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Die
Erfindung betrifft die Steuerung des Musters und der Richtung der
Bewegung automatischer Schwimmbecken- und Behälterreiniger.
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Allgemein
arbeiten Becken- und Behälterreiniger
des Stands der Technik in einem Zufallsbewegungsmuster über den
Boden des Beckens oder Behälters.
Das vordere oder vorrückende
Ende des Reinigers kann an der Beckenseitenwand gestoppt oder umgekehrt
werden oder so gestaltet sein, daß es die Seitenwand hochklettert,
bis sich die Vorderkante des vorrückenden Endes an der Wasserlinie
befindet, wonach der Reiniger sich neu orientiert, die Seitenwand
herabfährt
und sich über
den Beckenboden auf einer anderen Fahrlinie bewegt. Indem er das
Becken für
eine ausreichende Zeitdauer und auf einer ausreichenden Anzahl verschiedenartiger
Wege kreuz und quer befährt,
wird der gesamte oder im wesentlichen gesamte Boden des Beckens
durch den passierenden Reiniger gereinigt.
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In
sehr großen
rechtwinkligen Becken, z. B. Wettkampfbecken, die von Bildungsinstitutionen,
Erlebnisbädern
und Kommunen unterhalten werden, ist erhebliche Zeit notwendig,
um zu gewährleisten,
daß der
einem Zufallsmuster folgende Reiniger die gesamte Bodenfläche des
Beckens reinigt. Dabei kann es dazu kommen, daß der Reinigungszyklus länger dauert
als die Zeit, die dieser Wartungsaktivität zugeteilt ist.
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Eine
Lösung,
die zum Beschleunigen der Beckenreinigung vorgeschlagen wurde, besteht
darin, zwei oder sogar drei einzelne Beckenreiniger zu einer einheitlichen
Parallelanordnung zusammenzufügen,
um einen Weg abzudecken, der (für
die Doppelanordnung) doppelt so breit wie der ist, den ein einzelner sich
bewegender Reiniger befährt.
Auch dieser Reiniger ist so gestaltet, daß er in einem Zufallsmuster
arbeitet. Gleichwohl gibt es Schwierigkeiten mit der Handhabung,
dem Transport, der Aufbewahrung und der Steuerung dieser Doppel-
(oder größeren) Einheiten,
die für
ihren Gebrauch nachteilig sind. Diese übergroßen Einheiten sind schwer und
lassen sich wegen ihres Volumens und Gewichts dem Becken nur schwierig
entnehmen. Das schwimmende Stromkabel ist zwangsläufig lang
und schwer, verdreht sich und kann das programmierte Muster des Reinigers
stören.
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Eine
weitere Lösung,
die zur Schaffung eines mehr oder weniger vorhersagbaren Abtastmusters durch
einen Beckenreiniger entwickelt wurde, ist ein gyroskopisch gesteuertes
Leitsystem. Dieses System ist im Aufbau kostspielig und muß zudem
an einem vorgeschriebenen Startpunkt orientiert werden. Danach folgt
die Einheit einer Folge von Geraden, wobei die Antriebsmotoren durch
das Gyroskop gesteuert werden, was zu einem Zickzackmuster führt. Als
Hauptnachteil gelten die Kosten der Einheit.
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Die
US-A-4786334 offenbart
ein Verfahren zum Reinigen des Bodens eines Beckens mit Hilfe eines
Beckenreinigers, wobei der Beckenreiniger mit Parallelbewegungen
am Richtungswechsel auf geraden Wegen zwischen zwei entgegengesetzten
Wänden
des Beckens hin- und herfährt,
während
er am Beckenboden liegendes Material aufsammelt, der Beckenreiniger
Antriebsteile, die die Bewegung des Beckenreinigers bestimmen, und
eine Steuereinrichtung aufweist, die so angeordnet ist, daß sie ein
Steuersignal zu den Antriebsteilen sendet, um die Fahrtrichtung
zu ändern,
wenn er auf eine Wand stößt, mit den
folgenden Schritten: Bewegen des Beckenreinigers auf einem geraden
Weg zu einer Wand, Drehen des Beckenreinigers um eine halbe Drehung
und gleichzeitiges seitliches Verlagern des Beckenreinigers senkrecht
zur anfänglichen
Fahrtrichtung, anschließendes
Fahren des Beckenreinigers auf einem Weg paral lel zur anfänglichen
Fahrtrichtung zur entgegengesetzten Wand des Beckens, erneutes Drehen
des Beckenreinigers um eine halbe Drehung und gleichzeitiges seitliches
Verlagern des Beckenreinigers in gleicher Richtung wie die seitliche
Verlagerung bei der vorherigen Drehung sowie anschließendes Bewegen
des Beckenreinigers zurück
zur entgegengesetzten Wand des Beckens und Wiederholen des Vorgangs,
bis der Bodenabschnitt des Beckens abgefahren wurde.
