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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung auch einen derartigen Staubsauger.
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Bei Staubsaugern wird üblicherweise mittels eines Gebläses ein Unterdruck erzeugt, wobei ein daraus resultierender Saugluftstrom von einer Ansaugöffnung über mindestens einen Staubabscheider verläuft, sodass Schmutz- und Staubpartikel aus dem Luftstrom gefiltert werden. Es sind verschiedene Steuer- und Kontrollmechanismen bekannt, welche basierend auf einer Sensorik eine Regelung des Gebläses realisieren.
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Beispielsweise offenbart die Druckschrift
JP 2010 269 074 A einen Staubsauger, mit einem motorgetriebenen Gebläse, einen Wechselrichter zum Anlegen einer Wechselspannung an das Gebläse, eine Gleichstromversorgungseinrichtung zum Anlegen einer Gleichspannung an den Wechselrichter, eine Lasterfassungseinrichtung zum Erfassen einer Last des Motors, eine Wechselrichtersteuereinrichtung zum Steuern der an den Motor angelegten Wechselspannung, eine Verzögerungs- und Stoppeinrichtung zum Verzögern oder Stoppen des Motors sowie eine Rückwärtsdreheinrichtung zum Drehen des Motors in einer Rückwärts-Richtung. Entsprechend der Anweisungen zum Anhalten oder Verzögern oder der Rückwärtsdrehung oder gemäß einem absoluten Grenzwert der Änderung der Last pro Stunde wird der Motor durch die Wechselsteuervorrichtung zum schnellen Abbremsen, Stoppen oder Drehen in der Rückwärts-Richtung betrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben des Staubsaugers im laufenden Betrieb zu schaffen. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung einen entsprechenden Staubsauger vorzuschlagen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers. Der Staubsauger weist eine Ansaugdüse und einen Staubsammelraum auf, wobei die Ansaugdüse strömungstechnisch mit dem Staubsammelraum verbunden ist.
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Vorzugsweise ist die Ansaugdüse über eine Saugluftführung, z. B. ein Saugschlauch, Saugrohr oder Saugkanal, mit dem Staubsammelraum verbunden. Die Ansaugdüse weist bevorzugt eine Ansaugöffnung auf, welche über eine zu reinigende Fläche geführt wird und/oder führbar ist. Beispielsweise ist der Staubsammelraum durch einen wiederverwendbaren Staubsammelbehälter oder einen luftdurchlässigen Beutel und/oder Filter gebildet.
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Der Staubsauger weist einen Gebläsemotor auf, welcher zur Erzeugung eines von der Ansaugdüse über den Staubsammelraum verlaufenden Saugluftstroms ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere treibt der Gebläsemotor ein Gebläse an, welches strömungstechnisch mit der Ansaugdüse und dem Staubsammelraum verbunden ist bzw. diesen nachgeschaltet ist. In einem Betrieb des Gebläsemotors wird der Saugluftstrom von der Ansaugöffnung und über die Saugluftführung zu dem Staubaufnahmeraum geführt, wobei mitgeführte Staub- und/oder Schmutzpartikel aus dem Sagluftstrom in dem Staubsammelraum abgeschieden werden. Bevorzugt ist der Gebläsemotor als ein Gleichstrommotor, insbesondere als ein bürstenloser Gleichstrommotor, ausgebildet.
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Erfindungsgemäß wird eine Motorkenngröße des Gebläsemotors ausgewertet. Insbesondere kann die Motorkenngröße direkt in einer elektronischen Steuerungseinrichtung des Staubsaugers erfasst und/oder ausgewertet werden. Alternativ oder optional ergänzend kann die Motorkenngröße an eine separate Auswerteeinrichtung übermittelt und durch diese ausgewertet werden. Optional kann eine Erfassungseinrichtung vorgesehen sein, welche zur Erfassung der Motorkenngröße mit dem Gebläsemotor in Wirkverbindung steht. Die Erfassungseinrichtung kann beispielsweise als ein Sensor ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß wird auf Basis der Motorkenngröße eine Blockade der Ansaugdüse detektiert. Insbesondere wird die erfasste Motorkenngröße mit einem Grenzwert verglichen, der für eine Blockade der Ansaugdüse charakteristisch ist, wobei bei einer Übereinstimmung und/oder Überschreitung des Grenzwerts auf eine Blockade der Ansaugdüse geschlossen werden kann. Insbesondere ist unter einer Blockade eine vollständige oder teilweise Blockierung oder Verstopfung der Ansaugöffnung zu verstehen. Insbesondere ist unter einer „teilweisen Blockierung oder Verstopfung“ eine Reduzierung des freien Öffnungsdurchmessers der Ansaugöffnung von mehr als 50 %, vorzugsweise mehr als 70 %, im Speziellen mehr als 90 % zu verstehen. Insbesondere ist durch die Blockade ein Luftströmungsweg der Saugluftströmung unterbrochen oder zumindest abschnittsweise umgelenkt. Die Blockade kann beispielsweise durch Ansaugen von leichten flächigen und/oder voluminöse Objekten, wie z. B. Papierblatt, Teppich, Tuch, Tüte, Vorhang etc., verursacht werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Energieversorgung des Gebläsemotors in Folge der detektierten Blockade reduziert und/oder unterbrochen. Insbesondere wird der Gebläsemotor bei einer Detektion der Blockade gedrosselt, sodass die Saugleistung in einem Maß reduziert ist, welches ein widerstandsloses oder widerstandsreduziertes Entfernen des angesaugten Objekts ermöglicht. Insbesondere wird hierzu eine Strom- und/oder Leistungsaufnahme des Gebläsemotors in Abhängigkeit der Motorkenngröße eingestellt. Alternativ wird der Gebläsemotor bei einer Detektion der Blockade komplett abgeschaltet, sodass der Saugluftstrom unterbrochen und ein widerstandsloses Entfernen des angesaugten Objekts ermöglicht wird.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Auswertung der Motorkenngröße eine besonders einfache und kostengünstige Methode zur Detektion einer Blockade der Ansaugdüse vorgeschlagen wird. Zudem wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches ohne den Einsatz von zusätzliche Sensoren auskommt. Des Weiteren kann die ausgewertete Motorkenngröße zur automatischen Steuerung des Gebläsemotors verwendet werden, um ein Ansaugen des Objektes zu unterbrechen. Dadurch kann das Objekt in einfacher Weise entfernt werden, ohne dass ein manuelles Eingreifen eines Benutzers erforderlich ist.
