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Die
Erfindung betrifft einen Staubsauger mit einem Elektromotor und
einem austauschbaren Vorsatzgerät,
bspw. Elektroteppichbürste,
wobei über eine
Schnittstelle neben zwei Stromversorgungsleitungen auch eine Steuerleitung
zur Übertragung
von analogen Signalen in das Vorsatzgerät geführt ist.
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Staubsauger
der in Rede stehenden Art sind bekannt. Diese verfügen über eine
Steuerleitung, über
welche bspw. die Leistung des Elektromotors eingestellt werden kann.
Dies kann üblicherweise über einen
Sollwertgeber im Handgriff des Staubsaugers erfolgen oder auch durch
ein Vorsatzgerät,
wie bspw. einer Elektroteppichbürste,
wobei bspw. in einer Parkstellung, d. h. Ruhestellung, oder bei
Betrieb eines entsprechenden Vorsatzgerätes eine Leistungsreduzierung
erzwungen wird. Die entsprechenden Signale zur Steuerung sind analoger
Art. So kann bspw. die Leistung des Elektromotors über einen
Widerstand bestimmt werden, mit welchem die Steuerleitung geschaltet
wird.
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Im
Hinblick auf den zuvor beschriebenen Stand der Technik wird eine
technische Problematik der Erfindung darin gesehen, einen Staubsauger
der in Rede stehenden Art anzugeben, bei welchem Signale digital
vom Staubsauger an das Vorsatzgerät oder vom Vorsatzgerät an den
Staubsauger übermittelt
werden, wobei eine Kompatibilität
zu Vorsatzgeräten,
die nur analoge Signale verarbeiten können, erhalten bleiben soll.
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Diese
Problematik ist zunächst
und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, wobei
darauf abgestellt ist, dass den analogen Signalen auf der Steuerleitung
digitale Signale überlagerbar
sind. Zufolge dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung können weitere
Funktionen mittels der digitalen Signale abgefragt bzw. ausgelöst werden,
ohne hierbei die Kompatibilität
zu Vorsatzgeräten,
die nur analoge Signale verarbeiten können, aufzugeben. Bei Vorsatzgeräten, die
digitale Signale und darüber
hinaus auch gegebenenfalls analoge Signale verarbeiten können, ist
durch die Erfindung eine nahezu beliebige Anzahl weiterer Steuerfunktionen
erreicht. Es ist hierbei eine bidirektionale Kommunikation zwischen
dem Staubsauger und verschiedenen Vorsatzgeräten erreicht, welche beliebig erweiterbar
ist. Alle Vorsatzgeräte,
d. h. rein analoge Signale verarbeitende als auch digitale Signale
verarbeitende Vorsatzgeräte,
können
erkannt werden und sich beim Staubsauger anmelden. So kann durch
die automatische Erkennung von Vorsatzgeräten über interne Signale eine auf
das Vorsatzgerät angepasste
Einstellung der Saugleistung erfolgen. Darüber hinaus ist in einer weiteren
Anwendung eine automatische Regelung der Saugleistung erreicht. So
kann bspw. bei einem Festklemmen einer Elektroteppichbürste die
Saugleistung des staubsaugerseitigen Elektromotors heruntergefahren
werden. Auch ist eine automatische Steuerung von Funktionen der Vorsatzgeräte, bspw.
ein Umschalten von Teppichbetrieb auf Hartbodenbetrieb erreichbar.
Mittels der digitalen Signale kann auch im Zusammenhang mit einer
automatischen Bodenerkennung im Vorsatzgerät die angepasste Saugleistung
gewählt
werden. In einer weiteren Anwendung ist die Fernsteuerung von Funktionen
der Vorsatzgeräte
vom Staubsauger aus vorgesehen. Bevorzugt ist diesbezüglich, dass
die analogen und digitalen Signale zeitgleich übertragbar sind. Hierbei wird
dem analogen Signal auf der Steuerleitung ein digitales Signal ohne
DC-Anteil überlagert.
