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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung der Verfahren zum. Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom, also beispielsweise auf einen Staubsauger oder eine andere Absaugvorrichtung, bei der eine Trennung von Partikeln aus einem Gasstrom erwünscht ist.
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Vorrichtungen zum Trennen von Partikeln aus einem Gasstrom, wobei es sich bei den Partikeln um feste Partikel, flüssige Partikel (z. B. Tropfen) oder auch um ein Gemisch derselben handeln kann, werden bei einer Vielzahl technischer Gebiete eingesetzt. Sie werden beispielsweise bei der Förderung von Feststoffen, also beispielsweise zur Förderung von Saatgut oder anderen Körnern im Bereich der Landwirtschaft eingesetzt, aber ebenso zur Reinigung einer mit einem Nebel aus flüssigen oder festen Partikeln kontaminierter Luft. Darüber hinaus werden entsprechende Vorrichtungen ebenfalls zur Reinigung von Räumen und Flächen eingesetzt. Hierzu zählen Nassreiniger ebenso wie Staubsauger, also beispielsweise Hausstaubsauger oder auch Industriestaubsauger.
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Gerade im Bereich der Staubsauger werden Modelle mit Filterbeutel zum Auffangen des aufgesaugten Staubs als auch filterbeutellose Staubsauger verwendet. Bei Geräten, die einen Filterbeutel einsetzen, dient dieser im Allgemeinen als wesentlicher und zentraler Filter, durch den die Trennung des angesagten Staubs von der ebenfalls angesagten Luft bewirkt wird.
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Im Unterschied hierzu basieren die meisten filterbeutellosen Staubsauger auf Basis der Zyklontechnik, bei der die Luft auf eine spiralförmige Bahn, einem Tornado (Zyklon) gleichend, gezwungen wird, sodass der Staub und andere angesaugte Partikel aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen getrieben und so von dem Luftstrom getrennt werden.
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Geräte, die nach der Zyklontechnik (engl. auch „Cycletec” genannt) arbeiten, weisen im Allgemeinen im Vergleich zu Geräten mit Filterbeutel eine geringere Luftleistung und damit auch eine geringere Staubaufnahme auf. Häufig benötigen Sie mehr Elemente zur Luftumlenkung, sodass ihr Aufbau komplizierter als bei Geräten mit Filterbeutel ist.
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Entsprechend sind meist mehr Teile zur Darstellung der entsprechenden Baugruppen erforderlich. Aufgrund ihres häufig sehr komplexen Aufbaus verstopfen sie leichter und sind schlechter zu reinigen. Auch benötigen Sie häufig zusätzlich einen effektiven Feinstaubfilter, da Feinstaub im Allgemeinen kaum durch den Einsatz der Zyklontechnik abgeschieden werden kann. Darüber hinaus schwankt die Abscheideleistung bei herkömmlichen Zyklon-Staubsaugern stark mit der Geschwindigkeit der Luftströmung.
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Es sind konventionelle Staubsauger mit Gebläsemotor und zwei seitlichen Lufträdern bekannt. So offenbaren beispielsweise die
US 2002/0053115 A1 einen Staubsauger mit einem Gebläsemotor und zwei seitlichen Lüfterrädern, die sich hinsichtlich ihrer Funktion nicht unterscheiden. Ebenso offenbart die
DE 1 800 480 A1 ein nicht näher beschriebenes Motorgebläse, welches zwei seitlich angeordnete Lüfterräder aufweist, die keine unterschiedliche. Funktion aufweisen. Daneben existieren konventionelle Zweikreisgebläse, bei denen z. B. bei mit Wasser beaufschlagter Saugluft ein von dem Motor getrennter Luftstrom die Saugluft fördert, während ein zweiter Luftstrom das Gebläse kühlt.
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Darüber hinaus sind bei konventionellen Staubsaugern Lösungen bekannt, bei denen eine Vortrennung von Grobschmutz und gegebenenfalls Feinschmutz mithilfe eines mechanischen Gitters durchgeführt wird, welches rotiert. Durch die Rotationsbewegung des Gitters werden bei diesen Lösungen die Schmutzteilchen dadurch aus ihren Flugbahnen geworfen, das sie aufgrund ihrer eigenen Größe eine bestimmte Zeit benötigen, um das Gitter passieren zu können. Während dieser Zeit dreht sich nun jedoch das betreffende Gitter derart, dass dem Schmutzteilchen ein seitlicher Impuls übertragen wird, der es aus seiner Flugbahn abgelenkt. Bei diesen Lösungen handelt es sich typischerweise um größere Industriestaubsauger oder um Staubsauger, die einen zusätzlichen Feinstaubfilter (z. B. in Form eines Filterbeutels) benötigen.
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Dies liegt daran, dass diese Art von Filtern eine hohe Drehzahl des betreffenden Gitters erfordert. Um diese zu erzeugen, bedarf es jedoch im Allgemeinen eines größeren Gerätes und damit eines entsprechenden Bauraums, wie er beispielsweise lediglich bei Industriestaubsauger zur Verfügung steht. Steht der entsprechende Bauraum beispielsweise im Falle eines Haushaltsstaubsaugers nicht zur Verfügung, kann es aufgrund hoher Drehzahlen zu einer erheblichen Geräuschbelästigung für den Benutzer kommen. Diese kann nur durch die Verwendung niedrigerer Drehzahlen vermieden werden, was sich jedoch nachteilig auf die Abscheideleistung im Bereich kleinerer Partikel auswirkt. Eine solche Lösung erfordert daher im Allgemeinen einen weiteren Feinstaubfilter, der beispielsweise in Form eines konventionellen Filterbeutel ausgestaltet sein kann. Die
DE 44 15 005 A1 offenbart einen solchen Haushaltsstaubsauger, während die
DE 100 00 984 A1 einen entsprechenden Industriestaubsauger mit zwei separaten Rotationskörpern zur Staubtrennung zeigt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht daher die Aufgabe von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung darin, eine kompaktere Vorrichtung. zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom zu schaffen, die auch bei niedrigeren Drehzahlen bzw. im Stillstand die ersten und zweiten Partikel zurückhalten kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem. Gasstrom gemäß Anspruch 1 oder durch ein Verfahren zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom gemäß Anspruch 14 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom umfasst ein Förderrad und einem Verdichterrad, wobei das Verdichterrad dem Förderrad entlang des Gasstroms nachgelagert und ausgebildet ist, um den Gasstrom zu dem Förderrad hin und weiter zu dem Verdichterrad hervorzurufen. Das Förderrad ist ausgebildet, um bei einer Rotation des Förderrads erste Partikel in einer radialen Richtung des Förderrads zu beschleunigen. Das Förderrad umfasst ferner wenigstens ein Filterelement, das ausgebildet ist, um die ersten und zweiten Partikel aus dem Gasstrom unabhängig von einer Rotation des Förderrads zurückzuhalten und den Gasstrom passieren zu lassen.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom umfasst ein Hervorrufen des mit den ersten und zweiten Partikeln beladenen Gasstroms durch ein Verdichterrad, das einem Förderrad in Richtung des Gasstroms nachgelagert ist, ein Beschleunigen der ersten Partikel in einer radialen Richtung des Förderrads durch das Förderrad, ein Zurückhalten wenigstens der ersten Partikel aus dem Gasstrom durch wenigstens ein in dem Förderrad umfasstes Filterelement und ein Passieren lassen des von den ersten und zweiten Partikeln gereinigten Gasstroms durch das Förderrad.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liegt so die Erkenntnis zugrunde, dass eine kompaktere Vorrichtung zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom geschaffen werden kann, die auch bei niedrigen Drehzahlen des Förderrads sowohl die ersten als auch die zweiten Partikel aus dem Gasstrom zurückhalten kann, indem das Förderrad nicht nur ausgebildet ist, um die ersten Partikel in einer radialen Richtung des Förderrads bei einer Rotation desselben zu beschleunigen, sondern ebenfalls ein Filterelement umfasst, welches ausgebildet ist, um die ersten und zweiten Partikel unabhängig von einer Rotation des Förderrads zurückzuhalten, während der Gasstrom das Filterelement passieren kann. Anders ausgedrückt liegt Ausführungsbeispielen die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Kombination eines Förderrads zur Trennung ersten Partikel aus dem Gasstrom und eines Filterelements zur Trennung beider Partikel aus dem Gasstrom eine entsprechende kompaktere Bauweise erzielbar ist.
