Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsgerät mit einem Flüssigkeitsbehälter, einer ström betriebenen Heizeinrichtung zur Erhitzung einer Flüssigkeit und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Heizeinrichtung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Ansteuerung eines solchen Reinigungsgeräts.

Stand der Technik

Haushaltsgeräte mit Flüssigkeitsbehälter und Heizeinrichtung sind beispielsweise Reinigungsgeräte wie Dampfreinigungsgeräte, Bügeleisen, Dampfgarer oder Kaffeemaschinen.

Zur Reinigung von Flächen, wie z.B. Fußböden, sind die unterschiedlichsten Reinigungsgeräte bekannt. Eine besonders wirksame Methode zur Reinigung von Hartflächen besteht in der Verwendung von Dampf. So ist beispielsweise in der WO 2016/046554 A1 ein Dampfreinigungsgerät beschrieben, welches einen Dampferzeuger und ein Reinigungselement besitzt. Im Kontaktbereich des Reinigungselements mit der zu reinigenden Fläche wird Dampf aufgebracht.

Um das sich in einem Behälter befindliche Wasser zu erhitzen und Dampf zu generieren verfügt der Dampferzeuger über eine Heizeinrichtung, wie z.B. einen Boiler. Das Reinigungsgerät kann nur dann zur Reinigung eingesetzt werden, wenn die Betriebstemperatur erreicht ist und Dampf erzeugt wird. Dazu ist es im Stand der Technik bekannt, nach jedem Ausschalten bzw. Deaktivieren des Reinigungsgeräts die Heizeinrichtung für ein festgelegtes Zeitintervall zu aktivieren und mit elektrischem Strom zu versorgen.

Nachteilig dabei ist, dass durch das grundsätzliche Aufheizen ohne Berücksichtigung des tatsächlichen Erfordernisses für den Bediener unnötige Wartezeiten entstehen. Weiter nachteilig ist die mit der unnötigen Aufheizung einhergehende Energieverschwendung.

Aus dem Stand der Technik ist es auch grundsätzlich bekannt, Haushaltsgeräte zu deren Überwachung und Ansteuerung mit Sensoren zu versehen. So besteht auch die Möglichkeit das Haushaltsgerät mit einem Temperatursensor zu versehen und die Boilertemperatur zu überwachen und so mittelbar die Wassertemperatur zu bestimmen.

Eine direkte Bestimmung der Wassertemperatur ist in der Praxis selten, da dies um ein Vielfaches komplizierter in der Umsetzung ist. Durch die mittelbare oder unmittelbare Überwachung der Wassertemperatur würde ermöglicht, eine Aktivierung der Heizeinrichtung nur dann vorzunehmen, wenn dies erforderlich ist. Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass eine aufwändige Isolierung der Leitungen des Sensors erforderlich ist. Es müssten die Leitungen des Sensors im Bereich des Boilers thermisch stabil ausgeführt sein, d.h. es müsste ein teureres Material mit hoher Schmelztemperatur Verwendung finden. Anderenfalls bestünde nach Aufschmelzen der Leitungen die Gefahr von Kurzschlüssen. Eine solche Lösung geht somit einher mit einer höheren Komplexität im Aufbau des Haushaltsgeräts sowie mit höheren Kosten. Aufgabenstellung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Reinigungsgerät zu schaffen und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Reinigungsgeräts zu beschreiben, wobei eine unnötige Aktivierung der Heizeinrichtung möglichst vermieden und das Reinigungsgerät im Aufbau nicht komplizierter wird, um so die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu beheben.

Technische Lösung

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Reinigungsgerät und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Reinigungsgeräts wie nachfolgend beschrieben und beansprucht.

Erfindungsgemäß wurde als vorteilhaft erkannt eine elektronische Schaltung vorzusehen, in welcher das thermische Verhalten der Heizeinrichtung modelliert ist.

Das Reinigungsgerät ist mit einem Reinigungselement, einem Flüssigkeitsbehälter, einer ström betriebenen Heizeinrichtung insbesondere mit Dampferzeuger zur Erhitzung einer Flüssigkeit und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Heizeinrichtung ausgestattet. Das Reinigungsgerät ist z.B. angeschlossen an eine Spannungsquelle wie eine Haushaltssteckdose.