Dieses Signal überträgt serielle
Daten, wobei ein Kanalcodierverfahren zur Anwendung kommt, weiter
bevorzugt die digitalen Signale im Manchester-Code übertragen
werden. Hierzu wird bevorzugt dem analogen Signal für eine Zeitspanne Λt eine Spannung ΛU überlagert,
unmittelbar gefolgt von einer Spannung -ΛU. Das zeitliche Mittel beträgt demnach
unverändert
U0. Die analoge Spannung U0 wird auf
der Empfängerseite
mit einem Tiefpass herausgefiltert. Wird eine logische 1 übermittelt,
wird bspw. zunächst
eine negative Spannung -ΛU
und unmittelbar hierauf eine positive Spannung ΛU gesendet. Bei einer logischen
0 wird bspw. zuerst eine positive Spannung und hiernach eine negative
Spannung gesendet.
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Denkbar
ist auch eine Codierung, bei welcher eine logische 0 als Wechsel
von einer negativen Spannung auf eine positive Spannung und bei
einer logischen 1 entsprechend umgekehrt definiert ist. Auch weitere
alternative Codes können
zum Einsatz kommen. So kann der gewählte Code auch ein DC-freier
NRZ-Code (No Return
to Zero-Code) sein, womit ein Code bezeichnet ist, der am Ende der
Zeichen nicht zwangsläufig
auf Nullpotential zurückkehrt.
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Die
digitalen Signale werden auf der Empfängerseite mit einem Hochpass
herausgefiltert. Zufolge dieser Ausgestaltung können beliebig viele Informationen
mit Hilfe der seriellen Codes übertragen werden,
ohne das analoge Signal zu stören.
Alternativ zu dem Manchester-codierten Signal kann dem DC-Signal
auf der Steuerleitung auch ein Tonfrequenzsignal überlagert
werden. Diesbezüglich
wird vorgeschlagen, dass dem analogen Signal ein impulsmoduliertes
Tonfrequenzsignal überlagert
wird. Wie auch bei dem Manchester-codierten Signal wird auch das
Tonfrequenzsignal ohne DC-Anteil überlagert. Diesbezüglich ist
weiter vorgesehen, dass das Tonfrequenzsignal mittels eines resonanzabgestimmten
Filters von dem Analogsignal getrennt wird, wobei auch Störsignale
ausgefiltert werden. Das so zurückgewonnene
Tonfrequenzsignal wird mittels eines Gleichrichters demoduliert
und mit einem Tiefpass in das ursprüngliche Impulssignal zurückgewandelt.
Durch die Erfindung erfolgt die Kommunikation zwischen Staubsauger
und Vorsatzgerät
auf digitalem Wege mittels DC-freier Signale über eine Steuerleitung, die
als 1-Draht-Bus benutzt wird. Kern des Systems ist der Staubsauger.
Dieser sendet und empfängt
Signale über
die Steuerleitung. Die Signale werden mit Hilfe eines Mikrocontrollers
erzeugt und ausgewertet oder alternativ mit Hilfe diskreter analoger
oder digitaler Bausteine. In jedem Vorsatzgerät befindet sich ebenfalls ein
Interface, das Signale über die
Steuerleitung senden kann oder von dieser empfängt. Das Interface in den Vorsatzgeräten ist
bevorzugt mit Sensoren und Aktoren verbunden, wobei die Sensoren
dem zentralen Mikrocontroller in dem Staubsauger bspw. Informationen über die
Art des Vorsatzgerätes,
die Umge bungsbedingungen und den Zustand des Vorsatzgerätes liefert.
