DE19963741A1 - Schmutzsauger mit elektronischer Regelung der Summenleistung - Google Patents
Schmutzsauger mit elektronischer Regelung der SummenleistungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schmutzsauger mit elektronischer Regelung der Summenleistung. Diese sorgt dafür, daß die Leistung wenigstens eines von wenigstens zwei elektrischen Verbrauchern so geregelt wird, daß die Summe der aufgenommenen Leistungen der insgesamt angeschlossenen Verbraucher nicht über den maximalen Belastungswert der Versorgungsleitung vom Netz ansteigt. Ein weiterer Aspekt dabei ist, daß die Regelung wenigstens einen Verbraucher solange in der Leistungsaufnahme nicht begrenzt, bis der Wert für die maximale zur Verfügung stehende Leistungsaufnahme im Netz erreicht ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schmutzsauger mit elektronischer Regelung
der Summenleistung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Auf dem Reinigungssektor sind Absaugsysteme bekannt, an denen eine Steckdose
angebracht ist. An dieser Steckdose kann der Betreiber einen elektrischen
Verbraucher anstecken. Meistens wird an der Steckdose ein Werkzeug, z. B. ein
Schwingschleifer, angesteckt. Stellt man nun das Absaugsystem in die
Schalterstellung "Automatik", so bleibt der Sauger in einem sogenannten "Standby-
Modus".
Innerhalb des Saugers überwacht nun eine elektronische Schaltung, ob über die
Steckdose ein elektrischer Strom fließt, was der Fall ist, wenn der Verbraucher in
Betrieb genommen wird. Sobald nun der Verbraucher an der Steckdose
eingeschaltet wird, schaltet die Elektronik ihrerseits den Saugmotor zu. Hat der
Betreiber den Saugschlauch nun mit seinem Werkzeug verbunden, so wird der durch
sein Werkzeug erzeugte Staub vom Saugsystem abgesaugt. Wird das Werkzeug
abgeschaltet, so wird der Saugmotor nach einer kurzen Nachlaufzeit ebenfalls von
der Elektronik ausgeschaltet. Diese Funktion ist in Fachkreisen auch unter dem
Namen "Einschaltautomatik" bekannt.
Ein wesentliches Problem bei dieser Einschaltautomatik ist, daß die Summenströme
von Werkzeug und Saugmotor über die Geräteanschlußleitung fließen. Diese
Summenströme sind durch die maximale Absicherung des Versorgungsnetzes
begrenzt. In der Bundesrepublik Deutschland ist die maximal zulässige Absicherung
von Steckdosen normalerweise 16 A, in der Schweiz sogar nur 10 A und in
Großbritannien 13 A. Dies bedeutet, daß bei einer Nennspannung von 230 V sich die
maximal zulässige Steckdosenlast wie folgt darstellt:
Pges = Imax × Unenn
D = 16 A × 230 V = 3.680 Watt
CH = 10 A × 230 V = 2.300 Watt
GB = 13 A × 230 V = 2.990 Watt
D = 16 A × 230 V = 3.680 Watt
CH = 10 A × 230 V = 2.300 Watt
GB = 13 A × 230 V = 2.990 Watt
Betrachtet man nun, daß in den Saugsystemen vorwiegend Motoren mit einer
Nennlast von 1.200 Watt eingebaut werden, so ergibt sich eine verbleibende
maximale Nennleistung für das Werkzeug von:
Pwkz = Pges - Psaug
D = 3.680 W - 1.200 W = 2.480 Watt
CH = 2.300 W - 1.200 W = 1.100 Watt
GB = 2.990 W - 1.200 W = 1.790 Watt
D = 3.680 W - 1.200 W = 2.480 Watt
CH = 2.300 W - 1.200 W = 1.100 Watt
GB = 2.990 W - 1.200 W = 1.790 Watt
Besonders geringe Werkzeugleistungen sind in folgenden Ländern zulässig:
Betrachtet man den ungünstigsten Fall Japan, so kann an der Saugersteckdose nur
ein Werkzeug mit der Nennleistung von 300 W angesteckt werden. Dies schränkt
natürlich den Betreiber in der Wahl der Werkzeuge stark ein. Man behilft sich in
solchen Ländern normalerweise mit dem Einbau einer Saugturbine mit verringerter
Leistung. Die Saugturbine mit verringerter Leistung reduziert natürlich die
Absaugung und erhöht die Varianz der Turbinen beim Hersteller.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Schmutzsauger mit
elektronischer Regelung der maximalen Summenleistung zur Verfügung zu stellen,
die es ermöglicht, abhängig von der Leistungsaufnahme wenigstens eines
Arbeitsgerätes, die Leistungsaufnahme wenigstens eines Absaugers so zu
regulieren, daß bei der Gesamtleistungsaufnahme die maximal zur Verfügung
stehende elektrische Anschlußleistung nicht überschritten wird, so daß die Geräte
weiterhin in Betrieb bleiben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die technische Lehre des Patentanspruchs 1.
