DE68916607T2

DE68916607T2 - Staubsauger und Verfahren zu dessen Betrieb.

Info

Publication number: DE68916607T2
Application number: DE68916607T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaro Ishii; Fumio Jyouraku; Haruo Koharagi; Hisao Suka; Kazuo Tahara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-10-07
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2009-10-07
Also published as: KR900005937A; EP0362894A3; KR950001963B1; EP0362894A2; EP0362894B1; US5155885A; DE68916607D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Staubsauger mit einem Erfassungssensor zum Erfassen eines Betriebszustands des Staubsaugers in einem Staubsaugerhauptgehäuse und ein Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers.
Die Erfindung betrifft einen Staubsauger und ein Verfahren zu dessen Betrieb, wobei der Staubsauger einen Erfassungssensor zum Erfassen eines Betriebszustands innerhalb des Staubsaugers, ein elektrisch betriebenes Gebläse und eine Steuereinheit zum Steuern des elektrisch betriebenen Gebläses in Reaktion auf einen Erfassungswert des Erfassungssensors umfaßt.
Ein solcher Staubsauger ist z.B. in DE-A-1 920 640 beschrieben.
Dieser Staubsauger umfaßt einen Drucksensor zum Erfassen des Betriebszustandes des elektrischen Gebläses und einen Steuerabschnitt zum Steuern des elektrischen Gebläses in Reaktion auf den Erfassungswert des Drucksensors.
Bei diesem herkömmlichen Staubsauger können folgende Verfahren durchgeführt werden:
i) Verringerung des Durchsatzes des elektrischen Gebläses in dem Teil des Betriebsbereichs mit hoher Luftströmungsrate, wie durch die Kennlinie in Fig. 2 dargestellt,
ii) Verringerung des Durchsatzes des elektrischen Gebläses in einem Teil des Betriebsbereichs mit niedriger Luftströmungsrate, wie durch die Kennlinie in Fig. 3 dargestellt.
Wenn jedoch versucht wird, elektrische Energie einzusparen oder Geräuschentwicklung zu verringern, indem der Durchsatz des elektrischen Gebläses sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Luftströmungsraten, die jeweils außerhalb der nutzbaren Staubsaugerbetriebsbereiche liegen, verringert wird, so entsteht folgendes Problem. Wenn bei niedrigen Flußraten ein gegebener Druckwert überschritten wird, muß der Durchsatz des elektrischen Gebläses verringert werden. Wenn umgekehrt der Druck unter den gegebenen Wert abfällt, wird der Durchsatz des Gebläses erhöht. Bei hohen Flußraten muß jedoch der Durchsatz des Gebläses verringert werden, wenn der Druck unter ein gegebenes Niveau abfällt.
Eine solche Steuerung ist mit nur einem Drucksensor schwer durchzuführen, da die Luftströmung nicht mit ausreichender Sicherheit allein aus dem von diesem Sensor erfaßten Druck bestimmt werden kann. Kurzzeitige Fluktuationen des Drucks können zur Fehlsteuerung führen, d.h. die Steuerung, die eigentlich für hohe Strömungsraten vorgesehen ist, wird bei niedrigen Strömungsraten durchgeführt und umgekehrt.
EP-A-0 264 728 lehrt, wie ein Staubsauger gesteuert wird, indem aus der Drehgeschwindigkeit und dem Eingangsstrom des elektrischen Gebläses und Fluktuationen von diesen die Art der gerade gereinigten Oberfläche bestimmt wird und die Betriebsbedingungen entsprechend eingestellt werden. Dafür ist es nötig, über eine Kombination aus einer Mehrzahl von Drucksensoren oder unterschiedlicher Arten von Sensoren zu verfügen, was den Aufbau des Staubsaugerhauptgehäuses besonders kompliziert macht. Ferner ist dies nicht praktisch einsetzbar bei einer Negativgradientensteuerung des elektrischen Gebläses hinsichtlich der Eigenschaften von Luftströmungsrate und statischem Druck, wie in Abschnitt (A) der Kennlinie in Fig. 4 gezeigt, da dies zu einem Imkreislaufen oder Zwitschern der Steuerung führt, bei der eine Zunahme des statischen Drucks über einen Umschaltpunkt (oder eine Bewegung zu kleinen Strömungsraten), eine Steuerung zum Verringern des Durchsatzes des elektrischen Gebläses, eine Abnahme des statischen Drucks unter den Umschaltpunkt und eine Steuerung zur Rückkehr zu einem früheren Steuerzustand auftreten.
