EP2457487B1 - Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllgrades eines Staubsammelbehälters für einen Staubsauger - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllgrades eines Staubsammelbehälters für einen Staubsauger Download PDF

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EP2457487B1
EP2457487B1 EP11190142.7A EP11190142A EP2457487B1 EP 2457487 B1 EP2457487 B1 EP 2457487B1 EP 11190142 A EP11190142 A EP 11190142A EP 2457487 B1 EP2457487 B1 EP 2457487B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resonator element
dust
exciter
dust collector
damping
Prior art date
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Active
Application number
EP11190142.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2457487A3 (de
EP2457487A2 (de
Inventor
Silvio Hamm
Euan Morrison
Nigel Simmons
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP2457487A2 publication Critical patent/EP2457487A2/de
Publication of EP2457487A3 publication Critical patent/EP2457487A3/de
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Publication of EP2457487B1 publication Critical patent/EP2457487B1/de
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L9/00—Details or accessories of suction cleaners, e.g. mechanical means for controlling the suction or for effecting pulsating action; Storing devices specially adapted to suction cleaners or parts thereof; Carrying-vehicles specially adapted for suction cleaners
    • A47L9/28—Installation of the electric equipment, e.g. adaptation or attachment to the suction cleaner; Controlling suction cleaners by electric means
    • A47L9/2805—Parameters or conditions being sensed
    • A47L9/281—Parameters or conditions being sensed the amount or condition of incoming dirt or dust
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L9/00—Details or accessories of suction cleaners, e.g. mechanical means for controlling the suction or for effecting pulsating action; Storing devices specially adapted to suction cleaners or parts thereof; Carrying-vehicles specially adapted for suction cleaners
    • A47L9/10—Filters; Dust separators; Dust removal; Automatic exchange of filters
    • A47L9/19—Means for monitoring filtering operation

Definitions

  • the invention relates to a device for determining a filling level of a dust collection container for a vacuum cleaner with a centrifugal separator and a vacuum cleaner with such a device.
  • the dust collection container To indicate a current filling level of the dust collection container, it is generally made of a transparent material at least in some areas and provided with a marking which indicates that it is necessary to empty it.
  • the prerequisite for this is that the dust collection container is arranged in the vacuum cleaner in such a way that it is at least partially visible from the outside, which considerably limits the freedom of design.
  • differential pressure displays are also used, which, however, do not show the real fill level of the dust collection container, but only react to an increasing blockage of downstream filter systems. Such level indicators therefore have only limited accuracy.
  • WO2007 / 036567 A1 discloses a device for determining a filling level of a dust collection container for a vacuum cleaner with a centrifugal separator.
  • DE 36 25 779 A1 a device for determining a particular Fill level in a container, wherein at least one resonator element, which is held on an outer wall of the dust collection container, an excitation element, which excites the resonator element to mechanical vibrations, and a detection unit, which detects a variable characterizing a damping of the mechanical vibration and which depends on the determined size determines the fill level of the dust collection container.
  • the invention has for its object to provide a device for determining a degree of filling of a dust collector for a vacuum cleaner with a centrifugal separator, which detects the level precisely and reproducibly, but leaves a lot of design freedom.
  • a resonator element which is held on an outer wall of the dust collection container and is therefore arranged in the region of the dust collection container, is excited to mechanical vibration, this vibration is damped differently depending on the degree of filling of the dust collection container.
  • the resonator element is not covered by dust or other dirt particles which are separated into the dust collection container, only the air present in the dust collection container contributes to damping the mechanical vibration.
  • the degree of damping is higher the larger the area of the resonator covered with dust or other dirt particles.
  • the degree of damping thus represents an immediate and precise measure of the filling level of the dust collection container.
  • the exact filling level determination that can be achieved in this way can protect downstream filters, such as fine dust filters, since operation above a maximum filling level, which leads to malfunctions in the Separation behavior of the centrifugal separator would surely be avoided.
  • the embodiment according to the invention comprises that the excitation element is a magnet, preferably permanent magnet, which is coupled to the resonator element and can be moved with the aid of an excitation coil, through which an excitation current with an excitation frequency can be passed.
  • a voltage induced in the excitation coil or in a separate measuring coil can serve as the quantity that characterizes the damping of the mechanical vibration due to the degree of filling of the dust collection container.
  • the electrical measurement signal generated in this way also offers the possibility of connecting downstream electrical signals, which e.g. are required within the scope of control or display functions.
  • the degree of damping can e.g. can be determined by rectification and integration of the voltage induced in the excitation or measuring coil.