Dazu dient eine elektronische Regelung der maximalen Summenleistung elektrischer
Verbraucher an einer gemeinsamen Versorgungsleitung, die dafür sorgt, daß die
Leistung wenigstens eines von wenigstens zwei elektrischen Verbrauchern so
geregelt wird, daß die Summe der aufgenommenen Leistungen der insgesamt
angeschlossenen Verbraucher nicht über den maximalen Belastungswert der
Versorgungsleitung vom Netz ansteigt. Ein weiterer Aspekt dabei ist, daß die
Regelung wenigstens einen Verbraucher solange in der Leistungsaufnahme nicht
begrenzt, bis der Wert für die maximale zur Verfügung stehende
Leistungsaufnahme im Netz erreicht ist.
Wichtig ist dabei, daß die Ströme von der Saugturbine und von dem
angeschlossenen Werkzeug gemessen und in einer analogen Rechenschaltung oder
einem Mikroprozessor zusammenaddiert werden. Sobald der Summenstrom (Istwert)
einen vorher eingestellten Wert (Sollwert) überschreitet, wird die Leistung der
Saugturbine reduziert, bis der Summenstrom (Istwert) unterhalb des eingestellten
maximal zulässigen Summenwertes (Sollwertes) ist.
Die Erfindung weist dazu weiters die nachfolgenden Merkmale auf. Der Sauger wird
mittels des Hauptschalters in den Automatikmodus geschaltet. Solange kein an der
Steckdose angestecktes Werkzeug in Betrieb genommen wird, verbleibt das System
ohne erkennbare Funktion. Wird nun das Werkzeug eingeschaltet, so fließt durch
einen in diesen Stromkreis eingeschalteten Wandler ein Strom, der eine
Sekundärspannung induziert. Über einen Spitzenwertgleichrichter wird diese
Sekundärspannung in eine Gleichspannung proportional zum Werkzeugstrom
gewandelt.
Für den Mikroprozessor wird die Funktion nachstehend beschrieben (bei analogen
Rechenschaltungen erfolgt die Funktion analog).
Diese Gleichspannung wird nun an einen AD-Wandlereingang eines
Mikroprozessors geführt. Der Mikroprozessor wandelt nun die Gleichspannung in
einen digitalen Registerwert um.
Der Mikroprozessor fragt daraufhin seine Eingänge ab. Anhand des eingestellten
Wertes für die maximale Stromaufnahme (z. B. 10 A, 13 A, 15 A oder 16 A) im
System, welcher mittels eines Wahlschalters vorgegeben werden kann, kann der
Prozessor nun seinen Sollwert des maximal zulässigen Stromes über die
Anschlußleitung (z. B. 16 A in Deutschland) ermitteln.
An Hand einer vorher definierten Kennlinie errechnet der Mikroprozessor den
maximal zulässigen Strom, den die Saugturbine aufnehmen darf, um die zur
Verfügung stehende maximale Anschlußleistung nicht zu überschreiten.
Darauffolgend ermittelt er die Phasenanschnittszeit T1 für einen Triac zur
Leistungsregulierung für den Absauger. Anschließend ermittelt er die
Nulldurchgänge der Netzspannung, indem er den betreffenden Eingang abfragt. Er
synchronisiert sich somit auf die Netzspannung.
Vom Nulldurchgang ausgehend, wartet der Prozessor nun die errechnete
Phasenanschnittszeit T1 ab und zündet den Triac. Sobald nun ein Strom durch den
Triac und den Saugmotor fließt, wird in einem weiteren Wandler eine
Sekundärspannung induziert. Ein zweiter Spitzenwertgleichrichter erzeugt eine
Gleichspannung proportional zum Saugermotorstrom. Der Mikroprozessor mißt diese
Spannung und addiert den Wert mit dem gemessenen Steckdosenstrom. Liegt das
Ergebnis der Addition über dem vorgegebenen Sollwert am Schalter, so wird die
Phasenanschnittszeit T1 schrittweise reduziert. Der Saugmotor nimmt somit weniger
Leistung auf, und die Summenleistung reduziert sich somit auch. Der Prozessor mißt
nun ständig die Gleichspannung des Saugmotorstroms und den Steckdosenstrom,
bereitet beide auf und addiert die zwei Werte, vergleicht das Ergebnis anschließend
mit der maximal zulässigen Gesamtaufnahmeleistung und regelt die
Saugturbinenleistung dementsprechend auf und ab.