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Die
US-A-5569371 offenbart
ein navigationsgesteuertes Schwimmbecken-Reinigungssystem mit einem
Roboter, einer Fortbewegungseinrichtung zur Erzeugung einer lenkbaren
Bewegung für
den Roboter, einer Laufradeinrichtung, einer Mikroprozessoreinrichtung,
einer durch den Roboter mitgeführten
Signalerzeugungseinrichtung, mindestens zwei Signaldetektionseinrichtungen,
einer mobilen Dreieckspitze und einer Koppeleinrichtung. Die Laufradeinrichtung ist
mit dem Roboter beweglich und dient zum Einsaugen von Wasser mit
mitgerissenen Feststoffen vom Boden des Beckens durch eine Filtereinrichtung
und zum Zurückführen des
Wassers nach Filterung in das Becken. Die Filtereinrichtung filtert
das Wasser mit mitgerissenen Feststoffen und ist benachbart und stromaufwärts zur
Laufradeinrichtung angeordnet. Die Mikroprozessoreinrichtung ist
dem Roboter zum Steuern der Fortbewegungseinrichtung zugeordnet, um
den Roboter zu veranlassen, einer vorprogrammierten Route zu folgen
und Korrektursignale immer dann zu erzeugen, wenn zu einem bestimmten
Moment der Ist-Standort des Roboters von der vorprogrammierten Route
abweicht. Die mindestens zwei Signaldetektionseinrichtungen bilden
zusammen mit der Signalerzeugungseinrichtung eine stationäre Triangulationsbasis,
wobei die Signaldetektionseinrichtungen in beabstandeter Beziehung
oder in enger Nähe
zueinander an mindestens einer Seite des Beckens fest angeordnet
sind und die Signalerzeugungseinrichtung auf sie wirkt. Die mobile
Dreieckspitze ist durch die Signalerzeugungseinrichtung zusammen mit
den Signaldetektionseinrichtungen gebildet. Die Koppeleinrichtung
liegt auf dem Boden nahe dem Becken und weist eine Detektorverarbeitungslogik
auf, um Daten von den Detektionseinrichtungen zur Übertragung
zur Mikroprozessoreinrichtung zu empfangen und zu verarbeiten. Im
System gemäß der Beschreibung
in der
US-A-5569371 wird der
Ist-Roboterstandort durch Triangulation der stationären Triangulationsbasis
bestimmt, die durch die mindestens zwei beabstandeten Signaldetektionseinrichtungen
und die mobile Dreieckspitze gebildet ist.
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Daher
besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Steuern
der Richtung und des Musters eines Beckenreinigers über den
Boden eines Beckens oder Behälters
bereitzustellen, um die zum Reinigen der gesamten Bodenfläche des
Beckens erforderliche Zeit zu minimieren.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen,
das einen Beckenreiniger verwendet, der einem regelmäßigen geometrischen Muster
folgt, das parallel zu den Seitenwänden eines geradlinig begrenzten
Beckens ist, und auch einem Muster, in dem anschließende Wege,
die die Fläche zwischen
den Seitenwänden
durchqueren, nicht nur parallel, sondern auch eng zueinander beabstandet sind.
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Noch
eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen,
bei dem der Beckenreiniger zuerst mehrere parallele Wege von einer
Seite zur anderen befährt
und bei Erreichen einer Endwand eine Drehung vollzieht und beginnt,
mehrere parallele, eng beabstandete Wege zu befahren, die sich von
einem Ende des Beckens zum anderen erstrecken.
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Als
weitere Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein Verfahren zum
Steuern der Bewegung eines automatischen Beckenreinigers so bereitzustellen,
daß das
regelmäßige Muster
des Reinigers nicht dadurch unterbrochen oder beeinträchtigt wird,
daß er
auf die Ecken oder andere Hindernisse in oder entlang den Seitenwänden des
gereinigten Beckens stößt.
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Noch
eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen,
das einen automatischen Beckenreiniger verwendet, der so programmiert
ist, daß er
ein geradlinig begrenztes Becken oder einen ebensolchen Behälter auf
möglichst
rationelle Weise reinigt und so Betriebs- und Wartungskosten reduziert.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen,
das einen automatischen Beckenreiniger verwendet, der einem regelmäßigen geometrischen
Muster folgt und dessen Bewegung so gesteuert ist, daß das Stromkabel
nicht durch Verdrehen oder Verwickeln des Kabels das beabsichtigte
Muster stört.
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Als
noch eine weitere Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein Verfahren
bereitzustellen, das einen Beckenreiniger verwendet, der die o.
g. Aufgaben mit Kosten erfüllen
kann, die relativ niedriger als die der gyroskopisch gesteuerten
Reiniger des Stands der Technik sind.
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Diese
Aufgaben sowie weitere Vorteile werden mit dem Verfahren der Erfindung
erfüllt,
bei dem ein automatischer Beckenreiniger mit einem Paar getrennter
Fahreinrichtungen, die an jedem Ende des Reinigergehäuses angeordnet
sind, jede der Fahreinrichtungen zur unabhängigen Drehung angeordnet ist
und jeder Satz aus Fahreinrichtungen auf der entgegengesetzten Seite
des Reinigers durch einen getrennten ersten und zweiten Fahrmotor
angetrieben wird. Die Drehzahl und/oder Drehrichtung jedes der getrennten
