WO2019057276A1

WO2019057276A1 - Hochdruckreinigungsgerät

Info

Publication number: WO2019057276A1
Application number: PCT/EP2017/073814
Authority: WO
Inventors: Rolf Kirchdörfer; Sven Dirnberger; Jürgen KLÖPFER; Bernhard Beck
Original assignee: Alfred Kärcher SE & Co. KG
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckreinigungsgerät (10; 50) mit einem Elektromotor (12; 52) und einer vom Elektromotor (12; 52) angetriebenen Pumpe(14; 54), die einen Pumpeneinlass (16) zum Zuführen von unter Druck zu setzender Reinigungsflüssigkeit und einen Pumpenauslass (18) zum Abgeben von unter Druck gesetzter Reinigungsflüssigkeit aufweist. Um das Hochdruckreinigungsgerät (10; 50) derart weiterzubilden, dass es mit dem durch die interne Systemauslegung des Hochdruckreinigungsgeräts (10; 50) und dem durch die Stromabsicherung einer Stromquelle (30; 64) des Elektromotors (12; 52) vorgegebenen maximalen Druck betrieben werden kann, ohne dass die Gefahr einer toleranzbedingten Unterbrechung des Betriebs besteht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Stromaufnahme des Elektromotors (12; 52) durch Veränderung des Drucks der Reinigungsflüssigkeit veränderbar ist.

Description

HOCHDRUCKREINIGUNGSGERÄT

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckreinigungsgerät mit einem Elektromotor und einer vom Elektromotor angetriebenen Pumpe, die einen Pumpeneinlass zum Zuführen von unter Druck zu setzender Reinigungsflüssigkeit und einen Pumpenauslass zum Abgeben von unter Druck gesetzter Reinigungsflüssigkeit aufweist.

Mit Hilfe eines derartigen Hochdruckreinigungsgeräts kann eine Reinigungsflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, unter Druck gesetzt werden. Das Hochdruckreinigungsgerät weist eine Pumpe auf mit einem Pumpeneinlass und einem Pumpenauslass. An den Pumpeneinlass kann eine Flüssigkeitszufuhrleitung angeschlossen werden, um die Pumpe mit unter Druck zu setzender Reinigungsflüssigkeit zu versorgen, und an den Pumpenauslass kann eine Flüssigkeitsabgabeleitung angeschlossen werden, um die von der Pumpe unter Druck gesetzte Reinigungsflüssigkeit beispielsweise auf eine Fläche zu richten. Am freien Ende der Flüssigkeitsabgabeleitung kann ein vom Benutzer steuerbares Abgabeorgan, beispielsweise eine Sprühlanze oder eine Spritzpistole, angeordnet sein.

Die Pumpe wird von einem Elektromotor angetrieben, der von einer Stromquelle mit Energie versorgt werden kann. Als Stromquelle kann beispielsweise eine Batterie, ein Generator oder auch ein öffentliches Stromversorgungsnetz zum Einsatz kommen . Von der Stromquelle wird ein Motorstrom bereitgestellt, der einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten darf, da ansonsten eine üblicherweise zum Einsatz kommende Überstromschutzeinrichtung die Stromversorgung unterbricht.

Die Pumpe arbeitet gegen den Druck der Reinigungsflüssigkeit. Je größer der Druck ist, desto mehr Energie benötigt der Elektromotor und desto größer ist der Motorstrom. Der von der Pumpe erzielbare maximale Druck der Reini- gungsflüssigkeit wird durch die vom Hersteller gewählte interne Systemauslegung des Hochdruckreinigungsgeräts sowie durch die Überstromschutzein- richtung begrenzt. Für einen sicheren Betrieb des Hochdruckreinigungsgeräts müssen strombeeinflussende Bauteiltoleranzen sowie sonstige Toleranzen berücksichtigt werden. Bekannte Hochdruckreinigungsgeräte werden häufig nur bis zu einem Druck betrieben, der kleiner ist als der durch die Systemauslegung und die Überstromschutzeinrichtung vorgegebene maximale Druck, um eine durch die Toleranzen hervorgerufene Überschreitung des maximal zulässigen Motorstroms und damit eine Unterbrechung des Betriebs des Hochdruckreinigungsgeräts zu vermeiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hochdruckreinigungsgerät der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass das Hochdruckreinigungsgerät mit dem durch die interne Systemauslegung und die Überstromschutzeinrichtung vorgegebenen maximalen Druck der Reinigungsflüssigkeit betrieben werden kann, ohne dass die Gefahr einer toleranzbedingten Unterbrechung des Betriebs besteht.

