-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbstfahrenden Reinigungsroboter zum Reinigen eines Bodens. Der Reinigungsroboter weist einen elektrischen Fahrantrieb mit einer Fahrsteuereinheit für einen selbstgesteuerten und/oder ferngesteuerten Fahrbetrieb und ein Reinigungsgerät auf. Das Reinigungsgerät ist auf und/oder in dem Fahrantrieb angeordnet und dazu eingerichtet, den Boden während der Fahrt des Reinigungsroboters zu reinigen.
-
In einem Gebäude müssen die Böden gereinigt werden, um Gebrauchsspuren zu entfernen und die Hygiene in dem Gebäude sicherzustellen. Bei glatten Oberflächen, wie beispielsweise Linoleum oder Kacheln oder Beton, kann hierfür das feuchte Wischen mit einem Wischtuch und Reinigungsmittel vorgesehen sein.
-
Um dabei den Personalaufwand beim Reinigen gering zu halten, kann auf einen Reinigungsroboter zurückgegriffen werden, der autonom (d.h. selbstgesteuert) und/oder durch eine zentrale Steueranlage ferngesteuert im Gebäude fahren und dabei den Boden mittels eines mitgeführten Reinigungsgeräts reinigen kann. Ein solcher Reinigungsroboter ist in der Regel batteriebetrieben, d.h. die Menge der mitgeführten elektrischen Energie für sowohl den Fahrantrieb als auch das Reinigungsgerät ist begrenzt und muss auf die gesamte Fahrt verteilt ausreichen. Daher werden Reinigungsroboter in der Regel mit Reinigungsgeräten für eine chemische Reinigung (besprühten des Bodens mit einer Reinigungschemikalie und späteres Absaugen derselben) betrieben, wofür die wenigste elektrische Energie notwendig und somit die pro Batterieladung gereinigte Fläche möglichst groß ist.
-
In öffentlichen Gebäuden sowie in Gebäuden, die von unterschiedlichen, einander fremden Personen genutzt werden, wie beispielsweise in Bürogebäuden, werden zur zeiteffizienten und dennoch hygienischen Reinigung aber oftmals unerwünscht aggressive Chemikalien für die Reinigung verwendet.
-
Eine Alternative zu chemisch basierten Reinigungsmitteln ist durch einen sogenannten Dampfreiniger gegeben, der Wasserdampf erzeugt und über zu reinigenden Oberflächen verteilt. Ein solcher Dampfreiniger kann beispielsweise zum Reinigen einer Großküche verwendet werden, wo mittels des Wasserdampfes Fettspritzer an Oberflächen zunächst aufgeweicht werden. Um das aufgeweichte Fett danach entfernen zu können, ist der Wasserdampf ein sogenannter „nasser Wasserdampf“, d.h. es ist hauptsächlich kondensiertes Wasser enthalten, denn ein ausreichender Anteil an flüssigem Wasser ist relevant, um das aufgeweichte Fett gleich nach dem Aufweichen in einer Emulsion von der Oberfläche fernhalten zu können, bis es mittels einer Wischlippe oder eines Abziehers entfernt wird. Als Alternative zu einer Wischlippe ist auch das Absaugen des mit Fett durchsetzten flüssigen Wassers bekannt.
-
Die Verwendung von nassem Wasserdampf erfordert aber eine entsprechende Menge an Wasser, was den Einsatz solcher Dampfreiniger für große Flächen, wie den Boden eines Raumes eines Gebäudes, aufwendig macht, da viel Wasser verteilt wird, das zunächst herangeschafft und dann auch wieder aufgewischt werden muss, was wie im Falle der beschriebenen in einer Batterie mitzuführenden Energie, die pro Wassertankfüllung zu befeuchtende Fläche eines Reinigungsroboters begrenzt.
-
Um auch in Ecken und anderen schwer zugänglichen Bereichen reinigen zu können, ist für handgeführte Dampfreiniger bekannt, den nassen Wasserdampf mittels einer Düse zum einem gebündelten Dampfstrahl zu konzentrieren, der aber mit einem Druck von weniger als 3 bar in der Düse bereitgestellt wird, sodass die Reinigungswirkung weiterhin hauptsächlich durch die thermische Energie des Wassers erreicht wird.
-
Aus der Druckschrift
DE 10 2015 104 748 A1 ist ein mehreckiger handbetätigter oder autonomer Bodenreiniger bekannt, der über eine Pumpeinrichtung zum Absaugen von Fluiden und Schmutzpartikeln, einen Wasser- und/oder Reinigungsmittelbehälter und einen Dampferzeuger verfügt. Ferner verfügt der beschriebene Bodenreiniger über Reinigungswalzen, die zugleich als Antrieb des Bodenreinigers wirken können. Somit eignet sich der Bodenreiniger zum Trocken-/Nass- und/oder Dampfbetrieb.
-
In der Druckschrift
US 8,595,892 B1 wird ein Ultraschallreiniger und -schrubber offenbart. Der Reiniger und Schrubber umfasst Spenderreservoirs, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, um mindestens eine Abgabeflüssigkeit zu halten sowie Sammelreservoirs, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, um mindestens eine gesammelte Flüssigkeit zu enthalten. Ferner umfasst der Reiniger und Schrubber mindestens eine Spenderöffnung, durch die die Abgabeflüssigkeit abgegeben werden kann, einen Ultraschallwellenstrahler, der an einer Unterseite des Gehäuses angeordnet ist, um Ultraschallwellen mit einer vom Benutzer ausgewählten Frequenz und einer vom Benutzer ausgewählten Intensität an eine Bodenfläche zu liefern, um die Abgabeflüssigkeit, sobald sie von der Spenderöffnung abgegeben wurde, in Schwingung zu versetzen, um die Bodenfläche zu reinigen.
