DE10000984A1 - Vorrichtung zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid mit einer ersten Trennkammer zum Abtrennen von Grobteilchen, welche von einer Boden-, Wand- und Deckenfläche begrenzt wird, und einer zweiten Trennkammer zum Abtrennen von Feinteilchen, einem Einlass für mit Grob- und Feinteilchen beladenes Fluid in die erste Trennkammer, einem Auslass für vorgereinigtes, von Grobteilchen im Wesentlichen befreites Fluid aus der ersten Trennkammer, einem ersten Sammelbehälter für Grobteilchen, einem zweiten Sammelbehälter für Feinteilchen, wenigstens einem Fluidauslass für von Grob- und Feinteilchen im Wesentlichen befreites Fluid aus der zweiten Trennkammer sowie einer Saugvorrichtung und einem Rotationsantrieb. Erste und zweite Trennkammer sind räumlich voneinander getrennt und über den Auslass für vorgereinigtes Fluid miteinander in Verbindung. In der ersten Trennkammer ist exzentrisch in Richtung auf den Einlass für mit Teilchen beladenes Fluid hin verschoben ein drehbar gelagerter Rotationskörper angeordnet. In der Bodenfläche und/oder in der Wandfläche in einem der Bodenfläche benachbarten Bereich ist wenigstens eine Grobteilchen-Auslassöffnung vorhanden, welche die erste Trennkammer und den ersten Sammelbehälter für Grobteilchen miteinander verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid und einen Staubsauger, welcher diese Vorrichtung umfasst.

Herkömmliche Filtrationsvorrichtungen benutzen zum Abtrennen von Teilchen häufig Filtermaterialien, auf denen sich die Teilchen ablagern, während das Fluid durch den Filter hin­ durchgeht. Solche Vorrichten haben jedoch den Nachteil, dass der Filter durch die abgelagerten Teilchen allmählich ver­ stopft und gereinigt werden muss, da nicht mehr genügend Fluid durch den Filter hindurchtreten kann. Im Falle von her­ kömmlichen Staubsaugern, welche mit einem Staubbeutel ver­ sehen sind, ist bekannt, dass die Saugleistung im Laufe der Zeit abnimmt, wenn sich der Beutel mit Staub füllt. Nachtei­ lig ist zudem, dass mit dem Staub in den Staubbeutel gelangte Schimmelpilze sich dort vermehren können und beim Saugen Sporen in die Abluft gelangen und diese kontaminieren.

Um die Menge des von einem Staubbeutel aufzunehmenden Staubes zu verringern und so einen hohe Saugleistung über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten zu können, wird in der EP 0 757 536 B1 ein Staubsauger mit einem Vorabscheider vor­ geschlagen. Der Vorabscheider dient zum Abtrennen von groben Staubteilchen, so dass nur noch feinere Staubteilchen in einen Staubbeutel gelangen. In dem Vorabscheider ist ein schräg verlaufendes Rohr angeordnet, mit welchem die mit Grob- und Feinteilchen beladene aufgesaugte Luft in Richtung auf ein rotierendes kegelförmiges Sieb geführt wird. Auf der Außenfläche des Kegelsiebes sind Schaufelräder angeordnet, die durch die Rotation mit den Staubteilchen kollidieren und die groben Teilchen auf diese Weise in den Vorabscheider be­ fördern. Die feineren Teilchen gelangen mit dem Luftstrom durch die Öffnungen des Kegelsiebes hindurch in den Staub­ beutel, wo sie auf herkömmliche Weise gesammelt werden. Die­ ser Staubsauger hat jedoch den Nachteil, dass die Trennvor­ richtung für die groben Staubteilchen, also kegelförmiges Sieb mit Schaufelrad, räumlich nicht vom Sammelbehälter für die groben Staubteilchen getrennt ist. Dies führt einerseits dazu, dass die Staubteilchen im Vorabscheider immer wieder aufgewirbelt werden und sich so der Durchtritt gröberer Teil­ chen durch das Kegelsieb und damit ein Vordringen bis in den Staubbeutel nicht vollständig verhindern lässt. Zudem ist ein sauberes Entleeren des Vorabscheiders schwierig, da der Vor­ abscheider kompliziert geformt ist und bei seinem Öffnen die Trennvorrichtung freigelegt wird.

Es sind auch Staubsauger bekannt, welche ganz auf die Verwen­ dung von Staubbeutel verzichten. In der WO-A-98/10691 bei­ spielsweise ist ein Staubsauger beschrieben, der sich des Trennprinzips eines Zyklons bedient. Zyklone besitzen ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse, welches im unteren Be­ reich kegelförmig zuläuft. Die mit Teilchen beladene Luft wird im oberen Bereich des Gehäuses mit einer hohen Geschwin­ digkeit tangential zugeführt. Durch das mit sehr hoher Ge­ schwindigkeit einströmende Luft-Staub-Gemisch wird im Inneren des Zyklons eine Wirbelströmung induziert, durch welche schwerere Staubteilchen gegen die Gehäusewand gedrückt und dort abgebremst werden. Durch die Schwerkraft sinken sie in den trichterförmigen Bereich des Gehäuses nach unten. Dort werden die abgetrennten Teilchen gesammelt und von Zeit zu Zeit aus dem Gehäuse entfernt. Feine Teilchen können mit einem Zyklon nur schlecht abgetrennt werden, da die auf sie wirkende Zentrifugalkraft nicht groß genug ist. Um die Trenn­ wirkung zu erhöhen, werden häufig zwei Zyklone hintereinander geschaltet. Selbst in diesem Fall ist es jedoch kaum möglich, Teilchen mit einer Teilchengröße von unter 5 µm zuverlässig abzutrennen.