Motoren wird durch eine programmierbare Steuerung bestimmt, wobei
die Steuerung auch auf Sensorsignale reagiert, die sie von einem oder
mehreren Sensoren empfängt,
die am oder im Reiniger angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Steuerung die folgenden Einrichtungen auf, um die angegebenen
Funktionen zu erfüllen:
eine
Einrichtung zum Aktivieren der Fahrmotoren, um den Reiniger über den
Boden eines Beckens oder Behälters
zu bewegen;
eine Einrichtung, die auf ein Signal von dem einen oder
den mehreren Sensoren reagiert, um die Fahrmotoren zu stoppen, wenn
das vordere Ende des Reinigers benachbart zu einer ersten Seitenwand des
Beckens ist;
eine Einrichtung zum Aktivieren des ersten Fahrmotors,
während
der Reiniger nahe der ersten Seitenwand ist;
eine Einrichtung,
die auf ein Signal von dem einen oder den mehreren Sensoren reagiert,
um den ersten Fahrmotor zu stoppen, wenn das vorrückende entgegengesetzte
Ende des Reinigers nahe der ersten Seitenwand ist; und
eine
Einrichtung zum Aktivieren beider Fahrmotoren, um den Reiniger in
einer von der ersten Seitenwand zu einer anderen Seitenwand wegführenden
Richtung zu bewegen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der zuvor beschriebenen Erfindung weist die Steuerung auch folgendes
auf:
eine Einrichtung zum Aktivieren des zweiten Fahrmotors,
um die Fahreinrichtungen in Gegenrichtung zur Richtung des ersten
Fahrmotors für
eine vorgeschriebene Zeitdauer zu bewegen, bis der Reiniger etwa
90° von
der Seitenwand gedreht hat; und
eine Einrichtung, die auf einen
Zeitgeber reagiert, zum Stoppen des zweiten Fahrmotors, wenn der
Reiniger etwa 90° gedreht
hat.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform,
in der der Beckenreiniger geeignet ist, die Seitenwand des Beckens
hochzuklettern, weist die Steuerung ferner auf:
eine Einrichtung,
die auf den einen oder die mehreren Sensoren reagiert, um die Fahrmotoren
zu stoppen, wenn der Reiniger einen vorgeschriebenen Winkel von
der Waagerechten hat;
eine Einrichtung zum Aktivieren beider
Fahrmotoren, um den Reiniger zur Bodenwand des Beckens zurückzuführen;
eine
Einrichtung, die auf den einen oder die mehreren Sensoren reagiert,
um die Fahrmotoren zu stoppen, wenn sich der Reiniger auf der Bodenwand
des Beckens befindet; und
eine Einrichtung gemäß der vorstehenden
Beschreibung, um die Fahrmotoren zu aktivieren, um den Reiniger
zu drehen und ihn in einer von der ersten Seitenwand zu einer anderen
Seitenwand wegführenden
Richtung zu bewegen.
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Verständlich sollte
sein, daß im
Kontext dieser Beschreibung der Beckenreiniger einen allgemein symmetrischen
Aufbau hat und daß die
Fahreinrichtungen zur Drehung auf Achsen angeordnet sind, die an
entgegengesetzten Enden des Reinigers positioniert sind. Im Gebrauch
hierin bezeichnet "vorrückendes
Ende" das Ende des
Reinigers in Bewegungsrichtung. Dazu gehört die Schwenk- oder Drehbewegung
des Reinigers bei seiner Drehung, um seine Orientierung entlang
einer bestimmten Seitenwand umzukehren. Sobald also der Reiniger
nahe einer Seitenwand zum Stillstand gekommen ist, wird das zuvor
nachlaufende oder hintere Ende zum vorrückenden Ende für die Zwecke
der Drehung.
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Bei
der Stromquelle kann es sich um Batterien handeln, die in einem
schwimmenden wasserdichten Batteriebehälter enthalten sind, der durch
ein Stromkabel angeschlossen ist. Um ein großes Becken, z. B. Wettkampfbecken,
zu reinigen dürfte
eine herkömmliche
elektrische Stromquelle außerhalb des
Beckens erforderlich sein. Wie dem Fachmann klar sein wird, kann
die Zufallsdrehung des Reinigers über längere Zeit bewirken, daß sich das
schwimmende Stromkabel so weit eng verwickelt und/oder verdreht,
daß es
als Zügel
wirkt und die Bewegung des Reinigers stört, z. B. durch Wegziehen des
Reinigers von seinem programmierten geradlinigen Kurs.
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Um
die Probleme im Zusammenhang mit dem Verdrehen oder Verwickeln des
Kabels zu verhindern, ist im Verfahren der Er findung der Reiniger so
programmiert, daß er
einem Kurs folgt, durch den eine Drehung in einer Richtung, die
dem Stromkabel in der Tendenz einen Rechtsdrall verleiht, von einer Drehung
in einer Richtung gefolgt wird, die dem Kabel in der Tendenz einen
Linksdrall verleiht. Auf diese Weise kommt es zu keiner erheblichen
Verdrehung des Stromkabels in der praktischen Umsetzung der Erfindung.
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Die
Fahreinrichtungen können
die Form von allgemein zylindrischen Walzenbürsten, Endlosfahrriemen oder
Rädern
annehmen. Die bevorzugte Form von Fahreinrichtungen sind Walzenbürsten, wobei
die Bürsten
aus expandiertem Polymerschaum oder aus einer geformten flexiblen
Polymerbahn, die in eine allgemein zylindrische Konfiguration gebracht
ist, gefertigt sein können.
Neben der Herstellung von Oberflächenkontakt,
um den Reiniger über
den Beckenboden zu bewegen, lösen
die Walzenbürsten
auch Schmutz und Abfall von der Oberfläche, der von der Wasserpumpe
durch die Filtermedien angesaugt wird, um innerhalb des Reinigers
eingefangen zu werden.