-
Aus der Druckschrift
EP 2 920 371 B1 ist eine zum autonomen Betrieb ausgelegte Reinigungsplattform für Böden bekannt. Durch Beaufschlagung und Einwirken lassen von Heisswasserdampf wird die Oberfläche zunächst erwärmt. Daraufhin werden die gelösten oder abgelösten Verschmutzungen mittels mechanischer Bearbeitung durch Rotation und Bodendruck, wobei die Rotation um eine quer zur Arbeitsrichtung horizontal angeordnete Achse erfolgt, abgetragen und anschließend werden die Verschmutzungen und das durch Kondensation des Dampfes entstehende Wasser von der gereinigten Oberfläche abgesaugt.
-
Die deutsche Auslegeschrift
DE 25 14 771 B1 offenbart einen Dampferzeuger zum Erzeugen von Wasserdampf für Bügeleisen, welcher einen beheizten Verdampfungsraum aufweist, der einerseits mit einer Flüssigkeitsquelle und andererseits mit einem Verbraucher verbindbar ist. Der Dampferzeuger ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsraum in einem Klotz aus wärmespeicherndem Material vorgesehen ist, wobei der Verdampfungsraum zum Verbraucher hin offen und zur Flüssigkeitsquelle hin verschließbar ist, so dass die jeweils entsprechend dem jeweiligen Dampfbedarf eingegebene Flüssigkeitsmenge sofort verdampft und der Dampf dem Verbraucher zuströmt.
-
Aus der österreichischen Patentschrift
AT 312 859 B ist eine drehbare Bürstenwalze für von Hand betriebene Teppichkehrgeräte bekannt, die aus einem Grundkörper besteht, in den eine Mehrzahl von Kehrelementen mit unterschiedlichen Biegungseigenschaften eingesetzt ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reinigungsroboter bereitzustellen, der ohne die Verwendung von aggressiven Chemikalien einen Boden effizient reinigen kann.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Reinigungsroboter gemäß Patentanspruch 1 bereitgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Roboters sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung, die Figuren beschrieben.
-
Durch die Erfindung ist ein selbstfahrender Reinigungsroboter zum Reinigen eines Bodens bereitgestellt. Es kann sich beispielsweise um den Boden eines Gebäudes handeln, beispielsweise eines Büros oder eines Krankenhauses oder einer Turnhalle, um nur Beispiele zu nennen. Der Roboter ist insbesondere dahingehend selbstfahrend ausgestaltet, dass er selbst oder autonom eine Fahrtroute festlegt und diese selbstüberwacht abfährt und/oder dass er ferngesteuert in Abhängigkeit von einem Fernsteuersignal eines zentralen Steuersystems über den Boden fährt. Hierfür weist der Reinigungsroboter einen elektrischen Fahrantrieb auf, der eine Umgebungssensorik zum Erzeugen von Sensorsignalen und eine Antriebseinheit zum Antreiben oder Fahren des Reinigungsroboters über den Boden aufweist, wobei eine Fahrsteuerschaltung des Fahrantriebs dazu eingerichtet ist, die Antriebseinheit in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der Umgebungssensorik anzusteuern. Somit ist durch die Fahrsteuerschaltung bewirkt, dass während der Fahrt ein vorausliegender freier oder befahrbarer Bereich und/oder (anders herum) ein Fahrerhindernis mittels der Sensorsignale erkannt wird und daraufhin die Antriebseinheit angesteuert wird, um den Reinigungsroboter kollisionsfrei über den Boden zu fahren und/oder erkannte Hindernisse zu umfahren. Die Antriebseinheit kann beispielsweise Räder und/oder Raupenketten aufweisen. Bevorzugt werden Mecanum-Räder verwendet, um die Wendigkeit zu erhöhen. Die Antriebseinheit weist insbesondere zumindest einen Elektromotor zum Antreiben der Räder und/oder Raupenketten auf. Insbesondere ist die Antriebseinheit in der beschriebenen Weise batteriegespeist oder batteriebasiert mit elektrischer Energie versorgt, d.h. es ist in dem Reinigungsroboter zumindest eine Batterie zum Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie für den Fahrantrieb und das Reinigen bereitgestellt.
-
Um den Boden während der Fahrt zu reinigen, weist der Reinigungsroboter ein Reinigungsgerät auf, welches auf und/oder in dem Fahrantrieb angeordnet und dazu eingerichtet ist, den Boden zu reinigen, während die Antriebseinheit den Reinigungsroboter entlang einer vorbestimmten Fahrtrichtung verfährt. Bei der Fahrtrichtung handelt es sich insbesondere um die Vorwärtsfahrtrichtung, während welcher das Reinigungsgerät betrieben werden kann, wenn das Reinigungsgerät durch den Fahrantrieb mit einer vorbestimmten Ausrichtung oder Orientierung über den Boden bewegt.