Auch der in der WO-A-98/10691 beschriebene Staubsauger be­ dient sich des Prinzips eines Doppelzyklons. Aus Platzgründen ist ein Zyklon zum Abtrennen von Grobteilchen konzentrisch außerhalb eines zweiten Zyklons zum Abtrennen feinerer Teil­ chen angeordnet. Dennoch ist die Anordnung immer noch relativ groß, da der trichterförmig zulaufende Sammelbereich der Zy­ klone lang genug sein muss, um zu verhindern, dass bereits abgelagerte Teilchen durch den zirkulierenden Luftstrom wie­ der aufgewirbelt werden. Trotzdem lässt sich nicht vollstän­ dig verhindern, dass aufgewirbelte Teilchen mit der Abluft aus dem Doppelzyklon hinausgelangen. Aus diesem Grund sind auch hier nachgeschaltete Vliesfilter notwendig, mit denen die aufgewirbelten Teilchen aufgefangen werden.

Nachteilig ist weiterhin, dass der Zyklon mit konstanter Ein­ strömgeschwindigkeit betrieben werden muss. Die Saugleistung lässt sich daher nicht regeln.

Auch bei dem in der WO-A-98/10691 beschriebenen Staubsauger besteht der Nachteil, dass die abgetrennten Teilchen in der Trennvorrichtung selbst gesammelt werden. Um die Teilchen auszuleeren, muss der Zyklon selbst geöffnet werden. Auch hier ist der abnehmbare Endbereich des Zyklons sehr kompli­ ziert geformt und entsprechend schwer vollständig zu entlee­ ren. Wenn der abgenommene Endbereich des Zyklons gründlich gereinigt werden soll, muss er ausgespült werden. Der Staub­ sauger kann dann jedoch erst wieder in Betrieb genommen wer­ den, wenn der abgenommene Endbereich vollständig getrocknet ist. Ein weiterer Nachteil des Zyklon-Staubsaugers besteht darin, dass er durch die erforderliche starke Beschleunigung der Luft, ohne welche ein Abtrennen kleinerer Teilchen voll­ kommen unmöglich wäre, sehr laut ist.

Es bestand daher ein Bedarf an einer Vorrichtung zum Abtren­ nen von Teilchen aus einem Fluid, welche auch in einem Staub­ sauger einsetzbar ist, mit welcher Grob- und Feinteilchen mit einem hohen Wirkungsgrad über einen langen Zeitraum hin abge­ trennt werden können, ohne dass die Vorrichtung deshalb kom­ pliziert aufgebaut oder sehr groß wäre. Die abgetrennten Teilchen sollten sich zudem auf einfache Weise aus der Vor­ richtung entnehmen lassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Vorrich­ tung anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Außerdem betrifft die Er­ findung einen Staubsauger, welcher die erfindungsgemäße Vor­ richtung umfasst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid weist eine erste Trennkammer zum Abtrennen von Grobteilchen auf, welche von einer Boden-, Wand- und Deckenfläche begrenzt wird. Durch einen Einlass wird der ers­ ten Trennkammer mit Grob- und Feinteilchen beladenes Fluid zugeführt. Von Grobteilchen im Wesentlichen befreites, vorge­ reinigtes Fluid wird durch einen Auslass aus der ersten Trennkammer herausgeführt. Die abgetrennten Grobteilchen wer­ den in einem ersten Sammelbehälter aufgefangen, der von der ersten Trennkammer getrennt ist und mit dieser über wenigs­ tens eine Grobteilchen-Auslassöffnung in Verbindung steht. Diese wenigstens eine Grobteilchen-Auslassöffnung befindet sich in der Bodenfläche und/oder in der Wandfläche in einem der Bodenfläche benachbarten Bereich der ersten Trennkammer. Die Abtrennung der Grobteilchen aus dem Fluid erfolgt mittels eines Rotationskörpers, welcher drehbar gelagert exzentrisch in Richtung auf den Einlass für das mit Teilchen beladene Fluid hin verschoben in der ersten Trennkammer angeordnet ist. Die Trennwirkung beruht darauf, dass der Rotationskörper von einem Rotationsantrieb in Drehung versetzt wird. Die durch den Einlass in die erste Trennkammer gelangten Teilchen prallen auf den Rotationskörper und werden von diesem wegge­ schlagen oder sie werden von diesem beschleunigt. Die größe­ ren Teilchen sinken durch die auf sie wirkende Schwerkraft nach unten, gelangen in den Bereich der wenigstens einen Grobteilchen-Auslassöffnung und fallen durch diese hindurch in den ersten Sammelbehälter. Sie sind dadurch der ersten Trennkammer entzogen und können durch die in der Trennkammer herrschende Strömung nicht mehr aufgewirbelt werden. Dadurch wird wirksam verhindert, dass grobe Teilchen zusammen mit den feineren Teilchen und dem Fluid aus der ersten Trennkammer hinausgelangen.

Feinteilchen, deren Masse gering ist - beispielsweise Teil­ chen mit einem Durchmesser von ≦ 2 mm, insbesondere Teilchen im Sub-Mikrometer-Bereich - sinken, abhängig von der variabel regelbaren Saugleistung, nicht nach unten und gelangen mit dem von der Saugvorrichtung angesaugten Fluid durch den Aus­ lass für vorgereinigtes Fluid aus der ersten Trennkammer hin­ aus. Dieser Auslass verbindet die erste Trennkammer mit einer von dieser räumlich getrennten zweiten Trennkammer. Diese zweite Trennkammer dient zum Abtrennen der Feinteilchen, wel­ che in einen zweiten Sammelbehälter befördert werden. Das von Grob- und Feinteilchen im Wesentlichen befreite Fluid gelangt durch wenigstens einen Fluidauslass aus der zweiten Trennkam­ mer hinaus.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass sich die Saugleistung nach Belieben einstellen lässt. Über die gezielte Regelung der Saugleistung ist es zudem mög­ lich, eine klar definierte Trennlinie für Grob- und Feinteil­ chen vorzugeben. Beispielsweise kann die Vorrichtung so ein­ gestellt werden, dass als Grobteilchen alle Teilchen mit ei­ ner Teilchengröße von ≧ 1,5 mm abgefangen werden, während kleinere Teilchen in den Feinstaubbehälter gelangen.

