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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Separator für
Staubsauger in Flüssigkeitsbadbauweise.
Durch das Flüssigkeitsbad
wird eine Vorseparierung und die Ablagerung des eingesaugten teilchenförmigen Materials
erreicht. Die Staubsauger sind den sogenannten Vakuumgeräten mit
Staubkontrolle zuzuordnen.
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Es sind verschiedene Ausführungen
von Staubsaugern bekannt, die in häuslicher und kommerzieller
Umgebung eingesetzt werden. Ihr gemeinsames Merkmal ist die Entwicklung
von Saugkraft, die zu einem Luftstrom führt, durch den unerwünschte Partikel
und bei einigen Ausführungen
auch Flüssigkeiten
in die Vakuumvorrichtung eingesaugt werden. Anschließend muss
die aufgenommene Luft von den eingesaugten Partikeln und der möglicherweise aufgenommenen
Flüssigkeit
getrennt werden. Nach Separierung der Partikel und der möglicherweise
vorhandenen Flüssigkeit
wird die Luft zurück
in die Umgebung ausgeblasen. Die teilchenförmigen Stoffe und die eventuell
vorhandene Flüssigkeit
sollte jedoch in dem Staubsauger verbleiben. Die Separierung von
Partikeln aus der Luft kann mittels mechanischer Filter erreicht
werden. Andererseits kann die Separierung von Partikeln und von
möglicherweise mitgeführter Flüssigkeit
aus der Luft durch ein Flüssigkeitsbad
(Filter) und einen speziellen Separator erreicht werden. Die sich
aus der Separierung ergebenden Vorteile und die Entsorgung von teilchenförmigen Stoffen
und der möglicherweise
eingesaugten Flüssigkeit
aus der Luft mit Hilfe eines Flüssigkeitsbades
besteht darin, dass die Flüssigkeit,
die üblicherweise
aus Wasser besteht, immer verfügbar
ist (mechanische Filter sind das nicht); vorteilhaft ist weiter,
dass Flüssigkeiten,
z.B. Reinigungsmittel, ebenso wie Partikel eingesaugt werden und
dass eine solche mit Vakuum arbeitende Reinigungsvorrichtung während ihres
Gebrauchs einen leichten Raumbefeuchtungseffekt aufweist. Ein bei
allen oben erwähnten
Staubsaugern in Flüssigkeitsbadbauweise
auftretendes Problem ist, dass außer den Partikeln auch die
von dem Luftstrom mitgerissene Flüssigkeit aus der Luft entfernt
werden muss. Bei der Mehrzahl der Staubsauger in Flüssigkeitsbadbauweise
wird die Separierung der Luft von den Partikeln und der mitgerissenen
Flüssigkeit
durch Zentrifugierung erreicht und zwar durch das weit geringere
spezifische Gewicht der Luft im Vergleich zu dem der Partikel oder der
Flüssigkeit.
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Staubsauger in Flüssigkeitsbadbauweise werden
z.B. in der
US 4 640 697 bzw.
DE 36 32 992 , in der
US 5 030 257 und in der
US 5 125 129 beschrieben.
Der Hauptnachteil dieser patentierten Lösungen, bei denen eine Separierung
von Partikeln und Flüssigkeit
von der Luft vorhanden ist, besteht indessen in der technisch aufwendigen
und unwirtschaftlichen Konstruktion der Separatoren.
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Aus der Veröffentlichung WO-92/03210 geht hervor,
dass die Separierung der Luft von den Partikeln in drei Stufen vorgenommen
wird. Während
des Durchgangs des Luftstromes durch die Flüssigkeitsfalle werden die größeren Partikel
benetzt und dort festgehalten. Kleinere Partikel werden durch den Luftstrom
in Richtung des Separators gezogen und verbinden sich auf ihrer
Oberfläche
mit mikroskopisch kleinen Tröpfchen.