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Die
Anzahl und Plazierung der Sensoren, die Signale erzeugen, die zur
programmierbaren Steuerung gesendet werden, hängt von der Art von verwendetem
Sensor ab. Kommen z. B. Infrarotsensoren zum Einsatz, kann ein einzelner
Sensor an jedem Ende des Reinigerkörpers plaziert sein. Der Infrarotsensor
detektiert die Reflexion eines Infrarotstrahls von der Seitenwand,
der sich der Reiniger nähert, und
sendet ein Signal zur Steuerung, um den Strom zu den Fahrmotoren
oder dem Fahrmotor auszuschalten. In einer weiteren Ausführungsform
ist ein einzelner Durchflußmesser
am Außengehäuse des Reinigers
angeordnet und funktioniert durch Senden eines Signals, wenn der
Durchfluß durch
den Messer aufhört,
nachdem die Vorwärtsbewegung
des Reinigers durch eine Seitenwand gestoppt ist. Ähnlich wird ein
mechanischer oder elektromechanischer Sensor in Form eines Stabs
oder Schafts, der über
die Vorderkante des vorrückenden
Reinigers hinaussteht und zur Bewegung veranlaßt wird, durch Kontakt mit der
Wand eingeschoben, wenn sich der Reiniger einer Seitenwand nähert, wobei
die Bewegung dazu führt,
daß ein
Signal zur Steuerung gesendet wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform kommt
ein Magnetfeldsensor zum Einsatz, entweder in Verbindung mit einem
freilaufenden Rad, das sich in Kontakt mit der Bodenfläche des
Beckens beim der Fahrt des Reinigers bewegt, oder als Teil eines Durchflußmessers
oder einer anderen Art von mechanischem Sensor. Wie später näher erläutert wird, ist
ein Magnetfeldsensor bevorzugt, da er auch bestimmen kann, ob der
Reiniger eine volle 180°-Wende
oder eine kleinere Drehung vollzogen hat.
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Im
Fall eines Reinigers, der so gestaltet ist, daß er die Beckenseitenwand hochklettert,
kann der Sensor ein Quecksilberschalter sein, der ein Signal sendet,
wenn der Körper
des Reinigers einen vorgeschriebenen Winkel zur Waagerechten erreicht,
z. B. etwa 30° bis
etwa 70°.
Der vorgeschriebene Winkel muß größer als
der Winkel jedes Abschnitts des Beckenbodens sein, der vom flachen
zum tieferen Beckenende abfällt.
Empfängt
die Steuerung das Signal vom Quecksilberschalter, führt sie
den Reiniger zum Beckenboden zurück,
wo sie den Reiniger als Reaktion auf ein weiteres Signal stoppt.
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Aus
der vorstehenden Darstellung wird deutlich, daß sich der Reiniger der Ecke
eines Beckens in einem Abstand entlang der Seitenwand so nähern kann,
daß der
Reiniger mehr als eine 90°-Drehung, aber
weniger als eine 180°-Drehung
vollzieht, und so, daß seine
Vorwärtsbewegung dadurch angehalten wird, wobei der Reiniger
z. B. in einem 45°-Winkel in
die Ecke weist und die gegenüberliegenden
vorderen Ecken des Beckenreinigergehäuses an der Seiten- und Endwand
des Beckens anliegen.
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Hielte
der Reiniger die zuvor beschriebene Schrittfolge ein, würden beide
Fahrmotoren aktiviert, und der Reiniger würde die Ecke in einem Winkel
(z. B. 45°)
verlassen und da nach nicht mehr einem Weg folgen, der parallel zu
einer Seiten- oder Endwand des Beckens verläuft. Diesen Eventualfall vorhersehend,
ist in einer bevorzugten Ausführungsform
der verbesserte Reiniger im Verfahren der Erfindung mit einem Magnetsensor
versehen, der so kalibriert ist, daß er die annähernde Gradzahl
detektiert, die der Reiniger beim Wegdrehen von einer Seitenwand
erreicht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines solchen Magnetsensors
ist ein freilaufendes Kontaktrad entlang der Mittellängsachse
des Reinigers positioniert und so vorgespannt angeordnet, daß es in
ständigem
Kontakt mit dem Beckenboden bleibt, wenn der Reiniger eine Drehung
aus der Anhalteposition beginnt. Das Kontaktrad ist mit mehreren
beabstandeten Magnetelementen um seinen Umfang gefertigt, und ein
Magnetfeldleser ist nahe dem Umfang des Rads positioniert. Eine
vorab bestimmte, aber beliebige Anzahl von Magnetelementen passiert
einen Zähler,
wenn der Reiniger eine 180°-Wende
vollzieht, z. B. etwa 100; vollzieht der Reiniger nur eine 90°-Drehung,
werden etwa 50 Elemente den Zähler
passiert haben; und dreht der Reiniger so in eine Ecke, daß eine Drehung
von etwa 135° vollzogen
ist, werden etwa 75 Magnetelemente am Zähler vorbeigelaufen sein. Verständlich sollte sein,
daß der
Magnetzähler
auf "null" zurückgesetzt wird,
nachdem der Reiniger in seiner Vorwärtsbewegung gestoppt ist, so
daß der
Zähler
von null startet, wenn der Reiniger sein Drehmanöver beginnt.
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Ist
eine 90°-Drehung
vollzogen, z. B. bei einer Zählung
von 50 am Sensor, ist die Steuerung so programmiert, daß sie durch
Einschalten beider Motoren reagiert, um die Fahreinrichtungen von
der Wand wegzufahren, wodurch der Reiniger einen Weg einschlägt, der
parallel zur benachbarten Seitenwand, von der er soeben weggedreht
hat, und rechtwinklig zu den zuvor befahrenen Wegen ist.
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Passiert
der Magnetzähler
die 90°-Marke
(z. B. bei einer Zählung über 50),
erreicht aber nicht die volle 180°-Drehung (z.
B. bei einer Zählung
unter 100), ist die Steuerung so programmiert, daß sie zuerst
den Fahrmotor für
die vorrückenden
Fahreinrichtungen stoppt und dann die Richtung des Fahrmotors umkehrt,
bis der Magnetzähler
anzeigt, daß sich
der Reiniger 90° zu
seiner ursprünglichen
Startposition befindet und jetzt parallel zur Seitenwand ist, die
er soeben verlassen hat. Erreicht z. B. der Zähler 80, werden die Fahreinrichtungen
rückwärts betrieben, bis
der Zähler
50 erreicht (was eine 90°-Drehung
von der ursprünglichen
Startposition anzeigt), wonach der Reiniger in einer Position angehalten
wird, die parallel zur Seitenwand und senkrecht zum vorherigen Fahrweg
ist. Danach aktiviert die Steuerung die Fahrmotoren für beide
Fahreinrichtungen, um den Reiniger parallel zur Seitenwand und rechtwinklig
zu seinen früheren
Fahrwegen zu bewegen.