-
Um hierbei das Reinigen des Bodens effizient zu gestalten, ist das Reinigungsgerät als Trockendampfreiniger ausgestaltet, welcher aufweist:
- - einen Heizkessel mit zumindest einem Heizelement zum Erhitzen und/oder Warmhalten von Wasser und zum Erzeugen von Trockendampf, eine Düsenanordnung mit mehreren Düsen zum Aufsprühen des Trockendampfes auf einen vom Reinigungsroboter überfahrenen Bodenbereich des Bodens,
- - ein Ansauggebläse und zumindest ein in Fahrtrichtung der Düsenanordnung nachgeordnetes Mündungsteil mit einer Einsaugöffnung (kommt aus Sicht des Bodenbereichs beim Reinigen zeitlich nach den Düsen),
- - zumindest eine Walzenbürste oder Bürstenwalze, welche zwischen der Düsenanordnung und der zumindest einen Einsaugöffnung angeordnet ist und einen Drehantrieb zum Rotieren der Bürstenwalze aufweist, wobei die Bürstenwalze durch das Rotieren den mit dem Trockendampf besprühten Bodenbereich überstreicht oder abbürstet und dadurch vom Trockendampf vom Bodenbereich abgelöste Schmutzpartikel oder Schmutzflocken in und/oder vor die jeweilige Einsaugöffnung des zumindest einen Mündungsteils fegt oder aufwirft, und
- - a) zumindest eine Batterie für einen Batteriebetrieb der Antriebseinheit und des Reinigungsgeräts und eine elektrische Schnittstelle zum Anschließen des Reinigungsroboters an eine stationäres Stromnetz bereitgestellt sind und eine Heizsteuerschaltung dazu eingerichtet ist, das zumindest eine Heizelement des Heizkessels zum Vorheizen des Wasser mit elektrischer Energie aus dem Stromnetz zu betreiben, während ein angeschlossener Zustand, in welchem die Schnittstelle mit dem Stromnetz verbunden ist, vorliegt, und falls in dem Heizkessel eine Temperatur oberhalb eines vorbestimmten Bereitschaftswerts vorliegt, ein Bereitschaftssignal zum Abtrennen vom Stromnetz und/oder zum Beginnen des Reinigens zu erzeugen und/oder
- - b) in dem Heizkessel (22) eine Platte (74) mit Durchgangsöffnungen (75) angeordnet ist und die Platte (74) oberhalb eines maximal vorgesehenen Wasserpegels in einem Sammelbereich (78) des Trockendampfs (26) vor einer zu den Düsen (54) führenden Ausgangsöffnung (77) angeordnet ist.
-
Bei dem Verfahren wird somit an einem Reinigungsgerät eine Anordnung von Düsen bereitgestellt, die bevorzugt auf die Oberfläche ausgerichtet sind, d.h. Austrittsöffnungen der Düsen weisen auf die Oberfläche. Die Düsen können in einer Reihe quer oder schräg zur Fahrtrichtung angeordnet sein, um mit ihnen während der Fahrt kontinuierlich einen streifenförmigen Bodenbereich mit Trockendampf zu besprühen.
-
Verwendet wird hierbei (im Gegensatz zum eingangs erwähnten „nassen Wasserdampf“) ein Trockendampf, d.h. ein trockener Wasserdampf. Mit „trockenem Wasserdampf“ ist hier ein Wasserdampf mit einer Temperatur größer als 120 Grad Celsius (Grad Celsius - °C), bevorzugt größer als 140°C, gemeint. Der Wasserdampf kann also auch als Gas bezeichnet werden. Da das Reinigungsgerät bei Raumtemperatur und/oder einer Oberflächentemperatur der Oberfläche unterhalb von 50 Grad Celsius verwendet werden kann, ergibt sich aber nach dem Austreten des Trockendampfs aus den Düsen spätestens bei Berührung mit der Oberfläche des Bodens ein Kondensat, weshalb hier weiterhin der Begriff „Dampf“ und nicht „Gas“ verwendet ist. Der Trockendampf wird durch einen Kanal, der zu den Düsen führt und dort endet, an den Düsen mit einem Druck von bevorzugt mehr als 4 bar bereitgestellt, insbesondere mehr als 6 bar. Da keine flüssigen Wassertropfen die Düsen blockieren oder durchfließen müssen und damit das gasförmige Wasser abbremsen könnten, kann der Trockendampf bei diesem Druck auch eine mechanische Reinigungswirkung erreichen (zusätzlich zur beschriebenen thermischen Reinigungswirkung).
-
Durch den erfindungsgemäßen Reinigungsroboter ergibt sich der Vorteil, dass ohne die Notwendigkeit von Reinigungschemikalien, das heißt allein durch Verwendung von Wasser, der Boden gereinigt werden kann. Der Trockendampf wird auf den Boden geblasen und durch Abgabe von thermischer Energie werden dort Schmutzpartikel und/oder ein Schmutzfilm aufgeweicht und/oder gelöst. Zudem kann in der beschriebenen Weise eine mechanische Reinigungswirkung durch Einstellen eines Drucks von mehr als 4 bar, insbesondere mehr als 6 bar, erreicht werden, sodass auch Schmutz aus den Poren des Bodenmaterials gepresst werden kann (Tiefenreinigung).
-
Aufgrund der Verwendung von Trockendampf ist dies mit einer derart geringen Menge von Wasser möglich, da der Reinigungsroboter einen Tank von lediglich beispielsweise 3 Litern bis 6 Litern mitführen muss, um eine Fläche von beispielsweise 2.000 Quadratmetern zu reinigen. Somit kann ohne Verwendung von aggressiven Reinigungschemikalien und mit einer geringen Menge von Wasser effizient gereinigt werden. Der durch den Trockendampf aufgeweichte und/oder angelöste Schmutz oder Schmutzfilm wird nach Verdampfen des Wassers als lose Schmutzflocken oder Schmutzpartikel auf dem Boden zurückgelassen, wo er durch die Bürstenwalze beim Weiterfahren des Reinigungsroboters aufgeworfen und von dem Ansauggebläse in die zumindest eine Einsaugöffnung gesogen wird. Das Ansauggebläse kann so die eingesogenen Schmutzpartikel in an sich bekannter Weise beispielsweise in einen Schmutzbehälter und/oder einen Schmutzfilter fördern, wo die Schmutzpartikel gesammelt werden.
