DE3803826A1 - Schutzschaltung fuer einen elektromotorisch angetriebenen fluessigkeitssauger - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schutzschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Speziell ausgebildete Staubsauger bzw. staubsauger-ähnlich arbeitende Vorrichtungen sind in der Lage, auch Flüssig­ keiten aufzusaugen; sie verfügen hierzu über einen Kessel, in welchem über ein von einem entsprechend kraftvollen Elektromotor angetriebenen Gebläse ein Unterdruck erzeugt wird, so daß im Kessel über eine entsprechende Leitung auch Flüssigkeiten eingesaugt und von diesem aufgenommen werden können. Es gibt auch Kombinationsvorrichtungen, die sowohl Stäube, Feststoffe u. dgl. als auch Wasser an­ saugen können.

Bei solchen, im folgenden als Flüssigkeits- oder Wasser­ sauger bezeichneten Vorrichtungen ist natürlich der Um­ stand problematisch, daß bei über ein vorgegebenes Niveau steigendem Wasserstand zunehmend auch Wasserteilchen oder überhaupt Flüssigkeiten angesaugt werden können, was auch dann problematisch für die Funktion und die Störungsfrei­ heit solcher Wassersauger sein kann, wenn die entsprechen­ den Wellenverbindungen zwischen Gebläse und Elektromotor hinreichend abgedichtet sind.

Es ist daher auch bekannt und wird praktiziert, bei solchen Wassersaugern bestimmte Niveau-Abschaltungen vorzunehmen, die darin bestehen können, daß man in gegebener Höhe innerhalb des Kessels beispielsweise einen Wassersensor, etwa bestehend aus zwei zueinander getrennten, strom­ führenden Drähten anordnet, die dann durch die angesaugte Flüssigkeit einen so weit unterschiedlichen Widerstand aufweisen, daß diese Zustandsänderung erfaßt und bei­ spielsweise zum Abschalten des Motors ausgewertet wird.

Es ist bei anderen Geräten aber auch bekannt, ein Sperr­ glied vorzusehen, welches bei Erreichen eines vorgegebenen Flüssigkeits- oder Wasserstandniveaus innerhalb des Kessels anspricht und die weitere Verbindung zwischen dem Motor/ Gebläsebereich und dem Kessel durch mechanische Abdichtung unterbricht. Eine bekannte Sperrgliedausbildung besteht aus einem innerhalb eines Käfigs geführten Tischtennis­ ball, der bei ansteigendem Niveau des Flüssigkeitsstands im Kessel so weit angehoben wird, daß er schließlich in den wirksamen Saugbereich des Gebläses gelangt und hier­ durch auf einen Sitz gesogen wird, der die weitere Ver­ bindung zwischen dem Kessel und dem Motor/Gebläse ab­ schließt.

In einem solchen Fall arbeitet der Staubsaugermotor weiter und treibt auch das Gebläse an, was ja auch von wesentlicher Bedeutung für die Sperrwirkung ist, da sonst der Tennis­ ball seine Ventilfunktion wieder verlieren und herabfallen würde. Problematisch ist hierbei aber, daß die mit einem solchen Gerät arbeitende Person nicht notwendigerweise merkt, daß somit die Verbindung unterbrochen ist, da sich die Geräuscherzeugung des Geräts insgesamt nur wenig ändert, andererseits aber der Elektromotor durch das ständige Arbeiten gegen einen wesentlich erhöhten Wider­ stand in einen gefährlichen Zustand geraten kann, sich auf jeden Fall erheblich überhitzt und gegebenenfalls ein Durchbrennen der Wicklungen bzw. aufgrund der gegen den starken Widerstand arbeitenden und hierdurch auch ge­ bremsten Elektromotordrehbewegung starker Kohleverbrauch, Funkenerzeugung u. dgl. auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Flüssigkeits- oder Wassersauger oder auch bei kombinierten Staub-/ Wassersaugern dafür zu sorgen, daß nach erfolgtem Verschluß der Verbindung zwischen dem Kessel und dem Be­ reich Motor/Gebläse der Motor geschont und Störungen oder Beschädigungen vermieden werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung löst die genannte Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß im wesentlichen mit elektrischen Mitteln und daher nach dem heutigen Stand der Technik auch sehr kostengünstig eine Möglichkeit geboten wird, die gleichzeitig den Motor abschaltet, also sichersteht, daß dieser nicht unter Umständen für lange und längste Zeit­ räume praktisch unter starker Bremsung weiterlaufen muß, ergänzend hierzu aber auch verhindert, daß ein sich ständig wiederholender Vorgang abläuft, das ganze System also so­ zusagen schwingt.