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In einer Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Gebläsemotor als ein Reihenschlussmotor ausgebildet ist. Insbesondere ist der Gebläsemotor ein Einphasen-Reihenschlussmotor, auch als Universalmotor bekannt, ausgebildet. Dabei wird die Blockade der Ansaugöffnung basierend auf einer Auswertung der Reihenschlusscharakteristik des Reihenschlussmotors detektiert. Insbesondere ist für Reihenschlussmotoren charakteristisch, dass das Motordrehmoment proportional zu der Motordrehzahl ist. Dabei hat eine Lastverringerung bzw. einer Reduzierung der Motorlast eine Erhöhung der Motordrehzahl zur Folge. Die Motordrehzahl kann somit als eine auswertbare Kenngröße herangezogen werden, um auf eine Blockade der Ansaugdüse zurückzuschließen. Insbesondere wird eine Blockade der Ansaugdüse erkannt, wenn ein sprunghafter und/oder plötzlicher Anstieg der Motordrehzahl auftritt. Es wird somit eine Verfahren vorgeschlagen, welches sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Detektion der Blockade durch Auswertung bekannter bzw. bereits vorliegender Parameter auszeichnet.
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In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Motorkenngröße zyklisch ausgewertet wird. Insbesondere wird die Motorkenngröße in festgelegten Zeitabständen wiederkehrend ausgewertet. Die Motorkenngröße kann dabei in einem zeitlichen Abstand von mehr als 1 Millisekunde, vorzugsweise mehr als 5 Millisekunden, im Speziellen mehr als 10 Millisekunden ausgewertet werden. Es wird eine Blockade der Ansaugdüse detektiert, wenn eine aktuelle Motorkenngröße mehrmals hintereinander einen festgelegten Grenzwert überschreitet. Insbesondere kann der Grenzwert durch einen festgelegten Schwellwert und/oder Gradienten für die Motorkenngröße und/oder eine festgelegte Steigung für eine auf die Motorkenngröße bezogene Motorkennlinie definiert sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Motorkenngröße mindestens oder genau zweimal, vorzugsweise mindestens dreimal, unmittelbar hintereinander den festgelegten Grenzwert überschreiten muss, damit eine Blockade detektiert wird. Dadurch kann eine zuverlässige und sichere Auswertung der Motorkenngröße realisiert werden, wobei zwischen einer auf der Blockade basierenden Änderung der Motokenngröße von einer im Saugbetrieb auftretenden Schwankung der Motorkenngröße zuverlässig unterschieden werden kann.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mehrere voneinander verschiedene Grenzwerte hintereinander überschritten werden müssen, wobei die mehreren Grenzwerte in aufsteigender Reihenfolge festgelegt sind. Insbesondere ist für jeden der Grenzwerte ein zugehöriger Absolutwert, z. B. eine festgelegte Motordrehzahl, definiert. Alternativ oder optional ergänzend kann für jeden der Grenzwerte ein zughöriger Relativwert, z. B. ein prozentualer Anstieg zwischen zwei aufeinanderfolgende Drehzahlwerte, definiert sein. Alternativ oder optional ergänzend kann mindestens einer der Grenzwerte durch einen Aufschlag (Offset) in Bezug auf die aktuelle Motorkenngröße definiert sein. Vorzugsweise sind mehr als zwei, vorzugweise mehr als vier, im Speziellen mehr als sechs voneinander verschiedene Grenzwerte festgelegt, welche unmittelbar hintereinander überschritten werden müssen. Somit können Schwankungen in der Grenzwerterfassung wirksam unterdrückt und Fehldetektionen ausgeschlossen werden.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Anzahl an Überschreitungen für den mindestens einen Grenzwert innerhalb eines festgelegten Zeitraums gezählt wird, wobei eine Blockade der Ansaugdüse detektiert wird, wenn eine festgelegte Anzahl an Überschreitungen erreicht wird. Insbesondere umfasst die Anzahl mehr als zwei, vorzugsweise mehr als vier im Speziellen mehr als sechs Überschreitungen des mindestens einen Grenzwertes. Der Zeitraum beträgt insbesondere weniger als 100 Millisekunden, vorzugsweise weniger als 50 Millisekunden, im Speziellen weniger als 20 Millisekunden. Vorzugsweise kann die Anzahl der Überschreitungen mit der Überschreitung mehrerer, insbesondere voneinander verschiedener Grenzwerte kombiniert werden, um beispielsweise einen langsamen Anstieg der Motordrehzahl von einem schnellen Anstieg unterscheiden zu können. Dadurch kann eine besonders sichere Auswertung der Motorkenngröße realisiert werden, um eine Blockade eindeutig identifizieren zu können.
