EP4129136B1

EP4129136B1 - Haushaltsgerät mit einem gebläse und einem strömungskanal

Info

Publication number: EP4129136B1
Application number: EP21189407.6A
Authority: EP
Inventors: Amin Nezami
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2024-04-03
Anticipated expiration: 2041-08-03
Also published as: EP4129136A1; CN115886637A

Description

Gebiet der Technik

Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät, insbesondere ein Bodenbearbeitungsgerät, mit einem Gerätegehäuse, einem in dem Gerätegehäuse angeordneten Gebläse, einer in Strömungsrichtung hinter dem Gebläse in dem Gerätegehäuse ausgebildeten Austrittsöffnung und einem Strömungskanal, welcher die Austrittsöffnung strömungsführend mit dem Gebläse verbindet.

Stand der Technik

Haushaltsgeräte der vorgenannten Art sind im Stand der Technik bekannt (siehe z. B. das Dokument DE 10 2015 118650 A ). Bei diesen handelt es sich beispielsweise um Bodenbearbeitungsgeräte, insbesondere Saugreinigungsgeräte, mit einem Gebläse zum Aufsaugen von Staub und Schmutz von einer zu reinigenden Fläche. Das Sauggut wird mittels des Gebläses üblicherweise in eine Sauggutkammer überführt und dort gesammelt, während durch einen Filter gereinigte Luft zu dem Gebläse und schließlich der Austrittsöffnung strömt.
Durch den Betrieb des Gebläses und eine damit verbundene Rotation der Gebläseschaufeln werden Schallwellen erzeugt, die unweigerlich beim Betrieb des Haushaltsgerätes für einen Nutzer hörbar werden. Um die damit verbundene Geräuschkulisse soweit zu reduzieren, dass der Nutzer diese nicht als störend empfindet, sind im Stand der Technik Schalldämpfer bekannt, welche in das Gerätegehäuse des Haushaltsgerätes eingebracht werden.
Des Weiteren ist es im Stand der Technik, beispielsweise auf dem Gebiet von Rohrschalldämpfern für Luftleitungen, bekannt, Strömungskanäle von innen mit einer perforierten Trägerstruktur auszustatten, die einen Akustikschaum oder ein Vlies trägt. Im Ergebnis steigt durch die Anwendung dieser Rohrschalldämpfer der Druckverlust innerhalb der Luftleitung, so dass bezogen auf ein Saugreinigungsgerät Sauggut nicht mehr optimal von einer zu reinigenden Fläche entfernt werden könnte, wie dies beispielsweise ohne einen solchen Schalldämpfer der Fall wäre. Um diesen negativen Effekt auf den Wirkungsgrad des Schalldämpfers auszugleichen, müsste das Saugreinigungsgerät mit einem leistungsfähigeren Gebläse bzw. Antriebsmotor ausgestattet werden, was insbesondere bei akkumulatorbetriebenen Haushaltsgeräten nicht ohne Weiteres möglich ist, da häufig nur geringer Bauraum innerhalb des Gerätegehäuses zur Verfügung steht und zudem eine Akkulaufzeit deutlich reduziert würde.