Erfindungsgemäß verfügt die Steuereinheit über eine elektronische Schaltung und die elektronische Schaltung ist derart aufgebaut, dass das thermische Verhalten der Heizeinrichtung in der Schaltung modelliert ist. Genauer: es wird nicht die ganze Heizeinrichtung modelliert, sondern nur deren thermisches Verhalten, weshalb von einer Emulation gesprochen werden kann. Dabei wird der Temperaturverlauf der Heizeinrichtung über der Zeit (AT/t) und damit mittelbar der Temperaturverlauf der Flüssigkeit durch einen Spannungsverlauf der elektrischen Spannung in der elektronischen Schaltung über der Zeit (All/t) abgebildet. Der für die Heizeinrichtung spezifische Temperaturverlauf bei Energiezuführung und nach beendeter Energiezuführung wird hier als thermisches Verhalten bezeichnet, welches in einem thermischen Modell abgebildet werden kann.

Ein solches Reinigungsgerät hat den Vorteil, dass eine Aussage über die in der Heizeinrichtung vorherrschende Temperatur getroffen werden und abhängig davon eine Ansteuerung des Reinigungsgerätes erfolgen kann. Das Reinigungsgerät kann z.B. als Dampfreinigungsgerät oder als Bodenreinigungsgerät zur Bodenreinigung und das Reinigungselement kann als textiler Wischmop ausgeführt sein.

Es ist vorgesehen, dass die elektronische Schaltung in Hardware ausgeführt ist und die elektronische Schaltung verschiedene elektronische Komponenten umfasst, zumindest einen elektrischen Energiespeicher. Der elektrische Energiespeicher kann Energie z.B. kapazitiv, induktiv oder chemisch speichern. Als kapazitive Energiespeicher sind Kondensatoren, als induktive Energiespeicher sind Spulen und als chemische Energiespeicher sind aufladbare Batterien bzw. Akkus bekannt. Wird mindestens ein Kondensator verwendet, so können mit diesem zusammen auch elektrische Widerstände zum Einsatz kommen, sodass ein sogenanntes RC-Glied gebildet wird. Der mindestens eine Kondensator und der mindestens eine Widerstand werden dabei so gewählt, dass der Verlauf der elektrischen Spannung in der elektronischen Schaltung über der Zeit ein elektronisches Ersatzmodell des thermischen Verhaltens der Heizeinrichtung bildet. Wenn Aufheizprozess und Abkühlprozess gleiche Temperaturverläufe aufweisen, kann in der elektronischen Schaltung zur Abbildung der Temperaturverläufe im oben genannten Ausführungsbeispiel des RC-Gliedes neben einem Kondensator auch ein Widerstand vorgesehen sein. Wenn Aufheizprozess und Abkühlprozess unterschiedliche Temperaturverläufe aufweisen, können im oben genannten Ausführungsbeispiel neben einem Kondensator auch ein Widerstand im Ladekreis und ein anderer Widerstand im Entladekreis vorgesehen sein. Dann gibt es ein RC-Glied für den Aufheizprozess und ein RC-Glied für den Abkühlprozess. Die Widerstände können dabei als elektronische Bauteile realisiert sein. Alternativ könnte einer der Widerstände auch durch den inneren Widerstand der elektronischen Schaltung gebildet werden.

Sofern das Reinigungsgerät mit Wechselspannung betrieben wird (z.B. durch Anschließen an eine Haushaltssteckdose mit Netzspannung), so kann auch mindestens ein elektrischer Gleichrichter in der elektronischen Schaltung Verwendung finden.

Alternative Ausgestaltungen unter Verwendung eines RL-Gliedes (elektrische Widerstände und Spule) sind auch möglich. Daneben ist auch die Verwendung einer aufladbaren Batterie und Widerständen oder eines Mikrokontrollers (batteriegestützter IC) denkbar.

Die Alternative des RC-Gliedes wird jedoch bevorzugt, weil es sich um eine besonders einfache, kostengünstige und robuste Lösung handelt.

