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Die Erfindung betrifft Staubsauger zum Absaugen von Fußböden, Teppichen, Polstermöbeln, Autositzen und dergleichen, insbesondere als Haushaltsgeräte, insbesondere für den Privatgebrauch. Die Staubsauger enthalten ein Grundgerät. Dieses enthält vor allem ein von einem Gebläsemotor (Elektromotor) angetriebenes Gebläse zum Ansaugen der Saugluft. An dem Grundgerät ist auswechselbar eine Motordüse angebracht, die zum eigentlichen Saugkontakt mit der abzusaugenden Oberfläche dient. Die Motordüse enthält eine von einem zweiten Elektromotor angetriebene Motorbürste. Diese dient dazu, insbesondere beim Absaugen von Teppichen Verschmutzungen etc. aus dem Teppich auszukämmen, damit diese anschließend von der Düse zum Grundgerät hin abgesaugt werden können.
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Aus der
DE 10 2004 010 827 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines mobilen Bodenbearbeitungsgeräts bekannt, das eine Antriebseinheit, mindestens eine Bodenbearbeitungseinheit sowie eine Steuereinheit aufweist, wobei mittels der Steuereinheit die Fortbewegung des Bodenbearbeitungsgeräts und/oder die Betriebsweise zumindest einer Bodenbearbeitungseinheit steuerbar ist. Um das Verfahren derart weiterzubilden, dass die Beschaffenheit der zu bearbeitenden Bodenfläche auf konstruktiv einfache Weise klassifizierbar ist, wird vorgeschlagen, dass man das Bewegungsverhalten des Bodenbearbeitungsgeräts und den Motorstrom zumindest eines Antriebsmotors der Antriebseinheit und/oder einer Bodenbearbeitungseinheit erfasst und mittels eines Bodenklassifizierungsglieds die Beschaffenheit der zu bearbeitenden Bodenfläche klassifiziert in Abhängigkeit vom erfassten Bewegungsverhalten und dem erfassten Motorstrom. Außerdem ist ein Bodenbearbeitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf Staubsauger mit Motordüsen anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 zum Betreiben eines Grundgerätes eines Staubsaugers. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das Grundgerät weist einen Saugstutzen auf. Dieser dient zur Verbindung des Grundgerätes mit einer Motordüse, auch Bodendüse. Die Erfindung geht davon aus, dass mindestens eine, insbesondere mindestens zwei solcher Motordüsen existieren und auch zusammen mit dem Grundgerät verwendet werden. Bei der zweiten Düse kann es sich z. B. um ein Ersatzteil für eine erste Düse, eine Alternativdüse für andere Verwendungen, usw. handeln. Die Motordüse bildet einen weiteren Bestandteil des Staubsaugers. Die Erfindung geht weiterhin davon aus, dass die in Rede stehenden Motordüsen wie folgt ausgestaltet sind: Die jeweilige Motordüse enthält einen elektrischen Bürstenmotor und eine - im Betrieb der Düse bzw. des gesamten Staubsaugers - von diesem angetriebene Reinigungsbürste. Die Erfindung geht davon aus, dass eine solche Motordüse zur bzw. bei Ausführung des Verfahrens tatsächlich auf das Grundgerät aufgesetzt wird bzw. ist.
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Das Grundgerät enthält eine elektrische Schnittstelle. Diese dient zum elektrischen Anschluss der Motordüse am Grundgerät. Die Erfindung geht davon aus, dass der angeschlossene Bürstenmotor im Betrieb mit elektrischer Energie aus dem Grundgerät versorgt wird. Das Grundgerät enthält ein Gebläse. Dieses ist im Betrieb von einem elektrischen Gebläsemotor angetrieben und dient zum Ansaugen von Saugluft durch den Saugstutzen und damit durch die aufgesetzte Motordüse. Bei dem Verfahren wird das Grundgerät normalerweise, d. h. ohne dass ein Einlernbetrieb ausgeführt wird (siehe unten), in einem Normalbetrieb betrieben. Der Normalbetrieb ist also der übliche Gebrauchsbetrieb des Grundgerätes bzw. Staubsaugers zum Staubsaugen.
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Auf ein Einlernsignal hin wird das Grundgerät dann anstelle des Normalbetriebes in einem Einlernbetrieb betrieben. Das Einlernsignal wird dabei von einem Einlernereignis ausgelöst. Im Einlernbetrieb ist das Grundgerät bzw. der Staubsauger in einer Referenz-Betriebsart zu betreiben. Dies ist insbesondere der Betrieb auf einem Referenzboden bzw. in der Luft, wie unten erläutert wird. Der Referenzboden ist insbesondere lediglich eine Bodenklasse, z. B. die unten erläuterten Bodenarten A, B oder C, nicht jedoch ein konkret vorgegebener Boden.
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Im Einlernbetrieb wird ein mit einem aktuellen Betriebsstrom des Grundgerätes korrelierter aktueller Kennwert erfasst. „Aktuell“ bedeutet dabei: im Moment der Erfassung, also während des Einlernbetriebes. Der Betriebsstrom ist ein Strom des bzw. im Grundgerät. Insbesondere handelt es sich dabei um den von der Motordüse über die Schnittstelle aufgenommenen Strom, insbesondere den Bürstenstrom des Bürstenmotors, der über die Schnittstelle abfließt. Alternativ oder zusätzlich kann es sich aber auch um den aufgenommenen Strom des Gebläsemotors handeln oder um sonstige Betriebsströme im Inneren des Grundgerätes oder an Schnittstellen, an denen Strom aus dem Grundgerät abfließt. Der Kennwert ist insbesondere eine Stromstärke, eine Spannung, eine Leistung oder ein sonstiger Wert, der mit dem Betriebsstrom korreliert ist. Der Kennwert kann ein reiner Momentanwert sein, aber auch ein Kennwert für einen Verlauf von Momentanwerten über der Zeit, z. B. eine zeitliche Ableitung.
