DE2032476A1 - Vacuum cleaner whose compressor speed automatically adapts to the various work processes - Google Patents
Vacuum cleaner whose compressor speed automatically adapts to the various work processesInfo
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Description
Staubsauger, dessen Kompressordrehzahl sich selbsttätig an die verschiedenen Arbeitsprozesse anpasst Die Erfindung bezieht sich auf einen Staubsauger, dessen Kompressordrehzahl sich selbsttätig an verschiedene Arbeitsprozesse anpasst.Vacuum cleaner, the compressor speed of which adapts automatically to the various Adjusts work processes The invention relates to a vacuum cleaner whose Compressor speed adapts automatically to different work processes.
Zur Anpassung der Saugleistung eines Staubsaugers an die verschiedenen Arbeitsprozesse ist es bekannt, am Saugrohr des Staubsaugers eine mittels Handeinstellung abdeckbare Öffnung vorzusehen, durch welche mehr oder weniger Nebenluft gezogen wird, so daß sich die Saugleistung an der Arbeitsdüse entsprechend ändert. Die Saugleistung N5##g ist bei diesen Staubsaugern durch den Kompressor vorgegeben, der etwa den in Fig. 1 dargestellten Kennlinienverlauf hat. Der Kompressormotor nimmt stets etwa die volle Leistung aus dem Netz auf und läuft mit annähernd konstanter Drehzahl n, wie der- Fig. 2 zu entnehmen ist.Neben der hohen Leistungsaufnahme ergibt sich auch eine beträchtliche Geräuschentwicklung bei solchen Staubsaugern.To adapt the suction power of a vacuum cleaner to the various Work processes, it is known, on the suction pipe of the vacuum cleaner by means of manual adjustment Provide coverable opening through which more or less Secondary air is pulled so that the suction power at the working nozzle changes accordingly. The suction power N5 ## g of these vacuum cleaners is specified by the compressor, which has approximately the characteristic curve shown in FIG. 1. The compressor motor always takes about full power from the network and runs at an almost constant rate Speed n, as can be seen from Fig. 2. In addition to the high power consumption There is also a considerable amount of noise generated by such vacuum cleaners.
Es ist auch ein Staubsauger bekannt, bei welchem ein steuerbares Halbleiterelement (Triac) als Stellglied in Reihe mit dem Kompressormotor geschaltet und für das Stellglied ein Steuerkreis vorgesehen ist (Siemens-Bodenstaubsauger VS 2803). Am Staubsauger ist für den Benutzer ein Einstellknopf vorgesehen, welchem eine Skala zugeordnet ist, die Symbole (beispielsweise Teppich, Polstermöbel, Gardine) trägt, nach denen der Kompressormotor in seiner Drehzahl eingestellt wird. Durch den Einstellknopf erfolgt eine zeitliche Verschiebung der Steuerimpulse des Steuerkreises für das Stellglied gegen den Nulldurchgang der Netzspannung. Hierdurch ist es möglich, den Mittelwert der an den Motor angelegten Spannung zu ändern. Die Sau#gleistung dieses Staubsaugers wird also über dessen Drehzahl durch die Betätigung des Einstellknopfes an den jeweiligen Arbeitsprozeß angepaßt.A vacuum cleaner is also known in which a controllable semiconductor element (Triac) connected as an actuator in series with the compressor motor and for the actuator a control circuit is provided (Siemens cylinder vacuum cleaner VS 2803). On the vacuum cleaner an adjustment button is provided for the user, to which a scale is assigned that carries symbols (e.g. carpet, upholstery, curtain) according to which the speed of the compressor motor is adjusted. Through the adjustment knob there is a time shift in the control pulses of the control circuit for the Actuator against the zero crossing of the mains voltage. This makes it possible to use the To change the mean value of the voltage applied to the motor. The suction of this Vacuum cleaner is so over its speed by actuation of Adjustment knob adapted to the respective work process.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Staubsauger zu schaffen, dessen Motordrehzahl sich selbsttätig an die verschiedenen Arbeitsprozesse anpaßt, so daß keine manuellen Einstellungen am Staubsauger durch den Benutzer erforderlich sind.The invention has set itself the task of a vacuum cleaner create whose engine speed automatically adapts to the various work processes adapts so that no manual adjustments to the vacuum cleaner are required by the user are.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die durch den Staubsauger erzeugte Strömungsmenge je Zeiteinheit mittels eines Regelkreises konstant gehalten wird.This object is achieved in that the by the Vacuum cleaner generated constant flow rate per unit of time by means of a control loop is held.