In einer besonders vorteilhaften und daher bevorzugten Weiterbildung des Reinigungsgeräts sind in der elektronischen Schaltung die elektrische Leistung, die thermische Isolation der Heizeinrichtung und die spezifische Wärmespeicherfähigkeit der Heizeinrichtung abgebildet, welche alle zusammen das thermische Verhalten der Heizeinrichtung bestimmen, wobei in der elektronischen Schaltung der Aufheizprozess und der Abkühlprozess der Heizeinrichtung in einem elektronischen Ersatzmodell dargestellt sind, d.h. der mögliche Temperaturverlauf über der Zeit wird abgebildet. Die spezifische Wärmespeicherfähigkeit wird auch als spezifische Wärmekapazität bezeichnet. Die elektrische Leistung der Heizeinrichtung bestimmt im Wesentlichen den Aufheizprozess und die thermische Isolation und spezifische

Wärmespeicherfähigkeit der Heizeinrichtung bestimmen im Wesentlichen den Abkühlprozess. Da Aufheizprozess und Abkühlprozess in der Regel unterschiedliche Temperaturverläufe aufweisen, können in der elektronischen Schaltung zur Abbildung der Temperaturverläufe unterschiedliche elektronische Komponenten eingesetzt werden. So kann im oben genannten Ausführungsbeispiel des RC-Gliedes neben einem Kondensator auch ein Widerstand im Ladekreis und ein anderer Widerstand im Entladekreis vorgesehen sein.

In einer möglichen Weiterbildung des Reinigungsgeräts ist die elektronische Schaltung als PT1 -Glied ausgelegt.

Die Eigenschaft des PT1 -Glieds ist, dass bei einer sprunghaften Änderung einer Eingangsspannung (Ein- bzw. Ausschalten des Reinigungsgeräts) die Ausgangsspannung (Spannung in der elektronischen Schaltung) diesem Sprung folgt, jedoch verzögert und in ihrem Verlauf gemäß einer Exponentialfunktion mit einer Zeitkonstante T. Bei Verwendung eines RC- Gliedes bestimmt sich die Zeitkonstante zu T = R ■ C. Das PT1 -Glied kann beispielsweise auch als Tiefpass 1 . Ordnung ausgeführt sein.

Ein alternatives PT1 -Glied ist ein RL-Glied. Dessen Zeitkonstante berechnet sich zu T = L / R.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Ansteuerung eines wie vorstehend beschriebenen Reinigungsgerät, wobei die Heizeinrichtung und die elektronische Schaltung von einer elektrischen Stromquelle mit Energie versorgbar sind, wobei die elektronische Schaltung immer dann mit Spannung beaufschlagt wird, wenn auch die Heizeinrichtung mit Spannung beaufschlagt wird.

Das Verfahren zur Ansteuerung weist folgende Schritte auf: a) beim Aktivieren des Reinigungsgeräts, also z.B. beim Einschalten oder Verbinden mit einer Stromquelle, wird die Ist-Spannung in der elektronischen Schaltung überprüft. b) bei Unterschreiten einer Grenzspannung Umin , welche einer Grenztemperatur Tmin der Heizeinrichtung entspricht, z.B. 110°C, wird die Heizeinrichtung mit Strom versorgt zur Erhitzung der Flüssigkeit. Dies bedeutet ein Vorheizen der Flüssigkeit durch die Heizeinrichtung.

Ein solches Verfahren hat den Vorteil, dass nur dann ein Vorheizen erfolgt, wenn dies erforderlich ist. Dadurch kann zum einen Energie gespart werden. Zum anderen wird die Wartezeit des Bedieners bis zur Einsatzbereitschaft des Reinigungsgeräts verkürzt.

In einer ersten Ausgestaltungsvariante des Verfahrens wird in Schritt b) die Heizeinrichtung bei Unterschreiten der Grenzspannung Umin für die Dauer eines fixen Zeitintervalls mit Strom versorgt. Dabei kann es sich - abhängig von der Leistungsfähigkeit der Heizeinrichtung - beispielsweise um ein Zeitintervall von 10 bis 20 Sekunden handeln.

In einer zweiten Ausgestaltungsvariante des Verfahrens wird in Schritt b) die Heizeinrichtung bei Unterschreiten der Grenzspannung Umin für die Dauer eines variablen Zeitintervalls mit Strom versorgt, wobei sich das Zeitintervall aus der erwarteten Zeit bis zur Erreichung einer Sollspannung Umax in der elektrischen Schaltung ergibt. Die Sollspannung entspricht dabei einer Solltemperatur Tmax der Heizeinrichtung, z.B. 130°C. Neben der elektrischen Leistung und der spezifischen Wärmekapazität der Heizeinrichtung kann auch der Zustand der Heizeinrichtung und die Umgebungsbedingungen der Heizeinrichtung mit in die Bestimmung des Zeitintervalls einfließen. Beim Zustand kann es sich zum Beispiel um einen tatsächlichen oder berechneten Grad der Verkalkung von Heizelementen der Heizeinrichtung handeln. Die Verkalkung ist abhängig von der Wasserhärte des in dem Reinigungsgerät verwendeten Wassers und der Häufigkeit der Entkalkung durch den Anwender. Bei den Umgebungsbedingungen kann es sich beispielsweise um die Umgebungstemperatur und/oder den Luftdruck in der Umgebung handeln. Nach erfolgter Stromversorgung der Heizeinrichtung wird als nächstes erneut die Ist-Spannung in der elektrischen Schaltung geprüft und bei Unterschreiten einer Sollspannung Umax wird die Heizeinrichtung für die Dauer eines variablen Zeitintervalls mit Strom versorgt. Dieser Vorgang kann als Zwischenheizen bezeichnet werden. Das Zeitintervall ergibt sich dabei aus der erwarteten Zeit bis zur Erreichung der Sollspannung Umax.

