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Die Erfindung betrifft einen Staubsauger, vorzugsweise einen Handstaubsauger, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Staubsaugers.
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Zu den Reinigungsgeräten gehören die Staubsauger, welche Luft samt Schmutz von einem Untergrund in sich einsaugen und die Luft zumindest im Wesentlichen vom Schmutz gereinigt wieder nach außen hin abgeben können. Derartige Staubsauger können zum Betrieb mit einem Kabel mit einer Steckdose verbunden werden. Es kann jedoch für den Benutzer komfortabler sein, das Kabel beim Staubsaugen nicht beachten zu müssen, weshalb auch Akkustaubsauger bekannt und verbreitet sind, welche einen Akku bzw. einen Akkumulator als wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher aufweisen. Insbesondere die vergleichsweise kompakten und leichten Handstaubsauger werden häufig akkubetrieben hergestellt, um den Einsatz für den Benutzer schneller und einfacher zu ermöglichen.
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Ein Staubsauger weist ein Gebläse auf, welches den Luftstrom erzeugen kann. Auf der Ansaugseite des Gebläses kann hierdurch ein Unterdruck erzeugt werden, welcher für ein Nachströmen von Luft sorgen kann; dieser Abschnitt des Staubsaugers kann auch als Unterdruckbereich des Staubsaugers bezeichnet werden.
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Auf der gegenüberliegenden Seite des Gebläses, zu der der Luftstrom hin gerichtet ist, befinden sich üblicherweise wenigstens ein Filter bzw. ein Filtersystem, durch den der Luftstrom hindurchgeführt wird. Dieser Abschnitt des Staubsaugers kann auch als Überdruckbereich des Staubsaugers bezeichnet werden. Der Filter kann den Schmutz wie z.B. Staub, insbesondere Hausstaub, sowie sonstige kleinere Partikel aus dem Luftstrom zurückhalten und hierdurch den Luftstrom filtern, welcher dann den Staubsauger sauberer als beim Einsaugen verlassen kann. Hierdurch kann der Untergrund vom Schmutz gereinigt werden. Der Untergrund kann eine beliebige Oberfläche wie z.B. ein Fußboden bzw. dessen Bodenbelag sein.
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Die Führung des Luftstroms samt Schmutz kann, je nach Ausführungsform des Staubsaugers, direkt über eine Saugdüse als Ansaugöffnung erfolgen, welche Bestandteil des Staubsaugers selbst ist. Die Saugdüse, welche auch als Bodendüse bezeichnet werden kann, kann jedoch auch über einen Saugschlauch und ggfs. über ein zusätzliches Teleskoprohr mit dem Staubsauger verbunden sein; in diesem Fall können der Staubsauger und die übrigen Komponenten wie Saugdüse, Saugschlauch und ggfs. Teleskoprohr zusammen auch als Staubsaugersystem bezeichnet werden. In jedem Fall kann die Saugdüse von einem Benutzer über einen Untergrund geführt werden, um von dort Schmutz mit der eingesogenen Luft aufzunehmen.
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Zur Verbesserung der Reinigungswirkung kann im Bereich der Saugdüse eine Bürste angeordnet sein, welche rotierend angetrieben werden kann, um den zu reinigenden Untergrund zu bürsten und hierdurch Schmutz zum Beispiel aus den Fasern eines Teppichs zu lösen, damit der gelöste Schmutz wirkungsvoller vom Luftstrom abgeführt werden kann. Dies kann die Reinigungswirkung des Staubsaugers verbessern. Diese Bürste kann auch als Bodenbürste oder als Borstwalze bezeichnet werden.
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Das Gebläse derartiger Staubsauger wird üblicherweise von einem ersten elektrischen Motor betrieben. Hierzu werden neuerdings häufig bürstenlose elektrische Motoren eingesetzt, welche keine Schleifringe oder Kommutatoren und Bürsten zwischen Rotor und Stator aufweisen, welche verschleißen können. Daher weisen bürstenlose elektrische Motoren üblicherweise eine längere Lebensdauer bzw. eine höhere Standzeit als elektrische Motoren mit Bürsten (z.B. Universalmotoren) auf. Dies kann sich entsprechend positiv auf die Lebensdauer bzw. auf die Standzeit des Staubsaugers auswirken.
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Die Bodenbürste kann ebenfalls mit einem zweiten elektrischen Motor betrieben werden, welcher jedoch häufig aus Kostengründen mit Bürsten, d.h. als bürstenbehafteter elektrischer Motor, ausgebildet ist.
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Um nun das Gebläse und, bzw. oder die Bodenbürste eines Staubsaugers optimal zu betreiben bzw. zu regeln und das möglichst beste Reinigungsergebnis zu erzielen, kann die Kenntnis über den zu säubernden Untergrund bzw. Bodenbelag hilfreich sein. Auf einem Hartboden bzw. auf einem glatten Boden als Untergrund ist nämlich eine sehr geringe Drehzahl der Bodenbürste förderlich oder es ist sogar von Vorteil, wenn sich die Bodenbürste gar nicht drehen würde, damit der Dreck auf einem Hartboden nicht „weggeschossen“ wird. Auf einem Teppich hingegen erzielt man üblicherweise bessere Reinigungsergebnisse bei Betrieb der Bodenbürste, insbesondere mit einer vergleichsweise hohen Drehzahl.
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Zur Erkennung des zu säubernden Untergrunds bzw. Bodenbelags können entsprechende Sensoren verwendet werden. Dies erhöht jedoch die Kosten durch die Anschaffung und durch die Montage des Sensors sowie dessen Anbindung und Auswertung durch die Steuerungseinheit des Staubsaugers. Auch erfordern der Sensor und dessen Verkabelung zusätzlichen Bauraum. Ferner erhöht dies den Verbrauch an elektrischer Energie, was gerade bei einem akkubetriebenen Staubsauger unerwünscht sein kann.