  • the resonator element is designed as an elastic membrane, which forms part of the outer wall of the dust collection container.
  • the membrane is preferably made of a rubber material based on latex.
  • the resonator element can also be designed as a vibrating body which is supported on one side on the outer wall of the dust collecting container and extends from the outer wall into an interior of the dust collecting container. In this way, for example, an accumulation of dust or other dirt particles in the central area of the Dust collection container or also a filling distributed obliquely over the inner surface of the dust collection container can be reliably detected.
  • the excitation element excites the resonator element with a continuous excitation vibration to mechanical vibrations at its natural resonance frequency.
  • the detection unit detects a phase shift caused by the damping between the excitation vibration and the mechanical vibration of the Resonator element detected and the degree of filling determined depending on the determined size and the detected phase shift. This makes use of the fact that an attenuation caused by a mere dust deposit on the resonator element leads to a different phase shift than an attenuation caused by a corresponding degree of filling of the dust collecting container.
  • an evaluation unit can also be provided which determines a current natural resonance frequency of the resonator element.
  • the excitation element can then excite the resonator element with the current natural resonance frequency. In this way too it can be avoided that e.g. damping of the mechanical vibration caused by a dust coating on the resonator element is mistakenly interpreted as a corresponding degree of filling.
  • the excitation element excites the resonator element with periodic input pulses, ie pulsed, to mechanical vibrations.
  • the excitation pulses can be broadband a, so that the resonator element is excited to a mechanical oscillation with sufficient amplitude regardless of the current natural resonance frequency.
  • the degree of damping can be determined, for example, by rectification and integration of the voltage induced in the excitation or measuring coil.
  • the excitation element can also be realized in a different way, such as a piezo element.
  • the invention also provides a vacuum cleaner with a centrifugal separator into which dust-laden air can be introduced and through which dust can be separated from the dust-laden air into a dust collection container, the vacuum cleaner being equipped with a device according to the invention for determining a filling level of the dust collection container.
  • the dust-laden air which was collected by the vacuum cleaner nozzle, is introduced into the centrifugal separator 3 via an air inlet (not shown) and swirled due to the shape of the air inlet and a separating space.
  • the air vortex flows through the separating space and, due to centrifugal forces, separates dirt and dust which, due to the centrifugal force, is pressed against the wall of the separating space, from where it reaches the dust collecting container 1 via a dust outlet (also not shown).
  • the housing 2 is designed in the form of a hollow cylinder closed at the bottom, but can also have any other shape, in particular in embodiments in which the centrifugal separator 3 is implemented separately from the dust collecting container 1.
  • a resonator element 5 is arranged in the form of an elastic membrane 5-1, which is integrated into the outer wall 4 in such a way that it forms part of the outer wall 4.
  • the membrane 5-1 can consist, for example, of a rubber material based on latex.
  • the resonator element 5 can be excited to mechanical vibrations by an excitation element 6.
  • the excitation element 6 comprises a magnet 7, which is fastened to the resonator element 5 and is thus coupled to the resonator element 5.
  • an excitation coil 8 through which an excitation current can be passed and which is magnetically coupled to the magnet 7, the magnet 7 can be moved and thus the membrane 5-1 can be excited to mechanical vibration.
  • the excitation element 6 can also be designed as a piezo element, for example.
  • the mechanical vibration of the membrane is only damped by the air present in the dust collecting container 1.
  • the degree of damping is higher the larger the surface of the resonator element 5 covered with dust or other dirt particles.
  • the degree of damping of the mechanical oscillation of the resonator element 5 thus represents a measure of the degree of filling of the dust collecting container 1.
  • a detection unit 9 is provided for detecting the damping of the mechanical vibration of the resonator element 5. It is sufficient if the detection unit 9 detects a quantity that characterizes the damping of the mechanical vibration, such as a voltage induced in the excitation coil 8 or a separate measuring coil (not shown) due to the movement of the magnet 7. Depending on the determined voltage value (s), the detection unit 9 can then determine a current filling level of the dust collecting container 1. If this reaches a predetermined limit value, a filter change display can be activated, for example, which indicates to the user of the vacuum cleaner that the dust collection container 1 must be emptied. Of course Several limit values can also be provided, so that, for example, different urgency levels of emptying can be displayed to the user.