Alternativ zu diesem Zwischenheizen kann auch bewusst ein Abkühlen in Kauf genommen werden:

Dabei wird nach Erreichen einer Sollspannung Umax die Heizeinrichtung für die Dauer eines variablen Intervalls nicht mit Strom versorgt. Das Zeitintervall ergibt sich dabei aus der erwarteten Zeit bis zur Erreichung der Sollspannung Umin ergibt.

In Weiterbildung des Verfahrens zur Ansteuerung eines Reinigungsgeräts kann in einem nächsten Schritt ein Freigabesignal für den Bediener erzeugt werden zum Signalisieren der Nutzungsbereitschaft des Reinigungsgeräts. Das Freigabesignal kann akustisch, optisch oder haptisch sein.

So kann beispielsweise eine Warnlampe erlöschen, ein grünes Signal aufleuchten oder ein Signalton ertönen.

Die beschriebene Erfindung und die beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung stellen auch in Kombination miteinander - soweit dies technisch sinnvoll ist - vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und in konstruktiver und funktioneller Hinsicht vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren verwiesen. Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand beigefügter Figuren noch näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 ein Schaubild zur Gegenüberstellung von der Heizeinrichtung und ihrem Modell

Fig. 2 eine Gegenüberstellung der Temperaturverlaufskurve der Heizeinrichtung und der Spannungsverlaufskurve des Modells

Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform einer elektronischen Schaltung

Fig 1 zeigt ein Schaubild zur Gegenüberstellung der Heizeinrichtung und ihrem

Modell, nämlich der elektronischen Schaltung.

Idee der Erfindung ist es, die Heizeinrichtung durch eine elektronische

Schaltung als Modell abzubilden. Die Merkmale der Heizeinrichtung werden durch eine Emulation von Merkmalen der Heizeinrichtung abgebildet. Das vorliegend relevante Hauptmerkmal der Heizeinrichtung ist deren thermische Kapazität. Diese wird durch die elektrische Kapazität als Hauptmerkmal der elektronischen Schaltung abgebildet. Während die Messgröße der thermischen Kapazität AT/t ist, also der Temperaturverlauf über der Zeit, ist die Messgröße der elektrischen Kapazität All/t, also der Spannungsverlauf über der Zeit. Temperaturverlauf bzw. Spannungsverlauf können in Temperaturverlaufskurven bzw. Spannungsverlaufskurven dargestellt werden. Die elektronische Schaltung als Modell ist dabei so aufgebaut, dass die Spannungsverlaufskurve des Modells der Temperaturverlaufskurve der realen Heizeinrichtung entspricht.

Fig 2 zeigt eine Gegenüberstellung der Temperaturverlaufskurve der

Heizeinrichtung und der Spannungsverlaufskurve des Modells, also der elektronischen Schaltung. Die Temperaturverlaufskurve ist im oberen Diagramm abgebildet. Im Zeitraum t=0 bis ti erfolgt ein Aufheizen der Heizeinrichtung: die Heizeinrichtung wird mit Strom versorgt und es kommt zu einem Aufheizen der Flüssigkeit. Es wird solange aufgeheizt, bis eine Solltemperatur Tmax erreicht ist. Danach kann das Reinigungsgerät von dem Bediener genutzt werden. Dies erfolgt in dem Zeitraum ti bis t2. Während dieses Zeitraums wird die Solltemperatur Tmax gehalten. Wird das Reinigungsgerät abgeschaltet (Zeitpunkt t2) und die Heizeinrichtung vom Strom getrennt, dann kühlt die Heizeinrichtung ab. Dies wird durch die fallende Temperaturkurve verdeutlicht. Zum Zeitpunkt ts hat die Heizeinrichtung beispielsweise die Temperatur Tmin. Danach kühlt die Heizeinrichtung immer weiter ab, bis sie Umgebungstemperatur erreicht. T=0 meint somit nicht 0°C sondern Umgebungstemperatur.

