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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen elektrostatischen Staubfänger,
umfassend eine erste und eine zweite Elektrode und eine Spannungsquelle
zum Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Elektroden.
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Stand der Technik
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Ein
solcher elektrostatischer Staubfänger ist aus der
US 2004/0163667 A1 bekannt.
Der vorbekannte Staubfänger ist als Fußboden-Reinigungsgerät
ausgebildet und weist eine gitterförmige Matte auf, wobei
die beiden Elektroden Bestandteile der Matte sind. Die Matte kann
beispielsweise von einem Reinigungstuch überdeckt sein.
Die Spannungsquelle ist eine Batterie, die zum Beispiel im Handgriff
angeordnet ist, wobei die Ausgangsspannung in eine Hochspannung
umgewandelt wird. Der Bereich zwischen den Elektroden ist elektrisch
aufgeladen, wobei der aufzunehmende Staub eine, bezogen auf die Elektroden,
gegensätzliche Polarität hat und dadurch angezogen
wird. Offenbart ist außerdem eine Ladestation für
den Staubfänger, sofern die Spannungsquelle einen Akku
statt einer Batterie umfasst. Außerdem kann der vorbekannte
Staubfänger Bewegungsdetektoren aufweisen, um den Staubfänger
bei Bewegung automatisch elektrostatisch aufzuladen. Nach dem Abstellen
des Staubfängers kann dieser automatisch entladen werden.
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Der
vorbekannte Staubfänger hat durch die Anordnung der beiden
Elektroden in der gitterförmigen Matte den Nachteil, dass
die höchste Feldliniendichte des elektrischen Feldes und
damit die größte Polarisationswirkung auf den
Raum zwischen den beiden Elektroden beschränkt ist. Aufgrund
der flachen Anordung der beiden Elektroden tritt keine nennenswerte
Kraft auf Partikel ausserhalb der Elektroden auf. Die Partikel müssen
hier erst in den Raum zwischen die Elektroden gelangen um dann im
ausreichenden Maße polarisiert und dann von einer Elektrode
angezogen zu werden.
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Solche
Elektrodenkonfigurationen und Geometrien sind nicht in der Lage
Staubteilchen über eine Entfernung von mehreren Milimetern
oder gar Zentimetern druch elektrostatische Kräfte anzuziehen.
Ein Überziehen der Elektroden mit einem Textil verhindert
sogar vollständig die Möglichkeit für
die Partikel in den Bereich der größten elektrischen
Feldstärke zwischen den Elektroden zu gelangen und vermindert
die Leistungsfähigkeit des vorbekannten Gerätes
weiter.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die zuvor genannten Nachteile
zu vermeiden, wobei der Staubfänger trotz einfachster Elektrodengeometrie
eine gute Wirksamkeit und Handhabbarkeit während der bestimmungsgemäßen
Verwendung aufweisen soll. Außerdem soll der Staubfänger
einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Staubfänger
mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte
Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
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Zur
Lösung der Aufgabe ist ein elektrostatischer Staubfänger
vorgesehen, bei dem die erste Elektrode als Staub-Auffang-Einrichtung
ausgebildet und die zweite Elektrode geerdet ist. Die zweite Elektrode
kann entweder direkt über einen elektrisch leitenden Bodenkontakt
(z. B. für Bodenreinigungsgeräte) oder über
den Benutzer und einen elektrisch leitend ausgebildeten Handgriff
geerdet sein (z. B. für Staub-Fang-Handgeräte).
Hierbei ist von Vorteil, dass der erfindungsgemäße
Staubfänger durch seine einfache Elektrodengeometrie insgesamt
einfach zu handhaben und kostengünstig herstellbar ist. Durch
die Erdung der Gegenlektrode wird der maximale Potentialunterschied
zwischem dem Staub auf der Oberfläche und der auf den Staub
gerichteten Elektrode erreicht. Der Staub befindet sich somit in dem
Bereich größter Feldliniendichte und ist damit der
stärksten Polarisation und Anziehungskraft ausgesetzt.