-
Das Vorheizen des Wassers im Heizkessel erfolgt gemäß einem Aspekt an einem Stromnetz. Die Erfindung umfasst hierzu gemäß diesem Aspekt, dass zumindest eine Batterie für einen Batteriebetrieb der Antriebseinheit und des Reinigungsgeräts und eine elektrische Schnittstelle zum Anschließen des Reinigungsroboters an eine stationäres Stromnetz bereitgestellt sind und eine Heizsteuerschaltung dazu eingerichtet ist, das zumindest eine Heizelement des Heizkessels zum Vorheizen des Wasser mit elektrischer Energie aus dem Stromnetz zu betreiben, während ein angeschlossener Zustand, in welchem die Schnittstelle mit dem Stromnetz verbunden ist, vorliegt, und falls in dem Heizkessel eine Temperatur oberhalb eines vorbestimmten Bereitschaftswerts vorliegt oder gemessen wird, ein Bereitschaftssignal zum Abtrennen vom Stromnetz und/oder zum Beginnen des Reinigens zu erzeugen. Somit ist es nicht notwendig, zum Aufheizen des Wassers von beispielsweise einer Raumtemperatur oder einer Leitungstemperatur (die das Wasser in der Wasserleitung eines Gebäudes aufweisen kann) auf die Temperatur zum Erzeugen des Wasserdampfes hierfür die Energie aus der zumindest einen Batterie der Antriebseinheit zu verwenden. Stattdessen kann sich der Reinigungsroboter mit dem Stromnetz beispielsweise eines Gebäudes oder allgemein einem stationären Stromnetz verbinden und daraus elektrische Energie zum Erhitzen des Wassers nutzen. Der Bereitschaftswert kann beispielsweise in einem Bereich von 90 Grad Celsius bis 150 Grad Celsius liegen. Somit erfolgt also das Vorheizen des Wassers beispielsweise an einer Steckdose oder allgemein über die elektrische Schnittstelle für das Stromnetz und erst bei Bereitschaft für das Reinigen, wenn das Wasser heiß genug ist, um den Trockendampf zu erzeugen, wird durch das Bereitschaftssignal in dem Reinigungsroboter signalisiert, dass der Heizkessel auf Batteriebetrieb umgeschaltet werden kann. Dann kann die Fahrt über den Boden zum Reinigen desselben ausgelöst oder gestartet werden. Somit kann der Reinigungsroboter selbständig den Beginn der Reinigungsfahrt ermitteln.
-
In dem Heizkessel ist gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Platte mit Durchströmöffnungen oder Durchgangsöffnungen angeordnet und die Platte ist oberhalb eines maximal vorgesehenen Wasserpegels in einem Sammelbereich des Trockendampfs vor einer zu den Düsen führenden Ausgangsöffnung angeordnet. Eine solche Platte verhindert beim Aufkochen des Wassers, wenn Dampf in Blasen aus dem Wasser aufsteigt, dass flüssiges Wasser in die Ausgangsöffnung und damit beispielsweise in die besagte Dampfleitung aufgeworfen oder geschleudert wird. Das Wasser prallt gegen die Platte. Der Trockendampf selbst kann durch die Durchgangsöffnungen die Platte passieren und zur Ausgangsöffnung strömen. Somit ist verhindert, dass Wassertropfen zusammen mit dem Trockendampf zu den Düsen transportiert werden und dort auf den Boden gesprüht werden, sodass sich ein unnötiger Wasserverbrauch ergibt. Die Platte verhindert somit einen unnötig hohen Wasserverbrauch und/oder einen Austritt von Wassertropfen aus den Düsen.
-
Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
-
Während der Fahrt, wenn also der Reinigungsroboter beispielsweise im Batteriebetrieb fährt, ist es ebenfalls vorteilhaft, einen Verlust an thermischer Energie durch Entweichen von Wärme über Bauteile des Reinigungsroboters zu vermeiden.
-
Eine Weiterbildung umfasst hierzu, dass die Düsen aus einem Kunststoff oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt sind. Somit wird der Trockendampf selbst bei Passieren oder Durchströmen der Düsen durch den Kunststoff thermisch isoliert. Eine Düse aus einem Metall würde dagegen eine Abkühlung verursachen. Somit bleibt der Trockendampf heiß und insbesondere auch trocken und derjenige Teil der Reinigungskraft, der aus der thermischen Energie des Trockendampfs resultiert, kann zum Boden über den Dampfstrom geleitet werden. Eine Glasfaserverstärkung hat sich dahingehend als vorteilhaft erwiesen, dass der Durchmesser des Düsenkanals nicht durch den heißen Trockendampft geweitet wird (thermische Formstabilität), was ansonsten durch thermische Ausdehnung des Düsenmaterials geschehen würde.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass die Düsenanordnung einen Kanal zum Zuführen des Trockendampfs zu den Düsen aufweist und die Düsen jeweils als eine Durchgangsöffnung in einer Kanalwand des Kanals ausgebildet sind. Als Kanal kann beispielsweise ein Rohr oder ein hohler Quader bereitgestellt sein. Wird in den Hohlraum des Kanals der Trockendampf eingeleitet, so verteilt dieser sich in dem Kanal und kann durch die Durchgangsöffnungen in der Kanalwand zum Boden hin ausströmen. Die Durchgangsöffnungen stellen somit die Düsen dar. Sie können beispielsweise jeweils als Bohrung oder durch ein Laser-Fertigungsverfahren in die Kanalwand eingebracht sein. Die Verwendung von Durchgangsöffnungen in der Kanalwand als Düsen weist den Vorteil auf, dass keine separaten oder zusätzlichen Bauteile zum Bilden einer Düse notwendig sind, also keine Düsenaufsätze. Durch den hierbei auch verkürzten Strömungsweg des Trockendampfs bis zum Austritt aus der Düse wird ebenfalls vermieden, dass der Trockendampf unnötig abkühlt.