Die Erfindung betrifft einen Staubsauger, umfassend einen Saugeinlass, einen Schmutzsammelbehälter, eine Filtereinrichtung, eine Absaugleitung, ein Saugaggregat, wobei der Schmutzsammelbehälter über die Filtereinrichtung und die Absaugleitung mit dem Saugaggregat in Strömungsverbindung steht und die Filtereinrichtung vom Saugaggregat mit Unterdruck beaufschlagt ist, und eine Fremdluftventileinrichtung, wobei die Filtereinrichtung reinseitig über die Fremdluftventileinrichtung mit Fremdluft beaufschlagbar ist und die Fremdluftventileinrichtung zur Abreinigung der Filtereinrichtung aus einer geschlossenen Ventilstellung in eine geöffnete Ventilstellung und wieder zurück aus der geöffneten Ventilstellung in eine geschlossene Ventilstellung bringbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abreinigen eines Filters eines Staubsaugers, bei dem das Filter zur Abreinigung reinseitig über eine Fremdluftventileinrichtung mit Fremdluft beaufschlagt wird, wobei zur Abreinigung an der Fremdluftventileinrichtung eine geschlossene Ventilstellung in eine offene Ventilstellung geändert wird.
Aus der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Staubsauger der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher einen für einen Benutzer optimierten Einsatz ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Staubsauger erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Batterieeinrichtung zur Energieversorgung der Fremdluftventileinrichtung vorgesehen ist, und dass eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, welche die Abreinigung der Filtereinrichtung mittels der Fremdluftventileinrichtung steuert, wobei ein Auslösen der Abreinigung manuell oder automatisch erfolgt, und welche eine Elektromotoreinrichtung des Saugaggregats ansteuert.
Durch eine Batterieeinrichtung, welche insbesondere wiederaufladbar ist und beispielsweise eine oder mehrere Akkumulatoren umfasst, kann eine Filterabreinigung unabhängig von einem Versorgungsnetz durchgeführt werden.
Beispielsweise kann eine Filterabreinigung auch bei oder nach Ausschalten des Saugbetriebs des Staubsaugers durchgeführt werden.
Insbesondere lässt sich dann bei einem über die Batterieeinrichtung betriebenen Staubsauger auch eine Filterabreinigung durchführen. Ein über die Batterieeinrichtung betriebener Staubsauger lässt sich in einem Einsatzgebiet verwenden, in dem keine Netzspannung zur Verfügung steht. Ein solches Einsatzgebiet ist beispielsweise ein Rohbau. Typisch für derartige Einsatzgebiete ist, dass ein hoher Feinstaubanteil vorliegt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt über die Batterieeinrichtung eine Filterabreinigung, sodass ein optimierter Saugbetrieb erhalten bleibt.
Insbesondere ist die Batterieeinrichtung wiederaufladbar. Sie umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Akkumulatoren. Dadurch lässt sich der Staubsauger für einen Benutzer bequem verwenden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Energieversorgung des Staubsaugers und insbesondere des Saugaggregats über die Batterieeinrichtung erfolgt. Dadurch lässt sich die Batterieeinrichtung zum Saugen verwenden und es lässt sich eine Filterabreinigung durchführen. Dadurch lässt sich für die Laufzeit der Batterieeinrichtung ein "autarkes" Saugsystem bereitstellen, bei dem während der Laufzeit die Saugleistung optimiert ist; insbesondere bei Bedarf und vorzugsweise automatisch wird eine Filterabreinigung durchgeführt.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Netzspannungsversorgungseinrichtung für den Staubsauger vorhanden ist, wobei insbesondere einstellbar oder wählbar ist, ob über die Batterieeinrichtung die Energieversorgung erfolgt oder über die Netzspannungsversorgungseinrichtung. Dadurch ergeben sich umfangreiche Einsatzmöglichkeiten.
Es ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche die Abreinigung der Filtereinrichtung mittels der Fremdluftventileinrichtung steuert, wobei ein Auslösen der Abreinigung manuell oder automatisch und insbesondere zeitabhängig und/oder in Abhängigkeit eines oder mehrerer Sensorsignale erfolgt. Die Sensorsignale sind beispielsweise Signale, welche den Druckabfall über einen Filter der Filtereinrichtung messen. Durch eine automatische Filterabreinigung lässt sich der Bedienungsaufwand für einen Benutzer minimieren. Es wird über die Laufzeit der Batterieeinrichtung ein optimiertes Saugergebnis gewährleistet.
Die gleiche Steuerungseinrichtung, welche die Fremdluftventileinrichtung ansteuert, steuert auch eine Elektromotoreinrichtung (mit mindestens einem Elektromotor) des Saugaggregats an. Dadurch ergibt sich eine optimierte Betriebsweise und es lässt sich eine Verknüpfung der Ansteuerung der Fremdluftventileinrichtung und der Ansteuerung der Elektromotoreinrichtung realisieren. Beispielsweise kann dann dafür gesorgt werden, dass bei einem Filterabreinigungsvorgang durch entsprechende Ansteuerung der Elektromotoreinrichtung ein genügender Unterdruck im Schmutzsammelbehälter herrscht, sodass kein Schmutz in die Umgebung aus dem Schmutzsammelbehälter herausgeblasen wird.