Durch die spezielle Anordnung der ersten Trennkammer mit dem exzentrisch angeordneten Rotationskörper sowie die räumliche Trennung von erster Trennkammer und dem Sammelbehälter für Grobteilchen, welche nur durch wenigstens eine Grobteilchen- Auslassöffnung im Bodenbereich oder dem Bereich der unteren Wandfläche der ersten Trennkammer miteinander in Verbindung stehen, gelingt eine sehr effektive Trennung von Fluid und Grobteilchen. Nicht nur kann wirksam verhindert werden, dass Grobteilchen mit dem Fluid in der Vorrichtung weiterge­ schleppt werden, in der zweiten Trennkammer landen und deren Wirkungsgrad verschlechtern, sondern die Entfernung der abge­ trennten Grobteilchen aus der Vorrichtung kann erheblich er­ leichtert werden. Zum Entleeren muss nur der Sammelbehälter geöffnet oder abgenommen werden, während die erste Trennkam­ mer mit der Trennvorrichtung verschlossen bleibt. Dies schützt die Trennvorrichtung vor unbeabsichtigten Beschädi­ gungen. Zudem kann der Sammelbehälter für Grobteilchen eine einfache Form erhalten, so dass er gut zu entleeren und zu reinigen ist. Um diesen Vorgang zu erleichtern, kann der Sam­ melbehälter mit einer Klappe oder einer herausnehmbaren Schublade versehen werden. Außerdem ist es aufgrund der ein­ fachen Formgebung möglich, in den Sammelbehälter eine Tüte oder eine sonstige herausnehmbare Auskleidung einzulegen. Dies hat den Vorteil, dass der Benutzer der Vorrichtung nicht mehr unmittelbar mit den abgetrennten Teilchen in Kontakt kommen kann. Außerdem wird ein Auffliegen der abgetrennten Teilchen beim Entleeren des Sammelbehälters wirksam verhin­ dert.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt zudem darin, dass versehentlich eingesaugte Teile wie Schmuck, Geldstücke, Spielsteine oder sonstiges Spielzeug, Nägel, Schrauben usw. leicht und ohne Verschmutzung mit Fein­ staub aus dem Grobteilchenbehälter entnommen werden können. Das frühzeitige Entfernen grober und spitzer Gegenstände wie Nägel verhindert zudem, dass nachgeschaltete Teile der Vor­ richtung - also zum Beispiel ein Staubbeutel für Feinstaub - beschädigt werden.

Durch die exzentrische Anordnung des Rotationskörpers in der ersten Trennkammer, welcher in Richtung auf den Einlass für mit Teilchen beladenes Fluid hin verschoben ist, können für die Trennung besonders günstige Strömungsbedingungen in der ersten Trennkammer erreicht werden. Der Rotationskörper kann sehr einfach ausgebildet sein. Vorzugsweise besitzt er eine geschlossene Außenumfangsfläche und ist insbesondere trommel­ förmig ausgebildet. Zweckmäßig ist weiterhin, wenn sich der Rotationskörper im Wesentlichen über die gesamte Höhe der ersten Trennkammer erstreckt.

Die Anströmung des Rotationskörpers mit Grob- und Feinteil­ chen enthaltendem Fluid kann entweder direkt auf den Rotati­ onskörper erfolgen oder tangential zu diesem, dann zweckmäßig derart, dass das Fluid in Richtung der Rotationsrichtung des Rotationskörpers zugeführt wird.

Günstig für eine effektive Trennung ist außerdem, wenn sich der Auslass vorzugsweise entweder in der Deckenfläche der er­ sten Trennkammer oder in einem nahe der Deckenfläche befind­ lichen Abschnitt der Wandfläche befindet. Ist der Auslass na­ he dem Rotationskörper in einem Bereich der ersten Trennkam­ mer angeordnet, in welchem durch die exzentrische Anordnung dieses Körpers der Strömungsquerschnitt verengt ist, kann sich die dadurch erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des mit Feinteilchen belandenen Fluids positiv auf dessen Herausfüh­ rung aus der ersten Trennkammer auswirken. Es ist aber auch eine Anordnung des Auslasses in einem Bereich der Trennkammer möglich, welcher sich, vom Einlass aus gesehen, jenseits des Rotationskörpers befindet.

Auch die wenigstens eine Grobteilchen-Auslassöffnung befindet sich zweckmäßig auf der dem Einlass abgewandten Seite des Rotationskörpers. Besonders bevorzugt erstreckt sie sich in der Bodenfläche um einen Abschnitt der Außenumfangsfläche des Rotationskörpers herum in Richtung auf die Wandfläche der ersten Trennkammer hin. Hierdurch wird gewährleistet, dass praktisch alle schweren Teilchen, welche in die erste Trenn­ kammer hineingelangen, durch die Grobteilchen-Auslassöffnung in den Sammelbehälter für Grobteilchen fallen.

