[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmutzsauger mit Abreinigungsmotor und mit
einem wahlweise angeschlossenen Elektrowerkzeug mit Absaugung über die Filteranordnung
des Schmutzsaugers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Bei einer bekannten Ausführung eines Schmutzsaugers ist bereits eine Differenzdruckdose
vorgesehen, die jedoch in ihrer Anordnung unterhalb der Turbine nicht ausreichend
arbeitet, insbesondere, wenn zu große Feuchtigkeit in den Filterelementen auftritt,
wodurch sich das Meßelement der Differenzdruckdose im Strömungsbereich unterhalb der
Turbine leicht mit Feuchtigkeit beschlagen könnte.
[0003] Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, einen Erfindungsbereich so zu schaffen,
daß die oben angegebenen Nachteile vermieden werden und daß eine Abreinigung bei Berücksichtigung
der Feuchtigkeitswerte im Luftstrom erfolgt.
[0004] Nachteil der bisher bekannten Differenzdruckdosen ist, daß sie entweder relativ teuer
sind oder bei kostengünstigeren Differenzdruckdosen ist es nicht ohne weiteres möglich,
die Nachjustierung genau durchzuführen. Nachdem derartige Differenzdruckdosen zum
Teil mechanisch arbeiten, ist es sehr schwierig, bei Feuchtigkeit in einem kleinen
Druckbereich von 1 bis max. 5 mbar eine reproduzierbare Einstellung der Differenzdruckdose
zu gewährleisten.
[0005] Hier setzen die Vorteile der Strömungsmesser ein, die leicht reproduzierbare Meßwerte
ergeben. Der Vorteil der Flow-Sensoren ist im übrigen, daß eine Temperaturkompensation
integriert ist, d.h. die Durchflußmessung arbeitet relativ unabhängig von der Umgebungstemperatur.
Hierzu ist eine Temperaturkompensationsschaltung auf dem Meßelement selbst angebracht,
um somit die Messungen unabhängig von der Umgebungstemperatur ausführen zu können.
[0006] Die Aufgabe nach der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die den Luftvolumenstrom
beeinflussende Filterverschmutzung in Verbindung mit einem Strömungssensor im Strömungsbereich
unterhalb der Turbine gemessen wird. Hierbei ist der Strömungssensor in einem Luftkanal
unterhalb der Turbine angeordnet, wobei in ansich bekannter Weise die Turbine über
eine Einlaßöffnungen den Luftstrom im Bereich des Strömungssensors mitreisst.
In Verbindung mit der Messung über einen Strömungssensor ist ein Abreinigungsmotor
vorhanden und demzuufolge eine elektromechanische Abreinigung des Filters.
[0007] Wenn eine zu große Feuchtigkeit am Filter gemessen wird, besteht die Gefahr, daß
der feuchte Filter durch die elektromechanische Abreinigung zerstört würde. Aus diesem
Grunde ist ein Feuchtesensor 40 vorgesehen, der die relative Luftfeuchte am Filter
mißt, und ist der Feuchtegrad zu hoch, dann wird die Abreinigung außer Betrieb genommen.
[0008] Eine derartige Abschaltluftfeuchte wäre z.B. bei einem Wert zwischen 90 und 100%
relative Feuchte gegeben.
[0009] Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung von Schmutzsauger mit angeschlossenem Elektrowerkzeug,
- Figur 2
- die Anordnung eines Flow-Sensors,
- Figur 3
- ein Volumenstrom-/ Ausgangsspannungs-Diagramm,
- Figur 4
- eine Regelkreis-Darstellung für automatische Saugleistungsanpassung.
[0010] Bezüglich der Zeichnungen wird ausgeführt, daß in Figur 1 schematisiert ein Schmutzsauger
nach der Erfindung mit einem angeschlossenen Werkzeug 1 dargestellt ist. Dieses Werkzeug
ist über einen Saugschlauch 2 an der Anschlußöffnung 3 des Schmutzsaugers angeordnet.