Zweckdienliche Weiterbildungen des Erfindungsgegenstan des sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Appropriate developments of the subject matter of the invention are the Refer to subclaims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 und Fig. 2 die Kennlinien der physikalischen Parameter bekannter Staubsauger, Fig. 3 eine prinzipielle Ausbildung des Erfindungsgegenstandes, Fig. 4 die durch den Erfindungsgegenstand veränderten Kennlinien der physikalischen Parameter.The invention is illustrated schematically below with reference to one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. 1 and 2 show the characteristics of the physical parameters of known vacuum cleaners, Fig. 3 shows a principle Formation of the subject matter of the invention, Fig. 4 by the subject matter of the invention changed characteristics of the physical parameters.
In der Fig. 3 sind nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente eines Staubsaugers dargestellt, nämlichsein Saugrohr 1 mit einer Arbeitsdüse 2 und ein an ein Netz angeschlossener Motor mit Kompressor 3.In Fig. 3 are only those necessary for understanding the invention Elements of a vacuum cleaner shown, namely its suction tube 1 with a working nozzle 2 and a motor with a compressor connected to a network 3.
Die Saugleistung eines Staubsaugers ist N = c . Q ~ hPi Q S Strömungsmenge je Zeiteinheit, Ap w Unterdruck, c = Konstante.The suction power of a vacuum cleaner is N = c. Q ~ hPi Q S flow rate per unit of time, Ap w negative pressure, c = constant.
Die Begrenzungen der Kompressorkennlinie sind entweder eine sehr kleine Strömungsmenge je Zeiteinheit mit einem großen Unterdruck 6p oder ein sehr kleiner Unterdruck Op mit einer großen Strömungsmenge je ZeiteinheitQ.The limits of the compressor characteristic are either very small Flow rate per unit of time with a large negative pressure 6p or a very small one Negative pressure Op with a large amount of flow per unit of time Q.
Je nach Arbeitsprozeß können sich die verschiedensten Zwischenwerte ergeben.Depending on the work process, the most varied of intermediate values can arise result.
Der erstgenannte Grenzfall tritt auf, wenn sehr schlecht luftdurchlässige Gegenstände (beispielsweise Teppiche) bearbeitet werden. In diesem Fall wird die Arbeitsdüse 2 mit ihrem festen Querschnitt F auf einen Teppichboden 4 gedrückt, so daß sich zwischen der Arbeitsdüse 2 und dem Boden 4 ein enger Spalt 5 ergibt. Der Unterdruck wird sehr groß, wodurch am Spalt 5 eine große Strömungsgeschwindigkeit v auftritt, so daß alle sich auf dem Boden 4 befindlichen Partikel in das Innere des Staubsaugers gerissen werden. Die Strömungsmenge Q je Zeiteinheit ergibt sich zu Q = v .The first-mentioned borderline case occurs when it is very poorly air-permeable Objects (e.g. carpets) are processed. In this case the Working nozzle 2 with its fixed cross-section F pressed onto a carpet 4, so that there is a narrow gap 5 between the working nozzle 2 and the bottom 4. The negative pressure becomes very great, as a result of which there is a high flow velocity at the gap 5 v occurs, so that all particles located on the floor 4 into the interior of the The vacuum cleaner. The flow rate Q per unit of time is given by Q = v.
so daß für die Saugleistung auch geschrieben werden kann N = c . v . F . Ap Wird die Arbeitsdüse 2 nun vom Teppichboden 4 abgehoben, dann entfällt plötzlich der Unterdruck Ap und wird fast zu Null. Da die Motordrehzahl n nahezu konstant bleibt, wird dadurch eine sehr große Strömungsmenge Q je Zeiteinheit erzeugt, d.h., daß auch die Strömungsgeschwindigkeit v an der Öffnung der Arbeitsdüse 2 sehr groß wird, so daß beispielsweise Gardinen nicht mehr bearbeitet werden können, da diese durch die große Strömungsgeschwindigkeit v in die Arbeitsdüse 2 hineingerissen werden.so that N = c can also be written for the suction power. v . F. Ap If the working nozzle 2 is now lifted off the carpet 4, it is not necessary suddenly the negative pressure Ap and becomes almost zero. Since the engine speed n is almost remains constant, this creates a very large flow rate Q per unit of time, i.e. that the flow velocity v at the opening of the working nozzle 2 is also very high becomes large, so that, for example, curtains can no longer be edited because this was torn into the working nozzle 2 by the high flow velocity v will.
Durch die Erfindung wird dieses Verhalten der bekannten Staubsauger mit konstanter Motordrehzahl vermieden. Es braucht aber auch nicht vom Benutzer eine Handeinstellung am Staubsauger auf den nunmehrigen Arbeitsprozeß zu erfolgen, wie dies bei den Staubsaugern mit von Hand veränderbarer Motordrehzahl erforderlich ist.The invention makes this behavior of the known vacuum cleaner avoided with constant engine speed. But neither does it need from the user manual adjustment of the vacuum cleaner to the current work process, as required for vacuum cleaners with a motor speed that can be changed by hand is.