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Die
DE 10 2007 021 299 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern der Drehzahl zumindest eines Elektromotors in einem mobilen Gerät im Zuge einer Bewegung dieses Gerätes über einen Flächenbereich in Abhängigkeit von dessen jeweiliger Flächenbeschaffenheit durch Erzeugen von der jeweiligen Flächenbeschaffenheit entsprechenden Detektiersignalen für die Bildung von diesen entsprechenden Steuersignalen für das mobile Gerät. Als Detektiersignale werden Stromwerte zumindest eines von einem Elektromotor des mobilen Gerätes jeweils aufgenommenen Stromes ermittelt, der hinsichtlich wenigstens eines Parameters, insbesondere seiner Höhe, mit einer Bewegung des mobilen Gerätes im jeweiligen Flächenbereich korreliert. Die betreffenden Stromwerte werden anhand zumindest eines einer bestimmten Flächenbeschaffenheit entsprechenden Strom-Sollwerts bewertet. Der Elektromotor wird mit einer einem Bewertungsergebnis zwischen dem jeweils ermittelten Stromwert und dem zumindest einem Strom-Sollwert entsprechenden festlegbaren Drehzahl betrieben.
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Nachteilig bei dem Verfahren der
DE 10 2007 021 299 A1 ist, dass der Bodenbelag über den Motorstrom einer bereits rotierenden Bodenbürste erkannt wird und somit bereits eine rotierende Bewegung der Bodenbürste vorliegen muss, um dieses Verfahren anzuwenden. Da bei einem zu reinigenden Hartboden die Bodenbürste jedoch gar nicht rotieren sollte, um Schmutzpartikel nicht auf dem Hartboden „wegzuschießen“, wäre eine Erkennung des Bodenbelags ohne eine Rotation der Bodenbürste wünschenswert. Insbesondere sollte der Bodenbelag direkt beim Start des Gerätes, d.h. ohne zeitliche Verzögerung, erkannt werden, um die Bodenbürste entsprechend zu betreiben bzw. zu regeln oder aber eben gerade gar nicht erst in Betrieb zu nehmen. Auch ist zum Betrieb der Bodenbürste auf einen Hartboden elektrische Energie erforderlich, welche in diesem Fall jedoch nicht zur Reinigung beiträgt und somit verschwendet wird, was insbesondere bei akkubetriebenen Staubsaugern unerwünscht sein kann.
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Derartige Staubsauger werden üblicherweise mit verschiedenen Saugaufsätzen verwendet, um den Staubsauger unterschiedlichen Umgebungen anzupassen und so jeweils für einen möglichst optimalen Gebrauch des Staubsaugers zu sorgen. Derartige Saugaufsätze werden an der Saugdüse angeordnet und beeinflussen insbesondere aufgrund der Größe ihrer Blende die Saugwirkung des Staubsaugers gegenüber dem Untergrund. Die Saugaufsätze, kurz auch als Aufsätze oder auch als Zubehör bezeichnet, sind teils aktiv ausgebildet, wie beispielsweise die bereits beschriebene elektrische Bodenbürsten aber auch Polsterbürsten oder Wischaufsätze, und teilweise passiv, wie beispielsweise Aufsätze aus dem 3D-Drucker oder Fugenaufsätze.
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Zu beachten ist, dass die bei Staubsaugern üblicherweise verwendete Leistungsregelung für eine konstante Leistung des Staubsaugers sorgt, aber nicht immer im Energieeffizienzmaximum des Gebläseantriebs betrieben wird. Die Leistung des Gebläses des Staubsaugers ist nämlich nicht direkt die Größe, welche für die Staubaufnahme verantwortlich ist. Ziel ist aber eine möglichst gute Staubaufnahme. Hier wird über die Leistung ein annähernd gewünschter Volumenstrom realisiert. Dadurch wird hinsichtlich der Staubaufnahme jedoch kein optimales Ergebnis erzielt. Die Leistung des Gebläses befindet sich nicht im Energieeffizienzoptimum des Antriebs des Gebläses.
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Zu beachten ist auch, dass sich je nach Füllgrad des Staubbehälters des Staubsaugers der Gegendruck verändert, sodass mit steigendem Füllgrad des Staubbehälters die Staubaufnahme i.d.R. abnimmt. Der Füllstand bzw. der Füllgrad des Staubbehälters bzw. des Filters wird jedoch nicht berücksichtigt. Auch ist bisher das Erkennen eines vollen Staubbehälters, bzw. Filters nicht möglich. Entsprechend erfolgt auch keine Benachrichtigung an den Benutzer des Staubsaugers, wenn der Staubbehälter, bzw. der Filter voll ist.
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Es ist daher bekannt, bei Staubsaugern sowohl einen ersten Drucksensor zwischen Einlass und Staubbeutel als auch einen zweiten Drucksensor zwischen Staubbeutel und Gebläse vorzusehen. Aus der Druckdifferenz kann in einem gewissen Maße auf den Füllstand des Staubbeutels, bzw. des Filters geschlossen und dies dem Benutzer angezeigt werden. Auch kann mittels der beiden Drucksensoren eine automatische Leistungsanpassung umsetzen, welche auf unterschiedliche Bodenbeläge und bzw. oder Düsen reagieren kann.
