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Die
Erfindung betrifft ein Saugreinigungswerkzeug für Saugreinigungsgeräte nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
bekanntes Saugreinigungswerkzeug nach der
DE 41 05 336 C2 besteht
im wesentlichen aus einem Gehäuse
mit einer Bürstenkammer
und einer Turbinenkammer, wobei in der Bürstenkammer eine quer zur Arbeitsrichtung
liegende Bürstenwalze drehbar
gelagert ist. Die Beborstung der Bürstenwalze ragt durch einen
Saugschlitz im Boden der Bürstenkammer
um mechanisch auf die zu reinigende Bodenfläche einzuwirken. In der Turbinenkammer
ist eine vom Saugluftstrom angetriebene Luftturbine angeordnet,
die die Arbeitswalze über
einen Riementrieb drehend antreibt. Der Saugluftstrom tritt dabei über den
Saugschlitz in die Bürstenkammer
ein, über ein
Einströmfenster
in einer Zwischenwand zwischen der Bürstenkammer und der Turbinenkammer
in die Turbinenkammer über,
um dann aus der Turbinenkammer durch ein Abströmfenster eines Sauganschlusses
abzuströmen.
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Die
in der Turbinenkammer angeordnete Luftturbine ist eine sogenannte
Durchströmturbine,
d. h., zwischen benachbarten Schaufeln sind Strömungspfade ausgebildet, die in
das schaufelfreie Zentrum der Luftturbine führen. Der die Luftturbine beaufschlagende
Saugluftstrom wird daher den Schaufelkranz auf dem Weg in das Zentrum
der Luftturbine ein erstes Mal durchströmen, wobei der Saugluftstrom
eine erste Antriebsarbeit leistet. Nach Eintritt in das Zentrum
der Luftturbine wird der Saugluftstrom unter nochmaliger Durchströmung des Schaufelkranzes
aus dem Zentrum austreten und erneut Arbeit verrichten. Dabei wird
bei dem Durchströmen
des Schaufelkranzes etwa 70 % bis 80 % der Antriebsleistung abgegeben
und beim erneuten Durchströmen
des Schaufelkranzes auf der Abströmseite noch einmal 20 % bis
30 % Antriebsleistung übertragen.
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In
der Praxis können
Betriebszustände
auftreten, in denen trotz der außergewöhnlichen Antriebsleistung der
bekannten Durchströmturbine
die an der Bürstenwalze
zur Verfügung
gestellte Leistung nicht zufriedenstellt.
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Die
DE 41 05 012 A1 offenbart
eine Umschaltvorrichtung für
den Antriebsluftstrom eines Turbinenantriebs in einer Saugdüse. Der
Antriebsluftstrom wird durch den die Schmutzfracht transportierenden
Saugluftstrom bereitgestellt, wobei der Saugluftstrom selbst einstellbar
ist. Um einen unveränderten
Antriebsluftstrom zu erhalten, wird mit jeder Verstellung des Saugluftstroms
gleichzeitig der Querschnitt einer Nebenluftöffnung gesteuert, so daß jede Volumenänderung
des Saugluftstroms durch eine entsprechende Volumenänderung
des Nebenluftstroms ausgeglichen wird. Der Luftturbine wird ein
im Volumen unveränderter
Antriebsluftstrom zugeführt.
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Der
in der
DE 41 08 900
C1 offenbarte Turbinenantrieb dient ebenfalls dem Ziel,
den der Turbine tangential zugeführten
Antriebsluftstrom im wesentlichen unverändert zu lassen, um jederzeit
eine ausreichende Antriebsleistung an der Bürstenwalze zur Verfügung zu
stellen. Der offenbarte Nebenluftpfad bildet einen parallel zum
Saugluftstrom in die Turbinenkammer eintretenden Strömungspfad
aus und wird im Querschnitt abhängig
vom Querschnitt der Saugluftstromöffnung verändert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Saugreinigungswerkzeug
der gattungsgemäßen Art
derart weiterzubilden, daß mit
geringen technischen Mitteln eine weitere Erhöhung der Antriebsleistung der
Luftturbine erzielt ist.
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Die
Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
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Über die
zweite Lufteintrittsöffnung
wird parallel zu dem ansonsten unveränderten, antreibenden Saugluftstrom
injektorartig ein Bypassluftstrom unmittelbar in den Schaufelkranz
der Turbine eintreten, wodurch eine signifikante, weitere Erhöhung der
Antriebsleistung der Luftturbine erzielt werden kann, ohne daß aufwendige
technische Mittel einzusetzen sind. Der vorzugsweise aus Umgebungsluft
oder Frischluft bestehende Bypassluftstrom ist vorzugsweise schaltbar,
so daß die
erhöhte
Turbinenleistung bei Bedarf durch den Benutzer abgerufen werden kann.