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In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die gezählte Anzahl an Überschreitungen zurückgesetzt wird, wenn eine aktuelle Motorkenngröße kleiner als der festgelegte Grenzwert ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Anzahl zurückgesetzt wird, wenn ein festgelegter Maximalwert an Überschreitungen innerhalb des festgelegten Zeitraums nicht erreicht und/oder mindestens einer der mehreren festgelegten Grenzwerte nicht überschritten wird. Alternativ oder optional ergänzend wird die gezählte Anzahl zurückgesetzt, wenn der festgelegte Zeitraum überschritten wird. Somit wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches sich durch eine besonders sichere und fehlerfreie Auswertung der Motorkenngröße auszeichnet.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Motorkenngröße als eine Motordrehzahl definiert ist. Insbesondere bei bürstenlosen Gleichstrommotoren ist die Motordrehzahl direkt auswertbar und/oder erfassbar, wenn diese mit einer entsprechenden Sensorik zur Positionserfassung, z. B. mindestens ein Hallgeber, ausgestattet sind. Alternativ kann die Motordrehzahl bei BLDC-Motoren über eine sogenannte Back-EMF Erfassung ermittelt werden. Alternativ oder optional ergänzend ist die Motorkenngröße als ein Motorstrom und/oder eine Motorleistung des Gebläsemotors definiert. Insbesondere ist bei einer Ausgestaltung des Gebläsemotors als Reihenschlussmotor die Motordrehzahl abhängig vom Motorstrom bzw. der Motorleistung, sodass der Motorstrom bzw. die Motorleistung zur Detektion der Blockade herangezogen werden kann. Beispielsweise kann der Motorstrom bzw. die Motorleistung zusätzlich zu der Motordrehzahl ausgewertet werden. Dadurch kann eine besonders genaue und sichere Auswertung der Motorkenngröße realisiert werden.
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In einer weiteren Ausführung wird bei Blockade der Ansaugöffnung, die Energieversorgung für die Dauer eines festgelegten Zeitraums reduziert und/oder unterbrochen, wobei nach Ablauf des Zeitraums die Energieversorgung erhöht und/oder wiederhergestellt wird. Insbesondere wird nach Erhöhung bzw. Wiederherstellung der Energieversorgung erneut die Drehzahl ausgewertet, um zu prüfen, ob die Blockade noch vorhanden ist. Wurde die Blockade behoben, wird die Energieversorgung vollständig hergestellt und in den normalen Saugbetrieb übergangen. Wurde die Blockade nicht behoben, so werden die Schritte zur Überprüfung der Blockade solange wiederholt, bis die Blockade behoben wurde. Insbesondere kann die Energieversorgung für mehr als 0,5 Sekunden, vorzugsweise mehr als 1 Sekunde, im Speziellen mehr als 2 Sekunden unterbrochen werden. Es wird somit ein Verfahren vorgeschlagen, welches einen besonders komfortablen Betrieb bei einer Blockade der Ansaugdüse ermöglicht, da durch die automatische Wiederherstellung des Saugbetriebs ein manuelles Bedienen durch den Anwender entfällt.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass nach Ablauf des Zeitraums die Energieversorgung zyklisch erhöht und eine aktuelle Motorkenngröße mit dem mindestens einen Grenzwert verglichen wird, um zu prüfen ob die Blockade noch vorliegt. Insbesondere verweilt der Staubsauger solange in dem Zustand der zyklischen Überprüfung der Motorkenngröße, bis eine Behebung der Blockade detektiert bzw. die Motorkenngröße den hinterlegten Grenzwert unterschreitet. Vorzugsweise wird die Energieversorgung stufenweise erhöht, wobei nach jeder Stufe die aktuelle Motorkenngröße mit dem mindestens einen Grenzwert verglichen wird, um zu prüfen ob die Blockade noch vorliegt. Somit wird ein besonders komfortabler Betrieb des Staubsaugers bei Detektion der Blockade realisiert.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass der Staubsauger eine in die Ansaugdüse integrierte Düsenbürste sowie einen Bürstenmotor aufweist, welcher zum Antrieb der Düsenbürste ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere hat die Düsenbürste die Funktion, Schmutz- und/oder Staubpartikel von der zur reinigenden Fläche mechanisch zu lösen. Die Düsenbürste ist insbesondere als drehbare Borstenwalze ausgebildet, die beim Betrieb des Staubsaugers durch den Düsenmotor rotiert wird. Bevorzugt ist die Düsenbürste im Bereich der Ansaugöffnung in einem Strömungsweg des Saugluftstroms angeordnet, sodass die von der Düsenbürste gelösten Schmutz- und/oder Staubpartikel über den Saugluftstrom in den Staubaufnahmeraum befördert werden. Dabei wird eine Energieversorgung des Bürstenmotors unterbrochen, wenn eine Blockade der Ansaugdüse detektiert wird. Insbesondere wird der Bürstenmotor vollständig abgeschaltet, wenn eine Blockade der Ansaugdüse detektiert wird, und wieder eingeschaltet, wenn die Blockade behoben wurde. Durch das Abschalten des Bürstenmotors wird im Falle einer Blockade verhindert, dass ein die Ansaugdüse blockierendes Objekt durch die Düsenbürste mitgenommen wird bzw. die Düsenbürste durch das Objekt blockiert wird.