Zusammenfassung der Erfindung

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Haushaltsgerät der vorgenannten Art so weiterzubilden, dass von dem Gebläse emittierte Geräusche optimal reduziert werden, während gleichzeitig die Saugkraft so wenig wie möglich durch die Schallreduzierungsmaßnahme beeinträchtigt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass in dem Strömungskanal eine Schallreduzierungswand positioniert ist, deren Wandebene parallel zu einer Hauptströmungsrichtung der in dem Strömungskanal geführten Luftströmung orientiert ist, wobei die Schallreduzierungswand bezogen auf eine Richtung orthogonal zu der Hauptströmungsrichtung aktiv verlagerbar in dem Strömungskanal angeordnet ist.
Erfindungsgemäß wird eine Schallreduzierungswand somit derart variabel in dem Strömungskanal angeordnet, dass deren Wandebene angepasst an die besonderen Gegebenheiten einer Geräuschemission des Haushaltsgerätes genau dort liegt, wo eine Schnelle-Amplitude einer Schallschnelle ein Maximum erreicht. Die Schallreduzierungswand ist von einer benachbarten Innenwandung des Strömungskanals beabstandet und liegt im Wesentlichen mittig innerhalb eines Öffnungsquerschnitts des Strömungskanals, nämlich dort, wo die Schallschnelle regelmäßig ein Maximum erreicht. Durch die Verlagerbarkeit der Schallreduzierungswand orthogonal zu der Hauptströmungsrichtung der in dem Strömungskanal geführten Luftströmung kann die Schallreduzierungswand genau dorthin verlagert werden, wo besonders viel Schallenergie in der Luftströmung geführt wird bzw. wo - abhängig von später näher erläuterten Parametern des Haushaltsgerätes bzw. der Umgebung - das Maximum der Schallschnelle liegt. Da die Schallreduzierungswand darüber hinaus bezogen auf die Erstreckungsrichtung ihrer Wandebene parallel zu der Hauptströmungsrichtung der Luftströmung innerhalb des Strömungskanals verläuft, wird die Luftströmung nicht wesentlich behindert, so dass die Saugkraft des Gebläses bzw. des Haushaltsgerätes möglichst hoch bleibt. In anderen Worten wird die Schallreduzierungswand so innerhalb des Strömungskanals des Haushaltsgerätes angeordnet, dass die von dem Gebläse geförderte Luftströmung mit möglichst geringem Druckverlust innerhalb des Strömungskanals von dem Gebläse zu der Austrittsöffnung strömen kann, während andererseits der durch das Gebläse erzeugte Schall optimal reduziert wird. Die Schallreduzierungswand ist im Wesentlichen parallel zu der Richtung der Luftströmung innerhalb des Strömungskanals orientiert, während sich die Schallwellen zwischen den gegenüberliegenden Innenwandungen des Strömungskanals, d. h. quer dazu, ausbilden. Dadurch kann die von dem Gebläse geförderte Luftströmung möglichst druckverlustfrei durch den Strömungskanal strömen, nämlich parallel zu der Wandebene der Schallreduzierungswand, während gleichzeitig eine optimale akustische Absorption mittels der Schallreduzierungswand erfolgt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wurde somit erkannt, dass die bekannten Dämpfungsmaßnahmen, welche unmittelbar an der Innenwandung des Strömungskanals angeordnet sind, wo die Schallschnelle nur ein Amplitudenminimum aufweist und die Schallenergie somit nicht effektiv absorbiert werden kann, den Wirkungsgrad von Schallreduzierung zu Druckverlust nicht verbessern können. Durch die erfindungsgemäß platzierte Schallreduzierungswand, entfernt von der Innenwandung des Strömungskanals, kann hingegen ein Wirkungsgrad "Schallreduzierung zu Druckverlust" von bis zu 2:1 oder sogar darüber hinaus erreicht werden.
Das Haushaltsgerät, welches eine solche erfindungsgemäße Schallreduzierungswand aufweist, kann insbesondere ein Bodenbearbeitungsgerät, besonders bevorzugt ein Saugreinigungsgerät, sein, welches eine Saugöffnung und eine in Hauptströmungsrichtung zwischen der Saugöffnung und dem Gebläse angeordnete Sauggutkammer aufweist. Besonders bevorzugt ist die Schallreduzierungswand in dem Strömungskanal in Strömungsrichtung zwischen dem Gebläse und der Austrittsöffnung positioniert. Dies bedeutet, dass sich die Schallreduzierungswand auf der Druckseite bzw. Austrittsseite des Gebläses befindet und damit dort angeordnet ist, wo sich die störenden Geräusche des Gebläses durch die in dem Strömungskanal geführte Luftströmung ausbreiten. Die Schallreduzierungswand ist vorzugsweise mit gegenüberliegenden Teilbereichen der Innenwandung des Strömungskanals verbunden, wobei die Schallreduzierungswand quer zu der Längserstreckung des Strömungskanals verlagerbar angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch eine Führungskulisse oder Führungsschiene erreicht sein, entlang welcher die Schallreduzierungswand in unterschiedlichen Abständen zu den Innenwandungen des Strömungskanals anordenbar ist. In diesem Sinne kann die Schallreduzierungswand bevorzugt auch von einer Trägerstruktur gehalten sein, welche wiederum an der Innenwandung des Strömungskanals befestigt ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Schallreduzierungswand bezogen auf einen Öffnungsquerschnitt des Strömungskanals im Wesentlichen mittig in dem Strömungskanal angeordnet ist, wobei sich die Verlagerbarkeit der Schallreduzierungswand bevorzugt im Bereich von wenigen Zentimetern bemisst. Für übliche Betriebsbedingungen des Haushaltsgerätes ist üblicherweise eine Verlagerbarkeit von bis zu 5 cm ausreichend.