Die Verlaufskurve der Spannung, in der elektronischen Schaltung ist entsprechend, wie sich aus der unteren Kurve ergibt:

Im Zeitraum t=0 bis ti erfolgt ein Aufladen der elektronischen Schaltung: die elektronische Schaltung wird mit Spannung beaufschlagt und es kommt zu einem Aufladen beispielsweise eines Kondensators in der elektronischen Schaltung. Es wird solange aufgeladen, bis eine Sollspannung Umax erreicht ist. Danach kann das Reinigungsgerät von dem Bediener genutzt werden. Dies erfolgt in dem Zeitraum ti bis t2. Während dieses Zeitraums wird die Sollspannung Umax gehalten. Wird das Reinigungsgerät abgeschaltet (Zeitpunkt t2) und die elektronische Schaltung von der Spannungsquelle getrennt, dann entlädt sich die elektronische Schaltung. Dies wird durch die fallende Spannungskurve verdeutlicht. Zum Zeitpunkt ts liegt in der elektronischen Schaltung beispielsweise die Spannung Umin an. Danach fällt die Spannung immer weiter ab, bis sie gänzlich entladen ist. U=0 meint somit U = 0 V.

Um zu vermeiden, dass beim Einschalten des Reinigungsgeräts die Heizeinrichtung grundsätzlich für die Dauer von t=0 bis ti mit Strom versorgt wird und solange ein Aufheizen erfolgt, kann die tatsächliche Temperatur der Heizeinrichtung überprüft und abhängig davon ein kürzeres Aufheizen erfolgen. Die Überprüfung erfolgt nicht durch eine Messung der Temperatur in der Heizeinrichtung, sondern durch einen Abgleich mit der Ist-Spannung in der elektronischen Schaltung.

Liegt die Ist-Spannung beispielsweise zwischen der Grenzspannung Umin und der Sollspannung Umax, so kann direkt ohne weiteres Vorheizen ein Betrieb des Reinigungsgeräts erfolgen. Dies kann dem Bediener signalisiert werden durch Verwendung allgemein bekannter Signale, wie Tonsignale oder Anzeigen. Liegt die Ist-Spannung unterhalb der Grenzspannung Umin, dann muss ein Vorheizen erfolgen. Das Vorheizen durch Strombeaufschlagung der Heizeinrichtung kann entweder für ein fixes Zeitintervall erfolgen. Dabei ist eine Dauer zu wählen, bei welcher sichergestellt ist, dass zumindest die Grenztemperatur Tmin erreicht wird. Aus der Temperaturverlaufskurve ergibt sich, dass es sich dabei um das Intervall t=0 bis to handelt. Alternativ kann das Vorheizen für ein variables Zeitintervall erfolgen. Das variable Zeitintervall kann dabei aus den Verlaufskurven ermittelt werden, welche in der Steuereinheit des Reinigungsgeräts hinterlegt sein können.

Auch während des Betriebs des Reinigungsgeräts kann eine Temperaturprüfung erfolgen durch Erfassung der elektrischen Spannung am Modell.

Liegt die Ist-Spannung zwischen Umin und Umax, die Ist-Temperatur also zwischen Tmin und Tmax, so kann ein Zwischenheizen durch die Steuereinheit veranlasst werden.

In Fig. 3 ist eine mögliche Ausführungsform einer elektronischen Schaltung als RC-Glied dargestellt bzw. genauer: mit einem RC-Glied für den Ladenstromkreis, welcher das Aufheizen abbildet, und einem RC-Glied für den Entladestromkreis, welcher das Abkühlen abbildet.

Die linke Hälfte der Schaltung bildet den Ladestromkreis mit einer Spannungsquelle Uoueiie, einem Ladewiderstand Rv und dem Kondensator C. Die rechte Hälfte bildet den Entladestromkreis mit dem Kondensator C und dem Entladewiderstand RL. Die Spannung U wird direkt am Kondensator C gemessen. Der Ladestromkreis dient der Abbildung des Aufheizvorganges und der Entladestromkreis dient der Abbildung des Abkühlvorganges.