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Die
Erfindung betrifft einen Staubfilterbeutel für einen Staubsauger mit einem
durch eine Filterwandung begrenzten Aufnahmeraum, wobei in dem Aufnahmeraum
zur in Bezug zu der Filterwandung vorgelagerten Abscheidung von
aufgesaugten Staubteilen ein Fasermaterial angeordnet ist.
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Staubfilterbeutel
der in Rede stehenden Art sind bekannt. Diese finden Einsatz in
Staubsaugern, insbesondere in Haushalts-Staubsaugern und dienen
der Filtrierung der staubpartikelbehafteten Luft, sowie dem Sammeln
dieser Partikel in dem durch die Filterbeutelwandung begrenzten
Aufnahmeraum. Die Filterbeutelwandung besteht zumeist aus einer
oder mehreren in Durchströmungsrichtung
hintereinanderliegenden Lagen unterschiedlicher Filtermaterialien,
weiter mit unterschiedlichen Filtrationsgraden. So ist es diesbezüglich weiter
bekannt, in Luftdurchströmungsrichtung
betrachtet wandungsinnenseitig einen Feinfilter zur Ausfilterung
von Feinstaubpartikeln vorzusehen. Diese bestehen bspw. aus einer
Gewebeanordnung oder aus einer Faserwirranordnung in Form eines
Vlieses oder dergleichen. Mit zunehmender Betriebsdauer eines derart
ausgebildeten Staubfilterbeutels bildet sich auf der Filteroberfläche ein
sogenannter Filterkuchen, was mit zunehmender Größe zu einem Druckverlust am
Staubfilter führt.
Weiter sind bei solchen Gewebeformen Teile der zur Verfügung stehenden
Oberfläche
durch die im Gewebe kreuzenden Gewebefasern unwirksam.
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Weiter
ist es bekannt, in dem Staubfilterbeutel, weiter in dem Aufnahmeraum,
lose ein Filtermaterial anzuordnen, so weiter in Form von einer
Vielzahl von Einzelfasern, die zur Geruchsabsorption entsprechend
eingestellt sind. So sind diesbezüglich Aktivkohlefasern bekannt,
die einem Staubfilterbeutel zugegeben sind. Solche Fasern weisen
Längen Volt
wenigen Millimetern, beispielsweise von 0,3 bis 0,5 oder 20 mm auf.
Nachteilig an einer Anordnung solcher lose ein liegenden Fasern ist,
dass diese bei geöffnetem
Staubfilterbeutel, d. h. bei Öffnung
einer dem Lufteintritt dienenden Einlassöffnung aus dem Aufnahmeraum
herausfallen können.
Weiter können solche
Fasern durch die Strömung
durch die Filterwandung hindurch wandern.
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Im
Hinblick auf den zuvor beschriebenen Stand der Technik wird eine
technische Problematik der Erfindung darin gesehen, einen Staubbeutel
der in Rede stehenden Art hinsichtlich der vorgelagerten Abscheidung
von aufgesaugten Staubteilen weiter zu verbessern.
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Diese
Problematik ist zunächst
und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei
darauf abgestellt ist, dass das Fasermaterial aus einem oder mehreren,
in dreidimensionaler Wirranordnung verlaufenden Fäden mit
einer Länge
von mehr als 200 mm besteht. Zufolge dieser Ausgestaltung ist eine
sichere Vorabscheidung von aufgesaugten Staubteilen vor der Filterwandung
des Staubfilterbeutels erreicht. Hierbei handelt es sich nicht um
eine Vielzahl von kurzen Fasern, wie aus dem Stand der Technik bekannt,
oder um ein Gewebe bzw. Volumenmaterial, sondern vielmehr um eine stochastische
Anordnung eines im Wesentlichen eindimensionalen Materials im Raum.
Ein Gewebe ist im Wesentlichen zweidimensional, eine Faser bzw.
ein wie vorgeschlagener Faden eindimensional. Das statistische Abscheidevermögen ist
durch die integrierte Fadenmenge für jeden Staubfilterbeutel individuell steuerbar.