Diese Gefahr besteht immer dann, wenn ein bestimmter Zu­ stand ausgenutzt wird, um beispielsweise wie hier eine Motor-Abschaltung zu bewirken; da hierdurch der Zustand wegfällt, besteht auch die Notwendigkeit der Motor-Ab­ schaltung nicht mehr, so daß dieser wieder angeschaltet wird, den Zustand wieder herstellt und so fort.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schutzschaltung möglich. Tatsächlich ist die Schutzschaltung so aufgebaut, daß sie etwa nach Art einer elektrischen Sicherung nach dem Ab­ schalten des Elektromotors in eine Verriegelungsstellung übergeht, aus welcher sie erst durch Ziehen des Netz­ steckers bzw. Ausschalten des Staubsaugers wieder befreit und rückgesetzt werden kann, so daß dem Benutzer hiermit auch Gelegenheit gegeben wird, den mit Flüssigkeit ge­ füllten Kessel zu leeren.

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung stellt daher sicher, daß nach dem Abschalten des Motors auch eine gefahr- bzw. störungsfreie Manipulation an dem gesamten Gerät vorge­ nommen werden kann, auch wenn dieses nicht vom Netz ge­ trennt bzw. der Ausschalter betätigt wird, da überhaupt erst durch ein manuelles Ausschalten bzw. eine Netztrennung die Verriegelungsstellung überwunden werden kann.

Von Vorteil ist ferner, daß die elektrischen Teile der Schutzschaltung, abgesehen von dem hinreichend klein bau­ enden Unterdruckschalter, auf kleinstem Raum zusammengefaßt angeordnet werden können; hier ist auch eine vollkommene Kapselung, beispielsweise Vergießen der elektrischen Teile innerhalb eines Vergußgehäuses, soweit sie nicht ohnehin integriert sind, möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in detaillierter Schaltungsausführung den Grundaufbau der elektrischen Schaltung für das Ab­ schalten des elekrischen Antriebsmotors eines Wassersaugers und den Übergang in die Verriegelungsstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, bei Ansprechen des Sperrgliedes die praktisch abrupt ansteigende Unterdruckwirkung (da jetzt ein Ausgleich über die Atmosphäre nicht mehr möglich ist) mit Hilfe eines auf einen entsprechenden Schwellenwert eingestellten Unter­ druckschalters auszunutzen und diesen Unterdruckschalter in einer elektrischen Ansteuerschaltung für den das Gebläse des Wassersaugers antreibenden Elektromotor so anzuordnen, daß der Elektromotor irreversibel abgeschaltet wird; ein Einschalten also erst dann wieder möglich ist, wenn ent­ weder der Netzstecker gezogen oder das Gerät auf andere Weise, beispielsweise durch den meist serienmäßig vorhan­ denen Ausschalter eindeutig abgeschaltet worden ist.

Da Aufbau und Funktion sogenannter Wassersauger, aber auch kombinierter Staubsauger/Wassersauger für sich gesehen bekannt und auch nicht Gegenstand vorliegender Erfindung ist, wird von einer eingehenden Erläuterung derselben ab­ gesehen; auch die bekannte Sperrgliedausbildung, bei der beispielsweise mit Hilfe eines vom erzeugten Unterdruck angesaugten, in einem Käfig geführten Tischtennisball die Verbindung zwischen dem Kessel und dem Bereich Motor/Ge­ bläse unterbrochen wird, ist hinreichend bekannt und braucht nicht weiter erläutert zu werden.

Die Erfindung setzt an dieser Stelle ein und sieht an be­ liebiger Einbauposition dort, wo durch das Verschließen des Sperrgliedes ein Unterdruckanstieg erfolgt, einen Unterdruckschalter vor, vorzugsweise einen Unterdruck­ membranschalter, wie er für sich gesehen bei speziellen Anwendungsformen, beispielsweise zur Bestimmung des Staub­ beutelfüllungsgrads bei Staubsaugern schon bekannt ist (siehe z.B. DE-PS′n 27 12 201 und 28 35 473).

Dieser Unterdruckmembranschalter ist in der Zeichnung mit 15 bezeichnet und im speziellen Ausführungsbeispiel als Öffner ausgebildet. Die Schutzschaltung trägt das Bezugs­ zeichen 10 und umfaßt in Reihe mit dem Antriebsmotor 11 ein steuerbares Halbleiter-Schaltglied, vorzugsweise einen Haupttriac 12, der im angesteuerten Zustand den Antriebs­ motor 11 praktisch widerstandsfrei an die Eingangsklemmen 13, 13′ legt und im nichtangesteuerten Zustand den An­ triebsmotor 11 von seiner Versorgungsspannung abtrennt.