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Staubsauger wie dieser bereits zuvor beschrieben wurde, wobei der Staubsauger zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet und/oder geeignet ist. Der erfindungsgemäße Staubsauger weist eine Ansaugdüse, einen mit der Ansaugdüse strömungstechnisch verbundenen Staubsammelraum sowie einen Gebläsemotor zur Erzeugung eines von der Ansaugdüse über den Staubsammelraum verlaufenden Saugluftstroms auf. Dabei ist vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Staubsauger eine Auswerteeinrichtung aufweist, welche zur Auswertung einer Motorkenngröße des Gebläsemotors ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung als eine separate Auswerteeinrichtung ausgebildet. Alterativ ist die Auswerteeinrichtung Teil einer elektronischen Steuerungseinrichtung des Staubsaugers. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung als Mikrocontroller ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, eine Blockade der Ansaugdüse auf Basis der Motorkenngröße zu ermitteln und entsprechend eine Energieversorgung des Gebläsemotors zu steuern. Hierzu ist die Auswerteeinrichtung signaltechnisch und/oder elektrisch mit dem Gebläsemotor verbunden. Bevorzugt ist der mindestens eine für die Motorkenngröße festgelegte Grenzwert in der Auswerteeinrichtung hinterlegt, insbesondere auf einem Speichermodul gespeichert.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Staubsauger eine in die die Ansaugdüse integrierte Düsenbürste sowie einen Bürstenmotor zum Antrieb der Düsenbürste aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, eine Energieversorgung des Bürstenmotors bei einer detektierten Blockade der Ansaugdüse zu steuern. Hierzu ist die Auswerteeinrichtung bzw. die Steuerungseinrichtung signaltechnisch und/oder elektrisch mit dem Bürstenmotor verbunden.
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In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung ein Vergleichsmodul aufweist, welches ausgebildet ist, eine aktuelle Motorkenngröße mit mindestens einem hinterlegten Grenzwert zu vergleichen und einen Steuerbefehl auszugeben, wenn die aktuelle Motorkenngröße größer oder gleich als der Grenzwert ist. Das Vergleichsmodul kann als ein Hardware- oder Softwaremodul ausgebildet. Insbesondere ist das Vergleichsmodul zur Durchführung eines Detektionsalgorithmus ausgebildet.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Auswerteieinrichtung ein Zählmodul aufweist, welches ausgebildet ist, eine Anzahl an Überschreitungen des mindestens einen Grenzwertes zu zählen bzw. zu erfassen. Das Zählmodul kann als ein Hardware- oder Softwaremodul ausgebildet. Als Hardwaremodul ausgebildet, kann das Zählmodul beispielsweise als elektronisches Zählwerk ausgebildet. Als Softwaremodul ausgebildet, kann das Zählmodul beispielsweise als Softwarezählwerk ausgebildet sein. Dabei ist das Vergleichsmodul ausgebildet, einen Steuerbefehl auszugeben, wenn ein Maximalwert für die Anzahl der Überschreitungen erreicht ist. Insbesondere ist das Zählmodul signaltechnisch mit dem Vergleichsmodul verbunden, wobei das Vergleichsmodul ausgebildet ist, auf Basis der gezählten Anzahl den Steuerbefehl zu generieren.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Staubsauger die Steuerungseinrichtung aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, den Gebläsemotor und/oder den Bürstenmotor auf Basis des Steuerbefehls anzusteuern. Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung einerseits signaltechnisch mit dem Vergleichsmodul und andererseits signaltechnisch und/oder elektrisch mit dem Gebläse- und/oder Bürstenmotor verbunden. Bevorzugt ist das Steuermodul ausgebildet, eine Energieversorgung des Gebläsemotors und/oder des Bürstenmotors auf Basis des Steuerbefehls zu steuern und/oder anzupassen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Staubsaugers als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Kennlinie eines Reihenschlussmotors;
- 3 mehrere unterschiedliche Kennlinien eines Staubsaugers, welche Drehzahlschwankungen bei verschiedenen Ereignissen zeigen;
- 4 eine stark schematisierte Darstellung einer Steuer- und Auswerteinrichtung des Staubsaugers;
- 5 ein erstes Verfahren zum Betreiben des Staubsaugers anhand eines schematischen Flussdiagramms;
- 6 ein zweites Verfahren zum Betreiben des Staubsaugers anhand eines schematischen Flussdiagramms;
- 7 ein drittes Verfahren zum Betreiben des Staubsaugers anhand eines schematischen Flussdiagramms.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung einen Staubsauger 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Staubsauger 1 kann beispielsweise als ein batteriebetriebener bzw. akkubetriebener Staubsauger, z. B. als ein Saugroboter, ausgebildet sein, welcher zur Reinigung von Bodenbelägen ausgebildet ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Staubsauger 1 jedoch auch als ein Boden- oder Handstaubsauger ausgebildet sein.
