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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen elektrostatischen Staubfänger.
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Stand der Technik
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Ein
elektrostatischer Staubfänger ist aus der
US 2004/0163667 A1 bekannt.
Der vorbekannte Staubfänger umfasst eine erste und eine
zweite Elektrode und eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Spannung
zwischen den beiden Elektroden. Der 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. 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
sind. Aufgrund der flachen Anordnung 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. Solche Elektrodenkonfigurationen
und Geometrien sind nicht in der Lage Staubteilchen über
eine Entfernung von mehreren Millimetern oder gar Zentimetern durch
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 einfacher 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, umfassend eine erste und eine zweite Elektrode, eine
Spannungsquelle zum Anlegen einer positiven und negativen elektrischen
Spannung an die beiden Elektroden sowie eine Erdung, wobei die erste
Elektrode und die zweite Elektrode eine Staub-Auffang-Einrichtung
bilden und wobei die erste Elektrode positiv und die zweite Elektrode
negativ geladen ist. Die Erdung 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).
Durch die positive Ladung der ersten Elektrode und die negative
Ladung der zweiten Elektrode weist der erfindungsgemäße Staubfänger
eine außerordentlich gute Wirksamkeit auf. Negativ geladene
Staubteilchen lagern sich an der ersten Elektrode, positiv geladene
Staubteilchen an der zweiten Elektrode an. Der Wirkungsgrad des Staubfängers
ist dadurch besonders gut. Hierbei ist außerdem von Vorteil,
dass der erfindungsgemäße Staubfänger
durch seine einfache Elektrodengeometrie insgesamt einfach zu handhaben
und kostengünstig herstellbar ist. Durch die gegensätzlich
gepolten ersten und zweiten Elektroden sowie durch die über
einen Handgriff oder Bodenkontakt verbundene Erdung wird der maximale
Potentialunterschied zwischen dem Staub auf der Oberfläche
und den auf den Staub gerichteten Elektroden erreicht, unabhängig davon,
ob der Staub positiv oder negativ geladen ist. Der Staub ist damit
einer besonders starken 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
Erdung ist bevorzugt als Handgriff ausgebildet. Die Erdung über
den Benutzer durch einen leitfähig mit der Schaltungsmasse
verbundenen Handgriff hat weiterhin den Vorteil, dass die Spannungsquelle
eine positive und eine negative Spannung gegen die Umgebungserde
aufbauen kann, was die Anziehungskraft auf den Staub weiter vergrößert.
Durch die positive und negative Hochspannung der Elektroden bleibt,
bei eventueller elektrostatischer Aufladung des Benutzers, die Funktionalität bestehen.
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Die
Spannungsquelle kann bei der Ausführung als Bodenreinigungsgerät
im die Elektroden 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 liefert am Ausgang eine oder mehrere positive und
negative Spannungen mit hohem arithmetischem Mittelwert. Eingangsseitig
kann eine Batterie oder ein Akku verwendet werden. Als Spannungsquelle
kann jegliche Methode zur Erzeugung von Spannungen mit hohem arithmetischen
Mittelwert zum Einsatz kommen, bevorzugt eine selbstschwingende
oder resonantschwingende Wandlerschaltung nach dem Sperrwandler-
oder Gegentaktwandler- Prinzip mit Transformator und nachgeschaltetem
mehrstufigem Gleichrichter. Ein Sperr- oder Gegentaktwandler wandelt
eine eingangsseitige Gleichspannung in eine Wechselspannung um.
Die in den Wandlern integrierten Schaltelemente, z. B. Transistoren,
werden bei der selbstschwingenden Ausführung über
ein zurückgeführtes Signal aus dem Transformator
angesteuert, bei der resonantschwingenden Ausführung kommt
ein Resonanzkreis zum Einsatz. Die dem Wandler nachgeschaltete mehrstufige
Gleichrichterschaltung wandelt die durch den Wandler erzeugte Wechselspannung
in eine hohe Gleichspannung um. Als mehrstufige Gleichrichterschaltung
wird bevorzugt eine Villard-Vervielfacherschaltung eingesetzt. Die
Gesamtkapazität der in der mehrstufigen Gleichrichterschaltung
eingesetzten Kondensatoren kann im Bereich 1 pF bis 100 nF liegen,
bevorzugt beträgt die Gesamtkapazität 0,125 nF.