Diese Aufgabe wird bei einem Hochdruckreinigungsgerät der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stromaufnahme des Elektromotors durch Veränderung des Drucks der Reinigungsflüssigkeit regelbar ist.

Beim erfindungsgemäßen Hochdruckreinigungsgerät kann die Stromaufnahme des Elektromotors, das heißt der Motorstrom, durch Veränderung des Drucks der Reinigungsflüssigkeit geregelt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein vorgegebener Maximalwert des Motorstroms nicht überschritten wird. Somit besteht keine Gefahr, dass aufgrund unvermeidlicher Toleranzen eine Überstromschutzeinrichtung aktiviert wird, die die Stromversorgung des Elektromotors und damit den Betrieb des Hochdruckreinigungsgeräts unterbricht.

Wie bereits erwähnt, arbeitet die Pumpe des erfindungsgemäßen Hochdruckreinigungsgeräts gegen den Druck der Reinigungsflüssigkeit. Je größer der Druck ist, desto mehr Energie benötigt der Elektromotor und desto größer ist der Motorstrom. Eine Veränderung des Drucks hat somit eine Veränderung des Motorstroms zur Folge. Dies gibt die Möglichkeit, den Motorstrom zu regeln, indem der Druck verändert wird . Insbesondere kann der Motorstrom auf den maximal zulässigen Wert geregelt und somit das Hochdruckreinigungsgerät mit dem durch die interne Systemauslegung und die Überstromschutzeinrich- tung der Stromquelle vorgegebenen maximalen Druck betrieben werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Motorstrom aufgrund von Toleranzen den vorgegebenen Maximalwert überschreitet und daraufhin der Betrieb des Hochdruckreinigungsgeräts unterbrochen wird. Einer Überschreitung des Maximalwertes kann vielmehr durch eine Druckänderung entgegengewirkt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Hochdruckreinigungsgerät einen Stromsensor, eine Regelelektronik und ein Stellglied auf, wobei mittels des Stromsensors der Motorstrom des Elektromotors erfassbar und der Regelelektronik ein dem Motorstrom entsprechendes Eingangssignal bereitstellbar ist, und wobei mittels der Regelelektronik dem Stellglied ein vom Eingangssignal abhängiges Stellsignal bereitstellbar ist zum Verändern des Drucks der Reinigungsflüssigkeit. Mit Hilfe des Stromsensors kann der von der Stromquelle bereitgestellte Motorstrom des Elektromotors erfasst werden und es kann der Regelelektronik ein dem Motorstrom entsprechendes Eingangssignal bereitgestellt werden. Die Regelelektronik steht mit einem Stellglied zum Verändern des Drucks der Reinigungsflüssigkeit in signalleitender Verbindung und stellt dem Stellglied ein Stellsignal bereit, das von dem Eingangssignal des Stromsensors abhängig ist. In Abhängigkeit vom Eingangssignal kann die Regelelektronik dem Stellglied ein Stellsignal bereitstellen, das das Stellglied veranlasst, den Druck der Reinigungsflüssigkeit zu reduzieren, um einer Überschreitung des Maximalwertes entgegenzuwirken.

Die Regelelektronik kann beispielsweise einen Komparator aufweisen, mit dem ein vom Stromsensor bereitgestellter Istwert des Eingangssignals mit einem vorgegebenen Sollwert des Eingangssignals verglichen wird, wobei der Sollwert des Eingangssignals dem vorgegebenen Maximalwert des Motorstroms entspricht. Mittels der Regelelektronik kann somit ein Sollwert-Istwert-Vergleich durchgeführt werden .

Von Vorteil ist es, wenn der Sollwert des Eingangssignals vorgebbar ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Sollwert des Eingangssignals einstellbar ist. Die Regelelektronik kann hierzu eine geeignete Schnittstelle aufweisen.

Das der Regelelektronik nachgeordnete Stellglied weist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Motorsteuerung auf, wobei mittels der Motorsteuerung die Drehzahl des Elektromotors veränderbar ist. Der Druck der Reinigungsflüssigkeit ist von der Motordrehzahl abhängig . Je größer die Motordrehzahl, desto größer ist der Druck. Der Druck kann somit auf konstruktiv einfache Weise durch eine Verringerung der Motordrehzahl reduziert werden, um dadurch zu vermeiden, dass der Motorstrom den vorgegebenen Maximalwert überschreitet.