Durch die ungeordnete dreidimensionale Wirranordnung des einen oder
der mehreren Fäden im
Aufnahmeraum ist die adsorbierende Oberfläche gegenüber einem Gewebe, das aus der
gleichen Fadenmenge besteht, vergrößert. Der Querschnitt eines
jeden Fadens kann rund sein. Es sind darüber hinaus jedoch auch beliebige
Querschnitte wie z. B. sternförmig,
oval, dreieckig, viereckig usw. denkbar. Durch die Wahl des Querschnittes
lässt sich
u. a. die spezifische Oberfläche
vergrößern und
dadurch die Effektivität
der Fäden
steigern. Der Vorteil der Anordnung nur eines Fadens bzw. mehrerer,
wenngleich weni ger Fäden
zur Bildung der Wirranordnung, besteht weiter darin, dass die Fäden aufgrund
ihrer Länge
von mehr als 200 mm nicht ohne Weiteres aus dem Aufnahmeraum fallen
können.
Auch ist die Gefahr minimiert, dass die Fäden durch die Strömung durch
die Filterwandung wandern können,
da im Vergleich zu einer Vielzahl von kleinen, die gleiche gesamte
Fadenoberfläche
aufweisenden Fasern weniger Fadenenden vorliegen. Durch die dreidimensionale
Anordnung der Wirranordnung ist im Vergleich zu einem zweidimensionalen
Filtermedium die Staubspeicherfähigkeit
weiter gesteigert. Zufolge des erfindungsgemäßen Vorschlags ist ein Vorfilter
innerhalb des Staubfilterbeutels geschaffen, bei welchem durch möglichst
geringen Materialeinsatz eine maximal nutzbare Oberfläche zur
Staubbindung gegeben ist. In der dreidimensionalen Wirranordnung
kann sich der Feinstaub fangen, ohne hierdurch einen in sich geschlossenen
Filterkuchen aufzubauen. Entsprechend ist auch nach längerer Betriebsdauer
kein nennenswerter Druckverlust am Filter erkennbar. Der geschaffene
Fadenkörper
ist weiter so flexibel, dass er entsprechend mittels durchtretender
Grobschmutzteile aufgeweitet wird. Die Fadenabschnitte werden entsprechend
zum Durchlass der Grobschmutzteile verdrängt. Als vorteilhaft erweist
sich diesbezüglich
weiter die zufällige
Anordnung des dreidimensional in Wirranordnung einliegenden Fadens.
Denkbar ist diesbezüglich
jedoch auch eine Ausgestaltung, bei welcher der Faden dreidimensional
geordnet vorliegt.
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Weitere
Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung,
oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des Anspruches
1 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert. Sie können aber
auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen Merkmalen des Anspruchs
1 oder des jeweiligen weiteren Anspruchs oder jeweils unabhängig von
Bedeutung sein.
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So
erweist es sich weiter von Vorteil, dass eine aus einem Faden gebildete
Wirranordnung in unbeeinflusstem Zustand ein Volumen von 200 cm3 oder mehr einnimmt. Bevorzugt wird diesbezüglich ein
Volumen, welches etwa einem Zehntel bis einem Halben des Beutelvolumens
entspricht, weiter bevorzugt etwa einem Fünftel bis einem Viertel.
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Jede
Wirranordnung kann aus einem Faden, alternativ auch aus mehreren
Fäden,
so weiter insbesondere aus zwei bis fünf, beispielsweise drei Fäden bestehen,
wenngleich die Ausgestaltung einer Wirranordnung aus nur einem Faden,
der eine Länge
von mehr als 200 mm aufweist, bevorzugt wird. Je Staubfilterbeutel
kann eine derart ausgestaltete Wirranordnung vorgesehen sein. Alternativ
können
auch mehrere solcher aus einem oder mehreren langen Fäden bestehende
Wirranordnungen in einem Staubfilterbeutel angeordnet sein, so insbesondere
zwei bis zehn, bevorzugt zwei bis fünf solcher Wirranordnungen.