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In
einem ersten Ausführungsbeispiel
ist die Lufteintrittsöffnung
als Schlitz im Turbinenkammerboden angeordnet, wo sie im wesentlichen
quer zur Längsmittelachse
der Turbinenkammer verläuft
und sich vorzugsweise über
deren gesamte Breite erstreckt.
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Der
Lufteintrittsschlitz liegt bevorzugt nahe dem Schaufelkranz, wobei
er in ein Raumdreieck mündet,
welches zwischen der Mantelfläche
der Luftturbine, dem Turbinenkammerboden und der Zwischenwand begrenzt
ist. In dieses Raumdreieck mündet
auch das Eintrittsfenster.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist die Lufteintrittsöffnung
in einer axialen Seitenwand der Turbinenkammer angeordnet und vorzugsweise
als Bohrung ausgeführt.
Dabei mündet
die Frischluft zuführende
Lufteintrittsöffnung
in Strömungsrichtung des
Saugluftstroms nach der Drehachse der Luftturbine etwa am inneren
Rand des Schaufelkranzes in die Turbinenkammer ein. Bevorzugt liegt
die Lufteintrittsöffnung
der Seitenwand auf der Höhe
der Längsmittelachse
der Turbinenkammer.
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Um
eine unmittelbare Zuführung
der Bypassluft in das Zentrum der Luftturbine zu erreichen, ist vorgesehen,
die Luftturbine zumindest auf ihrer der Lufteintrittsöffnung zugewandten
Stirnseite offen auszubilden. Dabei kann die Luftturbine aus einer etwa
mittleren Tragscheibe mit einer Nabe bestehen, wobei die Schaufeln
auf einer, vorzugsweise beiden axialen Stirnseiten der Tragscheibe
angeordnet sind und axial von der Tragscheibe abstehen.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im einzelnen
beschriebene Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind.
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Saugreinigungswerkzeug
zum Anschluß an
ein Saugreinigungsgerät,
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2 in
vergrößerter Darstellung
eine Teilansicht auf das Einströmfenster
und das Turbinenkammergehäuse,
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3 einen
Schnitt durch das Turbinenkammergehäuse nach 2,
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4 eine
Ansicht des Turbinenkammergehäuses
nach 2 mit einer in der Seitenwand vorgesehenen Lufteintrittsöffnung,
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5 eine
Ansicht der Seitenwand des Turbinengehäuses gemäß 4,
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6 eine
perspektivische Darstellung einer in dem Turbinenkammergehäuse einsetzbaren
Luftturbine.
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Das
in 1 im Längsschnitt
dargestellte Saugreinigungswerkzeug 1 weist ein Gehäuse 4 auf, das
im wesentlichen aus einem Gehäuseunterteil 2 und
einem Gehäuseoberteil 3 zusammengesetzt
ist. Im Gehäuse 4 ist
eine Bürstenkammer 5 sowie
eine Turbinenkammer 6 ausgebildet, wobei die Bürstenkammer 5 in
Arbeitsrichtung 7 vor der Turbinenkammer 6 liegt.
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In
der Bürstenkammer 5 ist
quer zur Arbeitsrichtung 7 eine Arbeitswalze 11 angeordnet,
die über einen
Umfangsabschnitt 10 aus einem Saugschlitz 9 im
Boden 8 der Bürstenkammer 5 herausragt,
um mechanisch auf die zu reini gende Bodenfläche einzuwirken. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist die Arbeitswalze 11 eine Bürstenwalze, deren Beborstung 12 aus
dem Saugschlitz 9 vorsteht.
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Zwischen
der Bürstenkammer 5 und
der Turbinenkammer 6 ist eine trennende Zwischenwand 13 angeordnet,
die ein Einströmfenster 14 für den Saugluftstrom 19 aufweist.
Das Einströmfenster 14 liegt nahe
dem Turbinenkammerboden 28; bevorzugt begrenzt der Turbinenkammerboden 28 die
Einströmöffnung 14,
so daß deren
Unterkante 36 etwa in der Ebene des Turbinenkammerbodens 28 liegt.
