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Einrichtung zum Messen und Anzeigen des Verschmutzur.gsgrades eines
in einem Staubsauger eingebauten Staubfilters Die Erfindung bezieht sich auf eine
Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art. Eine derartige
Einrichtung ist allgemein bekannt, Bei elektrischen Staubsaugern besteht das Problem,
daß der als Staubfilter dienende Staubsack bzw. Staubbeutel mit zunehmender Verschmutzung
einen wachsenden Strömungswiderstand für den Saugluftstrom des Staubsaugergebläses
darstellt, wodurch die Saugleistung des Staubsaugers immer stärker abnimmt.
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Da die Benutzer von Staubsaugern vielfach erst bei ganz geringer Saugleistung
auf die völlige Verschmutzung des Staubfilters aufmerksam werden, insbesondere,
wenn sich dieser im Gehäuseinneren des Staubsaugers befindet, arbeiten Staubsauger
häufig mit einem schlechten Wirkungsgrad. Um diesem dübel abzuhelfen, wurden mechanisch
arbeitende Anzeigeeinrichtungen geschaffen, welche der Bedienungsperson den Grad
der Staubfilterverschmutzung bzw. die Notwendigkeit einer Reinigung bzw. Erneuerung
des
Staubfilters anzeigen. Diese bekannten Einrichtungen erfassen und bewerten die Druckdifferenz
zwischen dem Außenatmosphärendruck und dem Saugluftdruck, welche ein Maß für den
Strömungswiderstand des Staubfilters und damit für dessen Verschmutzungsgrad darstellt
. Hierzu wird bei einer bekannten Ausführungsform ein in einem Zylinder beweglich
gelagerter, unter Federvorspannung stehender Kolben durch die auf die Kolbenstirnfläche
einwirkende Druckdifferenz verstellt.
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Die Kolbenverstellung ist für die Bedienungsperson durch ein Sichtfenster
erkennbar, wobei durch Verwendung verschiedenfarbiger Bereiche die Erkennung des
Staubfilterzustandes erleichtert wird.
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Eine andere Ausführungsform derartiger mechanisch arbeitender Anzeigeeinrichtungen
besteht darin, in einer mit Luftöffnungen versehenen Kammer ein kleines Plättchen
freipendelnd aufzuhängen, das von einem durch die Druckdifferenz zwischen dem Atmosphärendruck
und dem Sauglaftdruck erzeugten Luftstrom angeströmt wird, wobei das Plättchen je
nach der Stärke dieses Luftstroms mehr oder weniger aus seiner Ruhelage ausgelenkt
wird. Eine mit dem Plättchen verbundene Anzeigefläche läßt über ein Sichtfenster
den Ausschlag des Plättchens und damit den Verschmutzungsgrad des Staubfilters erkennen.
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Die bekannten mechanischen Anzeigeeinrichtungen sind indessen außerordentlich
störungsanfällig, da mit dem durchströmenden Luftstrom Feinstaub in die Anzeigeeinrichtung
gelangt, der sich
dort ablagert und die Bewegung des als Anzeigeelements
vorwendeten Kolbens bzw. Flättohens hemmt oder blockiert. Des weiteren ist eine
Anbringung der gesamten mectlanischen Anzeigeeinrichtung, also auch des Anzeigeelementes
im Bereich des unteren, das S-taubfilter aufnehmendenStaubsaugergehäuseabschnitts
erforderlich, der bei der Benutzung des Staubsaugers außerhalb des Benutzer-Blickfeldes
liegt. Als Folge dieser ungünstigen Anbringung werden die bekannten Anzeigeein richtungen
nicht oder nur selten abgelesen, was den damit bezweckten Erfolg zunichtemacht oder
zumindest in Frage stellt.
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Eine Verbesserting im Hinblick auf die Ablesbarkeit bieten elektrische
Anzeigeeinrichtungen, da hier das Anzeigeelement räumlich getrennt von dem IIeßaufnelzmer,
insbesondere an der günstigsten Stelle des Benutzer-3lickfeldes angebracht werden
kann. Als Meßaufnehmer ist bei einer bekannten elektrischen Anzeigeeinrichtung ein
Differenzdruckschalter vorgesehen, des- vorgesehen, sen Schaltzunge als Liembrane
ausgebildet ist, die bei einer vorgewählten Druckdifferenz zwischen Atmosphärendruck
und dem Saugluftdruck einen Stromkreis schließt bzw. öffnet. Derartige Differenzdruckschalter
sind jedoch teuer und infolge der erforderlichen Einbaujustage aufwendig Die Aufgabe
der Erfindung besteht demgemäß darin, eine Anzeigeeinrichtung der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, welche auf einfachere, billigere Weise eine zuverlässige, gut ablesbare
Anzeige des Staubfilterverschmutzungsgrades bzw. der Notwendig
breit
einer Reinigung oder eines Wechsels des Staubfilters gestattet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Anzeigeeinrichtung
nach Fig0 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 8 gekennzeichnet.