Bei dem herkömmlichen Staubsauger haben im Fall einer Durchsatzabnahme des elektrischen Gebläses das Rückkehrniveau und das Umschaltniveau fast den gleichen Wert. Außerdem variieren der Umschaltniveaueinstellpunkt und der neue Betriebspunkt entlang der gleichen Lastkurve. Dadurch wird beim herkömmlichen Staubsauger ein Zwitschern hervorgerufen.
Außerdem unterscheiden sich aufgrund des Verfahrens zur Erfassung des Druckwerts die Umschaltpunkte der Steuerung, je nachdem, ob die Luftströmungsrate zunimmt oder abnimmt, so daß Hysterese entsteht. Es ist daher schwierig, den Durchsatz des elektrischen Gebläses mit hoher Genauigkeit zu steuern.
Insbesondere wenn bei dem herkömmlichen Verfahren zum Steuern eines Staubsaugers der Durchsatz des elektrischen Gebläses zunimmt, so wird der vorherige Steuerzustand erst wieder erreicht, wenn der Durchsatz zu einem Umkehrpunkt zurückkehrt, der den gleichen Druckwert wie der Umschaltniveaueinstellpunkt hat. Die Luftströmungsrate am Umschaltniveaueinstellpunkt auf dem Hinweg unterscheidet sich von der Luftströmungsrate am Umkehrpunkt auf dem Rückweg, so daß bei dem herkömmlichen Staubsauger Hysterese auftritt.
Bei dem herkömmlichen Staubsauger erzeugt das elektrische Gebläse einen Unterdruck mit einem von einem Elektromotor mit hoher Geschwindigkeit drehangetriebenen Zentrifugalventilator und erzeugt so eine Saugkraft. Fig. 5 zeigt aerodynamische Eigenschaften eines elektrischen Gebläses im Staubsaugerhauptkörper, das von einem Elektromotor in Reihenschaltung wie etwa einem Kommutatormotor angetrieben wird. Da dessen Last bei geringer Luftströmungsrate klein wird, nehmen die Drehzahl N wie auch der statische Druck H zu. Außerdem nimmt der Stromverbrauch W ab.
Auch wenn das elektrische Gebläse mit konstanter Geschwindigkeit von einem Synchronmotor oder einem Induktionsmotor angetrieben wird, erhält man für den statischen Druck (H) und den Stromverbrauch ähnliche Werte wie in Fig. 5, wie die Kurven in Fig. 6 zeigen.
Wenn nämlich die besagte Drehzahl N konstant ist, so ist bei kleinen Luftströmungsraten die Änderungsrate von Q groß, so daß eine Verringerung der Luftströmungsrate zu einer starken Verringerung des Motordrehmoments und der Last führt. Folglich nehmen elektrischer Energieverbrauch W und die elektrische Stromstärke I stark ab.
Bei einem mit veränderlicher Geschwindigkeit mit einem Wechselrichter betriebenen Motor können Kennlinien wie in Fig. 7 erhalten werden, indem Stücke von Kennlinien bei Konstantgeschwindigkeitssteuerung kombiniert werden.
Fig. 8 zeigt eine Mehrzahl von Kennlinien (1), (2), (3) und (4). Indem zwischen den fett herausgehobenen Abschnitten dieser Kennkurven wahlweise umgeschaltet wird, wird die in Fig. 7 gezeigte Kennkurve verwirklicht.
Wie die Kennlinien in Fig. 9 zeigen, haben die vorgenannten diversen Kennlinien gemeinsam, daß die Anderungen ΔH, ΔN, ΔW etc., die jeweils Variationen des statischen Drucks H, der Drehzahl N oder des elektrischen Energieverbrauchs W bezogen auf die Luftströmungsänderung ΔQ darstellen, sich jeweils bei großen und kleinen Luftströmungsraten unterscheiden.
Wenn ΔH/ΔQ, ΔN/ΔQ, ΔW/ΔQ und Kombinationen davon mit Hilfe des Drucksensors erfaßt werden, wird eine vorgegebene Steuerung des Staubsaugers durchgeführt. Wenn die Erfassungsempfindlichkeit des Sensors einheitlich gemacht wird, können Fehler beurteilt und kontrolliert werden. Beim herkömmlichen Staubsauger wird diesen Veränderungsraten und ihrer Steuerung jedoch keine Beachtung geschenkt.