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Partikel können hierbei feste Partikel, flüssige Partikel oder eine Kombination beider Arten umfassen. Die zuvor genannten ersten Partikel sind hinsichtlich ihrer Größe, also beispielsweise eines charakteristischen Durchmessers, größer als die zweiten Partikel. So kann es sich beispielsweise bei den ersten Partikeln um Grobschmutz handeln, also beispielsweise um feste Partikel mit einem Durchmesser von wenigstens 2 mm, 1 mm oder 500 μm, während es sich bei den zweiten Partikeln um Feinstaub mit charakteristischen Durchmessern von weniger als den zuvor genannten Werten, also beispielsweise weniger als 500 μm, weniger als 200 μm, weniger als 100 μm oder weniger als 50 μm handeln kann.
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Dadurch, dass das Förderrad ausgebildet ist, um bei einer Rotation desselben die ersten Partikel in einer radialen Richtung des Förderrads zu beschleunigen, wird sodass das wenigstens eine Filterelement, welches sowohl die ersten als auch die zweiten Partikel zurückhalten kann, während des Betriebs im Wesentlichen nur durch die zweiten Partikeln belastet. Die ersten Partikel werden durch die Rotation des Förderrads aus dem von dem Verdichterrad erzeugten Gasstrom abgelenkt. Hierbei kann optional eine Form des Förderrads, durch die diese Beschleunigung bewirkt wird, eine Oberfläche des Filterelements im Übrigen umfassen bzw. einbeziehen.
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Der Einsatz eines entsprechenden Förderrads mit wenigstens einem Filterelement bietet darüber hinaus die Möglichkeit, bereits bei einem Anlaufen der Vorrichtung zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom bzw. bei vergleichsweise niedrigen Drehzahlen des Förderrads eine Filterwirkung zu erzielen, die den Einsatz eines Feinstaubfilters gegebenenfalls erübrigen kann. Anders ausgedrückt kann durch den Einsatz wenigstens eines Filterelements im Rahmen des Förderrads nicht nur eine kompaktere Konstruktion geschaffen werden, sondern es kann auch bei geringeren Drehzahlen bzw. schon im Stillstand des Förderrads eine entsprechende Filterwirkung hervorgerufen werden.
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Ein solches Filterelement kann beispielsweise ein poröses Filtermaterial, also beispielsweise ein poröses Papier oder ein poröses Mikrofasermaterial umfassen. Durch die Auswahl des entsprechenden porösen Filtermaterials können die Filtereigenschaften des Filterelements, beispielsweise hinsichtlich der maximalen Größe eines Partikels, das das Filterelement noch passieren kann, bestimmt werden. Anders ausgedrückt kann durch die Auswahl des Filtermediums bzw. Filtermaterials ein minimaler Durchmesser der zweiten Partikel bestimmt werden, die noch von dem Filterelement zurückgehalten werden. Je nach verwendetem Filterelement beträgt der Mindestdurchmesser der zweiten Partikeln häufig wenigstens 2 um, wenigstens 5 μm, wenigstens 10 μm, wenigstens 20 μm, wenigstens 25 μm oder wenigstens 50 μm. Allerdings können bei anderen Ausführungsbeispielen auch größere und/oder kleinerer Mindest- oder Maximaldurchmesser vorliegen.
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Bei Ausführungsbeispielen kann das Förderrad eine über eine Grundebene des Förderrads herausragende Leitflächenstruktur aufweisen, die ausgebildet ist, um die ersten Partikel in der radialen Richtung zu beschleunigen, wobei die Grundebene des Förderrads senkrecht zu einer Rotationsachse desselben steht. Bei diesen Leitflächenstrukturen kann es sich beispielsweise um gerade Schaufel, geschrägte Schaufeln oder auch Balken handeln, die durch ihre geometrische Form den ersten Partikeln den notwendigen Impulsübertrag vermitteln können, sodass die ersten Partikel in der zuvor beschriebenen radialen Richtung des Förderrads beschleunigt werden.
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Bei Ausführungsbeispielen kann das wenigstens eine Filterelement derart ausgebildet sein, dass dieses wenigstens teilweise eine Leitfläche der Leitflächenstruktur umfasst, wobei die Leitfläche ausgebildet ist, um die Beschleunigung in radialer Richtung zu bewirken. Hierdurch ist es möglich, eine effektive Filterfläche des Filterelements zu erhöhen, indem das Filterelement als Teil einer Leitflächenstruktur ausgebildet ist, sodass die Leitflächenstruktur bei einer entsprechenden Rotation des Förderrads die ersten Partikel in radialer Richtung beschleunigt, während die zweiten Partikel durch die Ausprägung als Filterelement an einem Durchtritt durch das Filterelement gehindert werden.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das Förderrad derart ausgebildet sein, dass die Rotation des Förderrads das wenigstens eine Filterelement wenigstens teilweise von den zweiten Partikeln reinigbar macht. So kann das wenigstens eine Filterelement beispielsweise derart angeordnet werden, dass eine Filteroberfläche eine Orientierung aufweist, die in radialer Richtung von der Achse des Förderrads weg weist, sodass durch die Rotation Fliehkräfte auf an der Filteroberfläche angesammelte bzw. adsorbierte zweite Partikel einwirken, die diese von der Filteroberfläche losreißen. Bei Ausführungsbeispielen kann das Förderrad so eine Aufnahme für wenigstens ein Filterelement aufweisen, sodass das wenigstens eine Filterelement an einer radialen Außenseite des Förderrads angeordnet ist, sodass eine Filteroberfläche des wenigstens einen Filterelements, durch die der Gasstrom hindurchtreten kann, wenigstens teilweise in radialer Richtung orientiert ist. Beispielsweise kann im Falle einer Ausgestaltung einer Leitflächenstruktur mit einem Filterelement eine solche Selbstreinigung positiv beeinflussen. Gleiches kann auch für die ersten Partikel gelten.
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Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann entsprechend eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufweisen, wobei die erste Kammer auf der dem Verdichterrad abgewandten Seite des Förderrads angeordnet ist, während die zweite Kammer auf der dem Verdichterrad zugewandten Seite des Förderrads angeordnet ist. Das Förderrad kann hierbei derart angeordnet und ausgebildet sein, dass das Förderrad die erste Kammer von der zweiten Kammer so abdichtet, dass der Gasstrom das wenigstens eine Filterelement passiert, um von der ersten in die zweite Kammer zu gelangen. Das Förderrad kann daher derart ausgestaltet werden, dass dieses die erste Kammer von der zweiten Kammer abdichtet, sodass gegebenenfalls zusätzliche Abdichtelemente entfallen können, was erneut zu einer kompakteren Bauweise einer entsprechenden Vorrichtung führen kann. Dies kann beispielsweise durch Ausbildung einer Spaltdichtung oder einer Labyrinthdichtung geschehen. Natürlich können auch berührende Dichtungen, wie etwa eine oder mehrere Gummi- oder Kunststoffdichtungen oder Kassettendichtungen, zum Einsatz kommen.
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Selbstverständlich kann es trotzdem möglich sein, dass eine Vorrichtung zwischen dem Förderrad und dem Verdichterrad ein Zwischenfilterelement aufweist, das derart angeordnet ist, dass der Gasstrom das Zwischenfilterelement passiert. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, das Verdichterrad auch im Falle eines Durchschlagens eines besonders großen und/oder besonders schweren Partikels vor einer mechanischen Beschädigung zu schützen. Darüber hinaus kann ergänzend oder alternativ ein Zwischenfilterelement auch zur weiteren Verbesserung der Reinheit des Gasstroms beitragen, wenn beispielsweise in hygienisch besonders anspruchsvollen Umgebungen Ausführungsbeispiele zum Einsatz gebracht werden. Hierbei können so antibakterielle oder antiallergene Zwischenfilterelemente zum Einsatz gebracht werden.
