatsächlichen Volumenstroms wird sodann ein Arbeitspunkt auf der mindestens einen Kennlinie ermittelt. Anhand des tatsächlichen Unterdrucks und des zum Arbeitspunkt auf der Kennlinie gehörigen Unterdrucks wird schließlich als momentaner Füllstand des Staubsaugers ein Füllgrad von dessen Staubbeutel oder bei beutellosen Staubsaugern ein Füllgrad von dessen Staubsammelbehälter ermittelt.
Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 2 ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass in dem Speicher für bestimmte Füllstandsituationen Daten für zumindest eine volumenstromabhängige Kennlinie abgelegt sind. Anhand des tatsächlichen Unterdrucks sowie des tatsächlichen Volumenstroms wird sodann ein momentaner Arbeitspunkt ermittelt. Der ermittelte momentane Arbeitspunkt wird sodann zu der oder den Kennlinien in Beziehung gesetzt. Damit wird aus der oder den Kennlinien zumindest eine zu dem momentanen Arbeitspunkt am besten passende Kennlinie ausgewählt. Der momentane Füllstand des Staubsaugers, also ein Füllgrad von dessen Staubbeutel oder bei beutellosen Staubsaugern ein Füllgrad von dessen Staubsammelbehälter, ergibt sich dann anhand der ausgewählten Kennlinie(n) und der Füllstandsituation, für welche diese ursprünglich aufgenommen wurde(n).
Bei den Daten für die volumenstromabhängige Kennlinie(n) kann es sich um Daten für Punktmengen zur Beschreibung solcher Kennlinien, aber auch um Algorithmen zur Nachbildung solcher Kennlinien handeln. Indem dem Verfahren der Volumenstrom zugrunde liegt, lassen sich unterschiedliche Bodenbeläge und Belastungszustände des Staubsaugers weitgehend kompensieren. Beide Verfahren können auch kombiniert werden, so dass sich ein angezeigter Füllstand als Mittelwert oder sonst geeignet gewichteter Kombinationen beider ermittelter Füllstände ergibt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zur weiteren Optimierung des Verfahrens die Lufttemperatur in die Berechnung der Luftleistung mit einbezogen werden, um eine höhere Genauigkeit zu ermöglichen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie können auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen und sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für deren Merkmale zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Indem bei einer Ausführungsform des Verfahrens der ermittelte momentane Arbeitspunkt zu den Kennlinien in Beziehung gesetzt und aus den Kennlinien zwei oder mehr zu dem momentanen Arbeitspunkt am besten passende Kennlinien ausgewählt werden und sich ein momentaner Füllstand des Staubsaugers anhand der ausgewählten Kennlinien und einer Interpolation der Füllstandsituationen, für welche diese ursprünglich aufgenommen wurden, ergibt, ist eine noch genauere, quasi kontinuierliche Ermittlung des Füllstands und darauf basierend eine noch exaktere Füllstandsüberwachung möglich.
Zur Information eines Benutzers des Staubsaugers über den Füllstand kommt eine optische Anzeigeeinrichtung in Betracht, mit der der jeweils momentane Füllstand dargestellt wird. Mit der Genauigkeit der Füllstandsüberwachung nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren macht eine Füllstandsanzeige mit einer optischen Anzeigeeinrichtung Sinn, weil der momentane Füllstand z.B. als Prozentwert, als Balken und dergleichen darstellbar ist. Eine optische Anzeigeeinrichtung ist auch deswegen günstig, weil diese – insbesondere umschaltbar oder automatisch alternierend – auch noch zur Darstellung anderer Betriebsparameter des Staubsaugers verwendbar ist, zum Beispiel zur Darstellung einer Restkapazität eines Akkumulators zur Energieversorgung des Staubsaugers.