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Ist
der Reiniger an jedem Ende mit einer richtungsempfindlichen Infrarotquelle
und einem Reflexionssignal-Erzeugungssensor ausgerüstet, der
auf der Mittellängsachse
der Einheit positioniert ist, wird kein Signal erzeugt, wenn der
Reiniger in einer Ecke oder durch ein Hindernis gestoppt ist, das
den Reiniger daran hindert, sich nahe an die Wand mit seiner Längsachse
im wesentlichen senkrecht zur Wand zu bewegen. Leitet die Steuerung
das Wendemanöver ein,
startet sie auch einen Zeitgeber. Empfängt die Steuerung kein Wandsensorsignal
in einer ersten vorgeschriebenen Zeitdauer, z. B. fünfzehn Sekunden,
deaktiviert die Steuerung den oder die Fahrmotoren. Anschließend aktiviert
die Steuerung mindestens einen der Fahrmotoren, um die Bewegungsrichtung
des Reinigers für
eine zweite vorgeschriebene Zeitdauer umzukehren, die kleiner als
die erste vorgeschriebene Zeitdauer ist, z. B. fünf Sekunden, um den Reiniger
in eine Position zu bewegen und neu zu orientieren, die parallel
zur Wand ist, von der aus die Wende eingeleitet wurde. Danach aktiviert
die Steuerung beide Fahrmotoren, um den Reiniger auf einem Weg vorzu bewegen,
der rechtwinklig zu seinen vorherigen Bewegungen über den
Beckenboden und parallel zu der Seitenwand ist, von der er zuletzt
abfuhr.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des zuvor beschriebenen Verfahrens aktiviert die Steuerung den Sensor
für die
erste vorgeschriebene Zeitdauer, in deren Verlauf der Reiniger so
programmiert ist, daß er
die (Kehrt-)Wende vollzieht. Dies geschieht, um falsche Signale
von einem Sensor, z. B. einem IR-Sensor, zu eliminieren, während der
Reiniger dreht. Nach der vorgeschriebenen Zeitdauer wird der Sensor
wieder aktiviert, und weist er zu einer Wand, sendet er ein Signal,
das von der Steuerung empfangen wird, und die Steuerung aktiviert
die Fahrmotoren, um den Reiniger auf einer Geraden von der Wand
wegzubewegen.
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In
einem Reiniger, der mit einem oder mehreren Quecksilberschaltern
ausgestattet ist, initiiert die Steuerung einen Zeitgeber, wenn
der Reiniger das Wendemanöver
beginnt, und wird kein Sensorsignal nach einer vorgeschriebenen
Zeitdauer, z. B. fünfzehn
Sekunden, empfangen, deaktiviert die Steuerung den Fahrmotor und
startet den Rückwärtsbewegungszyklus,
um den Reiniger aus der Ecke oder einer anderen blockierten Position
rückwärts herauszufahren.
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In Übereinstimmung
mit herkömmlichen
Gestaltungsparametern hat der verbesserte Reiniger annähern neutralen
Auftrieb. Der Reiniger ist mit einer oder mehreren Wasserpumpen
versehen, die Schmutz und Abfall von der gereinigten Oberfläche ansaugen
und das Wasser durch eine oder mehrere Öffnungen in einer Richtung
abgeben, die eine Kraft erzeugt, die den Reiniger in Kontakt mit
der befahrenen Oberfläche
hält.
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Da
der Reiniger Schmutz und Abfall in seinem Filtersystem sammelt,
wird der Auftrieb des Reinigers kleiner, und die Kraft des aus der
Pumpe senkrecht abgegebenen Wassers kann die Schwenkdrehung des
Reinigers bei seinem Neupositionieren behindern oder stören, wenn
er eine Seiten- oder Endwand des Beckens oder Behälters erreicht.
Um diese Möglichkeit
auszuschließen,
ist die Steuerung mit einer Einrichtung versehen, um die Leistungsabgabe zum
Pumpenmotor so zu reduzieren, daß der Förderstrom und damit die Abwärtskraft
auf den Reiniger beim Drehvorgang verringert ist. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist der Förderstrom
oder die meßbare
Kraft bei Drehungen auf etwa 20 % der Kraft reduziert, die während des
Reinigungsbetriebs normalerweise erzeugt wird.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand der folgenden bevorzugten Ausführungsformen
näher beschrieben,
in denen gleiche Elemente die gleiche Bezugszahl tragen. Es zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht einer Ausführungsform
eines Beckenreinigers von oben, der in einem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendet wird;
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2 eine
schematische Draufsicht auf verschiedene Elemente, die dem Reiniger
von 1 zugeordnet sind;
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3 eine
Draufsicht auf ein Becken, die den erfindungsgemäßen Weg eines Beckenreinigers schematisch
zeigt;
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4 eine 3 ähnelnde
Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
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Diese
Aufgaben und weitere Vorteile werden durch die Erfindung gelöst bzw.
realisiert, die anhand von 1 beschrieben
wird, in der ein allgemein mit 10 bezeichneter Beckenreiniger
eine Abdeckung oder ein Körpergehäuse 12 aufweist,
an dem unabhängig
drehbare Fahreinrichtungen 14A und 14B angeordnet
sind. In der Ausführungsform
von 1 sind die Fahreinrichtungen 14 Walzenbürsten, die aus
einem geformten elastomeren Polymer, z. B. PVA, hergestellt sind,
das dem Reiniger gute Traktion an den aus Keramikfliesen bestehenden
Böden und Seitenwänden verleiht,
wenn der Reiniger so gestaltet ist, daß er die Seitenwände eines
Beckens oder Behälters
hochfährt.