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Der Staubsauger 1 weist eine Ansaugdüse 2 auf, welche eine nach unten bzw. in Richtung des Bodenbelags geöffnete Ansaugöffnung 3 aufweist. Die Ansaugdüse 2 ist dabei über eine Saugluftführung 4, z. B. ein Saugluftkanal, mit einem Staubsammelraum 5 strömungstechnisch verbunden. Der Staubsammelraum 5 ist beispielsweise als ein wiederverwendbarer Aufnahmebehälter oder als ein luftdurchlässiger Staubbeutel ausgebildet und dient zur Aufnahme von Staub- und Schmutzpartikel.
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Der Staubsauger 1 weist einen Gebläsemotor 6 auf, welcher ein Gebläse 7 antreibt, um einen Saugluftstrom S zu erzeugen. Das Gebläse 7 bzw. der Gebläsemotor 6 sind dem Staubsammelraum 5 nachgeschaltet, wobei der Saugluftstrom S von der Ansaugöffnung 3 über die Ansaugdüse 2, die Saugluftführung 4 und den Staubsammelraum 5 zu dem Gebläse 7 und dem Gebläsemotor 6 verläuft. Dabei werden Schmutz- bzw. Staubpartikel durch den Saugluftstrom S mitgenommen und in dem Staubsammelraum 5 aus dem Saugluftstrom S abgeschieden. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass der Gebläsemotor 6 in dem Saugluftstrom S angeordnet ist, sodass dieser durch die angesaugte Luft umspült und durch diese gekühlt wird. Beispielsweise ist ein Filter bzw. der Staubbeutel im Saugluftstrom S vor dem Gebläse 7 und damit vor dem vom Saugluftstrom S umspülten Gebläsemotor 6 angeordnet, sodass ein Motorschutzfilter gebildet ist.
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Im Bereich der Ansaugöffnung 3 ist eine elektrisch angetriebene Düsenbürste 8, z. B. eine Borstenwalze, in die Ansaugdüse 2 integriert, welche durch einen Bürstenmotor 9 angetrieben bzw. rotiert wird. Die Düsenbürste 8 hat dabei die Funktion den Bodenbelag mechanisch zu bearbeiten und somit Staub- und/oder Schmutzpartikel von diesem zu lösen.
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Ferner weist der Staubsauger 1 eine Steuerungseinrichtung 10 auf, welche zur Steuerung des Gebläsemotors 6 und des Bürstenmotors 9 ausgebildet ist. Die Steuerungseinrichtung 10 ist vorzugsweise ausgebildet, eine Leistung des Gebläsemotors 6 und/oder des Bürstenmotors 9 zu steuern und/oder anzupassen. Bevorzugt ist der Gebläsemotor 6 als ein Reihenschlussmotor ausgebildet.
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Wenn der Staubsauger 1 mit seiner Ansaugöffnung 3 über einen leichten Gegenstand mit großer Fläche, wie z. B. Teppich, Tuch, Tüte, etc., wird dieser eingesaugt, wodurch die Ansaugdüse 2 teilweise oder vollständig blockiert wird. Dies Blockade der Ansaugdüse 2 muss Behoben werden, damit der normale Saugbetrieb fortgesetzt werden kann. Üblicherweise muss der Benutzer die Leistung des Gebläsemotors 6 hierzu stark verringern oder ggf. den Gebläsemotor 6 ganz ausschalten, wodurch in jedem Fall ein manuelles Eingreifen durch den Benutzer notwendig ist.
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Es wird vorgeschlagen, eine Motorkenngröße des Gebläsemotors 6 auszuwerten und auf Basis der Motorkenngröße eine Blockade der Ansaugdüse 2 zu detektieren. In einem weiteren Schritt soll zumindest der Gebläsemotor 6 bei Detektion einer Blockade entsprechend geregelt werden, sodass die Blockade behoben werden kann. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, die Blockade des als Reihenschlussmotor ausgebildeten Gebläsemotors 6 auf Basis seiner Reihenschlusscharakteristik zu detektieren.