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Die
EP 2 875 767 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers, mit einem einen Gebläsemotor aufweisenden Gebläse, das einen Luftdurchfluss durch eine Saugdüse des Staubsaugers erzeugt, und einer Steuereinrichtung, die das Gebläse in Abhängigkeit von einer zu bearbeitenden Bodenbelagskategorie steuert. Die Steuereinrichtung führt ferner einen Steuerschritt aus, so dass die Gebläseleistung in Abhängigkeit von einem Befüllungsgrad eines im Betrieb im Staubsauger angeordneten Staubbeutels oder einer im Betrieb im Staubsauger angeordneten Staubabscheideeinheit verändert wird. Der Befüllungsgrad wird aus einer Druckdifferenz aus einem ersten Druck an einer ersten, dem Staubbeutel oder der Staubabscheideeinheit in Saugstromrichtung vorgelagerten Messposition und einem zweiten Druck an einer zweiten, dem Staubbeutel oder der Staubabscheideeinheit in Saugstromrichtung nachgelagerten Messposition bestimmt, wobei der erste und der zweite Druck durch jeweils einen mit den Messpositionen verbundenen Drucksensor ermittelt wird.
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Die
EP 2 595 522 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Leistung eines Gebläsemotors für einen Staubsauger, welcher einen in einem Staubraum angeordneten Wechselfilterbeutel aufweist, bei dem ein Differenzdruck zwischen einem in Saugstromrichtung vor dem Wechselfilterbeutel liegenden ersten Bereich und einem in Saugstromrichtung nach dem Wechselfilterbeutel liegenden zweiten Bereich erfasst wird und die Leistung des Gebläsemotors in Abhängigkeit von dem erfassten Differenzdruck eingestellt wird.
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Nachteilig hieran ist, dass jeweils zwei Drucksensoren verwendet werden müssen, um beide Drücke vor und hinter dem Staubbeutel sensorisch erfassen und zur Bestimmung des Füllstands des Staubbeutels bzw. zur Leistungsanpassung des Gebläses verwenden zu können. Dies kann zu entsprechenden Kosten für die Drucksensoren sowie deren Anschüsse führen. Auch führt dies zu erhöhten Kosten der Elektronik bzw. Steuerungseinheit, welche beide Drucksensoren auswerten muss. Ebenso erfordern die Drucksensoren sowie deren Verkabelung Bauraum und erzeugen Gewicht. Ferner führt dies zu einem zusätzlichen Verbrauch an elektrischer Energie, was gerade bei einem akkubetriebenen Staubsauger unerwünscht ist. Des Weiteren kann Montage der Drucksensoren, gerade im Luftschlauch, aufwendig sein und hierdurch ebenfalls zu erhöhten Kosten führen.
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Der Erfindung stellt sich somit das Problem, einen Staubsauger, vorzugsweise einen Handstaubsauger, zur Verfügung zu stellen, so dass für den Betrieb des Staubsaugers nützliche Informationen mit weniger Aufwand als bisher bekannt, insbesondere ohne Sensoren und bzw. oder sonstige aktive Elemente, gewonnen werden können. Zu diesen Informationen können ein Bodenbelag, ein Aufsatz und bzw. oder ein Füllstand des Staubbeutels gehören. Dies soll jeweils vorzugsweise möglichst einfach, kostengünstig, bauraumsparend und bzw. oder energiesparend erfolgen. Dies soll vorzugsweise für akkubetriebene Staubsauger umgesetzt werden. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Staubsaugern geschaffen werden.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch einen Staubsauger sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Somit betrifft die Erfindung einen Staubsauger, vorzugsweise einen Handstaubsauger, mit einem Gebläse mit einem Laufrad zur Erzeugung eines Luftstroms, mit einem elektrischen Motor zum Antreiben des Laufrads des Gebläses, und mit einer Steuerungseinheit zum Betreiben des elektrischen Motors des Gebläses.
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Der Staubsauger ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit ausgebildet und eingerichtet ist,
- • wenigstens einen Parameter des elektrischen Motors des Gebläses zu erfassen und,
- • basierend auf wenigstens dem einen erfassten Parameter, vorzugsweise wenigstens zwei erfassten Parametern, besonders vorzugsweise allen erfassten Parameter, des
elektrischen Motors des Gebläses und eines hydraulischen Modells wenigstens einen hydraulischen Parameter des Staubsaugers zu bestimmen.
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Ein derartiger Parameter des elektrischen Motors des Gebläses kann dessen Drehzahl, dessen Drehmoment und bzw. oder dessen Leistung sein. Ein derartiger hydraulischer Parameter des Staubsaugers kann der Volumenstrom und bzw. oder die Druckdifferenz des Gebläses sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass sich die hydraulischen Verhältnisse des Luftstroms eines Staubsaugers, welche konstant oder veränderlich sein können, bestimmen und modellieren lassen. Entsprechend kann aus Änderungen der hydraulischen Verhältnisse, welche aus Parametern des elektrischen Motors des Gebläses erkannt werden können, auf Änderungen des Staubsaugers selbst wie ein Wechsel eines Aufsatzes bzw. das Anbringen oder Entfernen eines Aufsatzes oder eine Füllstandsänderung des Staubbeutels bzw. auf Änderungen dessen Umgebungseinflüssen wie beispielsweise eine Änderung des Untergrunds geschlossen werden. Dies kann erfindungsgemäß entsprechend erkannt und zum Betreiben des Staubsaugers und bzw. oder für Hinweise an den Benutzer des Staubsaugers genutzt werden.