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Im Einlernbetrieb wird weiterhin anhand eines Einlernkriteriums ein Referenzwert für den erfassten Kennwert ermittelt. Der Referenzwert ist insbesondere der erfasste Kennwert selbst oder eine Mittelung oder sonstige abgeleitete Größe aus einem oder mehreren Kennwerten, die im Einlernbetrieb erfasst werden. Insbesondere wird der Referenzwert oder eine daraus abgeleitete Größe für die spätere Weiterverwendung gespeichert.
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Der Einlernbetrieb wird auf ein Endesignal hin beendet und es wird wieder in den Normalbetrieb gewechselt.
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Die oben genannten Schritte im Einlernbetrieb gelten immer unter der Prämisse, dass das Grundgerät bzw. der Staubsauger in der Zwischenzeit nicht ausgeschaltet wird, ein Betriebsakku im Grundgerät nicht leer läuft usw. Der Normalbetrieb stellt damit den Regelfall, der Einlernbetrieb einen Sonderfall im Betrieb des Grundgerätes bzw. Staubsaugers dar.
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Im Normalbetrieb wird der nunmehr aktuelle, also augenblicklich im Normalbetrieb vorhandene Kennwert für den aktuellen Betriebsstrom erfasst. Aus dem aktuellen Kennwert und dem Referenzwert wird dann anhand einer Steuervorschrift eine aktuelle Gebläseleistung ermittelt und der Gebläsemotor mit dieser betrieben. Dabei werden Strom, Spannung etc. des Gebläsemotors beeinflusst. Optional werden auch andere Verbraucher im oder am Grundgerät anhand von Parametern betrieben, die anhand der Steuervorschrift aus Kennwert und Referenzwert ermittelt werden.
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Die Erfindung beruht auf folgenden Beobachtungen und Erkenntnissen:
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Aus der Praxis bekannt sind Bodendüsen, insbesondere Motordüsen in Verbindung mit Staubsaugern, welche die Bodenart automatisch, mit Hilfe von beispielsweise Sensoren, erkennen können. Des Weiteren kann die Reinigung basierend auf der Detektion der Bodenart geeignet gesteuert, geregelt bzw. beeinflusst werden. Wobei unter einer geeigneten gesteuerten bzw. geregelten Reinigung die Beeinflussung der Gebläse- und / oder der Reinigungsbürstenleistung verstanden werden soll.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Bodenart durch eine Auswertung des Motorstromes beispielsweise bei einer motorisierten Bodendüse auszuwerten. Hier wird die bereits ohnehin vorhandene Information des Motorstromes verwendet, um die Bodenerkennung zu realisieren. Hierbei ist in vorteilhafterweise kein zusätzlicher Sensor notwendig.
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Wird als Entscheidungsmerkmal der absolute statische bzw. stationäre Wert des Stromes herangezogen, so gibt es im Wesentlichen drei Arbeitspunkte bzw. -bereiche, nämlich charakteristische unterschiedliche Stromverbräuche, beim Saugen von A) Hartböden und dergleichen, B) kurzflorigen Teppichen und dergleichen und C) langflorigen Teppichen und dergleichen. Die drei Arbeitspunkte variieren bei ein und derselben Düsenanordnung ja nach Art und Beschaffenheit des Bodens bzw. der Reinigungsoberfläche beispielsweise bei der Reinigung von Polstermöbeln oder Autositzen. Ferner besteht die Möglichkeit verschieden motorisierte Düsen an den Staubsauger anzuschließen, d. h. eine Motordüse durch ein andere zu ersetzen. Hierbei ist mit einer Veränderung der Werte aufgrund des veränderten Antriebsstranges zu rechnen. Wobei unter einem Antriebsstrang im Wesentlichen folgenden Komponenten verstanden werden sollen: Motor, Getriebe/Übersetzung, Riemenantrieb, Lager, Reibung, Verluste und Reinigungsbürste.
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In der Regel ist eine Erkennung von verschiedenen Bodendüsen nicht gegeben.
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Ferner kann es zudem zu einer Verschiebung der Arbeitspunkte über der Zeit, z. B. durch Abnutzung, Temperatur und beispielsweise eine Verschmutzung durch eingewickelte Haare oder Fasern, kommen. Ebenfalls kann die Anordnung einer Beleuchtungseinrichtung beispielsweise realisiert durch LEDs in der Düse zu einer Verschiebung der Arbeitspunkte gegenüber einer ansonsten unveränderten Düse beitragen.
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Die Erfindung beruht auf folgenden Ideen:
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Eine vom Anwender initiierte (Einlernsignal) Einlernfunktion (Einlernbetrieb) ermittelt den tatsächlichen Kennwert, z. B. den statischen Wert, des Stromes als Referenzwert (abgekürzt: „RW“). Gegebenenfalls wird der Wert - zumindest temporär - abgespeichert, für eine spätere Auswertung. Somit können sämtliche oben beschriebene Einflüsse abgeglichen bzw. annulliert werden. Beispielsweise kann die Einlernfunktion auf einem Hartboden (Arbeitspunk A) durchgeführt werden. Dies wird dem Benutzer vorgegeben, um definierte Bedingungen für den Abgleich zu schaffen. Nachdem die Einlernfunktion erfolgreich durchgeführt wurde, kann (nunmehr im Normalbetrieb) die Bodenerkennung beispielsweise durch eine relative Änderung des Stromes basierend auf dem ermittelten Referenzwert erfolgen. Beispielsweise können Rückschlüsse auf die verschiedenen Bodenarten basierend auf dem Referenzwert (Kennwert, ermittelt gemäß Vorgabe auf „Bodenart A: Hartboden oder dergleichen“ während dem Einlernen) durch die folgenden Bedingungen abgebildet werden: Bodenart A liegt vor, wenn der - nun wiederum aktuell im Normalbetriebt ermittelte - Kennwert in einem Bereich 0,5 * RW bis 1,5 * RW liegt. Bodenart B liegt für aktuelle Kennwerte im Bereich 2 * RW bis 3 * RW und Bodenart C liegt für aktuelle Kennwerte im Bereich 4 * RW bis 5 * RW vor.