  • the excitation element 6 can excite the resonator element 5 with a continuous excitation vibration to mechanical vibrations at its natural resonance frequency. It is advantageous if the resonator element 5, in which Figure 1 Embodiment shown, the membrane 5-1 is designed such that it has a natural resonance frequency in the range of the frequency of the mains voltage, so that the excitation element 6 can be operated directly with the mains voltage. As an alternative to this, the excitation element 6 can also excite the resonator element 5 with mechanical vibrations with periodic excitation pulses. If the excitation pulses are designed to be broadband, the resonator element is always excited to a mechanical oscillation with an amplitude sufficient for the detection of the fill level, regardless of a current natural resonance frequency.
  • the damping brought about by the current filling level of the dust collecting container 1 can be determined on the basis of the decay rate of the mechanical vibration of the resonator element 5. This in turn can be determined by rectification and subsequent integration of the voltage induced in the excitation coil 8 or in a separate measuring coil. This integral value then serves as a measure of the current filling level of the dust collecting container.
  • the detection unit 9 can either detect a phase shift caused by the damping between the excitation vibration and the mechanical vibration of the resonator element 5 and the degree of filling can be determined depending on the determined size and on the detected phase shift. This takes advantage of the fact that a mere dust coating results in a different phase shift than a real filling of the dust collecting container 1.
  • an evaluation unit (not shown separately) can determine a current natural resonance frequency of the resonator element 5 with which the resonator element 5 can then be excited in each case.
  • the evaluation unit can, for example, also be an integral part of a control circuit for the excitation element 6.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a device according to the invention.
  • the resonator element 5 is not designed as an elastic membrane, but rather as a vibrating body 5-2, which is mounted on one side on the outer wall 4 of the dust collecting container 1 and extends from the outer wall 4 into an interior of the dust collecting container 1.
  • the vibrating body 5-2 is designed in the embodiment shown as a sword, but can also have any other shape.
  • the only decisive factor is that a free end of the vibrating body 5-2 lying in the interior of the dust collecting container 1 is suitable for carrying out mechanical vibrations with appropriate excitation by an excitation element 6 '.
  • the excitation element 6 ' in turn comprises a magnet 7' which, in the exemplary embodiment shown, is attached to an extension 20 of the oscillating body 5-2 lying outside the dust collecting container 1 and is thus coupled to the oscillating body 5-2.
  • an excitation coil 8 ' through which an excitation current can be passed and which is magnetically coupled to the magnet 7', the magnet 7 'can be moved and thus the vibrating body 5-2 can be excited to mechanical vibration.
  • the magnet 7 'does not execute a radial but a tangential movement with respect to the dust collection container 1.
  • the excitation element 6 ' can also be realized in another way, for example as a piezo element.
  • the resonator element as a vibrating body 5-2, which extends from the outer wall 4 into the interior of the dust collecting container 1, it is also possible, in deviation from the illustrated embodiment, that the outer wall 4 for storage is not a jacket surface of the dust collecting container 1, but the bottom surface thereof serves.
  • a detection unit 9 ' is again provided, which can be designed and operated in a manner analogous to the detection unit 9 according to the first exemplary embodiment.
  • a device according to the invention can of course also comprise a plurality of resonator elements 5, which can be configured identically or differently and which are excited as described.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Filters For Electric Vacuum Cleaners (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllgrades eines Staubsammelbehälters für einen Staubsauger mit einem Fliehkraftabscheider sowie einen Staubsauger mit einer derartigen Vorrichtung.
  • Es gibt bereits verschiedene Ausführungen von so genannten beutellosen Staubsaugern, welche mit Fliehkraftabscheidern arbeiten. Bei einem großen Teil dieser Staubsauger ist der Staubsammelbehälter direkt mit dem Fliehkraftabscheider kombiniert und als ein Bauteil ausgeführt. Der Fliehkraftabscheider befindet sich beispielsweise im Inneren des Staubsammelbehälters, der Schmutz wird in dem den Fliehkraftabscheider umgebenden Behälter gesammelt. Außerdem gibt es auch nach dem Fliehkraftprinzip arbeitende Staubsauger, die einen vom Fliehkraftabscheider separierten Staubsammelbehälter aufweisen.
  • Zur Anzeige eines aktuellen Füllgrades des Staubsammelbehälters ist dieser in der Regel zumindest in Teilbereichen aus einem transparenten Material hergestellt und mit einer Markierung versehen, welche auf eine notwendige Entleerung hinweist. Voraussetzung dafür ist aber, dass der Staubsammelbehälter derart in dem Staubsauger angeordnet ist, dass er zumindest teilweise von außen sichtbar ist, was die konstruktive Gestaltungsfreiheit erheblich einschränkt.