Es ist ferner günstig, wenn die gleiche Steuerungseinrichtung und die Batterieeinrichtung gekoppelt sind und insbesondere die Steuerungseinrichtung die Aufladung und/oder Entladung und/oder den Betrieb der Batterieeinrichtung steuert und/oder regelt und/oder überwacht. Dadurch lässt sich ein optimierter Betrieb des Staubsaugers einschließlich Filterabreinigung erreichen. Durch die entsprechende Steuerungselektronik lässt sich beispielsweise ein Entladevorgang einer wiederaufladbaren Batterieeinrichtung so steuern, dass diese optimiert belastet wird bezüglich Batteriekapazität und/oder Lebensdauer. Beispielsweise umfasst die Batterieeinrichtung eine Lüftereinrichtung zur Kühlung von Batterien (insbesondere Akkumulatoren). Durch die Steuerungseinrichtung, welche auch die Elektromotoreinrichtung ansteuert, kann dann in Abhängigkeit von dem Elektromotorbetrieb die Lüftereinrichtung angesteuert werden. Beispielsweise ist es auch möglich, wenn der Staubsauger ausgeschaltet wird, die Lüftereinrichtung mit Verzögerung abzuschalten. Es ist dabei wiederum möglich, bei einem Abschaltvorgang zu überprüfen, ob noch genügend elektrische Energie der Batterieeinrichtung bereitsteht, um die Lüftereinrichtung auch noch nach dem Abschalten zu betreiben, um ein definiertes "Herunterkühlen" der Batterieeinrichtung zu erreichen. Wenn beispielsweise nach dem Ausschalten des Staubsaugers (des Saugbetriebs des Staubsaugers) ein Filterabreinigungsvorgang durchgeführt werden soll, wobei die Batterieeinrichtung die elektrische Energie bereitstellt, kann über die Steuerungseinrichtung geprüft werden, ob die Batterieeinrichtung noch genügende Ladekapazität für einen solchen Filterabreinigungsvorgang aufweist.
Insbesondere umfasst die Steuerungseinrichtung mindestens einen Kontroller für die Ansteuerung der Elektromotoreinrichtung.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Steuerungseinrichtung einen ersten Kontroller auf, welcher einer Netzspannungsversorgungseinrichtung zugeordnet ist, und weist einen zweiten Kontroller auf, welcher der Batterieeinrichtung zugeordnet ist, wobei entweder der erste Kontroller oder der zweite Kontroller die Elektromotoreinrichtung ansteuert, je nachdem welche Energieversorgung wirksam ist. Dadurch sind für die unterschiedlichen Energieversorgungsarten getrennte Kontroller vorhanden, die sich dann getrennt optimieren lassen. Dadurch können vorhandene Kontroller (kommerziell erhältliche Kontroller) verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Steuerungseinrichtung eine Motoransteuerungs-Untereinheit, welche in signalwirksamer Verbindung mit einer Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit der Steuerungseinrichtung steht. Die Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit sorgt für eine entsprechende Ansteuerung der Fremdluftventileinrichtung, um einen Abreinigungsvorgang zu initiieren (und einen Abreinigungsvorgang während der Abreinigung entsprechend zu steuern). Die Motoransteuerungs-Untereinheit hat Informationen über die Motoransteuerung und/oder mittels welcher sich der Elektromotor ansteuern lässt. Durch eine signalwirksame Verbindung, welche unidirektional oder bidirektional sein kann, kann eine Verknüpfung zwischen Fremdluftventilansteuerung und damit Abreinigung und Motoransteuerung erfolgen. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Weggehen von einem Arbeitspunkt des Elektromotors (bei dem Arbeitspunkt wird ein Rotor eines Elektromotors nicht beschleunigt) während der Abreinigung verhindern oder es lässt sich gezielt ein anderer Arbeitspunkt bei einem Abreinigungsvorgang einstellen.
Bei einer Ausführungsform sorgt die Motoransteuerungs-Untereinheit für ein solches Ansteuern der Elektromotoreinrichtung, dass ein Arbeitspunkt oder ein Arbeitspunktbereich der Elektromotoreinrichtung bei einem Abreinigungsvorgang der Filtereinrichtung erhalten bleibt. Dadurch lässt sich der Staubsauger optimiert und energiesparend (mit hohem Wirkungsgrad) betreiben.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist auf einer Platine, auf welcher eine elektronische Steuerungseinrichtung für die Elektromotoreinrichtung angeordnet ist, eine Aufnahme für die Batterieeinrichtung angeordnet. Dadurch lässt sich der Leitungsweg für elektrische Leitungen in dem Staubsauger minimieren. Es lässt sich ein kompaktes Elektronikmodul bereitstellen, in welches die elektronische Steuerungseinrichtung integriert ist und welcher einen direkten Energieanschluss für die Batterieeinrichtung aufweist. Wenn die Batterieeinrichtung eine Lüftereinrichtung umfasst, dann ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Lüftereinrichtung ebenfalls direkt an der entsprechenden Platine angeordnet ist.
Günstig ist es, wenn das Saugaggregat eine Elektromotoreinrichtung mit mindestens einem Elektromotor aufweist. Insbesondere ist der mindestens eine Elektromotor ein permanentmagneterregter Synchronmotor. Ein solcher permanentmagneterregter Synchronmotor weist eine Mehrzahl von Permanentmagneten auf, welche an dem Rotor angeordnet sind. Ein permanentmagneterregter Synchronmotor lässt sich insbesondere bürstenlos betreiben (EC-Motor). Er weist einen hohen Wirkungsgrad auf. Dadurch lässt sich eine lange Laufzeit des Staubsaugers, wenn das Saugaggregat über die Batterieeinrichtung versorgt ist, erhalten.
Insbesondere ist der mindestens eine Elektromotor elektronisch kommutiert (EC-Motor). Es müssen dann keine Bürsten usw. vorgesehen werden. Ein Kontroller steuert entsprechende Spulen, welche an einem Stator des Elektromotors angeordnet sind, so an, dass ein Rotor rotiert. Bei einem elektronisch kommutierten Motor lässt sich ein Abgleich zwischen dem mindestens einen Elektromotor und einem Gebläse des Saugaggregats, welches durch den mindestens einen Elektromotor angetrieben ist, softwaremäßig durchführen. Grundsätzlich ist der Arbeitspunkt des mindestens einen Elektromotors derjenige Punkt oder Bereich, bei dem das durch den Drehmotor bereitgestellte Drehmoment dem erforderlichen Drehmoment des Gebläses entspricht. Ein Rotor des mindestens einen Elektromotors wird dann nicht beschleunigt bzw. abgebremst. Dieser Arbeitspunkt lässt sich bei einem elektronisch kommutierten Elektromotor softwaremäßig einstellen und gegebenenfalls auch variieren. Dadurch ist zum Einen die Herstellung und Montage des Staubsaugers vereinfacht und es ergeben sich weitere Betriebsmöglichkeiten bzw. Steuerungsmöglichkeiten. So können beispielsweise ein oder mehrere Arbeitspunkte speziell für einen Filterabreinigungsvorgang eingestellt werden. Die elektronische Schaltung zur Ansteuerung des mindestens einen Elektromotors kann bei entsprechender Ausbildung auch verwendet werden, um einen Filterabreinigungsvorgang zu steuern oder um die Batterieeinrichtung zu steuern bzw. zu regeln bzw. zu überwachen.
Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Elektromotor ein Drei-Phasen-Motor. Ein solcher Elektromotor lässt sich mit minimierter Geräuschentwicklung und optimiertem Wirkungsgrad realisieren.
Es ist günstig, wenn das Saugaggregat ein Spiralgehäuse mit einem in dem Spiralgehäuse rotierenden Laufrad umfasst. Insbesondere ist an dem Spiralgehäuse ein tangentialer Einlass für angesaugte Luft vorgesehen. Dadurch erhält man einen optimierten Wirkungsgrad mit erhöhter Laufzeit.
Bei dem eingangs genannten Verfahren, welches insbesondere an einem erfindungsgemäßen Staubsauger durchgeführt wird, ist es vorgesehen, dass eine Energieversorgung der Fremdluftventileinrichtung über eine Batterieeinrichtung erfolgt, dass ein Saugaggregat des Staubsaugers mindestens einen Elektromotor aufweist, welcher über die Batterieeinrichtung mit Energie versorgt wird und dass eine Ansteuerung des mindestens einen Elektromotors in Abhängigkeit von einer Ansteuerung der Fremdluftventileinrichtung erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Staubsauger erläuterten Vorteile auf.
Insbesondere ist die Batterieeinrichtung wiederaufladbar.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Batterieeinrichtung ein Saugaggregat des Staubsaugers und insbesondere den gesamten Staubsauger mit Energie versorgt. Dadurch lässt sich für die Kapazitätszeit der Batterieeinrichtung ein autarker Staubsauger bereitstellen, welcher ein optimiertes Saugergebnis liefert, da auch eine Filterabreinigung erfolgt.
Günstig ist es, wenn ein Saugaggregat des Staubsaugers mindestens einen Elektromotor aufweist, welcher über die Batterieeinrichtung mit Energie versorgt wird.
Insbesondere wird die Abreinigung automatisch durchgeführt, beispielsweise innerhalb von bestimmten Zeitintervallen und/oder bei Bedarf, wenn beispielsweise ein Druckabfall über einen Filter der Filtereinrichtung eine bestimmte Schwelle überschreitet.
Es ist dabei vorgesehen, dass eine Ansteuerung des mindestens einen Elektromotors in Abhängigkeit von einer Ansteuerung der Fremdluftventileinrichtung erfolgt. Es lässt sich dadurch eine Kopplung zwischen der Ansteuerung des Elektromotors und der Ansteuerung der Fremdluftventileinrichtung durchführen. Dadurch lassen sich optimierte Saugergebnisse erzielen. Wenn beispielsweise als Elektromotor ein elektronisch kommutierter permanentmagneterregter Synchronmotor verwendet wird, dann lässt sich dieser über ein pulsweitenmoduliertes Signal ansteuern. Grundsätzlich muss eine Versorgungsspannung, welche von der Batterieeinrichtung geliefert wird, nicht in Abhängigkeit der Ansteuerung auch bei einem Abreinigungsprozess angepasst werden. Durch die Kopplung zwischen Elektromotor-Ansteuerung und Fremdluftventileinrichtung-Ansteuerung lässt sich beispielsweise ein Arbeitspunkt eines Elektromotors auch bei einem Filterabreinigungsvorgang gezielt festhalten oder auch gezielt variieren. Beispielsweise wird eine gekoppelte Ansteuerung verwendet, um bei einem Filterabreinigungsvorgang noch eine Saugwirkung zu erzielen und/oder ein Ausblasen von Schmutz aus einem Schmutzsammelbehälter zu vermeiden.
Beispielsweise wird die Saugleistung des Saugaggregats vor einem Übergang des Fremdluftventils in die geöffnete Ventilstellung erhöht und später wieder reduziert.
Bei einem solchen Verfahren kann die Saugleistung des Saugaggregates in Abhängigkeit von der Ventilstellung des Fremdluftventils verändert werden. Und zwar wird die Saugleistung des Saugaggregats erhöht, noch bevor das Fremdluftventil aus seiner geschlossenen Ventilstellung in seine geöffnete Ventilstellung übergeht. Dies hat zur Folge, dass der im Schmutzsammelbehälter herrschende Unterdruck erhöht wird, bevor Fremdluft in Gegenstromrichtung das mindestens eine Filter durchströmt und in den Schmutzsammelbehälter eindringt. Zum Zeitpunkt, in dem das Fremdluftventil aus seiner geschlossenen Ventilstellung in seine geöffnete Ventilstellung übergeht, herrscht somit im Schmutzsammelbehälter ein besonders großer Unterdruck. Dies hat zur Folge, dass die einströmende Fremdluft das mindestens eine Filter mechanisch stark erschüttert und zu einem großen Teil in Gegenstromrichtung durchströmt. Die Abreinigung des mindestens einen Filters kann dadurch gesteigert werden. Bevorzugt erfolgt frühestens zum Zeitpunkt, zu dem sich das Fremdluftventil aus der geöffneten Ventilstellung in die geschlossene Ventilstellung bewegt, wieder eine Reduzierung der Saugleistung des Saugaggregats.