Durch die exzentrische Anordnung des Rotationskörpers herr­ schen in der ersten Trennkammer unterschiedliche Strömungsge­ schwindigkeiten. Da die Grobteilchen-Auslassöffnung bei der vorstehend beschriebenen Anordnung im strömungsberuhigten Be­ reich liegt, führt dies zu einer Verlangsamung der Grobteil­ chen oberhalb der Grobteilchen-Auslassöffnung, was das Abset­ zen dieser Teilchen weiter fördert.

Die Trennung von Grobteilchen und mit Feinteilchen beladendem Fluid kann dadurch weiter verbessert werden, dass zwischen dem Auslass für das vorgereinigte Fluid und der wenigstens einen Grobteilchen-Auslassöffnung eine Prallfläche angeordnet ist. Zweckmäßig verläuft diese Prallfläche schräg über die wenigstens eine Grobteilchen-Auslassöffnung hin in Richtung auf die Deckenfläche. Sie kann beispielsweise an der Boden­ fläche oder der Wandfläche der ersten Trennkammer befestigt sein. Durch diese Anordnung werden auf die Prallfläche auf­ treffende Grobteilchen gezielt in die Auslassöffnung und von dort in den Sammelbehälter gelenkt.

Das durch den Auslass für vorgereinigtes Fluid herausge­ führte, mit Feinteilchen beladene Fluid wird der zweiten Trennkammer zweckmäßig über eine Öffnung in deren Seitenbe­ grenzung zugeführt. Die genaue Position der Einmündung des Auslasses in die zweite Trennkammer wird vor allem vom Platz­ bedarf der Vorrichtung und den gewünschten Strömungsverhält­ nissen in der zweiten Trennkammer bestimmt.

Das Abtrennen der Feinteilchen in der zweiten Trennkammer kann nach verschiedenen Prinzipien erfolgen. Eine besonders einfache Möglichkeit besteht darin, den Sammelbehälter für Feinteilchen in der zweiten Trennkammer anzuordnen und diesen als Staubbeutel auszubilden. In diesem Fall erfolgt das Ab­ trennen von Feinteilchen also nach dem Prinzip eines herkömm­ lichen Staubsaugers. Gegenüber diesem hat die erfindungsge­ mäße Vorrichtung jedoch den Vorteil, dass grobe Teilchen be­ reits vor dem Erreichen der zweiten Trennkammer effektiv abgetrennt wurden und sich dadurch die Menge des vom Staub­ beutel aufzunehmenden Staubes erheblich reduziert hat. Durch die Verminderung der Staubmenge, welche in der zweiten Trenn­ kammer vom Staubbeutel aufgenommen werden muss, kann die Saugleistung über einen erheblich längeren Zeitraum auf hohem Niveau aufrechterhalten werden. Das Entleeren der zweiten Trennkammer kann auf herkömmliche Weise wie bei einem Staub­ sauger erfolgen und ist daher sehr einfach.

Die Saugvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann grundsätzlich entsprechend einer Saugvorrichtung des Standes der Technik ausgebildet sein. Geeignet ist beispielsweise ein herkömmliches Staubsaugergebläse mit Ventilator. Im Falle der vorstehend beschriebenen Variante mit Staubbeutel in der zweiten Trennkammer wird die Saugvorrichtung zweckmäßig stromabwärts von erster und zweiter Trennkammer angeordnet. Es sind jedoch auch andere Positionen der Saugvorrichtung denkbar.

In der im Folgenden beschriebenen weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Laufrad (Ventilator) zum Fördern und Beschleunigen des Fluids in der zweiten Trennkammer angeord­ net. Dieses Laufrad kann als einzige Saugvorrichtung der ge­ samten erfindungsgemäßen Vorrichtung dienen. Alternativ ist es möglich, eine oder mehrere zusätzliche Saugvorrichtungen in der Vorrichtung anzuordnen. Das Laufrad befindet sich im oberen Bereich der zweiten Trennkammer, welche eine Boden­ platte, eine Seitenbegrenzung sowie einen von der Bodenplatte entfernt gelegenen oberen Bereich aufweist, indem - wie ge­ sagt - das Laufrad befestigt ist. Mit einem Abstand zur Bo­ denplatte und Seitenbegrenzung ist in der zweiten Trennkammer ein Filterelement angeordnet, dessen von der Bodenplatte ab­ gewandtes Ende mit dem Fluidauslass für das von Teilchen im wesentlichen befreite Fluid in Verbindung steht.

Durch Rotation des Laufrades wird das mit Feinteilchen be­ ladene Fluid in der zweiten Trennkammer erneut beschleunigt und verwirbelt. Die verwirbelten Teilchen prallen von dem Filterelement ab und werden nach außen geschleudert, wo sie in den Bereich wenigstens einer Feinteilchen-Auslassöffnung gelangen, welche im Bereich der Seitenbegrenzung oder der Bo­ denplatte der zweiten Trennkammer angeordnet ist. Über diese wenigstens eine Feinteilchen-Auslassöffnung steht die zweite Trennkammer mit einem zweiten Sammelbehälter in Verbindung, welcher die Feinteilchen aufnimmt. Das von den Feinteilchen im wesentlichen befreite Fluid tritt dagegen durch das Filte­ relement hindurch und gelangt zur Fluid-Auslassöffnung.

Eine derartige Trennvorrichtung, welche die Verwirbelung der Teilchen zum Trennen einsetzt, ist bereits von der Anmelderin in der deutschen Patentanmeldung Nr. 199 38 774.5 beschrie­ ben. Es können grundsätzlich sämtliche beschriebenen Varian­ ten dieser Anmeldung für die Stufe des Abtrennens von Fein­ teilchen in der nun beschriebenen Vorrichtung verwendet wer­ den. Besonders geeignet sind die dort in Zusammenhang mit Fig. 2, 4, 5 und 6b beschriebenen Ausführungsformen. Alle be­ schriebenen Varianten weisen einen Sammelbehälter auf, wel­ cher von der eigentlichen Trennvorrichtung räumlich getrennt ist. Es stellen sich somit die eingangs im Zusammenhang mit der ersten Trennkammer beschriebenen Vorteile ein.