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Bei Ausführungsbeispielen kann ein Gaseinlass der Vorrichtung derart ausgeführt werden, dass der Gasstrom mit den ersten und den zweiten Partikeln mit wenigstens einer tangentialen Komponente, insbesondere vollständig tangential auf das Förderrad trifft. Durch eine solche Führung des Gaseinlasses es kann es möglich sein, die Trennwirkung des Förderrads für die ersten Partikel zusätzlich zu verbessern.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung kann gegebenenfalls besonders kompakt und effizient gebaut werden, indem das Förderrad und das Verdichterrad mit einer gemeinsamen oder zweiteilig ausgeführten Welle eines einzigen Motors drehfest verbunden sind, wobei der Motor beispielsweise zwischen dem Verdichterrad und dem Förderrad angeordnet ist. Aber auch andere konstruktive Ausgestaltungen mit mehr als einem Motor bzw. auch mit einem nur durch den Gasstrom angetriebenen Förderrad können gegebenenfalls eine kompaktere Bauweise ermöglichen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Förderrad und/oder das Verdichterrad auch über ein oder zwei Getriebe mit einem gemeinsamen Motor gekoppelt sein. Hierdurch kann es möglich sein, einen Arbeitspunkt des Förderrads von einem Arbeitspunkt des Verdichterrads und gegebenenfalls von dem des gemeinsamen Motors getrennt zu bestimmen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Leistung des Förderrads unabhängig von einer Leistung des Verdichterrads und gegebenenfalls von einer Leistung oder einem anderen wesentlichen Parameter des gemeinsamen Motors bestimmbar sein. Ein solcher Parameter kann beispielsweise eine Leistungsaufnahme oder eine Verschleißtendenz sein. Anders ausgedrückt kann so gegebenenfalls der optimale Arbeitspunkt (Drehzahl) des Förder- und des Verdichterrads unabhängig voneinander einstellbar sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Förderrad einen einteiligen Korpus mit wenigstens einer Aufnahme für das wenigstens eine Filterelement umfassen bzw. derart ausgestaltet sein, dass dieses neben dem einteiligen Korpus mit einer entsprechenden Anzahl von Aufnahmen nur noch aus dem wenigstens einen Filterelement besteht, oder bei dem das Förderrad vollständig aus dem einem Filtermaterial gefertigt ist, sodass das Filterelement durch das Förderrad gebildet wird. Dies kann den Aufbau und damit die Konstruktion und Herstellung einer Vorrichtung gegebenenfalls zusätzlich vereinfachen, da das Förderrad bzw. sein Korpus durch ein Spritzgussverfahren oder ein anderes einfaches und serientaugliches Herstellungsverfahren herstellbar ist. Auch kann im Falle einer vollständigen Ausführung des Förderrads als Filterelement gegebenenfalls eine Erhöhung der Reinigungsleistung erzielbar sein. Auch kann gegebenenfalls eine Herstellung vereinfacht werden. Diese gemeinsame Implementierung des Filterelements und des Förderrads kann gegebenenfalls eine Materialwahl und eine entsprechende Oberflächenstruktur ratsam machen, die einerseits eine ausreichende Formstabilität und andererseits eine ausreichende Filterleistung ermöglicht. Ein solches als Filterelement wirkendes Förderrad kann beispielsweise aus einem porösen Kunststoff gefertigt sein, dessen Poren, die Filterwirkung definieren.
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Selbstverständlich kann bei einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung dieses ferner einen Auffangbehälter für die ersten und/oder die zweiten Partikeln aufweisen, wobei der Auffangbehälter mit einer Öffnung das Förderrad radialer vollständig oder teilweise umgibt. Anders ausgedrückt kann eine Vorrichtung ferner einen Auffangbehälter für die ersten und zweiten Partikel aufweisen, der mit einer Öffnung das Förderrad in radialer Richtung umgibt. Hierdurch kann gegebenenfalls eine besonders einfache Aufnahme der Partikeln zur späteren Entsorgung erfolgen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung kann das Förderrad einen Bürstenbereich an einer dem Verdichterrad abgewandten Seite aufweisen, wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass der Bürstenbereich mit einer zu reinigenden Oberfläche direkt in Kontakt bringbar ist. Hierdurch kann neben einer Reinigungswirkung durch ein Absaugen auch eine mechanische Reinigung erzielbar sein.
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Auch wenn zuvor weitere Ausgestaltungen für Ausführungsbeispiele in Form einer Vorrichtung zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom beschrieben worden sind, können diese entsprechend auch bei Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom umgesetzt werden. Hierbei können gegebenenfalls die gleichen oder ähnliche Vorzüge umgesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom können beispielsweise in Form eines Staubsaugers, eines Haushaltsstaubsaugers, eines Industriestaubsaugers, einer Vorrichtung zum Abscheiden von festen und/oder flüssigen Medien aus einem Gasstrom oder einer Reinigungsvorrichtung für ein Gas oder Gasgemisch umgesetzt werden. Nachfolgend werden jedoch im Wesentlichen Staubsauger beschrieben. Bei diesen handelt es sich bei dem Gas bzw. dem Gasstrom typischerweise um Luft bzw. einen Luftstrom. Entsprechend gehören die ersten Partikel häufig dem Grobschmutz an, während die zweiten Partikel dem Feinschmutz zuzurechnen sind.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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1 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Form eines Haushaltsstaubsaugers;
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem abweichenden Förderrad;
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3 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch die in 2 gezeigte Vorrichtung in einem Bereich des Förderrads;
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4 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch eine weitere Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in Form eines Haushaltsstaubsaugers mit einer tangentialen Führung des Gasstroms und einer weiteren Ausführung des Förderrads;
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5a zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt einer ersten Kammer der in 4 gezeigten Vorrichtung mit einer Ansicht des Förderrads;
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5b zeigt eine Druckverteilung an dem Förderrad aus 5a;
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6 zeigt eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der in 4 gezeigten Vorrichtung in einem Bereich des Förderrads;
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7 zeigt eine perspektivische Darstellung des Auffangbehälters des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels;
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8a zeigt eine Aufsicht auf den Auffangbehälter aus 7;
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8b zeigt eine Schnittdarstellung aus 8a;
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9 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels;
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10 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels mit Bürsten an dem Förderrad; und
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11 zeigt eine Aufsicht des Förderrads des in 10 gezeigten Ausführungsbeispiels.
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Bevor im Zusammenhang mit den 1 bis 11 Ausführungsbeispiele näher beschrieben und hinsichtlich ihrer Funktionsweise näher erläutert werden, bietet es sich an darauf hinzuweisen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung zusammenfassende Bezugszeichen für Objekte, Strukturen und andere Entitäten verwendet werden, wenn auf die betreffende Entität an sich, mehrerer entsprechende Entitäten innerhalb eines Ausführungsbeispiels oder innerhalb mehrerer Ausführungsbeispiele oder die betreffende Gattung von Entitäten näher eingegangen wird. Hierdurch ist es möglich, die Beschreibung knapper und kürzer zu halten, da unnötige Wiederholungen vermieden werden können, da Beschreibungen die sich auf eine Entität beziehen, auch auf andere Entitäten in anderen Ausführungsbeispielen übertragbar sind, soweit dies nicht explizit anders angegeben ist oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. Im Unterschied hierzu werden, wenn einzelne Entitäten bezeichnet werden, individuelle Bezugszeichen verwendet, die auf den entsprechenden zusammenfassenden Bezugszeichen basieren. Entitäten, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen auftreten, können hierbei bezüglich einiger ihrer technischen Parameter identisch und/oder unterschiedlich ausgeführt werden. Es ist so beispielsweise möglich, dass mehrere Entitäten innerhalb eines Ausführungsbeispiels bezüglich eines Parameters identisch, bezüglich eines anderen Parameters jedoch unterschiedlich ausgeführt sein können.