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass die Düsen jeweils als Bohrung oder Loch mit einem Durchmesser von kleiner als 3 Millimeter und mit einer ausgangsseitigen Schrägung mit einem Öffnungswinkel in einem Bereich von 40° bis 50° bezüglich einer Längsachse der Bohrung oder des Lochs ausgestaltet ist. Die ausgangsseitige Schrägung stellt eine Mündung der Düse dar. Eine solche Schrägung hat die Wirkung eines Diffusors, welcher den Dampfstrahl des Trockendampfes beim Ausströmen aufweitet. Die beschriebene Form aus einer Bohrung mit bevorzugt konstantem oder gleichbleibend geformtem Durchmesser kleiner als 3 Millimeter und einer Mündung, die als Schrägung in dem besagten Winkelbereich ausgestaltet ist, weist den Vorteil auf, dass der Trockendampf als Dampfstrahl mit geringer Verwirbelung oder sogar ohne Verwirbelung aus der Austrittsöffnungen in die Umgebung austritt und auf den Boden strömt. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, um die kinetische Energie des Trockendampfs mit geringem Verlust von den Düsen hin zum Boden zu übertragen. Zudem vermeidet ein wirbelfreier Dampfstrom eine Abkühlung des Trockendampfs. Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet Bohrungen mit weniger als oder gleich 2 Millimeter Durchmesser.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass Austrittsöffnungen der Düsen zumindest beim Fahren einen Abstand vom Boden in einem Bereich von 2 Millimeter bis 9 Millimeter, bevorzugt 3 Millimeter bis 7 Millimeter, aufweisen. Die besagten Werteintervalle stellen durch die untere Grenze (2 Millimeter beziehungsweise 3 Millimeter) sicher, dass sich der Trockendampf nach dem Austritt aus der Austrittsöffnungen als konusförmiger Dampfstrahl oder Gasstrahl ausbilden kann und somit die unter der Austrittsöffnungen liegende Bodenfläche gleichmäßig benetzen oder besprühen kann. Durch die angegebenen oberen Grenzen (9 Millimeter beziehungsweise 7 Millimeter) ergibt sich zum einen der Vorteil, dass die Düsenanordnung berührsicher ist, was insbesondere bei einem selbstfahrenden Reinigungsroboter zur Vermeidung einer Gefährdung von Personen vorteilhaft ist. Zudem verliert der Trockendampf auf dieser Strecke nur geringfügig thermische Energie, das heißt die Reinigungskraft, die durch thermische Energie und kinetische Energie des Dampfstrahls bewirkt ist, bleibt bis zum Erreichen des Bodens erhalten. Dies verbessert die Reinigungseffizienz.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass der Heizkessel zumindest zwei Heizelemente aufweist und eine Heizsteuerungsschaltung dazu eingerichtet ist, zum Erhitzens des Wassers die Heizelemente abwechselnd zu betreiben, zumindest falls eine Temperatur des Wassers in einem vorbestimmten Temperaturintervall liegt. Die Heizsteuerschaltung kann beispielsweise auf der Grundlage eines Mikrocontrollers realisiert sein. Die mehreren Heizelemente können jeweils beispielsweise als Glühwendel oder Heizpatrone ausgestaltet sein, wie sie an sich aus dem Stand der Technik verfügbar sind. Durch das abwechselnde Betreiben der Heizelemente ergibt sich ein Pulsmuster für gepulstes Heizen des Wassers. Eine Pulsdauer, das heißt die Betriebsdauer jedes Heizelements während eines Pulses, kann in einem Bereich von 1 Sekunde bis 1 Minute liegen. Durch das abwechselnde Pulsen oder Betreiben der Heizelemente ergibt sich der Vorteil, dass sich zwischen den Heizelementen aufgrund von Konvektion eine Strömung im Wasser des Heizkessels ergibt und somit an einem Heizelement angesammeltes heißes Wasser dort durch kühleres Wasser verdrängt wird oder ausgetauscht wird. Zudem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Ansammlung von Dampfbläschen an der Oberfläche eines Heizelements zu vermeiden und/oder zu verdrängen, indem durch die Strömung und das zwischenzeitliche Ausschalten eines Heizelements der Bildung von Dampfbläschen entgegengewirkt wird. Solche Dampfbläschen weisen eine thermisch isolierende Wirkung auf das Heizelement auf, sodass im Heizelement erzeugte Wärme nur durch den vergrößerten thermischen Widerstand der Dampfbläschen hindurch in das Wasser gelangen kann, was die Heizdauer unnötig verlängert oder vergrößert. Somit ergibt sich durch das gepulste Heizen ein effizienter Betrieb des Heizkessels.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass eine oder mehrere Dampfleitungen, welche den Heizkessel mit der Düsenanordnung verbinden, aus einem Kunststoff, bevorzugt PTFE (Polytetrafluoroethylen), mit einer Wandstärke (Wanddicke) in einem Bereich von 2,5 Millimeter bis 4,5 Millimeter ausgebildet sind. Durch Verwendung von Schläuchen und/oder Rohren aus einem Kunststoff mit der besagten Wanddicke ergibt sich der Vorteil, dass keine zusätzliche Isolierung notwendig ist, sondern der Trockendampf kann aus dem Heizkessel zu der Düsenanordnung mittels der Dampfleitungen ohne signifikanten Verlust an Temperatur oder thermischer Energie geleitet werden kann.