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Der in den Ansprüchen geschützte Erfindungsgedanke der vorliegenden
Erfindung besteht darin, daß die von der Saugluft menge oder einer der Saugluftmenge
proportionalen Meßluftmenge bewirkte Kühlung eines temperaturabhängigen elektrischen
Widerstandes für die elektrische Meßung und Anzeige des Staubfilterversc#imutzungsgrades
herangezogen werden kann. Die Ligenschaft von temperaturabhängigen Widerständen
besteht darin, daß sie mit zunehmender Erwärmung einen steigenden oder fallenden
elektrischen Widerstandswert aufweisen, was durch die Anordnung des temperaturabhängigen
Widerstandes in einer gleichstromgespeist en Widerstands-Parallelschaltung in eine
ent sprechende Stromänderung umgesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt
somit eine Abhängigkeit der elektrischen Größe "Strom"von der Meßgröße "Verschmutzungsgrad"
über die Parameter "Strömungswiderstand", "Luftmenge @ro Zeiteinheit", "Kühlung
pro Zeiteinheit", "Temperaturänderung" und "Widerstandsänderung" her. Diese Verknüpfung
erfolgt in konstruktiv verblüffend einfacher Weise durch das Einsetzen eines temperaturabhängigen
Widerstandes
in den ohnehin vorhandenen Saugluftkanal des Staubsaugers oder in eine mit wenigen
zusatzlichen Mitteln zu schaffende Meßluftka##er, wobei die Verivendung von ausschließlich
elektrischen Bauteilen für die erfindung#gemäße Anzeigeeinrichtung ein Höchstmaß
an Zuverlässigkeit gewährleistet. Die Auswertung der den Widerstandsänderungen des
temperaturabhängigen Widerstandes proportionalen Stronänderungen kann auf mannigfaltige
Weise erfolgen: Zum einen kann ein Leuchtelement, z.B. eine Glühlampe oder eine
Leuchtdiode, vorgesehen werden, welches aufleuchtet, wenn die Stromänderung eine
bestimmte Ansprechschwelle überschreitet; zum anderen kann anstelle oder zusätzlich
zu dem Anzeigeolenient ein Schaltelement zum Beeinflussen verschiedener Staubsaugerfunktionen
vorgesehen werden, das durchgeschaltet oder geöffnet wird, wenn die Stromänderung
eine bestimmte Schaltschwelle überschreitet. Für die von dem Staubfilterverschmutzungsgrad
abhängige Widerstandsänderung des temperaturabhängigen Widerstandes ist es belanglos,
ob der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes mit steigender Temperatur
abnimmt oder zunimmt. Temperaturabhängige Widerstände mit abnehmendem Widerstandswert
bei steigender Temperatur sind sogn. Heißleiter, die üblicheF-weise als Widerstände
mit negativem Temperaturkoeffizienten bezeichnet werden und aus Halbleitermaterial
bestehen. Dagegen bestehen temperaturabhängige Widerstände mit steigendem Widerstandswert
bei steigender Temperatur aus Metall, beispielsweise Platin. Die erwähnte Stromänderung
kann erforderlichenfalls verstärkt werden, um Anzeige- una/oder Schaltelemente zu
betätigen.
Unter dem Ausdruck "Schaltelemente" werden sowohl elektrische, elektronische und
elektro-mechanische Schalter als auch opto-eleh-tronische Schalter, insbesondere
Optokopp ler, verstanden. Weiterhin werden unter dem Ausdruck Anzeigeelemente" sowohl
die bereits erwähnten optischen Anzeigeelemente, wie Glühlampen oder Leuchtdioden,
als auch akustische Anzeigeelemente verstanden, wobei akustische Anzeigeelemente
natürlich voraussetzen, daß sie von dem Geräusch des Staubsaugers nicht übertönt
werden.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt: Fign. 1 und 2 Längsschnitte durch jeweils einen Handstaubsauger
mit einem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung;
Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild der Anzeigeeinrichtungen gemäß Fign. 1 und 2,
und Fign. 4a bis 4d verschiedene Schaltungsbeispiele für ein bei dem Schaltbild
nach Fig. 3 vorgesehenes Anzeige-und/oder Schaltelement.
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Der in den Fign. 1 und 2 im Längsschnitt veranschaulichte Handstaubsauger
umfaßt ein Gebläse 1, das von einem Motor 2 angetrieben wird. Das Gebläse 1 fördert
einen Saugluftstrom, der von einem nicht dargestellten Saugwerkzeug über einen Einströmstutzen
3
in ein Staubfilter 4 und von dort in die Einströmöffnung 5 des Gebläses 1 gelangt.