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In jedem Fall kann dies ohne Sensoren und bzw. oder sonstige aktive Elemente erfolgen. Dies kann Kosten hinsichtlich Anschaffung und Montage von Sensoren und bzw. oder sonstiger aktiver Elemente sparen. Auch können Bauraum gespart und der elektrische Verbrauch des Staubsaugers reduziert werden, was insbesondere bei einem akkubetriebenen Staubsauger vorteilhaft sein kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Steuerungseinheit ferner ausgebildet und eingerichtet, basierend auf dem wenigstens einen hydraulischen Parameter des Staubsaugers einen Untergrund zu bestimmen. Der Untergrund kann auch als Bodenbelag bezeichnet werden. Dies kann eine konkrete Umsetzung bzw. Anwendung darstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Steuerungseinheit ferner ausgebildet und eingerichtet, basierend auf dem wenigstens einen hydraulischen Parameter des Staubsaugers einen Aufsatz zu bestimmen. Dies kann eine zusätzliche oder alternative konkrete Umsetzung bzw. Anwendung darstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Steuerungseinheit ferner ausgebildet und eingerichtet,
- • ein im Wesentlichen statisches Verhalten des hydraulischen Parameters des Staubsaugers zu erfassen,
- • eine Vorgabe des wenigstens einen Parameters des elektrischen Motors des Gebläses sprunghaft zu ändern, vorzugsweise zu erhöhen,
- • den wenigstens einen Parameter des elektrischen Motors des Gebläses in Reaktion auf die sprunghafte Änderung zu erfassen, und
- • das Bestimmen basierend auf dem erfassten wenigstens einen Parameter des elektrischen Motors des Gebläses und dem erfassten im Wesentlichen statischen Verhalten des hydraulischen Parameters des Staubsaugers vorzunehmen.
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Dies kann eine konkrete Möglichkeit darstellen, mittels einer gezielten Anregung bzw. Änderung des Verhaltens des elektrischen Motors des Gebläses eine Reaktion des elektrischen Motors des Gebläses hervorzurufen, um hieraus einen hydraulischen Parameter des Staubsaugers zu bestimmen, wie zuvor bereits beschrieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Steuerungseinheit ferner ausgebildet und eingerichtet, das Erfassen und das Ändern bei unterschiedlichen Leistungen des elektrischen Motors des Gebläses vorzunehmen, vorzugsweise zu wiederholen. Dies kann den Gestaltungsspielraum erhöhen bzw. weitere Möglichkeiten schaffen, ein Bestimmen wie zuvor beschrieben vorzunehmen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Steuerungseinheit ferner ausgebildet und eingerichtet,
- • eine Vorgabe des wenigstens einen Parameters des elektrischen Motors des Gebläses linear zu erhöhen,
- • den wenigstens einen Parameter des elektrischen Motors des Gebläses in Reaktion auf die ansteigende Vorgabe zu erfassen,
- • einen Gradienten des wenigstens einen erfassten Parameters des elektrischen Motors des Gebläses zu bestimmen, und
- • das Bestimmen eines hydraulischen Parameters des Staubsaugers, basierend auf dem bestimmten Gradienten des wenigstens einen Parameters des elektrischen Motors des Gebläses, vorzunehmen.
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Dies kann eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit darstellen, mittels einer gezielten Anregung bzw. Änderung des Verhaltens des elektrischen Motors des Gebläses eine Reaktion des elektrischen Motors des Gebläses hervorzurufen, um hieraus einen hydraulischen Parameter des Staubsaugers zu bestimmen, wie zuvor bereits beschrieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Steuerungseinheit ferner ausgebildet und eingerichtet,
- • den elektrischen Motor des Gebläses mit einer konstanten Vorgabe des wenigstens einen Parameters geregelt zu betreiben,
- • den wenigstens einen Parameter des elektrischen Motors des Gebläses zu erfassen,
- • bei einer Änderung des wenigstens einen erfassten Parameters des elektrischen Motors des Gebläses, den Gradienten des erfassten Parameters des elektrischen Motors des Gebläses zu bestimmen, und
- • das Bestimmen eines hydraulischen Parameters des Staubsaugers, basierend auf dem bestimmten Gradienten des Parameters des elektrischen Motors des Gebläses, vorzunehmen.
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Dies kann eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit darstellen, mittels einer von „Außen“ beeinflussten Anregung bzw. Änderung des Verhaltens des elektrischen Motors des Gebläses eine Reaktion des elektrischen Motors des Gebläses hervorzurufen, um hieraus einen hydraulischen Parameter des Staubsaugers zu bestimmen, wie zuvor bereits beschrieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Steuerungseinheit ferner ausgebildet und eingerichtet, basierend auf einem vorbestimmten vergleichsweise hohen Gradienten auf eine Veränderung eines Untergrund zu schließen. Unter einem vergleichsweise hohen Gradienten des Parameters des elektrischen Motors des Gebläses ist ein vergleichsweise starker bzw. schneller Anstieg des Parameters zu verstehen, welcher sich ausreichend signifikant von einem anderen, vergleichsweise geringen, Anstieg unterscheidet, so dass sich auch unterschiedliche Einflüsse, Zustände und dergleichen unterscheiden lassen.
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Beispielsweise kann ein derartiger vergleichsweise hoher, starker bzw. steiler Gradient des Parameters des elektrischen Motors des Gebläses eine signifikante Verringerung der Drehzahl und bzw. oder eine signifikante Erhöhung des Volumenstroms, insbesondere bei einem leistungsgeregelten Betrieb des elektrischen Motors des Gebläses, des Staubsaugers sein, welcher durch einen Wechsel von glattem Hartboden auf einen Teppich als Untergrund auftreten kann. Da dieser Übergang auf dem Untergrund sozusagen schlagartig erfolgt, wirken sich diese veränderten Verhältnisse auch entsprechend direkt auf den Parameter des elektrischen Motors des Gebläses aus, was eben zu einem vergleichsweise hohen Gradienten dieses Parameters des elektrischen Motors des Gebläses führen kann. Dies kann entsprechend wie zuvor beschrieben erkannt, ausgewertet und genutzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Staubsauger ferner einen Staubbehälter auf, welcher ausgebildet und eingerichtet ist, vom Luftstrom durchströmt zu werden, wobei der Staubbehälter im Verlauf des Luftstroms vor dem Gebläse angeordnet ist und wobei die Steuerungseinheit ferner ausgebildet und eingerichtet ist, basierend auf einem vorbestimmten vergleichsweise geringen Gradienten auf einen zunehmenden Füllstand des Staubbehälters zu schließen. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu den zuvor beschriebenen Möglichkeiten erfolgen.