Durch die erfindungsgemäße Verlagerung der Schallreduzierungswand innerhalb des Strömungskanals kommt es zunächst grundsätzlich dazu, dass der Abstand der Schallreduzierungswand zu den gegenüberliegenden Innenwandungen des Strömungskanals unterschiedlich wird. Daher empfiehlt es sich, dass nicht nur die Schallreduzierungswand quer zu der Hauptströmungsrichtung innerhalb des Strömungskanals verlagerbar ist, sondern zumindest auch eine der Innenwandungen verlagerbar ausgebildet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Schallreduzierungswand weiterhin im Wesentlichen mittig zwischen den gegenüberliegenden Innenwandungen des Strömungskanals angeordnet bleibt. Ansonsten wäre eine der Strömungskanalhälften auf aktuelle Parameter angepasst und optimal schallreduziert, während in der gegenüberliegenden Strömungskanalhälfte nicht optimale Bedingungen mit erhöhter Geräuschkulisse herrschen würden. Insofern wird vorgeschlagen, dass die Schallreduzierungswand bezogen auf einen Öffnungsquerschnitt des Strömungskanals mittig in dem Strömungskanal angeordnet bleibt, unabhängig davon, in welcher aktiv verlagerten Stellung sich die Schallreduzierungswand befindet. Besonders vorteilhaft eignet sich die verlagerbare Schallreduzierungswand somit für Ausführungsformen, bei welchen die Schallreduzierungswand durch ein Symmetriezentrum des Strömungskanals verläuft.
Die durch das Gebläse des Haushaltsgerätes, insbesondere durch eine Anzahl und Rotationsfrequenz der Schaufelräder des Gebläses, erzeugten Schallwellen verursachen Resonanzen, welche durch sogenannte stehende Wellen innerhalb des Strömungskanals gekennzeichnet sind. Diese bilden sich zwischen den gegenüberliegen Innenwandungen des Strömungskanals aus. Die stehenden Wellen entstehen durch die Reflexionen an den schallharten Innenwandungen des Strömungskanals, welche keine Absorption von Schallenergie zulassen. Die Schallschnelle weist an den reflektierenden harten Innenwandungen eine gegen Null gehende Amplitude auf. Das Amplituden-Maximum der Schallschnelle befindet sich entsprechend in einer geometrischen Mitte zwischen den sich gegenüberliegenden Innenwandungen des Strömungskanals. Die Schallschnellen aller Resonanzwellenlängen des sich in dem Strömungskanal ausbreitenden Schalls haben in der Mitte eines bezogen auf den Querschnitt symmetrisch ausgebildeten Strömungskanals ein Maximum, d. h., dass sich das Amplituden-Maximum der Schallschnelle in der Mitte des Strömungskanals befindet, während die Amplituden-Minima der Schallschnelle an den reflektierenden Innenwandungen des Strömungskanals auftreten. Dies trifft auf alle sich in dem Öffnungsquerschnitt stehend ausbreitenden Moden zu. Bevorzugt sind für den Strömungskanal Querschnittsformen, welche symmetrisch zu der Ebene der Schallreduzierungswand ausgebildet sind, insbesondere Querschnittsformen wie Kreisform, Ovalform, Rechteckform oder andere. Die Schallreduzierungswand ist vorzugsweise so in dem Strömungskanal angeordnet, dass diese eine Symmetrieebene der Querschnittsform des Strömungskanals bildet.
Die Schallreduzierungswand kann bevorzugt ein Vliesmaterial oder Schaummaterial aufweisen. Dieses Material bildet ein Schallreduzierungselement, welches dafür sorgt, dass die Schallausbreitung quer zu der Schallreduzierungswand möglichst ungehindert erfolgen kann. Im Sinne der Erfindung ist wesentlich, dass die Schallreduzierungswand für die Schallenergie so reflexionsfrei wie möglich ist und ein Großteil der Schallenergie von dem Material der Schallreduzierungswand absorbiert wird. Die Schallenergie wird sowohl über die Längserstreckung der Schallreduzierungswand in Hauptströmungsrichtung der Luftströmung, als auch quer zu der Längserstreckung der Wand, nämlich über die Wandstärke, d. h. die Dicke der Schallreduzierungswand absorbiert. Als besonders vorteilhaft hat sich ein faserverstärkter Vliesstoff herausgestellt, insbesondere ein Vliesstoff, welcher bezogen auf sein Volumen zu ungefähr 20 % bis 40 % faserverstärkt ist. Faserverstärkt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Vliesstoff, welcher insbesondere aus Polypropylen oder Polystyrol bestehen kann, mit Hilfe von Glas- und/oder Kohlefasern verstärkt ist. Die Schallreduzierungswand selbst kann eine Wandstärke von mehreren Millimetern aufweisen, bevorzugt zwischen 1 mm und 10 mm. Die Wandstärke eignet sich grundsätzlich zum Ausgleich geringfügiger Änderungen der Schallwellenlänge, welche durch Änderungen der Rotationsfrequenz des Gebläses oder auch durch Umgebungsparameter verursacht sein können. Je genauer die Schallreduzierungswand im Sinne der Erfindung innerhalb des Strömungskanals verlagerbar ist, quer zu der Hauptströmungsrichtung, desto geringer kann die Wandstärke der Schallreduzierungswand sein, was wiederum zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt.
Der Schallreduzierungswand ist besonders bevorzugt ein Aktor zugeordnet, welcher zur Verlagerung der Schallreduzierungswand ausgebildet ist. Ein solcher Aktor kann besonders bevorzugt ein Stellmotor sein, insbesondere ein Stellmotor, welcher die Schallreduzierungswand entlang einer Führung verlagert, beispielsweise einer Führungskulisse, einer Führungsschiene oder ähnlichem. Die Schallreduzierungswand sowie gegebenenfalls auch eine verlagerbare Innenwandung des Strömungskanals können in derselben Führungskulisse bzw. Führungsschiene geführt sein, so dass insbesondere weiterhin eine Parallelität zwischen der Schallreduzierungswand und den Innenwandungen des Strömungskanals beibehalten werden kann. Wie zuvor erläutert, ist die Schallreduzierungswand auch dann bevorzugt so innerhalb des Strömungskanals verlagerbar, dass ein Maximum einer Schallschnelle-Amplitude einer stehenden Welle der in dem Strömungskanal geführten Luftströmung in der Wandebene der Schallreduzierungswand liegt.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Haushaltsgerät eine Steuer- und Auswerteeinrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, die Schallreduzierungswand abhängig von einer in dem Strömungskanal auftretenden charakteristischen Schallfrequenz und/oder einem Umweltparameter zu verlagern. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist dabei insbesondere auch eingerichtet, eine charakteristische Schallfrequenz innerhalb des Strömungskanals und/oder Umweltparameter, welche eine Wellenlänge des in dem Strömungskanal geführten Schallanteils beeinflussen, zu ermitteln. Ein ermittelter Umweltparameter kann beispielsweise eine Temperatur oder ein Feuchtegrad der in dem Strömungskanal geführten Luftströmung sein. In Abhängigkeit von dem Analyseergebnis der Steuer- und Auswerteeinrichtung steuert diese dann den eine Verlagerung der Schallreduzierungswand und gegebenenfalls zumindest eines Teilbereiches der Innenwandung des Strömungskanals so, dass die Schallreduzierungswand innerhalb des Strömungskanals dort positioniert wird, wo die Schallschnelle-Amplitude ihr Maximum erreicht. Dadurch kann die Schallenergie besonders effektiv absorbiert werden.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung eingerichtet ist, die Schallreduzierungswand so zu verlagern, dass eine Innenwandung des Strömungskanals und die Schallreduzierungswand quer zu der Hauptströmungsrichtung einen Abstand zueinander aufweisen, welcher einem ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge einer von dem Gebläse emittierten Schallwelle entspricht. Um die Schallreduzierungswand (bzw. gegebenenfalls auch die Innenwandung des Strömungskanals) optimal zu positionieren, ist es notwendig, die von der Schallquelle, beispielsweise dem Gebläse, emittierten Frequenzen zu kennen. Beim Betrieb eines Gebläses treten unweigerlich Schallfrequenzen auf, die durch die Rotation der Gebläseschaufeln bedingt sind (Schaufelpassierfrequenz). Anhand der Rotationsfrequenz der Motorwelle des Gebläsemotors und der Anzahl der Gebläseschaufeln kann die Schaufelpassierfrequenz errechnet werden. In dem von dem Gebläse emittierten Luftschall können des Weiteren auch andere Schallanteile vorhanden sein, welche beispielsweise einem Vielfachen der Schaufelpassierfrequenz entsprechen. Die Schallfrequenzen müssen bekannt sein, damit eine Positionierung der akustisch wirksamen Schallreduzierungswand erfolgen kann. Sobald eine akustisch dominante Frequenz innerhalb des Strömungskanals bekannt ist, kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung ermitteln, wo innerhalb des Strömungskanals (in eine Richtung quer zu der Hauptströmungsrichtung) die Wandebene der Schallreduzierungswand anzuordnen ist. Dabei wird die Schallreduzierungswand optimal dort angeordnet, wo der Abstand zwischen der Innenwandung des Strömungskanals und der Schallreduzierungswand λ/2 bzw. einem ungeraden Vielfachen von λ/2, d. h. drei λ/2, fünf λ/2, 7 λ/2 usw., entspricht. Dabei ist darauf zu achten, dass die Schallreduzierungswand vorzugsweise mittig innerhalb des Strömungskanals angeordnet ist (bezogen auf den Querschnitt), so dass die beiden Strömungskanalteilbereiche rechts und links der Schallreduzierungswand möglichst gleich, insbesondere identisch, sind.
Um die Schallreduzierungswand besonders präzise zu platzieren, greift die Steuer- und Auswerteeinrichtung bevorzugt auf Messdaten einer oder mehrerer Detektionseinrichtungen zurück, um die charakteristische Schallfrequenz und/oder zumindest einen Umweltparameter zu messen. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der Umweltparameter eine Temperatur oder ein Feuchtegrad der in dem Strömungskanal geführten Luftströmung ist. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann daraus ermitteln, an welcher Position innerhalb des Strömungskanals die Schallreduzierungswand bestmöglich anzuordnen ist, um eine maximale Schallabsorption zu erreichen. Bekanntlich hängt die Schallgeschwindigkeit und damit auch die Wellenlänge der Schallanteile einerseits von der Schallfrequenz des emittierenden Elementes, hier beispielsweise dem Gebläse, ab, und andererseits von Umweltparametern des Trägermediums, hier der in dem Strömungskanal vorhandenen Luft, nämlich insbesondere von der Temperatur und dem Feuchtegrad. Der das Gebläse antreibende Motor besitzt eine charakteristische Rotationsfrequenz sowie eine definierte Anzahl von Schaufeln und erzeugt damit Schallanteile mit einer sogenannten "Schaufelpassierfrequenz". Diese Schaufelpassierfrequenz ist bei konstanter Rotation des Gebläsemotors ebenfalls konstant und geht mit einer Wellenlänge einher, welche von der Schallgeschwindigkeit abhängt. Die Schallgeschwindigkeit innerhalb des Strömungskanals ist jedoch von weiteren Parametern abhängig, nämlich von der Temperatur und dem Feuchtegrad des Trägermediums, nämlich hier der Luft. Beispielsweise ist die Schallgeschwindigkeit bei feuchter Luft etwas höher als die Schallgeschwindigkeit bei trockener Luft. Bei beispielsweise einer Frequenz von 1000 Hz resultiert das in einer Schallgeschwindigkeitsdifferenz von etwa 1 m/s bzw. einer Wellenlängendifferenz von ungefähr 1 mm. Diese Betrachtung bezieht sich auf den unterschiedlichen Feuchtegrad, bei konstanter Temperatur. Viel größeren Einfluss hat allerdings die Temperatur des Trägermediums auf die Schallgeschwindigkeit bzw. auf die Wellenlänge des Schalls. Bezogen auf eine Frequenz von 1000 Hz beträgt die Wellenlänge bei 20° C ungefähr 342,35 mm. Bei einer Temperatur von 50° C und einer Frequenz von 1000 Hz ergibt sich hingegen eine Wellenlänge von ca. 359,44 mm (bei konstantem Feuchtegrad). Dies entspricht einer Änderung der Wellenlänge von etwa 17,09 mm, wenn sich die Temperatur innerhalb des Strömungskanals von 20° C auf 50° C erhöht. Dadurch ist verdeutlicht, dass dementsprechend auch die Position der Schallreduzierungswand anzupassen ist, damit die Schallreduzierungswand weiterhin in dem Maximum der Schallschnelle-Amplitude angeordnet ist. Insbesondere muss weiterhin die Bedingung erfüllt sein, dass die Innenwandung des Strömungskanals und die Schallreduzierungswand quer zu der Hauptströmungsrichtung einen Abstand zueinander aufweisen, welcher einem ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge einer von dem Gebläse emittierten Schallwelle entspricht. Basierend auf den Berechnungen der Steuer- und Auswerteeinrichtung kann die Schallreduzierungswand dann mittels des Aktors optimal platziert werden. Bei einer Anwendung des Haushaltsgerätes, bei welcher insbesondere die Schaufelpassierfrequenz des Gebläses oder die Temperatur innerhalb des Strömungskanals variieren, zum Beispiel bei wechselnden Leistungsstufen des Gebläses oder anderen Veränderungen, die Einfluss auf die Drehzahl oder Temperatur des Gebläsemotors haben, muss der Abstand zwischen der Schallreduzierungswand und der Innenwandung des Strömungskanals angepasst werden.