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2 zeigt dabei den Zusammenhang eines Motordrehmoments M und einer Motordrehzahl n von Reihenschlussmotoren. Der gezeigten Kennlinie ist zu entnehmen, dass bei einer Verringerung des Drehmoments M, z. B. in Folge einer Blockade der Ansaugdüse 2, ein Anstieg der Drehzahl 2 erfolgt. Es bietet sich somit an, die Motordrehzahl n als auswertbare Motorkenngröße heranzuziehen, um einen Anstieg der Drehzahl n als Folge einer Verringerung des Drehmoments M auszuwerten. Dabei muss zwischen im normalen Saugbetrieb auftretenden Schwankungen der Motordrehzahl n und einem Anstieg der Motordrehzahl n bei einer Blockade unterschieden werden.
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3 zeigt dabei mehrere typische Änderungen der Motordrehzahl n über die Zeit t. Dabei beschreibt eine erste Kennlinie K1 einen langfristigen Anstieg der Motordrehzahl n aufgrund von einem stetig zunehmenden Zusetzen von Filtern und/oder einem zunehmenden Füllgrad des Staubsammelraums 5. Der daraus resultierende langsame und stetige Anstieg der Drehzahl n ist dabei in Bezug auf die Zeit t in einem Bereich von wenigen Minuten bis hin zu mehreren Stunden zu verzeichnen.
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Eine zweite Kennlinie K2 beschreibt einen mittelfristigen Anstieg der Motordrehzahl n aufgrund von einem unstetigen Saugluftstrom S und/oder der Bewegung der Ansaugdüse 2 über unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten. Der daraus resultierende Anstieg der Drehzahl n ist dabei in Bezug auf die Zeit t in einem Bereich von wenigen Sekunden zu verzeichnen.
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Eine dritte Kennlinie K3 beschreibt einen kurzfristigen Anstieg der Motordrehzahl n aufgrund einer Blockade der Ansaugdüse 2. Der daraus resultierende plötzliche bzw. sprunghafte Anstieg der Drehzahl n ist dabei in Bezug auf die Zeit t üblicherweise in einem Bereich zwischen 1 bis 2 Sekunden zu verzeichnen. In Summe ergibt sich die Motordrehzahl n somit als eine Überlagerung sämtlicher drehzahlbeeinflussender Ereignisse.
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4 zeigt eine Auswerteeinrichtung 11 zur Auswertung der Motorkenngröße, welche signaltechnisch mit der Steuerungseinrichtung 10 verbunden ist. Alternativ kann die Auswerteeinrichtung 11 jedoch auch einen integralen Bestandteil der Steuerungseinrichtung 10 bilden. Beispielsweise ist die Auswerteinrichtung 11 als ein Mikrocontroller ausgebildet. Insbesondere bei einer Ausgestaltung des Gebläsemotors 6 als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) liegt die Information über die Drehzahl n als Motorkenngröße in der Regel vor, sodass diese direkt durch die Auswerteeinrichtung 11 ausgewertet bzw. abgegriffen werden kann. Üblicherweise sind derartige Motoren hierzu mit einem Hallgeber ausgestattet. Alternativ kann die Drehzahl n durch eine sogenannte Back-EMF-Erfassungseinrichtung, nicht dargestellt, erfasst und der Steuerungs- und/oder Auswerteeinrichtung 10, 11 bereitgestellt werden. In beiden Fällen ist für die Auswertung der Drehzahl n kein zusätzlicher Sensor notwendig.
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Alternativ kann bei einer Ausgestaltung des Gebläsemotors 6 als Gleichstrommotor (DC-Motor) die Drehzahl n auf Basis eines Gradienten und/oder einer festen Obergrenze der Drehzahl n durch die Auswerteeinrichtung 11 ausgewertet werden. Optional kann die Drehzahl n in Abhängigkeit einer Batteriespannung oder einer Kombination aus Einschaltdauer und Batteriespannung ausgewertet werden. Dabei kann jedoch ein zusätzlicher Sensor zur Erfassung der Drehzahl notwendig sein. Daher ist eine mögliche Überlegung, eine Drehzahlkennlinie der Drehzahl n für zumindest einzelne Arbeitspunkte in einem Speichermodul 12 der Auswerteinrichtung 11 zu hinterlegen.
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Alternativ oder optional ergänzend kann die Auswerteeinrichtung 11 jedoch auch zur Auswertung des Gebläsestroms als weitere Motorkenngröße des Gebläsemotors 6 ausgebildet sein, da der Gebläsestrom von der eingesaugten Luftmenge abhängig ist.
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Die Auswerteeinrichtung 11 weist ein Vergleichsmodul 13 auf, welches dazu eingerichtet ist, eine aktuelle erfasste Motorkenngröße des Gebläsemotors 6 mit mindestens einem, vorzugsweise in dem Speichermodul 12 hinterlegten Grenzwert zu vergleichen und einen Steuerbefehl auszugeben, wenn die aktuelle Motorkenngröße größer oder gleich als der Grenzwert ist. Beispielsweise ist das Vergleichsmodul 13 als ein Hardware- oder Softwaremodul ausgebildet, auf welchem ein Deteketionsalgorithmus hinterlegt ist, welcher durch Vergleich der aktuellen Motorkenngröße mit dem hiterlegten Grenzwert die Blockade der Ansaugdüse 2 detektiert.