Eine Erhöhung der Saugleistung ist nicht unbedingt vor jeder Filterabreinigung erforderlich, es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Saugleistung beispielsweise nur vor jedem zweiten oder jedem dritten oder allgemein jedem n-ten Übergang des Fremdluftventils in die geöffnete Ventilstellung erhöht wird, wobei n eine ganze Zahl größer 1 ist, wohingegen die Saugleistung des Saugaggregats ansonsten einen gleich bleibenden Wert einnimmt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Saugleistung so lange erhöht bleibt, bis sich das Fremdluftventil mehrmals von der geschlossenen Ventilstellung über die geöffnete Ventilstellung wieder zurück in die geschlossene Ventilstellung bewegt hat. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird die Saugleistung vor einem ersten Übergang des Fremdluftventils in die geöffnete Stellung erhöht und anschließend öffnet und schließt das Fremdluftventil mehrmals kurzzeitig hintereinander, die Öffnungszeit kann beispielsweise jeweils weniger als 0,5 Sekunden betragen. Während der mehrmaligen Öffnungs- und Schließbewegung des Fremdluftventils kann die Saugleistung des Saugaggregats erhöht sein.
Eine besonders wirksame Filterabreinigung wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform dadurch erzielt, dass die Saugleistung des Saugaggregates vor jedem Übergang des Fremdluftventils in seine geöffnete Ventilstellung erhöht und später wieder reduziert wird. Somit liegt bei jedem Öffnen des Fremdluftventils ein besonders großer Unterdruck im Schmutzsammelbehälter vor und die eindringende Fremdluft kann das mindestens eine Filter mechanisch besonders stark erschüttern und zu einem Großteil das mindestens eine Filter in Gegenstromrichtung durchströmen.
Für eine besonders wirksame Filterabreinigung ist es von Bedeutung, dass beim Übergang des Fremdluftventils aus der geschlossenen Ventilstellung in die geöffnete Ventilstellung durch eine Änderung der Saugleistung des Saugaggregats ein möglichst hoher Unterdruck im Schmutzsammelbehälter vorliegt. Dies wird günstigerweise dadurch erzielt, dass beim Übergang des Fremdluftventils in die geöffnete Ventilstellung die Saugleistung des Saugaggregats erhöht ist. Während des Zeitintervalls, in dem das Fremdluftventil eine geöffnete Ventilstellung einnimmt, kann die Saugleistung des Saugaggregates bereits wieder reduziert werden.
Von besonderem Vorteil ist es jedoch, wenn die Saugleistung des Saugaggregates während des gesamten Zeitintervalls, in dem das Fremdluftventil offen ist, erhöht bleibt. Dies ermöglicht es, die mit dem Einströmen der Fremdluft in den Schmutzsammelbehälter einhergehende Druckerhöhung möglichst gering zu halten. Dies wiederum hat den Vorteil, dass der Saugbetrieb des Staubsaugers während der Filterabreinigung für den Benutzer nicht merklich unterbrochen wird.
Bevorzugt wird die Saugleistung des Saugaggregates frühestens mit einem Übergang des Fremdluftventils in die geschlossene Ventilstellung wieder reduziert. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Saugleistung auch nach dem Übergang des Fremdluftventils in die geschlossene Ventilstellung noch kurzzeitig erhöht bleibt, sodass in den Schmutzsammelbehälter eingeströmte Fremdluft mit erhöhter Saugleistung abgesaugt werden kann.
Die Saugleistung des Saugaggregates wird vor einem Übergang des Fremdluftventils in die geöffnete Ventilstellung vorzugsweise um mindestens 10 % erhöht, insbesondere um mindestens 30 %.
Günstigerweise wird die Abreinigung des mindestens einen Filters manuell, zeitabhängig oder in Abhängigkeit eines Sensorsignals ausgelöst. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen selbsttätig eine Abreinigung des Filters durchgeführt wird, wobei die Saugleistung des Saugaggregates vor einem Übergang des Fremdluftventils in die geöffnete Stellung erhöht und später wieder reduziert wird. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Fremdluftventil in kurzen zeitlichen Abständen mehrmals hintereinander geöffnet und geschlossen wird, sodass stoßweise Fremdluft in die Absaugleitung einströmen und das mindestens eine Filter reinseitig beaufschlagen kann. Anschließend kann das Fremdluftventil seine geschlossene Ventilstellung beibehalten, bis zu einem späteren Zeitpunkt erneut ein Abreinigungsvorgang durchgeführt wird, bei dem das Fremdluftventil wieder mehrmals kurzzeitig hintereinander geöffnet und geschlossen wird. Während des gesamten Abreinigungsvorgangs kann die Saugleistung des Saugaggregats einen erhöhten Wert einnehmen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn vor jedem Übergang des Fremdluftventils in die geöffnete Ventilstellung die Saugleistung des Saugaggregates erhöht wird und diese dann allenfalls so lange erhöht bleibt, bis das Fremdluftventil wieder seine geschlossene Stellung einnimmt. Somit wird die Saugleistung des Saugaggregats entsprechend der Öffnungs- und Schließbewegung des Fremdluftventils variiert, wobei sie jeweils erhöht wird, noch bevor das Fremdluftventil in die geöffnete Ventilstellung übergeht.
Es kann ergänzend oder alternativ auch vorgesehen sein, dass die Abreinigung des Filters manuell ausgelöst wird. Dies gibt dem Benutzer die Möglichkeit, eine Filterabreinigung dann durchzuführen, wenn er dies für erforderlich hält. Wird die Filterabreinigung manuell ausgelöst, so wird zunächst die Saugleistung des Saugaggregates erhöht und erst danach wird das Fremdluftventil kurzzeitig einmal oder mehrmals hintereinander geöffnet und wieder geschlossen, wobei die Saugleistung des Saugaggregats entsprechend der Bewegung des Fremdluftventils variiert werden kann. Zur manuellen Auslösung der Abreinigung kann der Staubsauger ein vom Benutzer betätigbares Bedienelement umfassen, beispielsweise einen Schalter oder einen Taster.