Das Ansteigen der Strömungsg#schwindigkeit v wird durch einen den Kompressormotor 3 beeinflussenden Regelkreis 6 verhindert.The increase in the flow velocity v is controlled by the Compressor motor 3 influencing control circuit 6 prevented.
Im Saugrohr 1 wird ein Sollwert für die Strömungsgeschwindigkeit v vorgegeben, der von einem im Saugrohr 1 angeordneten Fühler 7, welcher aud die Strömungsgeschwindigkeit v anspricht, erfaßt wird. Da der Querschnitt F des Saugrohre 1 an der Stelle des Fühlers 7 konstant ist, entspricht die Strömungsgeschwindigkeit v der Strömungsmenge Q je Zeiteinheit Die sich am Fühler 7 ergebende Änderung wird einem Regelverstärker 8 zugeführt, welcher auf ein Stellglied 9 einwiktg das den Kompressormotor 3 beeinflußt.In the intake manifold 1, a setpoint value for the flow velocity v predetermined by a sensor 7 arranged in the suction pipe 1, which aud the flow velocity v responds, is detected. Since the cross section F of the intake manifold 1 at the point of Sensor 7 is constant, the flow velocity v corresponds to the flow rate Q per unit of time The change resulting from the sensor 7 is transmitted to a control amplifier 8 supplied, which einwiktg on an actuator 9 that influences the compressor motor 3.
Nachstehend wird unter Heranziehung der Fig 3 und 4 die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Staubsaugers näher erläutert.Referring to Figs. 3 and 4, the following is the mode of operation of the vacuum cleaner according to the invention explained in more detail.
Ist beispielsweise die Öffnung der Arbeitsdüse 2 völlig offen, dann wird der Regler 6 wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit v die Drehzahl des Motors 3 soweit erniedrigen, bis der vorgegebene Sollwert für die Strömungsgeschwindigkeit v erreicht ist (a in Fig. 4). Solange die Öffnung der Arbeitsdüse 2 also unabgedeckt ist, läuft der Motor 3 mit relativ niedriger Drehzahl n, wie dies auch erwünscht ist und es liegt dadurch nur eine geringe Geräuschentwicklung vor. Die Leistungsaufnahme NN des Staubsaugers ist ebenfalls entsprechend verringert.For example, if the opening of the working nozzle 2 is completely open, then the controller 6 is the speed of the engine because of the high flow velocity v 3 decrease until the specified setpoint for the flow velocity v is reached (a in Fig. 4). As long as the opening of the working nozzle 2 is therefore uncovered is, the motor 3 runs at a relatively low speed n, as is also desired is and there is therefore only a low level of noise. The power consumption NN the vacuum cleaner is also reduced accordingly.
Wird nunmehr auf schwer zu bearbeitende Gegenstände (beispielsweise Teppich) übergegangen, dann wird die Öffnung der Arbeitsdüse 2 durch den Teppichboden 4 zum Teil abgedeckt. Dadurch wird der Strömungswiderstand größer, so daß die Strömungsmenge Q je Zeiteinheit bei der gerade vorhandenen Drehzahl n des Motors 3 abfällt.Is now used on objects that are difficult to process (for example Carpet), then the opening of the working nozzle 2 is through the carpet 4 partially covered. As a result, the flow resistance becomes larger, so that the flow rate Q drops per unit of time at the current speed n of the motor 3.
Dieser Abfall, welcher gleichbedeutend ist mit einer Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit v, wird vom Fühler 7 erfaßt und über den Verstärker 8 wird das Stellglied 9 derart beeinflußt, daß dieses die Drehzahl n des Motors 3 soweit erhöht, daß die Strömungsgeschwindigkeit v wieder auf ihren Sollwert ansteigt(b in Fig. 4).This drop, which is equivalent to a decrease the flow velocity v is detected by the sensor 7 and via the amplifier 8, the actuator 9 is influenced in such a way that this the speed n of the engine 3 is increased to such an extent that the flow velocity v rises again to its nominal value (b in Fig. 4).
Beim Entlasten des Staubsaugers (beispielsweise wieder Übergang von der Teppichbearbeitung zur Gardinenbearbeitung) wird die Strömungsgeschwindigkeit v plötzlich wieder sehr viel größer als der vorgegebene Sollwert.When relieving the vacuum cleaner (for example again transition from carpet processing for curtain processing) is the flow velocity v suddenly again much larger than the specified target value.
Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit v wird vom Fühler 7 erfaßt und die Drehzahl des Motors 3 wird soweit abgesenkt, bis die Strömungsgeschwindigkeit v dem vorgegebenen Sollwert entspricht.The increased flow velocity v is detected by the sensor 7 and the speed of the motor 3 is reduced until the flow rate v corresponds to the specified target value.
Als Fühler 7 kann ein beheizter NTC-Widerstand oder ein beheizter Metalldraht (Platin) verwendet werden. Der an diesem Fühler vorbei ziehende Luftstrom kühlt entsprechend seiner Strömungsgeschwindigkeit den Fühler mehr oder weniger stark ab, so daß eine entsprechende Widerstandsänderung auftritt. Die Widerstandsänderung ist eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit v und bei konstantem Querschnitt F des Saugrohres 1 auch eine Funktion der Strömungsmenge Q je Zeiteinheit.A heated NTC resistor or a heated Metal wire (platinum) can be used. The air flow passing this sensor cools the sensor more or less according to its flow velocity sharply, so that a corresponding change in resistance occurs. The change in resistance is a function of the flow velocity v and with a constant cross-section F of the suction pipe 1 is also a function of the flow rate Q per unit of time.
Als Stellglied 9 kann ein Thyristor oder Triac verwendet werden.A thyristor or triac can be used as the actuator 9.
Auch bei schlecht luftdurchlässigen Gegenständen wird stets noch eine endliche Strömungsmenge Q je Zeiteinheit vorhanden sein (kleine Strömungsgeschwindigkeit v).Even with poorly air-permeable objects, there will always be a finite flow rate Q per unit of time must be present (small flow velocity v).
Die Anordnung ist nun zweckmäßig derart bemessen, daß der Regelkreis 6 bei Auftreten dieses Zustandes noch nicht voll geöffnet ist (zwecks Erhöhung der Drehzahl des Motors 3). Erst bei Unterschreiten dieser endlichen Strömungsmenge Q je Zeiteinheit wird der Regelkreis 6 voll geöffnet, wobei dies als Zeichen dafür herangezogen ist, daß vom Staubsauger nichts mehr gefördert wird ( beispielsweise durch einen vollen, im Staubsauger befindlichen Staubbeutel). Aus diesem Zustand des Regelkreises 6 kann ein Signal abgeleitet werden, durch das beispielsweise eine Signallampe aufleuchtet oder auch der Motor 3 abgeschaltet wird. Soll der Motor abgeschaltet werden, so wird zweckmäßig ein Zeitglied vorgesehen, durch welches eine verzögerte Abschaltung des Motors erfolgt, so daß sehr kurze Öffnungen des Regelkreises 6 keine Abschaltung des Motors 3 hervorrufen.The arrangement is expediently dimensioned in such a way that the control loop 6 is not fully open when this condition occurs (to increase the Speed of the motor 3). Only when the flow rate falls below this finite amount Q per unit of time, the control circuit 6 is fully opened, this being a sign of this is used to ensure that nothing is conveyed by the vacuum cleaner (for example by a full dust bag in the vacuum cleaner). From this state of the control circuit 6, a signal can be derived through which, for example, a Signal lamp lights up or the motor 3 is also switched off. If the engine is to be switched off, a timer is expediently provided, by which a delayed shutdown of the engine takes place, so that very short Openings of the control circuit 6 do not cause the motor 3 to be switched off.
Da die Strömungsmenge Q je Zeiteinheit nunmehr konstant gehalten wird, ist die Saugleistung N eine Funktion des Unterdruckes Ap.Since the flow rate Q per unit of time is now kept constant, the suction power N is a function of the negative pressure Ap.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß beispielsweise Teppiche und Gardinen gleichermaßen gut bearbeitet werden können, ohne daß von Hand der jeweilige Arbeitsprozeß am Gerät vorgewä#hlt werden muß. Außerdem zeigt der Verlauf der Funktion n = f(~p), daß der erfindungsgemäße Staubsauger eine kleinere Geräuschbelästigung aufweist, die ja mit der Drehzahl gekoppelt ist. Darüber hinaus ist erkennbar (Fig. 4), daß wegen NN = f(Ap) auch die aus dem Netz aufgenommene Leistung mit der dem Gerät abverlangten Saugleistung deutlich abnimmt, wodurch sich ein wirtschaftlicher Betrieb ergibt.The advantages achieved with the invention are in particular: that, for example, carpets and curtains can be processed equally well, without having to preselect the respective work process on the device by hand. aside from that shows the course of the function n = f (~ p) that the vacuum cleaner according to the invention is a has minor noise nuisance, which is coupled with the speed. About that In addition, it can be seen (Fig. 4) that because of NN = f (Ap) also the one recorded from the network Performance with the required suction power of the device decreases significantly, which an economical operation results.
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