Bei einer zur Darstellung mehrerer Betriebsparameter des Staubsaugers vorgesehenen optischen Anzeigeeinrichtung besteht eine Ausführungsform darin, dass bei einem Füllstand oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwertes die Anzeigeeinrichtung automatisch zur Darstellung des Füllstands umgeschaltet wird, so dass der Benutzer des Staubsaugers auf die geänderte Situation hinsichtlich des Füllstands des Staubbeutels aufmerksam gemacht wird.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Füllstand oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwertes eine Meldung, also z.B. als Information oder als Warnmeldung, an den Benutzer des Staubsaugers erfolgt. Die Meldung kann eine optische oder akustische Meldung oder eine kombinierte optische und akustische Meldung sein. Weiterhin kommt in Betracht, anstelle des o. g. Grenzwertes einen ersten und einen zweiten Grenzwert vorzusehen, wobei das Erreichen des ersten Grenzwertes eine optische Meldung und das Erreichen des zweiten Grenzwertes zumindest auch eine akustische Meldung auslöst.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einem Füllstand oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Alarmniveaus die vom Antriebsaggregat aufgenommene elektrische Leistung reduziert wird, so dass keine Möglichkeit mehr besteht, dass das erreichte Füllstandsniveau der Aufmerksamkeit des Benutzers des Staubsaugers entgeht. Der Benutzer ist informiert, dass der Staubbeutel seine Endkapazität erreicht hat oder in Kürze erreichen wird und nur noch ein eingeschränkter Betrieb nach Art eines Notbetriebs möglich ist. Zudem wird durch die Reduktion der aufgenommenen elektrischen Leistung eine Reduktion der in einer Zeiteinheit aufnehmbaren Staubmenge erreicht, so dass die Gefahr eines Platzens des Staubbeutels reduziert ist. Hinsichtlich der Reduktion der elektrischen Leistung kommt eine Reduktion auf ein vorgegebenes oder vorgebbares Niveau in Betracht, das z.B. in einer Steuerungseinheit des Staubsaugers fest oder veränderlich hinterlegt sein kann.
Zur noch weiter gehenden automatischen Benutzerinformation kann eine Meldung bei einem nicht oder nicht vollständig geschlossenen Staubraumverschluss und/oder eine Meldung bei einem nicht eingelegten Staubbeutel erfolgen. Zusätzlich oder alternativ zu einer solchen Meldung kann das Saugen verhindert werden, indem sich zum Beispiel aufgrund einer entsprechenden, durch die Steuerungseinheit bewirkten Verriegelung das Antriebsaggregat nicht aktivieren lässt.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einem Staubsauger gelöst, der nach dem Verfahren wie hier und im Folgenden beschrieben arbeitet und dazu Mittel zur Durchführung des Verfahrens umfasst. Die Erfindung ist dabei bevorzugt in Software oder Firmware implementiert. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm sowie schließlich auch eine Steuerungseinheit oder ein Staubsauger mit einer solchen Steuerungseinheit, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist. Im Hinblick auf eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit kommt speziell auch eine Implementation des Verfahrens oder einzelner Aspekte des Verfahrens in Firmware, also zum Beispiel in Form eines ASICs, in Betracht. Zur leichteren sprachlichen Darstellung soll auch eine Implementation in Firmware oder eine teilweise Implementation in Firmware und eine teilweise Implementation in Software von dem Begriff Computerprogramm umfasst sein.
Der Vorteil der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen besteht damit insbesondere darin, dass auf Basis des hier vorgeschlagenen Ansatzes die bisherige mechanische Staubbeutel-Füllstandsanzeige gänzlich entfallen kann. Deren Kosten können eingespart werden. Zudem fallen die bei der bisherigen mechanischen Staubbeutel-Füllstandanzeige prinzipbedingten Undichtigkeiten und Leckagen und damit verbundene Wirkungsgradverluste weg. Saugerwirkungsgrad und Saugleistung nehmen also zu bzw. eine bestimmte Saugleistung lässt sich auch mit einem Antriebsaggregat mit einer geringeren Aufnahmeleistung erreichen. Außerdem werden Luftgeräusche eliminiert, die bisher durch die prinzipbedingten Leckagen auftreten. Aufgrund der jetzt möglichen, präziseren Füllstandsüberwachung lässt sich ein Platzen des Staubbeutels im laufenden Betrieb aufgrund einer Unkenntnis des Benutzers des Staubsaugers über den tatsächlichen Füllgrad des Staubbeutels vermeiden. Zudem kann die jeweils aufgenommene Leistung bei gefülltem Staubbeutel reduziert oder sogar in Abhängigkeit vom Füllstand automatisch sukzessive reduziert werden, um den Staubsauger zu schützen. Der Benutzer erkennt daran oder an einer Füllstandsanzeige, wenn der Staubbeutel gefüllt ist und hat die Möglichkeit, frühzeitig neue Staubbeutel bereit zu stellen oder vorzuhalten. Schließlich kann der Benutzer aufgrund der jetzt möglichen Genauigkeit der Füllstandsüberwachung das gesamte sinnvolle Volumen des Staubbeutels nutzen, ohne einen vorzeitigen und kostspieligen Wechsel des Staubbeutels durchführen zu müssen. Insgesamt ist die Füllstandsüberwachung unabhängig von unterschiedlichen Belastungszuständen an der Bodendüse oder am Saugrohr und unabhängig von der gewählten Leistungseinstellung des Staubsaugers. Die Füllstandsüberwachung reagiert auch bei verstopften Saugrohren oder Bodendüsen oder bei Leckagen des Staubraumes, zum Beispiel einem eingeklemmten Staubbeutel, zuverlässig.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung, der oder jeder Ausführungsform sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten oder Verfahrensschrittfolgen führen.
