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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Staub aus Staub aus staubbeladener Saugluft, bei dem staubbeladene Saugluft durch einen Sauglufteinlass in einen Abscheideraum eingeleitet wird, sodass die Saugluft auf einer Schraubenbahn rotierend in eine erste Transportrichtung strömt und ein erster Staubanteil der Saugluft durch eine erste Staubauswurföffnung des Abscheideraums ausgeworfen wird. Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird ein zweiter Staubanteil der Saugluft durch eine zweite Staubauswurföffnung ausgeworfen.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen Wirbelrohrabscheider zum Abscheiden von Staub aus staubbeladener Saugluft in einem Staubsauger, wobei der Wirbelrohrabscheider einen Abscheideraum, in dem Saugluft des Staubsaugers auf einer Schraubenbahn rotieren kann, einen Sauglufteinlass, durch den mit Staubpartikeln beladene Saugluft in den Abscheideraum eintreten kann, eine erste Staubauswurföffnung zum Auswerfen eines ersten Staubanteils der Saugluft während die Saugluft auf einer Schraubenbahn in die erste Transportrichtung strömt, und ein Umkehrmittel zum Umkehren der Saugluftströmung von der Schraubenbahn in die erste auf eine Schraubenbahn in eine zweite Transportrichtung, die der ersten Transportrichtung im Wesentlichen entgegengesetzt ist, umfasst.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus der Offenlegungsschrift
US 2008/0 104 795 A1 ist eine Staubsammelkammer für einen Staubsauger bekannt, die nach dem Wirbelsenkabscheideprinzip arbeitet. Nach einer zweistufigen Staubabscheidung wird Saugluft über eine Kammeraustrittsöffnung in eine Motorgebläseeinheit befördert und dann aus dem Staubsauger ausgeblasen. Ein Staubanteil wird über einen Ringspalt zwischen einem Auslassrohr und einem Innenrohr abgeschieden.
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Ein ähnliches Verfahren lehrt die Offenlegungsschrift
US 2008/0 223 010 A1 . Bei der dort offenbarten Staubabscheideeinheit erfolgt jeweils eine Stufe der Staubabscheidung durch Ablagern von Staub seitlich von einem Innenrohr.
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Die Offenlegungsschrift
US 2002/0 011 050 A1 lehrt eine Staubabscheideeinheit, bei der zweistufig Staub durch Zentrifugalkräfte abgeschieden wird. Dabei wird in der zweiten Abscheidestufe Staub über den Rand eines kegelförmigen Rohrabschnitts in eine Sammelkammer abgeschieden.
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Die Patentschrift
EP 0 885 585 B1 offenbart einen Staubsauger mit einer Kaskade aus einem ersten tangentialen Zyklon und einem zweiten tangentialen Zyklon. Die staubbeladene Saugluft tritt an der Oberseite des ersten Zyklons ein und aus, während der Staub in einem Behälter, der unter dem ersten Zyklon angeordnet ist, gesammelt wird. In einem koaxialen internen Kanal des ersten Zyklons ist der zweite Zyklon untergebracht. Die Saugluft tritt aus dem ersten Zyklon oben in den zweiten Zyklon ein und nach einer weiteren Staubabscheidung unten aus dem zweiten Zyklon aus.
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Auch aus der Offenlegungsschrift
GB 2 458 718 A ist ein mehrfach-Zyklon-Staubabscheider bekannt, bei dem eine zweite Zykloneinheit koaxial von einer ersten Zykloneinheit umgeben ist. Der Staub tritt durch einen ersten Staubeinlass im oberen Bereich der ersten Zykloneinheit in diese ein und rotiert dort, um durch Zentrifugalkräfte Staub abzuscheiden, der im unteren Bereich der ersten Zykloneinheit gesammelt wird. Durch einen Staubrückhalter im oberen Bereich der ersten Zykloneinheit gelangt der Staub dann in den oberen Bereich der zweiten Zykloneinheit, wo sie durch eine Führungseinheit wiederum in Rotation versetzt wird und weiterer Staub abgeschieden wird, der sich im unteren Teil der zweiten Zykloneinheit sammelt. Schließlich wird die Saugluft durch ein Tauchrohr, das von unten in die zweite Zykloneinheit hineinreicht, nach unten aus der zweiten Zykloneinheit abgeleitet.