Die Ansteuerung des Haupttriags 12 erfolgt über einen so­ genannten Optotriac 14, kann aber über eine für sich ge­ sehen beliebig ausgebildete Schaltung erfolgen, die ledig­ lich so ausgelegt sein muß, daß sie bei Öffnen des Unter­ druckschalters 15 anspricht und den Motor 11 vom Netz trennt.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die in der Zeichnung dargestellte, die Erfindung anhand diskreter Schaltungselemente angebende Schaltung nicht einschränkend zu verstehen ist, sondern dazu dient, die funktionellen Grundwirkungen der Erfindung zu veranschaulichen und spezielle Funktionsabläufe in dieser Realisierungsform darzustellen. Es versteht sich, daß die Erfindung auch durch den Einsatz rein digitaler oder auch hybrider, stark integrierter Schaltungsblöcke aufgebaut sein kann oder gegebenenfalls auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche eines programmgesteuerten digitalen Systems, beispielsweise Einzweckrechner, Mikroprozessor u. dgl. umfassen kann.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gleich­ richterdiode 16 mit dem Reihenwiderstand 17 und einer wei­ teren Zenerdiode 18 für die Spannungsversorgung der Schaltung zuständig; es schließt sich dann ein erster Operationsverstärker 19 an, dessen einem Eingang über die Widerstände 20 und 21 eine konstante Schwellenspannung liegt und dessen anderem Eingang (-Eingang) über den Unter­ druckschalter 15 als Öffner die Ansteuerspannung zuge­ führt wird, die im gegebenen Fall für die Ausschaltung des Motors 11 und den Übergang in die Verriegelungspo­ sition zuständig ist. Über eine für negative Ansteuer­ impulse durchlässige Diode 22 ist mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers 19 ein weiteres Schaltungs­ element verbunden, welches die allgemeine Form eines Operationsverstärkers aufweist, in dem vorliegenden Fall jedoch ein bistabiles Kippglied 23 bildet, welches über die Diode 22 in seinen jeweils anderen, stabilen Schalt­ zustand umgeschaltet werden kann. Hierzu ist die Grund­ form des das Kippglied 23 bildenden Operationsverstärkers so ausgebildet, daß vom Ausgang zum Eingang (+ Eingang) eine Rückkopplungsleitung 24 geschaltet ist, die die bi­ stabile Kippgliedeigenschaft begründet. Auf die weiteren Schaltungselemente braucht nicht genau eingegangen zu werden; sie vervollständigen den vorliegenden Schaltungs­ aufbau und sorgen in der Funktion jedenfalls dafür, daß jeweils beim Einschalten, also Anlegen der Netzspannung an die in der Zeichnung dargestellte Schaltung am Ausgang des Kippglieds 23, jedenfalls bei dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel, Masse oder Nullpotential vorliegt. Das Kippglied nimmt also stets eine solche erste Schaltposition ein, daß der Motor am Netz liegt.

Die Grundfunktion ist daher so, daß aufgrund dieses Masse­ potentials am Ausgang des Kippglieds 23 die Leuchtdiode 14 a im Bereich des Optotriacs 14 angesteuert wird und der Triacteil 14 b des Optotriacs durchschaltet und hierdurch über den Haupttriac 12 den Antriebsmotor 11 mit der er­ forderlichen Versorgungsspannung ansteuert.

In diesem Fall ist der Unterdruckschalter 15 auch ge­ schlossen; er spricht erst dann an, geht also in den ge­ öffneten Zustand über, wenn er durch den ansteigenden Unterdruck bei Ansprechen des Sperrgliedes hierzu veran­ laßt wird.

Das Öffnen der Kontakte des Unterdruckschalters 15 führt dazu, daß der Kondensator 25 parallel zum Unterdruck­ schalter über den Widerstand 26 entsprechend seiner Lade­ zeitkonstanten auf hier immer positivere Spannungen auf­ geladen wird, bis der erste Operationsverstärker 19 an­ spricht und an seinem Ausgang einen negativen Impuls er­ zeugt, der über die Diode 22 das Kippglied 23 in seinen Verriegelungszustand umwirft. In diesem Fall ergibt sich dann positive Spannung oder ein logisch-1-Signal am Ausgang des Kippglieds 23; die Leuchtdiode 14 a des Optotriacs 14 sperrt und gleichzeitig leuchtet die beispielsweise rote Leuchtdiode 27 auf, so daß gleichzeitig auch eine optische Anzeige an den Benutzer ergeht, daß die Schutzschaltung angesprochen und den Antriebsmotor ausgeschaltet hat. Es wird auf diese Weise auch der Verriegelungszustand ange­ zeigt, da die rote Leuchtdiode 27 so lange weiterleuchtet und hierdurch auch die Unmöglichkeit einer Wiederinbe­ triebnahme des Geräts anzeigt, bis entweder dieses abge­ schaltet oder auf andere Weise vom Netz getrennt wird.

