WO2008128751A1 - Verfahren zur betreiben einer rotationsbürstenanordnung und rotationsbürstenanordnung zur durchführung eines solchen verfahrens - Google Patents

Verfahren zur betreiben einer rotationsbürstenanordnung und rotationsbürstenanordnung zur durchführung eines solchen verfahrens Download PDF

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Günther ENNEN
Martin Behrenswerth
Martin DRÜCKER
Cornelius Wolf
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    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a rotary brush arrangement, in particular for a vacuum cleaner, comprising a housing and at least one rotatably mounted roller disposed therein, which can be brought into contact with a floor covering via brushes or baffles, and a drive which is at least partially inside the roller is arranged, wherein the drive is designed as a brushless permanent magnet motor, which is connected to an electronic control, in which detects the load on the rotating roller and depending on the power supply to the drive is controlled.
  • the invention also relates to a rotary brush arrangement for carrying out such a method.
  • Vacuum cleaners are known in which a rotary brush is provided in the suction channel, which is driven by a belt.
  • the belt must be replaced as a wearing part at regular intervals.
  • the rotational speed of the rotary brush must be set relatively high, since with constant engine power, the speed is dependent on the braking forces of the floor covering during brushing. This can lead to damage of the floor covering, especially when the brush is not moving.
  • EP 1 352 603 A1 shows a rotary brush arrangement in which a brushless permanent magnet motor is used as drive. Due to the speed control used, this allows detection of different load states, which are used, for example, for overload sensing.
  • BESTATIGUNGSKOPIE According to the invention with the control regular load changes are detected by moving the rotary brush assembly in different directions and in the absence of a load change, especially for a predetermined period of time, the speed of the roller is reduced or turned off. Because a lack of load changes indicates a standstill of the device, so that the rotary brush assembly remains positioned in the same place and a permanent brushing could cause damage to the floor covering. As a result, such a standstill is detected via the intelligent control and damage is avoided.
  • the drive is controllable so that the roller can be maintained at different braking forces through the floor covering at a substantially constant speed.
  • the drive when a voltage is induced as a result of a mechanical rotation of the roller when the drive is switched off, for example caused by moving the rotary brush arrangement, the drive is switched on via the controller.
  • the user can then move the device, for example the brush, without an elaborate menu guidance, and the rotation brush arrangement is switched on automatically.
  • the controller is designed so that in case of a sudden increase in the load on the roller by standstill, for example by jamming an object on the rotary brush assembly, the controller is switched off.
  • the safety function of the shutdown by the controller can be made automatically.
  • the controller can be embodied as an electronic controller which is integrated in the drive, so that the user does not have to undertake expensive operator input.
  • Figures 1, 2 is a perspective view of a rotary brush assembly in various views;
  • Figure 3 is a bottom view of the rotary brush assembly of Figure 1 and
  • FIG. 4 shows a load diagram when operating a rotary brush arrangement.
  • a rotary brush arrangement 1 is arranged on a suction attachment of a vacuum cleaner and comprises a housing 2, in which a suction channel 3 is formed. Inside the suction channel 3, a roller 4 is provided, which has on the outer periphery bristles, tufts or baffles, which come into contact with a floor covering during rotation of the roller 4.
  • a cavity is formed, in which at least on one side a drive 7 is provided, which is fixed to a holding element 8.
  • the drive 7 is supplied with power via lines 9.
  • the drive 7 is designed as a brushless permanent magnet motor and comprises rod-shaped permanent magnets, for example rare earth magnets, which are arranged parallel to the axis of rotation of the roller 4.
  • Excitable coils are provided within the permanent magnets whose current flow can be controlled via an electronic control. Depending on the current flow through the coils lo the speed of the roller 4 is controlled.
  • a drive shaft 10 is arranged with a square cross-section, which drives the roller 4 via a bearing 11.
  • the permanent magnets of the brushless permanent magnet motor directly to the roller 4 on the inner circumference, so that they are then rotated without contact over the excitable coil and ange ⁇ i 5 driven.
  • the speed of the roller 4 can be controlled. Because depending on the floor covering, for example, the pile height of a carpet, different braking forces act when turning the roller 4. However, it is desirable to keep the speed substantially constant, regardless of the floor covering. This is possible with the drive 7, since depending on the load on the roller 4, the power supply
  • the rotary brush assembly 1 is driven largely wear-free and also decreases the noise 2 5 by vibrations and / or imbalances.