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Die Steuerungseinrichtung 10 ist ausgebildet, auf Basis des Steuerbefehls den Gebläsemotor 6 und/oder den Bürstenmotor 9 zu steuern. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 10 ausgebildet, den Gebläsemotor 6 und/oder den Bürstenmotor 9 auf Basis des Steuerbefehls abzuschalten und/oder eine Energiezufuhr auf ein Minimum zu reduzieren, sodass die Blockade zumindest annährend widerstandslos entfernt werden kann.
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Des Weiteren kann die Auswerteeinrichtung 11 ein Zählmodul 14 aufweisen, welches ausgebildet ist, eine Anzahl an Überschreitungen des mindestens einen Grenzwertes zu zählen. Beispielsweise ist das Zählmodul 14 als ein Softwarezählwerk ausgebildet. Dabei ist ein Maximalwert für die Anzahl der Überschreitungen, insbesondere innerhalb eines festgelegten Zeitraums, auf dem Zählmodul 14 hinterlegt, wobei die Auswerteinrichtung 11 bzw. das Vergleichsmodul 13 ausgebildet ist, den Steuerbefehl auszugeben, wenn der Maximalwert überschritten wurde.
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Die 5, 6 und 7 zeigen jeweils ein schematisches Flussdiagramm eines durch die Auswerteeinrichtung 11 ausführbaren Detektionsalgorithmus als unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei werden die nachfolgenden Ausführungsbeispiele anhand der Drehzahl n als Motorkenngröße beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass analog hierzu auch der Gebläsestrom als auswertbare Motorkenngröße herangezogen werden kann.
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Gemäß 5 wird in einem ersten Schritt S1 die Drehzahl n des Gebläsemotors 6 im Saugbetrieb überwacht und durch das Auswertemodul 11 ausgewertet. Dabei vergleicht das Vergleichsmodul 13 in einem zweiten Schritt S2 die aktuelle Drehzahl n zyklisch mit mindestens einem hinterlegten Grenzwert. Der Grenzwert kann beispielsweise als ein fest vorgegebener Schwellwert und/oder Gradient für die Motordrehzahl und/oder eine festgelegte Steigung einer Kennlinie, z. B. Kennlinie K3 gemäß 3, definiert sein. Beispielsweise kann auch die Steigung der Geschwindigkeit (Beschleunigung) als Grenzwert festgelegt werden, wobei sich bei einer starken Änderung, z. B. 3000 rpm/s, ein Rückschluss auf eine vorliegende Blockade ableiten lässt.
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Wird ein für die Blockade charakteristischer Wert der Drehzahl n erreicht bzw. ein plötzlicher Anstieg der Drehzahl n detektiert, wird in einem dritten Schritt S3 die Energieversorgung des Gebläsemotors 6 und ggf. des Bürstenmotors 9 unterbrochen. Dadurch hat der Benutzer die Möglichkeit die Blockade zu entfernen, wobei ein erneutes Starten des Staubsaugers 1 durch den Benutzer selbst durchgeführt werden muss. Es wird somit ein Verfahren vorgeschlagen, welches dem Benutzer ein manuelles Abschalten des Staubsaugers 1 bei Detektion der Blockade abnimmt.
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Gemäß 6 sind die Schritte S1 bis S3 identisch zu den bereits in 5 beschriebenen Verfahren, wobei anschließend an Schritt S3 in einem viertem S4 nach Abschalten des Gebläsemotors 6 bzw. einer Reduzierung der Motorleistung ein festgelegter Zeitraum, z. B. mindestens 1 Sekunde, abgewartet wird. Innerhalb dieses Zeitraums hat der Benutzer die Möglichkeit die Blockade zu entfernen. Nach Ablauf des Zeitraums wird in einem fünften Schritt S5 der Gebläsemotor 6 wieder eingeschaltet oder die Motorleistung zyklisch erhöht, wobei die Schritte S1 und S2 wiederholt werden, um zu prüfen ob die Blockade noch vorliegt. Konnte die Blockade innerhalb des Zeitraums nicht behoben werden, werden die Schritte S1 bis S5 bis wiederholt bzw. verweilt der Staubsauger 1 in dem Zustand der zyklischen Überprüfung solange bis die Blockade behoben wurde. Somit entfällt ein manuelles Starten des Staubsaugers 1 durch den Benutzer nach Behebung der Blockade, wodurch sich ein besonders komfortabler Betrieb des Staubsaugers 1 ergibt.