Mittels der Aktoren können
die Funktionen der Vorsatzgeräte gesteuert
werden.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen, welche lediglich
Ausführungsbeispiele
darstellen, näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen erfindungsgemäßen Staubsauger
mit einem austauschbaren Vorsatzgerät in Form einer Saugdüse;
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2 eine schematische Schaltungsdarstellung
der Kommunikationswege zwischen Vorsatzgerät und Staubsauger;
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3 ein Diagramm eines Manchester-codierten
Signals, welches dem üblichen
analogen Signal einer Steuerleitung zwischen Vorsatzgerät und Staubsauger überlagert
ist;
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4 ein Diagramm eines impulsmodulierten
Tonfrequenzsignals zur Kommunikation zwischen Vorsatzgerät und Staubsauger;
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5 ein schematischer Ablaufplan
einer Sendeeinheit für
digitalisierte Tonfrequenzsignale;
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6 ein schematischer Ablaufplan
einer Empfängereinheit
für digitalisierte
Tonfrequenzsignale.
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Dargestellt
und beschrieben ist zunächst
mit Bezug zu 1 ein Staubsauger 1 in
Form eines Handstaubsaugers mit einem nicht näher dargestellten Elektromotor 2 einer
Saug-Gebläse-Einheit,
an welchem Staubsauger 1 ein Vorsatzgerät 3 -hier in Form
einer Saugdüse-
sowohl elektrisch als auch strömungstechnisch
angeschlossen ist.
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Zum
elektrischen Anschluss des Staubsaugers 1 ist dieser mit
einer Anschlussleitung 4 versehen. Die Steuerung der Saugleistung
der Saug-Gebläse-Einheit
kann manuell über
einen handbetätigbaren
Schieberegler 5 im Bereich eines Griffes 6 erfolgen.
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Der
Elektromotor 2 des Staubsaugers 1 und gegebenenfalls
auch ein in dem Vorsatzgerät 3 angeordneter
Elektromotor, bspw. zum Antrieb von Teppichbürsten, sind jeweils mit der
N- und L-Leitung der Anschlussleitung 4 verbunden, wobei
zwischen Staubsauger 1 und Vorsatzgerät 3 eine Schnittstelle 7 in
Form von Steckkontakten vorgesehen ist. Diese Schnittstelle 7 ist
in 2 lediglich schematisch
dargestellt. Weiter ist im Bereich dieser Elektro-Schnittstelle 7 auch
die Schnittstelle der Saugleitungsabschnitte von Staubsauger 1 und
Vorsatzgerät 3 vorgesehen.
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Zusätzlich zu
den beiden Stromversorgungsleitungen L und N ist eine Steuerleitung 8 zur Übertragung
sowohl von analogen als auch digitalen Signalen zwischen Staubsauger 1 und
Vorsatzgerät 3 vorgesehen.
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Über die
Steuerleitung 8 werden in bekannter Weise analoge Signale übertragen,
bspw. zur Erkennung des Betriebszustandes des Vorsatzgerätes 3.
Aufgrund der erforderlichen Störspannungsabstände können auf
diesem konventionellen Wege der analogen Signalübertragung nur eine begrenzte
Anzahl von verschiedenen Signalen übertragen werden.
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Um
dem Bedürfnis
einer Übertragung
einer Vielzahl von verschiedenen Signalen zu begegnen und darüber hinaus
auch weiterhin eine Kompatibilität
zu Vorsatzgeräten 3,
die nur analoge Signale verarbeiten können, zu bieten, ist erfindungsgemäß eine digitale
Signalübertragung
vorgesehen, welche digitalen Signale den analogen Signalen auf der
Steuerleitung 8 überlagert
sind.
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So
ist ein System geschaffen, welches einen Staubsauger 1 umfasst,
der mit einer Vielzahl von Vorsatz- und Zusatzgeräten betrieben
werden kann. Die Kommunikation erfolgt mittels DC-freier Signale über die
Steuerleitung 8, die als 1-Draht-Bus benutzt wird. Kern
des Systems ist der Staubsauger 1. Dieser sendet und empfängt Signale über die
Steuerleitung 8.
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Die
digitalen Signale werden mit Hilfe eines in einer Elektronikbaugruppe 9 befindlichen
Mikrocontrollers des Staubsaugers 1 erzeugt und ausgewertet.
Alternativ kann die Erzeugung und Auswertung der digitalen Signale
auch mit Hilfe diskreter analoger oder digitaler Bausteine erfolgen.