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Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Abscheiden von Staub aus staubbeladener Saugluft bereit zu stellen. Insbesondere soll es durch die Erfindung möglich werden, den Grad der Staubabscheidung zu verbessern. Außerdem soll der Druckverlust bei der Staubabscheidung möglichst gering gehalten werden. Die Konstruktion soll einfach und preiswert in der Herstellung sein und eine kompakte Bauweise ermöglichen.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Zur Lösung der Aufgabe lehrt die Erfindung zunächst ein Verfahren zum Abscheiden von Staub aus staubbeladener Saugluft mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abscheiden von Staub aus staubbeladener Saugluft zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:
- – Einleiten von staubbeladener Saugluft durch einen Sauglufteinlass in einen Abscheideraum, sodass die Saugluft auf einer Schraubenbahn rotierend in einer ersten Transportrichtung strömt;
- – Auswerfen eines ersten Staubanteils der Saugluft durch eine erste Staubauswurföffnung des Abscheideraums;
- – Umkehren der Saugluftströmung von der Schraubenbahn der ersten Transportrichtung auf eine Schraubenbahn einer zweiten Transportrichtung, die der ersten Transportrichtung im Wesentlichen entgegengesetzt ist;
- – wonach die Saugluft nach dem Umkehren von der ersten in die zweite Transportrichtung an einem Tauchrohreinlass in ein Tauchrohr eingeleitet wird, das doppel- oder mehrwandig mit einem oder mehreren Innenrohren und einem Außenrohr, das das oder die Innenrohre wenigstens teilweise umhüllt, ausgebildet ist; und
- – Auswerfen eines zweiten Staubanteils der Saugluft durch eine zweite Staubauswurföffnung, die durch zumindest eine Öffnung in dem Tauchrohr gebildet wird, die als Fenster oder Schlitz in einem Innenrohr des Tauchrohres ausgeführt ist, während die Saugluft rotierend in die zweite Transportrichtung strömt.
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Ein Staubanteil in der Saugluft ist ein Anteil von Feststoffen oder auch als Tropfen fein verteilter Flüssigkeit in der Saugluft, die von dem Wirbelrohrabscheider aus der Saugluft abgeschieden werden soll. Wirbelrohrabscheider können gewöhnlich nur einen gewissen Teil solcher Feststoffe oder Flüssigkeiten abscheiden während der Rest in der Saugluft verbleibt. Folglich ist ein Staubanteil im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise die Gesamtheit theoretisch abtrennbarer Flüssigkeiten und Feststoffe, sondern ganz im Gegenteil gewöhnlich nur ein Teil davon.
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Unter einer Transportrichtung ist die Richtung des Saugluftstroms zu verstehen, in der die Saugluft durch den Abscheideraum vom Sauglufteinlass zum Saugluftauslass transportiert wird. Neben ihrer translatorischen Komponente in die Transportrichtung weist die Bewegung der Saugluft noch eine rotierende Komponente auf. Beide Komponenten zusammen ergeben die schraubenförmige Bahn der Saugluft.
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Unter einem Umkehren der Transportrichtung ist erfindungsgemäß der Wechsel von der ersten in die zweite Transportrichtung gemeint. Demzufolge sind insbesondere solche Verfahren und Vorrichtungen, bei denen der zweite Staubanteil erst nach weiteren Umkehrungen in eine weitere (z. B. dritte oder vierte) Transportrichtung von der in diese weitere Transportrichtung strömenden Saugluft abgeschieden wird, nicht Gegenstand der Erfindung. Vielmehr liegt der Erfindung unter anderem gerade der Gedanke zugrunde, dass sich durch ein Abscheiden während des Strömens der Saugluft in eine zweite Transportrichtung eine besonders effektive Reinigung der Luft bei kompakter Bauweise erreichen lässt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich ohne zu großen konstruktiven Aufwand vergleichsweise einfach realisieren. Beispielsweise kann die zweite Abscheidung, wie unten genauer ausgeführt, in einem Wirbelrohrabscheider in dem dort im Allgemeinen ohnehin vorgesehenen Tauchrohr realisiert werden. Zu diesem Zweck ist das Tauchrohr erfindungsgemäß zumindest doppelwandig mit einem Innenrohr und einem Außenrohr, dass das Innenrohr wenigstens teilweise umhüllt, ausgebildet. Bei einem solchen doppelwandigen Tauchrohr strömt die Saugluft vorzugsweise durch das Innenrohr und wird der zweite Staubanteil durch die zweite Staubauswurföffnung in den Raum zwischen Innen- und Außenrohr abgeschieden. Das Tauchrohr muss nicht notwendigerweise nur eines sondern kann erfindungsgemäß auch mehrere, von dem Außenrohr zumindest teilweise umschlossene Innenrohre aufweisen. Die Staubauswurföffnung kann erfindungsgemäß durch einen Schlitz oder durch ein Fenster im Innenrohr gebildet werden.