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Um
die Staubspeicherfähigkeit
weiter zu unterstützen,
kann ein Faden elektrostatisch eingestellt sein. Bei Wirranordnungen,
die aus mehreren Fäden bestehen,
können
auch alle Fäden
derart elektrostatisch eingestellt sein; alternativ allerdings auch
nur ein Teil der Fäden.
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Darüber hinaus
besteht alternativ aber auch kombinativ hierzu die Möglichkeit,
einen Faden aus einem hydroskopischen Material zu verwenden. Durch
die Ausgestaltung des Fadens aus einem wasseraufnehmenden Material
kann ein zusätzlicher Schutz
der nachfolgenden Geräte
im Staubsauger gegen Feuchtigkeit gebildet sein. Hierbei kann der Faden
komplett oder auch in Teilen aus einem derartigen feuchtigkeitsaufnehmenden
Material bestehen. Diesbezüglich
können
bspw. Polyamide, Naturfasern wie Baumwolle oder tierische Fasern
wie Rosshaar zur Anwendung kommen. Weiter alternativ auch sogenannte
Superabsorber. Diese Superabsorber sind schwach vernetzte unlösliche Polymere,
die in der Lage sind, ein Vielfaches ihres Gewichts an Wasser oder
wässriger Lösung aufzunehmen,
wobei sie stark aufquellen. Es entsteht ein Hydrogel. Zur Bildung
von Hydrogelen sind alle vernetzten Polymere in der Lage, die genügend polare
Gruppen enthalten, z. B. Polyacrylamid, Polyvinylpyrrolidon, natürliche Polymere wie
Amylopektin, Gelatine, Cellulose und ihre Derivate. Polymere mit
ionischen Gruppen sind in der Lage, besonders viel Wasser aufzunehmen,
da sie infolge der Abstoßung
zwischen den einzelnen gleich geladenen ionischen Gruppen eine gestreckte
Form einnehmen. So können
sich die Wassermoleküle
besonders gut um die Ionen gruppieren und ihre Lage durch Wechselwirkungen
wie Wasserstoffbrücken und
Anordnung der Dipole stabilisieren. Solche Superabsorber sind weiter
in der Lage, selbst unter Druck die aufgenommene Feuchtigkeit weiter
zu binden.
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Des
Weiteren besteht auch die Möglichkeit, alternativ
oder auch kombinativ zu den zuvor beschriebenen Einstellungen den
oder die Fäden
der einen oder mehreren Wirranordnungen geruchsabsorbierend einzustellen,
so bspw. durch jedenfalls teilweise Ausformung der Fäden aus
einem Aktivkohlewerkstoff, oder Anhaftung solcher Werkstoffe.
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In
einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass
der Faden einer Wirranordnung ein Gewicht von 1 g bis 30 g aufweist,
so weiter bspw. 5 g oder 12,8 g. Weiter weist der Faden eine Dicke
von bevorzugt 1 μm
bis 30 μm,
so bspw. 4,5 oder 17,3 μm,
wobei weiter die Menge der Fäden bezogen
auf die Filterfläche
der Filterwandung im Bereich zwischen 0,0005 g/cm2 bis
0,03 g/cm2 liegt.
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Die
angegebenen zahlenmäßigen Bandbreiten
schließen
auch – soweit
solche nicht ohnehin exemplarisch angegeben sind – sämtliche
Zwischenwerte ein, und zwar insbesondere in 1/10-Schritten, so weiter
auch in 1/10-Schritten von der unteren und/oder oberen Grenze auf
die jeweils andere Grenze hin einge schränkt. "Und" steht
hierbei dafür,
dass beide Grenzen um jeweils ein oder mehrere Zehntel auf die Grenze
hin verschoben, d. h. eingegrenzt sein können.