Natürlich ist in der Regelschleife eine Hysterese eingebaut, damit das System nicht
schwingt. Zusätzlich ist eine minimal zulässige Leistung der Turbine definiert, da
sonst der Mikroprozessor die Saugturbine bei dementsprechend großer
Werkzeugleistung bis zum Stillstand regeln würde.
Als Alternative zur Phasenanschnittssteuerung kann auch eine Vollwellensteuerung
programmiert werden.
Die beiden Stromsensoren können als sogenannte induktive Sensoren nach dem
Trafoprinzip, als Stromsensoren nach dem Hallprinzip oder als einfache
Serienwiderstände (Shunts) ausgeführt werden.
Die Erfindung bringt unter anderem folgende Vorteile:
Verringerung der Motorenvarianz.
Es können standardmäßige Turbinen, wie z. B. 1.200-W-Turbinen verwendet werden.
Erhöhung der Steckdosenauslastung.
Verringerung der Motorenvarianz.
Es können standardmäßige Turbinen, wie z. B. 1.200-W-Turbinen verwendet werden.
Erhöhung der Steckdosenauslastung.
Bei kurzzeitigem Verklemmen des Werkzeugs, und damit verbundenem
Stromanstieg, löst die Netzsicherung nicht aus, weil die Summenleistung durch
Reduzieren der Saugleistung verringert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer, lediglich einen Ausführungsweg
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Hierbei gehen aus der Zeichnung und ihrer
Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Leistungsaufnahme von
Absaugsystemen mit integrierter Spannungsversorgung für Arbeitsgeräte.
Fig. 1 zeigt allgemein, daß ein Schmutzsauger an einem Netz 1 angeschlossen
sein kann, der mittels eines Saugermotors 3 oder zwei Saugermotoren 3, 4 oder
auch mehr als 2 Saugermotoren betrieben werden kann.
Im angeführten Ausführungsbeispiel wird im folgenden davon ausgegangen, daß es
lediglich mit einem einzigen Saugermotor 3 betrieben wird, wobei für den hier noch
zusätzlich dargestellten Saugermotor 4 die gleiche Erläuterung gilt.
Hinter dem Netzschalter 2 liegt der Saugermotor 3 im Netz 1 angeordnet, und in der
Leitung 7 des Saugermotors ist hierbei ein Leistungsregler 5 angeordnet, dessen
Leistung in Abhängigkeit von dem Signal auf der Steuerleitung 8 gesteuert wird.
Es geht also darum, die Stromaufnahme des Saugermotors 3 bzw. des
Saugermotors 4 in Abhängigkeit von den insgesamt angeschlossenen Geräten,
insbesondere in Abhängigkeit von dem an der Anschlußsteckdose 12
angeschlossenen Werkzeug 14, insgesamt auf den maximal zur Verfügung
stehenden Strom zu begrenzen, der je nach Land im Bereich von beispielsweise 10,
13, 15 und 16 Ampere sein kann.
Hierbei ist es vorgesehen, daß in der Netzleitung ein Strommeßglied 9 angeordnet
ist, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel als induktives Abgreifglied ausgebildet
ist. Es können jedoch auch noch andere Strommeßglieder verwendet werden, wie z. B.
ein Hall-Element, eine kapazitive Kopplung oder andere Anzapfungen, daß also
der Strom im Netz eingangsseitig vor dem Saugermotor erfaßt wird.
Der am Strommeßglied 9 abgegriffene Strom wird einem Strombegrenzer 10 als
Eingangsgröße zugeführt, wobei im Bereich dieser Leitung 16 eine
Widerstandsbrücke oder Brückenelemente angeordnet werden können, um je nach
Land und der gewünschten Strombegrenzung von 10, 13, 15 und 16 Ampere den
Strombegrenzer 10 den maximalen zuführbaren Strom einzustellen.
Der Ausgang des Strombegrenzers 10 wirkt über die Steuerleitung 8 auf den
Leistungsregler 5, der dementsprechend die Leistung für den Saugermotor 3
begrenzt.