Es zeigen
1 einen Staubsauger an sich bekannter Art in einer Ausführungsform als Bodenstaubsauger,
2 eine Kennlinie eines Staubsaugers,
3 zwei Kennlinien eines Staubsaugers,
4 eine Steuerungseinheit eines Staubsaugers,
5, 6 Flussdiagramme zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Füllstandsüberwachung bei einem Staubsauger,
7 eine Anzeigeeinrichtung eines Staubsaugers,
8 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung und
9 ein Schaltbild zur Veranschaulichung des Aspekts der Begrenzung der Leistungsaufnahme des Sauggebläses in Abhängigkeit vom Ergebnis der Füllstandsüberwachung.
1 zeigt schematisch vereinfacht einen Staubsauger 1 in einer Ausführungsform als Bodenstaubsauger. Die Erfindung eignet sich jedoch grundsätzlich für jeden Staubsauger 1, der mit einer Gebläseeinheit mit einem motorbetriebenen Sauggebläse 2 ausgestattet ist. Der gezeigte Staubsauger 1 besitzt ein Gehäuse 3, welches in einen Gebläseraum 4 und einen Staubsammelraum 5 unterteilt ist. Im Gebläseraum 4 ist das Sauggebläse 2 mit seiner Saugseite zum Staubsammelraum 5 gerichtet und erzeugt dort einen Unterdruck, der über einen angeschlossenen Saugschlauch 6 und ein Saugrohr 7 an den Saugmund einer Bodendüse 8 weitergegeben wird. Somit wird mit Schmutz 9 beladene Luft – durch die Pfeile 10 dargestellt – am bearbeiteten Untergrund aufgesaugt (Saugluftstrom) und über Staubabscheider gereinigt. Im Ausführungsbeispiel ist dies ein als Staubsammelbehälter fungierender Staubbeutel 11 mit nachgeordnetem Motorfilter 12. Die gereinigte Luft wird über eine Abluftfiltereinheit 13 wieder an die Umgebung abgegeben. Die Ansteuerung eines Gebläsemotors 14 des Sauggebläses 2 erfolgt in an sich bekannter Art über eine Regelelektronik einer Steuerungseinheit 15 zur Ansteuerung von z.B. Leistungshalbleitern eines Wechselrichters 16. Der Gebläsemotor 14 des Sauggebläses 2 ist das Antriebsaggregat des Staubsaugers 1. Es wird im Betrieb des Staubsaugers 1 in an sich bekannter Art mit elektrischer Leistung gespeist und erzeugt einen Unterdruck und schließlich einen Volumenstrom als Basis für den Saugluftstrom. Zur Bedienung und zur Benutzerinformation ist eine Bedien- und Anzeigeeinrichtung 17 vorgesehen.
2 zeigt schematisch vereinfacht eine Kennlinie 20 eines Staubsaugers 1 (1). Exemplarisch ist als Kennlinie 20 eine Kennlinie der umgesetzten Luftleistung (Formelzeichen P2) bei vollem Staubbeutel 11 (1) oder Staubsammelbehälter dargestellt: P2_voll.