Aufgrund der hohen Drehzahl des Separators (von 20.000 bis 25.000
U/min) werden sie zwangsläufig
zurück
in den Flüssigkeitsbehälter ausgestoßen. Die
kleinsten Partikel und die Mikro-Flüssigkeitströpfchen werden innerhalb des Separators
gefangen, wobei sie auf die Innenwand des Separators auftreffen
und zwar durch die Größe der zentrifugalen
Beschleunigung, die bis zu 12.000 g betragen kann. Diese dritte
und letzte Stufe der Separierung der Luft von Partikeln und der
Flüssigkeit führt innerhalb
des Separators zu einer Anhäufung von
Partikeln. Diese Partikel verstopfen die Schlitze in dem Separator,
wodurch die Leistungsfähigkeit des
Separators und ebenso die des ganzen Staubsaugers beeinträchtigt wird.
Der Separator bekommt dadurch eine Unwucht und beginnt zu vibrieren.
Die erwähnte
Anhäufung
von Partikeln im Inneren des Separators macht eine Reinigung des
Separators in regelmäßigen Abständen erforderlich.
Dies ist für den
Benutzer unbequem und möglicherweise
riskant, weil es die Abnahme des Separators erfordert. Während dieses
Vorgangs sollte das Weiterlaufen des Motors verboten sein, weil
dessen Rotation den Benutzer verletzen würde. Aus diesem Grunde ist
diese Lösung
zur Separierung der Luft von Partikeln und Flüssigkeit problematisch, insbesondere
mit Rücksicht
auf die Sicherheit des Benutzers und die Bedienbarkeit.
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Die Separierung wird bei der
US 5 902 386 in analoger
Weise gelöst
wie in der oben genannten WO 92/03210. Die Verbesserung besteht
in dem Verhältnis
von Schlitztiefe zur Schlitzbreite des Separators und einem Labyrinth,
das oberhalb des Separators angeordnet ist, das einen Gegenluftstrom
entwickelt und das Eintreten von Tröpfchen und Staubpartikeln in
die Innenzone des Saugturbine behindert.
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Der grundsätzliche und gemeinsame Nachteil
der in WO 92/03210 und
US 5 902
386 offenbarten Separatoren besteht in der Konstruktion
in Form eines konischen Korbes mit vertikal verlaufenden Schlitzen
in der Seitenwand des Separators. Die Seitenwand besteht aus einer
Vielzahl von Rippen, die durch Schlitze voneinander getrennt sind.
Wegen der hohen Drehzahl des Separators und der sich daraus ergebenden
erhöhten
Zentrifugalkraft, werden die Rippen und folglich die Seitenwand
konvex verformt. Durch die Deformation des Separators wird die Öffnungsweite
der Schlitze vergrößert, wodurch
der Separator seine Wirksamkeit verliert. Der Separator erhält dadurch
auch eine Unwucht und weist Vibrationen auf. Die einzige Möglichkeit,
diese Deformationen eines in der oben beschriebenen Weise konstruierten
Separators zu vermeiden, besteht in der Verstärkung der die Seitenwand bildenden
Rippen, wodurch aber die Öffnungsweite
der Schlitze verringert wird. Die Seitenwand wird dadurch verstärkt, die Schlitze
werden jedoch schmaler. Das Abnehmen der Schlitzbreite im Verhältnis zur
Rippenbreite führt zu
einer verringerten Durchlässigkeit
und zu einer verminderten Leistungsfähigkeit des Separators. Breitere
Rippen bedeuten auch einen vergrößerten Bereich
für die
Ablagerung von Staubpartikeln und anderen Verschmutzungen (Schmutzpartikel).
Mit Rücksicht
auf ihre Konstruktion sind Separatoren dieser Art weniger leistungsfähig und
verlieren sogar wegen der Anhäufung
von Staubpartikeln und anderen Schmutzstoffen an Leistungsfähigkeit.
Wie oben schon diskutiert wurde, ist somit eine regelmäßige Reinigung
notwendig.