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In jedem Fall liegt diesem Aspekt der Erfindung der Gedanke zugrunde, dass sich ein vergleichsweise langsamer Anstieg des Parameters des elektrischen Motors des Gebläses, d.h. ein vergleichsweise geringer bzw. flacher Gradient dieses Parameters des elektrischen Motors des Gebläses, nutzen und zumindest von einem starken bzw. steilen Anstieg bzw. hohen Gradienten, wie zuvor beschrieben, ausreichend deutlich unterscheiden lassen kann, um z.B. eine Veränderung des Untergrunds auszuschließen und stattdessen eine andere Ursache als Anstieg des Gradienten zu erkennen. Dies kann beispielsweise ein sich langsam füllender Staubbehälter des Staubsaugers sein.
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Dabei können ggfs. auch signifikant unterschiedliche geringe Gradienten untereinander unterschieden werden, um beispielsweise einen sich vergleichsweise sehr langsam füllenden Staubbehälter des Staubsaugers aufgrund der üblichen Bodenreinigung von einem vergleichsweise schnellen Aufsaugen einer größeren Schmutzmenge zu unterscheiden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der wenigstens eine Parameter des elektrischen Motors des Gebläses dessen Drehzahl, dessen Drehmoment und/oder dessen Leistung. Dies kann konkrete Möglichkeiten der Umsetzung darstellen. Die Drehzahl des elektrischen Motors des Gebläses kann hierzu mittels eines entsprechenden Sensors erfasst oder aus Kennzahlen des elektrischen Motors des Gebläses wie beispielsweise aus dem Motor-Strom oder aus der Motor-Spannung bestimmt werden, um auf einen Drehzahlsensor verzichten zu können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der hydraulische Parameter des Staubsaugers der Volumenstrom und bzw. oder die Druckdifferenz des Gebläses. Dies kann konkrete Möglichkeiten der Umsetzung darstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Steuerungseinheit ferner ausgebildet, die Drehzahl des elektrischen Motors des Gebläses aus dem Motor-Strom oder aus der Motor-Spannung zu bestimmen. Somit kann auf einen entsprechenden Drehzahlsensor oder dergleichen verzichtet werden, was ebenfalls zu reduzierten Kosten, zu einem reduzierten Bauraumbedarf und bzw. oder zu einem reduzierten Verbrauch elektrischer Energie führen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der elektrische Motor bürstenlos und bzw. oder als Gleichstrommotor ausgebildet. Dies kann die Leistung und bzw. oder die Langlebigkeit des elektrischen Motors des Gebläses als bürstenloser elektrischer Motor erhöhen. Die Umsetzung des elektrischen Motors als Gleichstrommotor kann die Nutzung der Eigenschaften und Vorteile derartiger elektrischer Motoren ermöglichen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Staubsauger wenigstens einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher auf, welcher ausgebildet ist, wenigstens den elektrischen Motor und die Steuerungseinheit elektrisch zu versorgen. Der wiederaufladbare elektrische Energiespeicher kann insbesondere ein Akkumulator bzw. ein Akku sein. Dies kann die Verwendung des Haushaltsgeräts bzw. des Staubsaugers für den Benutzer ohne störendes Kabel für die elektrische Stromversorgung ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers, vorzugsweise eines Handstaubsaugers, mit einem Gebläse mit einem Laufrad zur Erzeugung eines Luftstroms, mit einem elektrischen Motor zum Antreiben des Laufrads des Gebläses und mit einer Steuerungseinheit zum Betreiben des elektrischen Motors des Gebläses, mit wenigstens den Verfahrensschritten:
- • Erfassen wenigstens eines Parameters des elektrischen Motors des Gebläses und,
- • Bestimmen, basierend auf wenigstens dem einen erfassten Parameter, vorzugsweise wenigstens zwei erfassten Parametern, besonders vorzugsweise allen erfassten Parameter, des elektrischen Motors des Gebläses und eines hydraulischen Modells, wenigstens eines hydraulischen Parameters des Staubsaugers.
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Hierdurch kann ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, um die Erfindung wie zuvor anhand einer Vorrichtung beschrieben als Verfahren umzusetzen und zu nutzen.
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Mit anderen Worten geht die vorliegende Erfindung davon aus, dass für diverse Regelverfahren des Staubsaugergebläses, sowie beispielsweise für die Erkennung des Staubbeutelfüllgrades, die Kenntnis über die momentan verwendete bzw. aufgesteckte Ansaugdüse und bzw. über den momentan zu reinigenden Bodenbelag notwendig oder zumindest nützlich sein kann.
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Die Erkennung des Bodenbelags kann z.B. mit Hilfe zusätzlicher Sensorik erfasst werden. Diese Sensorik kann in die Bodendüse eingebaut sein. Ebenfalls kann die Antriebsregelung einer elektrischen Bodendüse diese Information zur Verfügung stellen, wie beispielsweise in der
DE 10 2007 021 299 A1 beschrieben.