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In
jedem Vorsatzgerät 3 befindet
sich ebenfalls ein Interface 10, welches die digitalen
Signale über
die Steuerleitung 8 senden kann oder von dieser empfängt. Das
Interface 10 ist über
die Elektro-Schnittstelle 7 zur Spannungsversorgung mit
der N- und L-Leitung verbunden.
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Das
Interface 10 in den Vorsatzgeräten 3 ist mit Sensoren 11 und
ggf. mit Aktoren 12 verbunden. Die Sensoren 11 liefern
dem zentralen Mikrocontroller in der Elektronikbaugruppe 9 des
Staubsaugers 1 bspw. Informationen über die Art des Vorsatzgerätes 3, über die
Umgebungsbedingungen (bspw. Art des zu reinigenden Bodenbelags)
und über
den Zustand des Vorsatzgerätes 3.
Mittels der Aktoren 12 können Funktionen der Vorsatzgeräte 3 gesteuert
werden, so bspw. das Ein- bzw. Abschalten einer elektromotorisch
angetriebenen Bürste.
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Wie
erwähnt,
wird dem analogen Signal auf der Steuerleitung 8 ein digitales
Signal ohne DC-Anteil überlagert.
Dieses Signal überträgt serielle
Daten, welche bspw. gemäß der Darstellung
in 3 im Manchester-Code übertragen
werden können.
Hierzu wird dem analogen Signal U0 für eine Zeitspanne Λt eine Spannung
AU überlagert
und unmittelbar darauf eine Spannung -ΛU. Demzufolge beträgt das zeitliche
Mittel unverändert
U0.
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Die
analoge Spannung U0 wird beim Empfänger mit
einem Tiefpass herausgefiltert.
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Eine
logische 1 wird in dem Ausführungsbeispiel übermittelt,
indem zunächst
eine negative Spannung -ΛU
und unmittelbar darauf eine positive Spannung ΛU gesendet wird. Bei einer logischen
0 wird zunächst
eine positive Spannung ΛU
und nachfolgend eine negative Spannung -ΛU gesendet. Diese seriellen
Signale werden mit Hilfe eines Hochpasses ausgekoppelt.
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Zufolge
dieser Signalübertragung
können zeitgleich
analoge und digitale Signale übermittelt werden,
wobei durch die Digitalisierung mit Hilfe der seriellen Codes beliebig
viele Informationen gesendet werden können, ohne das analoge Signal
zu stören.
Anstelle des Manchester-codierten Signals gemäß 3 kann dem DC-Signal auf der Steuerleitung 8 auch
ein Tonfrequenzsignal gemäß 4 überlagert werden, welches impulsmoduliert
ist. Hierzu weist der Sender 13 einen Impulsgeber 14 und
einen Tonfrequenzgenerator 15 auf, deren Signale (Impulssignal 16,
Tonfrequenzsignal 17 zur Erzeugung des impulsmodulierten
Tonfrequenzsignals 18 über einen
Modulator 16 gekoppelt sind.
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Dieses
impulsmodulierte Tonfrequenzsignal 18 ohne DC-Anteil wird
mittels eines resonanzabgestimmten Filters 19 eines Empfängers 20 wieder
vom DC-Signal getrennt. Hierbei werden auch Störsignale ausgefiltert. Das
so zurückgewonnene
Tonfrequenzsignal wird mittels eines Gleichrichters 21 demoduliert
und anschließend
mit einem Tiefpass 22 wieder in das ursprüngliche
Impulssignal 16 zurückgewandelt.
An dem Tiefpass 22 kann sich eine Triggerstufe 23 anschließen.
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Zufolge
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist eine bidirektionale Kommunikation zwischen Staubsauger 1 und
verschiedenen Vorsatzgeräten 3 geschaf fen,
welche gleichzeitig sowohl auf analogen als auch auf digitalen Signalen
einer gemeinsamen Steuerleitung 8 basieren.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für
sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird
hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.