Außerdem
können
die Walzenbürsten
aus einer Anordnung aus expandiertem Schaum oder anderen Materialien
aufgebaut sein, die in der Technik bekannt sind.
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Mit
weiterem Bezug auf 1 und die schematische Draufsicht
von 2 sind die Fahreinrichtungen 14 zur Drehung
auf Achsen 16 angeordnet, die sich über jedes Ende des Reinigers
quer erstrecken und in Scheiben 18 enden, die in dieser
Ausführungsform
außerhalb
der Walzen 14 befinden. Vorzugsweise sind die Scheiben 18 mit
Querrillen und Antriebsriemen 20 mit entsprechenden Vorsprüngen versehen,
die in die Rillen eingreifen, um für einen schlupffreien Antriebsstrang
von zwei drehzahlverstellbaren Motoren 30, vorzugsweise
bürstenlosen Gleichstrommotoren,
zu sorgen. Aufgrund des häufigen
Stoppens und Startens der Fahrmotoren 30 sowie ihrer Richtungsänderungen
ist es wichtig, daß der
Triebstrang zwischen den Fahrmotoren und den Fahreinrichtungen 14 ohne
Schlupf und Schub arbeitet.
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Mit
weiterem Bezug auf 1 ist die Abdeckung 12 mit
einer Pumpenförderöffnung 22 versehen,
mit deren Hilfe das durch eine Pumpe ausgestoßene gefilterte Wasser eine
Gegenkraft erzeugt, die die Fahreinrichtungen 14 in Kontakt
mit dem Boden oder in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mit
der Seitenwand des Beckens hält.
Darstellungsgemäß ist ein
schwimmfähiges
Stromkabel 24 an einem Griff 26 angebracht und
erstreckt sich von einer nicht gezeigten externen Stromquelle in
das Innere des Reinigergehäuses 12.
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Mit
erneutem Bezug auf 2 treiben die unabhängigen Fahrmotoren 30A und 30B die
Fahreinrichtungen 14A bzw. 14B an. Die Drehzahl und/oder
Richtung der Motoren 30 wird durch einen Mikroprozessor
oder eine programmierbare elektronische Steuerung 34 gesteuert,
die mit den Motoren durch Leiter 32 und in einer bevorzugten
Ausführungsform
auch mit einer Pumpe 36 durch Leiter 38 verbunden
ist. Die Steuerung 34 ist so programmiert, daß sie auf
Signale reagiert, die sie von einem oder mehreren Signalerzeugungssensoren 40 über Leiter 42 empfängt.
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Eine
besonders bevorzugte Konfiguration von Beckenreiniger, die zum Gebrauch
in der Erfindung abgewandelt und angepaßt werden kann, wird von Aqua
Products Inc., Cedar Groove, New Jersey unter der Bezeichnung und
Marke ULTRA-MAX vertrieben. Dieser Reiniger ist mit einem Paar motorbetriebener
Fahrwalzen versehen, die an jedem Ende des Reinigers achsgelagert
sind. In der für
die praktische Umsetzung der Erfindung erforderlichen Ausführungsform
müssen
die Fahreinrichtungen so getrennt angeordnet sein, daß die Walzen
an den entgegengesetzten Enden auf einer Seite des Reinigers durch
einen getrennt gespeisten und gesteuerten Fahrmotor angetrieben
werden. Anders gesagt werden die vordere und hintere Fahreinrichtung
auf der rechten Seite des Reinigers durch einen rechten Fahrmotor
angetrieben, und die vordere und hintere Fahreinrichtung auf der
linken Seite des Reinigers werden durch einen linken Fahrmotor angetrieben. Die
Drehzahl und Richtung der jeweiligen Fahrmotoren werden durch die
programmierbare Steuerung gesteuert. Ihrerseits reagiert die programmierbare Steuerung
auf Signale, die durch den einen oder die mehreren Signalerzeugungssensoren
gesendet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Paar Infrarotquellen-/Detektionssensoren 40 in
die entgegengesetzten Enden des Gehäuses 12 an einer Position
eingebaut, die der Längsachse
des Reinigers entspricht. Im Gebrauch hierin bedeutet die Längsachse
des Reinigers die Mittelachse entlang der Vorwärtsbewegungslinie des Reinigers.
Die Infrarotsensoren sollten auf oder sehr nahe an der Längsachse
plaziert sein, damit der reflektierte Strahl nicht detektiert wird,
sollte der Reiniger an einer Ecke des Beckens oder durch ein anderes
Hindernis im oder entlang dem Becken zum Stillstand kommen, von dem
aus der Reiniger die Bewegungsrichtung des Reinigers umkehrt, was
später
näher beschrieben wird.
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Mit
erneutem Bezug auf 1 ist als Alternative ein Flüssigkeitsdurchflußsensor 40 gezeigt,
der auf einer Außen fläche des
Reinigergehäuses 12 angeordnet
ist. Der Flüssigkeitsdurchflußsensor 40' kann mit einem
Laufrad 41 aufgebaut sein, das zur Drehung angeordnet ist,
wenn sich der Reiniger durch das Wasser bewegt, wodurch ein Strom-
oder eine andere, z. B. magnetische, Form von Signal erzeugt wird,
das durch die Steuerung 34 zur Verarbeitung empfangen wird.