Es kann ergänzend oder alternativ auch vorgesehen sein, dass die Abreinigung des mindestens einen Filters in Abhängigkeit von einem Sensorsignal ausgelöst wird. Beispielsweise kann der in der Absaugleitung herrschende Druck gemessen werden. Erhöht sich aufgrund zunehmender Abscheidung von Feststoffpartikeln der Strömungswiderstand des mindestens einen Filters, so hat dies eine Druckabsenkung in der Absaugleitung zur Folge. Unterschreitet der in der Absaugleitung herrschende Unterdruck einen vorgegebenen Wert, so kann eine Filterabreinigung ausgelöst werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mittels Sensoren das Betriebsgeräusch und/oder die Drehzahl des Saugaggregats erfasst werden. Bei einer Druckabsenkung in der Absaugleitung aufgrund einer Verstopfung des Filters erhöht sich die Drehzahl des Saugaggregats und dessen Betriebsgeräusch verändert sich, sodass bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl oder bei Vorliegen eines vorgegebenen Betriebsgeräusches, beispielsweise bei Vorliegen einer bestimmten Lautstärke, eine Filterabreinigung aktiviert werden kann.
Es kann auch mindestens ein Strömungssensor zum Einsatz kommen, der die in der Absaugleitung herrschende Saugströmung erfasst, beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit und/oder den Volumenstrom. Bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes kann dann eine Filterabreinigung in Gang gesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mit Hilfe von Sensoren der am Filter herrschende Druckabfall ermittelt wird. Hierzu können stromaufwärts und stromabwärts des mindestens einen Filters Drucksensoren angeordnet sein, sodass die Differenz der stromaufwärts und stromabwärts des mindestens einen Filters herrschenden Drücke erfasst werden kann. Überschreitet der Differenzdruck einen vorgegebenen Wert, so kann ebenfalls eine Filterabreinigung ausgelöst werden.
Es kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu einer zeitgesteuerten und/oder sensorgesteuerten Auslösung einer Filterabreinigung eine manuelle Auslösung derselben möglich ist. Dies erlaubt es dem Benutzer, unabhängig von Sensorsignalen und zeitgesteuerten Filterabreinigungen bei Bedarf manuell eine Filterabreinigung auszulösen.
Dem Saugaggregat wird zumindest zeitweise Versorgungsenergie aus der wiederaufladbaren Batterieeinrichtung bereitgestellt. Während des Betriebs des Staubsaugers entlädt sich die mindestens eine Batterie allmählich. Um die Entladungszeit möglichst zu verlängern, ist es günstig, wenn das Saugaggregat während des normalen Saugbetriebs möglichst wenig Energie verbraucht. Zur Steigerung der Abreinigungswirkung wird die dem Saugaggregat zur Verfügung gestellte Versorgungsenergie vor einem Übergang des Fremdluftventils in die geöffnete Ventilstellung erhöht und später wird die Versorgungsenergie wieder reduziert. Somit weist das Saugaggregat nur dann einen verhältnismäßig hohen Energieverbrauch auf, wenn das mindestens eine Filter abgereinigt wird. Die Einsatzzeit des batteriebetriebenen Staubsaugers kann dadurch verlängert werden. Die erhöhte Versorgungsenergie kann dem Saugaggregat von einer Batterie zur Verfügung gestellt werden. Es kann aber auch ein zusätzlicher Ladungsspeicher zum Einsatz kommen, der in Ergänzung zu einer Batterie verwendet wird, um die Versorgungsenergie des Saugaggregates für eine Filterabreinigung zu steigern. Als zusätzlicher Ladungsspeicher kann insbesondere ein Kondensator zum Einsatz kommen, vorzugsweise ein Doppelschichtkondensator. Der Kondensator kann während des normalen Saugbetriebs allmählich aufgeladen werden, wobei die Amplitude des Ladestroms verhältnismäßig gering gewählt werden kann, sodass bei einem Batteriebetrieb die Batterie durch den Ladevorgang des Kondensators nur wenig belastet wird. Zur Filterabreinigung kann der Kondensator innerhalb kurzer Zeit entladen werden, wobei er dem Saugaggregat Energie zur Steigerung der Saugleistung zur Verfügung stellt.
Bevorzugt ist die Saugleistung des Saugaggregates nur bei einem Batteriebetrieb des Staubsaugers in Abhängigkeit von der Ventilstellung des Fremdluftventils veränderbar. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Staubsaugers ist die Saugleistung während eines Netzbetriebs unabhängig von der Ventilstellung des Fremdluftventils, wohingegen bei einem Batteriebetrieb die Saugleistung in Abhängigkeit von der Ventilstellung des Fremdluftventils variiert wird, um dadurch die Einsatzzeit des Staubsaugers bei einem Batteriebetrieb zu verlängern.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Ein Ausführungsbeispiel eines Staubsaugers 10, welches in
Der Schmutzsammelbehälter 12 wird im Betrieb des Staubsaugers 10 vom Saugaggregat 26 mit Unterdruck beaufschlagt, sodass sich eine in
Die Saugluft durchströmt das Filter 22, sodass sich mitgeführte Feststoffpartikel auf der dem Schmutzsammelbehälter 12 zugewandten Schmutzseite 32 des Filters 22 ablagern. Es ist deshalb erforderlich, das Filter 22 von Zeit zu Zeit abzureinigen, da es ansonsten einen zunehmenden Strömungswiderstand ausbildet, wodurch die Saugwirkung des Staubsaugers 10 beeinträchtigt wird.