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Hierbei existieren insbesondere Zwischenbereiche, in denen einem aktuellen Kennwert keine Bodenart zugeordnet ist (im obigen Beispiel zwischen 1,5 * RW und 2 * RW und zwischen 3 * RW und 4 * RW). In diesen „Zwischenbereichen“ kann der aktuelle Wert bzw. zuvor detektierte Bereich bzw. der dazugehörige Arbeitspunkt so beibehalten werden, oder erhöht, oder erniedrigt werden. Unter „Arbeitspunkt“ sind hier die oben definierten Bereiche A, B oder C zu verstehen. Sinnvollerweise ist ein undefinierter Zustand bzw. ein völliges Abschalten unerwünscht.
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Mögliche Transitionen (für das Beibehalten des vorherig ermittelten Arbeitspunktes) sind z. B.:
- - Von A nach B z. B. A (Hartboden mehr Gebläseleistung)
- - Von B nach C z. B. B (kurzflorig reduzierte Gebläseleistung)
- - Von C nach B z. B. C (langflorig stark reduzierte Gebläseleistung)
- - Von B nach A z. B. B (s. o.)
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Diese Bedingungen („Faktoren“ 0,5; 1,5; 2; 3; 4; 5 bezüglich der veränderlichen Konstante „RW“) zur Klassifizierung der Bodenart sind dabei wohl definiert und beispielsweise in einem nicht flüchtigen Speicher, in der Steuer- und Regeleinheit des Staubsaugers, hinterlegt. Diese Faktoren wurden z. B. empirisch durch Versuche oder theoretisch ermittelt. Während der Laufzeit des Systems (Normalbetrieb des Staubsaugers) werden die Grenzen basierend auf dem Referenzwert RW und den im Speicher hinterlegten Bedingungen ermittelt.
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Der Ablauf der Einlernfunktion ist z. B. wie folgt: 1. Gerät wird eingeschaltet. 2. Kunde initiiert die Einlernfunktion. 3. Gerät führt den Einlernvorgang durch; beispielsweise gemäß Anweisung bzw. Vorgabe auf „Hartboden“. 4. Kunde kann nach Beendigung des Einlernbetriebes im Normalbetrieb die Funktion der automatischen Bodenerkennung verwenden. 5. Gerät wird ausgeschaltet.
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Ferner ist es auch denkbar, die Einlernfunktion ohne ein Zutun des Anwenders durchzuführen. Dies ist vor allem besonders vorteilhaft für Staubsauger bzw. Grundgeräte, welche keine Bedienmöglichkeit für diese Funktionalität aufweisen. Beispielsweise kann beim Start bzw. beim Einschalten des Staubsaugers (Einlernereignis) die Einlernfunktion initiiert werden. Oder bei einem Auf- und Abstecken der Düse (Einlernereignis). Des Weiteren ist es ebenfalls denkbar die Einlernfunktion über Funk, Infrarot, Bluetooth (R), WLAN, GSM, oder andere sinnvoll erscheinende Möglichkeiten und Technologien zu aktivieren (Einlernereignis ist das Eintreffen eines entsprechenden Signals am Grundgerät von außen über den betreffenden Kanal).
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Weiteren Realisierungsvarianten der Erfindung können sein:
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Des Weiteren ist es ebenfalls denkbar die Änderung pro Zeit bzw. die Ableitung des Kennwertes (z. B. des Stromes) zur Erkennung der Bodenart heranzuziehen. Hierbei wird die Information über eine zeitliche Änderung bzw. die Dynamik des Stromes bei einer Änderung der Bodenart detektiert. Beispielsweise kann eine Steuer- und Regeleinheit den Strom in einem zeitlich festen Raster (äquidistant), beispielsweise alle 10 µs, einlesen. Ist nun ein Anstieg oder Abfall, um einen bestimmten Betrag bezogen auf den zuvor ermittelten Wert zu erkennen, so kann dies als Rückschluss für eine Änderung der Bodenbeschaffenheit herangezogen werden. Sinnvollerweise sind digitale Filter bzw. ein mehrmaliges Abfragen bzw. ein mehrmaliges Ansteigen bzw. Abfallen des Stromes zu implementieren. Hierdurch erhöht sich die Erkennungsgenauigkeit bzw. -sicherheit entscheidend. Der Wechsel zwischen den Zuständen A, B und C erfolgt somit durch eine dynamische Erkennung eines Abfalls oder eines Anstiegs des Stromes.
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Dies ist wie folgt zu verstehen: Gleitet die Bodendüse z. B. von einem Hartboden auf einen Teppich so steigt der Strom (Bürstenstrom) sprunghaft an. Die zeitliche Änderung / Ableitung / Dynamik kann die Steuereinheit auswerten. Z. B. kann die aktuelle Abtastung (aktuell ermittelter Kennwert) mit vorherigen Abtastwerten (in der Vergangenheit ermittelte Kennwerte) verglichen werden. Ist eine Tendenz zu erkennen, dann kann diese als Rückschluss auf die Bodenart herangezogen werden. Die Steuereinheit kann zudem den absolut Wert (tatsächlicher Wert der Variable: „Kennwert“) mit in die Auswertung einfließen lassen.
