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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hochlauf eines Antriebsaggregats eines Staubsaugergebläses. Ferner betrifft die Erfindung einen Staubsauger.
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Staubsauger sind aus dem Stand der Technik an sich gut bekannt, weshalb es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises an dieser Stelle nicht bedarf. Es sei deshalb auch nur beispielshaft auf die
EP 2 377 445 A2 verwiesen, die einen Staubsauger mit einer Gebläseregelung offenbart.
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Ein Staubsauger der vorbekannten Art verfügt typischerweise über ein mit einem Antriebsaggregat zusammenwirkendes Staubsaugergebläse, das im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall einen Saugluftstrom erzeugt. Dieser gelangt über eine Eintrittsöffnung in einen von einem Gehäuse des Staubsaugers bereitgestellten Staubsammelraum. Dort passiert der Saugluftstrom eine Staubabscheideeinrichtung, die vom Saugluftstrom mittransportierte Staubpartikel, Verunreinigungen und/oder dergleichen Verschmutzungen zurückhält. Der insoweit gereinigte Saugluftstrom passiert weiterhin das druckerzeugende Gebläse und verlässt das Gehäuse des Staubsaugers alsdann über entsprechende Ausblasöffnungen.
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Bei dem das Staubsaugergebläse antreibenden Antriebsaggregat handelt es sich typischerweise um einen Kommutatormotor. Dieser fährt nach einem Einschalten zeitgesteuert eine Anfahrrampe hoch, was zu einem sogenannten „Sanftanlauf“ führt. Dies schützt einerseits den Motor und bewahrt andererseits die Netzsicherungen vor einer etwaigen Überlastung durch zu hohe Anlaufströme, wie sie bei direkter Netzspannungsaufschaltung auftreten.
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Beim „Sanftanlauf“ wird i.A. über einen definierten Zeitraum der Phasenwinkel, das heißt der Zündwinkel der Wechselspannung von 180° el. auf 0° el heruntergefahren. Dadurch wird der Effektivwert des Stromes begrenzt, bis sich durch die gegenelektromotorische Kraft (Gegen-EMK) des Antriebsaggregats eine ausreichende Strombegrenzung einstellt. In nachteiliger Weise kann sich dieser Anfahrvorgang über mehrere Sekunden erstrecken, sodass es entsprechend lange dauert, bis nach einem Einschalten die für einen ausreichenden Saugluftstrom nötige Drehzahl erreicht ist. Diese Anfahrzeit wird verwenderseitig als lästig empfunden, insbesondere dann, wenn es gilt, schnell nur einige Schmutzpartikel aufzusaugen. Von Nachteil des vorbekannten Sanftanlaufs ist es ferner, dass die Anfahrrampe auch dann erneut abgefahren wird, wenn das Staubsaugergebläse nach einem Abschalten noch ausläuft und wieder eingeschaltet wird. Obwohl beim Wiedereinschalten der Strom sehr niedrig ist und das Antriebsaggregat durch die gegenelektromotorische Kraft direkt hochgefahren werden könnte, erfolgt in vorbeschriebener Weise der zeitaufwändige und in diesem Falle unnötige Sanftanlauf. Insbesondere bei Staubsaugern mit elektrischer Bodenbürste stellt sich diese zeitliche Verzögerung als nachteilig ein, da die Bodenbürste unmittelbar mit dem Einschalten arbeitet, wohingegen das Staubsaugergebläse noch keinen ausreichenden Saugluftstrom aufgebaut hat.
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Ein weiterer Nachteil liegt in der festen Definition des Zeitraumes beim Hochfahren der Spannung. Aus wirtschaftlichen Gründen wird i.A. eine für verschiedene Leistungsklassen von Staubsaugern baugleiche Elektronik verwendet. Die Hochfahrrampe wird deshalb i.A. so gewählt, dass auch das stärkste Gebläse keinen überhöhten Strom verursacht. Die leistungsschwächeren Staubsauger werden bei gleicher Hochfahrrampe dann wesentlich langsamer hochgefahren als es die Stromgrenze eigentlich erlauben würde. In der Folge steht der Saugluftstrom nach dem Einschalten wesentlich später zur Verfügung.