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Hochdruckreinigungsgerät eine Überströmleitung aufweist, über die der Pumpenauslass mit dem Pumpeneinlass verbunden ist, und dass das Stellglied ein in die Überströmleitung geschaltetes, elektrisch steuerbares Überströmventil aufweist, das in Abhängigkeit vom Stellsignal zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbar ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hochdruckreinigungsgeräts kann der Druck der Reinigungsflüssigkeit dadurch verändert werden, dass der Reinigungsflüssigkeit über die Überströmleitung eine Strömungsverbindung vom Pumpenauslass zum Pumpeneinlass bereitgestellt wird, die bei Bedarf unterbrochen werden kann. Wird die Strömungsverbindung freigegeben, so sinkt der Druck der Reinigungsflüssigkeit und es sinkt auch der Motorstrom. Wird die Strömungsverbindung unterbrochen, so erhöht sich der Druck der Reinigungsflüssigkeit und es erhöht sich auch der Motorstrom. Dem in die Überströmleitung geschalteten Überströmventil kann von der Regelelektronik ein vom Motorstrom abhängiges Stellsignal bereitgestellt werden zur Steuerung des Überströmventils. Um einer Überschreitung des Maximalwerts des Motorstroms entgegenzuwirken, kann das Überströmventil geöffnet werden, so dass keine Gefahr besteht, dass die Stromversorgung des Elektromotors von der Überstromschutzeinrichtung unterbrochen wird.

Günstig ist es, wenn das Überströmventil zwischen der Offenstellung und der Schließstellung stufenlos verstellbar ist, denn dies ermöglicht es, den Druck der Reinigungsflüssigkeit stufenlos zu verändern, indem der Strömungswiderstand der Strömungsverbindung über die Überströmleitung verändert wird.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Überströmventil einen elektrischen Stellmotor aufweist, der mit der Regelelektronik in signalleitender Verbindung steht, wobei ein Schließkörper des Überströmventils mittels des Stellmotors zwischen der Offenstellung und der Schließstellung hin und her bewegbar ist.

Das Überströmventil ist bevorzugt als stufenlos verstellbares Servoventil ausgebildet.

Die nachfolgende Beschreibung von zwei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen :

Figur 1 : eine schematische Darstellung einer ersten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochdruckreinigungsgeräts;

Figur 2 : eine schematische Darstellung einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochdruckreinigungsgeräts.

In Figur 1 ist eine erste vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochdruckreinigungsgeräts schematisch dargestellt, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegt ist. Das Hochdruckreinigungsgerät 10 weist einen Elektromotor 12 auf, der in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Asynchronmotor ausgestaltet ist. Der Elektromotor 12 treibt eine Verdrängerpumpe 14 an, die einen Pum- peneinlass 16 und einen Pumpenauslass 18 aufweist. An den Pumpeneinlass 16 kann eine an sich bekannte und deshalb in der Zeichnung zur Erzielung einer besseren Übersicht nicht dargestellte Flüssigkeitszufuhrleitung, beispielsweise ein Flüssigkeitszufuhrschlauch, angeschlossen werden, um die Verdrängerpumpe 14 mit unter Druck zu setzender Reinigungsflüssigkeit zu versorgen. An den Pumpenauslass 18 kann eine an sich bekannte und deshalb in der Zeichnung zur Erzielung einer besseren Übersicht ebenfalls nicht dargestellte Flüssigkeitsabgabeleitung angeschlossen werden, beispielsweise ein Hochdruckschlauch.

Der Pumpenauslass 18 steht über eine Überströmleitung 20 mit dem Pumpeneinlass 16 in Strömungsverbindung. In die Überströmleitung 20 ist ein elektrisch steuerbares Überströmventil 22 geschaltet, das einen Schließkörper 24 und einen elektrischen Stellmotor 26 aufweist. Mit Hilfe des Stellmotors 26 kann der Schließkörper 24 stufenlos zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung hin und her bewegt werden .

