Die Erfindung betrifft einen Saugkopf eines Staubsaugers gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit
einem aus Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil bestehenden Saugkopfgehäuse, welches eine bodenseitige Saugöffnung, eine Bürstenkammer und eine Turbinenkammer aufweist,
einer in der Bürstenkammer im Bereich der Saugöffnung angeordneten, rotierenden Saugreinigungsbürste,
einer in der Turbinenkammer angeordneten Gleichdruckturbine mit einem Kranz von Turbinenschaufeln in einem Trommelrotor, der über eine Transmission die Saugreinigungsbürste antreibt, und
einem an das Saugkopfgehäuse angeschlossenen Anschlussstutzen für das Sauggebläse mit nachgeschaltetem Staubfangbeutel,
wobei der Trommelrotor von dem durch das Sauggebläse erzeugten Saugluftstrom angetrieben ist,
der über die Saugöffnung in das Saugkopfgehäuse eintritt sowie die Bürstenkammer durchströmt und durch einen Zuströmkanal in die Turbinenkammer eintritt und die Turbinenkammer sowie den Anschlussstutzen durchströmt, wobei der Zuströmkanal in Arbeitsstellung des Saugkopfes unterhalb der Turbinenachse an die Turbinenkammer anschliesst, deren Turbinenkammerwand oberhalb und unterhalb des Trommelrotors den Trommelrotor mit geringem Abstandsspalt umschliesst.
Ein Saugkopf mit den beschriebenen Merkmalen ist aus DE-A 4 229 030 bekannt. Bei der bekannten Ausführung tritt der Saugluftstrom durch eine \ffnung in einer Gehäusezwischenwand, welche die Bürstenkammer von der Turbinenkammer trennt, in die Turbinenkammer ein und beaufschlagt den unteren, bis zur Nabe des Trommelrotors reichenden Abschnitt des Trommelrotors. Die abströmende Luft wird durch ein z-förmig gekrümmtes Bogenstück dem Anschlussstutzen zugeführt.
Bei einem aus US-A 4 307 485 bekannten Saugkopf ist der Zuströmkanal zwischen der Bürstenkammer und der Turbinenkammer venturiartig verjüngt und schliesst im Wesentlichen tangential an die Turbinenkammer an. Der Saugluftstrom tritt mit hoher kinetischer Energie in die Turbinenkammer ein. Der Trommelrotor weist eine becherförmige Beschaufelung, die am inneren Umfang geschlossen ist, auf. Der Durchmesser der Turbinenkammer ist deutlich grösser als der Durchmesser des Trommelrotors. Der Eintritt des Zuströmkanals in die Turbinenkammer ist als Mundstück ausgebildet, welches mit geringem Spiel an den Umfang des Trommelrotors herangeführt ist. Die aus der Turbinenkammer abströmende Luft gelangt über einen Sammelkanal zum Anschlussstutzen. Die Anordnung führt zu einem verhältnismässig voluminösen Saugkopf.
Die Luftführung ist ebenfalls verbesserungsbedürftig und mit Verlusten behaftet.
Bei einem aus DE-A 3 414 862 bekannten Saugkopf ist der Trommelrotor in dem Aufnahmeraum eines den Anschlussstutzen mit dem Saugkopfgehäuse verbindenden Kippgelenks angeordnet. Der Trommelrotor weist eine Beschaufelung auf, die sich bis zur Nabe erstreckt. Zwischen dem Trommelrotor und der Turbinenkammerwand ist ein Kanal bildender Zwischenraum für die durchströmende Luft vorhanden. Der energetische Wirkungsgrad auch dieser Anordnung ist verbesserungsbedürftig.
Bei einem weiteren, aus DE-C 4 105 336 bekannten Saugkopf besitzt der Zuströmkanal einen in die Turbinenkammer einmündenden, abgewinkelten, als Mundstück bezeichneten Endabschnitt, der radial zum Trommelrotor in die Turbinenkammer eintritt. Der Saugluftstrom tritt zum Anschlussstück hin radial aus dem Trommelrotor aus. Der Saugluftstrom passiert den Schaufelkranz zweimal in radialer Richtung. Insoweit wird ein umlenkfreier Strömungsverlauf verwirklicht (DE-C 4 105 336, Spalte 2, Zeilen 3 bis 6). Dadurch soll ein Leistungsgewinn gegenüber einer Ausführungsform erreicht werden (US 2 683 276), bei der die Turbinenschaufeln in sich gerade ausgebildet sind und mit ihrem freien Ende derart in Richtung des Innenraums des Innenrades weisen, dass sie tangential an einem konzentrisch zur Achse des Turbinenrades angeordneten Kreis anliegen.