Grundsätzlich eignet sich der Ansatz gemäß der Erfindung auch für die Verwendung anderer Kennlinien. Wichtig ist lediglich, dass es sich bei der jeweiligen Kennlinie um eine volumenstromabhängige Kennlinie handelt, so dass in die Füllstandsüberwachung oder Füllstandsermittlung stets auch ein Maß für den Volumenstrom einfließt. Die in 2 dargestellte Kennlinie 20 ist eine volumenstromabhängige Kennlinie, weil sich die umgesetzte Luftleistung als Produkt aus dem Unterdruck (Formelzeichen h) und dem resultierenden Volumenstrom (Formelzeichen q) ergibt: P2 = h·q. Insofern ist für die Kennlinie 20 in 2 auf der Ordinate 22 der im Betrieb vom Sauggebläse 2 erzeugte Unterdruck h und auf der Abszisse 23 der resultierende Volumenstrom q in Kubikmeter pro Sekunde abgetragen.
Im Betrieb des Staubsaugers 1 werden Daten für ein Maß für einen tatsächlichen Unterdruck und für ein Maß für einen tatsächlichen Volumenstrom aufgenommen. Als Maß für den tatsächlichen Unterdruck h kann mit einem Drucksensor als Differenzdrucksensor gegen Umgebungsdruck im Bereich der Einlassöffnung des Staubsaugers, insbesondere einem analogen derartigen Drucksensor, ein Druck im Saugschlauch 6 oder am Eingang des Staubbeutels 11 oder Staubsammelbehälters gemessen werden. Für die Bestimmung des tatsächlichen Volumenstromes q können verschiedene Verfahren eingesetzt werden: Zum Beispiel kommt in Betracht, einen weiteren Differenzdrucksensor in unmittelbarer Nähe des Sauggebläses 2, zum Beispiel im Bereich eines dort üblicherweise vorgesehenen Motorschutzgitters, vorzusehen. Der gemessene Differenzdruck zwischen statischer/dynamischer Druckabnahme (Pitot-Sonde) korreliert mit dem Volumenstrom q im betrachteten Messbereich sehr gut. Alternativ wäre z.B. auch ein Hitz-Draht, ein Druckanschluss am Sauggebläse 2 oder die Herleitung des Volumenstromes q aus den Motorkennlinien denk- und realisierbar.
In einem Speicher der Steuerungseinheit 15 (1) sind Daten für zumindest eine Kennlinie 20 abgelegt, wie in 2 gezeigt. Dabei kann es sich um Daten für einzelne Stützstellen der oder jeder jeweiligen Kennlinie 20 handeln, also Wertepaare, aus denen sich die Kennlinie(n) interpolieren lässt bzw. lassen, oder auch um eine algorithmische oder mathematische Beschreibung der Kennlinie(n) 20.
Anhand der aufgenommenen Daten für den Unterdruck und den Volumenstrom wird ein momentaner Arbeitspunkt 24 ermittelt. Dieser ist in der Darstellung in 2 eingetragen. Der ermittelte Arbeitspunkt 24 wird zu der mindestens einen Kennlinie 20 in Beziehung gesetzt, indem ein Lot 25 auf die Kennlinie 20 gefällt wird. Damit wird zu ein zu dem tatsächlichen Volumenstrom (q_akt) gehöriger Arbeitspunkt 26 auf der Kennlinie 20 ermittelt.
Anhand des momentanen Arbeitspunktes 24 (oder direkt anhand des tatsächlichen Durchflusses q_akt) und dem Arbeitspunkt 26 auf der Kennlinie 20 ergeben sich zwei Luftleistungswerte P₂, wobei der zum Arbeitspunkt 24 gehörige P₂-Wert als P₂_akt und der zum Arbeitspunkt 26 auf der Kennlinie 20 gehörige Unterdruck-Wert als P₂_voll bezeichnet wird, weil der momentane Arbeitspunkt 24 durch die tatsächliche oder aktuelle Luftleistung bestimmt ist und die Kennlinie 20 im gewählten Beispiel für einen vollen Staubbeutel 11/vollen Staubsammelbehälter aufgenommen wurde. Anhand der beiden so erhaltenen P₂-Werte P₂_akt und P₂_voll kann ein Quotient wie folgt gebildet werden: x = P₂_akt/P₂_voll.