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Ein weiterer Nachteil ergibt sich aufgrund der schwankenden Netzspannung, die je nach Belastung, örtlichen Gegebenheiten und Tagzeit relativ stark schwankt. Eine Hochfahrrampe, bei der i.A. nur der Anschnittwinkel mittels zeitlichem Ablauf reduziert wird, nimmt keine Rücksicht auf den tatsächlichen Effektivwert der Netzspannung, der letztlich den Stromverlauf und damit die Hochlaufzeit des Gebläses bestimmt.
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Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass in Haushalten mit schwacher Leitungskapazität, beispielsweise aufgrund zusätzlicher Verbraucher an der gleichen Leitung, die Netzsicherung bei Verwendung des zeitlich gesteuerten Sanftanlaufes dennoch auslösen kann, da Spitzenwerte des Stromes während des zeitlich gesteuerten Hochlaufes zusätzlich zur Grundlast die Auslöseschwelle übersteigen.
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Es ist ausgehend vom Vorbeschriebenen die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Hochlauf eines Antriebsaggregats eines Staubsaugergebläses bereitzustellen, das eine möglichst kurze Anfahrdauer gewährleistet und die vorgenannten Nachteile verhindert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen ein Verfahren zum Hochlauf eines Antriebsaggregats eines Staubsaugergebläses, bei dem die tatsächliche Stromaufnahme des Antriebsaggregats erfasst und mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Stromgrenzwert verglichen wird, wobei im Falle von Ungleichheit die tatsächliche Stromaufnahme auf den Stromgrenzwert als Führungsgröße eingestellt wird.
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In Abkehr zum Stand der Technik wird beim Anfahrvorgang auf ein zeitgesteuertes Hochfahren einer Anfahrrampe verzichtet. Stattdessen wird das mit dem Staubsaugergebläse zusammenwirkende Antriebsaggregat gesteuert hochgefahren. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck die tatsächliche Stromaufnahme oder eine daraus abgeleitete Größe des Antriebsaggregats erfasst und mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Stromgrenzwert verglichen, wobei im Falle von Ungleichheit ein geführtes Hochlaufen des Antriebsaggregats dadurch erreicht wird, dass die tatsächliche Stromaufnahme auf den Stromgrenzwert als Führungsgröße eingestellt wird. Dies erbringt in vorteilhafter Weise den schnellstmöglichen Hochlauf des Antriebsaggregats.
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Vorrichtungsseitig kommt zum Zwecke der Verfahrensdurchführung eine Regelelektronik zum Einsatz, mittels welcher die tatsächliche Stromaufnahme gemessen und mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Stromgrenzwert verglichen wird. Als Führungsgröße dient der Stromgrenzwert, auf den im Falle von Ungleichheit die tatsächliche Stromaufnahme als Regelgröße eingestellt wird. Das Staubsaugergebläse läuft mithin unter Einhaltung des vorgegebenen Stromgrenzwertes geführt hoch, und zwar unter mittelbarer Berücksichtigung aktueller Betriebszustände, wie zum Beispiel der anliegenden Spannung, der Temperatur und des Drosselzustandes, insbesondere Bodenbürstenstellung, Staubbeutelfüllstand und/oder dergleichen.
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Die zur Verfahrensdurchführung eingesetzte Regelelektronik ist von der Aufnahmeleistung des Antriebsaggregats unabhängig. Das erfindungsgemäße Verfahren kann deshalb für unterschiedliche Staubsaugertypen gleichermaßen eingesetzt werden. Denn es dient als Regelgröße die tatsächliche Stromaufnahme, die aggregat- und gebläseunabhängig erfasst wird. Damit erbringt die erfindungsgemäße Verfahrensdurchführung den schnellstmöglichen Hochlauf eines jeden Staubsaugergebläsetyps eines jeden Staubsaugers unter Einhaltung eines vorgegebenen Stromgrenzwertes unter individueller Kompensation aller fertigungsbedingten Toleranzen. Insbesondere bei leistungsschwächeren Staubsaugergebläsen, die über eine Regelelektronik mit Regelreserve eingesetzt werden, kann ein geführter Hochlauf an der Stromgrenze die Zeit bis zur Einsatzmöglichkeit, also bis dass ein ausreichender Saugluftstrom zur Verfügung steht, signifikant verringert werden, da das Staubsaugergebläse eine höhere Aufnahmeleistung als Regelreserve zur Verfügung stellt, jedoch abgeregelt wird, wenn die Aufnahmeleistung einen Grenzwert übersteigt. Während des Hochlaufes kann somit unter Berücksichtigung der maximalen Stromgrenze die Aufnahmeleitung deutlich über den Nennarbeitspunkt erhöht werden.