Darlegung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Staubsauger und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, bei dem ein im Staubsaugerhauptkörper eingebautes elektrisches Gebläse mit optimaler Kennlinie betrieben werden kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Staubsauger und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, bei dem der Durchsatz des im Staubsaugerhauptkörper eingebauten elektrischen Gebläses sowohl bei großen als auch bei kleinen Luftströmungsraten abgesenkt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Staubsauger und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, bei dem der Durchsatz des im Staubsaugerhauptkörper eingebauten elektrischen Gebläses unter Verwendung genau eines Erfassungssensors zur Erfassung eines Betriebszustands des Staubsaugers verringert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Staubsauger und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, bei dem Hysterese des im Staubsaugerhauptkörper eingebauten elektrischen Gebläses verhindert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ist einen Staubsauger und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, bei dem das Ausmaß der Hysterese des im Staubsaugerhauptkörper eingebauten elektrischen Gebläses eingestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Staubsauger und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, bei dem das Zwitschern des in den Staubsaugerhauptkörper eingebauten elektrischen Gebläses verhindert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Staubsauger und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, bei dem der Durchsatz des im Staubsaugerhauptkörper eingebauten elektrischen Gebläses in Reaktion auf den Reinigungszustand des Staubsaugers genau gesteuert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Staubsauger und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, bei dem eine fehlerhafte Steuerung des im Staubsaugerhauptkörper eingebauten elektrischen Gebläses, die durch Änderung der Änderungsgeschwindigkeit von statischem Druck, Drehzahl, Energieverbrauch oder Stromstärke mit der Luftströmungsrate bei hohen und niedrigen Luftströmungsraten verursacht wird, verhindert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden bei einem Staubsauger mit einem Staubsaugerhauptkörper, der einen Filter zum Auffangen von Staub und ein elektrisch angetriebenes Gebläse in einem Hauptgehäuse, einen Erfassungssensor zum Erfassen eines Betriebszustands in dem Staubsaugerhauptkörper und eine Steuervorrichtung zum Steuern des Durchsatzes des elektrisch angetriebenen Gebläses in Reaktion auf einen Erfassungswert des Erfassungssensors umfaßt, die folgenden Steuerwerte gemäß dem Erfassungswert des Erfassungssensors eingestellt: ein Umschaltniveaueinstellwert zum Bilden eines Beurteilungspunkts zum Umschalten eines Steuerzustands des elektrischen Gebläses und ein Rückkehrniveaueinstellwert zum Bilden eines Beurteilungspunkts zum Zurückkehren zu einem früheren Steuerzustand des elektrischen Gebläses von einem umgeschalteten Steuerzustand des elektrischen Gebläses, wobei der Durchsatz des elektrischen Gebläses durch den Umschaltniveaueinstellwert und den Rückkehrniveaueinstellwert gesteuert wird.
Wenn der Erfassungswert des Erfassungssensors über dem Umschaltniveaueinstellwert liegt und der Durchsatz des elektrischen Gebläses erhöht wird, so wird der Rückkehrniveaueinstellwert höher als der Umschaltniveaueinstellwert eingestellt. Wenn der Erfassungswert des Erfassungssensors über dem Umschaltniveaueinstellwert liegt und der Durchsatz des elektrischen Gebläses verringert wird, wird der Rückkehrniveaueinstellwert niedriger als der Umschaltniveaueinstellwert eingestellt.
Erfindungsgemäß wird bei einem Staubsauger mit einem Sensor zum Erfassen eines Betriebszustands in dem Staubsaugerhauptkörper und einem Steuerabschnitt zum Steuern des elektrischen Gebläses in Reaktion auf einen Erfassungswert des Erfassungssensors die Erfassungsempfindlichkeit des Erfassungssensors in Reaktion auf die Saugluftströmungsrate geändert.
Da erfindungsgemäß bei der Steuerung des Durchsatzes des elektrischen Gebläses der Rückkehrniveaueinstellwert in Reaktion auf einen neu umgeschalteten Steuerzustand auf einen vorgegebenen Rückkehrwert eingestellt werden kann, ist es möglich, zu einem Betriebspunkt zurückzukehren, der nahe am Betriebspunkt zum Umschaltzeitpunkt liegt, so daß der Durchsatz des elektrischen Gebläses im gleichen oder im wesentlichen gleichen Luftströmungsbereich erhalten werden kann, wodurch Hysterese des elektrischen Gebläses verhindert werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Erfassungsempfindlichkeit des Erfassungssensors in Abhängigkeit von der Saugluftströrnungsrate verändert, so daß ein Erfassungssignal mit im wesentlichen konstantem Niveau bei allen Luftströmungsraten des elektrisch getriebenen Gebläses erreicht werden kann.
Der Saugzustand des Staubsaugers kann so aus der Schwankungsbreite und dem Anderungsmuster der vom Erfassungssensor erfaßten Größe beurteilt werden und eine Durchsatzsteuerung des elektrischen Gebläses kann dieser Beurteilung entsprechend durchgeführt werden unter Verwendung einer Beurteilungsvorrichtung, die dieselben Beurteilungs- und Steuerschaltungen oder eine kleine Zahl von Beurteilungs- oder Steuerschaltungen oder Beurteilungsprogrammen verwendet.
Dadurch kann eine durch die Änderungsrate der diversen Parameter, als da sind der statische Druck, die Drehzahl, der elektrische Energieverbrauch oder die elektrische Stromstärke, mit der Anderung der Luftströmungsrate,bei hohen oder niedrigen Strömungsraten verursachte Fehlsteuerung verhindert werden, auch eine Fehlsteuerung des elektrischen Gebläses aufgrund unrichtiger Beurteilung wird vermieden und der Durchsatz des elektrischen Gebläses kann genau in Reaktion auf den Zustand der zu reinigenden Oberfläche durchgeführt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Ausgestaltung eines internen Aufbaus eines Staubsaugers mit einem elektrischen Gebläse und einem Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Kennlinie der Saugleistung eines Staubsaugers, bei der der Durchsatz des elektrischen Gebläses bei hohen Luftströmungsraten abnimmt;
Fig. 3 ist eine Kennlinie der Saugleistung eines herkömmlichen Staubsaugers, bei der der Durchsatz des elektrischen Gebläses bei kleinen Luftströmungsraten abnimmt;
Fig. 4 ist eine Kennlinie der Saugleistung eines herkömmlichen Staubsaugers, bei dem eine Negativgradientensteuerung des Durchsatzes des elektrischen Gebläses bezogen auf die Gebläsekennlinie durchgeführt wird;
Fig. 5 zeigt die aerodynamischen Eigenschaften eines Staubsaugers, in dem das elektrische Gebläse von einem Kommutatormotor angetrieben wird;
Fig. 6 zeigt die aerodynamischen Eigenschaften eines Staubsaugers, bei dem das elektrische Gebläse von einem Synchronmotor oder einem Induktionsmotor angetrieben wird;
Fig. 7 zeigt die aerodynamischen Eigenschaften eines Staubsaugers, bei dem das elektrische Gebläse von einem Wechselrichtermotor angetrieben wird;
Fig. 8 zeigt mehrere Kennlinien der aerodynamischen Eigenschaften eines Staubsaugers, bei dem das elektrische Gebläse von einem Wechselrichter angetrieben wird;
Fig. 9 zeigt die aerodynamischen Eigenschaften eines Staubsaugers, wobei die Änderungsraten des statischen Drucks, der Drehzahl und des elektrischen Energieverbrauchs mit der Anderung der Luftströmungsrate dargestellt sind;
Fig. 10 zeigt Saugleistungen einer Ausgestaltung eines Staubsaugers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 zeigt Saugleistungen einer anderen Ausgestaltung eines Staubsaugers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 zeigt Saugleistungen einer weiteren Ausgestaltung eines Staubsaugers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 zeigt aerodynamische Leistungskurven einer weiteren Ausgestaltung eines Staubsaugers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 zeigt eine Beziehung zwischen einem von einem Drucksensor erfaßten Wert des statischen Drucks und der Zeit in einem Betriebsbereich mit großer Luftströmungsrate; und
Fig. 15 zeigt eine Beziehung zwischen dem von einem Drucksensor erfaßten Wert des statischen Drucks und der Zeit in einem Betriebsbereich mit niedriger Luftströmungsrate.

