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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Staubfänger, umfassend eine erste und eine zweite Elektrode, eine Spannungsquelle sowie eine Erdung.
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Stand der Technik
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Aus der älteren Anmeldung
DE 10 2008 008 576 A1 ist ein elektrostatischer Staubfänger bekannt, bei dem nur die erste Elektrode als Staub-Auffang-Einrichtung ausgebildet ist. Die zweite Elektrode ist geerdet. Dabei ist es vorgesehen, dass die zweite Elektrode entweder direkt über einen elektrisch leitenden Bodenkontakt, zum Beispiel für Bodenreinigungsgeräte, oder über den Benutzer und einen elektrisch leitend ausgebildeten Handgriff geerdet ist. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Elektrodengeometrie, ein einfach zu handhabender elektrostatischer Staubfänger und eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit.
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Bevorzugt ist die zweite Elektrode als Handgriff ausgebildet.
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Ein weiterer 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.
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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.
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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.
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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 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.
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Solche Elektrodenkonfigurationen und Geometrien sind nicht in der Lage Staubteilchen über eine Entfernung von mehreren Millimeter oder gar Zentimetern durch elektrostatische Kräfte anzuziehen. Ein Überziehen der Elektroden mit einem Teil 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 is es vorgesehen, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode eine Staub-Auffang-Einrichtung bilden, die an einem Handgriff befestigt ist, wobei durch die Spannungsquelle eine positive und eine negative elektrische Spannung an die beiden Elektroden anlegbar ist, wobei die erste Elektrode positv und die zweite Elektrode negativ geladen ist und wobei die beiden Elektroden jeweils von einem Staubtuch zumindest teilweise bedeckt sind. 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.
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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 beiden gegenüber dem Staub exponierten Elektroden sind jeweils von einem Staubtuch zumindest teilweise bedeckt. 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.
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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 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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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.
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Ein Speer 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.
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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.
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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.
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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 Stuben 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.
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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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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Staubfängers werden nachfolgend anhand der schematisch dargestellten 1 bis 4 näher beschrieben.
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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.
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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.
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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 6.
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Die Ladung bleibt solange bestehen, wie der Ladeschalter 5/Kombischalter 7 gedrückt ist und die enthaltenen Kapazitäten nicht entladen sind.
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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 den beiden Elektroden 1, 2 problemlos abgestreift, abgewaschen oder abgeklopft werden. Anschließend ist der Staubfänger wieder betriebsbereit.