Mit dem Quotienten x ergibt sich der Füllgrad oder ein Maß für den Füllgrad durch Einsetzen in F = ax^2 + b·x, [1] wobei die Koeffizienten a und b für jedes Staubsaugermodell empirisch ermittelt werden und in der Steuerungseinheit 15 abgelegt sind.
In einer alternativen Ausführungsform des Ansatzes gemäß der Erfindung kann die Verwendung mehrerer Staubsauger-Kennlinien im Sinne der oben eingeführten Definition, also Kennlinien in Form einer Folge von Wertepaaren oder Kennlinien in Form einer mathematischen Beschreibung, vorgesehen sein. Dann werden zumindest zwei Kennlinien verwendet und 3 zeigt insofern exemplarisch als eine in diesem Sinne erste und zweite Kennlinie 20, 21 jeweils eine Kennlinie der umgesetzten Luftleistung (Formelzeichen P2) bei vollem bzw. leerem Beutel/Staubsammelbehälter.
Erneut wird – wie oben beschrieben – jeweils ein Maß für einen tatsächlichen Unterdruck und ein Maß für einen tatsächlichen Volumenstrom aufgenommen. Der sich damit ergebende Arbeitspunkt 24 ist wie in 2 auch in 3 eingezeichnet. Anhand des Arbeitspunktes 24 wird zumindest eine zu diesem am besten passende Kennlinie 20, 21 ausgewählt. In der dargestellten Situation ist dies zum Beispiel die zweite Kennlinie 21, weil der Abstand des Arbeitspunkts 24 zu der zweiten Kennlinie 21 geringer ist als zu der ersten Kennlinie 20.
Ein momentaner Füllstand des Staubsaugers 1, nämlich der Füllgrad von dessen Staubbeutel 11 oder Staubsammelbehälter, ergibt sich dann anhand der ausgewählten Kennlinie(n) 20, 21 und der Füllstandsituation, für welche diese ursprünglich aufgenommen wurde(n). Nachdem gemäß der eingangs dargestellten Voraussetzung die zweite Kennlinie 21 für einen gefüllten Staubbeutel 11 oder Staubsammelbehälter aufgenommen worden war, ergibt sich als momentaner Füllstand bei dieser vereinfachenden Betrachtung ein gefüllter Staubbeutel. Tatsächlich kann eine Mehrzahl von Kennlinien 20, 21 verwendet werden, z.B. eine Mehrzahl von Kennlinien, die in z.B. 1%-, 2%- oder 5%-Abständen einen vollen, dann zunehmend weniger gefüllten Staubbeutel 11/Staubsammelbehälter darstellen. Wenn für einen Arbeitspunkt 24 eine maximale räumliche Nähe zu einer Kennlinie 20, 21 einer solchen Kennlinienschar ermittelt wird, ist schon eine recht genau Aussage über den Füllstand und damit eine recht genaue Füllstandsüberwachung möglich. Darüber hinaus ist auch bei einem zwischen zwei Kennlinien 20, 21 liegenden Arbeitspunkt 24 eine Interpolation des Füllstands möglich. Sogar bei der in 2 gezeigten Situation mit nur zwei Kennlinien 20, 21 lässt sich auf dieser Basis eine recht genaue Aussage über den Füllstand treffen, indem die Abstände 25, 27 – zum Beispiel wie in 2 eingezeichnet – herangezogen und in Relation gesetzt werden. Der dargestellte Abstand 27 ist in etwa halb so groß wie der dargestellte Abstand 25. Hinsichtlich des Füllstands des Staubbeutels lässt sich dies als „ca. 2/3 voll“ interpretieren.
Die Verwendung einer Mehrzahl von Kennlinien 20, 21 – also die Verwendung von mindestens zwei Kennlinien 20, 21 –, wobei in 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zwei Kennlinien dargestellt sind, hat den Vorteil, dass allein anhand der Ermittlung einer oder mehrerer zum jeweiligen Arbeitspunkt am besten passender Kennlinien 20, 21 ein Maß für den jeweiligen Füllgrad bestimmt werden kann. Eine nachgeschaltete formelmäßige Auswertung wie mit der oben einkopierten Gleichung [1] ist nicht notwendig. Allerdings erfordert diese Variante mehr Speicherplatz in der Steuerungseinheit 15, um die zumindest zwei Kennlinien abzulegen.