Zur Abreinigung des Filters 22 ist oberhalb des Filters 22 im Saugkopf 14 eine Fremdluftventileinrichtung 33 mit (mindestens) einem Fremdluftventil 34 angeordnet (in
Die Ventilhalterung 36 weist eine Vielzahl von in der Zeichnung nicht dargestellten Durchgangsöffnungen auf, deren Mündungsbereiche vom Ventilteller 38 verschlossen werden, wenn dieser seine geschlossene Ventilstellung einnimmt. In Höhe der Ventilhalterung 36 weist der Saugkopf 14 eine seitliche Öffnung 46 auf. Über die seitliche Öffnung 46 kann Fremdluft in die Durchgangsöffnungen der Ventilhalterung 36 einströmen. Nimmt der Ventilteller 38 seine zur Ventilhalterung 36 beabstandete offene Ventilstellung ein, so steht die seitliche Öffnung 46 über die Durchgangsöffnungen der Ventilhalterung 36 mit der Absaugleitung 24 in Strömungsverbindung und Fremdluft kann die dem Schmutzsammelbehälter 12 abgewandte Reinseite 48 des Filters 22 beaufschlagen. Nimmt der Ventilteller 38 seine geschlossene Ventilstellung ein, so ist die Strömungsverbindung zwischen der seitlichen Öffnung 46 und der Absaugleitung 24 unterbrochen.
In einem zentralen Bereich trägt die Ventilhalterung 36 einen Elektromagneten 50. In Umfangsrichtung ist der Elektromagnet 50 von einem Ringraum 52 umgeben, in den eine oberseitig an den Ventilteller 38 angeformte Führungshülse 54 eintaucht. Die Führungshülse 54 nimmt ein magnetisierbares Element beispielsweise in Form einer Eisenplatte 56 auf, die in der geschlossenen Ventilstellung des Ventiltellers 38 an einer freien Stirnkante 58 des Elektromagneten 50 anliegt und in Kombination mit dem Elektromagneten 50 einen geschlossenen Magnetkreis ausbildet.
Der Elektromagnet 50 steht über eine Stromversorgungsleitung 60 (
Wird die Stromversorgung des Elektromagneten 50 von der Steuerungseinrichtung 62 unterbrochen, so entfällt die auf den Ventilteller 38 einwirkende magnetische Haltekraft und der Ventilteller 38 wird aufgrund der auf ihn einwirkenden Druckdifferenz, die sich aus dem Außendruck der im Bereich der Ventilhalterung 36 vorliegenden Fremdluft und dem Innendruck innerhalb der Absaugleitung 24 ergibt, entgegen der Wirkung der Schließfeder 40 vom Ventilsitz abgehoben. Fremdluft kann dann schlagartig durch die Durchgangsöffnungen der Ventilhalterung 36 hindurch in die Absaugleitung 24 einströmen und das Filter 22 wird auf seiner Reinseite 48 schlagartig mit Fremdluft beaufschlagt. Dies führt zu einer mechanischen Erschütterung des Filters 22. Außerdem wird das Filter 22 in Gegenstromrichtung, das heißt entgegen der während des normalen Saugbetriebs herrschenden Strömungsrichtung 30, von Fremdluft durchströmt. Dies hat eine wirkungsvolle Abreinigung des Filters 22 zur Folge.
Die Energieversorgung des Staubsaugers 10 erfolgt mit Hilfe einer wiederaufladbaren Batterieeinrichtung 63. Diese umfasst beispielsweise zwei wiederaufladbare Batterien 64, 66. Die Batterieeinrichtung 63 umfasst beispielsweise einen oder mehrere Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Diese sind seitlich neben dem Saugaggregat 26 in einem Batteriefach 68 des Saugkopfes 14 angeordnet. Das Batteriefach 68 ist über eine nach außen schwenkbare Klappe 70 dem Benutzer zum Auswechseln der Batterien 64, 66 zugänglich.
Die elektronische Steuerungseinrichtung 62 ist oberhalb des Saugaggregates 26 im Saugkopf 14 angeordnet und steht über Versorgungsleitungen 72, 73, 74, 75 mit den Batterien 64 und 66 in elektrischer Verbindung. Eingangsseitig ist an die Steuereinrichtung 62 ein vom Benutzer manuell betätigbarer Taster 82 angeschlossen, der an der Oberseite des Saugkopfes 14 angeordnet ist.
Durch Betätigen des Tasters 82 kann der Benutzer (manuell) eine Filterabreinigung auslösen.
Die Batterieeinrichtung kann auch eine Lüftereinrichtung zum Kühlen der Batterien 64, 66 umfassen (in der Zeichnung nicht gezeigt). Wenn als Batterien Akkumulatoren verwendet werden, die einer Kühlung bedürfen, dann lässt sich ein akkuschonender Betrieb realisieren. Die Lüftereinrichtung wiederum erhält ihre elektrische Energie zum Betrieb vorzugsweise aus den Batterien 64, 66, wenn ein Batteriebetrieb vorliegt.
Bei einer Ausführungsform ist die elektronische Steuerungseinrichtung 62 an einer Platine angeordnet. An der Platine ist weiterhin eine Aufnahme für die Batterieeinrichtung 63 angeordnet. Die Aufnahme nimmt insbesondere die Batterien 64, 66 auf. Auch eine Lüftereinrichtung der Batterieeinrichtung 63 kann an der Aufnahme angeordnet sein.
Die Steuerungseinrichtung 62 umfasst auch eine Elektronik für die Steuerung und/oder Regelung und/oder Überwachung der Batterieeinrichtung 63. Durch die Steuerungseinrichtung 62, über welche die Elektromotoreinrichtung 25 angesteuert ist, lässt sich beispielsweise die Lüftereinrichtung so steuern, dass diese entsprechend der Ansteuerung der Elektromotoreinrichtung 25 betrieben wird. Beispielsweise wird bei einem Abschalten des Elektromotors 27, welcher durch die Steuerungseinrichtung 62 angesteuert ist, auch die Lüftereinrichtung abgeschaltet (gegebenenfalls mit Zeitverzögerung). Beispielsweise ist es auch möglich, die Lüftereinrichtung abzuschalten, wenn ein Filterabreinigungsbetrieb durchgeführt wird.