Der Schmutzsauger trägt einen Saugkopf 4, in dem eine Turbine 5 eingebaut ist. Die
Turbine 5 ist über einen nicht näher dargestellten Elektromotor angetrieben. Im Schmutzbehälter
6 ist hierbei ein Einlegefilter 7 eingebaut, der beispielsweise als Schmutzaufnahmesack
(Filtersack) ausgebildet ist. Ferner ist im Schmutzbehälter ein Filterelement 8 angeordnet
mit einem innenliegenden Schwimmer 9 (vergleiche Figur 2).
[0011] Am Saugkopf 4 ist ferner ein Bedientableau 10 angeordnet, mit dem die verschiedenen
Funktionen des Schmutzsaugers gesteuert werden können.
[0012] Die Figur 2 zeigt weitere Einzelheiten des Schmutzsaugers nach Figur 1, wo erkennbar
ist, daß ein Schwimmer 9 in einem Stützkorb 11 vertikal verstellbar geführt ist. Der
Stützkorb 11 des Filterelements 8 ist im Filterelement 8 angeordnet.
[0013] Das Filterelement ist hierbei in einer Aufnahmeplatte 12 für die Turbine gehalten.
[0014] Die Turbine 5 weist Auslaßöffnungen 13 auf und ist in oberen und unteren Abdichtungen
14 eingebettet, wobei die obere Abdichtung 14 im Bereich einer Spannplatte 15 angeordnet
ist, während die untere Abdichtung 14 im Bereich der Aufnahmeplatte 12 vorgesehen
ist.
[0015] Die Aufnahmeplatte 12 weist eine obere Öffnung 16 auf, die auf der Reinluftseite
des Filterelementes 8 liegt.
[0016] Unterhalb der Öffnung 16 ist hierbei ein Luftkanal 17 angeordnet, der im wesentlichen
aus einem Rohrstück 18 besteht, welcher über einen Ringflansch 19 verstärkt ist. Innerhalb
des Ringflansches 19 ist hierbei eine Ringkammer 20 ausgebildet.
[0017] Die Öffnung 16 ist von einem Drahtgitter 21 abgeschlossen. Wichtig ist nun, daß ein
Strömungssensor 22 durch die Wandung des Rohrstückes 18 radial in den Luftkanal 17
hineinragt und hierbei von den von unten in Pfeilrichtung 23 kommenden Volumenstrom
beaufschlagt wird.
[0018] Die Kabelzuführung zum Strömungssensor 22 erfolgt durch die Ringkammer 20 hindurch.
[0019] Die Reinluft wird also über den Sensor 22 in Pfeilrichtung 23 geführt, an der Unterseite
der Turbine 5 angesaugt und durch die Auslaßöffnungen 13 über eine Ringkammer 24 in
Pfeilrichtung 25 in eine Schallschluckanordnung eingeleitet, die in der Haube (Saugkopf
4) nach Figur 1 des Schmutzsaugers angeordnet ist.
[0020] Die auf diese Weise schallgedämmte Luft wird über die Ausblasöffnungen 26 (Figur
1) herausgepreßt.
[0021] In Figur 3 ist auf der Abzisse der Volumenstrom aufgezeichnet, während auf der Ordinate
die Ausgangsspannung des Strömungssensors 22 aufgezeichnet ist.
[0022] Es handelt sich hierbei um eine nicht-lineare Kurve, wobei wichtig ist, daß sich
bei kleineren Volumenströmen eine höhere Auflösung (Delta UA) ergibt.
[0023] Die Kurve ist mit dem Bezugszeichen 27 versehen. Bei einem sauberen, unbenutzten
Gerät, an dem ein unbenutztes Elektrowerkzeug angeschlossen wird, wird z. B. ein Arbeitspunkt
28 erreicht, dem beispielsweise ein Volumenstrom von 80 cbm/h und eine Ausgangsspannung
von ca. 3,7 V am Strömungssensor 22 entspricht.