Tatsächlich kann jedoch ein im Sinne der obigen Ausführungen umlenkfreier Strömungsverlauf einen Leistungsgewinn nicht bewirken, da die Turbine eine Gleichstromturbine darstellt, deren aerodynamischer Wirkungsgrad durch den Impulsaustausch zwischen dem Saugluftstrom und dem Trommelrotor bestimmt ist.
Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, einen Saugkopf des eingangs beschriebenen Aufbaus so weiter aus zubilden, dass ein hoher Impulsaustausch zwischen Saugluftstrom und Trommelrotor und folglich ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden, wobei der Saugkopf einen möglichst einfachen, kompakten Aufbau besitzen soll.
Zur Lösung dieses technischen Problems gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 lehrt die Erfindung, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Saugkopf, dass der Zuströmkanal in Strömungsrichtung einen Querschnitt aufweist, der im Bereich der Saugreinigungsbürste etwa dem Durchmesser der Saugreinigungsbürste entspricht und sich zum Eintritt in die Turbinenkammer venturiartig verengt, wobei der Zuströmkanal einerseits durch einen Bodenabschnitt des Gehäuseunterteils und andererseits durch eine an dem Gehäuseoberteil angeordnete Luftführungsfläche begrenzt ist, dass sowohl die Luftführungsfläche als auch der Bodenabschnitt des Zuführkanals tangential zum Umfang des Trommelrotors an die Turbinenkammer anschliessen und dass der Trommelrotor in einen Aufnahmeraum eines den Anschlussstutzen mit dem Saugkopfgehäuse verbindenden Kippgelenks eingesetzt ist,
wobei die Drehachse des Kippgelenks und die Achse des Trommelrotors zusammenfallen und wobei ein zylindersegmentförmiger Anschlusskopf des Anschlussstutzens mit geringem Abstandsspalt an den Umfang des Trommelrotors angepasst ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich bei der beschriebenen Gestaltung unterhalb der Achse des Trommelrotors und mit Abstand von diesem ein strömungsenergiereicher Saugluftstrom einstellt, der nach Massgabe der Turbinenkammerwand, die sich dem Umfang des Trommelrotors anschmiegt, umgelenkt wird und nicht radial, sondern im Kranzbereich der Turbinenschaufeln strömt und den Trommelrotor mit hohem Impulsaustausch antreibt. Im Ergebnis wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht. In aerodynamischer Hinsicht ist bei dem erfindungsgemässen Saugkopf die Gleichdruckturbine mit der Turbine aus der US 2 683 276 vergleichbar, jedoch erreicht die Erfindung durch Kombination der beschriebenen Merkmale auch gegenüber dieser Ausführungsform eine beachtliche Verbesserung.
Im Einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Ausgestaltung. Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung ist an das Gehäuseoberteil ein Gehäuseeinsatz angeschlossen, der sowohl die Luftführungsfläche als auch einen mit kleinem Abstandsspalt an den Trommelrotor angrenzenden Wandabschnitt der Turbinenkammer oberhalb der Mündung des Zuströmkanals bildet. Der Boden des Zuströmkanals ist vorzugsweise konvex und die Luftführungsfläche konkav gekrümmt. Das ermöglicht bei verhältnismässig kleinem Abstand zwischen der Bürstenkammer und der Turbinenkammer einen tangentialen Anschluss der Begrenzungswände des Zuströmkanals an die Turbinenkammer.
Die erfindungsgemässe Ausgestaltung bewirkt unter Ausnutzung des Venturieffektes eine Beschleunigung des Saugluftstromes und damit eine hohe Geschwindigkeit sowie folglich einen hohen Impuls des Saugluftstromes beim Auftreffen auf die Turbinenschaufeln und bei der Strömung des Saugluftstromes im Kranzbereich der Turbinenschaufeln.
In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, dass der Kranz aus Turbinenschaufeln an seinem inneren Umfang offen, von dem Saugluftstrom also durchströmbar, ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung lassen sich die Turbinenschaufeln auf unterschiedliche Weise so anordnen, dass ein hoher Impulsaustausch erreicht wird. Vorzugsweise sind die Turbinenschaufeln in Umlaufrichtung des Trommelrotors schräg gestellt und schaufelartig nach den Regeln der Aerodynamik gekrümmt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Saugkopf. Der in der Figur dargestellte Saugkopf gehört zu einem Staubsauger. Der Staubsauger wurde nicht gezeichnet.