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All diese bekannten Lösungen sind jedoch meist aufwendig und teuer, da zusätzliche Hardware notwendig ist. Insbesondere können das Verfahren und die Vorrichtung der
DE 10 2007 021 299 A1 zum Steuern des Gebläsemotors in Abhängigkeit des Bodenbelags lediglich bei aktiven Bodenbürsten eingesetzt werden, d.h. bei Bodenbürsten mit eigenem elektrischem Antrieb. Bei passiven Bodenbürsten kann dies mangels elektrischen Antriebs nicht angewendet werden. Dies gilt ebenso für sonstige passive Zubehöre.
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Erfindungsgemäß können somit passive Zubehöre, d.h. Zubehöre wie Ansaugdüsen und dergleichen, dennoch erkannt werden. Zusätzlich oder alternativ sollten auch Bodenbürsten ohne spezielle Elektronik hierfür erkannt werden können. Dies kann zusätzlich oder alternativ auch für die Erkennung des Füllstands des Staubsaugerbeutels gelten.
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Dies kann erfindungsgemäß durch Verwendung eines physikalischen Modells erfolgen. Hierzu werden Parameter wie beispielsweise Drehzahl, Drehmoment und bzw. oder Leistung des Gebläsemotors herangezogen. Aus der Kombination dieser Größen lassen sich mit Hilfe eines Modells hydraulische Größen, wie z.B. der Volumenstrom oder die Druckdifferenz am Gebläse, bestimmen. Weiterhin ist das hydraulische Verhalten des Staubsaugers bekannt.
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Zur Erfassung des Bodenbelags können nun eine Sprungantwort (ggf. auch Impulse, Rampen oder andere Sollwert-Kurvenformen) und ein statisches Verhalten des Systems erfasst werden. Dies kann bei unterschiedlichen Leistungen erfolgen.
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Es ist ebenfalls denkbar, Drehzahl- oder Leistungs-Sollwert-Rampen mit dem Gebläseantrieb abzufahren, um mit Hilfe von Gradienten auf die Beschaffenheit des Bodenbelags rückzuschließen.
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Weiterhin können bei konstanter Drehzahl oder konstanter Leistung (Drehzahl- oder Leistungsregelung) die über das Modell berechneten hydraulischen Größen „überwacht“ werden. Eine Änderung der hydraulischen Größen hat dann immer eine Veränderung im hydraulischen Lastkreis des Staubsaugers als Ursache.
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Der Gradient dieser Veränderung (schnell oder langsam) kann zur Unterscheidung des Bodenbelags von einem (langsam) zusetzenden Staubbeutel oder Filter herangezogen werden.
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Beispielsweise kann eine Umsetzung derart erfolgen, dass falls z.B. das Gebläse wie bei Staubsaugern üblich leistungsgeregelt betrieben und auf einem Hartboden gesaugt wird, die Drehzahl des Gebläses relativ gering und der Volumenstrom relativ groß auf Grund der relativ großen Blende ist.
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Findet nun ein Wechsel vom Hartboden auf Teppich statt, erhöht sich die Drehzahl innerhalb einiger 100 ms bis hin zu wenigen Sekunden, z.B. 1 bis 2 Sekunden, und der Volumenstrom, welcher aus den Motorgrößen berechnet werden kann, verringert sich ebenfalls innerhalb von weniger Sekunden, z.B. 1 bis 2 Sekunden. Durch die schnelle Änderung der Größen kann auf einem Belagswechsel geschlossen werden.
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Wird anschließend der Belag erneut gewechselt, beispielsweise von Teppich auf Hartboden, verringert sich die Drehzahl wieder und der Volumenstrom erhöht sich, welches wiederum erkannt werden kann.
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Die Drehzahl und Volumenstrom ändern sich jedoch nicht nur durch einen Wechsel der Blende, d.h. bei einem Belagswechsel, sondern auch durch Änderungen des Beutel-/Behälterfüllstandes. Jedoch ändern sich in diesem Fall die Größen nicht innerhalb weniger Sekunden, sondern über mehrere 10 Sekunden, z.B. beim Aufsaugen einer Tüte Mehl, bis hin zu mehreren Minuten, z.B. bei Baustaub, oder sogar über Stunden beim „normalem“ Saugen, je nachdem, wie viel Staub tatsächlich aufgesaugt wird.
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Somit ist eine Unterscheidung der beiden Effekte zwischen der Änderung der Drehzahl und des Volumenstroms und ggfs. der weiteren Größen Leistung und Unterdruck anhand der unterschiedlichen zeitlichen Verläufe möglich und der Bodenbelag kann erkannt werden.
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Anders formuliert kann durch eine genaue Vermessung des Gebläses eines Staubsaugers aus den elektrischen Kenngrößen des Gebläses wie beispielsweise Drehzahl, Drehmoment und elektrische Leistung der Druck und der Volumenstrom des Gebläses errechnet werden.
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Ist nun ein baugleiches Gebläse in einem Staubsauger verbaut, ändert sich der hydraulische Arbeitspunkt, d.h. der Volumenstrom und der Druck, abhängig vom Beutel-/Behälterfüllstand und von der sogenannten Blende. Die Blende beschreibt einen bestimmten Durchmesser am Saugabgang, z.B. am Saugrohr, und entspricht einem hydraulischen Widerstand. Jede Bürste, Düse und jedes sonstige Zubehörteil entspricht einer bestimmten Blende bzw. einem hydraulischem Widerstand.
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Wird nun bei eingeschaltetem, d.h. bei laufendem Gebläse bzw. Gebläseantrieb eine Düse oder Bürste auf das Saugrohr bzw. an den Saugabgang gesteckt, ändert sich der hydraulische Arbeitspunkt sprunghaft und somit auch die Leistung und die Drehzahl und das gesteckte Zubehörteil kann erkannt werden. Zur Erkennung selbst sind unterschiedliche Verfahren möglich, unter anderem durch ein Modell, analytische Berechnungen oder durch ein neuronales Netz.