[0024] Mit zunehmender Beaufschlagung des Filters oder mit zunehmender Zusetzung des Elektrowerkzeuges
wandert der Arbeitspunkt 28 in Pfeilrichtung 29 nach unten, bis ein minimaler Arbeitspunkt
30 erreicht ist. Dieser minimale Arbeitspunkt wird durch die Berufgenossenschafts-Vorschriften
vorgegeben und entspricht einem noch zugelassenen minimalen Volumenstrom von z. B.
26 cbm/h.
[0025] Der Volumenstromwert von 26 m³/h ergibt sich beispielsweise, wenn ein Elektrowerkzeug
mit einem Absaugstutzenquerschnitt von ca. 360 mm² bei einer z. Zt. geforderten Mindest-Luftgeschwindigkeit
in demselben von 20 m/s, betrieben wird.
[0026] Auf der Kurve 27 ergeben sich weitere Arbeitspunkte 31,32,33, wobei beispielsweise
der Arbeitspunkt 31 einem Saugschlauchdurchmesser von 36 mm und einer Nennspannung
von 200 V entspricht, während der Arbeitspunkt 32 einem Saugschlauchdurchmesser von
36 mm bei einer Nennspannung von 230 V entspricht und der Arbeitspunkt 33 einem Saugschlauchdurchmesser
von 36 mm und einer Überspannung von 240 V entspricht.
[0027] Es ergeben sich weitere Arbeitspunkte 34,35 auf der Kurve 27, wobei beispielsweise
der Arbeitspunkt 34 einem Saugschlauchdurchmesser von 32 mm bei einer Nennspannung
von 230 V entspricht und der Arbeitspunkt 35 einem Saugschlauchdurchmesser 27 mm bei
ebenfalls einer Nennspannung von 230 V entspricht.
[0028] Bei einem festgelegten und gegebenen Saugschlauchdurchmesser kommt es daher bei einer
Änderung der Nennspannung im Antriebsmotor der Turbine nur zu einer Verschiebung in
Pfeilrichtung 29 oder in Gegenrichtung hierzu auf der Kurve 27 für den betreffenden
Arbeitspunkt.
[0029] An der Frontseite des Gerätes ist nun ein Wahlschalter angebracht, mit dem bestimmte
Volumenströme in mehreren Stufen eingestellt werden können.
[0030] Im Arbeitspunkt 34 beispielsweise ergibt sich für einen Saugschlauch von 32 mm Durchmesser
und einer Nennspannung von 230 V am Antriebsmotor der Turbine ein Volumenstrom von
70 cbm/h.
Diesem Arbeitspunkt entspricht ein Ausgangsspannungswert von z. B. 3,6 V am Strömungssensor.
[0031] Mit dem Wahlschalter kann stufenlos nun der Schwellwert bezüglich des unteren minimal
zugelassenen Arbeitspunktes 30 eingestellt werden.
[0032] Gemäß Figur 1 wird also lediglich immer eine Einheit betrachtet, bestehend aus einem
Schmutzsauger 37, einem Saugschlauch 2 und einem dazugehörenden Werkzeug 1.
[0033] Für das verwendete Elektrowerkzeug 1 wird nun von der Herstellerseite her eine minimal
zugelassene Luftmenge (Volumenstrom) vorgeschrieben, die wiederum vorgegeben wird
durch den Anschlußdurchmesser dieses Werkzeuges am Saugschlauch 2.
[0034] Ein derartiger Grenzwert ist dann erreicht, wenn z. B. nicht mehr als 2 mg Staub
pro cbm Luft enthalten sind. Dieser dem Elektrowerkzeug zugeordnete minimal zulässige
Volumenstrom wird nun am Wahlschalter 38 des Schmutzsaugers 37 eingestellt. Bei Erreichen
dieses Wertes wird zunächst ein Warnsignal erzeugt, welches aus einem optischen Signal
und/oder einem akustischen Signal bestehen kann.
[0035] Zusätzlich oder alternativ besteht auch die Möglichkeit bei Erreichen dieses minimalen
Schwellwertes das Werkzeug und optional den Saugermotor abzuschalten.