4 zeigt dazu schematisch vereinfacht die Steuerungseinheit 15 (1) mit weiteren Details. Danach umfasst die Steuerungseinheit 15 einen Speicher 30 und eine Verarbeitungseinheit 31 in Form oder nach Art eines Mikroprozessors, ASICs oder dergleichen. In dem Speicher 30 sind Daten 32 für Staubsauger-Kennlinien, nämlich volumenstromabhängige Kennlinien 20, 21 (2, 3), abgelegt, also z.B. jeweils paarweise zusammengehörige h- und q-Werte oder algorithmische oder mathematische Beschreibungen solcher Kennlinien 20, 21. Daneben ist im Speicher 32 ein Steuerungsprogramm 33 abgelegt, das beim Betrieb des Staubsaugers 1 durch die Verarbeitungseinheit 31 ausgeführt wird.
Unter Kontrolle des Steuerungsprogramms 33 werden – wie oben beschrieben und wie durch das Flussdiagramm 34 in 4 nochmals graphisch veranschaulicht – zunächst Daten für ein Maß für einen tatsächlichen Unterdruck und für ein Maß für einen tatsächlichen Volumenstrom aufgenommen (erster Funktionsblock 40). Anhand des damit ermittelten Arbeitspunktes 24 (2) können der aktuelle Durchflusswert (q_akt) und der zur jeweiligen Kennlinie 20 gehörige Durchflusswert (q_voll) ermittelt werden (zweiter Funktionsblock 41). Der so ermittelte Quotient (x) kann in die oben einkopierte Gleichung [1] eingesetzt werden und daraus ein momentaner Füllgrad oder zumindest ein Maß für den momentanen Füllgrad ermittelt werden (dritter Funktionsblock 42).
Bei der alternativen Ausführungsform wie in 3 dargestellt ist der Ablauf des Steuerungsprogamms 33 durch das in 6 gezeigte Flussdiagramm 34' dargestellt. Zunächst wird – wie in 5 – ein Maß für einen tatsächlichen Unterdruck und ein Maß für einen tatsächlichen Volumenstrom aufgenommen (erster Funktionsblock 40'). Der sich damit ergebende Arbeitspunkt 24 (3) wird sodann zu der oder den Kennlinien 20, 21 in Beziehung gesetzt und aus der oder den Kennlinien 20, 21 zumindest eine zu dem momentanen Arbeitspunkt 24 am besten passende Kennlinie 20, 21 ausgewählt (zweiter Funktionsblock 41'). Schließlich wird der momentane Füllstand des Staubsaugers 1 anhand der ausgewählten Kennlinie(n) 20, 21 und der Füllstandsituation, für welche diese ursprünglich aufgenommen wurde(n), ermittelt (dritter Funktionsblock 42').
7 zeigt schematisch vereinfacht eine Anzeigeeinrichtung 17 zur Darstellung des ermittelten Füllstands. Gezeigt ist eine Situation, bei der der ermittelte Füllstand mit einer segmentierten optischen Balkenanzeige dargestellt wird. Der Anzeigeeinrichtung 17 ist als Bedien- und Anzeigeinrichtung zum Beispiel ein Taster 50 zugeordnet, mit der sich die Anzeige zwischen einer Füllstandsanzeige und einer Ladezustandsanzeige eines Akkumulators zum Antrieb des Staubsaugers 1 oder dergleichen umschalten lässt.