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Gemäß der Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:
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Die Einlernfunktion ist sowohl für ein eventuell bereits vorhandenes Zubehör-Portfolio eines Staubsaugers bzw. -typs verwendbar, als auch für zukünftige Bodendüsen. Der Anwender kann durch Initiieren der Einlernfunktion, vergleichbar beispielsweise zur Funktionsweise der „TARA“-Taste in Küchenwaagen, in der Regel jede motorisch betriebene Bodendüse einlernen. Nach dem Einlernvorgang ist eine automatische Bodenerkennung eingerichtet, welche wiederum unzählige Vorteile aufweisen kann. Unter anderem eine optimale und energieschonende Leistungseinstellung des Gebläses und der damit verbundenen Laufzeitverlängerung von akkubetriebenen Geräten. Ferner wird die Einlernfunktion fast ausschließlich in Software realisiert, wodurch sich zudem eine hohe Kostenattraktivität realisieren lässt.
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Gemäß der Erfindung gilt insbesondere Folgendes: Im Referenzwert sind alle Einflussfaktoren auf den Stromverbrauch der Motordüse usw. berücksichtigt, egal ob diese konkret bekannt sind oder nicht. Da jedoch die Saugumstände durch die Vorgabe der Bedingungen beim Einlernen gegeben sind (z. B. „Hartboden“), ist der ermittelte absolute Stromwert als Referenzwert dann diesem Bodentyp zugeordnet. Die Erfindung geht dann davon aus, dass sich die absoluten Stromwerte auf anderen Böden in einem bekannten Relativverhältnis zum Referenzwert befinden. Durch Ermittlung des tatsächlichen Stromes kann dann im Verhältnis zum Referenzwert auf die Bodenart rückgeschlossen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Einlernereignis durch die Betätigung eines Eingabeelements durch einen Benutzer des Grundgerätes erzeugt. Der Einlernbetrieb wird also durch die entsprechende Betätigung gestartet. Das Eingabeelement kann dabei am Grundgerät angeordnet sein. Alternativ ist das Eingabeelement entfernt vom Grundgerät an einem kommunikativ mit dem Grundgerät verbundenen Objekt angeordnet. Dies kann z. B. ein Bedienknopf einer Fernbedienung, eines Funk- oder Infrarotsenders sein, ein Betätigungsfeld auf einer Smartphone-App, die mit dem Grundgerät kommuniziert usw. Entsprechende Varianten (Infrarot, Bluetooth, ...) wurden oben bereits genannt. So kann der ein Einlernvorgang bewusst und kontrolliert gestartet werden.
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In einer alternativen Ausführungsform wird das Einlernereignis nicht durch eine solche Betätigung eines Eingabeelements durch einen Benutzer erzeugt. Dabei wird im Gegensatz zu oben der Einlernvorgang also nicht durch aktive Betätigung eines Eingabeelements gestartet. Somit ist der Benutzer des Staubsaugers von dem Starten des Einlernvorgangs entlastet. Beliebige Ereignisse können zum Start des Einlegevorgangs herangezogen werden. Der Einlernvorgang wird also insbesondere jeweils vergleichsweise automatisch gestartet.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform wird das Einlernereignis durch ein Einschalten des Grundgerätes und/oder einen Wechsel der Motordüse erzeugt. So ist im ersten Fall sichergestellt, dass der Einlernbetrieb nicht vergessen werden kann, da er bei jeder Inbetriebnahme des Grundgerätes erfolgt. Insbesondere ein Düsenwechsel führt oft zu einer Verschiebung des Arbeitspunktes, wie oben erläutert. Im zweiten Fall kann so auch dabei der Einlernvorgang nicht vergessen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vor oder im Einlernbetrieb einem Nutzer des Grundgerätes über ein Kommunikationsmittel zumindest ein Signal für die Referenz-Betriebsart, insbesondere also einen Soll-Betriebszustand, des Grundgerätes für den Einlernbetrieb angezeigt. „Zumindest ein Signal“ ist dahingehend zu verstehen, dass neben Anzeigen, Warntönen (z. B. binäres „Signal“: Anzeigeleuchte an/aus) auch höherwertige Informationen, z. B. Piktogramme, Worte, Kurztexte oder auch ausführliche Beschreibungen in Bild- und/oder Tonform möglich sind. Der Soll-Betriebszustand ist ein solcher, in dem das Grundgerät im Einlernbetrieb zu betreiben ist, damit ein korrektes Einlernen so gut wie möglich sichergestellt ist. Der Einlernbetrieb ist also in einem vorgegebenen Betriebszustand des Grundgerätes bzw. Staubsaugers auszuführen: Z. B. ist das Gerät auf eine vorgegebene Bodenart aufzusetzen, z. B. Hartboden, wie oben beispielhaft erläutert. Oder das Gerät ist ohne Kontakt der Motordüse bzw. Reinigungsbürste zum Boden, d. h. in der Luft, zu betrieben, so dass die Reinigungsbürste keinerlei bodenseitigen mechanischen Widerstand erfährt. Das Kommunikationsmittel ist beispielsweise eine optische oder akustische Anzeige, oder auch ein Ausdruck (Print), z. B. auf einem Aufkleber oder einer mit dem Grundgerät ausgelieferten Bedienungsanleitung, ob physisch oder als elektronisches Dokument / Ausgabe. Dabei kann es sich zum Beispiel auch um ein Symbol, eine beim Einlernbetrieb leuchtende Anzeigeleuchte, einen Warnton am Grundgerät usw. handeln. Dadurch, dass so definierte Umgebungsverhältnisse für den Staubsauger hergestellt werden, kann der Einlernvorgang besonders genaue Ergebnisse