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Die erfindungsgemäße Verfahrensdurchführung ermöglicht eine im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verkürzte Zeitdauer beim Anfahren des Gebläsemotors. Dies führt zur schnellstmöglichen Bereitstellung des Saugluftstroms, insbesondere bei Saugern mit Regelreserve, und dies unter Kompensation aller Toleranzen und herrschender Betriebszustände. Dabei kann auch bei Einstellung einer geringen Leistungsstufe eine schnellstmögliche Bereitstellung des Saugluftstroms durch Überkompensation der Regelreserve erreicht werden. Zudem wird ein schnellstmöglicher Hochlauf eines Gebläses bewirkt, das sich noch im Auslauf befindet, das heißt, das nach einem vorangegangenen Ausschalten wieder anläuft.
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Mittels der erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung wird ferner ohne die Gefahr einer Überlastung die Leistungskapazität des Antriebsaggregats vollends ausgenutzt. Die eingesetzte Regelelektronik ist unabhängig vom Sauger- bzw. Gebläsetyp und kann mithin vereinheitlicht sein.
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Es wird ferner ein nahezu synchrones Hochlaufen mit einer elektrischen Bodenbürste erreicht.
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Der Stromgrenzwert kann auf die Stromaufnahme im Betrieb eingestellt werden, um auch unter widrigen Bedingungen einen bestimmungsgemäßen Betrieb des Staubsaugers zu ermöglichen, beispielsweise um die Netzleistung nicht zu überlasten.
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Der Stromgrenzwert kann sich sowohl auf den Effektivwert des Stromes beziehen, um insbesondere den thermischen Auslösemechanismus der Netzsicherung nicht zum Ansprechen zu bringen, als auch den Spitzenwert des Stromes betreffen um die magnetische Schnellauslösung der Netzsicherung nicht zum Ansprechen zu bringen.
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Vorrichtungsseitig wird mit der Erfindung ferner vorgeschlagen, ein Staubsauger mit einem Staubsaugergebläse und einem damit zusammenwirkenden Antriebsaggregat, wobei der Staubsauger ausgerüstet ist, ein Verfahren der vorbeschriebenen Art auszuführen. Zu diesem Zweck weist der Staubsauger eine Regeleinrichtung, das heißt eine Regelelektronik auf, die mit einer Messeinrichtung die tatsächliche Stromaufnahme oder einen von der tatsächlichen Stromaufnahme abgeleiteten Wert des Antriebsaggregats erfasst, die mit einer Vergleichsschaltung die tatsächliche Stromaufnahme mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Stromgrenzwert vergleicht und die im Falle von Ungleichheit die tatsächliche Stromaufnahme auf den Stromgrenzwert als Führungsgröße einstellt.
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Ein in solcher Weise ausgerüsteter Staubsauger bringt die schon vorstehend erläuterten Vorteile. Es wird insbesondere eine schnellstmögliche Bereitstellung des Saugluftstroms erwirkt, sodass die verwenderseitig als lästig empfundene Hochlaufzeit auf ein Minimum reduziert ist. Als Regelgröße dient dabei die tatsächliche Stromaufnahme, die auf einen vorgegebenen Stromgrenzwert als Führungsgröße eingestellt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der einzigen 1, die eine Diagrammdarstellung betrifft.
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Das Diagramm nach 1 zeigt verschiedene Betriebszustände I–IV eines in erfindungsgemäßer Weise ausgerüsteten Staubsaugers, wobei im Einzelnen dargestellt sind iEff./iEff.max, n/nmax, uNetz, uMotor und i. Es sind jeweils die Betriebszustände I (Stillstand), II (Hochlauf), III (Betrieb maximal) und IV (Betrieb Teillast) gezeigt.
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Wie sich aus der Diagrammdarstellung ergibt, erfolgt der Hochlauf als Sanftanlauf. Dabei ist die tatsächliche Stromaufnahme während des Hochlaufs auf einen Grenzwert i4 eingestellt, der einem vorgegebenen Stromgrenzwert als Führungsgröße entspricht und deutlich über der tatsächlichen Stromaufnahme während des Volllastbetriebs liegt. Im Ergebnis ist die Aufnahmeleistung während des Hochlaufs maximiert und bei gleichzeitigem Überlastungsschutz wird die Leistungskapazität des Antriebsaggregats ausgenutzt, womit der Saugluftstrom schnellstmöglich bereitgestellt ist.