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Der
erfindungsgemäße Staubfänger ist dadurch
zur trockenen Entfernung von Staub auf haushaltsüblichen
Oberflächen besonders gut geeignet. Die Effizienz lässt
sich durch die Auswahl geeigneter Elektrodenmaterialien und geeigneter
Elektrodengeometrien zur Optimierung des elektrischen Feldes der
dem Staub gegenüber exponierten Elektroden steigern.
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Die
zweite Elektrode ist bevorzugt als Handgriff ausgebildet. Die Erdung
der Gegenelektrode über den Benutzer durch einen leitfähig
mit der Elektrode verbundenen Handgriff hat weiterhin den Vorteil,
dass der Benutzer, unabhängig von den Betriebsbedingungen,
auf Massepotential ist und somit bei Berührung mit der
Umgebung keine elektrostatische Entladung („kein elektrischer
Schlag") auftritt.
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Die
Spannungsquelle kann bei der Ausführung als Bodenreinigungsgerät
im den die Elektrode haltenden Rahmen untergebracht sein, bei Handgeräten
im Handgriff angeordnet sein. Üblicherlicherweise begrenzt
ein Handgriff einen ausreichend großen Raum, um die Spannungsquelle
aufzunehmen. Das Handling eines solchen Staubfängers das
ist dadurch besonders gut, weil sich dessen Schwerpunkt nahe am
Körper des Benutzers befindet und unerwünschte
Hebelwirkungen, wie beispielsweise bei Verwendung eines stark kopflastigen
Reinigungsgeräts, vermieden werden. Außerdem ist
die Spannungsquelle durch ihre Anordnung im Handgriff gut vor äußeren Einflüssen
geschützt. Ein solcher Staubfänger weist bei guter
Zuverlässigkeit eine gute Dauerhaltbarkeit auf.
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Die
Spannungsquelle umfasst eine Batterie mit einer Ausgangsspannung,
wobei als Batterie generell auch ein wiederaufladbarer Akku angesehen werden
kann. Außerdem umfasst die Spannungsquelle eine Ladeschaltung
mit Spannungsteiler und Brückengleichrichter zur Umwandlung
der Ausgangsspannung in eine hochfrequente Hochspannung, wobei die
hochfrequente Hochspannung durch einen Gleichrichter in eine statische
Hochspannung umgewandelt und an einen Kondensator mit bevorzugt
kleiner Kapazität von besonders bevorzugt 1 nF angelegt
wird. Generell kann der Kondensator eine Kapazität von
0,001 bis 100 nF, bevorzugt 0,05 bis 10 nF aufweisen.
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Die
Ausgangsspannung kann 1 bis 10 V, bevorzugt 1,5 bis 3 V betragen,
die statische Hochspannung 0,5 bis 10 kV. Eine solche niedrige Ausgangsspannung
lässt sich bequem durch handelsüblichen Batterien/Akkus
erreichen, die praktisch überall kostengünstig
verfügbar sind. Dies ist insbesondere im Bereich der preisgünstigen
Konsumgüter ein nennenswerter Vorteil.
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Die
statische Hochspannung kann stufenweise oder stufenlos einstellbar
sein. Die Anziehungskraft, die die Elektroden auf den aufzunehmenden
Staub ausüben, ist abhängig von der Größe
der Hochspannung, wobei die Größe der Hochspannung durch
die Durchschlagfestigkeit der Luft begrenzt ist. Insbesondere dann,
wenn ein und derselbe Staubfänger zur Aufnahme von unterschiedlichen
Sträuben eingesetzt werden soll und/oder zur Aufnahme von
Staub bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen, wie wechselnder
Luftfeuchtigkeit, ist eine einstellbare Hochspannung, besonders
dann, wenn sie stufenlos einstellbar ist, von Vorteil.
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Durch
die zuvor beschriebene Spannungsquelle ist der Staubfänger
ortsunabhängig und frei beweglich einsetzbar.
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Die
Spannungsquelle kann durch einen Ladeschalter ein- oder ausschaltbar
sein. Der Handgriff kann außerdem einen Entladeschalter
zur Entladung der elektrischen Spannung zwischen den Elektroden aufweisen.
