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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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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,
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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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Hinsichtlich der Lufteintrittsöffnung in der Anordnung der 4 und 5 zeigen die 4 und 5 kein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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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 reinigende 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 deckungsgleich 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 Längsmittelachse 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 Abströmfenster 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 Breite B der Turbinenkammer 6. Die Abströmöffnung 30 der Turbinenkammer 6 ist vorzugsweise kreisförmig.
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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.
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Die in den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 5 gezeigte Luftturbine besteht im wesentlichen aus axialen Scheiben 60, 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.
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Die Luftturbine 15 kann 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.
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Die Schaufeln 20 haben Profilform und sind zur Radialen angestellt.