Ein weiterer Vorteil der Wirbelkammer-Trennvorrichtungen be­ steht darin, dass kein Staubbeutel oder ein sonstiges Filter­ material verwendet wird, auf welchem sich Staubteilchen ab­ lagern. Die Saugleistung vermindert sich deshalb im Laufe der Zeit nicht. Im Unterschied zu herkömmlichen Staubsaugern muss die von der Vorrichtung angesaugte Luft auch nicht die Sam­ melbehälter passieren, so dass eine Anreicherung mit in den Sammelbehältern vorhandenen Sporen weitestgehend vermieden werden kann.

In einer besonders einfachen Variante des Wirbelkammer-Trenn­ prinzips ist das Filterelement in der zweiten Trennkammer ein in Richtung auf die Bodenplatte hin offenes Rohr. Um die Trennwirkung zu erhöhen, kann dieses drehbar gelagert sein, wobei die Abtrennung der Feinteilchen dadurch unterstützt wird, dass diese durch den rotierenden Körper weggeschlagen werden.

In einer anderen Variante des Wirbelkammer-Trennprinzips weist ein drehbar gelagertes und im Betrieb rotierendes Fil­ terelement auf seiner Außenumfangsfläche eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen auf. Sein der Bodenplatte zugewandtes En­ de ist verschlossen. Besonders bevorzugt sind die Durchgangs­ öffnungen Längsschlitze, welche sich auf einer Zylinder­ mantelfläche parallel zur Rotationsachse des Filterelements befinden. Von besonderem Vorteil handelt es sich bei dem Fil­ terelement um einen trommelförmigen Gitterkäfig mit entlang der Zylindermantelfläche angeordneten, parallel zur Rotati­ onsachse verlaufenden Längsstäben.

Eine weitere Ausgestaltungsform der zweiten Trennkammer äh­ nelt der vorstehend beschriebenen Wirbelkammer, jedoch ist - anstelle des im oberen Bereich der zweiten Trennkammer ange­ ordneten Laufrades - die Saugvorrichtung in das rotierende Filterelement integriert. Das hier verwendete Filterelement könnte grundsätzlich als Doppelrotor bezeichnet werden. Wie im Falle der Wirbelkammer weist die Außenumfangsfläche des rotationssymmetrischen Filterelements eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen auf. Insgesamt kann das Äußere des Dop­ pelrotor-Filterelements dem des Filterelements der Wirbelkam­ mer entsprechen. Im Inneren des Filterelementes sind jedoch zusätzlich als Saugvorrichtung dienende, im Wesentlichen par­ allel zur Rotationsachse verlaufende, sich vom Außenumfang in das Innere des Filterelements erstreckende Leitflügel ange­ ordnet. Diese Leitflügel sind so geformt, dass sie beim Ro­ tieren des Filterelements Fluid in das Innere des Filterele­ mentes fördern und von dort stromab in Richtung auf den we­ nigstens einen Fluid-Auslass der zweiten Trennkammer, welcher mit dem Inneren des Filterelements in Verbindung steht.

Die Trennwirkung beruht darauf, dass Teilchen von der Außen­ umfangsfläche des rotierenden Filterelements getroffen und nach außen weggeschlagen werden, während das Fluid durch die rotierenden Leitflügel ins Innere des Filterelements beför­ dert und von dort zum wenigstens einen Fluid-Auslass weiter transportiert wird.

Die vom rotierenden Filterelement weggeschlagenen Teilchen fallen in die wenigstens eine Feinteilchen-Auslassöffnung, welche - wie schon im Falle der Wirbelkammer-Anordnung - in einem Seitenbegrenzungs- oder Bodenbereich der zweiten Trenn­ kammer ausgebildet ist und in einen zweiten Sammelbehälter für Feinteilchen mündet.

Bine derartige Doppelrotor-Trennvorrichtung ist im Detail von der Anmelderin in der deutschen Patentanmeldung Nr. 199 38 769.9 beschrieben. Weitere Details können also dieser Anmel­ dung entnommen werden. Besonders geeignet ist die dort in Fig. 5 beschriebene Anordnung.

Zum Abtrennen der Feinteilchen in der zweiten Trennkammer kann auch ein rotierendes Filterelement verwendet werden, wie es bereits grundsätzlich in Zusammenhang mit der Wirbelkammer-Trennung beschrieben wurde. Der Unterschied zur Wirbel­ kammer-Anordnung besteht lediglich darin, dass in der zweiten Trennkammer kein Laufrad angeordnet ist. Ansonsten ist die zweite Trennkammer grundsätzlich wie im Falle der Wirbelkam­ mer ausgebildet. Das rotationssymmetrische Filterelement be­ sitzt eine Außenumfangsfläche mit einer Vielzahl von Durch­ gangsöffnungen. Besonders bevorzugt ist der bereits beschrie­ bene Gitterkäfig mit parallelen Längsstäben. Das Innere des Filterelements steht mit dem wenigstens einen Fluid-Auslass der zweiten Trennkammer in Verbindung. Auch hier beruht das Trennprinzip darauf, dass Teilchen, welche in den Bereich des rotierenden Filters gelangen, mit diesem kollidieren und von ihm weggeschlagen werden, während von Teilchen befreites Fluid in das Innere des Filterelementes hindurchtreten kann. Dieses Trennprinzip und die dazugehörigen Filterelemente sind grundsätzlich bereits in der EP-A-0 748 645 der Anmelderin beschrieben.