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Durch
die vorgeschlagene dreidimensionale Wirranordnung bevorzugt nur
eines Fadens mit einer Länge
von mehr als 200 mm sind Faserkreuzungen nahezu vermieden, womit
eine optimale Oberflächennutzung
des adsorbierenden Fadenmaterials erreicht ist. Weiter ist eine
bessere Volumenausnutzung durch einfache Komprimierbarkeit des so
geschaffenen Fadenknäuels
erreicht. Grobgut kann das Fadenknäuel verdrängen. Dadurch kann sich der
so geschaffene Vorfilter variabel auf die Aufnahme von Grobgut oder
Feingut einstellen. Weiter ist bei einer Ausgestaltung des Fadens
einer Wirranordnung aus einem elastischen Material eine Komprimierung
des leeren Filters, bspw. für
den Transport, ermöglicht.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich
zwei Ausführungsbeispiele
darstellt, näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
Staubsauger in Form eines Haushalts-Handstaubsaugers mit einem in
einer Filterkassette aufgenommenen Staubfilterbeutel;
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2 einen
erfindungsgemäßen Staubfilterbeutel
partiell geschnitten mit einer dreidimensionalen Wirranordnung in
einer ersten Ausführungsform;
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3 einen
Längsschnitt
durch den Staubfilterbeutel;
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4 den
Querschnitt gemäß der Linie
IV-IV in 3;
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5 eine
der 2 entsprechende Darstellung, jedoch eine zweite
Ausführungsform
betreffend.
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Dargestellt
und beschrieben ist mit Bezug zu 1 ein Staubsauger 1,
insbesondere Haushalts-Staubsauger, welcher als handgeführtes Stielgerät ausgeführt ist.
Dieses weist zunächst
ein Basisgerät 2 auf,
mit einem nicht dargestellten Elektromotor für eine Saug-/Gebläseeinheit.
An dem Basisgerät 2 ist
eine zur Aufnahme des aufgesaugten Staubgutes vorgesehene Filterkassette
angedockt. Diese beinhaltet einen Staubfilterbeutel 4.
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Die
Stromversorgung des in dem Basisgerät 2 integrierten Elektromotors
erfolgt über
ein Elektrokabel 6.
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Weiter
besitzt das Basisgerät 2 einen
schwanenhalsförmigen
Fortsatz, welcher sich über
den Bereich der Filterkassette 3 erstreckt. Im Bereich
des freien Endes formt dieser Fortsatz eine Steckaufnahme für einen
Stiel 7 des Staubsaugers 1 aus. Im Bereich des
freien Endes des Stieles 7 ist ein Betätigungsgriff 8 ausgebildet.
Dieser besitzt eine daumenbetätigbare
Stelleinheit 5 in Form eines Schiebeschalters, über welchen
die Leistung des in dem Basisgerät 2 aufgenommenen
Elektromotors einstellbar ist.
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Zur
Bodenbearbeitung ist das Basisgerät 2 strömungsmäßig mit
einem Vorsatzgerät 9 verbunden.
Dieses kann eine, eine rotierende Bürste aufweisende Saugdüse sein.
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Der
nicht dargestellte Saugmund des Vorsatzgerätes 9 steht strömungsmäßig in Verbindung mit
dem in der Filterkassette 3 aufgenommenen Staubfilterbeutel 4,
wozu ein nicht dargestellter Strömungskanal
das Basisgerät 2 durchsetzt.
Endseitig geht dieser Strömungskanal
in einen nicht dargestellten Anschlussabschnitt über.
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Letzterer
ist in einer, in einer Trennebene T zwischen Filterkassette 3 und
Basisgerät 2 ausgebildeten
Kassettenaufnahme platziert. Ebenenversetzt hierzu erstreckt sich
eine Halteplatte 11 des Staubfilterbeutels 4,
welch letzterer in Betriebsstellung in Überkopfstellung in der Filterkassette 3 gehaltert
ist.