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1 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch eine Vorrichtung 100 zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom. Die Vorrichtung 100 umfasst ein dreiteilig ausgeführtes Gehäuse 110 mit einem unteren Gehäuseabschnitt 110-1, einem mittleren Gehäuseabschnitt 110-2 und einem oberen Gehäuseabschnitt 110-3. Die drei Gehäuseabschnitte 110 sind jeweils über umlaufende Eingriffe 120 und Verschraubungen 130 miteinander verbunden.
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Der untere Gehäuseabschnitt 110-1 umfasst einen Gaseinlass 140 mit einer Einströmöffnung und einem Schlauchanschluss, an den beispielsweise eine in 1 nicht dargestellte Absaugdüse anschließbar ist. Der Gaseinlass 140 mündet mit einer Öffnung 150 zentral über einem Förderrad 160. Anders ausgedrückt ist die Öffnung 150 des Gaseinlasses 140 zentral bzw. mittig in axialer Richtung von dem Förderrad 160 beabstandet angeordnet. Das Förderrad 160 ist mit einer ersten Welle 170 eines ersten Motors 180 mechanisch drehfest gekoppelt bzw. verbunden, sodass der erste Motor 180 die das Förderrad 160 über die erste Welle 170 in Rotation versetzen kann.
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Die Öffnung 150 des Gaseinlasses 140 mündet in einer ersten Kammer 190, in der das Förderrad 160 wenigstens teilweise hineinragt und zu der ersten Kammer 190 drehbar ist. Die erste Kammer 190 umfasst einen Auffangbehälter 200, der als Teil des unteren Gehäuseabschnitts 110-1 ausgeführt ist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Auffangbehälter als Ringbehälter für Grobschmutz ausgeführt.
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Wie durch zwei Pfeile 210 in 1 dargestellt ist, werden erste und zweite Partikel, die mit einem Gasstrom 220 transportiert werden, durch das Förderrad 160 in den Auffangbehälter 200 abgetrennt. Der Auffangbehälter 200 ist hierbei als Teil des unteren Gehäuseabschnitts 110-1 ausgeführt. Er kann so entleert werden, indem beispielsweise die zugehörigen Verschraubungen 130 und der zugehörige Eingriff 120 gelöst werden, die den unteren Gehäuseabschnitt 110-1 und den mittleren Gehäuseabschnitt 110-2 verbinden.
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Der Gasstrom 220 ist im Bereich des Gaseinlasses 140 mit den ersten und zweiten Partikeln beladenen oder beaufschlagt. Bei den ersten und zweiten Partikeln kann es sich um feste Partikel, flüssige Partikel oder eine Kombination beider handeln. Hierbei sind die ersten Partikel typischerweise größer und/oder schwerer als die zweiten Partikel. Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die ersten Partikel so einen Durchmesser auf, der wenigstens 500 μm, wenigstens 1 mm oder wenigstens 3 mm beträgt. Im Unterschied hierzu weisen die zweiten Partikel häufig einen charakteristischen Durchmesser auf, der geringer ist als 500 μm, geringer als 200 μm, geringer als 100 μm oder geringer als 50 μm ist. Die zweiten Partikeln weisen darüber hinaus auch meist einen Mindestdurchmesser auf, der durch das später noch beschriebene Filterelement bestimmt ist. Je nach verwendetem Filterelement beträgt der Mindestdurchmesser der zweiten Partikeln häufig wenigstens 2 μm, wenigstens 5 μm, wenigstens 10 μm, wenigstens 20 μm, wenigstens 25 μm oder wenigstens 50 μm. Allerdings können bei anderen Ausführungsbeispielen auch größere und/oder kleinere Mindestdurchmesser oder Maximaldurchmesser vorliegen.
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Trifft nun der mit den ersten und zweiten Partikeln beladene Gasstrom 220 auf das Förderrad 160, so werden die ersten Partikel aufgrund einer Rotation des Förderrads 160 in radialer Richtung des Förderrads beschleunigt. Zu diesem Zweck weist das in 1 gezeigte Förderrad 160 mehrere Leitflächenstrukturen 230 in der Form von in einem Querschnitt gerad verlaufende Schaufeln auf, die sich über eine Grundebene 240 des Förderrads 160 erstrecken. Die Schaufeln bzw. Leitflächenstrukturen 230 erstrecken sich hierbei in der Grundebene 240 entlang gebogener Bahnen, wie dies im Zusammenhang mit 2 noch näher gezeigt wird.
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Das Förderrad 160 beschleunigt aufgrund seiner Rotation und aufgrund der Ausgestaltung mit den Leitflächenstrukturen 230 die ersten Partikel (z. B. Grobschmutz) in den Auffangbehälter 200, der als Ringbehälter ausgeführt ist. Das Förderrad 160 dient somit hier der Grobschmutzabscheidung und der Ring Behälter 200 zur Aufnahme von Grobschmutz.
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Das Förderrad 160 weist darüber hinaus bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wenigstens ein an einer Seitenfläche des Förderrads angebrachtes Filterelement 250 auf. Das Filterelement 250 umgibt bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das Förderrad 160 vollständig ringförmig. Zur Aufnahme des Filterelements 250 weist ein Korpus 260 des Förderrads 160 eine entsprechende Aufnahme auf, die ausgebildet ist, um das Filterelement 250 mechanisch mit dem Korpus 260 zu verbinden. Diese Verbindung kann einfach lösbar, mehrfach lösbar oder auch unlösbar ausgeführt sein. So kann das Filterelement beispielsweise mithilfe einer Schnappverbindung mit dem Korpus 260 bzw. der entsprechenden Aufnahme einfach oder mehrfach lösbar verbindbar sein. Natürlich können auch andere Verbindungstechniken zum Einsatz kommen, die beispielsweise eine stoff-, form- oder kraftschlüssige Verbindung schafft. So können die Filterelemente 250 gegebenenfalls mit dem Korpus 260 verklebt sein.
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Der Filter 250 ist hierbei ausgebildet, um sowohl die ersten als auch die zweiten Partikel aus dem Gasstrom 220 unabhängig von einer Rotation des Förderrads 160 zurückzuhalten, während der Gasstrom an sich das Filterelement 250 durchdringen kann. Zu diesem Zweck kann das Filterelement 250 beispielsweise mithilfe eines porösen Filtermaterials ausgeführt sein, bei dem es sich beispielsweise um ein poröses Papier oder ein poröses Mikrofasermaterial handeln kann.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Förderrad 160 neben dem wenigstens einen Filterelement 250 ausschließlich den Korpus 260, der die Aufnahme für das wenigstens eine Filterelement 250 umfasst. Der Korpus 260 kann hierbei einstückig bzw. einteilig ausgeführt sein, was gegebenenfalls die Herstellung eines Staubsaugers gemäß einem Ausführungsbeispiel oder einer anderen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel vereinfachen kann. Je nachdem kann es ratsam sein, die Filterelemente mit einer entsprechenden Gegenaufnahme in Form eines Kunststoffrahmens und einer anderen Halterung auszustatten, um eine einfachere Montage der Filterelemente 250 im Zusammenhang mit dem Korpus 260 zu ermöglichen.
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Das Filterelement 250 erstreckt sich hierbei auch in einen Bereich eines Ringspalts, der sich zwischen dem Förderrad 160 und einem Abschnitt 270 des mittleren Gehäuseabschnitts 110-2 ausbildet. Das Filterelement 250 dient hierbei dem Zurückhalten der zweiten Partikel, also beispielsweise der Feinstaubabspaltung.