Beschreibung der Erfindung

Im folgenden wird eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Staubsaugers mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
In Fig. 1 umfaßt ein Staubsaugerhauptkörper 1 eines Staubsaugers ein Hauptgehäuse 3 mit einem darin eingebauten elektrischen Gebläse 2 und einem Staubkasten 5 mit einem darin zum Auffangen von Staub eingebauten Filter 4. Der Staubsaugerhauptkörper 1 ist mit einem Schlauch 6, einem Verlängerungsrohr 7 und einer Saugdüse 8 verbunden.
Die Saugdüse 8 ist eine Mehrzweckdüse zum Gebrauch auf Fußboden; eine Saugdüse 9 zum Gebrauch in Spalten und eine Saugdüse 10 zum Gebrauch auf Regalen und sind am Staubsaugerhauptkörper 1 als Zusatzteile angebracht.
Eine Steuervorrichtung 11 im Staubsaugerhauptkörper 1 ist aus elektronischen Schaltungen aufgebaut, die eine zentrale Befehlsausführungsvorrichtung, etwa in Form von elektrischen Schaltungen oder einem Mikrocomputer, umfaßt, und diese Steuervorrichtung 11 steuert den Durchsatz des elektrischen Gebläses 2 in Reaktion auf einen von einem Drucksensor 12 erfaßten Wert.
Der Drucksensor 12 erfaßt einen Betriebszustand des Staubsaugers. Der Drucksensor 12 ist stromabwärts vom Filter 4 angebracht, wie in der Figur gezeigt, doch kann er auch im Staubkasten 5 oder in einem stromaufwärtigen Bereich an der Fußbodensaugdüse 8 angebracht sein.
Eine steuerablaufroute des erfindungsgemäßen Staubsaugers ist in Fig. 10 gezeigt. In Fig. 10 zeigt die horizontale Achse die Luftströmungsrate Q und die vertikale Achse zeigt den statischen Druck H jedes Abschnitts des Staubsaugers. Fig. 10 zeigt ein Verfahren zum Erhöhen des Durchsatzes des elektrischen Gebläses 2.
Die Kurve B in Fig. 10 zeigt den statischen Druck in einem Bereich der Fußbodensaugdüse 8. Die Kurve C zeigt den vom Drucksensor 12 erfaßten statischen Druck, und ihre Druckwerte sind um die Summe der Druckverluste am Filter 4, dem Staubkasten 5, dem Schlauch 6 und dem Verlängerungsrohr 7 höher als die der Kurve B.
Wenn die Fußbodensaugdüse 8 von der Fußbodenoberfläche verdeckt wird, steigt der statische Druck H über einen Wert H&sub1; eines Umschaltniveaueinstellpunkts C&sub1;, und bei einer Steuerung zur Erhöhung des Durchsatzes des elektrischen Gebläses 2 wird von den Kurven B bzw. C umgeschaltet zu Kurven B' bzw. C'.
Ein neuer Betriebspunkt liegt am Schnittpunkt C'&sub1; mit der Lastkurve D, die die Summe der obengenannten Druckverluste darstellt, und der statische Druck nimmt einen Wert H'&sub1; an. Anschließend bewegt sich der Betriebspunkt entlang der Kurve C'.
Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Betreiben des Staubsaugers kehrt der Gebläsemotor erst dann zum vorherigen Steuerzustand zurück, wenn der Betriebspunkt einen Umkehrpunkt C'&sub2; erreicht, der denselben Druckwert H&sub1; wie der Umschaltniveaueinstellpunkt C&sub1; hat. Die Luftströmungsrate Q&sub1; am Umschaltniveaueinstellpunkt C&sub1; auf dem Hinweg unterscheidet sich von der Luftströmungsrate Q&sub2; am Umkehrpunkt C'&sub2; auf dem Rückweg, so daß beim herkömmlichen Staubsauger Hysterese auftritt.
Bei der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Rückkehrpunkt C'R mit einem Näherungswert H'R eingestellt, der etwas kleiner als der Wert H'&sub1; ist. Wenn der Rückweg durchlaufen wird, kann die Steuerungsroute fast ohne Hysterese verfolgt werden. Am Rückkehrpunkt C'R hat die Luftströmungsrate einen Wert QR.
Bei einem konkreten Verfahren zum Betreiben des Staubsaugers können jeweils ein Komparator zum Einstellen des Umschaltniveaus und ein Komparator zum Einstellen des Rückkehrniveaus sowie eine Logikschaltung, die beide Komparatoren nutzt, vorgesehen werden. Alternativ kann ein Komparator vorgesehen werden und es kann eine Logikschaltung aufgebaut werden, bei der nach dem Umschaltvorgang der Beurteilungswert durch den Rückkehrniveaueinstellwert ersetzt wird. Selbstversätndlich kann bei Verwendung einer zentralen Befehlsausführungsvorrichtung die Beurteilungsfunktion von einem Programm durchgeführt werden.
Fig. 11 zeigt ein Verfahren für die Negativgradientensteuerung entgegen der Kennlinie des elektrischen Gebläses 2, zur Verringerung des Durchsatzes des elektrischen Gebläses 2. Die Bezugszeichen der Kurven B, C, B" und C" sind dieselben wie in Fig. 10.
Wenn der statische Druck H&sub3; am Umschaltniveaueinstellpunkt C&sub3; überschritten wird und eine Steuerung zur Verringerung des Durchsatzes des elektrischen Gebläses 2 durchgeführt wird, dann wird von den Kurven B und C zu den Kurven B" bzw. C" umgeschaltet.
Entsprechend der obigen Beschreibung wird ein neuer Betriebspunkt C"&sub3; erreicht und der statische Druck erreicht den Wert H"&sub3;. Wenn die Steuerung unverändert bleibt, kann eine Steuerung zur Rückkehr zur vorherigen Kurve C durchgeführt werden. Da bei dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung der Druckwert am Umkehrniveaueinstellpunkt (C"R) um einen vorgegebenen Wert niedriger als H"R eingestellt wird, kann sich der Betriebspunkt entlang der Kurve C" bewegen.