  • Darüber hinaus werden auch Differenzdruckanzeigen verwendet, welche allerdings nicht den realen Füllstand des Staubsammelbehälters anzeigen, sondern lediglich auf eine zunehmende Verstopfung nachgeschalteter Filtersysteme reagieren. Derartige Füllstandsanzeigen weisen demzufolge nur eine eingeschränkte Genauigkeit auf.
  • Aus dem Stand der Technik ist die WO2007/036567 A1 bekannt, welche eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllgrades eines Staubsammelbehälters für einen Staubsauger mit einem Fliehkraftabscheider offenbart.
  • Weiter offenbart die DE 36 25 779 A1 eine Vorrichtung zum Feststellen eines bestimmten Füllstandes in einem Behälter, wobei mindestens ein Resonatorelement, welches an einer Außenwand des Staubsammelbehälters gehaltert ist, ein Erregerelement, welches das Resonatorelement zu mechanischen Schwingungen anregt, und eine Detektionseinheit, welche eine, eine Dämpfung der mechanischen Schwingung charakterisierende Größe erfasst und welches abhängig von der ermittelten Größe den Füllgrad des Staubsammelbehälters bestimmt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllgrades eines Staubsammelbehälters für einen Staubsauger mit einem Fliehkraftabscheider anzugeben, welche den Füllstand präzise und reproduzierbar detektiert, dabei aber großen konstruktiven Gestaltungsfreiraum lässt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Demgemäß umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllgrades eines Staubsammelbehälters für einen Staubsauger mit einem Fliehkraftabscheider mindestens ein Resonatorelement, welches an einer Außenwand des Staubsammelbehälters gehaltert ist, ein Erregerelement, welches das Resonatorelement zu mechanischen Schwingungen anregt, und eine Detektionseinheit, welche eine, eine Dämpfung der mechanischen Schwingung charakterisierende Größe erfasst und welches abhängig von der ermittelten Größe den Füllgrad des Staubsammelbehälters bestimmt.
  • Wird ein Resonatorelement, welches an einer Außenwand des Staubsammelbehälters gehaltert ist und somit im Bereich des Staubsammelbehälters angeordnet ist, zu einer mechanischen Schwingung angeregt, so wird diese Schwingung in Abhängigkeit von dem Füllgrad des Staubsammelbehälters unterschiedlich bedämpft. Solange das Resonatorelement nicht von Staub oder anderen Schmutzpartikeln, welche in den Staubsammelbehälter abgeschieden werden, bedeckt wird, trägt lediglich die in dem Staubsammelbehälter vorhandene Luft zur Bedämpfung der mechanischen Schwingung bei. Sobald zumindest ein Teilbereich des Resonatorelements durch den Staub oder die anderen Schmutzpartikel bedeckt wird, führt dies zu einer weiteren Bedämpfung der mechanischen Schwingung. Dabei ist der Dämpfungsgrad umso höher je größer die mit Staub oder anderen Schmutzpartikeln bedeckte Fläche des Resonators ist. Der Dämpfungsgrad der mechanischen Schwingung des Resonatorelements stellt damit ein unmittelbares und präzises Maß für den Füllgrad des Staubsammelbehälters dar. Durch die auf diese Weise erzielbare exakte Füllstandsbestimmung können nachgeschaltete Filter, wie z.B. Feinstaubfilter, geschont werden, da ein Betrieb über einem maximalen Füllstand, welcher zu Fehlfunktionen im Abscheideverhalten des Fliehkraftabscheiders führen würde, sicher vermieden werden kann.
  • Weiter umfasst die erfindungsgemäße Ausführungsform, dass das Erregerelement einen Magneten, vorzugsweise Dauermagneten, welcher mit dem Resonatorelement gekoppelt ist und mit Hilfe einer Erregerspule, durch welche ein Erregerstrom mit einer Erregerfrequenz geleitet werden kann, bewegbar ist. Als Größe, welche die Dämpfung der mechanischen Schwingung aufgrund des Füllgrades des Staubsammelbehälters charakterisiert, kann dabei eine in der Erregerspule oder einer separaten Messspule induzierte Spannung dienen. Das auf diese Weise erzeugte elektrische Messsignal bietet zusätzlich die Möglichkeit, nachgeschaltete elektrische Signale, welche z.B. im Rahmen von Steuerungs- oder Anzeigefunktionen benötigt werden, auszulösen. Im Fall einer gepulsten Anregung des Resonatorelements kann der Dämpfungsgrad z.B. durch Gleichrichtung und Integration der in der Erreger- oder Messspule induzierten Spannung ermittelt werden.