Um die relevanten Parameter des Haushaltsgerätes bzw. der Umgebung zu ermitteln, wird eine Sensorik benötigt. Daher wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Strömungskanal einen Frequenzsensor und/oder Temperatursensor und/oder Feuchtesensor aufweist. Insbesondere ist der Frequenzsensor, Temperatursensor und/oder Feuchtesensor im Bereich der Schallreduzierungswand angeordnet. Die vorgenannten Sensoren können dabei beispielsweise entweder an der Schallreduzierungswand selbst angebracht sein, oder an einem anderen Ort innerhalb des Strömungskanals, besonders bevorzugt jedoch nahe der Schallreduzierungswand. Die vorgenannten Parameter werden somit im relevanten Bereich der akustisch wirksamen Schallreduzierungswand detektiert. Die Parameter können in einem Regelkreis verarbeitet werden, welcher die Eingangsparameter Frequenz, Temperatur und Feuchtegrad in eine Verlagerung der Schallreduzierungswand innerhalb des Strömungskanals umsetzt. Der Frequenzsensor ist bevorzugt ein Mikrofon, welches die relevanten in dem Strömungskanal vorhandenen Frequenzen detektiert. Dabei kann eine zugehörige Auswertesoftware entweder eine größte Amplitude einer Frequenz über den gesamten detektierbaren Frequenzbereich ermitteln, oder nur einen bestimmten Teil-Frequenzbereichs betrachten, welcher für einen Nutzer besonders gut wahrnehmbar und daher besonders störend ist. Des Weiteren werden die Temperatur und die Feuchtigkeit mittels eines Temperatursensors bzw. eines Feuchtesensors erfasst und der Steuer- und Auswerteeinrichtung zur Analyse zugeführt. Mit diesen Informationen kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung dann die Stellgröße, nämlich den benötigten Abstand zwischen der Innenwandung des Strömungskanals und der Schallreduzierungswand, bestimmen. Ein entsprechender Aktor verstellt dann anhand der Stellgröße die Wandabstände auf den benötigten Wert, wodurch eine aktive Regelung erreicht ist. Durch die Verlagerung der Schallreduzierungswand bzw. der Innenwandung des Strömungskanals ändern sich darüber hinaus gegebenenfalls wiederum die Resonanzfrequenzen innerhalb des Strömungskanals, so dass erneut die aktuell dominanten Frequenzen innerhalb des Strömungskanals zu ermitteln sind und in Kombination mit detektierter Temperatur und detektiertem Feuchtegrad wiederum eine Anpassung der Wandabstände erfolgt.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass für verschiedene Betriebsparameter des Haushaltsgerätes, insbesondere für verschiedene Leistungsstufen des Gebläses, unterschiedliche einzustellende Positionen der Schallreduzierungswand in dem Strömungskanal vordefiniert sind. Gemäß dieser Ausgestaltung ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Geräteparameter, insbesondere die charakteristische Schallfrequenz des Gebläses, und die Umweltparameter bei jeder Betriebsänderung des Haushaltsgerätes neu gemessen werden. Vielmehr kann abhängig von dem Betriebsmodus des Haushaltsgerätes auf zugehörige Parameter geschlossen werden. Beispielsweise ist bekannt, dass eine bestimmte Leistungsstufe eines Gebläses eine definierte Schallfrequenz beinhaltet. Des Weiteren ist es üblicherweise auch so, dass sich unabhängig von einer aktuellen Umgebungstemperatur nach einer kurzen Anlaufdauer des Gebläses eine für den jeweiligen Betriebsmodus übliche Temperatur innerhalb des Strömungskanals einstellt. Bei Saugreinigungsgeräten befindet sich der Schalldämpfer in der Abluft des Gebläsemotors, welcher häufig die Hauptwärmequelle darstellt. Das vorgenannte Gleichgewicht stellt sich daher auch bei Starttemperaturen, welche geringer sind als typische Zimmertemperaturen, sehr schnell ein. Basierend auf den charakteristischen Parametern eines jeden Betriebsmodus kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung somit grundsätzlich bereits ohne aktuelle Messungen auch eine Einstellung oder zumindest Voreinstellung der Position der Schallreduzierungswand in dem Strömungskanal vornehmen. Die definierten einzustellenden Positionen können in einem Speicher des Haushaltsgerätes gespeichert sein, so dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung auf diese Informationen zugreifen kann, sobald der Nutzer einen bestimmten Betriebsmodus, insbesondere eine bestimmte Leistungsstufe des Gebläses, wählt. Gegebenenfalls ist demnach nur noch der Feuchtegrad innerhalb des Strömungskanals zu messen, welcher noch eine geringe Feinjustage der Position der Schallreduzierungswand erfordern kann. Wie zuvor erläutert ist der Einfluss des Feuchtegrades auf die Schallgeschwindigkeit bzw. die Wellenlänge nicht besonders relevant und befindet sich lediglich in einem Bereich von ca. 1 mm Wellenlängenabweichung (Unterschied zwischen "feucht" und "trocken"). Eine aufgrund einer Feuchtegradänderung benötigte Positionsänderung der Schallreduzierungswand kann bereits auch durch eine bestimmte Wandstärke der Schallreduzierungswand ausgeglichen werden, wobei die Wandstärke üblicherweise ohnehin zumindest 1 mm beträgt. Besonders bevorzugt liegen übliche Wandstärken im Bereich von 3 mm bis 6 mm, so dass ein abweichender Feuchtegrad bereits durch die Wandstärke ausgeglichen werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät,
Fig. 2: einen Strömungskanal mit einer Schallreduzierungswand,
Fig. 3: eine Prinzipskizze der Funktion der Schallreduzierungswand,
Fig. 4: eine Prinzipskizze der verlagerbaren Schallreduzierungswand,
Fig. 5: ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen dem Feuchtegrad und der Wellenlänge einer Schallfrequenz.