Wenn die Haftung der zu reinigenden Oberfläche an der Saugdüse 8 aufgehoben ist und die Luftströmungsrate Q zunimmt, kehrt der Staubsauger zu der vorherigen Kurve C oder Steuerfolgeroute zurück.
Durch Kombination der oben beschriebenen Vorgänge kann die in Fig. 4 gezeigte Kennlinie mit nur einem Drucksensor verwirklicht werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann eine komplizierte Steuerfolgeroute wie in Fig. 12 gezeigt verwirklicht werden. Die gestrichelte Linie E in Fig. 12 gibt den maximalen Durchsatz des elektrischen Gebläses 2 an.
Der Bereich R&sub1; in Fig. 12 ist ein Bereich, der für die Bodensaugdüse 8 nutzbar ist und in dem der Staubsauger optimal gesteuert wird.
In dem Bereich R&sub2;, in dem die Spaltensaugdüse 9 an den Staubsauger angeschlossen ist, kann auch wenn diese angeschlossen ist, die Luftströmungsrate Q abnehmen und der statische Druck H zunehmen. Bei der herkömmlichen Staubsaugersteuerung wird das elektrische Gebläse 2 auch dann mit maximalem Durchsatz betrieben, wenn nicht gereinigt wird, was hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Geräuschentwicklung nicht wünschenswert ist.
Wenn die Saugdüse jedoch von dem zu reinigenden Bereich fortbewegt wird, wird der Durchsatz des elektrischen Gebläses 2 gesenkt, und das elektrische Gebläse 2 kann so gesteuert werden, daß sein maximaler Durchsatz beim Reinigen mit der Saugdüse 9 auftritt. Dies verbessert erheblich den Gebrauchswert, da elektrische Energie gespart wird, Geräuschentwicklung verringert wird und das Anhaften der Saugdüse 9 verhindert wird.
Wenn die Saugdüse 9 schnell und wiederholt an die zu reinigende Oberfläche herangeführt und von dieser getrennt wird, steigt der Durchsatz des elektrischen Gebläses 2 auf das Maximum, wenn die Saugdüse 9 zur Oberfläche zurückkehrt, da die Staubsaugersteuerung auf den Belastungszustand der Saugdüse 9 reagiert.
Dadurch kann verhindert werden, daß die Spaltensaugdüse 9 haften bleibt und eine Störung des Reinigungsbetriebs des Staubsaugers verursacht.
Der Druck am Drucksensor 12 kann auf Druckschwankungen aufgrund des Haftens und des Lösens der Saugdüse integrierend reagieren, da aufgrund des Volumens des Durchgangsbereichs zwischen der Saugdüse und dem Sensor die Erfassung eines Gesamtdruckanstiegs verzögert ist. Dadurch wird vermieden, daß unnötig schnell ein Durchsatzänderungsbefehl an den elektrischen Gebläsemotor abgegeben wird, wodurch das obengenannte Problem des Zwitscherns vermieden wird.
Dieser Effekt kann noch verbessert werden, indem eine nicht in der Figur gezeigte kleine Öffnung an dem Bereich mit dem Drucksensor 12 vorgesehen wird, die als Druckpuffer wirkt, und indem die Reaktionsgeschwindigkeit optimiert wird.
Wenn die Saugdüse 9 langsam betätigt wird, kann sie wie oben gesagt, mit hohem Durchsatz betrieben werden, so daß eine neue Verwendung möglich wird, bei der die Saugkraft nach Betätigungsgeschwindigkeit der Saugdüse 9 angepaßt wird.
Der Bereich R&sub3; entspricht einem Zustand mit fast verschlossener Düse und liegt außerhalb des nutzbaren Bereichs. Da in diesem Bereich der Durchsatz des elektrischen Gebläses 2 verringert wird, wie in Fig. 12 gezeigt, kann die Spaltendüse 9 am Haftenbleiben gehindert werden. Wenn die Haftung gelöst wird, wird der Betrieb mit hohem Durchsatz automatisch wieder aufgenommen.
Eine Kennlinie, wie in Fig. 12 gezeigt, deren Details vergrößert dargestellt sind, wird verwirklicht, indem eine sehr große Zahl von in Fig. 10 und 11 gezeigten Grundbewegungen oder Steuerfolgerouten kombiniert wird. Wenn die Zahl der kombinierten Grundbewegungen klein ist, wird keine glatte Bewegungskurve erzielt.
In der Praxis kann die Bewegungskurve mit einer Mehrzahl elektrischer Schaltungen verwirklicht werden, eine ideale Bewegungskurve ist jedoch auch einfach durch Ausführen eines Programms in der zentralen Befehlsausführungsvorrichtung des Mikrocomputers zu verwirklichen.
Wenn in diesem Fall jeder Umschaltniveaueinstellpunkt oder jeder Umkehrniveaueinstellpunkt in einer Tabelle im Mikrocomputer abgespeichert ist, kann mit einer kleinen Vorrichtung ein Verfahren des Erneuerns durch sukzessives Überschreiben zum Betreiben des Staubsaugers durchgeführt werden.
Bei der oben beschriebenen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung treten folgende Wirkungen auf:
Die Durchsatzsteuerung des elektrischen Gebläses 2 ohne Hysterese zwischen Hin- und Rückweg kann durch Einstellen des Umschaltniveaueinstellpunkts und des Rückkehrniveaueinstellpunkts durchgeführt werden. Bei der Durchsatzsteuerung des elektrischen Gebläses 2 kann auch das Ausmaß der Hysterese eingestellt werden.
Obwohl der Erfassungswert von nur einem Drucksensor 12 erfaßt wird, kann eine Negativgradientensteuerung des elektrischen Gebläses 2 durchgeführt werden.
Durch Kombination von Positiv- und Negativgradientensteuerung kann der Durchsatz des elektrischen Gebläses 2 passend zu den verwendeten Saugdüsen und ihren Betriebsbedingungen optimal gesteuert werden.
Eine große Anzahl von Einstellpunkten für Umschaltniveau und Rückkehrniveau für die Durchsatzsteuerung des elektrischen Gebläses 2 können von der zentralen Befehlsverarbeitungsvorrichtung eingestellt werden, so daß die optimale Kennlinie zum Betrieb des Staubsaugers erreicht werden kann.