8 zeigt den dritten Funktionsblock 42, 42' (5 bzw. 6) mit weiteren Details. Danach wird in einem vierten Funktionsblock 60 überprüft, ob der ermittelte Füllstand oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwertes liegt. Bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellwertes wird automatisch zur Darstellung des Füllstands durch die Anzeigeeinrichtung 17 umgeschaltet (fünfter Funktionsblock 61). Sodann wird in einem sechsten Funktionsblock 62 überprüft, ob der ermittelte Füllstand oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwertes liegt und bei Erreichen oder Überschreiten des Grenzwertes eine Meldung, zum Beispiel eine Warnmeldung oder eine Information an den Benutzer des Staubsaugers 1, generiert (siebenter Funktionsblock 63). Schließlich wird in einem achten Funktionsblock 64 überprüft, ob der ermittelte Füllstand oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Alarmniveaus liegt und bei Erreichen oder Überschreiten des Alarmniveaus die vom Antriebsaggregat aufgenommene oder aufnehmbare elektrische Leistung reduziert (neunter Funktionsblock 65).
Diesen letzten Aspekt stellt schließlich 9 noch anhand eines vereinfachten Schaltbilds dar, indem dort gezeigt ist, dass die Steuerungseinheit 15 den Wechselrichter 16 als Stellglied zur Begrenzung der Leistungsaufnahme des Gebläsemotors 14 des Sauggebläses 2 ansteuert, wenn das Alarmniveau erreicht ist. Für die Steuerungseinheit 15 sind durch drei seitliche Pfeile die von dieser berücksichtigten Eingangswerte dargestellt, nämlich eine externe Leistungsvorgabe für den Gebläsemotor 14, ein Signal vom Differenzdrucksensor im Bereich der Einlassöffnung des Staubsaugers 1 zur Erfassung des Unterdrucks h und ein Signal vom Differenzdrucksensor im Bereich des Sauggebläses 2 zur Erfassung des Volumenstroms q.
Damit lässt sich der zentrale Aspekt der hier vorgelegten Beschreibung kurz wie folgt darstellen: Angegeben wird ein Verfahren zur Füllstandsüberwachung bei einem Staubsauger 1, wobei im Betrieb Daten für einen vom Antriebsaggregat des Staubsaugers 1 erzeugten Unterdruck und Volumenstrom aufgenommen werden, wobei in einem Speicher 30 Daten 32 für volumenstromabhängige Kennlinien 20, 21 abgelegt sind, wobei zumindest anhand des tatsächlichen Volumenstroms ein Arbeitspunkt 26 auf einer Kennlinie und ein mit dem Arbeitspunkt 26 auf der Kennlinie verknüpfter Unterdruck ermittelt werden und mit dem tatsächlichen Unterdruck und dem Wert für den Unterdruck anhand der Kennlinie 20, 21 ein momentaner Füllstand des Staubsaugers 1 ermittelt wird und/oder wobei anhand des tatsächlichen Volumenstroms und Unterdrucks ein aktueller Arbeitspunkt 24 ermittelt und zu der oder den Kennlinien 20, 21 so in Beziehung gesetzt wird, dass aus der oder den Kennlinien 20, 21 zumindest eine zu diesem am besten Passende ausgewählt wird und sich der momentane Füllstand des Staubsaugers 1 anhand der ausgewählten Kennlinie(n) 20, 21 und einer Füllstandsituation, für welche diese ursprünglich aufgenommen wurde, ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Staubsauger
2: Sauggebläse
3: Gehäuse
4: Gebläseraum
5: Staubsammelraum
6: Saugschlauch
7: Saugrohr
8: Bodendüse
9: Schmutz
10: Pfeil (zur Darstellung von mit Schmutz beladener Luft)
11: Staubbeutel
12: Motorfilter
13: Abluftfiltereinheit
14: Gebläsemotor
15: Steuerungseinheit
16: Wechselrichter
17: Bedien- und Anzeigeeinrichtung
20: Kennlinie
21: Kennlinie
22: Ordinate
23: Abszisse
24: (momentaner) Arbeitspunkt
25: Abstand
26: Arbeitspunkt (auf der Kennlinie)
27: Abstand
30: Speicher
31: Verarbeitungseinheit
32: Daten
33: Steuerungsprogramm
34, 34: Flussdiagramm
40–42: (erster, zweiter bzw. dritter) Funktionsblock
50: Taster
60–65: (vierter, fünfter, sechster, siebenter, achter bzw. neunter) Funktionsblock

Claims

Verfahren zur Füllstandsüberwachung bei einem Staubsauger (1), wobei der Staubsauger (1) ein im Betrieb mit elektrischer Leistung gespeistes und einen Unterdruck sowie einen Volumenstrom verursachendes Antriebsaggregat umfasst, wobei im Betrieb Daten für ein Maß für einen tatsächlichen Unterdruck und für ein Maß für einen tatsächlichen Volumenstrom aufgenommen werden, wobei in einem Speicher (30) Daten (32) für zumindest eine volumenstromabhängige Kennlinie (20, 21) abgelegt sind, wobei anhand des tatsächlichen Volumenstroms ein Arbeitspunkt (26) auf der mindestens einen Kennlinie (20, 21) ermittelt wird und wobei anhand des tatsächlichen Unterdrucks und des zum Arbeitspunkt (26) auf der Kennlinie gehörigen Unterdrucks ein momentaner Füllstand des Staubsaugers (1) ermittelt wird.