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Beim Wechsel der Düse bzw. des Tools kann davon ausgegangen werden, dass sich das Saugrohr in der Luft befindet und somit eine definierte, bekannte Blende vorliegt. Dadurch ist es möglich, die Änderung der Motordaten auszuwerten, auf die hydraulischen Werte zurückzuschließen und die neue Düse bzw. das neue Tool zu erkennen.
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Der Beutelfüllstand ist dabei irrelevant, da sich dieser nicht ändert und konstant bleibt. Dabei spielt es auch keine Rolle, ob ein relativ voller oder ein leerer Beutel bzw. Staubbehälter vorliegt, da die dynamische Änderung entscheidend ist. Durch entsprechende Kennlinien, Modelle, neuronale Netze o.ä. kann der Einfluss des Beutels bzw. des Staubbehälters berechnet und die Düse bestimmt werden.
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Die zu unterscheidenden Düsen müssen dabei allerdings unterschiedliche Querschnitte, d.h. unterschiedliche Blenden, aufweisen, um eine sichere Unterscheidung zu gewährleisten.
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Beim Wechsel des Saugzubehörs ändern sich die Messwerte innerhalb einiger 100 ms bis hin zu wenigen Sekunden. Die Änderung des Messwertes aufgrund eines sich füllenden Beutels bzw. Staubbehälters erfolgt jedoch innerhalb von mehrere 10 Sekunden, z.B. beim Aufsaugen einer Tüte Mehl, bis hin zu mehreren Minuten, z.B. bei Baustaub, oder sogar Stunden beim „normalen“ Saugen, weshalb zwischen den beiden Änderungen unterschieden werden kann.
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Beim Wechsel des Saugzubehörs bei einem ausgeschalteten Sauger können die vorherigen Messwerte des letzten Saugvorgangs in einen Speicher abgelegt werden. Für die Erfassung kann angenommen werden, dass der Beutelfüllstand sich bei einem ausgeschalteten Sauger nicht verändert hat, so dass sich die Änderungen der Messdaten auf ein anderes Saugzubehör zurückführen lässt. Denkbar ist es dann die Erkennung durchzuführen, wenn die Messwerte konstant sind, da dann davon aufgegangen wird, dass sich das Saugzubehör in der Luft befindet. Dies ist bei den meisten Zubehörteilen oft der Fall.
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Durch die Erkennung des Tools und somit auch der Blende ist es möglich, den Beutel-/Behälterfüllstand ohne zusätzliche Sensorik nur mit den Gebläsedaten wie beispielsweise elektrischer Leistung und Drehzahl zu bestimmen bzw. unter dem Einsatz bei einer zusätzlichen Erkennungsschaltung, aber ohne zusätzliche Sensorik (z.B. Unterdrucksensor).
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Denkbar wäre auch, falls das Zubehörteil erkannt ist, beispielsweise auch durch zusätzliche Hardware, innerhalb der „kurzen Zeit“, in der beim Wechsel durch den Kunden gar kein Tool angeschlossen ist, den Unterdruck zu erfassen, um beispielsweise ein verstopftes Saugrohr zu identifizieren.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
- 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Staubsaugers in Form eines erfindungsgemäßen Handstaubsaugers; und
- 2 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Modells des erfindungsgemäßen Staubsaugers der 1.
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Die 1 wird in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung X, welche auch als Tiefe X oder als Länge X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsrichtung X erstreckt sich eine Querrichtung (nicht dargestellt), welche auch als Breite bezeichnet werden kann. Senkrecht sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung erstreckt sich eine vertikale Richtung Z, welche auch als Höhe Z bezeichnet werden kann.
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Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Staubsaugers 1 in Form eines Handstaubsaugers 1. Der Handstaubsauger 1 weist ein Gehäuse 10 auf, welches mittels eines Griffs 11 von einem Benutzer gehalten und auf einem Untergrund 2 in Form eines Bodens 2 bzw. eines Bodenbelags 2 als zu reinigende Fläche 2 geführt werden kann. In dem Gehäuse 10 ist ein Gebläse 12 samt eines elektrischen Motors 12a zum Antreiben des Gebläses 12 angeordnet. Der elektrische Motor 12a ist bürstenlos als Gleichstrommotor 12a ausgebildet. Der elektrischen Motor 12a erzeugt im Betrieb einen Volumenstrom durch einen Staubbehälter 19 hindurch. Ferner sind mindestens ein Filter und eine Ausblasöffnung vorhanden (nicht dargestellt).
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Dem Griff 11 gegenüberliegend ist ein Saugrohr 13 an dem Gehäuse 10 angeordnet. An dem dem Gehäuse 10 angewandten Ende des Saugrohrs 13 ist eine Saugdüse 14 als Aufsatz 14 vorgesehen, welche auch als Bodendüse 14 oder als Bürstenkopf 14 bezeichnet werden kann. Die Saugdüse 14 weist einen Innenraum auf, welcher in der vertikalen Richtung Z nach unten hin mittels einer Ansaugöffnung 16 offen ausgebildet ist. Innerhalb des Innenraums der Saugdüse 14 ist eine rotierbare Bürste 15 als rotierbare Borstwalze 15 angeordnet, welche mittels eines eigenen elektrischen Motors (nicht dargestellt) rotatorisch angetrieben werden kann. Der elektrische Motor der rotierbaren Bürste 15 ist bürstenbehaftet als permanenterregter Gleichstrommotor 15 ausgebildet.