Ferner kann dann über die Steuerungseinrichtung 62 eine Steuerung durchgeführt werden, die einen schonenden Betrieb der Batterieeinrichtung 63 erlaubt mit Optimierung auf Maximierung der Batteriekapazität. Beispielsweise lässt sich dann über die Steuerungseinrichtung 62 auch ein Aufladevorgang der Batterieeinrichtung 63 entsprechend steuern oder überwachen. Ferner lässt sich über die Steuerungseinrichtung 62 die "Alterung" der Batterieeinrichtung 63 überwachen.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass stromaufwärts des Filters 22 ein erster Drucksensor 84 und stromabwärts des Filters 22 ein zweiter Drucksensor 86 angeordnet sind, die an die Steuerungseinrichtung 62 signalwirksam angeschlossen sind und jeweils ein druckabhängiges Steuersignal bereitstellen. Mittels der beiden Drucksensoren 84 und 86 kann die sich am Filter 22 einstellende Druckdifferenz ermittelt werden. Je mehr Feststoffpartikel sich am Filter 22 abscheiden, desto größer ist der Strömungswiderstand des Filters 22 und desto größer ist auch die sich einstellende Druckdifferenz. Erreicht die Druckdifferenz einen vorgebbaren Wert, so kann die Steuerungseinrichtung 62 selbsttätig (automatisch) eine Filterabreinigung auslösen.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung 62 unabhängig von den herrschenden Druckverhältnissen und unabhängig von der möglichen Betätigung des Tasters 82 in gleich bleibenden oder unterschiedlichen Zeitabständen selbsttätig (automatisch) eine Filterabreinigung auslöst.
Wie bereits erwähnt, erfolgt eine Filterabreinigung dadurch, dass die Stromversorgung des Elektromagneten 50 von der Steuereinrichtung 62 kurzzeitig unterbrochen wird.
Der zeitliche Verlauf des von der Steuerungseinrichtung 62 dem Elektromagneten 50 bereitgestellten Versorgungsstromes ist in der
Ein kompletter Abreinigungsvorgang umfasst bei einem solchen Ausführungsbeispiel also drei Öffnungs- und Schließbewegungen des Fremdluftventils kurz hintereinander. Die Länge des Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 kann beispielsweise 90 Millisekunden betragen. Nach einem Abreinigungsvorgang stellt sich wieder der normale Saugbetrieb ein, in dem der Elektromagnet 50 von der Steuerungseinrichtung 62 mit dem Versorgungsstrom beaufschlagt wird und das Fremdluftventil 34 seine geschlossene Ventilstellung beibehält. Die Saugleistung des Saugaggregats 26 wird während des normalen Saugbetriebs konstant gehalten. Bei zeitgesteuerter Filterabreinigung erfolgt nach einem Saugbetrieb von beispielsweise 15 Sekunden erneut ein Abreinigungsvorgang mit dreimaliger schlagartiger Fremdluftzufuhr, wie dies voranstehend erläutert wurde. Die Länge des Zeitintervalls zwischen zwei Abreinigungsvorgängen ist bevorzugt manuell einstellbar. Alternativ oder ergänzend kann ein Abreinigungsvorgang manuell mittels des Tasters 82 und/oder sensorgesteuert mittels der Drucksensoren 84, 86 ausgelöst werden.
Der Staubsauger 10 umfasst eine Netzspannungsversorgungseinrichtung 88 (
Die Netzspannungsversorgungseinrichtung 88 umfasst einen Gleichrichter 92, welcher an einem Ausgang einen Gleichstrom bzw. eine Gleichspannung bereitstellt.
Die Steuerungseinrichtung 62 weist eine Versorgungs-Untereinheit 94 auf, über welche die Komponenten des Staubsaugers 10 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Versorgungs-Untereinheit 94 stellt die notwendige elektrische Energie über die Stromversorgungsleitung 60 dem Elektromagneten 50 bereit. Sie stellt die elektrische Energie zur Versorgung der Steuerungseinrichtung 62 bereit. Sie stellt die elektrische Energie zur Ansteuerung und Betätigung des Elektromotors 27 bereit. Ein Ausgang (in
Die Versorgungs-Untereinheit 94 kann durch die Batterieeinrichtung 63 gebildet sein bzw. durch die Netzspannungsversorgungseinrichtung 88. Sie kann auch einen Schalter oder dergleichen umfassen, über welchem manuell oder automatisch eingestellt wird, ob die Energieversorgung des Staubsaugers 10 über die wiederaufladbare Batterieeinrichtung 63 erfolgt oder über die Netzspannungsversorgungseinrichtung 88.
Die Steuerungseinrichtung 62 umfasst eine Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit 98. Diese steht in signalwirksamer Verbindung mit dem Taster 82, dem ersten Drucksensor 84 und dem zweiten Drucksensor 86. Diese liefern entsprechende Signale der Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit 98, welche dann über eine Signalleitung 100 den Elektromagneten 50 entsprechend ansteuert. Die Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit 98 steuert den Elektromagneten 50 derart an, dass die auf den Ventilteller 38 einwirkende magnetische Haltekraft gelöst wird, und damit ein Abreinigungsvorgang durchgeführt wird, wenn ein manueller Auslösungsvorgang über den Taster 82 detektiert wird. Entsprechend wird auch ein Abreinigungsvorgang initiiert, wenn eine Druckdifferenz gemessen zwischen dem ersten Drucksensor 84 und dem zweiten Drucksensor 86 beispielsweise einen Schwellenwert überschreitet und/oder ein bestimmtes Zeitintervall durchlaufen wurde. Die Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit 98 sorgt für eine automatische Filterabreinigung.
Der Elektromotor 27 ist insbesondere ein permanentmagneterregter Synchronmotor. Bei einem permanentmagneterregten Synchronmotor weist der Rotor (Läufer) eine Mehrzahl von Permanentmagneten auf. Ein Stator ist mit Spulen versehen, welche durch die Steuerungseinrichtung 62 angesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt dabei derart, dass eine elektronische Kommutierung erfolgt. Dazu weist die Steuerungseinrichtung 62 (mindestens) einen Kontroller 102 auf, welcher den Elektromotor 27 und dabei insbesondere die Spulen im Stator des Elektromotors 27 entsprechend ansteuert.