Bevorzugt erstreckt sich das rotierende Filterelement im Wesentlichen über die gesamte Höhe der zweiten Trennkammer.

In denjenigen Fällen, in welchen die abgetrennten Teilchen durch Feinteilchen-Auslassöffnungen aus der zweiten Trennkam­ mer heraus in den zweiten Sammelbehälter befördert werden sollen, kann es zweckmäßig sein, den Grundriss der zweiten Trennkammer asymmetrisch auszugestalten und die wenigstens eine Feinteilchen-Auslassöffnung in möglichst großem Abstand zum Filterelement anzuordnen. Auf diese Weise können die Feinteilchen der Auslassöffnung besonders gezielt zugeführt werden. Geeignete asymmetrische Grundrisse sind beispielswei­ se oval oder schneckenförmig.

Eine besonders effektive und raumsparende Anordnung der er­ findungsgemäßen Vorrichtung kann erreicht werden, wenn der Rotationsantrieb der Vorrichtung zum Antreiben mehrerer rotierender Elemente verwendet wird. So können beispielsweise Rotationskörper und Saugvorrichtung (Ventilator) von derselben Rotationsvorrichtung angetrieben werden. Außerdem ist es möglich, Rotationskörper und Filterelement der zweiten Trenn­ kammer mit demselben Rotationsantrieb zu drehen, oder auch Rotationskörper, Filterelement und Saugvorrichtung insgesamt von einer Vorrichtung antreiben zu lassen. Zweckmäßig sind dazu die rotierenden Elemente auf derselben Rotationsachse angeordnet.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben werden. Darin zeigen schematisch

Fig. 1a eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung im Querschnitt;

Fig. 1b die Vorrichtung gemäß Fig. 1a entlang der Linie A-A geschnitten in Draufsicht;

Fig. 2 bis 4 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den im Zusammenhang mit Fig. 1a und 1b beschriebenen Ansichten.

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Abtren­ nen von Teilchen aus einem Fluid dargestellt. Bei dem Fluid kann es sich sowohl um ein Gas als auch um eine Flüssigkeit handeln. Vorzugsweise dient die Vorrichtung jedoch zum Ab­ trennen von Teilchen aus Luft. Die Vorrichtung 1 umfasst eine erste Trennkammer 2, eine zweite Trennkammer 4 sowie einen ersten und zweiten Sammelbehälter 8 bzw. 9.

Die mit Grobteilchen 3 und Feinteilchen 5 beladene Luft (dargestellt durch die schwarzen Pfeile) wird der ersten Trennkammer 2 durch den Einlass 6 zugeführt. Dieser Einlass mündet in einen unteren Bereich der Wandfläche 22 der ersten Trennkammer 2. Nahe diesem Einlass 6 ist ein Rotationskörper 13 angeordnet, der in der ersten Trennkammer 2 exzentrisch angeordnet ist. Der Rotationskörper 13 ist im Wesentlichen trommelförmig ausgebildet, weist eine geschlossene Außenum­ fangsfläche 15 auf und wird von einem Rotationsantrieb 12 in Rotation versetzt. Die auf den Rotationskörper 13 aufprallen­ den Grob- und Feinteilchen 3, 5 werden von der Außenumfangs­ fläche 15 des Körpers weggeschlagen und gelangen dadurch so­ wie durch die Strömung innerhalb der zweiten Trennkammer in den Bereich jenseits des Einlasses 6. Auf ihrem Weg sinken die Grobteilchen 3 dabei aufgrund der Schwerkraft und der re­ duzierten Strömungsgeschwindigkeit nach unten, während die Feinteilchen 5 mit geringerer Masse vom Fluid weitergetragen werden. Die Grobteilchen 3 setzen sich ab und fallen in eine Grobteilchen-Auslassöffnung 14, welche sich entlang des Au­ ßenumfangs des Rotationskörpers 13 in Richtung auf die hin­ tere Wandfläche 22 der Trennkammer 2 hin erstreckt (Fig. 1a). Durch die Grobteilchen-Auslassöffnung 14 gelangen die Grob­ teilchen 3 in den ersten Sammelbehälter 8. Von hier können sie aus der Vorrichtung entnommen werden.

Die von den Grobteilchen befreite Luft (gekennzeichnet durch die schraffierten Pfeile) wird durch den Auslass 7 für vorge­ reinigtes Fluid aus der ersten Trennkammer 2 heraustranspor­ tiert. Für den Transport des Fluids sorgt die Saugvorrichtung 11, welche im oberen Bereich der Vorrichtung angeordnet ist. Der Auslass 7 mündet durch eine Öffnung in der Seitenbegren­ zung 19 in die zweite Trennkammer 4. Hier werden die Fein­ teilchen 5 vom Fluid getrennt. Dies geschieht mit Hilfe eines rotierenden Filterelementes 18, welches als trommelförmiger Gitterkäfig mit entlang der Außenumfangsfläche verlaufenden parallelen Längsstäben ausgebildet ist. Während die Feinteil­ chen 5 mit den Längsstäben des rotierenden Filterelementes 18 kollidieren und nach außen geschlagen werden, tritt das von Feinteilchen im Wesentlichen befreite Fluid (weiße Pfeile) in das Innere des Filterelementes 18 hinein. Von dort gelangt es durch einen Fluid-Auslass 10 aus der zweiten Trennkammer 4 heraus und wird zum Äußeren der Vorrichtung befördert.