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Eine interessante Lösung, die
auf einer vollständig
anderen Dreistufenseparierung aufbaut, wird in
US 5 908 493 beschrieben.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist die Konstruktion einer Staubsaugeranordnung mit einem Separator,
die eine hochwirksame Separierung von Partikeln und der mitgerissenen
Flüssigkeit
von dem Luftstrom sicherstellt und die Ablagerung von Staubpartikeln
und anderen Verunreinigungen auf dem Separator verhindert. Der Separator
ist nicht verformbar und vollständig
sicher. Das bedeutet, dass der Benutzer nicht gezwungen ist, irgendeines
der rotierenden Teile zu reinigen oder auf andere Weise zu warten. Folglich
ist der Separator für
den Benutzer nicht zugänglich.
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Ein anderes Ziel der Erfindung besteht
darin, auf einfache und zuverlässige
Weise das Eindringen von Flüssigkeitströpfchen,
Staubpartikeln und anderer Schmutzstoffe in die Turbinenzone zu
vermeiden.
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Die oben genannten Ziele werden in Übereinstimmung
mit dem unabhängigen
Patentanspruch der vorliegenden Erfindung erreicht.
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Die Erfindung wird detailliert anhand
des folgenden Ausführungsbeispiels
und der folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 eine
Ausführungsform
einer Anordnung mit einem Separator, einem Dichtungsring und einer
Turbine,
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2 eine
Ausführungsform
des Separators und des Dichtungsringes,
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3 eine
perspektivische Explosionsansicht des Separators und des Dichtungsringes,
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4 eine
teilweise Draufsicht auf den Separator,
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5 eine
teilweise Querschnittsansicht des Separators,
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6 eine
Querschnittsansicht der Turbinenschaufeln in Luftströmungslinien,
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7a eine
Draufsicht auf den Dichtungsring,
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7b eine
teilweise geschnittene Seitenansicht des Dichtungsrings,
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7c eine
perspektivische Ansicht des Dichtungsrings,
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8a eine
konische Ausführung
des Separators,
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8b eine
abgestufte konische Ausführung des
Separators, und
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9 den
Deckel über
der Turbinenzone zeigt.
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Der Staubsauger in Flüssigkeitsbadbauweise
arbeitet mit Hilfe einer Anordnung, die aus einem Separator 10,
einem Dichtungsring 11 und einer Turbine mit einem Motor 2 in
dem Gehäuse 1 besteht.
Im Prinzip wird der Staubsauger durch den Antrieb der Turbine 4,
den Dichtungsring 11 und den Separator 10 auf
der Welle 3 durch den Motor 2 betrieben. Die Anordnung
und die Wirkungsweise sind in 1 dargestellt.
Die Turbine 4 erzeugt eine Strömung, die als ein Gemisch 6 aus
Luft, Wassertröpfchen
und anderen Verunreinigungen in den Separator 10 strömt. Durch
die hohe Drehzahl des Separators 10 werden die Tröpfchen und
andere Verunreinigungen, die ein hohes spezifisches Gewicht aufweisen,
im wesentlichen daran gehindert, in das Innere des Separators 10 einzudringen.
Die Luft, die ein geringes spezifisches Gewicht aufweist, wird durch
das durch die Turbine 4 erzeugte Vakuum dazu veranlasst,
in den Separator 10 einzudringen, wo sie durch die Turbine 4 angesaugt
und dann, wie dies durch den Pfeil 8 gezeigt ist, in die
Umgebung ausgestoßen
wird. Die Tröpfchen
und andere Verunreinigungen, die zufällig in den Separator 10 eintreten,
werden in dem Separator in Drehung versetzt und dann durch Zentrifugierung,
wie dies der Pfeil 7 zeigt, aus dem Separator ausgestoßen. Es
ist wichtig, dass der Separator 10 und der Bereich 5 der
Turbine 4 derart miteinander verbunden sind, dass das Eindringen
des Luftstroms, von Tröpfchen
und Verunreinigungen durch die Schlitze 9 in den Bereich 5 der
Turbine 4 unterbunden wird. Dichtungen und andere Abdichtungen
sind wegen der Reibung und der Abnutzung ungeeignet. Erfindungsgemäß sind am
Boden des Deckels 1a Luftstromleiteinrichtungen 20 vorgesehen.