Beschreibung der Ausführungsformen

Figur 1 zeigt zunächst ein Haushaltsgerät 1 in der Form eines Bodenbearbeitungsgerätes, hier beispielsweise als manuell von einem Nutzer geführter Staubsauger ausgebildet. Das Haushaltsgerät 1 weist einen Griff 19 auf, mit welchem der Nutzer das Haushaltsgerät 1 über eine zu reinigende Fläche führen kann, um Sauggut, d. h. Staub und/oder Schmutz, in eine Sauggutkammer 17 einzusaugen. Das Haushaltsgerät 1 verfügt über ein elektromotorisch angetriebenes Gebläse 3, welches Sauggut ausgehend von einer Saugöffnung 16 in die Sauggutkammer 17 saugt. Mittels eines der Sauggutkammer 17 zugeordneten Filterelementes 18 wird das Sauggut aus der eingesaugten Luft herausgefiltert, so dass lediglich gereinigte Luft weiter zu dem Gebläse 3 strömt. In Strömungsrichtung hinter dem Gebläse 3, d. h. auf der Druckseite des Gebläses 3, befindet sich ein Strömungskanal 5, welcher zu einer Austrittsöffnung 4 führt. Die Austrittsöffnung 4 befindet sich an einer Wandung des Gerätegehäuses 2 des Haushaltsgerätes 1. Der Strömungskanal 5 gibt ausgehend von dem Gebläse 3 zu der Austrittsöffnung 4 eine Hauptströmungsrichtung s für die in dem Strömungskanal 5 geführte Luftströmung vor. Anstelle der hier lediglich beispielhaft gezeigten Ausführung kann der Strömungskanal 5 auch eine abweichende Querschnittsform aufweisen, beispielsweise einen runden oder ovalen Querschnitt. Auch kann der Strömungskanal 5, anstatt geradlinig, gekrümmt zu der Austrittsöffnung 4 verlaufen. Des Weiteren ist es möglich, dass sich die Querschnittsform des Strömungskanals 5 in Richtung der Längserstreckung ändert.
In dem Strömungskanal 5 ist eine Schallreduzierungswand 6 angeordnet, welche hier beispielsweise aus einem faserverstärkten Vliesstoff besteht. Eine Wandstärke d der Schallreduzierungswand 6 beträgt wenige Millimeter, beispielsweise 3 mm bis 6 mm oder darunter. In der hier beispielhaften Ausführung verläuft die Schallreduzierungswand 6 nur in einem begrenzten Bereich in Richtung der Hauptströmungsrichtung s innerhalb des Strömungskanals 5. Die Länge der Schallreduzierungswand 6 in Hauptströmungsrichtung s beträgt hier beispielsweise nur wenige Zentimeter. Die Schallreduzierungswand 6 befindet sich optimal mittig innerhalb des Strömungskanals 5, parallel zu gegenüberliegenden Innenwandungen 12 des im Querschnitt rechteckförmigen Strömungskanals 5. Die Position der Schallreduzierungswand 6 innerhalb des Strömungskanals 5 wird mittels eines Aktors 8 (siehe Fig. 4) geändert, wobei der Aktor 8 durch eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 angesteuert wird.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt des Strömungskanals 5 quer zu einer Längserstreckung des Strömungskanals 5 in Hauptströmungsrichtung s. Wie dargestellt ist die Schallreduzierungswand 6 mittig innerhalb des hier beispielhaft rechteckigen Strömungskanals 5 angeordnet, nämlich so, dass die Schallreduzierungswand 6 eine Symmetrieebene des zylindrisch ausgebildeten Strömungskanals 5 bildet. Zu beiden Seiten der Schallreduzierungswand 6 besteht ein identischer Abstand a zwischen einem jeweiligen Teilbereich einer Innenwandung 12 des Strömungskanals 5 und der jeweiligen Wandebene 7 der Schallreduzierungswand 6. Wesentlich ist, dass die Schallreduzierungswand 6 so innerhalb des Strömungskanals 5 ausgebildet und angeordnet ist, dass die Schallreduzierungswand 6 einerseits parallel zu der Hauptströmungsrichtung s innerhalb des Strömungskanals 5 verläuft, und andererseits mittig in dem Strömungskanal 5 angeordnet ist, nämlich so, dass die Abstände a zu beiden Seiten der Schallreduzierungswand 6 identisch sind. Der Strömungskanal 5 kann bezogen auf seine Längserstreckung auch abschnittsweise mehrere Schallreduzierungswände 6 hintereinander aufweisen.
Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teilbereich des Strömungskanals 5. Dargestellt sind exemplarisch zwei Resonanzmoden mit den Wellenlängen λ/2 und 3 λ/2. Der Abstand a zwischen der Schallreduzierungswand 6 und der Innenwandung 12 des Strömungskanals 5 ist so bemessen, dass dessen Betrag einer halben Wellenlänge einer innerhalb des Strömungskanals 5 ausgebildeten Grundmode entspricht. Der Verlauf der zwei exemplarisch dargestellten Schwingungsmoden gibt die örtlich variierenden Schallschnelle-Amplituden 10 mit jeweiligen Maxima 9 wieder. Die Schallschnelle der jeweiligen Schwingungsmode verläuft quer zu der Hauptströmungsrichtung s der in dem Strömungskanal 5 geführten Luftströmung. Wie in Figur 3 erkennbar, hat die Schallschnelle, und damit auch die Schallenergie, ein Maximum in der geometrischen Mitte des Strömungskanals 5, in welcher der Abstand a zu der benachbarten Innenwandung 12 in beide Richtungen identisch ist. Erfindungsgemäß wird in genau diese Ebene, welche durch das Maximum 9 der Schallschnelle-Amplitude 10 gekennzeichnet ist, die Schallreduzierungswand 6 platziert, um die Schallenergie dort mittels des Vliesmaterials der Schallreduzierungswand 6 zu absorbieren. Die Position der Schallreduzierungswand 6 wird durch einen Aktor 8 (siehe Fig. 4) verstellt, was später noch im Einzelnen beschrieben wird. Im Bereich der Innenwandung 12 des Strömungskanals 5 ist die Schallschnelle-Amplitude 10 bzw. die Schallenergie im Wesentlich gleich 0, so dass es dort nicht erforderlich ist oder wirksam wäre, ein Schallabsorptionsmaterial zu platzieren. Die Ausbreitung der stehenden Welle quer zu der Wandebene 7 der Schallreduzierungswand 6 ist aufgrund der schalldurchlässigen Eigenschaft des Materials der Schallreduzierungswand 6 ungehindert, d. h. möglichst reflexionsfrei, möglich. Insgesamt wird somit die Schallenergie der in dem Strömungskanal 5 ausgebildeten Resonanzwelle wirkungsvoll reduziert, wobei gleichzeitig die Luftströmung möglichst druckverlustarm in Hauptströmungsrichtung s durch den Strömungskanal 5 in Richtung der Austrittsöffnung 4 strömen kann. Der Wirkungsgrad der Schallreduzierungswand 6, d. h. die Schallreduzierung in Relation zu einem Druckverlust innerhalb des Strömungskanals 5, beträgt erfindungsgemäß 2:1 oder höher, was verglichen mit dem Stand der Technik einen deutlich höheren Wirkungsgrad bedeutet.
Figur 3 zeigt des Weiteren eine Anordnung mehrerer Sensoren 13,14, 15 auf der Schallreduzierungswand 6. Im Einzelnen weist die Schallreduzierungswand 6 einen Frequenzsensor 13, einen Temperatursensor 14 und einen Feuchtesensor 15 auf. Der Frequenzsensor 13 ist in einem bevorzugten Fall ein Mikrofon, welcher in Verbindung mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 eine oder mehrere Schallfrequenzen innerhalb des Strömungskanals 5 detektieren kann. Der Temperatursensor 14 dient zur Detektion einer Temperatur in dem Strömungskanal 5, während der Feuchtesensor 15 entsprechend einen Feuchtegrad innerhalb des Strömungskanals 5 misst. Alternativ zu einer unmittelbaren Anordnung der Sensoren 13, 14, 15 an der Schallreduzierungswand 6, können diese - wie in Figur 4 dargestellt - auch an einem von der Schallreduzierungswand 6 entfernten Ort innerhalb des Strömungskanals 5 positioniert sein, bevorzugt in einem Bereich, welcher bei Ortsverlagerung der Schallreduzierungswand 6 nicht störend ist.