Wird also beispielsweise ein Werkzeug 14 über die Anschlußsteckdose 12 und den
Werkzeugschalter 13 in die Leitung eingeschaltet, dann wird der in das Gerät
fließende Strom vom Netz 1 über das Strommeßglied 9 gemessen, und wenn dieser
Strom über dem eingestellten Wert liegt, wird über die Steuerleitung 8 ein
entsprechender Regelimpuls auf den Leistungsregler 5 gegeben, der
dementsprechend dann den insgesamt zur Verfügung stehenden Strom durch den
Saugermotor 3 herabsetzt.
Gleiches gilt in analoger Weise, wenn zwei Saugermotoren 3, 4 parallel zueinander
betrieben werden, weil dann der Leistungsregler 6 in der gleichen Weise arbeitet.
Analog gilt dies auch, wenn 3 Saugermotoren vorhanden sind. Der Strombegrenzer
10 kann dabei die Leistung der eines einzelnen Saugers 3, 4, . . . oder auch aller
zusammen entsprechend herunterregeln.
Es ist im übrigen noch dargestellt, daß die Strombegrenzung 10 auch noch mit einer
Einschaltautomatik 11 zusammenarbeitet.
Bei dieser Einschaltautomatik 11 wird anhand des Strommeßgliedes 18 festgestellt,
ob an der Anschlußsteckdose 12 ein Werkzeug angeschlossen und in Betrieb ist. Ist
dies der Fall, dann schaltet die Einschaltautomatik 11 über die Leitung 15 den
Sauger ein, indem von der Leitung 15 ausgehend ein entsprechender Startimpuls
auf den Strombegrenzer 10 gegeben wird und dieser dann über die Leitung 8 den
Leistungsregler 5 durchschaltet.
Diese Durchschaltung erfolgt jedoch nur über die insgesamt in der Leitung 16
eingeschaltete, maximal gewünschte Leistung.
Sinn der Maßnahme ist also, immer dafür zu sorgen, daß der an ein elektrisches
Netz angeschlossene Schmutzsauger das Netz nicht überlastet und eine Auslösung
der Netzsicherung verursacht.
Zur Auswahl der entsprechenden maximalen Aufnahmeleistung ist der
Strombegrenzer 10 an einem entsprechenden Eingang mit einem entsprechenden
Wahlschalter 17 verbunden.
1
Netz
2
Netzschalter
3
Saugermotor
4
Saugermotor
5
Leistungsregler
6
Leistungsregler
7
Leitung
8
Steuerleitung
9
Strommeßglied
10
Strombegrenzer
11
Einschaltautomatik
12
Anschlußsteckdose
13
Werkzeugschalter
14
Werkzeug
15
Leitung
16
Leitung
17
Wahlschalter
18
Strommeßglied für Einschaltautomatik
Claims (8)
1. Schmutzsauger mit elektronischer Regelung der Summenleistung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leistung wenigstens eines von wenigstens zwei
elektrischen Verbrauchern (3, 4, 14) so geregelt wird, daß die Summe der
aufgenommenen Leistungen der insgesamt angeschlossenen Verbraucher
nicht über den maximalen Belastungswert der Versorgungsleitung vom Netz (1)
ansteigt.
2. Elektronische Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Regelung wenigstens einen Verbraucher (3, 4, 14) so lange in der
Leistungsaufnahme nicht begrenzt, bis der Wert für die maximale zur Verfügung
stehende Leistungsaufnahme im Netz (1) erreicht ist.
3. Elektronische Regelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelung die Spannungsversorgung des bzw. der weiteren
Verbraucher (3, 4) in Abhängigkeit des ersten Verbrauchers (14) regelt.
4. Elektronische Regelung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Einschaltautomatik (11) wenigstens einen weiteren
Verbraucher (3, 4) mit Spannung versorgt, sobald ein erster Verbraucher (14) in
Betrieb genommen wird.
5. Elektronische Regelung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Netzleitung (1) ein Strommeßglied (9)
angeschlossen ist, welches einen Strombegrenzer (10) der Regelung ansteuert.
6. Elektronische Regelung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die maximale aus dem Netz (1) aufnehmbare Leistung
mittels eines Wahlschalters (17) einstellbar ist.
7. Elektronische Regelung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbraucher (3, 4) Saugermotoren einer Absaugung
sind.
8. Elektronische Regelung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Strommeßglied (18) und die Steuerleitung (9)
zusammengelegt sind.
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- 2000-02-16 WO PCT/EP2000/001250 patent/WO2001050590A1/de not_active Application Discontinuation
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EP1177617A1 (de) | 2002-02-06 |
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