Diese Einrichtungen erzeugen durch die Rotation der Luft einen Druck,
der mit dem durch die Turbine erzeugten Luftdruck in dem Bereich 5 im
Gleichgewicht steht. Auf dem Innenumfang des Deckels 1a ist
ein Fortsatz 21 vorgesehen, der ein stabiles und zentrales
Festlegen des Deckels 1a an dem Gehäuse 1 ermöglicht, wie
dies noch in Verbindung mit 9 beschrieben wird.
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Die Konstruktion und die Funktion
des Separators werden mit Hilfe von 2 und 3 sowie 4, 5 und 6 veranschaulicht.
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Wie 2 zeigt,
ist der Separator 10 mit einem Boden 12, einem
zylindrischen Körper
mit Turbinenschaufeln 15 und einem Dichtungsring 11 versehen,
der mit Rücksicht
auf die Ausrichtung der Turbine am oberen Ende angeordnet ist. Die
aus dem Separator 10 und dem Dichtungsring 11 bestehende Anordnung
ist an der Welle des Motors 2 befestigt. Die Drehrichtung
wird durch den Pfeil 13 angezeigt.
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Nach 3,
die 2 entspricht, jedoch eine
Explosionsdarstellung zeigt, ist der Separator 10 mit einem
Boden 12 versehen, der den Separator 10 abschließt und es
ermöglicht,
den Separator 10 und den Dichtungsring 11 auf
der Welle 3 des Motors 2 zu befestigen. In diesem
Ausführungsbeispiel
besteht der Separator 10 aus vier übereinanderliegenden Segmenten,
die mittels Positionierverbindungen 18 aufeinander gesetzt
sind. In diesem Ausführungsbeispiel
bestehen die Positionierverbindungen 18 aus Vertiefungen,
die am unteren Teil des Segments des Separators 10 vorgesehen
sind, und aus Vorsprüngen
am oberen Teil des Segments; diese sind in entsprechender Weise
auch an dem Dichtungsring 11 und dem Deckel 1a vorhanden.
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Die 4 und 5 zeigen, ist das Segment
des Separators 10 als Turbinenrad ausgebildet, das an radialen
Haltern 17 eine Umfangsfläche 16 aufweist. Auf
der Umfangsfläche 16 sind
Turbinenschaufeln 15 gleichmäßig und annähernd radial verteilt, die
eine leichte Neigung des äußeren Teils
in der der Rotation entgegengesetzten Richtung aufweisen. Die Rotationsrichtung
ist durch den Pfeil 13 angezeigt. Die Rotation des Separators 10 und
das durch die Turbine erzeugte Vakuum bewirkt einen radialen Eintritt
von Luft in das Innere. Die Mehrheit der Tröpfchen, Staub und andere Verunreinigungen
werden aufgrund ihres hohen spezifischen Gewichts ausgestoßen. Die Tröpfchen,
der Staub und andere Verunreinigungen, die zufällig in das Innere des Separators 10 eindringen,
werden zusätzlich
durch die radialen Halter 17 in Drehung versetzt und zwischen
den Turbinenschaufeln 15 aus dem Separator 10 ausgestoßen. Die
Turbinenschaufeln 15 und die Umfangsfläche 16 haben ein aerodynamisches
Profil, das in einem Randbereich endet, der ähnlich dem Randbereich eines Flugzeugflügels ausgebildet
ist. Dadurch wird die Luftströmung
verbessert und die Ablagerung von Verschmutzungen wird behindert.
Bisher bekannte Konstruktionen zeigen im Vergleich zu der vorliegenden
Erfindung und in Bezug auf die Radialrichtung große Stirnseiten,
die zu einer nachteiligen Ablagerung von Verunreinigungen und zu
einer verschlechterten Luftströmung
führen.
Die Konstruktion der vorliegenden Erfindung weist auch eine hohe
mechanische Festigkeit auf, da die Umfangsfläche 16 an mehreren
Stellen von den radialen Haltern 17 und die Turbinenschaufeln 15 von
der Umfangsfläche 16 gehalten
sind. Der Separator ist deshalb keinen durch Zentrifugalkraft verursachten
Verformungen unterworfen. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Separator
aus Segmenten, die den Einsatz von einfachen Extrusionswerkzeugen
ermöglichen.