Die Figur 4 zeigt einen Mechanismus zur erfindungsgemäßen aktiven Verlagerung der Schallreduzierungswand 6 orthogonal zu der Hauptströmungsrichtung s. Die Mechanik weist hier beispielhaft zwei Aktoren 8 auf, welche die Abstände a zwischen der Wandebene 7 der Schallreduzierungswand 6 und den gegenüberliegenden Innenwandungen 12 des Strömungskanals 5 verändern können. Die Aktoren 8 stehen jeweils in Kommunikationsverbindung mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 11, um entsprechend von dieser angesteuert werden zu können. Ein erster Aktor 8 dient der Verlagerung der Schallreduzierungswand 6 zu einer in der Figur links dargestellten ersten Innenwandung 12 des Strömungskanals 5 (mitsamt einer gegenüberliegenden zweiten Innenwandung 12 des Strömungskanals 5). Ein zweiter Aktor 8 nimmt dann eine Feinjustage des Abstandes a zwischen der Schallreduzierungswand 6 und der zweiten Innenwandung 12 vor, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 die Aktoren 8 so ansteuert, dass die beiden Abstände a zwischen der ersten Innenwandung 12 und der Schallreduzierungswand 6 und der Schallreduzierungswand 6 und der zweiten Innenwandung 12 identisch sind.
Die Aktoren 8 dienen in Verbindung mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 einer Anpassung der Position der Schallreduzierungswand 6 innerhalb des Strömungskanals 5 an aktuelle Geräte- und Umweltparameter, welche die Wellenlänge der Schallanteile innerhalb des Strömungskanals 5 beeinflussen. In Figur 5 ist beispielhaft der Einfluss der Temperatur auf die Wellenlänge der Resonanzmoden des Strömungskanals 5 dargestellt, nämlich einerseits für feuchte Luft (hoher Feuchtegrad) und andererseits trockene Luft (niedriger Feuchtegrad). Erkennbar ist, dass die Beziehung zwischen der Temperatur und der Wellenlänge linear verläuft, wobei die Wellenlänge bei feuchter Luft grundsätzlich etwas geringer (ca. 1 mm) ist als bei trockener Luft. Der Einfluss des Feuchtegrades auf die Schallgeschwindigkeit bzw. die Wellenlänge innerhalb des Strömungskanals 5 ist somit eher gering. Wie in der Figur 5 des Weiteren erkennbar, spielt jedoch die Temperatur innerhalb des Strömungskanals 5 eine größere Rolle.
Um die Schallreduzierungswand 6 nun dort innerhalb des Strömungskanals 5 zu positionieren, wo die Schallschnelle-Amplitude 10 ein Maximum 9 erreicht, ermittelt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 die optimale Position bzw. eine Positionsänderung der Schallreduzierungswand 6, welche mittels der Aktoren 8 einzustellen ist. Zu diesem Zweck detektieren der Frequenzsensor 13, der Temperatursensor 14 und der Feuchtesensor 15 zunächst Parameter des Gebläses bzw. der innerhalb des Strömungskanals 5 vorhandenen Luft, welche Einfluss auf die Wellenlänge des Schalls innerhalb des Strömungskanals 5 haben. Der Frequenzsensor 13 detektiert die von dem Gebläse 3 verursachte sogenannte Schaufelpassierfrequenz, welche durch die Drehfrequenz des Gebläsemotors und die Anzahl der Gebläseschaufeln bedingt ist. Der Temperatursensor 14 misst die Temperatur innerhalb des Strömungskanals 5, während der Feuchtesensor 15 einen Feuchtegrad innerhalb des Strömungskanals 5 misst. Anhand der somit errechneten Wellenlänge kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 anschließend die optimale Position der Schallreduzierungswand 6 innerhalb des Strömungskanals 5 errechnen, um die Schallreduzierungswand 6 genau in einem Maximum 9 der Schallschnelle-Amplitude 10 des Schalls zu platzieren und somit eine optimale Absorption der Schallenergie zu bewirken.
Insgesamt lässt sich somit eine aktive Steuerung realisieren, bei welcher der Abstand a zwischen der Schallreduzierungswand 6 und der Innenwandung 12 des Strömungskanals 5 den auftretenden querstehenden Moden, insbesondere deren Wellenlängen, angepasst wird. Die Moden weisen eine Wellenlänge auf, die von der Frequenz der Schallemission sowie Umwelteinflüssen wie Temperatur und Feuchtegrad abhängt. Durch beispielsweise wechselnde Leistungsstufen des Gebläses 3 oder durch Veränderungen der Umwelt ist es notwendig, den Abstand a anzupassen, damit die Schallreduzierungswand 6 nach wie vor in einem Maximum 9 der Schallschnelle-Amplitude 10 einer maßgeblichen Mode platziert ist. Die Sensoren 13, 14, 15 detektieren die aktuellen Beträge der Frequenz, Temperatur und des Feuchtegrades und übermitteln diese Informationen an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11, welche daraufhin die Aktoren 8 zur Verlagerung der Schallreduzierungswand 6 ansteuert. Die Verlagerung der Schallreduzierungswand 6 kann nach einem Hysterese-Prinzip erfolgen, wobei der Abstand a geändert wird, bis sich die Schallreduzierungswand 6 in dem Maximum 9 einer Schallschnelle-Amplitude 10 befindet. Davon ausgehend wird dann der Abstand a weiter solange verändert, bis sich die Schallreduzierungswand 6 aus dem Maximum 9 wieder herausbewegt, woraufhin dann die Schallreduzierungswand 6 wieder zurück auf das Maximum 9 gefahren werden kann bis die ideale Position gefunden ist.
Des Weiteren ist es möglich, anhand von Erfahrungswerten über die Beträge von Frequenz, Temperatur und Feuchtegrad je nach Betriebsmodus des Haushaltsgerätes 1 bzw. des Gebläses 3 zunächst grobe Positionen der Schallreduzierungswand 6 einzustellen, welche dann durch konkrete Messwerte feinjustiert werden können. Beispielsweise ist für einen bestimmten Betriebsmodus des Gebläses 3 eine bestimmte Frequenz des Gebläses 3 vorgegeben. Des Weiteren stellt sich innerhalb des Strömungskanals 5 je nach Betriebsmodus üblicherweise eine charakteristische Temperatur ein. Der Feuchtegrad ist demgegenüber derjenige Parameter, welcher die Lage des Maximums 9 der Schallschnelle-Amplitude 10 am wenigsten beeinflusst, so dass hier ein empirisch gefundener Mittelwert angenommen werden kann. Anhand dieser für einen bestimmten Betriebsmodus üblichen Parameter kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 zunächst mittels der Aktoren 8 eine grobe Vorjustierung der Schallreduzierungswand 6 vornehmen, woraufhin dann konkrete Messungen mittels des Frequenzsensors 13, des Temperatursensors 14 und des Feuchtesensors 15 erfolgen. Anhand der aktuellen Messdaten kann dann eine Feinjustage der Position der Schallreduzierungswand 6 erfolgen.