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Die
Halteplatte, welche aus einem Kunststoffwerkstoff oder alternativ
aus einem Pappe-/Papier-Werkstoff besteht, weist eine Durchtrittsöffnung 11 zur
Einbringung der staubbeladenen Saugluft auf. Diese Durchtrittsöffnung 11 ist
dem Anschlussabschnitt zuordbar.
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Unterseitig
ist an der Halteplatte 10, d. h. im eingebauten Zustand,
abgewandt dem basisgerätsseitigen
Aufnahmebereich, ein luftdurchlässiger
Filterbeutel 12 befestigt. In Betriebsstellung liegt der Staubfilterbeutel 4 in Überkopfstellung
in der Filterkassette 3 ein, wird demnach im Saugbetrieb
von unten durch die Durchtrittsöffnung 11 angeströmt.
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Bei
Nichtbetrieb, d. h. bei Nicht-Saugluftbeaufschlagung des Filterbeutels 4,
ist die Durchtrittsöffnung 11 der
Halteplatte 10 beutelinnenseitig zugewandt von einer Rückschlagklappe 13 überdeckt. Diese
ist unterseitig der Halteplatte 10 bspw. anscharniert.
Die Verlagerung der Rückschlagklappe 13 in Öffnungsrichtung
erfolgt bevorzugt durch Saugluftbeaufschlagung. Auch eine mechanische
Verlagerung durch ein entsprechend angeordnetes Beaufschlagungselement
im zuzuordnenden Basisgerätebereich
kann diese Öffnung
bewirken. Die Rückstellung
in die Verschlussstellung erfolgt in bevorzugter Weise federunterstützt. Zufolge
dieser Ausgestaltung ist der dargestellte Staubfilterbeutel 4 in Überkopfstellung
betreibbar. Die nach Ausschalten des Saugluftstromes sich auf den
durch die Halteplatte 10 gebildeten Boden absenkenden Schmutz-
und Staubpartikel können
zufolge dieser Ausgestaltung nicht durch die Durchtrittsöffnung 11 zurück in den
Strömungskanal
gelangen.
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Der
Filterbeutel 12 weist eine einen Aufnahmeraum 14 begrenzende
Filterwandung 15 auf. Diese Filterwandung 15 ist
zur Ausfiltrierung von Grobschmutzpartikeln eingestellt und kann
weiter eine in Luftdurchströmungsrichtung
betrachtete äußere Feinstfilterlage
aufweisen, so bspw. bestehend aus einer elektrostatisch geladenen
Meltblown-Schicht. Die Filterwandung 15 ist umlaufend entlang
der freien Randkante unterseitig an der Halteplatte 10 befestigt, so
bspw. mit dieser verklebt oder verschweißt.
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Zur
vorgelagerten Abscheidung von aufgesaugten Staubteilen, insbesondere
Feinstaubteilen, ist in dem Aufnahmeraum 14 ein Fasermaterial 16 vorgesehen.
Dieses besteht aus einer dreidimensionalen Wirranordnung W, gebildet
zunächst
wie in den 2 bis 4 dargestellt,
aus einem Faden 17. Dieser Faden 17 ist ungeordnet über eine
Vorrichtung 18 in den Aufnahmeraum 14 eingeführt, formt entsprechend
ein Fadenknäuel
aus einem Faden 17, der eine Länge aufweist von mehr als 200
mm, so bspw. eine Länge
von 500 mm. Alternativ kann, wie in 5 dargestellt,
eine Wirranordnung W auch aus zwei solcher Fäden 17 bestehen, die
dann entsprechend kürzer
gestaltet sein können,
jedoch jeder eine Länge
von mehr als 200 mm aufweist.
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Es
liegt in dem Staubfilterbeutel 4 eine Wirranordnung W vor,
die ein Volumen besitzt, das etwa einem Fünftel des Gesamtaufnahmevolumens
des Filterbeutels 4 entspricht.
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Weiter
alternativ können
auch mehrere gesondert voneinander vorliegende Wirranordnungen W
in einem Staubfilterbeutel 4 vorgesehen sein, jeweils bestehend
aus einem oder mehreren Fäden 17.