Das Staubfilter 4 ist beispielsweise als Papiersack ausgebildet, der mit seiner
Öffnung über das hintere Ende des Einströmstutzens 3 gelegt und durch einen Gummiring
30 oder dergleichen festgeklemmt wird. Zum Auswechseln des Staubfilters 4 ist der
linke, vordere Teil des Staubsaugergehäuses 14 abnehmbar ausgebildet, wobei Schnappverschlüsse
31 für die Befestigung des abnehmbaren Gehäuseteils mit dem restlichen Gehäuse sorgen.
Der Staubsauger weist ferner einen Handgriff 9 und einen dem Einströmstutzen 3 axial
gegenüberliegenden Ausströmstutzen 19 auf. Der insoweit erläuterte Staubsaugeraufbau
ist bekannt, so daß eine weitere Funktionserläuterung des Staubsaugers entbehrlich
ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist erfindungsgemäß ein temperaturabhängiger
Widerstand 6 zwischen dem Staubfilter 4 und dem Gebläse 1 uwnittelbar vor dessen
Einströmöffnung 5 angebracht. Der temperaturabhängige Widerstand 6 liegt somit voll
in dem Saugluftstrom und wird daher von diesem gekühlt.
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Mit zunehmender Verschmutzung des Staubfilters 4 verringert sich der
Saugluftdurchsatz pro Zeiteinheit, wodurch die Temperatur des Widerstandes 6 ansteigt
und sich daher dessen Widerstandswert ändert. Im Falle eines temperaturabhängigen
Widerstandes 6 mit negativem Temperaturkoeffizienten, einem sogen6 "Heißleiter",
verringert sich der Widerstandswert bei steigender Temperatur, wohingegen im Falle
von Metallwiderständen, beispielsweise Platinwiderstände, der Widerstandswert bei
steigender
Temperatur ansteigt. Die schaltungs-technische Erfassung
dieser Änderung des Widerstandswertes ist in Fig. 3 veranschaulicht und wird nachstehend
noch im einzelnen erläutert. Zum Verständnis der Fig, 1 genügt es zunächst zu wissen,
daß die in Fig. 3 dargestellte Auswertschaltung bis auf ein optisches Anzeigeelement
8 in einem Gehause 7 auf der Innenseite des Staubsaugergehäuses angebracht ist.
Das optische Anzeigeelement 8 durchsetzt das Staubsaugergehäuse so, daß es mit seinem
kalottenförmigen Leuchtkörper auf der Außenseite des Staubsaugergehäuses in der
Nähe des Handgriffs 9 und damit an einer hervorragenden Stelle innerhalb des Benutzer-Blickfeldes
liegt. Die gut einsehbare Lage des optischen Anzeigeelementes 8 gewährleistet, daß
die Überschreitung eines zulässigen Verschmutzungsgrades des Staubfilters 4 und
das damit verbundene Aufleuchten des Anzeigeelementes 8 von der Bedienungsperson
nicht übersehen werden kann.
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Die Ausführungsform nach Fig, 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform
nach Fig. 1 dadurch, daß der temperaturabhängige Widerstand 6 innerhalb einer Kammer
10 angebracht ist, die sich zwischen der Gehäusewand des Staubsaugers und dem Staubfilter
4 erstreckt. Die Kammer 10 besitzt eine erste Öffnung 11, welche die Gehäusewand
des Staubsaugers durchsetzt und damit die Kammer 10 mit der Außenatmosphäre verbindet.
Ferner besitzt die Kammer 10 eine Reihe von zweiten Öffnungen 12, welche die Kammer
10 mit dem Gehäuseinneren des Staubsaugers und damit mit dem dort vorhandenen Saugluftstrom
verbinden. Da der Saugluftstrom einen Unterdruck innerhalb des Gehäuses 14 hervorruft,
tritt
zwischen den Öffnungen 11 und 12 ein Druckgefälle auf, das
einen Neben- oder Lleßluftstrom hervorruft, welcher durch die Öffnung 11 eintritt,
den temperaturabhängigen Widerstand 6 umströmt und durch die Öffnungen 12 in das
Gehäuseinnere des Staubsaugers austritt. Dieser Neben- oder Meßluftstrom kühlt den
temperaturabhängigen Widerstand 6 in ähnlicher Weise wie der Saugluftstrom im Falle
des Ausführungsbeispiels nach Fig01.
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Da jedoch die Luftmenge pro Zeiteinheit des den Widerstand 6 umströmenden
Meßluftstroms im Vergleich zu dem Saugluftstrom gering ist, empfiehlt es sich, auf
der Außenseite des Widerstandes 6 im Falle von Fig, 2 zusätzliche Kühlrippen anzubringen,
um den durch den Meßluftstrom hervorgerufenen Kühl- bzw.
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Meßeffekt zu erhöhen.