  • the respective load state can be recognized via the control, so that an intelligent control facilitates the operation by the user.
  • FIG 4 different load cases of the rotary brush assembly 1 are shown schematically, wherein L generally shows the load during brushing by the roller 4 over time.
  • the rotary brush arrangement is pushed back and forth at regular intervals, as is customary during suction. If the suction attachment is pushed against the direction of the rotary brush arrangement, a somewhat higher load acts on the roller 4 than when the rotation brush arrangement is moved in the opposite direction, so that regular load changes are present.
  • the graph B is another flooring available, for example, has a lower pile height or is designed as a smooth floor.
  • the load is generally lower when moving the rotary brush assembly.
  • the power supply to the drive 7 is reduced accordingly.
  • the reciprocation of the suction attachment in regular intervals load changes instead.
  • the controller can recognize that the roller 4 is no longer moving. As a result, the controller can automatically reduce the speed of the roller 4 or lower it to zero in order to avoid damaging the floor covering by the roller 4. Additionally or alternatively, the controller may provide a signal to the device controller of the vacuum cleaner (not shown) which, in the presence of this signal, shuts off the fan motor to save further energy. Signal transmission can either be via an additional signal line, via the power line leading from the vacuum cleaner to the suction attachment, or wirelessly (radio, infrared, ultrasound).
  • the reconnection of the fan and / or the roller can be effected by a position sensor, not shown, which detects a movement of the vacuum cleaner.
  • a position sensor not shown, which detects a movement of the vacuum cleaner.
  • Graph D shows another load case with rotating drum 4 turned on.
  • a load change takes place, as is the case with graphs A and B.
  • the roller 4 jams, and this causes a sudden increase of the load, 25 to the point F.
  • the controller automatically shuts off the power supply to the drive 7 and insofar no risk of injury is given. Due to the electronic control, the load cases can be automatically detected and processed according to graphs A to D.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nozzles For Electric Vacuum Cleaners (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Rotationsbürstenanordnung insbesondere für einen Staubsauger, mit einem Gehäuse (2) und mindestens einer darin angeordneten drehbar gelagerten Walze (4), die über Bürsten (5) oder Leitwände in Kontakt mit einem Bodenbelag bringbar ist, und einem Antrieb (7), der zumindest teilweise innerhalb der Walze angeordnet ist, wobei der Antrieb (7) als bürstenloser Permanentmagnetmotor ausgebildet ist, der mit einer elektronischen Steuerung verbunden ist, bei dem die Belastung an der sich drehenden Walze (4) erfasst und davon abhängig die Stromzufuhr zu dem Antrieb (7) geregelt wird. Damit ein Steuern der Drehzahl für unterschiedliche Belastungsfälle und Situationen möglich ist, wird vorgeschlagen, dass mit der Steuerung regelmäßige Lastwechsel durch Bewegen der Rotationsbürstenanordnung in unterschiedliche Richtungen erfasst werden und bei Fehlen eines Lastwechsels, insbesondere für eine vorbestimmte Zeitdauer, die Drehzahl der Walze (4) reduziert oder abgeschaltet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Rotationsbürstenanordnung und Rotationsbürstenanordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Rotationsbürstenanord- nung insbesondere für einen Staubsauger, mit einem Gehäuse und mindestens einer darin angeordneten drehbar gelagerten Walze, die über Bürsten oder Leitwände in Kontakt mit einem Bodenbelag bringbar ist, und einem Antrieb, der zumindest teilweise innerhalb der Walze angeordnet ist, wobei der Antrieb als bürstenloser Permanentmagnetmotor ausgebildet ist, der mit einer elektronischen Steuerung verbunden ist, bei dem die Belastung an der sich drehenden Walze erfasst und davon abhängig die Stromzufuhr zu dem Antrieb geregelt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Rotationsbürstenanordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Es sind Staubsauger bekannt, bei denen im Saugkanal eine Rotationsbürste vorgesehen ist, die über einen Riemen angetrieben ist. Der Riemen ist als Verschleißteil in regelmäßigen Abständen auszutauschen. Zudem muss zum effektiven Bürsten unterschiedlicher Bodenbeläge die Drehzahl der Rotationsbürste relativ hoch eingestellt werden, da bei konstanter Motorleistung die Drehzahl abhängig von den Bremskräften des Bodenbelags beim Bürsten ist. Dies kann gerade bei Nicht-Bewegen der Bürste zu einer Beschädigung des Bodenbelages führen.