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In
Strömungsrichtung
des Saugluftstroms 19 ist die Turbinenkammer 6 mit
einem Abströmquerschnitt 30 ausgebildet,
der – wie
die 3 und 4 zeigen – im wesentlichen Kreisform
hat. Der Abströmquerschnitt 30 liegt
etwa dekkungsgleich einem Abströmfenster 24 gegenüber, welches
in einem einragenden Rohrabschnitt eines Sauganschlusses 23 ausgebildet
ist. Das Abströmfenster 24 liegt
innerhalb eines teilzylindrischen Gelenkstückes 25, das in einer
entsprechend ausgebildeten Gelenkpfanne 44 des Gehäuses 4 gelagert
ist. Auf diese Weise ist der Sauganschluß 23 in Höhenrichtung
um eine Verschwenkachse 32 verschwenkbar, während der Sauganschluß 23 in
dem Gelenkstück 25 um
eine Drehachse 42 drehbar bleibt.
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Der
kreisförmige
Abströmquerschnitt 30 der Turbinenkammer 6 ist
derart vorgesehen, daß der dem
Abströmfenster 24 zugewandte
Rand 31 den Gehäuserand 34 des
Abströmfensters 24 überdeckt. Auf
diese Weise ist gewährleistet,
daß auch
im Randbereich des Abströmquerschnitts 30 ein
weitgehend störungsfreies
Abströmen
des Saugluftstromes 19 in das Abströmfenster 24 gewährleistet
ist.
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In
der Turbinenkammer 6 ist eine Luftturbine 15 drehbar
gelagert, wobei ihre Drehachse 16 in den Seitenwänden 46 der
Turbinenkammer 6 gehalten ist. Dabei liegt die Mantelfläche 48 der
Turbine einerseits mit nur geringem Abstand a zum Turbinenkammerboden 28 und
andererseits mit nur geringem Abstand b zum Turbinenkammerdach 29.
Die Abstände a
und b sind vorzugsweise etwa gleich.
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Die
Luftturbine treibt über
einen nur schematisch dargestellten Riementrieb 18 die
Walze 11 um ihre Lagerachse 17 drehend an, wobei
die Luftturbine von dem Saugluftstrom 19 angetrieben ist,
der über den
Saugschlitz 9 in die Bürstenkammer 5 eintritt, durch
das Einströmfenster 14 in
der Zwischenwand 13 in die Turbinenkammer 6 übertritt
und aus der Turbinenkammer 6 über den Abströmquerschnitt 30 und das
Abströmfenster 24 in
den Sauganschluß 23 abströmt. Der
Abströmquerschnitt 30 und
das Abströmfenster 24 liegen
in Strömungsrichtung 19 höher als das
Einströmfenster 14;
bevorzugt liegt die Oberkante 26 des Einströmfensters
unterhalb der Unterkante 27 des Abströmfensters 24.
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Relativ
zu den Fenstern 14 und 24 ist die Luftturbine 15 derart
angeordnet, daß ihre
Drehachse 16 oberhalb einer Verbindungslinie 40 liegt,
die zwischen der Oberkante 26 des Einströmfensters und
der Oberkante 37 des Abströmfensters 24 gezogen
werden kann. Die Verbindungslinie 40 schneidet den Turbinenquerschnitt
als Sekante 41, wobei das von der Sekante 41 abgetrennte
Kreissegment 45 etwa vier bis sechs, vorzugsweise fünf Schaufeln 20 aufweist.
Der gesamte Schaufelkranz der Luftturbine 15 besteht aus
neun bis vierzehn Schaufeln 20; im Ausführungsbeispiel sind zwölf Schaufeln
angeordnet, die mit äquidistanten
Abständen über den
Umfang der Luftturbine 15 verteilt liegen.
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Die
Drehachse 16 der Luftturbine 15 liegt bevorzugt
auf der Längsmittelachse 38 der
Turbinenkammer 6, wobei die Drehachse 38 zugleich
den Abströmquerschnitt 30 und
das Abströmfenster 24 im Zentrum
Z durchstößt.
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Die
Luftturbine 15 ist als sogenannte Durchströmturbine
ausgebildet, bei der der Saugluftstrom 19 durch zwischen
benachbarten Schaufeln 20 begrenzte Strömungspfade 22 in das
Zentrum 50 der Luftturbine 15 eintritt und unter
nochmaligem Durchströmen
des Schaufelkranzes 21 aus dem Zentrum 50 austritt,
um dann über
den Abströmquerschnitt 30 abzuströmen. Die
Gesamtform der Turbinenkammer 6 ist so gewählt, daß sich der
dem Abströmfenster 24 zugewandte
Endabschnitt 47 flaschenhalsförmig verjüngt und eine Leitfunktion für den abströmenden Saugluftstrom 19 übernimmt.