Obwohl ein einzelner Quecksilberschalter verwendet werden kann,
können
in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein
oder mehrere Reservesensoren eingebaut sein, um das System bei Ausfall
oder Fehlfunktion eines der Sensoren mit einem Maß an Redundanz
zu versehen.
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Im
folgenden wird die praktische Umsetzung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung anhand von 3 beschrieben, in der eine Draufsicht
auf ein Becken schematisch gezeigt ist, in dem ein im Verfahren
der Erfindung verwendeter Beckenreiniger 10 plaziert ist.
Der Reiniger 10 ist in der linken unteren Ecke des Beckens
in der Darstellung von 3 plaziert und erfindungsgemäß so programmiert,
daß er
das Becken auf einer Geraden parallel zu einer Endwand 52 über einen
Boden 51 durchfährt.
Erreicht der Reiniger eine Wand 54, erzeugt ein Sensor 40 ein
Signal, das zur Steuerung 34 gesendet wird, die veranlaßt, daß beide
Fahrmotoren 30 deaktiviert oder gestoppt werden. In dieser
Ausführungsform
wird auf die Anordnung gemäß 2 Bezug
genommen. Der Fahrmotor 30B wird aktiviert, um die Fahreinrichtungen 14B in
Gegenrichtung zu der zu bewegen, die zum Durchfahren des Beckens
auf der ersten Etappe diente, und um dadurch den Reiniger von der
Wand 54 wegzubewegen. Bleibt der Fahrmotor 30A gestoppt,
vollzieht der Reiniger eine (Kehrt-)Wende oder 180°-Drehung
in einem Radius, der etwas größer als
die Breite des Reinigerkörpers 12 ist.
Um die 180°-Drehung
mit einem kürzeren
Radius zu vollziehen, kann der Fahrmotor 30A die Fahreinrichtungen 14A in
Richtung zur Wand 54 bewegen. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Fahrmotor 30A in diesem Modus betrieben, bis etwa die
Hälfte
oder 90° der
Drehung vollführt
ist. Diese Schrittfolge für
das Verfahren wird im folgenden beschrieben.
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In
einem ersten Schritt wird die Maschine gestartet, um sich zur Wand
zu bewegen. In einem zweiten Schritt bewegen sich die Fahrmotoren
in einer Richtung. In einem folgenden Schritt detektiert ein Infrarotsensor
die Wand. In einem vierten Schritt dreht der Fahrmotor A fünf Sekunden
in Gegenrichtung zum Fahrmotor B. Dadurch kann sich die Maschine
90° von
der Wand wegbewegen. Nur bei gegenläufiger Drehung der Motoren
wird die Drehzahl der Pumpe reduziert, um die nach unten wirkende Kraft
zu reduzieren, damit die Maschine frei drehen kann.
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In
einem fünften
Schritt nach fünf
Sekunden stoppt der Fahrmotor A, der sich nahe der Wand befindet,
und der Fahrmotor B, der von der Wand weiter entfernt ist, arbeitet
15 Sekunden in gleicher Richtung weiter. Während sich der Motor B zur
Wand bewegt, ist das Infrarotsensorprogramm deaktiviert.
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In
einem sechsten Schritt nach 15 Sekunden beginnt der Motor A, zusammen
mit dem Motor B in gleicher Richtung zur Wand zu arbeiten.
-
In
einem folgenden siebenten Schritt wird nur zu dieser Zeit der Infrarotsensor
reaktiviert, um die Wand zu detektieren. Detektiert der Infrarotsensor die
Wand, kehren die Fahrmotoren A und B um, wodurch sich der Beckenreiniger
zur anderen Seite des Beckens bewegt.
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In
einem achten Schritt trifft die Maschine an der anderen Beckenseite
ein. Der Infrarotsensor detektiert die Wand und wiederholt die gleichen
Folge.
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In
der Praxis des Verfahrens der Erfindung ist die Steuerung 34 so
programmiert, daß sie
den Fahrmotor 30A für
eine vorgeschriebene Zeitdauer aktiviert, wobei sich diese Zeit
für jeden
speziellen Reiniger und die im Becken angetroffenen Bedingungen
leicht bestimmen läßt und u.
a. von solchen Para metern wie der Drehzahl, mit der die Fahreinrichtungen
betrieben werden, der Größe der Fahreinrichtungen
und ihren Aufbaumaterialien und der Beschaffenheit der Beckenoberfläche abhängt.
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Hat
der Reiniger seine erste Wende an der Wand 54 vollzogen,
wird ein Signal durch den einen oder die mehreren Sensoren 40 erzeugt,
das zur Steuerung gesendet wird, die dann den Fahrmotor 30B deaktiviert
oder stoppt und danach beide Fahrmotoren aktiviert, um den Reiniger
auf einer Geraden von der Wand 54 wegzubewegen, die parallel
zur ersten Bahn ist und die den Reiniger zu einer Wand 54' bewegt.
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Erreicht
der Reiniger 10 die Wand 54', wird der Vorgang mit der wichtigen
Ausnahme wiederholt, daß der
Fahrmotor 30A während
der 180°-Wende des
Reinigers außen
liegt. Diese Folge von Drehungen ist für die erfolgreiche praktische
Umsetzung des Verfahrens der Erfindung wichtig, besonders in größeren Becken
und speziell in Wettkampfbecken, da es Verdrehen und enges Verwickeln
des schwimmenden Stromkabels vermeidet. Somit beträgt jedes Verdrehen
des Stromkabels höchstens
180°, und
wegen der abwechselnden Drehungen wird es regelmäßig wieder aufgedreht.