Aus der EP 1 297 773 B1 ist eine Rotationsbürstenanordnung bekannt, bei der der Motor innerhalb der Walze angeordnet ist. Dadurch wird eine relativ kompakte Bauweise erreicht, allerdings besitzt der Antrieb einen Motor mit Kommutator und Kohlebürsten, die einen Abrieb aufweisen und Verschleißteile sind. Zudem kann die Drehzahl der Bürste nicht abhängig von der Bremskraft durch den Bodenbelag geregelt werden.
Die EP 1 352 603 A1 zeigt eine Rotationsbürstenanordnung, bei der als Antrieb ein bürstenloser Permanentmagnetmotor verwendet wird. Mit diesem ist aufgrund der verwendeten Dreh- zahlregelung eine Erfassung von verschiedenen Lastzuständen möglich, die beispielsweise für eine Überlast-Sensierung verwendet werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Rotationsbürstenanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Rotationsbürstenanordnung zu schaffen, bei der ein Steuern der Drehzahl für unterschiedliche Belastungsfälle und Situationen möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie einer Rotationsbürstenanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen.
BESTATIGUNGSKOPIE Erfindungsgemäß werden mit der Steuerung regelmäßige Lastwechsel durch Bewegen der Rotationsbürstenanordnung in unterschiedliche Richtungen erfasst und bei Fehlen eines Lastwechsels, insbesondere für eine vorbestimmte Zeitdauer, wird die Drehzahl der Walze reduziert oder abgeschaltet. Denn ein Fehlen von Lastwechseln deutet auf einen Stillstand des Gerätes hin, so dass die Rotationsbürstenanordnung an der selben Stelle positioniert bleibt und ein dauerhaftes Bürsten eine Beschädigung des Bodenbelages hervorrufen könnte. Dadurch wird über die intelligente Steuerung ein solcher Stillstand erkannt und eine Beschädigung vermieden.
Insbesondere ist der Antrieb so steuerbar, dass die Walze bei unterschiedlichen Bremskräften durch den Bodenbelag mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl gehalten werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird bei Induktion einer Spannung infolge einer mechanischen Drehung der Walze bei abgeschaltetem Antrieb, beispielsweise hervorgerufen durch Bewegen der Rotationsbürstenanordnung, der Antrieb über die Steuerung eingeschaltet. Dann kann der Benutzer ohne eine aufwendige Menüführung das Gerät, beispielswei- se die Bürste, bewegen und ein Einschalten der Rotationsbürstenanordnung erfolgt automatisch.
Zudem ist es möglich, bei einer Reduzierung der Last an der Walze durch Abheben der Rotationsbürstenanordnung vom Bodenbelag über die Steuerung die Drehzahl zu reduzieren oder abzuschalten.
Vorzugsweise ist die Steuerung so ausgebildet, dass bei einem sprunghaften Anstieg der Last an der Walze durch Stillstand, beispielsweise durch Verklemmen eines Gegenstandes an der Rotationsbürstenanordnung, die Steuerung abschaltbar ist. Dadurch kann die Sicherheitsfunktion des Abschaltens durch die Steuerung automatisch vorgenommen werden.
Dabei kann die Steuerung als elektronische Steuerung ausgebildet sein, die in dem Antrieb in- tegriert ist, so dass der Benutzer keine aufwendige Bedienungseingabe vornehmen muss.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figuren 1 , 2 eine perspektivische Darstellung einer Rotationsbürstenanordnung in verschiedenen Ansichten; Figur 3 eine Unteransicht auf die Rotationsbürstenanordnung der Figur 1 und
Figur 4 ein Lastdiagramm beim Betreiben einer Rotationsbürstenanordnung.
Eine Rotationsbürstenanordnung 1 ist an einem Saugvorsatz eines Staubsaugers angeordnet und umfasst ein Gehäuse 2, in dem ein Saugkanal 3 ausgebildet ist. Innerhalb des Saugkanals 3 ist eine Walze 4 vorgesehen, die am äußeren Umfang Borsten, Büschel oder Leitwände aufweist, die beim Drehen der Walze 4 in Kontakt mit einem Bodenbelag kommen.