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Es
ist so eine stochastische Anordnung eines im Wesentlichen eindimensionalen
Materials (Faden 17) im Aufnahmeraum 14 geschaffen.
Dieser Faden 17 ist dreidimensional im Staubfilterbeutel
angeordnet, wobei die Anordnung sowohl geordnet als auch, wie dargestellt,
ungeordnet sein kann. Hierdurch ist im Gegensatz zu einer eher zweidimensionalen
Anordnung in Art einer Innenlage der Filterwandung 15 die
Staubspeicherfähigkeit
gesteigert.
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Die
Wirranordnung W kann durch elastische Einstellung des Fadens 17 bzw.
der Fäden 17 komprimiert
werden, was sich insbesondere bei leeren Staubfilterbeuteln 4 hinsichtlich
eines günstigen Transportmaßes von
Vorteil erweist.
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Die
Staubspeicherfähigkeit
des so ausgebildeten Staubfilterbeutels 4 ist durch die
Zugabe der Wirranordnung W gesteigert, da ein Teil der Staubpartikel
unmittelbar an den Fäden 17 angelagert
wird und dadurch der nachgeschaltete Filter im Bereich der Filterwandung 15 nicht
verstopft wird. Es bildet sich im Laufe des Betriebs auf den Fäden 17 ein
lockerer Filterkuchen mit einem geringen Druckverlust. Durch die
Reduzierung des Druckverlustes steigt die Staubspeicherfähigkeit
des Gesamtfilters.
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Der
Faden 17 kann elektrostatisch eingestellt sein, darüber hinaus
auch aus einem hydroskopischen Material bestehen, um so wasseraufnehmend
zu wirken. Die Fadenmenge liegt zwischen 1 und 30 g mit Bezug auf
einen Staubfilterbeutel 4, wobei jeder Faden eine Dicke
von 1 μm
bis 30 μm
aufweist. Der Querschnitt der Fäden 17 kann
rund sein. Auch andere Querschnitte sind denkbar, so bspw. sternförmig, oval,
dreieckig oder viereckig, was die spezifische Oberfläche weiter
vergrößert und
so die Effektivität
der Fäden 17 bzw.
der Wirranordnung W steigert.
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Die
Wirranordnung W liegt ggf. punktuell innenwandig an der Filterwandung 15 an.
Weiter kann die Wirranordnung W durch entsprechende Materialwahl
des die Wirranordnung W bildenden Fadens 17 im Einbauzustand
bei Nichtbetrieb des Staubsaugers und somit unter Fortbleiben einer
Saugluftbeaufschla gung in sich zusammenfallen und sich auf der Halteplatte 10 ablegen.
Erst mit Beginn der auf sie einwirkenden Saugluftströmung stellt
sich die Wirranordnung W erneut dreidimensional auf.
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Größere Staub-
und Schmutzpartikel können das
dreidimensionale Gebilde zur Filtrierung im Bereich der Filterwandung 15 durchsetzen,
dies ggf. unter Aufweiten von durch die Wirranordnung W im Raum
begrenzten Durchtrittswegen, was insbesondere durch eine elastische
Ausgestaltung des Fadens 17 ohne weitere Verluste erreichbar
ist.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für
sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird
hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.
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- 1
- Staubsauger
- 2
- Basisgerät
- 3
- Filterkassette
- 4
- Staubfilterbeutel
- 5
- Schiebeschalter
- 6
- Elektrokabel
- 7
- Stiel
- 8
- Betätigungsgriff
- 9
- Vorsatzgerät
- 10
- Halteplatte
- 11
- Durchtrittsöffnung
- 12
- Filterbeutel
- 13
- Rückschlagklappe
- 14
- Aufnahmeraum
- 15
- Filterwandung
- 16
- Fasermaterial
- 17
- Faden
- 18
- Vorrichtung
- T
- Trennebene
- W
- Wirranordnung