Eine Grundbewegung oder Steuerfolgeroute des Staubsaugers ist in Fig. 13 gezeigt, wobei diverse Druckverluste berücksichtigt sind. Die horizontale Achse in Fig. 13 zeigt die Luftströmungsrate Q und die vertikale Achse zeigt den statischen Druck H in jedem Bereich des Staubsaugers.
Die Kurve A&sub1; zeigt den statischen Druck in der Fußbodensaugdüse 8. Die Kurve B&sub1; zeigt den vom Drucksensor 12 erfaßten statischen Druck.
Die Kurve B&sub1; liegt um die Summe der Druckverluste in der Saugdüse 8, dem Filter 4, dem Staubkasten 5, dem Schlauch 6 und dem Verlängerungsrohr 7 höher als die Kurve A&sub1;. Der Drucksensor 12 erfaßt den Druckwert auf der Kurve B&sub1;.
Wenn beim Reinigungsbetrieb des Staubsaugers die Fußbodensaugdüse 8 auf der Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes vorwärts und rückwärts bewegt wird oder von dem Gegenstand abgehoben wird, so ändert sich der Strömungswiderstand der Saugdüse 8 und der Druck variiert zwischen der Kurve B&sub1; und der Kurve C&sub1;. Als Schwankungsbreite der Saugdüse 8 wird dabei der Unterschied zwischen den Punkten D&sub1; und E&sub1; erfaßt.
Wenn jedoch der Filter 4 im Staubsaugerhauptkörper 1 verstopft ist und der Betriebspunkt sich deswegen zu kleineren Strömungsraten hin verschiebt, wird die Druckschwankung zwischen den Punkten F&sub1; und G&sub1; in Fig. 13 erfaßt.
Der Grund dafür ist, daß bei großer Strömungsrate die Schwankungsbreite in jedem Zustand groß ist, denn die Luftströmungsschwankung ΔQ und die Druckschwankung ΔH sind groß, da die Strömungsrate Q groß ist und die Öffnungsfläche der Saugdüse 8 variiert.
Bei kleiner Strömungsrate ist jedoch der Absolutwert des Druckabfalls an der Saugdüse 8 klein und die Schwankungsbreite wird klein, da die Luftströmungsrate Q klein ist.
Wie in Fig. 9 erklärt, wird außerdem die Schwankungsbreite bei kleiner Strömungsrate aufgrund der aerodynamischen Eigenschaften des elektrischen Gebläses 2 klein.
Ein Beispiel für die Schwankung des vom Drucksensor 12 erfaßten Druckwerts ΔH&sub1; in einem Zeitraum T unter Betriebsbedingungen mit großer Strömungsrate ist in Fig. 14 gezeigt.
Ein Beispiel für die Schwankung des vom Drucksensor 12 erfaßten Druckwerts ΔH&sub2; unter Betriebsbedingungen mit kleiner Luftströmungsrate ist in Fig. 15 gezeigt.
Wie in Fig. 14 gezeigt, ist bei großen Luftströmungsraten der stetige Druckwert H&sub1; klein und die Druckschwankungsbreite ΔH&sub1; wird groß. Der stetige Druckwert H&sub1; wird erhalten, wenn die Fußbodensaugdüse 8 in die Luft gehoben wird, so daß der Strömungswiderstand klein ist und keine zeitlichen Schwankungen auftreten.
Auf diese Weise werden die Schwankungsbreite und das Schwankungszeitintervall (Schwankungsmuster) des Drucks vom Drucksensor 12 erfaßt, mit einem vorgegebenen Wert multipliziert und der Steuervorrichtung 11 zugeführt.
Die Steuervorrichtung 11 beurteilt durch Kombination des Mikrocomputers und des Beurteilungsprogramms die Art der Saugdüse, den Zustand der Oberfläche des zu reinigenden Gegenstands und das Vorliegen von Reinigungsbetrieb (ob die Saugdüse 9 benutzt wird oder nicht) . Die Steuervorrichtung 11 steuert den Durchsatz des elektrischen Gebläses 2 passend zum Reinigungszustand des Staubsaugers und um den optimalen Betriebszustand des Staubsaugers zu erreichen.
Wenn z.B. beim Reinigen die Fußbodensaugdüse 8 in die Luft gehoben wird, wird der Durchsatz des elektrischen Gebläses 2 verringert, so daß geringe Geräuschentwicklung und Einsparung von elektrischer Energie erreicht werden können.
Bei kleinen Luftströmungsraten wird der Wert des stetigen Drucks H&sub2; durch Verstopfen des Filters 4 u.dgl. groß, wie in Fig. 15 gezeigt, und die Druckschwankungsbreite ΔH&sub2; wird klein. Wie oben gesagt, wird, wenn der Reinigungszustand anhand der Schwankungsbreite und des Schwankungsmusters des Drucks bestimmt wird, die Bestimmung aufgrund der sehr kleinen Schwankungsbreite schwierig oder unmöglich.
Außerdem kann bei kleinen Luftströmungsraten fehlerhafte Beurteilung vorkommen, oder die Beurteilung anhand des Beurteilungswerts des Beurteilungsprogramms für große Strömungsraten kann unmöglich sein.
Als Gegenmaßnahme dazu können Beurteilungsprogramme je nach Luftströmungsbereich vorbereitet sein, doch wird die Anzahl der jeder aerodynamischen Eigenschaften entsprechenden Programme sehr groß, daher ist dies keine praktikable Lösung.
Wie in Fig. 8 gezeigt, sind nämlich für die Betriebssteuerung Beurteilungsprogramme je nach Luftströmungsrate Q eines jeden Kurvenabschnitts entsprechend den aerodynamischen Kennlinien (1), (2), (3) und (4) notwendig. Um eine hochgenaue Steuerung durchzuführen, muß die Anzahl der Programme jedoch erhöht werden.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung zeigt jede der (in Fig. 8 dargestellten) Eigenschaften die gleiche Tendenz wie das Verhältnis ΔH/ΔQ von Druckänderung ΔH zu Luftströmungsratenänderung ΔQ bei großen und bei kleinen Luftströmungsraten, nämlich, daß die Erfassungsempfindlichkeit des Drucksensors 12 sich zu kleinen Strömungsraten hin ändert.