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Gemäß 7 wird ein weiteres Verfahren zum Betreiben des Staubsaugers 1 vorgeschlagen. In einem ersten Schritt S1 wird der Saugbetrieb gestartet und in einem zweiten Schritt S2 alle erfassbaren Werte auf einen Startwert gesetzt. In einem dritten Schritt S3 wird die aktuelle Drehzahl n des Gebläsemotors 6 im Saugbetrieb erfasst und durch das Auswertemodul 11 ausgewertet. Hierzu wird in einem vierten Schritt S4 die aktuelle Drehzahl n mit einem festgelegten Grenzwert durch das Vergleichsmodul 13 verglichen, wobei die aktuelle Drehzahl n größer oder gleich des festgelegten Grenzwerts sein muss. Ist die aktuelle Drehzahl n kleiner als der Grenzwert, verweilt der Staubsauger 1 bzw. die Auswerteeinrichtung 11 in dem Zustand der zyklischen Überprüfung. Dabei wird die Drehzahl n im Saugebetrieb kontinuierlich beispielsweise in festgelegten Zeitabständen, z. B. 5 Millisekunden, erfasst und ausgewertet, wobei hierzu jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgende Vergleiche der festgelegte Zeitabstand in einem fünften Schritt S5 abgewartet wird.
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Überschreitet die aktuelle Drehzahl n den Grenzwert, wird in einem sechsten Schritt S6 die aktuelle Drehzahl n unter Berücksichtigung eines Aufschlags (Offset) in Bezug auf den aktuellen Drehzahlwert bzw. den vorhergehenden Grenzwert verglichen. Beispielsweise kann der Offset als ein weiterer Grenzwert definiert sein, welcher als ein gegenüber dem vorhergehenden Drehzahlwert absoluter, z. B. + 150 1/s, oder relativer, z. B. + 5 %, Aufschlag zu verstehen ist. Dadurch können Schwankungen bei der Drehzahlerfassung wirksam unterdrückt und Fehldetektionen ausgeschlossen werden.
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Ist die aktuelle Drehzahl n kleiner als der weitere Grenzwert, so wird in einem siebten Schritt S7 ein Zähler des Zählmoduls 14 zurückgesetzt und in einem achten Schritt S8 der weitere Grenzwert (aktueller Drehzahlwert + Offset) als aktueller Drehzahlwert festgelegt und/oder zwischengespeichert. Anschließend werden die Schritte S3 bis ggf. S8 wiederholt.
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Überschreitet die aktuelle Drehzahl auch den weiteren Grenzwert, wird dies in einem neunten Schritt S9 als eine Grenzwertüberschreitung durch das Zählmodul 14 gezählt. Dabei ist in dem Zählmodul 14 ein Maximalwert für die Grenzwertüberschreitungen festgelegt, welche unmittelbar hintereinander innerhalb eines festgelegten Zeitraum überschritten werden dürfen. Der Maximalwert kann beispielsweise auf genau drei Grenzwertüberschreitungen in einem Zeitraum von weniger als 20 Millisekunden festgelegt sein. Hierzu vergleicht das Vergleichsmodul 13 in einem zehnten Schritt S10 die aktuelle Anzahl an gezählten Überschreitungen mit dem hinterlegten Maximalwert. Ist die aktuelle Anzahl an Grenzwertüberschreitungen kleiner als der festgelegte Maximalerwert, werden die Schritte S3 bis S8 solange wiederholt bis der Maximalwert erreicht oder der aktuelle Drehzahlwert die festgelegten Grenzwerte unterschreitet.
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Wird der Maximalwert für die Anzahl der Grenzwertüberschreitungen erreicht bzw. überschritten, so liegt für die Auswerteinrichtung 11 eine Blockade der Ansaugdüse 2 vor. Dabei wird in einem elften Schritt S11 der Zähler des Zählmoduls 14 zurückgesetzt und in einem zwölften Schritt S12 die Energieversorgung des Gebläsemotors 6 und ggf. des Bürstenmotors 9 unterbrochen oder zumindest reduziert. Anschließend wird ein festgelegter Zeitraum, z. B. mindestens 1 Sekunde, abgewartet, wobei der Benutzer innerhalb dieses Zeitraums die Möglichkeit hat, die Blockade zu entfernen. Nach Ablauf des Zeitraums wird der Gebläsemotor 6 wieder eingeschaltet und die Schritte S1 bis ggf. S13 wiederholt.
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Unter Anpassung des Aufschlags sowie der Anzahl an Überschreitungen kann somit zwischen einem langsamen und einem schnellen Anstieg der Drehzahl unterschieden werden. Es wird somit eine sichere und zuverlässige Auswerteeinrichtung 11 vorgeschlagen, welche einen Anstieg der Drehzahl n auf Basis einer Blockade der Ansaugdüse 2 von einem Anstieg der Drehzahl n im Saugbetrieb zuverlässig unterscheiden kann. Zudem wird ein Staubsauger 1 vorgeschlagen, welcher ohne den Einsatz zusätzlicher Sensoren auskommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Staubsauger
- 2
- Ansaugdüse
- 3
- Ansaugöffnung
- 4
- Saugluftführung
- 5
- Staubsammelraum
- 6
- Gebläsemotor
- 7
- Gebläse
- 8
- Düsenbürste
- 9
- Bürstenmotor
- 10
- Steuerungseinrichtung
- 11
- Auswerteeinrichtung
- 12
- Speichermodul
- 13
- Vergleichsmodul
- 14
- Zählmodul
- M
- Drehmoment
- n
- Drehzahl
- S
- Saugluftstrom
- t
- Zeit
- K1-K3
- Kennlinien
- S1-S13
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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