Liste der Bezugszeichen

1: Haushaltsgerät
2: Gerätegehäuse
3: Gebläse
4: Austrittsöffnung
5: Strömungskanal
6: Schallreduzierungswand
7: Wandebene
8: Aktor
9: Maximum
10: Amplitude
11: Auswerteeinrichtung
12: Innenwandung
13: Frequenzsensor
14: Temperatursensor
15: Feuchtesensor
16: Saugöffnung
17: Sauggutkammer
18: Filterelement
19: Griff

a: Abstand
d: Wandstärke
s: Hauptströmungsrichtung

Claims

Haushaltsgerät (1), insbesondere Bodenbearbeitungsgerät, mit einem Gerätegehäuse (2), einem in dem Gerätegehäuse (2) angeordneten Gebläse (3), einer in Strömungsrichtung hinter dem Gebläse (3) in dem Gerätegehäuse (2) ausgebildeten Austrittsöffnung (4) und einem Strömungskanal (5), welcher die Austrittsöffnung (4) strömungsführend mit dem Gebläse (3) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungskanal (5) eine Schallreduzierungswand (6) positioniert ist, deren Wandebene (7) parallel zu einer Hauptströmungsrichtung (s) der in dem Strömungskanal (5) geführten Luftströmung orientiert ist, wobei die Schallreduzierungswand (6) bezogen auf eine Richtung orthogonal zu der Hauptströmungsrichtung (s) aktiv verlagerbar in dem Strömungskanal (5) angeordnet ist.
Haushaltsgerät (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen der Schallreduzierungswand (6) zugeordneten Aktor (8), welcher zur Verlagerung der Schallreduzierungswand (6) ausgebildet ist.
Haushaltsgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (8) ein Stellmotor ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallreduzierungswand (6) so innerhalb des Strömungskanals (5) verlagerbar ist, dass ein Maximum (9) einer Schallschnelle-Amplitude (10) der in dem Strömungskanal (5) geführten Luftströmung in der Wandebene (7) der Schallreduzierungswand (6) liegt.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, welche eingerichtet ist, die Schallreduzierungswand (6) abhängig von einer in dem Strömungskanal (5) auftretenden charakteristischen Schallfrequenz und/ oder einem Umweltparameter zu verlagern.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (11), welche eingerichtet ist, die Schallreduzierungswand (6) so zu verlagern, dass eine Innenwandung (12) des Strömungskanals (5) und die Schallreduzierungswand (6) quer zu der Hauptströmungsrichtung (s) einen Abstand (a) zueinander aufweisen, welcher einem ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge (λ/2) einer von dem Gebläse (3) emittierten Schallwelle entspricht.
Haushaltsgerät (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umweltparameter eine Temperatur oder ein Feuchtegrad der in dem Strömungskanal (5) geführten Luftströmung ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (5) einen Frequenzsensor (13) und/oder Temperatursensor (14) und/oder Feuchtesensor (15) aufweist.
Haushaltsgerät (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzsensor (13) und/oder Temperatursensor (14) und/oder Feuchtesensor (15) im Bereich der Schallreduzierungswand (6) angeordnet ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Betriebsparameter des Haushaltsgerätes (1), insbesondere für verschiedene Leistungsstufen des Gebläses (3), unterschiedliche einzustellende Positionen der Schallreduzierungswand (6) in dem Strömungskanal (5) vordefiniert sind.