Die Ansteuerung des Elektromotors 27 durch den Kontroller 102 erfolgt insbesondere über pulsweitenmodulierte Signale. Es wird dadurch dem Elektromotor 27 die entsprechende Energie mit Steuersignalen bereitgestellt.
Der Elektromotor 27 ist insbesondere ein bürstenloser Permanentmagnetmotor (EC-Motor). Durch einen solchen Motor lassen sich bei hohem Wirkungsgrad und auch geringer Geräuschentwicklung Umdrehungen von beispielsweise 20 000 U/min oder mehr erreichen. (Auch kleinere Drehzahlen sind erreichbar.)
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor ein Drei-Phasen-Motor und insbesondere permanentmagneterregter Drei-Phasen-Synchronmotor. Es kann auch vorgesehen sein, dass der permanentmagneterregte Synchronmotor als Elektromotor 27 nur einphasig oder zweiphasig ist.
Die Steuerungseinrichtung 62 umfasst eine Motoransteuerungs-Untereinheit 104, welche insbesondere Teil des Kontrollers 102 ist, und welche in signalwirksamer Verbindung mit der Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit 98 steht. Es kann dabei grundsätzlich eine unidirektionale Verbindung vorgesehen sein, bei welcher entweder die Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit 98 entsprechende Signale, die charakterisieren, ob eine Abreinigung durchgeführt wird oder nicht, der Motoransteuerungs-Untereinheit 104 bereitstellt, oder die Motoransteuerungs-Untereinheit 104 der Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit 98 Signale bezüglich der Motoransteuerung des Elektromotors 27 bereitstellt. Es kann auch eine bidirektionale Datenverbindung vorhanden sein, bei der Motoransteuerungsdaten und Fremdluftventilansteuerungsdaten zwischen der Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit 98 und der Motoransteuerungs-Untereinheit 104 ausgetauscht werden.
Es ist dadurch möglich, in der Motoransteuerung direkt eine entsprechende Fremdluftventilansteuerung zu berücksichtigen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, in der Fremdluftventilansteuerung Motoransteuerungsdaten zu berücksichtigen.
Es kann sinnvoll sein, die Saugleistung des Saugaggregats 26 während einer Filterabreinigung durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 27 zu erhöhen. Dadurch lässt sich im Schmutzsammelbehälter 12 ein erhöhter Unterdruck ausbilden, wenn eine Filterabreinigung durchgeführt wird. Eine solche Erhöhung der Saugleistung wird beispielsweise vor jeder Unterbrechung des Versorgungsstroms des Elektromagneten 50 durchgeführt oder während eines gesamten Abreinigungsvorgangs (im Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt t1 und tE). Durch den Signalaustausch zwischen der Fremdluftventilansteuerungs-Untereinheit 98 und der Motoransteuerungs-Untereinheit 104 lässt sich die Filterabreinigung und der Elektromotor 27 so ansteuern, dass ein Weggehen von einem Arbeitspunkt aufgrund der Filterabreinigung verhindert wird.
Grundsätzlich kann ein einziger Kontroller 102 vorgesehen sein.
Wenn eine alternative Energieversorgung des Elektromotors 27 über die Batterieeinrichtung 63 und die Netzspannungsversorgungseinrichtung 88 möglich ist, dann ist es vorteilhaft (
Wenn getrennte Kontroller 106 und 108 vorgesehen sind, dann kann die Energieversorgung über Netzspannung und über die Batterieeinrichtung 63 getrennt gehandelt werden und die Kontroller können getrennt diesbezüglich optimiert werden. Es lassen sich dadurch kommerziell erhältliche Bauteile verwenden.
Bei einer Ausführungsform (
Der erfindungsgemäße Staubsauger 10 funktioniert wie folgt:
Der Staubsauger 10 lässt sich über die Batterieeinrichtung unabhängig von Netzstrom betreiben. Die Batterieeinrichtung 63 versorgt das Saugaggregat 26 und insbesondere den Elektromotor 27 netzunabhängig mit elektrischer Energie, um Saugvorgänge durchführen zu können.
Ein typisches Einsatzgebiet für netzunabhängige Staubsauger 10 ist auf Baustellen wie beispielsweise im Rohbau, bei denen in einem Arbeitsbereich keine Steckdose vorhanden ist. Bei solchen Einsatzbereichen enthält Sauggut oft auch einen hohen Feinstaubanteil. Zur Filterabreinigung ist die Fremdluftventileinrichtung 33 vorgesehen. Diese wird ebenfalls über die Batterieeinrichtung 63 netzunabhängig betrieben. Dadurch ist ein optimierter Betrieb des Staubsaugers 10 netzunabhängig ermöglicht; es ist ein Saugbetrieb möglich und manuell und insbesondere automatisch wird bei Bedarf eine Filterabreinigung durchgeführt.
Durch die Verwendung eines permanentmagneterregten Synchronmotors, welcher elektronisch kommutiert ist, lässt sich ein hoher Wirkungsgrad erzielen, das heißt der Energieverbrauch des Elektromotors 27 lässt sich gering halten.
Auch durch die Verwendung des Spiralgehäuses 110 lässt sich ein hoher Wirkungsgrad bezüglich der Saugleistung erzielen und dadurch lässt sich die Laufzeit erhöhen.
Bei einem elektronisch kommutierten permanentmagneterregten Synchronmotor erfolgt die Ansteuerung über den Kontroller 102 bzw. 106, 108. Dadurch lässt sich eine einfache Verknüpfung zwischen der Ansteuerung der Filterabreinigung und der Ansteuerung des Elektromotors 27 realisieren. Beispielsweise wird dann durch die Steuerungseinrichtung 62 ein Weggehen von dem Arbeitspunkt verhindert. Dadurch wiederum lässt sich bei einem optimierten Saugbetrieb der Staubsauger 10 energiesparend betreiben.
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