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass eine Unterkante der jeweiligen Einsaugöffnung des zumindest einen Mündungsteils eine geringere Höhe über dem Boden aufweist als eine Drehachse der jeweiligen Bürstenwalze. Das Mündungsteil ragt also in Bezug auf die Höhe oder Y-Koordinate mit der Einsaugöffnung unter die Drehachse der Bürstenwalze. Hierzu kann ein Mündungsteil beispielsweise eine gekrümmte Bodenplatte aufweisen, die (aus der Sicht entgegen der Fahrtrichtung) hinter der Bodenwalze unter diese oder hinter dieser dem Boden entgegengeneigt ist. Eine Einsaugöffnung mit derart geringer Höhe über dem Boden, beispielsweise mit einer Höhe kleiner als 2 Zentimeter, insbesondere kleiner als 1 Zentimeter, weist den Vorteil auf, dass die von der rotierenden Bürstenwalze aufgeworfenen Schmutzpartikel in der Einsaugöffnung zuverlässig aufgenommen werden. Damit ist nur ein geringer Ansaugsog zum Aufsaugen der Schmutzpartikel notwendig, was wiederum einen energiesparenden oder effizienten Batteriebetrieb erlaubt.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass die Fahrsteuerschaltung eingerichtet ist, den Reinigungsroboter beim Reinigen mit einer Fahrgeschwindigkeit in einem Bereich von 150 Millimeter pro Sekunde bis 350 Millimeter pro Sekunde zu fahren. Eine Fahrgeschwindigkeit in diesem Bereich ergibt eine effiziente Einwirkzeit für Trockendampf, wenn ein Abstand zwischen den Düsenöffnungen einerseits und der Auflagefläche oder Berührfläche der Bürstenwalze auf dem Boden andererseits in einem Bereich von 20 Zentimetern bis 10 Zentimetern liegt. Somit kann eine hohe Reinigungswirkung mit dem Trockendampf erzielt werden. Zudem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Fahrgeschwindigkeit in diesem Bereich zu halten, um ein für Personen sicheres Fahren des Reinigungsroboters und/oder insbesondere ein energiesparendes Fahren des Reinigungsroboters zu erhalten.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass die Bürstenwalze Borsten aus Naturfaser, insbesondere Rosshaar, aufweist. Naturfaser, insbesondere Rosshaar, hat sich als besonders formstabil unter Dampfeinfluss erwiesen, wenn also der Trockendampf nach dem Berühren des Bodens zur Seite hin in Richtung der Bürstenwalze strömt und/oder durch deren Rotationsbewegung dorthin gesogen wird. Zudem ist Naturfaser temperaturbeständig, sodass eine dauerhafte Beaufschlagung mit dem noch heißen Trockendampf (Temperatur größer als 60 Grad Celsius) zu keinem zusätzlichen Verschleiß der Bürstenwalze führt, was wiederum der Effizienz des Reinigungsroboters zuträglich ist. Mittels Rosshaar kann insbesondere auch ein Verkratzen des Bodens vermieden werden, da sich an den Enden der Borsten keine scharfen Schnittenden ergeben, wie es beispielsweise bei geschnittenen Kunststoffborsten der Fall wäre. Dies ist insbesondere bei einem Reinigungsroboter vorteilhaft, der nicht detektieren könnte, wenn er einen Boden befährt, der durch die Bürstenwalze verkratzt werden könnte.
-
Die beschriebenen Steuerschaltungen (Fahrsteuerschaltung, Heizsteuerschaltung) können beispielsweise auf einer Prozessoreinheit oder mehreren Prozessoreinheiten beruhen. Als Prozessoreinheit kann beispielsweise ein Mikrocontroller und/oder ein Mikroprozessor und/oder eine Schaltung aus diskreten Logikbauteilen vorgesehen sein. In der jeweiligen Steuerschaltung kann ein Datenspeicher bereitgestellt sein, in welchem ein jeweiliges Steuerprogramm für die Fahrsteuerschaltung und/oder die Heizsteuerschaltung gespeichert sein kann. Eine Steuerschaltung oder die Steuerschaltungen können einzeln oder gemeinsam beispielsweise auch als FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) realisiert sein.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters als Seitenansicht mit einem Teilschnitt;
- 2 Räder einer beispielhaften Realisierung einer Fahreinheit des Reinigungsroboters von 1;
- 3 eine schematische Darstellung eines Kanals einer Düsenanordnung des Reinigungsroboters von 1;
- 4 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht durch eine Düse der Düsenanordnung;
- 5 eine schematische Darstellung eines Schnitts eines Heizkessels eines Reinigungsgeräts des Reinigungsroboters von 1.
-
1 zeigt einen Reinigungsroboter 10, wie er beispielsweise in einem Krankenhaus oder einer Schule oder einem öffentlichen Gebäude für eine automatische Reinigung eines Bodens 11 eingesetzt oder verwendet werden kann. Mit automatisch ist gemeint, dass keine Bedienperson den Reinigungsroboter 10 führen oder schieben muss, damit sich der Reinigungsroboter 10 über dem Boden 11 bewegt und zugängliche Flächenbereiche ermittelt und reinigt. Es kann zusätzlich oder alternativ eine Fernsteuerung des Reinigungsroboters 10 vorgesehen sein, um den Reinigungsroboter 10 systematisch an zu reinigende Stellen zu führen.
-
Der Reinigungsroboter 10 kann einen Fahrantrieb 12 und ein mit dem Fahrantrieb 12 verbundenes Reinigungsgerät 13 aufweisen. Der Fahrantrieb 12 kann eine Umgebungssensorik 14 mit zumindest einem Umgebungssensor (z.B. zumindest eine Kamera und/oder zumindest ein Ultraschallsensor) aufweisen, die mit einer Fahrsteuerschaltung 15 verbunden sein kann, um Sensorsignale 16 an die Fahrsteuerschaltung 15 zu übertragen. Die Steuersignale können auf der Grundlage beispielsweise von Ultraschall der Umgebungssensorik 14 erzeugt werden, um aus einer Umgebung 17 Informationen über Kollisionshindernisse 18 zu erhalten. Die Fahrsteuerschaltung 15 kann zumindest eine Antriebseinheit 19 des Fahrantriebs 12 steuern, um mittels beispielsweise Rädern 20 anzutreiben und somit den Reinigungsroboter 10 über den Boden 11 zu führen oder zu fahren. Elektrische Energie für den Reinigungsroboter 10 kann in einer Batterie 21 gespeichert sein. Der Fahrantrieb kann dem Stand der Technik entnommen sein.