  • Eine konstruktiv besonders einfache Lösung ergibt sich, wenn das Resonatorelement als elastische Membran ausgebildet ist, welche einen Teil der Außenwand des Staubsammelbehälters bildet. Mit zunehmendem Füllgrad des Staubsammelbehälters wird eine immer größere Fläche dieser Membran von dem Staub bedeckt, so dass der Dämpfungsgrad sukzessive steigt. Um die für eine zuverlässige und präzise Bestimmung des Füllgrades erforderlichen Amplituden der mechanischen Schwingung des Resonatorelements zu erreichen, ist die Membran vorzugsweise aus einem Gummimaterial auf Latexbasis gefertigt.
  • Um auch bei ungleichmäßiger Verteilung des Staubes innerhalb des Staubsammelbehälters eine genaue Bestimmung des Füllgrades zu ermöglichen, kann das Resonatorelement auch als Schwingkörper ausgestaltet sein, welcher an der Außenwand des Staubsammelbehälters einseitig gelagert ist und sich von der Außenwand in einen Innenraum des Staubsammelbehälters erstreckt. Auf diese Weise kann beispielsweise auch eine Anhäufung von Staub oder anderen Schmutzpartikeln im mittleren Bereich des Staubsammelbehälters oder auch eine sich schräg über die Innenfläche des Staubsammelbehälters verteilende Befüllung zuverlässig detektiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Erregerelement das Resonatorelement mit einer kontinuierlichen Erregerschwingung zu mechanischen Schwingungen bei seiner Eigenresonanzfrequenz anregt. Um in diesem Fall eine durch einen bloßen Staubbelag auf dem Resonatorelement bewirkte Schwingungsdämpfung von einer durch einen entsprechenden Füllgrad des Staubsammelbehälters bewirkten Dämpfung sicher unterscheiden zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Detektionseinheit eine durch die Dämpfung verursachte Phasenverschiebung zwischen der Erregerschwingung und der mechanischen Schwingung des Resonatorelements erfasst und den Füllgrad abhängig von der ermittelten Größe und von der erfassten Phasenverschiebung bestimmt. Dabei macht man sich zunutze, dass eine durch einen bloßen Staubbelag auf dem Resonatorelement verursachte Bedämpfung zu einer anderen Phasenverschiebung führt als eine durch einen entsprechenden Füllgrad des Staubsammelbehälters bewirkte Bedämpfung.
  • Alternativ zur Auswertung der Phasenverschiebung kann auch eine Auswerteeinheit vorgesehen sein, welche eine jeweils aktuelle Eigenresonanzfrequenz des Resonatorelements bestimmt. Das Erregerelement kann dann das Resonatorelement mit der jeweils aktuellen Eigenresonanzfrequenz anregen. Auch auf diese Weise kann vermieden werden, dass eine z.B. durch einen Staubbelag auf dem Resonatorelement bewirkte Bedämpfung der mechanischen Schwingung irrtümlich als entsprechender Füllgrad interpretiert wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Erregerelement das Resonatorelement mit periodischen Eingangsimpulsen, d.h. gepulst zu mechanischen Schwingungen anregt. Dabei können die Erregerimpulse breitbandig a, so dass das Resonatorelement unabhängig von der aktuellen Eigenresonanzfrequenz zu einer mechanischen Schwingung mit ausreichender Amplitude angeregt wird. Der Dämpfungsgrad kann in diesem Fall z.B. durch Gleichrichtung und Integration der in der Erreger- oder Messspule induzierten Spannung ermittelt werden.
    Das Erregerelement kann aber selbstverständlich auch in anderer Weise, wie z.B. als Piezoelement, realisiert sein.