[0036] Damit besteht der Vorteil, daß man mit allen herkömmlichen, am Markt befindlichen
Elektrowerkzeugen, deren minimal zulässiger Volumenstrom bekannt ist, dieser Volumenstrom
stufenlos oder in mehreren Stufen am Bedienungstableau des Schmutzsaugers 37 einstellen
kann und hierdurch stets der minimale Arbeitspunkt 30 auf der Kurve 27 verschiebbar,
eingehalten wird.
[0037] Diese Arbeitspunkte sind in der Figur 3 mit den Punkten 30a,30b,30c usw. bezeichnet.
[0038] Die stufenlose Einstellung erfolgt also durch einen Potentiometer oder bei mehreren
Stufen durch einen Stufenschalter mit zugeordneten Festwiderständen am Schalttableau,
wodurch ein Schwellwert eines Komparators eingestellt wird, welcher die Ausgangsspannung
des Strömungssensors mit diesem eingestellten Schwellwert vergleicht und bei Unterschreitung
des Schwellwert-Sollwertes ein Ausgangssignal erzeugt.
[0039] In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß auch die
oberen Arbeitspunkte 31,32.... 35 stufenlos verstellt werden können, und zwar über
eine Drehzahlregelung des Antriebsmotors für die Turbine. Damit besteht der Vorteil,
daß man zunächst im Anfangsbetrieb mit gedrosselter Leistung fahren kann, was eine
große Energieeinsparung bedeutet, denn der so gewählte Arbeitspunkt liegt z. B. 10
% über dem Abschaltpunkt 30 als Sicherheitsreserve.
[0040] Setzen sich nun mit fortschreitendem Betrieb des Schmutzsaugers und des Elektrowerkzeuges
diese Geräte voll und sinkt somit der Volumenstrom in die Nähe des unteren Arbeitspunktes
30, kann die Drehzahl der Turbine erhöht werden, bis wiederum die Sicherheitsreserve
von 10 % über dem unteren Arbeitspunkt 30 erreicht wird.
[0041] Es wird also weiterhin mit relativ wenig Energie gearbeitet.
Das heißt, dem Betreiber steht eine manuell zu bedienende Saugleistungsanpassung zur
Energiekostenreduzierung zur Verfügung.
[0042] In einer weiteren Ausstattungsvariante kann die Drehzahl elektronisch automatisch
sowohl mit dem Ist-Volumenstromwert wie auch mit dem Einstellwert (Sollwert) verknüpft
werden, wodurch sich eine vom Betreiber unabhängige, vollautomatische Saugleistungsanpassung
ergibt (s. Figur 4).
[0043] Mit zunehmender Verschmutzung des Schmutzsaugers und des Elektrowerkzeuges wird also
stufenlos die Drehzahl der Turbine erhöht bis die maximal zulässige Drehzahl erreicht
wurde. Wird nun bei maximal angesteuertem Saugermotor der eingestellte, minimale Arbeitspunkt
30 erreicht, wird ein akustisches und/oder optisches Warnsignal abgegeben und nach
einer gewissen Verzögerungszeit erfolgt dann die Abschaltung des Elektrowerkzeuges,
sofern dies von der Berufsgenossenschaft zugelassen ist.
[0044] Danach erfolgt nach einer weiteren Verzögerungszeit die Abschaltung des Schmutzsaugers
selbst.
[0045] Bei dieser automatischen Saugleistungsanpassung handelt es sich also um einen sehr
energiesparenden Betrieb, welcher die Standzeit von der Turbine des Schmutzsaugers
erhöht und eine wesentliche Lärmreduktion zur Folge hat.
[0046] Ein weiterer Verfahrensanspruch wäre die Feuchtigkeitsmessung im Filterbereich, um
eine unzulässige Abreinigung eines feuchten Filters zu vermeiden, der damit beschädigt
werden könnte und ein dritter Verfahrensanspruch wäre eine Füllstandsmessung im Schmutzbehälter.
[0047] Die Verfahrensabläufe, die im Expose vom 22.10.1991 beschrieben werden, sind in Verfahrensansprüche
zu fassen. Hierbei ist z. B. vorgesehen, daß mit der Schaltung des Saugers in Bereitschaftsstellung
gleichzeitig eine Bereitschaftsstellung für die elektromechanische Abreinigung eingeschaltet
wird, die durch Drücken einer eigenen, am Bedienungstableau angebrachten, Abreinigungstaste
aktiviert wird und die Abreinigung dadurch abläuft.