-
Das Reinigungsgerät 13 kann für die Reinigung des Bodens 11 einen Heizkessel 22 aufweisen, in welchem Wasser erhitzt werden kann, damit Trockendampf mit einer Temperatur größer als 120°C, insbesondere größer als 140°C, erzeugt wird. Ein Druck des Trockendampfes in dem Heizkessel 22 kann größer als 6 bar, bevorzugt größer als 8 bar sein. Über Dampfleitungen 23 kann der Trockendampf zu einer Düsenanordnung 24 geleitet werden. Es können mehrere Dampfleitungen 23 vorgesehen sein, um mittels schaltbarer Ventile 25 einen für den Trockendampf durchströmbaren Querschnitt schalten oder einstellen zu können und somit eine Stärke eines Dampfstroms oder die Strömungsrate von ausgetretenem Trockendampf 26 einstellen oder steuern zu können.
-
Die Düsenanordnung 24 kann mehrere Düsen aufweisen, von denen in 1 aufgrund der Seitenansicht nur von einer Düse eine Austrittsöffnung 27 dargestellt ist, aus welcher der Trockendampf 26 ausströmt. Die Austrittsöffnungen 27 können durch die Ausgestaltung des Fahrantriebs 12 in einer Höhe 28 angeordnet sein, über dem Boden, der in einem Bereich von 2 Millimeter bis 9 Millimeter, insbesondere 3 Millimeter bis 7 Millimeter, liegen kann.
-
In 1 ist zur Veranschaulichung ein Koordinatensystem mit räumlichen Koordinaten, X, Y, Z dargestellt. In einem bestimmungsgemäßen Reinigungsbetrieb des Reinigungsroboters 10 kann dieser mittels seines Fahrantriebs 12 entlang einer Vorwärtsfahrtrichtung oder Fahrtrichtung Z rollen oder fahren. Somit wird eine Schmutzschicht 30 auf dem Boden 11 zunächst von dem Trockendampf 26 besprüht. Entlang der Fahrtrichtung Z nachgeordnet kann eine Bürstenwalze 31 mit Borsten 32 angeordnet sein. Der Übersichtlichkeit halber sind nur einige Borsten 32 mit einem Bezugszeichen versehen. Ein Drehantrieb 33 kann die Bürstenwalze 31 um eine Längsachse oder Rotationsachse 34 rotieren, sodass sich eine Rotationsbewegung 35 ergibt, durch welche die Borsten 32 über einen mit dem Trockendampf 26 bereits besprühten Bodenbereich 36 bürsten oder streichen. Eine Drehzahl der Bürstenwalze 31 kann in einem Bereich von 100 Umdrehungen pro Minute bis 400 Umdrehungen pro Minute liegen. Bei einer Fahrgeschwindigkeit V entlang der Fahrtrichtung Z in einem Bereich von 100 mm pro Sekunde bis 400mm pro Sekunde ergibt sich somit durch die Borsten 32 weiterhin eine Wischbewegung über den Bodenbereich 36, wodurch Schmutzflocken oder Schmutzpartikel 38 aufgeworfen und in Richtung zu einem Mündungsteil 39 befördert werden. Die Schmutzpartikel 38 können entstehen, indem die Schmutzschicht 30 durch den Trockendampf 26 erhitzt und/oder aufgeweicht wird und durch den Dampfdruck des Dampfstrahls 40 des Trockendampfs 26 von der Oberfläche des Bodens 11 gehoben und/oder aus Poren des Bodens 11 gedrückt oder geblasen wird. Trocknet danach der Schmutz wieder aufgrund der noch verbleibenden Temperatur oder Hitze des Trockendampfs 26, so bleiben auf dem Boden 11 lose angeordnete Schutzflocken oder Schmutzpartikel 38 übrig, die von der Bürstenwalze 31 aufgebürstet werden.
-
Das jeweilige Mündungsteil 39 kann zu einem Ansauggebläse 41 führen, welches einen Luftsog 42 durch eine Einsaugöffnung 43 des Mündungsteils 39 in den Reinigungsroboter 10 hinein hin zu einem Auffangbehälter 44` erzeugt, in welchem der aufgesogene Schmutz 44 gesammelt werden kann. Die Einsaugöffnung 43 kann in Fahrtrichtung Z ausgerichtet sein. Eine Bodenplatte 45 des Mündungsteils 39 kann eine untere Kante 46 der Einsaugöffnung 43 bilden, die tiefer oder mit einer geringeren Höhe angeordnet ist als die Rotationsachse 34. Die Einsaugöffnung 43 kann zum Boden hin und/oder in Fahrtrichtung oder schräg nach oben ausgerichteten sein. eine konkav gekrümmte Seitenkante des Mündungsteils 39 kann zusätzlich einen seitlichen Sog bewirken, um seitlich austretenden Dampf zurück in das Reinigungsgerät 10 zu saugen.
-
Eine horizontale Abmessung 50 des Reinigungsroboters 10 kann in einem Bereich von 250 bis 450 Millimeter liegen, um nur Beispiele zu nennen. Eine vertikale Abmessung 51 des Reinigungsroboters 10 kann in einem Bereich von 350 Millimeter bis 550 Millimeter oder 600 Millimeter liegen, um nur Beispiele zu nennen.
-
2 veranschaulicht beispielhaft eine Ausgestaltung der Antriebseinheit 19 mit Rädern 20, die hier als Mecanum-Räder ausgestaltet sein können.