Da auch die Seitenwände 46 der
Turbinenkammer mit nur geringem axialen Abstand zur axialen Stirnseite 45 der
Luftturbine 15 liegen, ist diese durch die Turbinenkammer 6 eng ummantelt.
Dies führt
einerseits zu einer großen Leistungsausbeute,
andererseits bewirkt die Leitfunktion des Endabschnittes 47 der
Turbinenkammer 6 ein im wesentlichen störungsfreies Abströmen des Saugluftstroms 19,
wodurch auch das Geräuschniveau
abgesenkt ist.
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Zur
weiteren Reduktion des Geräuschniveaus
kann es vorteilhaft sein, auf der Innenwand der Turbinenkammer 6 in
deren Längsrichtung
verlaufende Rippen 49 anzuordnen. Bevorzugt sind über den gesamten
Umfang der Turbinenkammer 6 derartige Rippen 49 zur
Führung
und Beruhigung des Saugluftstroms 19 angeordnet.
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Die
Lage der Luftturbine 15 in der Turbinenkammer 6 kann
derart verändert
werden, daß die
gedachte Verbindungslinie 40 zwischen der Oberkante 26 des
Einströmfensters 14 und
der Oberkante 37 des Abströmfensters 24 als Tangente
zur Nabe 39 der Luftturbine 15 liegt. Bevorzugt
liegt die Verbindungslinie 40 aber unterhalb der Nabe 39.
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Zur
Erzielung eines Leistungsschubs bei ansonsten unverändertem
Saugluftstrom 19 ist vorgesehen, eine zweite Lufteintrittsöffnung 33 in
die Turbinenkammer 6 vorzusehen und die Luftturbine 15 mit
einem zusätzlichen
Luftstrom zu beaufschlagen. Der zusätzliche Luftstrom ist ein Frischluftstrom,
d.h., er transportiert keinen vom Bürstenwerkzeug gelösten Schmutz.
Dabei wird in einem ersten Ausführungsbeispiel
nach den 2 und 3 die allseits geschlossene
Turbinenkammer 6 im Bereich des Turbinenkammerbodens 28 mit
einem Schlitz 60 versehen, der sich quer zur Längsmittelache 38 der
Turbinenkammer 6 und damit auch quer zum Saugluftstrom 19 erstreckt.
Der Schlitz 60 reicht mit seinen Enden 61 bis
in die gerundeten Längskanten 35 der Turbinenkammer 6,
erstreckt sich somit im wesentlichen über die gesamte, quer zur Längsmittelachse 38 gemessene
Breite B der Turbinenkammer 6.
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Wie
sich aus den 1 und 3 ohne weiteres
entnehmen läßt, ist
zwischen der Mantelfläche 48 der
Luftturbine 15, dem Turbinenkammerboden 28 und der Zwischenwand 13 ein
das Eintrittsfenster 14 aufweisendes Raumdreieck 51 begrenzt.
Die Lufteintrittsöffnung 33 mündet etwa
auf Höhe
des spitzen Winkels 52 des Raumdreiecks 51 in
die Turbinenkammer 6 nahe dem Schaufelkranz 21 ein.
Dabei verläuft
der Schlitz 60 in dem Turbinenkammerboden 28 leicht
zum Ab strömfenster 24 geneigt,
so daß der durch
den Schlitz 60 eintretende, fächerartige schmutzfreie oder
schmutzarme Bypassluftstrom 62 etwa parallel zum Saugluftstrom 19 unmittelbar
in den Schaufelkranz 21 eintritt, also ebenfalls in das Zentrum 50 strömt und unter
nochmaliger Durchströmung
des Schaufelkranzes 21 das Zentrum 50 wieder verläßt. Durch
die Anordnung der Lufteintrittsöffnung 33 mit
unmittelbarer Mündung
in den Raumbereich der Turbinenkammer 6 wird ein gezielter
Leistungsschub erzielt, der – auch
unter schwierigen Betriebsbedingungen – eine hohe Leistungsentfaltung der
Luftturbine 15 ermöglicht.
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Da
der Querschnitt des Abströmfensters 24 größer, bevorzugt
mehrfach größer als
der Querschnitt des Einströmfensters 14 ist,
kann der Frischluft führende
Bypassluftstrom 62 ohne weitere konstruktive Maßnahmen
zusammen mit dem Saugluftstrom störungsfrei abgeführt werden.
Dabei ist der Querschnitt des Einströmfensters 14 etwa
rechteckig und erstreckt sich im wesentlichen über die Breit B der Turbinenkammer 6.