  • Die Erfindung schafft auch einen Staubsauger mit einem Fliehkraftabscheider, in welchen staubbeladene Luft einleitbar ist und durch welchen Staub aus der staubbeladenen Luft in einen Staubsammelbehälter abscheidbar ist, wobei der Staubsauger mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllgrades des Staubsammelbehälter ausgestattet ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform und
    Fig. 2
    eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Ein in Fig. 1 schematisch und stark vereinfacht dargestelltes Staubabscheidesystem eines ansonsten nicht weiter dargestellten Staubsaugers umfasst einen Staubsammelbehälter 1 mit einem Gehäuse 2, in welchem auch ein Fliehkraftabscheider 3 zum Abscheiden von groben Staub- und Schmutzpartikeln aus der von einer nicht dargestellten Staubsaugerdüse angesaugten staubbeladenen Luft angeordnet ist. Die staubbeladene Luft, welche von der Staubsaugerdüse eingesammelt wurde, wird über einen nicht dargestellten Lufteinlass in den Fliehkraftabscheider 3 eingeleitet und aufgrund der Form des Lufteinlasses und eines Abscheideraums verwirbelt. Der Luftwirbel durchströmt den Abscheideraum und sondert dabei aufgrund von Fliehkräften Schmutz und Staub ab, welcher aufgrund der Fliehkraft an die Wand des Abscheideraums gedrückt wird, von wo aus er über einen ebenfalls nicht dargestellten Staubauslass in den Staubsammelbehälter 1 gelangt.
  • Das Gehäuse 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines bodenseitig geschlossenen Hohlzylinders ausgestaltet, kann aber insbesondere bei Ausführungsformen, bei welchen der Fliehkraftabscheider 3 separat vom Staubsammelbehälter 1 realisiert ist, auch eine beliebige andere Form aufweisen. An einer Außenwand 4 des Staubsammelbehälters 1 ist ein Resonatorelement 5 in Form einer elastischen Membran 5-1 angeordnet, welche derart in die Außenwand 4 integriert ist, dass sie einen Teil der Außenwand 4 bildet. Die Membran 5-1 kann dabei z.B. aus einem Gummimaterial auf Latexbasis bestehen.
  • Das Resonatorelement 5 kann durch ein Erregerelement 6 zu mechanischen Schwingungen angeregt werden. Das Erregerelement 6 umfasst dazu einen Magneten 7, welcher an dem Resonatorelement 5 befestigt und auf diese Weise mit dem Resonatorelement 5 gekoppelt ist. Mit Hilfe einer Erregerspule 8, durch welche ein Erregerstrom geleitet werden kann und welche magnetisch mit dem Magneten 7 gekoppelt ist, kann der Magnet 7 bewegt werden und damit die Membran 5-1 zu einer mechanischen Schwingung angeregt werden. Alternativ kann das Erregerelement 6 aber beispielsweise auch als Piezoelement ausgeführt sein.
  • Solange das Resonatorelement 5 nicht von Staub oder anderen Schmutzpartikeln, welche in den Staubsammelbehälter 1 abgeschieden werden, bedeckt wird, wird die mechanische Schwingung der Membran lediglich durch die in dem Staubsammelbehälter 1 vorhandene Luft bedämpft. Sobald zumindest ein Teilbereich des Resonatorelements 5 durch den Staub oder die anderen Schmutzpartikel bedeckt wird, führt dies zu einer weiteren Bedämpfung der mechanischen Schwingung. Dabei ist der Dämpfungsgrad umso höher je größer die mit Staub oder anderen Schmutzpartikeln bedeckte Fläche des Resonatorelements 5 ist. Der Dämpfungsgrad der mechanischen Schwingung des Resonatorelements 5 stellt damit ein Maß für den Füllgrad des Staubsammelbehälters 1 dar.
  • Zur Erfassung der Dämpfung der mechanischen Schwingung des Resonatorelements 5 ist eine Detektionseinheit 9 vorgesehen. Dabei ist es ausreichend, wenn die Detektionseinheit 9 eine die Dämpfung der mechanischen Schwingung charakterisierende Größe, wie z.B. eine in der Erregerspule 8 oder einer nicht dargestellten separaten Messspule aufgrund der Bewegung des Magneten 7 induzierten Spannung, erfasst. Abhängig von dem/den ermittelten Spannungswert/en kann die Detektionseinheit 9 dann einen aktuellen Füllgrad des Staubsammelbehälters 1 bestimmen. Erreicht dieser einen vorgegebenen Grenzwert, so kann z.B. eine Filterwechselanzeige aktiviert werden, welche den Nutzer des Staubsaugers auf die Notwendigkeit einer Entleerung des Staubsammelbehälters 1 hinweist. Selbstverständlich können auch mehrere Grenzwerte vorgesehen, so dass dem Benutzer bspw. verschiedene Dringlichkeitsstufen einer Entleerung angezeigt werden können.