Innerhalb der Walze 4 ist ein Hohlraum ausgebildet, in dem zumindest an einer Seite ein Antrieb 7 vorgesehen ist, der an einem Halteelement 8 festgelegt ist. Der Antrieb 7 ist über Leitun- s gen 9 mit Strom versorgt.
Der Antrieb 7 ist als bürstenloser Permanentmagnetmotor ausgebildet und umfasst stäbchenförmige Permanentmagneten, beispielsweise Seltenerdmagnete, die parallel zur Drehachse der Walze 4 angeordnet sind. Innerhalb der Permanentmagneten sind erregbare Spulen vorgesehen, deren Stromdurchfluss über eine elektronische Steuerung gesteuert werden kann. Je nach lo Stromdurchfluss durch die Spulen wird die Drehzahl der Walze 4 gesteuert.
Innerhalb der Walze 4 ist eine Antriebswelle 10 mit quadratischem Querschnitt angeordnet, die über eine Lagerung 11 die Walze 4 antreibt. Es ist aber auch möglich, die Permanentmagneten des bürstenlosen Permanentmagnetmotors unmittelbar an der Walze 4 am inneren Umfang anzubringen, so dass diese dann berührungslos über die erregbaren Spulen gedreht und ange- i5 trieben werden. Durch den Antrieb 7 und die elektronische Steuerung kann die Drehzahl der Walze 4 geregelt werden. Denn abhängig vom Bodenbelag, beispielsweise der Florhöhe eines Teppichs, wirken unterschiedliche Bremskräfte beim Drehen der Walze 4. Es ist jedoch wünschenswert, die Drehzahl im Wesentlichen konstant zu halten, unabhängig vom Bodenbelag. Dies ist mit dem Antrieb 7 möglich, da abhängig von der Last an der Walze 4 die Stromzufuhr
20 geregelt werden kann. Dies schont den jeweiligen Bodenbelag und die Drehzahl muss lediglich so hoch sein, dass die Geschwindigkeit der Walze am Umfang eine ausreichende Einwirkung der Borsten auf den zu bearbeitenden Untergrund gewährleistet.
Durch Einsatz eines bürstenlosen Permanentmagnetmotors wird die Rotationsbürstenanordnung 1 weitgehend verschleißfrei angetrieben und zudem sinkt auch die Geräuschentwicklung 25 durch Vibrationen und/oder Unwuchten.
Über die Steuerung ist zudem der jeweilige Lastzustand erkennbar, so dass eine intelligente Steuerung die Bedienung durch den Benutzer erleichtert.
In Figur 4 sind unterschiedliche Lastfälle der Rotationsbürstenanordnung 1 schematisch dargestellt, wobei L allgemein die Last beim Bürsten durch die Walze 4 über die Zeit zeigt. Bei dem 30 Graph A wird die Rotationsbürstenanordnung in regelmäßigen Interwallen hin- und hergeschoben, wie dies beim Saugen üblich ist. Wird der Saugvorsatz gegen die Richtung der Rotationsbürstenanordnung geschoben, wirkt auf die Walze 4 eine etwas höhere Last als beim Bewegen der Rotationsbürstenanordnung in Gegenrichtung, so dass regelmäßige Lastwechsel vorhanden sind. Bei dem Graph B ist ein anderer Bodenbelag vorhanden, der beispielsweise eine geringere Florhöhe hat oder als Glattboden ausgebildet ist. Dadurch ist die Last generell beim Bewegen der Rotationsbürstenanordnung niedriger. Um die Walze mit gleicher Geschwindigkeit zu drehen, wird die Stromzufuhr zu dem Antrieb 7 entsprechend reduziert. Im übrigen finden durch 5 das Hin- und Herbewegen des Saugvorsatzes in regelmäßigen Interwallen Lastwechsel statt.