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Die Ausführungsform nach Fig. 2 besitzt gegenüber der Ausführungsform
nach Fig. 1 den Vorteil, daß die Kammer 10 mit dem Widerstand 5 verhältnismäßig
leicht in vorhar.#ene oder in der Produktion befindliche Staubsauger eingebaut werden
kann.
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Die in Fig0 3 veranschaulichte Schaltungsanordnung zur Auswertung
der vorstehend erläuterten Widerstandsänderungen des temperaturabhängigen Widerstandes
6 umfaßt eine Parallelschaltung 16, die von einer ' Stromquelle 27 über einen Vorwiderstand
28 gespeist wird. Der erste Zweig 15 der Parallelschaltung 16 enthält den temperaturabhängigen
Widerstand 6 und ein lediglich als Schaltungsblock veranschaulichtes Anzeige- und/oder
Schaltelement 13, das in Serie zu dem Widerstand
6 liegt. Der
zweite Zweig 17 der Parallelschaltung 16 besteht im dargestellten Beispielsfalle
aus einem Vergleichswiderstand 18. Da die an den Zweigen 15 und 17 anliegende Spannung
gleich der konstanten Ausgangsspannung der Spannungsquelle 27 ist, ändern sich bei
einer Widerstandsänderung des temperaturabhängigen Widerstandes 6 die in den Zweigen
15 und 17 fließenden Ströme. Die Stromänderung in dem Zweig 15 wird dazu benützt,
um bei Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Schwellwertes das Anzeigeelement
innerhalb des Blocks 13 zum Aufleuchten und/oder das Schaltelement innerhalb des
Blocks 13 zum Durchschalten bzw. Abfallen zu bringen.
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Beispiele für die Ausbildung des Blocks 13 gemäß Fig. 3 sind in den
Fign. 4a bis 4d veranschaulicht. Dabei ist zum besseren Verständnis der Schaltungsblock
13 mit gestrichelter Linie angedeutet.
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Fig. 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Anzeige-und/oder
Schaltelement 13 gemäß Fig. 3 lediglich aus dem Leuchtelement 8 gemäß Fign. 1 und
2 besteht, für welches eine Gluhlampe oder eine Leuchtdiode vorgesehen werden kann.
Fig. 4b zeigt demgegenüber ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Anzeige- und/oder
Schaltelement 13 gemäß Fig. 3 lediglich aus einem Schaltelement besteht, und zwar
aus einem Relais 20, dessen Erregerwicklung 21 in Serie zu dem temperaturabhängigen
Widerstand 6 liegt. Der Schaltkontakt des Relais 20 liegt im dargestellten Beispielsfalle
im Stromkreis des Staubsaugermotors
2, welcher von einer Wechselspannungsquelle
29, z.3.
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dem Stromnetz, gespeist wird. Fig. 4c zeigt die Kombination der Ausführungsbeispiele
gemäß Fig. 4a und 4b, wobei das Anzeigeelement 8 und das Relais 20 in Serie geschaltet
sind.
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Schließlich zeigt Fig. 4d ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Anzeige-
und/oder Schaltelement lediglich aus einem Schaltelement besteht, nämlich einem
Optokoppler 22, welcher eine Leuchtdiode 23 und einen von der Leuchtdiode 23 angestrahlten
Phototransistor 24 aufweist. Der Phototransistor 24 schaltet durch, wenn bei Überschreiten
eines bestimmten Stromschwellwertes die leuchtdiode 23 emitiert (durch drei Pfeile
angedeutet). Der Phototransistor 24 steuert eine Schaltverstärkerstufe 25, die in
ähnlicher Weise wie das Relais 20 gemäß Fig. 4b im Stromkreis des von einer Wechselspannungsquelle
29 gespeisten Staubsaugermotors 2 liegt. Der Optokoppler 22 besitzt den Vorteil
einer völligen Potentialtrennung zwischen der gleichspannungcg# speist en SchaltungsGno-sdllung
nach Fig. 7 und dem zu beeinflussenden, wechseistromgespeisten Stromkreis.
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Es versteht sich, daß der von dem Schaltelement innerhalb des Blocks
13 gesteuerte Stromkreis beliebiger Art sein kann und irgendeiner Funktion des Staubsaugers
zugeordnet ist. Ferner können auch mehrere, verschiedenen Funktionen des Staubsaugers
zugeordnete Stromkreise gleichzeitig von dem Schaltelement gesteuert werden, im
einfachsten Falle durch entsprechende Erhöhung der Relais-Schaltkontakte gemäß Fig.
4d. Diese Stromkreise können bei Überschreitung einer vorgegebenen Stromänderung
innerhalb
des Zweiges 15 (Fig0 3) entweder geschlossen oder geöffnet werden, je nach dem,
welche Funktionen des Staubsaugers durch den jeweiligen Stromkreis beeinflußt werden.
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L e e r s e i t e