Mittels einer elektrischer Versorgungsleitung 28 kann der Elektromotor 12 an eine elektrische Stromquelle 30 angeschlossen werden. In die Versorgungsleitung 28 ist ein Stromsensor 32 des Hochdruckreinigungsgeräts 10 geschaltet, mit dessen Hilfe der in der Versorgungsleitung 28 fließende Motorstrom erfasst werden kann . Der Stromsensor 32 ist signalleitend mit einer Regelelektronik 34 des Hochdruckreinigungsgeräts 10 verbunden, so dass der Regelelektronik 34 vom Stromsensor 32 ein dem Motorstrom des Elektromotors 12 entsprechendes Eingangssignal bereitgestellt werden kann. Die Regelelektronik 34 ist ausgangsseitig mit dem Stellmotor 26 signalleitend verbunden, so dass dem Stellmotor 26 von der Regelelektronik 34 ein vom Eingangssignal des Stromsensors 32 abhängiges Stellsignal bereitgestellt werden kann. Während des Betriebs des Hochdruckreinigungsgeräts 10 wird der Motorstrom des Elektromotors 12 mittels des Stromsensors 32 erfasst. Der Stromsensor 32 stellt der Regelelektronik 34 ein dem erfassten Motorstrom entsprechendes Eingangssignal bereit. Die Regelelektronik 34 vergleicht das Eingangssignal mit einem vorgebbaren Sollwert, der einem Maximalwert des Motorstroms entspricht. In Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs stellt die Regelelektronik 34 dem Stellmotor 26 ein Stellsignal bereit, das den Stellmotor 26 veranlasst, den Schließkörper 24 in eine dem Stellsignal entsprechende Ventilstellung zu bewegen. Nähert sich der Motorstrom zunehmend dem vorgegebenen Maximalwert, so bewegt sich der Schließkörper 24 zunehmend in seine Offenstellung, sodass der Strömungswiderstand der Strömungsverbindung vom Pumpenauslass 18 über die Überströmleitung 20 zum Pumpeneinlass 16 verringert und dadurch der der im Bereich des Pumpenauslasses 18 herrschende Druck der Reinigungsflüssigkeit reduziert wird . Dies wiederum hat zur Folge, dass der Motorstrom absinkt und somit den vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten kann. Soll der Motorstrom wieder erhöht werden, so kann dem Stellmotor 26 von der Regelelektronik 34 ein Stellsignal bereitgestellt werden, das den Stellmotor 26 veranlasst, den Schließkörper 24 in Richtung auf die Schließstellung zu bewegen, so dass der Strömungswiderstand der Strömungsverbindung vom Pumpenauslass 18 zum Pumpeneinlass 16 über die Überströmleitung 20 erhöht wird. Dies hat eine Erhöhung des Drucks der Reinigungsflüssigkeit und auch damit auch des Motorstroms zur Folge. Mittels der Regelelektronik 34 und des Überströmventils 20 kann somit der Motorstrom geregelt werden, indem der Druck der Reinigungsflüssigkeit verändert wird . Durch die Regelung des Motorstroms kann insbesondere sichergestellt werden, dass er einerseits einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet und andererseits auch nicht vollständig unterbrochen wird . Vielmehr kann das Hochdruckreinigungsgerät 10 mit dem durch die interne Systemauslegung und die Stromabsicherung der Stromquelle 30 vorgegebenen maximalen Druck betrieben werden, ohne dass die Gefahr einer toleranzbedingten Unterbrechung des Betriebs des Hochdruckreinigungsgeräts 10 besteht. In Figur 2 ist eine zweite vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochdruckreinigungsgeräts dargestellt, das insgesamt mit der Bezugszeichen 50 belegt ist. Das Hochdruckreinigungsgerät 50 weist einen Elektromotor 52 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Universalmotor ausgestaltet ist. Der Elektromotor 52 treibt eine Verdrängerpumpe 54 an, die einen Pumpeneinlass 56 und einen Pumpenauslass 58 aufweist. In entsprechender Weise wie bei dem voranstehend unter Bezugnahme auf Figur 1 erläuterten Hochdruckreinigungsgerät 10 kann an den Pumpeneinlass 56 eine Flüssigkeitszufuhrleitung angeschlossen werden, um die Verdrängerpumpe 54 mit unter Druck zu setzender Reinigungsflüssigkeit zu versorgen, und an den Pumpenauslass 58 kann eine Flüssigkeitsabgabeleitung, vorzugsweise ein Hochdruckschlauch, angeschlossen werden, um Reinigungsflüssigkeit, die von der Verdrängerpumpe 54 unter Druck gesetzt wurde, auf eine zu reinigende Fläche zu richten.