liefern. Einflussfaktoren durch ein Lernen auf unbekannten / undefinierten / beliebigen Bodenbelägen usw. können so reduziert oder ausgeschlossen werden. Eine besonders einfache Variante wäre zum Beispiel, den Staubsauger im Einlernbetrieb auf dem Boden liegend mit nach oben bzw. in die Luft ragender Motordüse zu betreiben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Steuervorschrift mindestens zwei oder mindestens drei Arbeitsmodi, wobei jedem Arbeitsmodus unterschiedliche Gebläseleistungen zugeordnet sind. Optional sind dem Arbeitsmodus zusätzliche Betriebsparameter des Grundgerätes oder des gesamten Staubsaugers wie z. B. Bürstenleistung, Drehzahl von Motoren, An-/Ausschalten von Lichtquellen, Abgabe von Reinigungsmittel oder dergleichen zugeordnet. Ein aktueller Arbeitsmodus zum Betrieb des Grundgerätes wird anhand einer Zuordnungsvorschrift aus dem aktuellen Kennwert und dem Referenzwert bestimmt. Die Arbeitsmodi entsprechen zum Beispiel den oben genannten Bodenarten A, B oder C bzw. den diesen zugeordneten Betriebsparametern des Staubsaugers, die auf die speziellen Böden abgestimmt sind. Anhand des aktuellen Kennwerts erfolgt also eine Einklassifizierung des tatsächlich bearbeiteten Bodens oder Objekts in einen der Arbeitsmodi des Grundgerätes, so dass die entsprechende Bearbeitung mit dem betreffenden Arbeitsmodus möglichst gut angepasst an den aktuellen Boden oder das aktuelle Objekt erfolgt.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform wird in der Zuordnungsvorschrift je ein Bereich von Kennwerten für jeden der Arbeitsmodi gewählt. Die Bereiche werden dabei jeweils abhängig vom aktuell geltenden Referenzwert gewählt. Der aktuell geltende Referenzwert ist der, der im zuletzt erfolgreich durchgeführten Einlernbetrieb festgelegt wurde. Mit anderen Worten sind die Bereichsgrenzen / -mitten /-größen usw. vom Referenzwert abhängig bzw. durch diesen als Parameter parametrisiert. Gemäß der Zuordnungsvorschrift wird dann jeweils aktuell derjenige Arbeitsmodus gewählt, in dessen Bereich der aktuelle Kennwert liegt.
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Die Zuordnungsvorschrift ordnet also jedem der Arbeitsmodi einen Bereich von Kennwerten zu, wobei die Bereiche abhängig vom aktuellen Referenzwert gewählt sind. Zum Betrieb des Grundgerätes wird derjenige Arbeitsmodus gewählt, in dessen Bereich der aktuelle Kennwert liegt. Die Einteilung in verschiedene Bereiche ist besonders einfach zu realisieren, beispielhaft wurde dies oben bereits für die drei Bereiche A, B und C dargestellt.
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Eine weitere Variante dieser Ausführungsform geht davon aus, dass Kennwert und Referenzwert gleichermaßen mit dem Betriebsstrom korreliert sind, z. B. indem sowohl der Kennwert also auch der Referenzwert Werte des Motorstromes des Bürstenmotors sind. Die Zuordnungsvorschrift enthält dann einen ersten Bereich für Kennwerte, die dem Referenzwert zuzüglich eines ersten Toleranzbereiches (um den Kennwert herum) entsprechen. Dies ist z. B. der oben genannte Bereich von 0,5 * KW bis 1,5 * KW, d. h. hier ein Toleranzbereich von jeweils 50 % des KW um den Wert des KW herum. Die Zuordnungsvorschrift enthält dann weitere Bereiche für Kennwerte, die einem jeweiligen (auch nicht-ganzzahligen) Vielfachen des Referenzwertes zuzüglich eines jeweiligen Toleranzbereiches entsprechen. Im o. g. Beispiel ist danach der Bereich B mit dem 2,5-fachen des Kennwertes und einem Toleranzbereich von jeweils 50 % des KW und der Bereich C mit dem 4,5-fachen des KW plus/minus 50 % des KW gewählt. Eine durch einen Düsenwechsel, Alterung, die Anbringung von Zusatzoptionen wie einer Dauerbeleuchtung bei einer modifizierten Ersatzdüse usw. verursachte Verschiebung der Arbeitspunkte für die drei o. g. Bodenarten wird also durch eine Veränderung des Referenzwertes ausgeglichen. Die Bereiche werden z. B. je nach Referenzwert verschoben, skaliert, verändert usw.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Kennwert eine zum momentanen Betriebsstrom proportionale Größe erfasst. „Proportional“ ist hier im Sinne von linear, quadratisch oder einer weiteren Potenz, ggf. multipliziert mit einem Faktor, zu verstehen. Diese Größe ist insbesondere die aktuelle Stromstärke des Betriebsstroms oder deren Potenz, ggf. skaliert mit einem Faktor. Dabei kann die „Größe“ durchaus gemittelt sein, einer Fensterung unterzogen sein usw. Derartige Kennwerte sind besonders einfach zu erfassen. Ausgeschlossen sind in dieser Variante allerdings eine zeitliche Ableitung einer Größe oder die Erfassung von Charakteristika eines Zeitverlaufs der Kenngröße.
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In einer alternativen Ausführungsform wird als Kennwert eine mit einer Änderung des Betriebsstroms über der Zeit korrelierte Größe erfasst. Hier sind nun solche Kennwerte erfasst, die z. B. einen zeitlichen Verlauf oder eine zeitliche Ableitung des Betriebsstromes abbilden. Derartige Kennwerte eignen sich insbesondere zur Realisierung der oben genannten Ausführungsformen bezüglich Dynamik des Stromes usw. Insbesondere findet dabei allerdings die absolute Höhe des Kennwertes ebenfalls Berücksichtigung.