Der Kondensator 25 parallel zu den Kontakten 15 des Unter­ druckschalters erfüllt noch eine weitere Aufgabe, die da­ rin besteht, daß bei nur gelegentlich ansteigenden Unter­ druckwerten, auf die aber der auf einen bestimmten Schwellenwert justierte Unterdruckschalter ansprechen könnte, nicht reagiert wird. Der Kondensator 25 benötigt eine vorgegebene Zeit, die sich im wesentlichen aus der RC-Glied-Kombination dieses Kondensators 25 mit dem Wider­ stand 26 ergibt, um die Ansprechschwellenspannung des ersten Operationsverstärkers 19 zu erreichen. Hierdurch wird vermieden, daß bei einem gelegentlichen kurzzeitigen Festsaugen und entsprechendem Ansteigen des Unterdrucks sofort die Motorabschaltung einsetzt. Erst wenn hier ein längerer, durch die Zeitumschaltung des RC-Gliedes 25/26 vorgebbarer Zeitraum, beispielsweise 3 Sekunden vergangen ist, spricht die Schaltung an und schaltet den Motor ab.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (10)

1. Schutzschaltung für elektromotorisch angetriebene Flüssigkeits- bzw. Wassersauger oder kombinierte Staub-/Wassersauger, mit einem vom Motor angetriebenen Gebläse, einem Aufnahmebehälter (Kessel) für die an­ gesaugte Flüssigkeit und gegebenenfalls sonstige Stoffe und einem Sperrglied (käfiggefesselter Tisch­ tenissball), welches bei einem einen vorgegebenen Flüssig­ keitsgrad überschreitenden Niveau im Aufnahmebe­ hälter die Saugverbindung zwischen diesem und dem Bereich Gebläse/Elektromotor verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts gesehen hinter dem Sperrglied und damit der durch das geschlossene Sperrglied erzeugten hohen Unterdruckwirkung ausge­ setzt ein in diesem Fall ansprechender Unterdruck­ schalter (15) angeordnet ist, der eine elektrische Versorgungsschaltung (12) für den Elektromotor (11) zur Unterbrechung der weiteren Stromzufuhr ansteuert.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Unterdruckschalter (15) ein Unterdruckmembranschalter mit Öffnerkontakten ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Reihe mit den Motoranschlußklem­ men ein Haupttriac (12) geschaltet ist, der über ein Kippglied (23) angesteuert ist.

4. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kippglied (23) so aus­ gebildet oder angesteuert ist, daß es bei anfänglichem Anlegen der Versorgungsspannung in einen ersten Schalt­ zustand gelangt, in welchem der Antriebsmotor (11) über den Haupttriac (12) mit Spannung versorgt ist und daß bei bistabilder Auslegung des Kippgliedes (23) dieses bei einmaliger Ansteuerung aufgrund der Funktion des Unterdruckschalters (15) in seinen zweiten, ver­ riegelten Zustand kippt, die Stromzuführung zum An­ riebsmotor (11) unterbricht und diesen Zustand erst dann wieder aufgibt, wenn eine Netztrennung des Geräts erfolgt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Verriegelungszustand nach außen anzeigende Anzeigeleuchte (Leuchtdiode 27) vor­ gesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Unterdruckschalter (15) als Öffner umfassende Eingangsschaltung vorgesehen ist, die ein Verzögerungsglied (25, 26) umfaßt, welches erst bei Überschreiten einer vorgegebenen Zeitschwelle die Ansteuerung des bistabilen Kippglieds (23) zuläßt derart, daß kurzzeitige Unterdruckerhöhungen unberück­ sichtigt bleiben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnerkontakte des Unter­ druckschalters (15) parallel zu einem Kondensator (25) liegen, der in Reihe mit einem Ladewiderstand (26) ein die Ansprechschwellen-Zeitdauer vorgebendes RC-Glied bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem RC-Glied (25, 26) ein Operationsverstärker (19) mit vorgegebener Schwellenspannung an seinem an­ deren Eingang nachgeschaltet ist und daß der Operationsverstärker (19) dann durchschaltet, wenn die Spannung über dem zum Unterdruckschalter (15) parallel geschalteten Kondensator (25) bei geöffneten Unterdruck-Schalterkontakten einen vorgegebenen Wert erreicht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (19) das ihm nachgeschaltete bistabile Kippglied (23) in seinen Verriegelungszustand durch einen Ausgangsimpuls um­ schaltet und daß am Ausgang des Kippglieds (23) ein den Haupttriac (12) unmittelbar ansteuernder Opto­ triac (14) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterbrechung der Stromzufuhr die Versorgungs­ schaltung in einen nur durch Netztrennung reversiblen Verriegelungszustand übergeht.