In der zweiten Trennkammer 4 ist in der Wandfläche 22 eine Feinteilchen-Auslassöffnung 17 vorgesehen, über welche die zweite Trennkammer mit einem zweiten Sammelbehälter 9 für die Feinteilchen 5 in Verbindung steht. Durch die Kollision mit dem rotierenden Filterelement sowie durch die Strömung inner­ halb der zweiten Trennkammer werden die Feinteilchen in die­ sem zweiten Sammelbehälter befördert und können von dort ent­ nommen werden.

In Fig. 2a und b ist eine Vorrichtung 1 dargestellt, welche in ihren wesentlichen Bestandteilen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 entspricht. Zusätzlich ist jedoch in der ersten Trenn­ kammer 2 eine Prallfläche 16 vorhanden, welche auf der Boden­ fläche 21 befestigt ist und schräg zwischen Grobteilchen-Aus­ lassöffnung 14 und Auslass 7 für vorgereinigtes Fluid in Richtung auf die Deckenfläche 23 hin verläuft. Die Prallflä­ che 16 verbessert die Trennung von Grobteilchen 3 und Fein­ teilchen 5. Von dem Rotationskörper 13 weggeschlagene Grob­ teilchen prallen auf die Prallfläche 16 und werden so gezielt in die Grobteilchen-Auslassöffnung 14 gelenkt.

Außerdem unterscheiden sich die Vorrichtungen in der Anord­ nung von Einlass 6 und Auslass 7. Die Anströmung des Rotati­ onskörpers 13 erfolgt hier tangential, und das einströmende Fluid wird in Rotationsrichtung gegen den Uhrzeigersinn be­ schleunigt. Eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit im Ein­ strömbereich wird zudem dadurch erhalten, dass der Rotations­ körper exzentrisch in der Trennkammer angeordnet ist, so dass der Bereich um den Einlass 6 gegenüber dem restlichen Bereich der Kammer verengt ist. Dagegen ist die Strömungsgeschwindig­ keit im übrigen Bereich der Kammer, wo sich auch die Grob­ teilchen-Auslassöffnung 14 befindet, geringer. Dadurch werden die Grobteilchen hier zusätzlich abgebremst und fallen in die Auslassöffnung 14.

Die Feinteilchen setzen sich hingegen nicht ab und werden von der Saugvorrichtung 11 mit dem Fluid in Richtung zum Auslass 7 für vorgereinigtes Fluid weitergesogen. Die Anordnung des Auslasses 7 im verengten Bereich der ersten Trennkammmer 2, oberhalb des Einlasses 6, führt zu einer Beschleunigung des vorgereinigten Fluids, was sich auf dessen Weitertransport positiv auswirkt.

Die in Fig. 3a und b dargestellte Vorrichtung ist eine Ab­ wandlung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, welche sich von letzterer in der Ausgestaltung der zweiten Trennkammer unter­ scheidet. Hier ist der zweite Sammelbehälter 9 für die Fein­ teilchen 5 innerhalb der zweiten Trennkammer 4 angeordnet. Der zweite Sammelbehälter 9 ist als Staubbeutel ausgebildet, wie er von herkömmlichen Staubsaugern bekannt ist. Im Unter­ schied zu den Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und 2 nimmt in die­ sem Fall die Saugleistung durch die zunehmende Verstopfung des Staubbeutels mit Feinteilchen allmählich ab. Jedoch ist diese Abnahme der Saugleistung deutlich geringer als bei her­ kömmlichen Staubsaugern, da die Grobteilchen 3 bereits zuvor effektiv abgetrennt wurden. Dafür ist der Aufbau der Vorrich­ tung jedoch besonders einfach.

Zusätzlich ist zudem eine Prallfläche 16 wie in der Vorrich­ tung gemäß Fig. 2 vorhanden.

Die in Fig. 4a und b beschriebene Vorrichtung unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 3 in der Anordnung der Rotati­ onsantriebe. Während in allen vorangegangenen Vorrichtungen der Rotationskörper 13 und die Saugvorrichtung 11 (und, falls vorhanden, das rotierende Filterelement 18) von derselben Ro­ tationsvorrichtung 12 angetrieben wurden, sind nun zwei ge­ trennte Antriebe vorhanden. Auf diese Weise wird es möglich, die Drehzahl des Rotationsantriebs 12 für den Rotationskörper 13 und die Drehzahl des Rotationsantriebs 12' für die Saug­ vorrichtung 11 getrennt voneinander zu regeln und so die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids unabhängig von der Rota­ tionsgeschwindigkeit des Rotationskörpers zu regeln.

Claims (21)