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Der Abschnitt 270 des mittleren Gehäuseabschnitts 110-2 bildet somit wenigstens einen Teil einer zweiten Kammer 280, die zwischen dem Förderrad 160 und einem Verdichterrad 290 angeordnet ist. Der Gasstrom 220 dringt hierbei in die zweite Kammer 280 ein und wird über ein optionales Zwischenfilterelement 300, einen Kanal 310 und einen Einlauftrichter 320 im Bereich des Verdichterrads 160 (Verdichter-Bereich) zu dem Verdichterrad 290 selbst geleitet. Das Verdichterrad 290 ist hierbei mit einer zweiten Welle 320 eines zweiten Motors 330 mechanisch drehfest gekoppelt. Der Gasstrom 220 durchläuft das vorgenannte Verdichterrad 290 und gelangt über ein Ausblasgitter 340 in die Umgebung. Das Ausblasgitter 340 kann hierbei dem Schutz des Verdichterrads 290 dienen, um zu verhindern, dass Partikel oder andere Störkörper auslassseitig zu dem während des Betriebs schnell drehenden Verdichterrad 290 gelangen und dort gegebenenfalls zu Schäden führen können.
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Das Zwischenfilterelement 300, das ebenfalls dem Verdichterrad 290 dienen kann und auf der anderen Seite des Verdichterrads 290 angeordnet ist, stellt eine optionale Komponente dar, die vorgesehen werden kann, um beispielsweise eine Betriebssicherheit der Vorrichtung 100 zu erhöhen. Sollte durch die Einstromöffnung und den Schlauchanschluss des Gaseinlasses 140 ein größeres Teilchen angesaugt werden, könnte dies von dem Förderrad 160 abgelenkt und zu dem Filterelement 250 gelangen. Je nachdem um was es sich für ein Teilchen handelt, könnte es passieren, dass dieses das Filterelement 250 durchschlägt und so in die zweite Kammer 280 eindringen könnte. Um ein weiteres Vordringen eines solchen Teilchens in den Kanal 310 und damit zu dem Verdichterrad 290 zu verhindern, ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das Zwischenfilterelement 300 vorgesehen, welches gerade für solche Fälle eine Beschädigung des Verdichterrads 290 und damit des entsprechenden Verdichters unterbinden soll. Entsprechend kann das Zwischenfilterelement 300 beispielsweise als Filtergitter aus Metall oder einem Stahl gefertigt sein.
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Der Verdichter bzw. das Verdichterrad 290 arbeitet bei diesem Ausführungsbeispiel wie der eines konventionellen Gebläses und erzeugt den Luft- bzw. Gasstrom 220. Das Förderrad 160 bildet, wie zuvor beschrieben wurde, aufgrund seiner Ausgestaltung und seiner Rotation einen Zyklonen aus bzw. erzwingt einen solchen und fördert damit den Schmutz aus dem Luft- bzw. Gasstrom 220 in den ringförmig ausgebildeten Auffangbehälter 200, wie dies durch die Pfeile 210 angedeutet ist. Der erzwungene Zyklon, also die in der ersten Kammer 190 erzwungene spiralförmige Luftbewegung, fördert im Idealfall den Schmutz vollständig, also insbesondere die ersten Partikel in den Auffangbehälter 200, sodass nur noch saubere, von den Partikeln gereinigte Luft das Verdichterrad 290 passiert. Die quasi saubere Luft wird über einen hinter dem Förderrad 160 angeordneten Ringspalt abgesaugt und kann einen Bereich mit dem optionalen Zwischenfilterelement 300 passieren. Nach dem Durchgang der Luft durch den Verdichter tritt diese durch das Ausblasgitter 340 aus der Vorrichtung 100 aus.
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Optional kann selbstverständlich an dem Ausblasgitter ein weiterer Filter oder ein weiteres Filterelement angeordnet werden, sofern beispielsweise aufgrund besonderer hygienischer Anforderungen dies ratsam erscheint. So kann beispielsweise im Bereich des Ausblasgitters als ein zusätzlicher Antiallergenfilter oder ein antibakterieller Filter angebracht sein.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 ist jeweils ein Gebläse bzw. jeweils einen Motor 180, 330 für das Förderrad 160 und den Verdichter bzw. das Verdichterrad 290 vorgesehen. Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch mehr oder weniger als zwei Motoren zum Einsatz kommen. So kann beispielsweise durch den Einsatz von zwei oder mehr Motoren auch eine abweichende Kombination bzw. Anordnung vom Förderrad 160 und Verdichterrad 290 realisiert werden. So können diese beispielsweise nebeneinander, hintereinander oder kaskadenartig angeordnet werden, ohne dass eine aufwendige Weiterleitung der Drehbewegung der Motoren über Gelenkwellen, Zahnräder oder Getriebewellen notwendig wäre. Der Einsatz von mehreren Motoren ermöglicht grundsätzlich auch die getrennte Regelung der Leistung des ersten Motors 180 für das Förderrad 160 und des zweiten Motors 330 für das Verdichterrad 290.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen kann auch lediglich ein einzelner Motor zum Einsatz kommen. Eine solche Konstruktion kann eine gegebenenfalls platzsparendere und damit kompaktere Bauweise einer Vorrichtung 100 ermöglichen. Hierbei kann das Förderrad 160 und das Verdichterrad 290 auf einer Seite des Motors hintereinander angebracht sein, ähnlich einem Zwei-Kreisgebläse. Eine weitere Variante einer Anordnung des bzw. der Motoren 180, 330, des Förderrads 160 und des Verdichterrad 290 besteht darin, das Förderrad 160 auf der einen Seite des Gebläses bzw. des Motors 180, 330 anzuordnen, während der Verdichter bzw. das Verdichterrad 290 auf der entsprechend anderen Seite des Motors angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist in diesem Fall der Motor 180, 330 zwischen dem Förderrad 160 und dem Verdichterrad 290 angeordnet.
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Eine solche Anordnung unterscheidet sich von den 1 gezeigten dadurch, dass anstelle der beiden Motoren 180, 330 mit den beiden getrennten Wellen 170, 320 nunmehr ein einziger Motor zwischen dem Verdichterrad 290 und dem Förderrad 160 angeordnet ist, wobei die beiden Wellen 170, 320 als gemeinsame Welle oder als geteilte Welle mit zwei Abschnitten ausführbar sind. Bei einer solchen Anordnung werden die beiden Seiten des Motors auch mit Buchstaben bezeichnet. So kann beispielsweise das Verdichterrad 290 A-seitig, das Förderrad 160 B-seitig bei Ausführungsbeispielen belegt werden. Anders ausgedrückt kann ein solches Ausführungsbeispiel ein Gebläse oder ein Motor 180, 330 vorsehen, welcher auf der A-Seite mit einem Verdichterrad 290 und auf der B-Seite mit einem Förderrad 160 bestückt wird.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Förderrad 160 und/oder das Verdichterrad 290 auch über ein oder zwei Getriebe mit einem gemeinsamen Motor gekoppelt sein. Hierdurch kann es möglich sein, einen Arbeitspunkt des Förderrads 160 von einem Arbeitspunkt des Verdichterrads 290 und gegebenenfalls von dem des gemeinsamen Motors getrennt zu bestimmen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Leistung des Förderrads 160 unabhängig von einer Leistung des Verdichterrads 290 und gegebenenfalls von einer Leistung oder einem anderen wesentlichen Parameter des gemeinsamen Motors bestimmbar sein. Ein solcher Parameter kann beispielsweise eine Leistungsaufnahme oder eine Verschleißtendenz sein. Anders ausgedrückt kann so gegebenenfalls der optimale Arbeitspunkt (Drehzahl) des Förder- und des Verdichterrads unabhängig voneinander einstellbar sein.
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Wie in 1 gezeigt ist, führt so der Pfad des Gas- bzw. Luftstroms 220 ausgehend von dem Gaseinlass 140 zu dem Förderrad 160 in die erste Kammer 190. In diesem Bereich ist der Luftstrom mit Grobschmutz beaufschlagte. In diesem Bereich ist der Luftstrom 220 ebenfalls mit Feinstaub belastet. Durch den Einsatz des Förderrads 116 mit seinem wenigstens einen Filterelement wird dieser bei dem Durchtritt durch das Filterelement 250 zurückgehalten, sodass ein im Wesentlichen von Feinstaub und Grobschmutz befreiter Gas- bzw. Luftstrom in die zweite Kammer 280 eintritt. Dort wird die Luft über das Verdichterrad 290 und das optionale Ausblasgitter 340 an die Umgebung abgegeben.