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Die
Eingangsspannung der Spannungsquelle kann bis 100 V, bevorzugt bis
9 V betragen, der arithmetische Mittelwert der Hochspannung am Ausgang
der Spannungsquelle bis ±100 kV, bevorzugt bis ±10
kV. Eine solche niedrige Eingangsspannung lässt sich bequem
durch handelsübliche Batterien/Akkus erreichen, die praktisch überall
kostengünstig verfügbar sind. Dies ist insbesondere
im Bereich von preisgünstigen Konsumgütern ein
nennenswerter Vorteil.
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Der
arithmetische Mittelwert der 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 Elektrodenisolation
und der Luft sowie der jeweils verwendeten Elektronik begrenzt ist.
Insbesondere dann, wenn ein und derselbe Staubfänger zur
Aufnahme von unterschiedlichen Stäuben 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 geeigneten elektrisch leitfähigen
Werkstoffen bestehen, beispielsweise aus metallischen, zellulosehaltigen
oder polymeren Werkstoffen.
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Die
Elektroden müssen elektrisch isoliert sein, um eine Entladung
der Elektroden über den Benutzer oder die Umgebung zu vermeiden.
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Die
beiden, gegenüber dem Staub exponierten Elektroden können
jeweils von einem Staubtuch zumindest teilweise bedeckt sein. Weiter
bevorzugt sind die beiden Elektroden jeweils 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 aufliegt 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. 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 Oberfläche 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 Elektroden) 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,
fließend 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 Elektroden 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 4und einer Staub-Auffang-Einrichtung
besteht, die am Handgriff 4 befestigt ist. Die Staub-Auffang-Einrichtung
wird durch die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 gebildet,
die im hier gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils von einem
beutelförmigen Staubtuch 8, 9 vollständig
umschlossen sind. Die Staubtücher 8, 9 können
ganz oder teilweise aus Mikrofasern bestehen. In den Handgriff 4 ist
die Erdung 2a des Staubfängers integriert, 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 eine akkugespeiste Vorrichtung verstanden,
die Spannungen hohen arithmetischen Mittelwerts erzeugt. In diesem Beispiel
beträgt die Eingangspannung (Batteriespannung) 3 V, der
arithmetische Mittelwert der Hochspannung ±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 Schaltungsmasse verbunden. Der Handgriff 4 wird durch
den Benutzer auf Erde gezogen, so dass sich ein Potenzialunterschied
zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 und der
Erdung ergibt und durch den elektrostatischen Staubfänger
Staub an die beiden Elektroden 1, 2 gezogen wird.
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Die
beiden Elektroden 1, 2 können kammartig
ausgebildet sein, mit einer internen leichten Potenzialdifferenz.
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Durch
die positive Ladung der ersten Elektrode 1 und die negative
Ladung der zweiten Elektrode 2 weist der erfindungsgemäße
Staubfänger eine außerordentlich gute Wirksamkeit
auf. Negativ geladene Staubteilchen lagern sich an der ersten Elektrode 1,
positiv geladene Staubteilchen an der zweiten Elektrode 2 an.
Der Wirkungsgrad des Staubfängers ist dadurch besonders
gut.
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Bei
kammartigem Aufbau der Elektroden 1, 2 können
Staubteilchen zusätzlich an der Oberfläche der
Elektroden 1, 2 festgehalten werden. Dadurch kann
der Wirkungsgrad des Staubfängers weiter verbessert werden.
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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 auf
die Elektroden 1, 2 den Ladeschalter 5 oder
den Kombischalter 7 und damit den Ladeschalter 5.
Die Ladung bleibt solange bestehen, wie der Ladeschalter 5/Kombischalter 7 gedrückt
ist und die enthaltenen Kapazitäten nicht entladen sind.
Im Anschluss an den Reinigungsvorgang kann der mit Staub beladene
Staubfänger beispielsweise in einer Reinigungsstation abgelegt
werden. 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
den beiden Elektroden 1, 2 problemlos abgestreift,
abgewaschen 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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- - US 2004/0163667
A1 [0002]