  • Das Erregerelement 6 kann das Resonatorelement 5 mit einer kontinuierlichen Erregerschwingung zu mechanischen Schwingungen bei seiner Eigenresonanzfrequenz anregen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Resonatorelement 5, bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsform also die Membran 5-1 derart ausgelegt ist, dass sie eine Eigenresonanzfrequenz im Bereich der Frequenz der Netzspannung aufweist, so dass das Erregerelement 6 unmittelbar mit Netzspannung betrieben werden kann. Alternativ dazu kann das Erregerelement 6 das Resonatorelement 5 aber auch mit periodischen Erregerimpulsen zu mechanischen Schwingungen anregen. Sind die Erregerimpulse dabei breitbandig ausgelegt, wird das Resonatorelement unabhängig von einer aktuellen Eigenresonanzfrequenz stets zu einer mechanischen Schwingung mit für die Detektion des Füllstandes ausreichender Amplitude angeregt.
  • Bei impulsförmiger Anregung kann die durch den aktuellen Füllgrad des Staubsammelbehälters 1 bewirkte Dämpfung anhand der Abklinggeschwindigkeit der mechanischen Schwingung des Resonatorelements 5 bestimmt werden. Diese wiederum ist durch Gleichrichtung und anschließende Integration der in der Erregerspule 8 oder einer separaten Messspule induzierten Spannung ermittelbar. Dieser Integralwert dient dann als Maß für den aktuellen Füllgrad des Staubsammelbehälters.
  • Bei kontinuierlicher Anregung des Resonatorelements 5 kann es aufgrund eines Staubbelags an dem Resonatorelement, welcher nicht von einer entsprechenden Befüllung des Staubsammelbehälters 1 herrührt, sondern sich aufgrund der umher gewirbelten Staubund Schmutzpartikel ergibt, zu einer Veränderung der Eigenresonanzfrequenz des Resonatorelements 5 kommen. Ohne weitere Maßnahmen könnte diese aber irrtümlich als entsprechender Füllgrad interpretiert werden. Um dies zu vermeiden, kann die Detektionseinheit 9 entweder eine durch die Dämpfung verursachte Phasenverschiebung zwischen der Erregerschwingung und der mechanischen Schwingung des Resonatorelements 5 erfassen und den Füllgrad abhängig von der ermittelten Größe und von der erfassten Phasenverschiebung bestimmt werden. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass ein bloßer Staubbelag eine andere Phasenverschiebung zu Folge hat als eine echte Befüllung des Staubsammelbehälters 1. Alternativ dazu kann eine nicht gesondert dargestellte Auswerteeinheit eine jeweils aktuelle Eigenresonanzfrequenz des Resonatorelements 5 bestimmen mit welcher das Resonatorelement 5 dann jeweils angeregt werden kann. Die Auswerteeinheit kann dabei z.B. auch integraler Bestandteil einer Steuerschaltung für das Erregerelement 6 sein.
  • Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist das Resonatorelement 5 im Gegensatz zur ersten Ausführungsform nicht als elastische Membran, sondern als Schwingkörper 5-2 ausgestaltet, welcher an der Außenwand 4 des Staubsammelbehälters 1 einseitig gelagert ist und sich von der Außenwand 4 in einen Innenraum des Staubsammelbehälters 1 erstreckt. Der Schwingkörper 5-2 ist dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel schwertförmig ausgestaltet, kann aber auch eine beliebige andere Form aufweisen. Entscheidend ist lediglich, dass ein im Innenraum des Staubsammelbehälters 1 liegendes freies Ende des Schwingkörpers 5-2 dazu geeignet ist, bei entsprechender Anregung durch ein Erregerelement 6' mechanische Schwingungen auszuführen. Das Erregerelement 6' umfasst dabei wiederum einen Magneten 7', welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel an einem außerhalb des Staubsammelbehälters 1 liegenden Fortsatz 20 des Schwingkörpers 5-2 befestigt ist und auf diese Weise mit dem Schwingkörper 5-2 gekoppelt ist. Mit Hilfe einer Erregerspule 8', durch welche ein Erregerstrom geleitet werden kann und welche magnetisch mit dem Magneten 7' gekoppelt ist, kann der Magnet 7' bewegt werden und damit der Schwingkörper 5-2 zu einer mechanischen Schwingung angeregt werden. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform führt der Magnet 7' dabei aber im Bezug auf den Staubsammelbehälter 1 keine radiale, sondern eine tangentiale Bewegung aus. Auch bei einer derartigen Ausführungsform kann das Erregerelement 6' aber auch anderweitig, z.B. als Piezoelement, realisiert sein.