-
3 veranschaulicht eine mögliche Ausgestaltung der Düsenanordnung 24, die einen Kanal 52 aufweisen kann, der beispielsweise aus einem Quader oder Rohr aus Kunststoff gebildet sein kann, das heißt der Kanal 52 weist einen Hohlraum 53 auf, durch welchen der Dampf zu den Düsen 54 geführt werden kann, von denen in 3 wieder nur die Austrittsöffnungen 27 zu sehen sind. Dargestellt ist, dass die Düsenöffnungen in der Hochrichtung Y nach unten ausgerichtet sind, und hier nur der Anschaulichkeit halber eine gedrehte Ansicht dargestellt ist (Austrittsöffnungen 27 weisen in der Darstellung daher nach rechts). Der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle Düsen und Düsenöffnungen mit dem jeweiligen Bezugszeichen versehen. Die Düsenanordnung 24 kann aus einem Kunststoff gefertigt sein, insbesondere einem glasfaserverstärkten Kunststoff, um den Trockendampf in einem Kanal 52, der den Trockendampft zu der Düsenanordnung 24 führt und/oder den Trockendampft auf die Düsen der Düsenanordnung verteilt, vor Auskühlung zu bewahren. Glasfaserverstärkter Kunststoff weist den besonderen Vorteil auf, dass eine Druckbeständigkeit der Düsenanordnung 24 gewährleistet ist.
-
4 zeigt eine einzelne Düse 54, die in einer Kanalwandung 55 des Kanals 52 der Düsenanordnung 24 beispielsweise als Bohrung oder durch einen Laserbeschuss ausgestaltet sein kann. Ein Durchmesser 56 der Bohrung kann in einem Bereich kleiner als 3 Millimeter, insbesondere in einem Bereich von 1 Millimeter bis 2,5 Millimeter bevorzugt kleiner als oder gleich 2 Millimeter liegen. Im Bereich der Austrittsöffnungen 27 kann eine Schrägung 57 ausgebildet sein, die einen Öffnungswinkel 58 aufweisen kann, der in einem Bereich von 40° bis 50° liegen kann, gemessen an einer Längsachse 59 der Bohrung, wie dies in 4 veranschaulicht ist. Ein Höhenverhältnis der Schrägung, das heißt eine Höhe oder Tiefe 60 der Schräge im Vergleich zu einer Gesamtlänge 61 der Bohrung der Düse 54 kann in einem Bereich von kleiner 20% liegen.
-
5 veranschaulicht eine Ausgestaltung des Heizkessels 22. Der Reinigungsroboter kann in dem Reinigungsgerät 13 in einem Wassertank 65 ungeheiztes Wasser (z.B. bei Raumtemperatur) mitführen. Mittels Füllstandsensoren 66 kann ein aktueller Füllstand des Wassers 67 im Heizkessel 22 erfasst werden. Soll Wasser nachgefüllt werden aus dem Wassertank 65, so kann vorgesehen sein, dass der Reinigungsroboter an eine Anschlussstelle 68` eines elektrischen Stromnetzes 68 beispielsweise in einem Gebäude fährt und über die Anschlussstelle 68` mittels einer elektrischen Schnittstelle 69 elektrische Energie aus dem Stromnetz 68 empfängt und damit das in den Heizkessel 22 mittels einer (nicht dargestellten) Pumpe nachgefüllte oder nachgepumpte Wasser 67 aufheizt. Zum Aufheizen des Wassers 67 können zwei oder mehr als zwei Heizelemente 70 angeordnet sein, welche in das Wasser 67 im Heizkessel 22 ragen. Mittels einer Heizsteuerschaltung 71 können die Heizelemente 70 mit elektrischer Energie aus dem Stromnetz 68 (im angeschlossenen Zustand) und/oder aus der Batterie 21 zeitlich abwechselnd betrieben werden (gepulster Betrieb) um hierdurch eine Konvektion oder Strömung 72 in dem Wasser 67 im Heizkessel 22 zu bewirken, damit die Heizelemente 70 mit dem noch unbeheizten Anteil des Wassers 67 umspült werden. Erreicht das Wasser 67 eine vorbestimmte Bereitschaftstemperatur und einen vorbestimmten Bereitschaftswert oder liegt die Temperatur darüber so kann durch die Heizsteuerschaltung ein Bereitschaftssignal 73 erzeugt werden, welches beispielsweise der Fahrsteuerschaltung 15 signalisieren kann, dass der Reinigungsroboter von der Anschlussstelle 68` abgelöst oder entfernt werden kann und die Reinigung des Bodens 11 beginnen kann.
-
In dem Heizkessel 22 kann eine Platte 74 mit Durchgangsöffnungen 75 vorgesehen sein, die zwischen einem Maximalpegel 76 für das Wasser 67 und einer Ausgangsöffnung 77 für den Trockendampf im Heizkessel 22 oder eine Ausgangsöffnung 77 für den Trockendampf im über dem flüssigen Wasser 67 befindlichen Sammelbereich 78 des Heizkessels 22 angeordnet sein kann. Wasserblasen oder Wassertropfen, die durch Aufkochen des Wassers 67 aufgeworfen werden, bleiben an einer Unterseite 79 der Platte 74 und können nicht durch die Ausgangsöffnung 77 in die Dampfleitungen 23 gelangen. Trockendampf kann dagegen durch die Durchtrittsöffnungen 75 zur Ausgangsöffnung 77 gelangen. Insbesondere befindet sich keine Durchgangsöffnung 75 unmittelbar unterhalb der Ausgangsöffnung 77.
-
5 zeigt des Weiteren noch einen Notausschalter 80, der bei Erreichen eines Überdrucks im Heizkessel 22 das Reinigungsgerät 13 abschalten kann.
-
An einer Unterseite des Heizkessels 22 kann sich eine Auslassöffnung 81 mit einem Verschlussteil befinden, um beispielsweise Kalkstücke, die von den Heizelementen 70 abfallen, auslassen zu können.
-
Das Beispiel zeigt somit insgesamt, wie ein selbstfahrender Reinigungsroboter für eine Trockendampfreinigung für einen Boden bereitgestellt werden kann.