1. Vorrichtung (1) zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid mit einer ersten Trennkammer (2) zum Abtrennen von Grobteil­ chen (3), welche von einer Boden- (21), Wand- (22) und Dec­ kenfläche (23) begrenzt wird, und einer zweiten Trennkammer (4) zum Abtrennen von Feinteilchen (5), einem Einlass (6) für mit Grob- und Feinteilchen (3, 5) beladenes Fluid in die er­ ste Trennkammer (2), einem Auslass (7) für vorgereinigtes, von Grobteilchen (3) im Wesentlichen befreites Fluid aus der ersten Trennkammer (2), einem ersten Sammelbehälter (8) für Grobteilchen, einem zweiten Sammelbehälter (9) für Feinteil­ chen, wenigstens einem Fluidauslass (10) für von Grob- und Feinteilchen (3, 5) im Wesentlichen befreites Fluid aus der zweiten Trennkammer (4) sowie einer Saugvorrichtung (11) und einem Rotationsantrieb (12), dadurch gekennzeichnet,
dass erste und zweite Trennkammer (2, 4) räumlich voneinander getrennt sind und über den Auslass (7) für vorgereinigtes Fluid miteinander in Verbindung stehen,
dass in der ersten Trennkammer (2) exzentrisch in Richtung auf den Einlass (6) für mit Teilchen beladenes Fluid hin ver­ schoben ein drehbar gelagerter Rotationskörper (13) angeord­ net ist,
dass in der Bodenfläche (21) und/oder in der Wandfläche (22) in einem der Bodenfläche (21) benachbarten Bereich wenigstens eine Grobteilchen-Auslassöffnung (14) vorhanden ist und
dass die wenigstens eine Grobteilchen-Auslassöffnung (14) die erste Trennkammer (2) und den ersten Sammelbe­ hälter (8) für Grobteilchen miteinander verbindet.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper (13) eine geschlossene Außen­ umfangsfläche (15) aufweist und insbesondere trommel­ förmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper (13) sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe der ersten Trennkammer (2) erstreckt.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (7) für vorgereinigtes Fluid in einem nahe der Deckenfläche (23) befindlichen Abschnitt der Wandfläche (22) oder in der Deckenfläche (23) angeord­ net ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Grobteilchen-Auslassöff­ nung (14) auf der dem Einlass (6) abgewandten Seite des Rotationskörpers (13) befindet und sich insbesondere in der Bodenfläche (21) um einen Abschnitt der Außenum­ fangsfläche (15) des Rotationskörpers (13) herum in Richtung auf die Wandfläche (22) der ersten Trennkammer (2) hin erstreckt.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen der wenigstens einen Grobteil­ chen-Auslassöffnung (14) und dem Auslass (7) für vorge­ reinigtes Fluid eine Prallfläche (16) angeordnet ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallfläche (16) in Richtung auf die Decken­ fläche (23) schräg über die wenigstens eine Grobteil­ chen-Auslassöffnung (14) vorsteht.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (7) für vorgereinigtes Fluid in einem Abschnitt der Seitenbegrenzung (19) in die zweite Trennkammer (4) mündet.

9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugvorrichtung (11) ein Ventilator ist.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugvorrichtung (11) stromabwärts von erster und zweiter Trennkammer (2, 4) angeordnet ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Trennkammer (4) eine Bodenplatte (20), eine Seitenbegrenzung (19) sowie einen von der Boden­ platte entfernt gelegenen oberen Bereich aufweist, der Ventilator oder ein Laufrad zum Fördern oder Beschleu­ nigen des mit Feinteilchen (5) beladenen Fluids in dem oberen Bereich der zweiten Trennkammer angeordnet ist,
dass mit einem Abstand zur Bodenplatte (20) und Seiten­ begrenzung (19) ein Filterelement angeordnet ist, des­ sen von der Bodenplatte abgewandtes Ende mit dem Fluid­ auslass (10) in Verbindung steht, und
dass wenigstens eine Feinteilchen-Auslassöffnung (17) vorhanden ist, welche im Bereich der Seitenbegrenzung (19) oder der Bodenplatte (20) der zweiten Trennkammer (4) ausgebildet ist und mit dem zweiten Sammelbehälter (9) für Feinteilchen (5) in Verbindung steht.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement im Wesentlichen röhrenförmig und zur Bodenplatte (20) hin offen und bevorzugt drehbar gelagert ist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement drehbar gelagert und an seinem der Bodenplatte zugewandten Ende verschlossen ist und in seiner Außenumfangsfläche eine Vielzahl von Durch­ gangsöffnungen aufweist.

14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Trennkammer (4) ein im Wesentlichen rotatiossymmetrisches Filterelement drehbar gelagert angeordnet ist,
dass die Außenumfangsfläche des Filterelements eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweist und im Inneren des Filterelements als Saugvorrichtung (11) im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse verlau­ fende, sich vom Außenumfang in das Innere des Filtere­ lements erstreckende Leitflügel angeordnet sind, welche so geformt sind, dass sie bei Rotation des Filterele­ ments Fluid in das Innere des Filterelements fördern und von dort stromab in Richtung auf den wenigstens ei­ nen Fluidauslass (10), welcher mit dem Inneren des Fil­ terelements in Verbindung steht, und
dass in einem Seitenbegrenzungs- oder Bodenbereich der zweiten Trennkammer (4) wenigstens eine Feinteilchen- Auslassöffnung (17) vorhanden ist, welche in den zwei­ ten Sammelbehälter (9) für Feinteilchen (5) mündet.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Trennkammer (4) ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Filterelement (18) drehbar gela­ gert angeordnet ist, dessen Außenumfangsfläche (14) ei­ ne Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweist und dessen Inneres mit dem wenigstens einen Fluidauslass (10) in Verbindung steht, und
dass in einem Seitenbegrenzungs- (19) oder Bodenbereich (20) der zweiten Trennkammer (4) wenigstens eine Fein­ teilchen-Auslassöffnung (17) vorhanden ist, welche in den zweiten Sammelbehälter (9) für Feinteilchen (5) mündet.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Filterelement (18) im Wesentlichen über die gesamte Höhe der zweiten Trennkammer (4) erstreckt.

17. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Rotationskörper (13) und Saugvorrichtung (11) von demselben Rotationsantrieb (12) angetrieben werden.

18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9, 10 und 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Rotationskörper (13) und Filterelement (18) von demselben Rotationsantrieb (12) angetrieben werden.

19. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trennkammer (4) einen asymmetrischen Grundriss, insbesondere einen ovalen oder schneckenför­ migen Grundriss, aufweist und die wenigstens eine Fein­ teilchen-Auslassöffnung (17) einen möglichst großen Abstand zum Filterelement besitzt.

20. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sammelbehälter (9) für Feinteilchen (5) sich in der zweiten Trennkammer (4) befindet und als Staubbeutel ausgebildet ist.

21. Staubsauger, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 umfasst.