  • Bei einer Ausführungsform des Resonatorelements als Schwingkörper 5-2, welcher sich von der Außenwand 4 in den Innenraum des Staubsammelbehälters 1 erstreckt ist es abweichend von der dargestellten Ausführungsform auch möglich, dass als Außenwand 4 zur Lagerung nicht eine Mantelfläche des Staubsammelbehälters 1, sondern dessen Bodenfläche dient.
  • Auch die mechanische Schwingung eines derart ausgestalteten Resonatorelements 5 wird mit zunehmendem Füllgrad des Staubsammelbehälters 1 zunehmend bedämpft. Zur Erfassung der Dämpfung der mechanischen Schwingung des Schwingkörpers 5-2 ist wiederum eine Detektionseinheit 9' vorgesehen, welche analog zu der Detektionseinheit 9 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet und betrieben werden kann. Insofern sei diesbezüglich auf die dazu gemachten Ausführungen verwiesen. Auch die in Bezug auf Figur 1 gemachten Aussagen hinsichtlich der Erregereinheit 6 gelten für die Erregereinheit 6' analog.
  • Alternativ zu den dargestellten Ausführungsformen kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung selbstverständlich auch mehrere Resonatorelemente 5 umfassen, welche identisch oder unterschiedlich ausgestaltet sein können und welche wie beschreiben angeregt werden.
    • Verwendete Bezugszeichen:
    • 1
    Staubsammelbehälter
    2
    Gehäuse (des Staubsammelbehälters)
    3
    Fliehkraftabscheider
    4
    Außenwand (des Staubsammelbehälters)
    5
    Resonatorelement
    5-1
    Membran
    5-2
    Schwingkörper
    6, 6'
    Erregerelement
    7, 7'
    Magnet
    8, 8'
    Erregerspule
    9, 9'
    Detektionseinheit
    20
    Fortsatz (des Schwingkörpers)

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllgrades eines Staubsammelbehälters (1) für einen Staubsauger mit einem Fliehkraftabscheider (3), gekennzeichnet durch
    - mindestens ein Resonatorelement (5), welches an einer Außenwand (4) des Staubsammelbehälters (1) gehaltert ist,
    - ein Erregerelement (6; 6'), welches das Resonatorelement (5) zu mechanischen Schwingungen anregt, und
    - eine Detektionseinheit (9; 9'), welche eine, eine Dämpfung der mechanischen Schwingung charakterisierende Größe erfasst und welches abhängig von der ermittelten Größe den Füllgrad des Staubsammelbehälters (1) bestimmt, und wobei
    - das Erregerelement (6; 6') einen Magneten (7; 7') umfasst, welcher mit dem Resonatorelement (5) gekoppelt ist und mit Hilfe einer Erregerspule (8; 8'), durch welche ein Erregerstrom geleitet werden kann, bewegbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonatorelement (5) als elastische Membran (5-1), insbesondere aus Gummi auf Latexbasis, ausgebildet ist, welche einen Teil der Außenwand (4) des Staubsammelbehälters (1) bildet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonatorelement (5) als Schwingkörper (5-2) ausgestaltet ist, welcher an der Außenwand (4) des Staubsammelbehälters (1) einseitig gelagert ist und sich von der Außenwand (4) in einen Innenraum des Staubsammelbehälters (1) erstreckt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerelement (6; 6') das Resonatorelement (5) mit einer kontinuierlichen Erregerschwingung zu mechanischen Schwingungen bei seiner Eigenresonanzfrequenz anregt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (9; 9') eine durch die Dämpfung verursachte Phasenverschiebung zwischen der Erregerschwingung und der mechanischen Schwingung des Resonatorelements (5) erfasst und den Füllgrad abhängig von der ermittelten Größe und von der erfassten Phasenverschiebung bestimmt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit eine jeweils aktuelle Eigenresonanzfrequenz des Resonatorelements (5) bestimmt und das Erregerelement (6; 6') das Resonatorelement (5) mit der jeweils aktuellen Eigenresonanzfrequenz anregt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerelement (6; 6') das Resonatorelement (5) mit periodischen, vorzugsweise breitbandigen, Erregerimpulsen zu mechanischen Schwingungen anregt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Größe, welche die Dämpfung der mechanischen Schwingung charakterisiert, eine in der Erregerspule (8; 8') oder einer separaten Messspule induzierte Spannung dient.
  9. Staubsauger mit einem Fliehkraftabscheider (3), in welchen staubbeladene Luft einleitbar ist und durch welchen Staub aus der staubbeladenen Luft in einen Staubsammelbehälter (1) abscheidbar ist, und mit einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllgrades des Staubsammelbehälters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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