Hinsichtlich einer vereinfachten Handhabung können der
Ladeschalter und der Entladeschalter in einem Kombischalter zusammengefasst
sein.
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Die
Elektroden können aus üblichen, geeigneten Werkstoffen
bestehen, beispielsweise aus metallischen oder polymeren Werkstoffen.
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Die
erste, gegenüber dem Staub exponierte Elektrode kann von
einem Staubtuch zumindest teilweise bedeckt sein. Weiter bevorzugt
ist die erste Elektrode von einem beutelförmigen Staubtuch
umschlossen. Hierbei ist von Vorteil, dass die Aufnahme des Staubs
nicht nur berührungslos durch den Potenzialunterschied
und die daraus resultierende Anziehungskraft der Elektroden auf
den Staub erfolgen kann, sondern auch durch unmittelbare Berührung des
Staubs durch das Staubtuch. Die Reinigungsleistung verbessert sich
dadurch insbesondere dann, wenn der Staub auf den zu reinigenden
Oberflächen nicht nur lose auffliegt sondern stärker
anhaftet.
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Besonders
gute Gebrauchseigenschaften weist ein Staubtuch auf, wenn es zumindest
teilweise aus Mikrofasern besteht.
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Generell
kann der aufzunehmende Staub auf verschiedene Weise vom Staubfänger
aufgenommen werden.
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Die
Elektroden können mit einem glatten, elektrisch nicht-leitenden
Material überzogen sein, so dass der Staub durch die elektrostatische
Aufladung auf diesem Material fixiert ist. Der Staub wird dabei ohne
Berührung des Staubs von der zu reinigenden Oberflächen
durch das Gerät über eine Entfernung von mehreren
Zentimetern angezogen. Die Anziehung geschieht durch Influenz und/oder
Polarisierung.
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Unter
Influenz versteht man in diesem Zusammenhang eine Ladungsverschiebung
in einem Leiter (z. B. in einem leitfähigen Staubpartikel)
durch ein äußeres elektrisches Feld.
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Im
Gegensatz dazu wird unter Polarisierung in diesem Zusammenhang verstanden,
dass durch das Anlegen eines äußeren elektrischen
Feldes (hier die Elektrode) eine Ladungsverschiebung in einem nichtleitenden
Material (hier die Staubpartikel) erzeugt wird. Dadurch wird ein
temporärer Dipol im Partikel erzeugt, auf den im elektrischen
Feld eine Kraft wirkt.
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Da
Hausstaub zu einem großen Anteil aus elektrisch schlecht
leitenden Textilfasern besteht, hat man es hier vorwiegend mit dem
Phänomen der Polarisation zu tun, wobei die Grenzen zur
Influenz, beeinflusst durch die Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit,
fliesend sind.
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Die
Elektroden können demgegenüber aber auch mit einem
mehr oder weniger stark strukturierten, elektrisch nicht-leitenden
Textil, wie beispielsweise einem Vliesstoff, einem Gewebe, einem
Gewirke oder Fasern überzogen sein, wobei das Textil den Staub
zusätzlich zum elektrostatischen Effekt durch seine poröse
Oberflächenstruktur mechanisch festhält. Der Staub
kann hier entweder ohne direkte Berührung des Textils mit
der zu reinigenden Oberflächen durch elektrostatische Anziehung
oder durch eine direkte Berührung des Textils mit der zu
reinigenden Oberflächen, das heißt durch eine
mechanische Aufnahme, aufgenommen werden. Der elektrostatische Effekt
wird hierbei durch den mechanischen Effekt verstärkt, was
insbesondere bei fest anhaftendem, bereits gealtertem Staub von
Vorteil ist. In einer anderen Ausführung kann die Elektrode
mit einem glatten, nicht-leitenden Plastikmaterial wie z. B. einer Plastikfolie überzogen
sein, an der sich die Staubpartikel abscheiden. Eine solche Folie
erlaubt eine nachfolgende Entfernung des Staubes durch einfaches Abstreifen,
oder nach erfolgter Entladung der Elektrode durch einfaches Abklopfen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Zwei
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen
elektrostatischen Staubfängers werden nachfolgend anhand
der schematisch dargestellten 1 bis 4 näher
beschrieben. Diese zeigen:
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1 bis 3 ein
erstes Ausführungsbeispiel, wobei in 1 eine
Seitenansicht und in 2 eine Vorderansicht des Staubfängers
gezeigt ist; in 3 ist das Innere des Handgriffs
dargestellt.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel, das sich durch den Kombischalter
vom ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 bis 3 unterscheidet.