Druckänderungen ΔH, Luftströmungsratenänderungen ΔQ mit jeweils im wesentlichen demselben Niveau oder Schwankungsbreiten des Verhältnisses ΔH/ΔQ mit im wesentlichen demselben Niveau in allen Luftströmungsratenbereichen können erhalten werden, indem die Erfassungsempfindlichkeit des Drucksensors 12 verändert wird.
Dabei wird die Schwankungsbreite des Ausgangssignals des Drucksensors 12 bei kleinen Luftströmungsraten im wesentlichen genauso groß gemacht wie die Schwankungsbreite des Ausgangssignals des Drucksensors 12 bei großen Strömungsraten.
Das heißt, die Erfassungsempfindlichkeit des Drucksensors 12 wird entsprechend der Saugluftströmungsrate geändert. Dadurch kann ein Erfassungsausgangssignal des Drucksensors 12 mit im wesentlichen demselben Niveau bei allen Luftströmungsraten erhalten werden.
Wenn der Zustand der Saugöffnungsfläche des Staubsaugers anhand der Schwankungsbreite des erfaßten Werts und des Veränderungsmusters des Drucks beurteilt wird und die Durchsatzsteuerung des elektrischen Gebläses 2 nach dieser Beurteilung durchgeführt wird, so kann mit einer Beurteilungsvorrichtung genau beurteilt werden, die eine kleine Zahl von Beurteilungs- oder Steuerschaltungen oder Beurteilungsprogrammen verwendet.
Fehlerhafte Steuerung des elektrischen Gebläses 2 aufgrund unrichtiger Beurteilung und die Unmöglichkeit der Beurteilung werden vermieden, und der Durchsatz des elektrischen Gebläses 2 kann in Reaktion auf den Reinigungszustand des Staubsaugers genau gesteuert werden.
Wie der Vergleich von Fig. 14 und Fig. 15 zeigt, wird dies bei einer konkreten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erreicht, indem die Erfassungsempfindlichkeit des Drucksensors 12 bei kleinen Luftströmungsraten verändert (in diesem Beispiel, erhöht) wird, um so eine Druckschwankungsbreite ΔH&sub2; bei kleinen Luftströmungsraten zu erhalten, die der Druckschwankungsbreite ΔH&sub1; bei großen Luftströmungsraten entspricht.
Diese Anderung der Erfassungsempfindlichkeit des Drucksensors 12 wird erzielt, indem eine vorgegebene Luftströmungsrate erfaßt wird und dementsprechend die Verstärkung des Verstärkers verändert wird, der im Drucksensor 12 enthalten ist. Der Vorgang des Umschaltens der Erfassungsempfindlichkeit des Drucksensors 12 kann durchgeführt werden durch die elektrischen Schaltungen, die die Umschaltbeurteilungsschaltung bilden, oder durch einen Befehl im Mikrocomputer.
Durch die Änderung der Erfassungsempfindlichkeit des Drucksensors 12 wird der stetige Druckanteil H&sub2; verstärkt, bei der Verarbeitung in den elektrischen Schaltungen oder den Mikrocomputer kann der Druckschwankungsanteil jedoch vom verbleibenden stetigen Druckanteil getrennt werden.
Wie oben gesagt, wird bei dieser Ausgestaltung der Erfindung die Erfassungsempfindlichkeit des Erfassungssensors in Abhängigkeit von der Saugluftströmungsrate geändert, so daß ein Erfassungsausgangssignal mit im wesentlichen gleichem Wert vom Erfassungssensor bei allen Luftströmungsraten erhalten werden kann.
Wenn der Zustand einer Saugöffnung des Staubsaugers anhand der Schwankungsbreite und des Schwankungsmusters der erfaßten Größe beurteilt und eine Steuerung entsprechend dieser Beurteilung durchgeführt wird, so kann mit Hilfe einer Beurteilungsschaltung genau beurteilt werden, die eine kleine Zahl von Beurteilungs- und Steuerschaltungen oder Beurteilungsprogrammen verwendet.
Eine fehlerhafte Steuerung des elektrischen Gebläses 2 aufgrund unrichtiger Beurteilung oder Unmöglichkeit der Beurteilung wird vermieden und eine genaue Steuerung des Durchsatzes des elektrischen Gebläses 2 wird je nach Reinigungsbedingung durchgeführt.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Erfassung der Druckschwankung durch den Drucksensor 12 als Beispiel angegeben, stattdessen kann die Änderung der Luftströmungsrate mit einem Sensor zur Erfassung der Luftströmungsrate erfaßt werden.
Wenn die Steuerung durchgeführt wird durch Erfassen der Schwankungsbreite von Betriebsbedingungen wie etwa Drehzahl, elektrischen Stromverbrauch oder elektrischer Stromstärke, so kann dieselbe Wirkung wie bei der oben beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung erreicht werden, indem der Unterschied der Schwankungsbreite bei großen und kleinen Luftströmungsraten erfaßt und ausgeglichen wird.
Bei dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Erfassungsempfindlichkeit des Erfassungssensors in Abhängigkeit von der Saugluftströmungsrate geändert und ein Erfassungsausgangssignal mit im wesentlichen demselben Niveau kann bei allen Luftströmungsraten erzielt werden.
Da mit nur einer kleinen Zahl von Beurteilungs- und Steuerschaltungen und Beurteilungsprogrammen die von den Reinigungsbedingungen abhängige Steuerung in einem breiten Bereich durchgeführt werden kann, können Schaltungsaufbau und Programmstruktur erheblich vereinfacht werden, was zu einer Verringerung der Teilekosten und des Programmieraufwands führt und erhebliche wirtschaftliche Vorteile hat.