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In einer Variante dieser Ausführungsform wird daher als Zuordnungsvorschrift ausgehend von einem aktuell gewählten Arbeitsmodus der Kennwert überwacht. In einen anderen Arbeitsmodus wird dann gewechselt, wenn der Kennwert oder eine aus diesem gebildete Summengröße eine Wechselschwelle überschreitet. Hier werden also insbesondere nur Änderungen der Kenngröße überwach, deren absoluter Wert spielt dabei keine Rolle. Alternativ wird der absolute Wert berücksichtigt, spielt dabei insbesondere jedoch nur noch eine untergeordnete Rolle. Insofern ist das entsprechende Verfahren unempfindlicher gegenüber Fehlern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Grundgerät gemäß Anspruch 12 eines Staubsaugers. Das Grundgerät umfasst einen Saugstutzen zur Verbindung mit einer Motordüse des Staubsaugers. Die Erfindung geht dabei davon aus, dass die Motordüse dabei einen Bürstenmotor und eine (im Betrieb) von diesem angetriebene Reinigungsbürste enthält. Mit anderen Worten bezieht sich die Erfindung auf derartige bestimmungsgemäße Motordüsen.
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Das Grundgerät enthält eine elektrische Schnittstelle für die Motordüse, um zumindest deren Bürstenmotor mit elektrischer Energie aus dem Grundgerät zu versorgen. Das Grundgerät enthält außerdem ein von einem Gebläsemotor angetriebenes Gebläse zum Ansaugen von Saugluft durch den Saugstutzen, und damit auch durch eine bestimmungsgemäß aufgesetzte Motordüse. Das Grundgerät enthält weiterhin eine Zentraleinheit zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Besonderheit der Erfindung liegt gerade darin, dass weiteren Eigenschaften der Motordüse eben gerade nicht bekannt sein müssen. Alle (auch unbekannten) Einflussfaktoren auf deren Saugverhalten / Stromaufnahme werden gerade im Referenzwert erfasst und über die Zuordnungsvorschrift von der Referenz-Betriebsart, z. B. also Luftbetrieb / Betrieb auf einem Referenzboden, auf die aktuelle Betriebsart, insbesondere die zu bearbeitenden Böden übertragen.
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Das Grundgerät und zumindest ein Teil dessen möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch einen Staubsauger, mit einem erfindungsgemäßen Grundgerät und der Motordüse.
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Der Staubsauger und zumindest ein Teil dessen möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Grundgerät erläutert.
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Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 einen Staubsauger gemäß der Erfindung
- 2 eine Blockdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 eine Steuervorschrift für das erfindungsgemäße Verfahren,
- 4 eine Klassifizierung von drei Bodenarten in einem Diagramm.
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1 zeigt in einer stark schematischen Darstellung einen elektrischen Staubsauger 2 in Form eines Haushaltsstaubsaugers. Seine elektrische Energie für den Betrieb bezieht der Staubsauger 2 aus einem aufladbaren Stromspeicher 4, hier einem elektrischen Akkumulator. Der Staubsauger 2 enthält ein Grundgerät 6 sowie eine an diesem befestigte, jedoch abnehmbare und austauschbare Motordüse 8. An dem Grundgerät 6 können also verschiedene Düsen, insbesondere Motordüsen 8, angebracht und betrieben werden. Der Stromspeicher 4 ist im Grundgerät 6 angeordnet. Zum Aufsetzen der Motordüse 8 weist das Grundgerät 6 einen Saugstutzen 10 auf.
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Die Motordüse 8 enthält einen Bürstenmotor 12. Dieser dient zum Betrieb einer Reinigungsbürste 14. Das Grundgerät 6 weist eine elektrische Schnittstelle 16 auf. Diese dient zur Versorgung der Motordüse 8 aus dem Grundgerät 6, vorliegend aus dem Stromspeicher 4, mit elektrischer Energie 18, hier symbolisch lediglich durch einen Pfeil angedeutet. Das Grundgerät 6 enthält außerdem einen Gebläsemotor 20, der ebenfalls aus dem Stromspeicher 4 mit elektrischer Energie 18 versorgt wird. Der Gebläsemotor 20 dient zum Antrieb eines Gebläses 22, welches wiederum die Kernaufgabe des Staubsaugers 2 erfüllt, nämlich das Ansaugen von Saugluft 24 von außerhalb des Staubsaugers 2, hier von einem Boden 25, hier einem Teppich, durch die Motordüse 8 und den Saugstutzen 10 in das Grundgerät 6 beim Betrieb des Staubsaugers 2. Im entsprechenden Betrieb arbeitet außerdem der Bürstenmotor 12 und treibt die Reinigungsbürste 14 an, welche z. B. Verschmutzungen aus dem Boden 25 bzw. Teppich auskämmt, um diese anschließend mit Hilfe der Saugluft 24 abzusaugen.
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In 1 symbolisch dargestellt ist außerdem ein elektrischer Bürstenstrom IÜ, der im Betrieb vom Bürstenmotor 12 aufgenommen und daher aus dem Grundgerät 6 über die Schnittstelle 16 bereitgestellt wird. Dargestellt ist auch eine elektrische Gebläseleistung LG, die im Betrieb vom Gebläsemotor 20 aus dem Stromspeicher 4 aufgenommen wird.