Die Abströmöffnung 30 der Turbinenkammer 6 ist
vorzugsweise kreisförmig.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 ist
die Lufteintrittsöffnung 33 als
Bohrung 70 in einer Seitenwand 46 der Turbinenkammer 6 angeordnet.
Dabei liegt die als Bohrung 70 ausgebildete Lufteintrittsöffnung 33 in Strömungsrichtung 19 nach
der Drehachse 16 der Luftturbine 15 bevorzugt
auf der Höhe
der Längsmittelachse 38 der
Turbinenkammer 6. Die Achse 71 der Bohrung 70 liegt
dabei geneigt, wobei der zwischen der Seitenwand 46 und
der Bohrungsachse 7 gebildete Winkel 72 im wesentlichen
zur Zwischenwand 13 öffnet.
Der eintretende aus Umgebungsluft- bzw. Frischluft bestehende Bypassluftstrom 73 verläuft somit
schräg
in Richtung zum Abströmfenster 30,
so daß der
schmutzarme Bypassluftstrom 73 den Arbeitsluftstrom durch
die Turbine 15 nicht weiter stört.
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Wie
in den 4 und 5 gezeigt, mündet die Bohrung 17 nahe
dem inneren Rand 52 des Schaufelkranzes 21 direkt
in die Turbinenkammer 6 ein. Bevorzugt ist dabei die axiale
Stirnseite 45 der Luftturbine 15 zumindest im
Bereich des Zentrums 50 offen, so daß der Bypassluftstrom 73 unmittelbar
in den Strömungspfad 22 zwischen
zwei Schaufeln 20 eintreten kann, diesen unter Verrichtung
von Arbeit durchströmt
und zum Abströmfenster 24 austritt.
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Die
Anordnung der Lufteintrittsöffnung 33 in Strömungsrichtung
des Saugluftstroms 19 nach der Drehachse 16 nahe
dem inneren Rand 52 des Schaufelkranzes 21 bewirkt
gerade in diesem Bereich eine erhöhte Antriebsleistung auf die
Luftturbine, in dem der Saugluftstrom nur noch etwa 30 Arbeit verrichten
kann. Die Hauptleistung des Saugluftstroms 19 erteilt dieser
beim erstmaligen Durchströmen
des Schaufelkranzes 21 nahe dem Einströmfenster 14; bei der
Durchströmung
des Schaufelkranzes 21 nahe dem Abströmfenster 24 wird nur
noch etwa 30 % Leistung umgesetzt. Insoweit ist die Zuführung des
Bypassluftstroms 73 unmittelbar in eben diesem Bereich
der Luftturbine 15 vorteilhaft für eine signifikante Leistungssteigerung.
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Die
in den Ausführungsbeispielen
nach den 1 bis 5 gezeigte
Luftturbine besteht im wesentlichen aus axialen Scheiben 80,
zwischen denen die Nabe 39 und die Schaufeln 20 des
Schaufelkranzes 21 angeordnet sind. Wie in 5 strichliert
dargestellt, kann zumindest eine der Scheiben 80 als Ringscheibe 80' gestaltet sein,
so daß das
Zentrum 50 zur axialen Seitenwand 46 der Turbinenkammer 6 offen
ist. Da die Seitenwand 46 mit nur geringem Abstand zur
Stirnseite 45 der Luftturbine 15 verläuft – vgl. 4 – übernimmt
diese die Funktion einer das Zentrum 50 verschließenden Deckscheibe.
Der Vorteil bei einer Ringscheibe 80' besteht darin, daß die Bypassluft über die
Bohrung 70 gezielt in das Zentrum 50 zugeführt werden
kann.
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Um
eine einfache Bypassluftzuführung
in das Zentrum 50 der Luftturbine 15 zu ermöglichen, kann
diese einen Aufbau gemäß 6 aufweisen. Eine
mittlere Tragscheibe 90 weist eine zentrale Nabe 39 auf,
die auf beiden axialen Stirnseiten der Tragscheibe 90 vorsteht.
Auf jeder Stirnseite der Tragscheibe 90 ist ein Schaufelkranz 21.1 bzw. 21.2 angeordnet,
dessen Schaufeln 20 etwa lotrecht von der Tragscheibe 90 abstehen.
Die freien Enden 55 der Schaufeln 20 sind dabei
untereinander nicht verbunden, so daß im Bereich der axialen Stirnseiten 45 ein
Bypassluftstrom zur Leistungserhöhung
in einfacher Weise zugeführt
werden kann.
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Die
Schaufeln 20 haben Profilform und sind zur Radialen angestellt.