[0048] Es gibt weitere Schalterstellungen, "manuell", und "auto", wobei in allen beiden
Stellungen die Abreinigung aktiviert ist und durch Drücken der Abreinigungstaste anläuft
und abläuft.
| ZEICHNUNGS-LEGENDE |
| 1 Werkzeug |
27 Kurve |
| 2 Saugschlauch |
28 Arbeitspunkt |
| 3 Anschlußöffnung |
29 Pfeilrichtung |
| 4 Saugkopf |
30 Arbeitspunkt |
| 5 Turbine |
31 " |
| 6 Schmutzbehälter |
32 " |
| 7 Einlegefilter |
33 " |
| 8 Filterelement |
34 " |
| 9 Schwimmer |
35 " |
| 10 Bedientableau |
36 |
| 11 Stützkorb |
37 Schmutzsauger |
| 12 Aufnahmeplatte |
38 Hauptschalter |
| 13 Auslaßöffnung |
39 Abreinigungstaste |
| 14 Abdichtung |
40 Feuchtesensor |
| 15 Spannplatte |
41 Drehzahl-Regelknopf |
| 16 Öffnung |
|
| 17 Venturidüse |
|
| 18 Rohstück |
|
| 19 Ringflansch |
|
| 20 Ringkammer |
|
| 21 Drahtgitter |
|
| 22 Strömungssensor |
|
| 23 Pfeilrichtung |
|
| 24 Ringkammer |
|
| 25 Pfeilrichtung |
|
| 26 Auslaßöffnung |
|
1. Schmutzsauger mit Abreinigungsmotor und mit einem wahlweise angeschlossenen Elektrowerkzeug
mit Absaugung über die Filteranordnung des Schmutzsaugers über einen Saugschlauch,
wobei das Elektrowerkzeug eingeschaltet ist und automatisch abgeschaltet wird oder
das Elektrowerkzeug weiterläuft und statt der Abschaltung ein akustisches und/oder
optisches Signal erfolgt, sobald die Filterverschmutzung einen bestimmten Richtwert
übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterverschmutzung über einen Flow-(Strömungs)Sensor (22) gemessen wird,
wobei der Strömungssensor (22) in Verbindung mit Thermoelementen und einer integrierten
Heizwendel in einem Luftkanal unterhalb der Turbine (5) angeordnet ist und hierbei
die Turbine (5) die Saugluft durch die Filteranordnung und den Luftkanal unterhalb
der Turbine ansaugt, wobei die Turbine Auslaßöffnungen (13) für den Luftaustritt aufweist,
aus denen die Saugluft ausströmt, in der koaxial angeordneten Ringkammer (24) gesammelt
wird und über zwei Austrittsöffnungen aus dem Staubsauger austritt, wobei der Hauptschalter
(38) des Staubsaugers in Stellung "MAN" oder "AUTO" geschaltet ist.
2. Schmutzsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stellung ''MAN und "AUTO" in Verbindung mit einer Taste "Abreinigung" eine
kleine grüne LED aufleuchtet und gleichzeitig der Abreinigungszuklus abläuft.
3. Schmutzsauger nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend vom Aufleuchten der grünen LED der Saugermotor abgeschaltet wird, und
eine Zeit von 4 - 5 Sekunden verstreicht, ehe ein Abreinigungsmotor anläuft, wobei
der Abreinigungsmotor bei zu hohem Stromfluß, verursacht durch zu schwergängige Drehung
der Abreinigungsmechanik oder gar Blockierung derselben, durch eine elektronische
Stromüberwachung gestoppt wird, wobei gleichzeitig die grüne LED auf Rot umwechselt.
4. Schmutzsauger nach Anspruch 1 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß beim Zurückschalten von Stellung "MAN" des Hauptschalters nach Stellung "Stop"
der Abreinigungszyklus beginnt anzulaufen.
5. Schmutzsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stellung "Auto" die Einschaltautomatik mit Werkzeugverriegelung (alternativ
auch ohne) in Betrieb ist, wobei - sobald ein Elektrowerkzeug (z.B. Schwingschleifer)
eingeschaltet ist und der Hauptschalter (38) von Stellung "Null" nach "Auto" bewegt
wird, das Werkzeug sehr kurz (max. 10 msec.) anläuft und dann wieder stehen bleibt,
danach blinkt eine große, rote LED (Werkzeugverriegelung), wobei die Verriegelung
aufgehoben wird, wenn das Werkzeug ausgeschaltet und der Hauptschalter in Stellung
"Null" gebracht wird.
6. Schmutzsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feuchte-Sensor vorgesehen ist, der bei einer zu hohen Luftfeuchte, verursacht
durch eine zu hohe Feuchtigkeitsbeladung des Hauptfilters, die Abreinigung mit dem
Abreinigungsmotor ausschaltet, wobei beim Abschalten der Abreinigung am Anzeigefeld
bzw. Bedientableau (10) die gleiche kleine, rote LED - wie bei überstrom in Verbindung
mit einer überlast der Mechanik der Abreinigungsvorrichtung aufleuchtet.
7. Schmutzsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Stellung "MAN" des Hauptschalters der Schmutzsauger sofort im Normal betrieb
anläuft und daß bei Betätigung der Abreinigungstaste (39) der Motor bzw. die Turbine
(5) des Schmutzsaugers gestoppt wird, wobei die sogenannte Abreinigung anläuft und
die Turbine des Schmutzsaugers nach Beendigung der Abreinigung wieder eingeschaltet
wird.
8. Schmutzsauger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei der Betätigung des Hauptschalters von "Null" nach "AUTO" die Werkzeugverriegelung
(Blinken einer großen, roten LED) in Betrieb ist, wobei für einen automatischen Betrieb
das Werkzeug in Ausschaltstellung zu bringen ist und der Hauptschalter (38) von Stellung
"AUTO" in Stellung "NULL" und wieder zurück zu Stellung "AUTO" geschaltet werden muß.
9. Schmutzsauger nach Anspruch 1 und Anspruch 5 sowie Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Stellung des Hauptschalters von "Null" nach ''Auto'' das Werkzeug
in Betriebnahme geschaltet ist, wobei nach dem Start des Werkzeuges der Saugermotor
verzögert zu laufen beginnt, wobei durch eine zeitliche Verschiebung der beiden Anlaufströme
gewährleistet wird, daß die netzseitige Stromabsicherung selbst bei großer Belastung
nicht auslösen kann und hierbei eine Staubabsaugung des erzeugten Staubes gewährleistet
wird.
10. Schmutzsauger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugermotor des Schmutzsaugers nach Beendigung der Einschaltdauer des Elektrowerkzeuges
und nach der dortigen Schmutzabsaugung noch kurze Zeit nachläuft, wodurch der Saugschlauch
(2) einer Reinigung unterworfen wird und hierbei der Schmutzsauger nach kurzer Zeit
selbständig abschaltet.
11. Schmutzsauger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,daß bei einer Betätigung der Abreinigung während der Arbeit mit dem Werkzeug (1)
über die Abreinigungstaste (39) zunächst die Werkzeugverriegelung mit Abschaltung
des Werkzeuges (1) in Kraft tritt, wodurch das Werkzeug (1) freigeschaltet wird und
ebenfalls der Saugermotor des Schmutzsaugers zeitverzögert abschaltet.
12. Schmutzsauger nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet,daß die Saugleistung der Turbine automatisch angepasst ist an einen einstellbaren
Mindest-Volumenstromwert (Sollwert), so daß der Luftstrom der Turbine um einen Betrag
von z.B. 10° über dem Mindestvolumenstrom liegt.
13. Schmutzsauger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichung der maximal zulässigen Lastdrehzahl der Turbine und nach Unterschreitung
des Mindest-Volumenstromwertes ein Warnsignal erzeugt wird.