Claims

1. Staubsauger mit einem staubsaugerhauptkörper (1), der einen Filter (4) zum Auffangen von Staub und ein elektrisch angetriebenes Gebläse (2) in einem Hauptgehäuse (3) aufweist, mit einem Erfassungssensor (12) zum Erfassen eines Betriebszustands in dem staubsaugerhauptkörper (1) und einer in dem Staubsaugerhauptkörper (1) vorgesehenen Steuereinheit (11) zum Steuern des Durchsatzes des elektrisch angetriebenen Gebläses (2) in Reaktion auf einen Erfassungswert des Erfassungssensors (12),

dadurch gekennzeichnet,

daß die folgenden Steuerwerte gemäß dem Erfassungswert des Erfassungssensors (12) eingestellt werden:

ein Umschaltniveaueinstellwert (H&sub1;, H&sub3;) zum Bilden eines Beurteilungspunkts zum Umschalten eines Steuerzustands des elektrisch getriebenen Gebläses (2),

ein Rückkehrniveaueinstellwert (HR', HR") zum Bilden eines Beurteilungspunkts zum Zurückkehren zu einem früheren Steuerzustand des elektrisch angetriebenen Gebläses (2) von einem umgeschalteten steuerzustand des elektrisch angetriebenen Gebläses (2),

wobei der Durchsatz des elektrisch angetriebenen Gebläses (2) durch den erhaltenen Umschaltniveaueinstellwert (H&sub1;, H&sub3;) und den erhaltenen Rückkehrniveaueinstellwert (HR', HR") gesteuert wird.

2. Staubsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Erfassungswert des Erfassungssensors (12) oberhalb des Umschaltniveaueinstellwerts (H&sub1;) liegt, der Durchsatz des elektrisch angetriebenen Gebläses (2) erhöht wird und der Rückkehrniveaueinstellwert (HR') auf einen höheren Wert als der Umschaltniveaueinstellwert (H&sub1;) eingestellt wird.

3. Staubsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Erfassungswert des Erfassungssensors (12) über dem Umschaltniveaueinstellwert (H&sub3;) liegt, der Durchsatz des elektrisch angetriebenen Gebläses (2) erniedrigt wird und der Rückkehrniveaueinstellwert (HR") auf einen niedrigeren Wert als der Umschaltniveaueinstellwert (H&sub3;) eingestellt wird.

4. Staubsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Erfassungswert des Erfassungssensors (12) über dem Umschaltniveaueinstellwert (H&sub1;, H&sub3;) liegt, der Durchsatz des elektrisch angetriebenen Gebläses und der Rückkehrniveaueinstellwert geändert werden, daß eine Steuereinheit (11) vorgesehen ist, um anhand einer Saugluftströmungsrate zu bestimmen, ob der Durchsatz des elektrisch angetriebenen Gebläses (2) erhöht wird und der Rückkehrniveaueinstellwert höher als der Umschaltniveaueinstellwert eingestellt wird, oder ob der Durchsatz des elektrisch angetriebenen Gebläses (2) verringert wird und der Rückkehrniveaueinstellwert niedriger als der Umschaltniveaueinstellwert eingestellt wird.

5. Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (11) eine zentrale Verarbeitungsausführungseinheit ist, in der der Umschaltniveaueinstellwert (H&sub1;, H&sub3;) und der Umkehrniveaueinstellwert (HR', HR") gespeichert sind, wobei das elektrisch angetriebene Gebläse (2) durch Zurückstellen des Umschaltniveaueinstellwerts (H&sub1;, H&sub3;), des Rückkehrniveaueinstellwerts (HR', HR") oder beider auf einen vorgegebenen Wert gesteuert wird.

6. Staubsauger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Ausführungsverarbeitungseinheit ein Mikrocomputer ist.

7. Staubsauger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz des elektrisch angetriebenen Gebläses (2) durch die zentrale Ausführungsverarbeitungseinheit gesteuert wird.

8. Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungssensor (12) ein Drucksensor zum Erfassen eines Drucks in dem Staubsaugerhauptkörper (1) ist.

9. Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers mit einem Sensor zum Erfassen eines Betriebszustands in einem Staubsaugerhauptkörper (1) mit einem Filter (4) und einem elektrisch angetriebenen Gebläse (2) und einem im Staubsaugerhauptkörper (1) vorgesehenen Steuerabschnitt (11) zum Steuern des elektrisch angetriebenen Gebläses in Reaktion auf einen Erfassungswert eines Erfassungssensors (12)

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Erfassungsempfindlichkeit des Erfassungssensors (12) in Abhängigkeit von einer Saugluftströmungsrate verändert wird, und

daß die Erfassungsempfindlichkeit des Erfassungssensors (12) um so höher ist, je niedriger die Saugluftströmungsrate ist.