Die Drehzahl des Elektromotors 52 ist mit Hilfe einer Motorsteuerung 60 steuerbar. Durch Änderung der Motordrehzahl kann der Druck der Reinigungsflüssigkeit, der im Bereich des Pumpenauslasses 58 herrscht, verändert werden. Die Motorsteuerung 60 ist in eine Versorgungsleitung 62 geschaltet, über die der Elektromotor 52 mit einer Stromquelle 64 verbunden ist. Zur Erfassung des von der Stromquelle 64 bereitgestellten Motorstroms ist in die Versorgungsleitung 62 ein Stromsensor 66 geschaltet, der mit einer Regelelektronik 68 signalleitend verbunden ist und der Regelelektronik 68 ein dem Motorstrom entsprechendes Eingangssignal bereitstellt. Ausgangsseitig ist die Regelelektronik 68 mit der Motorsteuerung 60 signalleitend verbunden. Die Regelelektronik 68 stellt der Motorsteuerung 60, die ein Stellglied zur Veränderung des Drucks der Reinigungsflüssigkeit ausbildet, ein vom Eingangssignal des Stromsensors 66 abhängiges Stellsignal bereit. In Abhängigkeit von diesem Stellsignal ändert die Motorsteuerung 60 die Drehzahl des Elektromotors 52, um auf diese Weise den im Bereich des Pumpenauslasses 58 herrschenden Druck der Reinigungsflüssigkeit zu verändern. Nähert sich der vom Stromsensor 66 erfasste Motorstrom des Elektromotors 52 einem vorgebbaren Maximalwert, so wird die Drehzahl des Elektromotors 52 aufgrund des entsprechenden Stellsignals der Regelelektronik 68 verringert. Dies hat zur Folge, dass sich im Bereich des Pumpenauslasses 58 ein geringerer Druck der Reinigungsflüssigkeit ausbildet und der Motorstrom absinkt. Zur Erhöhung des Motorstroms kann die Motorsteuerung 60 die Drehzahl des Elektromotors 52 steigern, so dass sich im Bereich des Pumpenauslasses 58 ein höherer Druck der Reinigungsflüssigkeit ausbildet. Durch Veränderung der Drehzahl des Elektromotors 52 kann folglich der Motorstrom geregelt werden, um der Gefahr einer Überschreitung des maximal zulässigen Motorstroms entgegenzuwirken.

Es ist somit auch bei dem in Figur 2 dargestellten Hochdruckreinigungsgerät 50 sichergestellt, dass der Motorstrom einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet und das Hochdruckreinigungsgerät 50 mit dem durch die interne Systemauslegung und die Stromabsicherung der Stromquelle 64 vorgegebenen maximalen Druck betrieben werden kann, ohne dass die Gefahr einer toleranzbedingten Unterbrechung des Betriebs des Hochdruckreinigungsgeräts 50 besteht.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Hochdruckreinigungsgerät mit einem Elektromotor (12; 52) und einer vom Elektromotor (12; 52) angetriebenen Pumpe (14; 54), die einen Pumpeneinlass (16; 56) zum Zuführen von unter Druck zu setzender Reinigungsflüssigkeit und einen Pumpenauslass (18; 58) zum Abgeben von unter Druck gesetzter Reinigungsflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromaufnahme des Elektromotors (12; 52) durch Veränderung des Abgabedrucks der Reinigungsflüssigkeit regelbar ist.

2. Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckreinigungsgerät (10; 50) einen Stromsensor (32; 66), eine Regelelektronik (34; 68) und ein Stellglied aufweist, wobei mittels des Stromsensors (32; 66) der Motorstrom des Elektromotors (12; 52) erfassbar und der Regelelektronik (34; 68) ein dem Motorstrom entsprechendes Eingangssignal bereitstellbar ist, und wobei mittels der Regelelektronik (34; 68) dem Stellglied ein vom Eingangssignal abhängiges Stellsignal bereitstellbar ist zum Verändern des Abgabedrucks der Reinigungsflüssigkeit.

3. Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied eine Motorsteuerung (60) aufweist, wobei mittels der Motorsteuerung (60) die Drehzahl des Elektromotors (52) veränderbar ist.

4. Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckreinigungsgerät (50) eine Überströmleitung (20) aufweist, über die der Pumpenauslass (18) mit dem Pumpeneinlass (16) verbunden ist, und dass das Stellglied ein in die Überströmleitung (20) geschaltetes, elektrisch steuerbares Überströmventil (22) aufweist, das in Abhängigkeit vom Stellsignal zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbar ist.

Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (22) zwischen der Offenstellung und der Schließstellung stufenlos verstellbar ist.

Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (22) einen elektrischen Stellmotor (26) aufweist, der mit der Regelelektronik (34) signalleitend verbunden ist, wobei ein Schließkörper (24) des Überströmventils (22) mittels des Stellmotors (26) zwischen der Offenstellung und der Schließstellung hin und her bewegbar ist.

Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (22) als stufenlos verstellbares Ser- voventil ausgebildet ist.