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In den 2 und 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 dargestellt. Die in den 2 und 3 dargestellte Vorrichtung 100 unterscheidet sich hierbei im Wesentlichen von der in 1 dargestellten Vorrichtung 100 durch die Ausformung des Förderrads 160. Im Hinblick auf die weiteren Komponenten kann dieses gleich oder ähnlich ausgeführt sein, weshalb an dieser Stelle auf die vorangegangene Beschreibung im Hinblick auf 1 verwiesen wird.
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2 zeigt hierbei eine perspektivische Darstellung des mittleren Gehäuseabschnitts 110-2 und des oberen Gehäuseabschnitts 110-3 und offenbart so einen Blick in einen Teil der ersten Kammer 190, in der das Förderrad 160 angeordnet ist. Entsprechend zeigt 3 eine Querschnittsdarstellung durch den unteren Gehäuseabschnitt 110-1 und einen Teil des mittleren Gehäuseabschnitts 110-2 in dem Bereich des Förderrads 160. Auch diese Darstellung unterscheidet sich mit Ausnahme des abweichenden Förderrads 160 nicht von der in 1 gezeigten Darstellung.
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Das Förderrad 160 weist auch hier eine Mehrzahl von Leitflächenstruktur und 230 auf, die sich über die Grundebene 240 des Förderrads 160 erstrecken. Wie insbesondere 2 zeigt, sind diese als gebogene Schaufeln ausgeführt, die sich spiralförmig von einem zentralen Bereich zu einem Randbereich des Förderrads 160 hin erstrecken. Die Schaufeln weisen hierbei einen konstanten Querschnitt auf.
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Das Förderrad 160 unterscheidet sich jedoch von dem in 1 gezeigten Förderrad 160 hinsichtlich der Ausgestaltung des wenigstens einen Filterelements 250 und der zugehörigen Aufnahmen des Korpus 260. Während bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das Filterelement 250 vor dem Spalt vollständig ringförmig angeordnet ist, der die erste Kammer 190 von der zweiten Kammer 280 trennt, weist das Förderrad 160, wie es in den 2 und 3 gezeigte ist, im Bereich einer Seitenfläche oder Außenfläche 350 einen gekrümmten Verlauf auf. Die Außenfläche 350 weist hierbei eine Mehrzahl von Stegen 360 auf, die zur Aufnahme des Filterelements 250 dienen, das ebenfalls die gekrümmte Struktur der Außenfläche 350 nachbildet.
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Das Filterelement 250 ist bei dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich der Stege 360 durch eine oder mehrere Klemmvorrichtungen mit dem Korpus 260 mechanisch gekoppelt. Die Stege 360 sowie die entsprechenden Klemmvorrichtungen bilden so die Aufnahme für das Filterelement 250. Das in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine alternative Form, bei der das Filterelement 250 an das Förderrad 160 angeformten ist.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch anstelle eines einzelnen Filterelements 250 mehrere Filterelemente mit dem Korpus 260 des Förderrads 160 kombiniert werden. So kann beispielsweise auf einer der zweiten Kammer 280 zugewandten Seite des Förderrads 160 ein oder mehrere Stege eine komplexere Aufnahme aufweisen, um gegebenenfalls mehrere kleinere Filterelemente mit dem Korpus 260 verbindbar zu machen.
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Da an dem Förderrad 160 das Filterelement 250 mit seinem Filtermedium so angebracht ist, dass dieses wenigstens teilweise die Außenfläche 350 in radialer Richtung des Förderrads 160 bildet, kann durch eine Drehung bzw. Rotation des Filterelements 250 und damit durch eine Drehung bzw. Rotation des Förderrads 160 eine Selbstreinigung aufgrund der auf die abgelagerten Partikel einwirkenden Zentrifugalkraft erfolgen. Anders ausgedrückt können die Filterflächen sich durch die Drehung des Schaufelrads bzw. des Förderrads selbst reinigen.
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Der Gasstrom 220 verläuft somit bei dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kaum unterschiedlich von dem in 1. Auch hier endet wiederum der Feinstaubpfad im Bereich des Filterelements 250.
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Lediglich der Vollständigkeit halber bietet es sich an, an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass in 2 mit einem Pfeil 370 eine Drehrichtung des Förderrads 160 darstellt ist. Aufgrund dieser Drehrichtung und der Tatsache, dass die Ansaugöffnung bzw. Öffnung 150 mittig zu dem Förderrad 160 einmündet, zeigt der Pfeil 370 auch die Richtung es sich in der ersten Kammer 190 ausbildenden Zyklons.
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Darüber hinaus zeigt 2, dass das Förderrad 160 mithilfe einer Schraubverbindung 380, beispielsweise eines Gewindevorsatzes und einer auf das Gewinde aufgebrachten Mutter mit der ersten Welle 170 verbunden ist.
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Neben den zuvor beschriebenen Leitflächenstrukturen 230 des Förderrads 160 kann das Förderrad 160 auch in anderen Varianten ausgeführt sein. So kann das Förderrad 160 beispielsweise gerade Schaufel oder auch geschrägte Schaufel aufweisen. Darüber hinaus können die Leitflächenstruktur und 230 ebenfalls – einem Rasenmäher ähnlich – Förderbalken aufweisen. Gegebenenfalls kann das Förderrad 160 auch als Scheibe oder als Kegelscheibe (Kegelstumpf oder Kegelabschnitt) sowie als ebene Filterscheibe ausgeführt sein.
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4 zeigt eine eine 1 vergleichbare Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen hinsichtlich dreier Aspekte, weshalb an dieser Stelle auf die Beschreibung der 1 verwiesen sei. Während bei den zuvor gezeigten Vorrichtungen 100 gemäß Ausführungsbeispielen die Öffnung 150 des Gaseinlasses 140 mittig zu dem Förderrad 160 mündet, ist der Gaseinlass 140 bei dem die 4 gezeigten Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausgestaltet. So mündet dieser im Wesentlichen tangential in die erste Kammer 190, sodass sich ein Gasstrom 220 ausbildet, der die Wirkung des Förderrads 160 unterstützt. Entsprechend weist der mittlere Gehäuseabschnitt 110-2 eine seitlich angesetzte Öffnung 150 des Gaseinlasses 140 auf. Anders ausgedrückt weist das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einen tangentialen Lufteintritt für Schmutz auf, der ebenfalls in 5a dargestellt ist, die eine Aufsicht auf den mittleren Gehäuseabschnitt 110-2 und die erste Kammer 190 auf Höhe der tangential angesetzten Öffnung 150 und ihres Gaseinlasses 140 zeigt.
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Darüber hinaus weist das Förderrad 160 nicht nur wiederum die bereits in den 2 und 3 gezeigte Anordnung des wenigstens einen Filterelements 250 an der Außenfläche 350 des Förderrads 160 auf, sondern weist vielmehr ebenfalls doppelwandigen Schaufeln (Hohlkammerschaufeln) als Leitflächenstrukturen 230 auf, die wiederum als Aufnahme eines (weiteren) Filterelements 250' und seines Filtermaterials dienen. Auch diese sind aufgrund der Form der Schaufeln so angeordnet, dass sowohl die ersten als auch die zweiten Partikel, die sich an ihrer Oberfläche festsetzen könnten, durch die auf diese einwirkende Zentrifugalkraft in radialer Richtung weg beschleunigt werden. Auch hierdurch kommt es wiederum zu einer Selbstreinigung der (weiteren) Filterelemente 250', die im Bereich der Schaufeln eingesetzt sind. Anders gesagt zeigt 4 doppelwandige Schaufelflächen, die ebenfalls mit Filtermaterial bestückt sind.