Verfahren zur Füllstandsüberwachung bei einem Staubsauger (1), wobei der Staubsauger (1) ein im Betrieb mit elektrischer Leistung gespeistes und einen Unterdruck sowie einen Volumenstrom verursachendes Antriebsaggregat umfasst, wobei im Betrieb Daten für ein Maß für einen tatsächlichen Unterdruck und für ein Maß für einen tatsächlichen Volumenstrom aufgenommen werden, wobei in einem Speicher (30) für bestimmte Füllstandsituationen Daten (32) für zumindest eine volumenstromabhängige Kennlinie (20, 21) abgelegt sind, wobei anhand des tatsächlichen Unterdrucks sowie des tatsächlichen Volumenstroms ein momentaner Arbeitspunkt (24) ermittelt wird, wobei der ermittelte momentane Arbeitspunkt (24) zu der oder den Kennlinien (20, 21) in Beziehung gesetzt und aus der oder den Kennlinien (20, 21) zumindest eine zu dem momentanen Arbeitspunkt (24) am besten passende Kennlinie (20, 21) ausgewählt wird und wobei sich ein momentaner Füllstand des Staubsaugers (1) anhand der ausgewählten Kennlinie (20, 21) und der Füllstandsituation, für welche diese ursprünglich aufgenommen wurde, ergibt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der momentane Arbeitspunkt (24) zu den Kennlinien (20, 21) in Beziehung gesetzt und aus den Kennlinien (20, 21) zwei oder mehr zu dem momentanen Arbeitspunkt (24) am besten passende Kennlinien (20, 21) ausgewählt werden und wobei sich ein momentaner Füllstand des Staubsaugers (1) anhand der ausgewählten Kennlinien (20, 21) und einer Interpolation der Füllstandsituationen, für welche diese ursprünglich aufgenommen wurden, ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei ein momentaner Füllstand mittels einer optischen Anzeigeeinrichtung (17) dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Anzeigeeinrichtung (17) alternativ zur Füllstandsanzeige und zur Anzeige eines weiteren Betriebsparameters des Staubsaugers (1), insbesondere einer Restkapazität eines Akkumulators zur Energieversorgung des Staubsaugers (1), verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei einem Füllstand oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwertes die Anzeigeeinrichtung automatisch zur Darstellung des Füllstands umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei bei einem Füllstand oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwertes eine Meldung an den Benutzer des Staubsaugers (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei einem Füllstand oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Alarmniveaus die vom Antriebsaggregat aufgenommene elektrische Leistung reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Reduktion der elektrischen Leistung auf ein vorgegebenes oder vorgebbares Niveau erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei bei einem nicht oder nicht vollständig geschlossenen Staubraumverschluss eine Meldung an den Benutzer des Staubsaugers (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei bei einem nicht eingelegten Staubbeutel eine Meldung an den Benutzer des Staubsaugers (1) erfolgt.
Staubsauger mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wenn das Computerprogramm durch einen Mikroprozessor (31) ausgeführt wird.
Staubsauger nach Anspruch 12 mit einer einen Speicher (30) und einen Mikroprozessor (31) umfassenden Steuerungseinheit (15) als Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einem in den Speicher (30) geladenen, durch den Mikroprozessor (31) ausführbaren Steuerungsprogramm (33) als Computerprogramm nach Anspruch 13.