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In der dargestellten Ausführungsform enthält das Grundgerät 6 außerdem ein Eingabeelement 26, hier einen Taster, sowie ein Kommunikationsmittel 28, hier eine Anzeigeleuchte. Eine Zentraleinheit 30, hier eine nicht näher bezeichnete Elektronik, enthaltend Mikrocontroller, Speicher usw., dient der elektrischen und elektronischen Steuerung des Staubsaugers 2. Die Zentraleinheit 30 ist insbesondere dazu eingerichtet, das nachfolgend erläuterte Verfahren durchzuführen.
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2 zeigt eine Blockdarstellung des betreffenden Verfahrens. Nach dem Einschalten des Staubsaugers 2 befindet sich dieser in einem Normalbetrieb BN. Grundlegend werden dabei Gebläsemotor 20 und Bürstenmotor 12 elektrisch betrieben, um Fußböden wie den Boden 25 oder andere Objekte, wie zum Beispiel Autositze, mithilfe des Staubsaugers 2 durch Überfahren mit der Motordüse 8 abzusaugen. Eine weitere Erläuterung des Normalbetriebs BN erfolgt weiter unten.
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Eine Betätigung des Eingabeelements 26 stellt eine Einlernereignis EE dar. Das Einlernereignis EE löst ein Einlernsignal SE aus. Aufgrund des Einlernsignals SE wechselt der Staubsauger 2 bzw. das Grundgerät 6 vom Normalbetrieb BN in einen Einlernbetrieb BE. Über das Kommunikationsmittel 28 wird dem Benutzer nun signalisiert, dass sich das Grundgerät 6 aktuell im Einlernbetrieb BE befindet. Das Kommunikationsmittel 28, hier ein nur im Einlernbetrieb BE leuchtendes Anzeigeelement, stellt symbolisch das Grundgerät dar, welches in einem Soll-Betriebszustand BS auf einen Hartboden aufzusetzen und auf diesem zu betreiben ist. Dieses Symbol erinnert den Benutzer damit an den entsprechenden Soll-Betriebszustand BS (Bearbeiten eines Hartbodens), in dem das Grundgerät 6 im Einlernbetrieb BE bestimmungsgemäß zu betreiben ist. Im Einlernbetrieb BE wird ein mit einem Betriebsstrom IB des Grundgerätes 6 korrelierter aktueller Kennwert WKA erfasst. Im Beispiel wird als Betriebsstrom IB derjenige Strom gewählt, der über die Schnittstelle 16 vom Grundgerät 6 abfließt. Im Beispiel entspricht der Betriebsstrom IB dem Bürstenstrom IÜ. Der aktuelle Kennwert WKA ist im Beispiel die Stromstärke des Betriebsstromes IB. Somit ist der aktuell erfasste Kennwert WKA die Stromstärke (in Ampere) des im Moment des Einlernbetriebs BE vom Bürstenmotor 12 aufgenommenen Bürstenstroms IÜ.
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Im Einlernbetrieb BE wird nun weiterhin anhand eines Einlernkriteriums KE aus dem aktuellen Kennwert WKA ein mit dem Betriebsstrom IB korrelierter Referenzwert WR ermittelt. Im Beispiel handelt es sich dabei schlicht um den aktuell erfassten Kennwert WKA selbst.
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Durch die Erfassung des aktuellen Kennwerts WKA während des Einlernbetrieb BE werden sämtliche aktuellen Gegebenheiten des Staubsaugers 2, die Einfluss auf dessen elektrische Eigenschaften haben, wie zum Beispiel Leistung, Konfiguration, Typ, Alterungseffekte der Motordüse 8 und des Grundgerätes 6 (Motoren, Getriebe, Zusatzverbraucher, etc.) im Referenzwert WR abgebildet.
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Die erfolgreiche Ermittlung des Referenzwertes WR stellt vorliegend ein Endesignal SN für den Einlernbetrieb BE dar, so dass das Grundgerät 6 nun wieder in den Normalbetrieb BN zurückkehrt.
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Für den bzw. im Normalbetrieb BN verfügt das Grundgerät 6 über eine Steuervorschrift VS. Im Normalbetrieb BN wird nun erneut ein nunmehr aktueller Kennwert WKA erfasst, wie oben beschrieben. Durch die Steuervorschrift VS wird der nunmehr aus dem aktuellen Kennwert WKA und dem Referenzwert WR (übernommen aus dem Einlernbetrieb BE, gestrichelt angedeutet) eine aktuelle Gebläseleistung LG bestimmt, mit der der Gebläsemotor 20 nunmehr betrieben wird. Durch wiederholte, z. B. periodische Ermittlung eines jeweils aktuellen Kennwertes WKA wird so die Gebläseleistung LG anhand der Steuervorschrift VS ständig an die realen Saugbedingungen angepasst, z. B. wenn sich der aktuelle Kennwert WKA ändert. Durch die Abhängigkeit vom Referenzwert WR ist dabei die Gebläseleistung LG auch an die Konfiguration bzw. den Zustand des Staubsaugers 2 zum Zeitpunkt des letzten Einlernbetriebs BE angepasst.
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3 zeigt die Steuervorschrift VS im Detail. Diese enthält drei Arbeitsmodi MA1-3, wobei jedem eine Gebläseleistung LG1-3 zugeordnet ist. Eine Zuordnungsvorschrift VZ ordnet jedem aktuell ermittelten Kennwert WKA unter Berücksichtigung des Referenzwertes WR einen der Arbeitsmodi MA1-3 zu. Im jeweiligen aktuell gewählten Arbeitsmodus MA1-3 wird der Gebläsemotor 20 dann mit der jeweiligen Gebläseleistung LG1-3 betrieben. Die Gebläseleistungen LG1-3 werden so gewählt, dass sich für die jeweiligen Betriebsmodi MA1-3 jeweils günstige Verhältnisse für den Staubsauger 2 ergeben, z. B. eine Leistung, die so niedrig wie möglich gewählt ist, um noch ein gutes Saugergebnis zu gewährleisten und dabei so geringen Energieverbrauch wie möglich sicherzustellen.