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Mit
fortgesetztem Bezug auf 3 setzt sich das regelmäßige parallele
Fahrmuster des Reinigers 10 bis zur letzten Teildrehung
in der rechten oberen Ecke fort, wo der Reiniger etwa die Hälfte oder
90° der
Drehung vollzieht, wenn er sich einer Endwand 52' nähert. Nähert sich
der Reiniger der Wand, erzeugt der Sensor 40 ein Signal,
das zur Steuerung 34 gesendet wird, die den Fahrmotor 30B stoppt.
Danach aktiviert die Steuerung beide Fahrmotoren, um den Reiniger 10 von
der Wand 52' auf
einer Geraden wegzubewegen, die parallel zur Wand 54 ist.
Erreicht der Reiniger die Endwand 52, beginnt er das Abtastmuster
von 180°-Wenden
und befährt
parallel den Beckenboden auf die zuvor beschriebene Weise. Führt die
letzte Fahrt des Reinigers zu einer Teildrehung in der linken unteren
Be ckenecke, ist der Reiniger gegenüber seiner ursprünglichen
Fahrt zwischen den Wänden 54' und 54 leicht
versetzt; beendet der Reiniger ähnlich
seine letzte Fahrt in der rechten unteren Beckenecke, wiederholt
er sein Fahrmuster in umgekehrter Richtung von rechts nach links
in dieser Darstellung.
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Ein
weiteres wichtiges Merkmal der Vorrichtung sowie des Verfahrens
der Erfindung ist in der schematischen Draufsicht von 4 veranschaulicht.
In dieser Darstellung hat der Reiniger 10 eine beliebige
Anzahl paralleler Fahrten zwischen den Wänden 54 und 54' beendet, allerdings
ist die letzte Drehung größer als
90°, aber
kleiner als 180°,
wodurch der Reiniger in der rechten oberen Ecke zum Stillstand kommt,
die durch die Wände 54 und 52 gebildet
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die am besten geeignet ist, den Reiniger auf einen
regelmäßigen Fahrweg
zurückzuführen, sind
der eine oder die mehreren Sensoren 40 Infrarot- oder Quecksilberschaltersensoren.
Befindet sich in jedem Fall der Reiniger 10 in der Position
A gemäß 4,
kann der Infrarotsensor nicht seinen reflektierten Strahl "sehen" und erzeugt daher
kein Signal, das zur Steuerung zu senden ist. Gleichermaßen kann der
mit einem Quecksilberschalter ausgestattete Reiniger keine Wand
hochklettern, und sein einer oder seine mehreren Quecksilberschalter
bleiben in der waagerechten Position. Um den Reiniger zu einem regelmäßigen Abtastmuster
zurückzuführen, ist
die Steuerung so programmiert, daß sie einen Zeitgeber zu Beginn
jeder Wende initiiert, und wird kein Signal innerhalb einer vorgeschriebenen
Zeitdauer empfangen, die zum Vollziehen einer Wende ausreichend wäre, stoppt
die Steuerung die Vorwärtsbewegung der
Fahreinrichtungen und reaktiviert dann die äußeren Fahreinrichtungen, die
in diesem Fall die Fahreinrichtungen 14B wären, für eine zweite
kürzere
vorbestimmte Zeitdauer, um die Längsachse
des Reinigers parallel zur Seitenwand 54 zu bringen, wobei
an diesem Punkt der Fahrmotor 30B deaktiviert oder gestoppt wird.
Danach aktiviert die Steuerung beide Fahrmotoren, um den Reiniger
von der Wand 52' wegfahren
zu lassen und einen Weg einzuschlagen, der dem von 3 ähnelt. Im
folgenden wird die in der Praxis dieses Verfahrens der Erfindung
verwendete Schrittfolge beschrieben.
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Bei
Eintreffen der Maschine an einer Ecke des Beckens beginnt sie in
einem ersten Schritt die Abtastfolge. Stoppt Motor A und beginnt
Motor B zu drehen, kann die Maschine an die andere Beckenwand stoßen bei
einem Winkel von 45° zur
Beckenecke anhalten. Steht die Maschine 45° zur Wand, detektiert in einem
zweiten Schritt der Infrarotsensor keine Wand. Detektiert nach 20
Sekunden der Infrarotsensor noch immer keine Wand, aktiviert der
Mikroprozessor sein sekundäres
Programm, das den Motoren A und Motor B signalisiert, fünf Sekunden
in Gegenrichtungen zu drehen. In einem dritten Schritt nach fünf Sekunden
drehen sich beide Motoren in gleicher Richtung, um das Abtastprogramm
fortzusetzen.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Erfindung ein Verfahren
bereitstellt, das den Boden eines Beckens in einem Muster systematisch
reinigt, das viel effizienter als jedes technisch bekannte Zufallsmuster
ist. Weiterhin ist der Einsatz eines Mikroprozessors oder einer
elektronischen programmierbaren Steuerung viel kostengünstiger
und sorgt für
erhebliche Kosteneinsparungen verglichen mit den gyroskopisch geleiteten
Reinigern des Stands der Technik. Im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche kann
die Erfindung zum Gebrauch in verschiedenen technisch bekannten
Reinigermodellen angepaßt
werden, die mit den Sensoren, Mikroprozessoren, Verdrahtungsänderungen und
bei Bedarf synchronisierbaren Motoren nachgerüstet werden können. Bei
Programmierung zum Abtasten gemäß dem Verfahren
der Erfindung wird Verwickeln oder Verdrehen des schwimmenden Stromkabels
vermieden oder so minimiert, daß es
zu keiner Störung
der vorgeschriebenen Abtastbewegung des Reinigers kommt.