Zum grundsätzlichen Aufbau des Saugkopfes gehören ein aus Gehäuseoberteil 1a und Gehäuseunterteil 1b bestehendes Saugkopfgehäuse 1, welches eine bodenseitige Saugöffnung 2, eine Bürstenkammer 3 und eine Turbinenkammer 4 aufweist. In der Bürstenkammer 3 ist im Bereich der Saugöffnung 2 eine rotierende Saugreinigungsbürste 5 angeordnet. Die Turbinenkammer 4 enthält eine Gleichdruckturbine 6 mit einem Kranz von Turbinenschaufeln 7 in einem Trommelrotor 8, der über eine Transmission die Saugreinigungsbürste 5 antreibt. An das Saugkopfgehäuse 1 ist ein Anschlussstutzen 9 für das nicht dargestellte Sauggebläse mit nachgeschaltetem Staubfangbeutel angeschlossen.
Der Trommelrotor 8 ist von dem Saugluftstrom angetrieben, den das Sauggebläse erzeugt und der über die Saugöffnung 2 in das Saugkopfgehäuse 1 eintritt sowie die Bürstenkammer 3 durchströmt und durch einen Zuströmkanal 10 in die Turbinenkammer 4 eintritt.
Der Zuströmkanal 10 schliesst in Arbeitsstellung des Saugkopfes unterhalb der Achse 11 des Trommelrotors 8 tangential zum Trommelrotor 8 an die Turbinenkammer 4 an und ist mit Tangen tialaustritt auf dem Umfang des Trommelrotors 8 gerichtet. Der Saugluftstrom strömt nach Massgabe der tangential zum Umfang des Trommelrotors 8 zum Anschlussstutzen 9 abgehenden Turbinenkammerwand zum Anschlussstutzen 9 hin ab. Die Turbinenkammerwand schmiegt sich dem Umfang des Trommelrotors 8 gleichsam an. Man erkennt in der Figur, dass der Zuströmkanal 10 in Strömungsrichtung einen Querschnitt aufweist, der im Bereich der Saugreinigungsbürste 5 etwa dem Durchmesser der Saugreinigungsbürste 5 entspricht und sich zum Eintritt in die Turbinenkammer 4 venturiartig verengt.
Der Zuströmkanal 10 ist einerseits durch einen Abschnitt des Gehäuseunterteils 1b und andererseits durch eine an dem Gehäuseoberteil 1a angeordnete Luftführungsfläche 14 begrenzt. Sowohl die Luftführungsfläche 14 als auch der Boden 13 des Zuströmkanals 10 schliessen tangential zum Umfang des Trommelrotors 8 an die Turbinenkammer 4 an. Der Boden 13 des Zuströmkanals 10 ist konvex und die Luftführungsfläche 14 konkav gekrümmt. Ferner entnimmt man der Figur, dass an das Gehäuseoberteil 1a ein Gehäuseeinsatz 15 angeschlossen ist, der sowohl die Luftführungsfläche 14 als auch einen mit kleinem Abstandsspalt an den Trommelrotor 8 angrenzenden Wandabschnitt 16 der Turbinenkammer 4 oberhalb der Mündung 12 des Zuströmkanals 10 bildet.
Aus der Figur ist auch ersichtlich, dass der Anschlussstutzen 9 durch ein Kippgelenk 17 mit dem Saugkopfgehäuse 1 verbunden ist. Das Kippgelenk 17 besteht aus im Schnitt kreisbogenförmig ausgebildeten Lagerflächen 18 an dem Gehäuseoberteil 1a sowie dem Gehäuseunterteil 1b und einem zylindersegmentförmigen Anschlusskopf 19 des Anschlussstutzens 9 mit korrespondierenden Gleitflächen. Der Trommelrotor 8 ist in den Aufnahmeraum des Kippgelenks 17 ein gesetzt, wobei die Drehachse des Kippgelenks 17 und die Achse 11 des Trommelrotors 8 zusammenfallen und wobei der Anschlusskopf 19 des Anschlussstutzens 9 mit geringem Spaltabstand an den Umfang des Trommelrotors 8 angepasst ist.
Der Kranz von Turbinenschaufeln 7 ist an seinem inneren Umfang offen, also von dem Saugluftstrom durchströmbar, ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführung der Erfindung sind die Turbinenschaufeln 7 in Umlaufrichtung schräg gestellt und schaufelartig, mit einem Tragflügelprofil, gekrümmt ausgebildet. Das unterstützt den Impulsaustausch. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, die Anordnung so zu treffen, dass die Turbinenschaufeln entgegen der Umlaufrichtung schräg gestellt sind. Diese Ausführungsform empfiehlt sich, wenn der beschriebene Abstandsspalt zwischen Turbinenkammerwand und Trommelrotor besonders eng ausgeführt ist.