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Die Zuordnungsvorschrift VZ (in 3 im Detail gezeigt, wie gestrichelt angedeutet) arbeitet nach dem folgenden Prinzip:
- Den Arbeitsmodi MA1-3 werden Bereiche B1-3 von Kennwerten bzw. aktueller Kennwerte WKA zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt in Abhängigkeit des Referenzwertes WR bzw. stellt der Referenzwert WR einen Parameter für die Festlegung der Bereichsgrenzen fest (angedeutet durch die Pfeile in 3). Für aktuelle Kennwerte WKA = RW * 0,5 bis RW * 1,5 wird der Bereich B1 festgelegt, d. h. der Arbeitsmodus MA1 und damit die Gebläseleistung LG1 gewählt. Für aktuelle Kennwerte WKA = RW * 2 bis RW * 3 wird der Bereich B2 bzw. Arbeitsmodus MA2 und damit die Gebläseleistung LG2 gewählt. Für aktuelle Kennwerte WKA = RW * 4 bis RW * 5 wird der Bereich B3 und damit der Arbeitsmodus MA3 und damit die Gebläseleistung LG3 gewählt.
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Bereich B1 wird dem Referenzwert WR zuzüglich eines Toleranzbereiches TB1 von +/-0,5 RW zugeordnet. Bereich B2 wird dem Vielfachen 2,5 des RW zugeordnet mit Toleranzbereich TB2 von +/- 0,5 RW, Bereich 3 dem Vielfachen 4,5 des RW mit Toleranzbereich TB3 von +/- 0,5 RW.
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Im Normalbetrieb BN wird der aktuelle Kennwert WKA erfasst und geprüft, in welchem der Bereiche B1-3 der aktuelle Kennwert WKA liegt; dieser Bereich B1-3 mit dem zugeordneten Arbeitsmodus MA1-3 wird dann ausgewählt, im Bespiel also bei einem Kennwert von WKA = 4,5 * WR der Bereich B3.
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Die Zuordnung der Kennwerte WKA zu den Bereichen B1-3 bzw. Gebläseleistungen LG1-3 gemäß 3 orientiert sich an Erfahrungswerten wie folgt:
- 4 zeigt einen Verlauf über der Zeit t, wenn mit dem Staubsauger 2 drei Bodenarten A-C in Folge gesaugt werden. Im Zeitraum der Zeitpunkte t1 bis t2 wird Bodenart A „Hartboden“, hier ein Holzboden, im Zeitraum der Zeitpunkte t2 bis t3 Bodenart B „kurzfloriger Teppich“ und im Zeitraum der Zeitpunkte t3 bis t4 Bodenart C „langfloriger Teppich“ abgesaugt. Für die jeweiligen Bodenbeläge ergeben sich schwankende Stromwerte des Bürstenstroms BÜ in den Strombereichen I1, I2 und I3, wobei die Stromgrenzen bzw. Minima und Maxima durch ein jeweiliges Rechteck symbolisiert sind. Nach diesen Vorgaben wurden die Arbeitsmodi MA1 bis MA3 aus 3 entworfen bzw. den entsprechenden Kennwerten WKA, hier Strömen bzw. Strombereichen entsprechend I1 bis I3 aus 4 zugeordnet. Dabei wurde auf den Referenzstrom aus 4 in Form des Referenzwertes WR für die Bodenart A normiert (Abszisse: Strom I / Referenzstrom WR).
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Über die Veränderung eines neu eingelernten Referenzwertes WR werden daher die Bereiche B1-3 in 3 mit dessen Veränderung mitverschoben, es erfolgt also eine Justierung der Bereiche B1-3, je nach Ergebnis des Einlernvorgangs, also je nach Wert des Referenzwertes WR. Eine Konfiguration eines Staubsaugers 2, der generell einen höheren Stromverbrauch aufweist, z. B. aufgrund eines Wechsels einer unbeleuchteten zu einer Motordüse 8 mit einer strombetriebenen Beleuchtung, führt daher zu einer Verschiebung der Bereiche B1-3 zu höheren Stromwerten hin.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Staubsauger
- 4
- Stromspeicher
- 6
- Grundgerät
- 8
- Motordüse
- 10
- Saugstutzen
- 12
- Bürstenmotor
- 14
- Reinigungsbürste
- 16
- Schnittstelle (elektrisch)
- 18
- Energie (elektrisch)
- 20
- Gebläsemotor
- 22
- Gebläse
- 24
- Saugluft
- 25
- Boden
- 26
- Eingabeelement
- 28
- Kommunikationsmittel
- 30
- Zentraleinheit
- A-C
- Bodenart
- B1-3
- Bereich
- BE
- Einlernbetrieb
- BN
- Normalbetrieb
- BR
- Referenz-Betriebsart
- BS
- Soll-Betriebszustand
- EE
- Einlernereignis
- 11-3
- Strombereich
- IB
- Betriebsstrom
- IÜ
- Bürstenstrom (elektrisch)
- KE
- Einlernkriterium
- KW
- Kennwert
- LG1-3
- Gebläseleistung (elektrisch)
- MA1-3
- Arbeitsmodus
- SE
- Einlernsignal
- SN
- Endesignal
- t1-3
- Zeitpunkt
- TB1-3
- Toleranzbereich
- VS
- Steuervorschrift
- VZ
- Zuordnungsvorschrift
- WKA
- Kennwert (aktuell)
- WR
- Referenzwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004010827 A1 [0002]