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Ausführung der Erfindung
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In
den 1 bis 4 sind zwei Ausführungsbeispiele
eines elektrostatischen Staubfängers gezeigt, von denen
jeder im Wesentlichen aus dem Handgriff 4 und einer Staub-Auffang-Einrichtung
besteht, die am Handgriff 4 befestigt ist. Die Staub-Auffang-Einrichtung
wird durch die erste Elektrode 1 gebildet, die im hier
gezeigten Ausführungsbeispiel von einem beutelförmigen
Staubtuch 8 vollständig umschlossen ist. Das Staubtuch 8 kann
ganz oder teilweise aus Mikrofasern bestehen.
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Der
Handgriff 4 ist durch die zweite Elektrode 2 gebildet,
wobei innerhalb des Handgriffs 4 die Spannungsquelle 3 angeordnet
und von dem Handgriff 4 schützend umschlossen
ist. Unter der Spannungsquelle 3 wird im Rahmen der vorliegenden
Erfindung eine Batterie oder ein wiederaufladbarer Akku verstanden,
mit einer Ausgangsspannung und eine Schaltung mit Spannungsteiler
und Brückengleichrichter zur Umwandlung der Ausgangsspannung
in eine hochfrequente Hochspannung, wobei die hochfrequente Hochspannung
durch einen Gleichrichter in eine statische Hochspannung umgewandelt
und an einen Kondensator angelegt wird. In diesem Ausführungsbeispiel
beträgt die Ausgangsspannung 1,5 V, die statische Hochspannung
etwa 5 kV.
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Um
eine optimale Staubaufnahme zu gewährleisten und eine für
den Benutzer unangenehme Aufladung zu vermeiden, ist der Handgriff 4 leitend mit
der Elektrode 2 verbunden. Der Handgriff 4 ist
geerdet Die zweite Elektrode 2 wird durch den Benutzer auf
Masse gezogen, so dass sich ein Potenzialunterschied zwischen den
beiden Elektroden 1 und 2 ergibt und durch den
elektrostatischen Staubfänger Staub an die erste Elektrode 1 gezogen
wird.
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Der
Handgriff 4 umfasst in den 1 bis 3 einen
Ladeschalter 5 und einen Entladeschalter 6, in 4 einen
Kombischalter 7, in dem Lade- 5 und Entladeschalter 6 zusammengefasst
sind.
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Nimmt
der Benutzer den elektrostatischen Staubfänger in die Hand,
betätigt er zum Aufbringen einer elektrischen Ladung zwischen
den Elektroden 1, 2 den Ladeschalter oder den
Kombischalter 7 und damit den Ladeschalter 5.
Die Ladung bleibt solange bestehen, wie der Ladeschalter 5/Kombischalter 7 gedrückt
ist.
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Im
Anschluss an den Reinigungsvorgang kann der mit Staub beladene Staubfänger
beispielsweise in einer Reinigungsstation abgelegt werden.
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Anschließend
wird der Entladeschalter 6 betätigt oder der Kombischalter 7 und
damit der Entladeschalter 6. Das Drücken kann
entweder durch den Benutzer oder automatisch durch das Ablegen des Staubfängers
in der Reinigungsstation erfolgen. Dadurch findet eine Entladung
statt und der Staub kann von der ersten Elektrode 1 problemlos
abgestreift oder abgeklopft werden. Anschließend ist der
Staubfänger wieder betriebsbereit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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