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Bei dem in den 4 und 5a gezeigten Förderrad mit Hohlkammerschaufeln sind die (weiteren) Filterelemente 250' mit dem Filtermaterial an der Schaufelflanke angebracht, an der ein niedrigerer Druck entsteht. Hierdurch kann die Abreinigung des Filters bzw. der (weiteren) Filterelemente 250' begünstigt werden.
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Um dies näher zu illustrieren, zeigt 5b eine vereinfachte Darstellung eines Druckverlaufs am bzw. im Schaufel- oder Förderrad 160, wobei bei dieser zur Vereinfachung nur eine Schaufel oder Leitflächenstruktur 230 dargestellt ist. An den gebogenen Schaufeln oder Leitflächenstrukturen 230 bilden sich so an einer ersten Fläche 390 der Leitflächenstruktur 230, die in die Drehrichtung des Förderrads 160 weist, ein Bereich mit einem höheren Druckniveau als an einer zweiten Fläche 400 der Leitflächenstruktur 230 aus, die der Drehrichtung des Förderrads 160 abgewandt ist. So zeigt 5b an der zweiten Fläche 400, also der Flanke mit dem niedrigeren Druckniveau, drei Bereiche Druckbereiche 410-1, 410-2, 410-3, die sich ausgehend von der zweiten Fläche 400 in der ersten Kammer 190 erstrecken. Kommt es beispielsweise bei einem Betrieb des in den 4 bis 5b gezeigten Ausführungsbeispiels zu einem Unterdruck im Bereich des ersten Seite 390, also der Flanke mit dem höheren Druckniveau, von etwa 11.5 kPa, kann der Unterdruck im Bereich des ersten Druckbereichs 410-1 bei etwa 14.5 kPa, der in dem zweiten Druckbereich 410-2 bei etwa 13 kPa und der in dem dritten Druckbereich 410-3 von etwa 12.3 kPa liegen. Hierdurch werden können also Schmutzpartikel von der Leitflächenstruktur 230 und ihrem im Bereich der zweiten Seite 400 angebrachten (weiteren) Filterelements 250' „abgesaugt” werden. Selbstverständlich hängen diese Druckverhältnisse sehr empfindlich von genauen Betriebs- und Ausgestaltungsparametern ab und können bei anderen Ausführungsbeispielen anders ausfallen.
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Um die innere Struktur der Hohlschaufeln zu zeigen, ist darüber hinaus in 5a ein Filterelement 250' der Leitflächenstruktur 230-1 nicht gezeigt. Die Ausnehmung, in die das Filterelement 250' einsetzbar ist, offenbart so Strukturen, die teilweise der Versteifung und Stabilisierung, teilweise jedoch auch der eigentlichen Aufnahme des Filterelements 250' dienen können.
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Um diese Strukturen näher zu illustrieren, zeigt 6 eine vergrößerte Darstellung der 4 im Bereich des Förderrads 160. So zeigt 6 beispielsweise eine Ausnehmungsstruktur mit einem Vorsprung, die – je nach Ausgestaltung – sowohl der Aufnahme des Filterelements 250' als auch der Versteifung der Leitflächenstruktur 230 dienen kann.
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In den 7, 8a und 8b ist ferner eine weitere Ausgestaltung im Bereich des Sammelbehälters 200 gezeigt. So zeigt 7 eine perspektivische Darstellung des Auffangbehälters 200, der vier schräg verlaufende Leitbleche 430-1, ..., 430-4 aufweist, die sich von einem Boden 440 des Auffangbehälters 200 ausgehend in Richtung auf das in den 7 bis 8b nicht gezeigte Förderrad 160 erstreckt. Hierbei sind die Leitbleche 430 der Drehrichtung des Förderrads 160 und damit der Bewegungsrichtung des Gasstroms entgegengerichtet. Anders ausgedrückt sind diese so angeordnet und ausgebildet, dass Partikel, Staub und andere Fremdkörper durch die Leitbleche 430 in Richtung des Bodens 440 abgelenkt werden. Hierdurch können diese gegebenenfalls von dem sich ausbildenden, kreisförmig verlaufenden Gasstrom in dem Auffangbehälter 200 nicht mehr in Richtung des Förderrads 160 und des Filterelements 250 sowie des gegebenenfalls implementierten weiteren Filterelements 250' getragen werden.
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Um die genaue Ausrichtung und Anordnung der Leitbleche 430 zu illustrieren, zeigt 8a eine Aufsicht auf den Auffangbehälter 200 und somit auf die Leitbleche 430, die auch als Rippen bezeichnet werden. Ihren schrägen Verlauf zeigt auch die 8b, die einen Schnitt entlang einer in 8a dargestellten Linie 450 zeigt. Anders ausgedrückt sollen die schräg verlaufenden Rippen verhindern, dass schon abgeschiedener Schmutz wieder aus der Box entweicht. Das wird dadurch verhindert, dass der Schmutz sich nicht mit drehen kann und nach unten abgelenkt wird.
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Auch wenn im Zusammenhang mit den 4 bis 8 sowohl die tangentiale Gaszuführung als auch das Vorsehen von Filterelementen 250' im Bereich der Leitflächenstrukturen 230, sowie die Implementierung schräger Leitbleche 430 im Auffangbehälter 200 beschrieben wurden, handelt es sich hierbei jedoch um Ausgestaltungen, die unabhängig voneinander implementierbar sind. Zwar können diese einander gegebenenfalls unterstützen, wie beispielsweise der Druckverlauf aus 5b dies für die tangentiale Gaszuführung und die Aufnahme der (weiteren) Filterelemente 250 in den Leitflächenstrukturen 230 gezeigt hat, eine gemeinsame Implementierung dieser Ausgestaltungsmerkmale ist jedoch bei Weitem nicht zwingend. Sie können vielmehr unabhängig voneinander in beliebiger Kombination vorgesehen werden.
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9 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels, das sich von dem in den 4 bis 8 gezeigten nur dadurch unterscheidet, dass zwischen den beiden Motoren 180, 330 eine Zwischenwand 460 eingebracht ist, die sich von dem Gehäuseabschnitt 110-2 in Richtung der Wellen 170, 320 erstreckt. Die Zwischenwand kann hierbei verschiedenen Zwecken dienen. Neben einer mechanischen Stabilisierung des Gehäuses 110 und gegebenenfalls einer zusätzlichen Abstützung eines oder beider Motoren 180, 330 kann diese auch der thermischen Entkopplung der beiden Motoren dienen, indem diese beispielsweise Abwärme (in Form von Wärmestrahlung oder auch in Form von Konvektion) blockiert und so einer besseren thermischen Regulierung der Motoren 180, 330 dient.
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10 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Bei dieser Variante, die sich von der in den 2 und 3 im Wesentlichen nur im Hinblick auf drei Aspekte unterscheidet. So weist auch diese Vorrichtung 100 eine Zwischenwand 460 zwischen ihren beiden Motoren 180, 330 auf.
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Neben dieser Modifikation handelt es sich bei der Vorrichtung 100 um eine solche, bei der der Gasstrom nicht über einen Gaseinlass 140 in Form eines Rohrs oder eines anderen Anschlusses an das Förderrad 160 herangeführt wird. Dieses Ausführungsbeispiel ist vielmehr dafür ausgelegt, mit einem dem Verdichterrad 290 abgewandten Bürstenbereich 470 des Förderrads 160 direkt mit der zu reinigenden Fläche, also beispielsweise einem Teppichboden, in Kontakt zu stehen. Zu diesem Zweck weist das Förderrad 160, das in 11 in einer Aufsicht mit. Blick in den Gehäuseabschnitt 110-2 und die erste Kammer 190 dargestellt ist, wenigstens in dem Bürstenbereich 470 der Leitflächenstrukturen 230 Bürsten auf, die Schmutz und andere Festkörper und gegebenenfalls Flüssigkeiten von der zu reinigenden Oberfläche in den Auffangbehälter 200 schleudern.