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Im Betriebszustand I („Stillstand“) ist der Motor zunächst im Stillstand, er hat über die vier dargestellten Halbwellen noch keine Gegen-EMK, die Drehzahl ist und bleibt Null. In der ersten positiven Halbwelle wird zu dem fest vorgegebenen ersten Anschnittwinkel α1 die anliegende Netzspannung uNetz auf den Motor geschaltet. Daraus ergibt sich der Stromverlauf i1, dessen Effektivwert I1 in der ersten Zeile dargestellt ist. Sowohl der maximale Scheitelwert von i1 als auch der zugeordnete Effektivwert I1 bilden Grenzen. Ergibt nun die Messung, dass sowohl der Effektivwert I als auch der maximale Scheitelwert i den jeweiligen Grenzwert unterschreiten, so wird in der zweiten, nunmehr negativen Halbwelle der Anschnittwinkel α2 weiter reduziert und die effektive Motorspannung uMotor erhöht, welches eine i2 zur Folge hat. Ist der daraus resultierende max. Scheitelwert i2 zu groß oder überschreitet der daraus resultierende Effektivwert I2 den vorgegebenen Grenzwert, so wird in der dritten, positiven Halbwelle der Anschnittwinkel α3 wieder vergrößert und die effektive Motorspannung – im Verhältnis zur 2ten Halbwelle – reduziert. Der Effektivwert des resultierenden Stromes I3 sowie der Scheitelwert von i3 werden wieder bezüglich einer Grenzwertüberschreitung betrachtet. Im Beispiel pendelt sich der Strom in der vierten Halbwelle mittels α4 auf einen effektiven Strom I4 mit einem Scheitelwert von i4 nahe des vorbestimmten Grenzwertes ein.
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Im Betriebszustand II („Hochlauf“) ist der Motor nicht mehr im Stillstand, sondern beschleunigt, ein Teil der Gegen-EMK hat sich bereits gebildet und wirkt der anliegenden Motorspannung entgegen. Während des gesamten Hochlaufes wird der Motor mit maximal zulässigem Effektivwert des Stromes (iEff./iEff.max = 1) und unter Einhaltung des maximalen Scheitelwertes von i4 bestromt. Dazu wird der Anschnittwinkel von Halbwelle zu Halbwelle verringert, um trotz der mit der Drehzahl steigenden Gegen-EMK den maximalen Strom zur Beschleunigung des Antriebes bereitzustellen.
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Im Betriebszustand III („Maximale Leistung“) entspricht der Strom i5 dem Betriebsstrom innerhalb des normalen Betriebes. Der Phasenschnittwinkel ist bis auf einen verbleibenden Restwinkel minimiert. Der Hochlauf ist beendet, die Regelung ist außer Kraft.
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Im Betriebszustand IV (Begrenzte Leistung = „MIN“) wird mit einer vorgewählten Leistungseinstellung bzw. einem zugeordneten Phasenanschnittwinkel αMIN (= α6) eine Leistungsreduzierung realisiert.
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Der Hochlauf ist beendet und die Regelung ist außer Kraft. Während des Hochlaufes wird der sich kontinuierlich verkleinernde Anschnittwinkel vorzugsweise größer oder gleich bleiben gegenüber dem zugeordneten Phasenanschnittwinkel αMIN für die gewählte Leistungsstufe. In einer weiteren Ausführung ist es vorgesehen, den variablen Phasenanschnittwinkel während des Hochlaufes in Abhängigkeit von der vorgewählten Leistungsstellung und dem dazu zugeordneten Phasenanschnittwinkel αMIN kurzzeitig unter αMIN zu reduzieren, sofern die Grenzwerte des Stromes nicht überschritten werden, um einen noch schnelleren Anlauf des Gebläses bis auf die gewünschte Leistungseinstellung zu realisieren. Nach einer von αMIN bestimmten Dauer kann der variable Phasenanschnitt dann wieder auf größer oder gleich αMIN erhöht werden, um ein Überschwingen der Gebläsedrehzahl zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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