Bei dem Graph C findet offensichtlich keine Bewegung des Saugvorsatzes mehr statt. Denn die Last an der Walze 4 ist über eine längere Zeitdauer konstant, so dass die Steuerung erkennen kann, dass die Walze 4 sich nicht mehr bewegt. Dadurch kann die Steuerung automatisch die Drehzahl der Walze 4 reduzieren oder auf Null absenken, um eine Beschädigung des Bodenbe- iö lages durch die Walze 4 zu vermeiden. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung ein Signal an die Gerätesteuerung des Staubsaugers (nicht dargestellt) abgeben, der bei Vorliegen dieses Signals den Gebläsemotor abschaltet, um weitere Energie einzusparen. Die Signalübertragung kann entweder über eine zusätzliche Signalleitung, über die vom Staubsauger zum Saugvorsatz führende Stromleitung oder drahtlos (Funk, Infrarot, Ultraschall) erfolgen. Das Wiederein- i5 schalten des Gebläses und/oder der Walze kann durch einen nicht dargestellten Lagesensor erfolgen, der eine Bewegung des Staubsaugers erkennt. Alternativ und in besonders vorteilhafter Weise ist es möglich, ein Einschalten automatisch vorzunehmen, wenn der Benutzer den Saugvorsatz über den Boden schiebt und dabei die Walze 4 zwangsläufig mechanisch dreht. Durch Drehen der Walze 4 wird eine Spannung in die Spulen des bürstenlosen Permanent-
20 magnetmotors induziert, so dass durch die Steuerung die induzierten Spannungsspitzen erkannt werden und dann der Antrieb automatisch wieder angeschaltet werden kann.
Der Graph D zeigt einen weiteren Belastungsfall bei eingeschalteter sich drehender Walze 4. Zunächst findet ein Lastwechsel statt, wie dies auch bei den Graphen A und B der Fall ist. Anschließend verklemmt sich die Walze 4, und dies sorgt für einen sprunghaften Anstieg der Last, 25 bis zu dem Punkt F. Hier wird durch die Steuerung erkannt, dass die Walze 4 still steht und der sprunghafte Anstieg der Last durch ein Verklemmen erfolgt, so dass die Steuerung automatisch die Stromzufuhr zu dem Antrieb 7 abschaltet und insofern keine Verletzungsgefahr mehr gegeben ist. Durch die elektronische Steuerung können die Lastfälle gemäß den Graphen A bis D automatisch erkannt und verarbeitet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Rotationsbürstenanordnung insbesondere für einen Staubsauger, mit einem Gehäuse (2) und mindestens einer darin angeordneten drehbar gelagerten Walze (4), die über Bürsten (5) oder Leitwände in Kontakt mit einem Bodenbelag bring- s bar ist, und einem Antrieb (7), der zumindest teilweise innerhalb der Walze angeordnet ist, wobei der Antrieb (7) als bürstenloser Permanentmagnetmotor ausgebildet ist, der mit einer elektronischen Steuerung verbunden ist, bei dem die Belastung an der sich drehenden Walze (4) erfasst und davon abhängig die Stromzufuhr zu dem Antrieb (7) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, lo dass mit der Steuerung regelmäßige Lastwechsel durch Bewegen der Rotationsbürstenanordnung in unterschiedliche Richtungen erfasst werden und bei Fehlen eines Lastwechsels, insbesondere für eine vorbestimmte Zeitdauer, die Drehzahl der Walze (4) reduziert oder abgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , I5 dadurch gekennzeichnet, dass mittels dem Antrieb die Walze (4) bei unterschiedlichen Bremskräften durch den Bodenbelag bei im Wesentlichen konstanter Drehzahl gehalten werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
20 dass bei Induzieren einer Spannung infolge einer mechanischen Drehung der Walze (4) bei abgeschaltetem Antrieb, beispielsweise hervorgerufen durch Bewegen der Rotationsbürstenanordnung, der Antrieb (7) über die Steuerung eingeschaltet wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
2s dass bei Reduzierung der Last an der Walze (4) durch Abheben vom Bodenbelag die
Steuerung die Drehzahl reduziert.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung bei einem sprunghaften Anstieg der Last an der Walze (4) durch Still- 30 stand die Stromzufuhr abschaltet.
6. Rotationsbürstenanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung als elektronische Steuerung ausgebildet ist, die in dem Antrieb (7) integriert ist.
PCT/EP2008/003205 2007-04-24 2008-04-22 Verfahren zur betreiben einer rotationsbürstenanordnung und rotationsbürstenanordnung zur durchführung eines solchen verfahrens Ceased WO2008128751A1 (de)

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