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Der Handstaubsauger 1 weist ferner eine Steuerungseinheit 17 auf, welche sowohl den elektrischen Motor 12a des Gebläses 12 als auch den elektrischen Motor der rotierbaren Bürste 15 betreiben kann. Der elektrische Motor 12a des Gebläses 12, der elektrische Motor der rotierbaren Bürste 15 und die Steuerungseinheit 17 können von einem wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher 18 elektrisch versorgt werden.
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Erfindungsgemäß kann die Steuerungseinheit 17 die Drehzahl des elektrischen Motors 12a des Gebläses 12 aus dem Motor-Strom oder aus der Motor-Spannung bestimmen. Vorzugsweise kann die Steuerungseinheit 17 ferner den elektrischen Motor 12a des Gebläses 12 leistungsgeregelt betreiben. Die Drehzahl des elektrischen Motors 12a des Gebläses 12 stellt einen möglichen Parameter des elektrischen Motors 12a des Gebläses 12 dar, welcher erfindungsgemäß erfasst bzw. bestimmt werden kann.
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In jedem Fall kann seitens der Steuerungseinheit 17 wenigstens ein Parameter des elektrischen Motors 12a des Gebläses 12 wie beispielsweise dessen Drehzahl erfasst sowie auf der erfassten Drehzahl des elektrischen Motors 12a des Gebläses 12 und auf einem hydraulischen Modell 30 basierend ein hydraulischer Parameter des Staubsaugers 1 bestimmt werden. Der hydraulische Parameter des Staubsaugers 1 kann insbesondere der Volumenstrom und bzw. oder die Druckdifferenz des Gebläses 12 sein.
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In jedem Fall kann der hydraulische Parameter genutzt werden, um für den Betrieb des Staubsaugers 1 nützliche Informationen wie beispielsweise einen Bodenbelag 2 bzw. eine Änderung bzw. einen Wechsel des Bodenbelags 2 zu erkennen, ohne dass hierzu Sensoren verwendet werden müssen. Dies kann auch verwendet werden, um ohne aktive bzw. elektronische Elemente bzw. Mittel eines Aufsatz 14 bzw. einen Wechsel eines Aufsatzes 14 zu erkennen. Dies gilt ebenso für den Füllstand des Staubbehälters 19 bzw. Beutels 19 bzw. dessen Änderung. Dies kann durch das kontinuierliche Erfassen und Auswerten des hydraulischen Parameters des Staubsaugers 1 im Betrieb und bzw. auch durch gezielte Anregung mittels vorbestimmter Änderungen der Sollvorgabe des Parameters des elektrischen Motors 12a des Gebläses 12 erfolgen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines hydraulischen Modells 30 des erfindungsgemäßen Staubsaugers der 1.
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Das Model 30 des Gebläses 12 erzeugt einen Unterdruck. Abhängig von der Differenz zwischen dem Umgebungsdruck 34, dem erzeugten Unterdruck des Gebläses 12 und den hydraulischen Widerständen 31, 32, 33, welche den hydraulischen Widerstand 31 am Übergang des Gebläses 12 zum Staubbehälter 19, den hydraulischen Widerstand 32 des Staubbehälters 19 und den hydraulischen Widerstand 33 am Saugrohr 13 bzw. an dessen Blende bzw. am Querschnitt des Saugabgang darstellen, wird ein Volumenstrom erzeugt. Dabei ist der hydraulische Widerstand zwischen dem Gebläse 12 und dem Staubbeutel 19 vernachlässigbar. Der Umgebungsdruck 34 wird als konstant angenommen. Ferner können der Druck 35 am Saugabgang und der Druck 36 vor dem Staubbehälter 19 berücksichtigt werden.
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Änderungen des hydraulischen Arbeitspunktes des Gebläses 12 ergeben sich somit durch Änderungen des Widerstandes vom Beutel 19 oder durch Änderungen der Blende bzw. des Aufsatzes 14. Der Widerstand vom Beutel 19 ändert sich in der Regel relativ langsam und eine Änderung des Bodenbelags 2 erfolgt relativ schnell, weshalb zwischen den beiden möglichen Änderungen unterschieden werden kann.
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Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)
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- X
- Längsrichtung; Tiefe; Länge
- Z
- vertikale Richtung; Höhe
- 1
- Staubsauger; Handstaubsauger
- 10
- Gehäuse
- 11
- Griff des Gehäuses 10
- 12
- Gebläse
- 12a
- (bürstenloser) elektrischer Motor bzw. Gleichstrommotor des Gebläses 12
- 13
- Saugrohr
- 14
- Aufsatz; Saugdüse; Bodendüse; Bürstenkopf
- 15
- rotierbare (Boden-) Bürste; rotierbare Borstwalze
- 16
- Ansaugöffnung
- 17
- Steuerungseinheit
- 18
- wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher; Akkumulator; Akku, Batterie
- 19
- Staubbehälter; Beutel
- 2
- Untergrund; Boden; Bodenbelag; zu reinigende Fläche
- 3
- Hydraulisches Modell
- 30
- Model des Gebläses 12 (Unterdruckerzeuger)
- 31
- Hydraulischer Widerstand - Übergang Gebläse 12 zum Staubbehälter 19
- 32
- Hydraulischer Widerstand - Staubbehälter 19
- 33
- Hydraulischer Widerstand - Saugrohr 13 bzw. dessen Blende/Querschnitt Saugabgang
- 34
- Umgebungsdruck
- 35
- Druck am Saugabgang
- 36
- Druck vor dem Staubbehälter 19
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007021299 A1 [0011, 0012, 0049, 0050]
- EP 2875767 A1 [0017]
- EP 2595522 A1 [0018]