Eine veränderte
Anzahl von Segmenten ermöglicht
unterschiedliche Betriebshöhen
und eine sich daraus ergebende unterschiedliche Leistungsfähigkeit
des Separators 10. Natürlich
gehört
zur Erfindung auch ein Separator, der aus einem einzigen Teil besteht,
wobei wahlweise ein Dichtungsring 11 und ein Boden 12 eingeschlossen
ist.
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In 6 sind
zwei Turbinenschaufeln im Querschnitt sowie eine Computersimulation
von Luft-Strömungslinien
dargestellt. Mit Rücksicht
auf die Rotation der Turbinenschaufeln 15 in der Richtung 13 und
dem dadurch entstehenden Vakuum tritt die Luft zwischen die Turbinenschaufeln 15 ein
und wird verdichtet. Die Verunreinigungen werden jedoch annähernd in
Richtung 14 abgewiesen.
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Wie 7a, 7b und 7c zeigen, ist der Dichtungsring 11 in ähnlicher
Weise wie das Segment des Separators 10 hergestellt. Der
Dichtungsring 11 ist, ebenso wie das Segment des Separators,
mit radialen Haltern 17 sowie mit Positionierverbindungen 18 und
einem Ring 19 versehen. Der obere Umfang des Rings 19 hat
eine abgestufte Form, um den Schlitz 9 zwischen dem Deckel 1a und
dem Ring 19 und zwischen der Turbine 4 und dem
Ring 19 möglichst
klein zu halten, wie sich dies aus 1 ergibt.
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Entsprechend 9 und der Drehrichtung 22 der
Turbine 4 rotiert auch die Luft in der Turbine 4 in
der Richtung 22. Am Boden des Deckels 1a sind Luftstromleiteinrichtungen 20 in
Form von Fortsätzen vorgesehen,
die vom Umfang aus zum Radius hin geneigt verlaufen. Da die Luft
in der Turbine sich in Rotation befindet, wird sie durch die Luftstromleiteinrichtungen 20 gegen
den Radius gerichtet, nämlich gegen
den Schlitz 9. Folglich entwickelt sich über dem
Schlitz 9 ein Überdruck.
In dem Schlitz 9 gleicht sich der Druck aus und es wird
kein Luftstrom erzeugt. Die Fortsätze 21 am Innenumfang
des Deckels 1a ermöglichen
eine stabile und zentrische Befestigung des Deckels 1a an
dem Gehäuse 1 und gleichzeitig
das Ausstoßen
von Luft in die Umgebung, wie dies durch den Pfeil 8 in 1 gezeigt ist.
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Das in 9 gezeigte
Ausführungsbeispiel weist
fünf Luftstromleiteinrichtungen 20 auf.
Es versteht sich von selbst, dass innerhalb des Schutzumfangs der
Erfindung die Anzahl der Luftstromleiteinrichtungen 20 beliebig,
jedoch >1 ist.
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8a und 8b zeigen konische Ausbildungen
des Separators 10. Folglich schließt diese Erfindung auch einen
Separator 10 ein, der entgegen dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
nicht zylindrisch, sondern konisch ist, was bedeutet, dass der Radius des
Separators in Richtung auf den Deckel 1a zu abnimmt.
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Diese Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben. Natürlich
gehören
zu dieser Erfindung auch Konstruktionen, bei denen der Separator
radiale Halter 17 und aerodynamische Turbinenschaufeln 15 an
der Umfangsfläche 16 aufweist,
ohne Rücksicht
auf die Tatsache, dass der Separator aus einzelnen Segmenten, einem
Dichtungsring 11 und einem Boden 12, oder aus
einem einzigen Stück
oder aus einer anderen Kombination besteht. Es liegen auch Konstruktionen
innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, bei denen die Dichtung
durch einen Dichtungsring 11 in dem Schlitz 9 erreicht
wird und eine Luftstromleiteinrichtung 20 am Boden des Deckels 1a vorgesehen
ist.