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Um dies zu ermöglichen, ist der Sammelbehälter 200 bzw. der Gehäuseabschnitt 110-3 derart ausgestaltet, dass das Förderrad 160 wenigstens mit einem Teil des Bürstenbereichs 470 über den Sammelbehälter 200 heraussteht. Anders ausgedrückt ist der Sammelbehälter so ausgeführt, dass das Förderrad mit wenigstens einem Teil seines Bürstenbereichs 470 unmittelbar mit der zu reinigen Fläche (vollflächig) in. Kontakt bringbar ist.
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Je nach Ausführungsbeispiel können die Leitflächenstrukturen 230 teilweise oder vollständig durch den Bürstenbereich 470 gebildet sein. Die Bürsten des Bürstenbereichs können aus einem Schaum, aus einem Kunststoff, aus Borsten oder einer beliebigen Kombination von Bürstenmaterialien und -geometrien gefertigt sein. Anders ausgedrückt zeigen die 10 und 11 ein Förderrad 160, das mit Borsten oder Förderradborsten bestückt ist, die direkt auf eine zu reinigende Oberfläche (z. B. Teppichboden) wirken. Der aufgenommene Schmutz wird nach außen in die um das Förderrad angeordnete Sammelbox geschleudert, unterstützt durch die zu den äußeren Filterflächen strömende Luft.
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Um eine einfache Aufnahme des Schmutzes in den Auffangbehälter 200 zu ermöglichen, weist dieser eine schräg verlaufende Leitfläche 480 auf, die ausgehend von dem Förderrad 160 nach außen hin ansteigt und in einem Inneren des Auffangbehälters 200 in eine Kante 490 mündet, die den eigentlichen Auffangbereich des Auffangbehälters 200 (Schmutzsammelbox) begrenzt.
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Je nach konkreter Ausgestaltung von Ausführungsbeispielen, wie sie zuvor beschrieben wurden, kann es ratsam sein, das Förderrad 160 derart auszugestalten, dass es zumindest im Hinblick auf die ersten und zweiten Partikel die erste Kammer 160 von der zweiten Kammer 280 isoliert bzw. abdichtet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das Förderrad 160 gerade in einem Randbereich, an dem es dem Gehäuse 110 nahe kommt, enge Toleranzen aufweist, sodass sich eine entsprechende Spaltdichtung ausbildet. Ebenso kann es jedoch auch möglich sein, in diesem Bereich eine komplexere Labyrinthdichtung oder auch eine berührende Dichtung einzusetzen. Zu den berührenden Dichtungen gehören beispielsweise Kunststoff- bzw. Gummidichtungen aber auch Kassettendichtungen.
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Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus auch die Behälteranordnung des Auffangbehälters 200 unterschiedlich ausgeführt sein. So kann beispielsweise bei einer liegenden Anordnung der Behälter 200 auch seitlich nach unten angeordnet sein. Die Partikel (z. B. Schmutz) können dann – ähnlich wie bei einem Rasenmäher – über eine Schneckengeometrie in den seitlich angeordneten Behälter 200 gefördert werden. Selbstverständlich sind aber auch andere Varianten einer Behälteranordnung möglich, bei der beispielsweise die in 1 und 3 dargestellte ringförmige Anordnung wenigstens abschnittsweise unterbrochen ist. Gegebenenfalls können auch weitere Leitfläche eingesetzt werden.
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Selbstverständlich können einzelne oder auch mehrere konstruktive Merkmale, die in den 1 bis 11 gezeigt sind, anders ausgeführt sein. So kann beispielsweise das Gehäuse 110 auch mit einer unterschiedlichen Anzahl von Abschnitten umgesetzt werden. Ebenso können andere Verschlüsse als die zuvor gezeigten Eingriffe 120 und Verschraubungen 130 verwendet werden. Auch können einzelne Maschinenkomponenten und Maschinenteile, also beispielsweise das Förderrad 160 und das Verdichterrad 290 mit ihren jeweiligen Wellen oder Wellenabschnitten 170, 320 anders mechanisch verbunden werden. Neben einer Verschraubung, wie sie beispielsweise in 2 gezeigt ist, können beliebige andere formschlüssige, stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindungen zum Einsatz kommen.
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Ausführungsbeispiele können so beispielsweise als Ablöseprodukte für Staubsauger mit Zyklon-Technik bzw. als deren Nachfolger in Zukunft eingesetzt werden. Beispielsweise können gerade Staubsaugeraufbauten mit einem an einem Motor angebrachten A-seitigen Förderrad 160 und einem B-seitigen Verdichterrad 290 eine sehr kompakte Bauform eines Staubsaugers ermöglichen, der gegebenenfalls im Bereich von Handstaubsaugern für den Haushalt oder die Industrie vorteilhaft einsetzbar ist.
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Die hier beschriebene Gebläseanordnung mit einem Förderrad 160 und einem Verdichterrad 290 ermöglicht eine neuartige Abscheidetechnik für beutellose Staubsauger, bei denen die staubbeaufschlagte Saugluft von dem Förderrad 160 in einen Behälter 200 separiert wird. Die gereinigte Luft wird dann über den Verdichter bzw. das Verdichterrad 290 aus dem Gebläse gefördert. Optional kann ein tangentialer Gaseinlass bzw. Staubzugang auf das Förderrad 160 sowie ein Förderrad mit Hohlschaufeln implementiert werden, die dann mit einem Filter bzw. einem Filterelement bestückt werden. Anders ausgedrückt kann hier durch das Förderrad 160 „porös” ausgeführt werden.
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Ausführungsbeispiele können so einen sehr einfachen und damit kompakten und kostengünstigen Aufbau von Staubsauger und anderen Vorrichtungen zum Trennen von ersten und zweiten Partikeln aus einem Gasstrom ermöglichen. Sie können eine von einem konkreten Luftstrom unabhängige Schmutzabscheidung erzwingen. Der zuvor genannte einfache Aufbau macht sich beispielsweise darin bemerkbar, dass weniger Elemente zur Luftumlenkung notwendig sind und gegebenenfalls ein Super-Feinstaubfilter entfallen kann. Ebenso können Sie eine einfachere Entleerung des Behälters 200 ermöglichen. Aufgrund der beschriebenen möglichen Selbstreinigung durch das Drehen oder Rotieren des Filterelements kann darüber hinaus auch ein Wartungsaufwand gegebenenfalls verringert werden. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele gegenüber herkömmlichen Zyklon-Staubsauger gleicher Größe gegebenenfalls eine größere Saugleistung bzw. Luftleistung erzielen, da bei ihnen ein erzwungener Zyklon zum Einsatz kommt, der durch das Förderrad 160 hervorgerufen bzw. unterstützt wird. Darüber hinaus ermöglichen sie aufgrund der „porösen Ausgestaltung” des Förderrads 160 auch große Filterflächen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 110
- Gehäuse
- 120
- Eingriffe
- 130
- Verschraubungen
- 140
- Gaseinlass
- 150
- Öffnung
- 160
- Förderrad
- 170
- erste Welle
- 180
- erster Motor
- 190
- erste Kammer
- 200
- Auffangbehälter
- 210
- Pfeil
- 220
- Gasstrom
- 230
- Leitflächenstruktur
- 240
- Grundebene
- 250
- Filterelement
- 260
- Korpus
- 270
- Abschnitt
- 280
- zweite Kammer
- 290
- Verdichterrad
- 300
- Zwischenfilterelement
- 310
- Kanal
- 320
- Einlauftrichter
- 320
- zweite Welle
- 330
- zweiter Motor
- 340
- Abluftgitter
- 350
- Außenfläche
- 360
- Steg
- 370
- Pfeil
- 380
- Schraubverbindung
- 390
- erste Fläche
- 400
- zweite Fläche
- 410
- Druckbereiche
- 420
- Ausnehmungsstruktur
- 430
- Leitblech
- 440
- Boden
- 450
- Linie
- 460
- Zwischenwand
- 470
- Bürstenbereich
- 480
- Leitfläche
- 490
- Kante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2002/0053115 A1 [0007]
- DE 1800480 A1 [0007]
- DE 4415005 A1 [0009]
- DE 10000984 A1 [0009]