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Bei der Erfindung wird die Saugluft nach dem Umkehren von der ersten in die zweite Transportrichtung in ein Tauchrohr eingeleitet. Der Schritt des Auswerfens des zweiten Staubanteils der Saugluft findet somit in dem Tauchrohr statt. Dazu wird die zweite Staubauswurföffnung durch zumindest eine Öffnung in dem Tauchrohr gebildet. Diese Ausführung ist insbesondere deshalb besonders vorteilhaft, weil viele Fliehkraftabscheider, insbesondere Wirbelrohrabscheider, ohnehin mit einem Tauchrohr ausgestattet sind. Ein solches Tauchrohr kann mit wenig konstruktivem Aufwand in ein erfindungsgemäßes Tauchrohr weitergebildet werden, in dem die Abscheidung des zweiten Staubanteils stattfinden kann.
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Dadurch, dass, während die Saugluft in die zweite Transportrichtung strömt, ein zweiter Staubanteil durch eine zweite Staubauswurföffnung ausgeworfen wird, kann insgesamt die Staubabscheidung verbessert werden. Das gilt insbesondere für das Abtrennen von Feinstaub, der bei dem ersten Abscheidevorgang möglicherweise nur unzureichend abgetrennt wird.
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Bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung
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Jede Staubauswurföffnung kann erfindungsgemäß bevorzugt auch aus einer Mehrzahl voneinander getrennter Öffnungen bestehen, z. B. einem Schlitz- oder Lochgitter, die im Sinne der vorliegenden Erfindung in ihrer Gesamtheit eine Staubauswurföffnung bilden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der ersten und der zweiten Auswurföffnung je eine Staubsammelkammer nachgelagert. Vorzugsweise wird in den Schritten des Auswerfens des ersten oder des zweiten Staubanteils der jeweilige Staubanteil in die jeweilige Staubsammelkammer ausgeworfen. Indem jeder Staubauswurföffnung eine eigene Staubsammelkammer zuordnet wird, ist man bei der Konstruktion des Fliehkraftabscheiders, mit dem das Verfahren durchgeführt werden soll, besonders flexibel. Alternativ sind natürlich auch Ausführungen der Erfindung denkbar, in denen beide Auswurföffnungen in die gleiche Sammelkammer münden. Letzteres kann insbesondere das Entleeren des angesammelten Staubs erleichtern.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind beide Staubkammern durch einen gemeinsamen Deckel abgedeckt, der sich zum gemeinsamen Entleeren beider Staubkammern öffnen lässt.
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Im Schritt des Umkehrens der Saugluftströmung kann die Umkehrung einfach durch die staubauswurföffnungsseitige Stirnseite des Abscheideraums als Umkehrmittel bewirkt werden. Besonders vorzugsweise erfolgt sie aber zumindest unterstützt durch einen Apexkegel als Umkehrmittel. Ein Apexkegel im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein sich in einer Richtung verjüngendes Gebilde, an dem die Saugluft entlang gleiten kann. Zum Beispiel kann der Apexkegel als gerader oder schiefer Kegel oder Kegelstumpf ausgebildet sein. Ein Apexkegel im Sinne der vorliegenden Erfindung muss also nicht notwendigerweise spitz zulaufen. Auch muss die Mantellinie nicht notwendigerweise eine Gerade sein sondern sie kann auch zur Achse des Apexkegels hin konkav oder von der Achse weg konvex gekrümmt sein. Ein bevorzugter Apexkegel ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch. Der Apexkegel kann die Luft eines Außenwirbels in einem äußeren Bereich eines Abscheideraums besonders effektiv in einen Innenwirbel in einem inneren Bereich des Abscheideraums hin umlenken. Ein innerer Bereich des Abscheideraums im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Bereich, der in die Richtungen senkrecht zur Transportrichtung nicht bis zur Wand des Abscheideraums reicht. Der innere Bereich ist von einem äußeren zur Wand reichenden Bereich umschlossen. Der Abscheideraum ist vorzugsmäßig rohr- oder dosenförmig ausgebildet, wobei das Rohr oder die Dose ganz oder abschnittsweise zylindrisch, sich konisch verjüngend oder sich konisch aufweitend ausgebildet sein kann. Der Abscheideraum ist vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch. Besonders vorzugsweise hat der Abscheideraum eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsfläche. Die Stirnseiten des Abscheideraums sind vorzugsweise verschlossen. Die bevorzugte Staubauswurföffnung ist in einer Wand des Abscheideraums angeordnet, vorzugsweise in einer Mantelfläche des Rohrs oder der Dose. Besonders vorzugsweise reicht sie hier an eine Stirnseite des Abscheideraums heran. Sie kann aber auch in einer Stirnfläche des Rohrs oder der Dose angeordnet sein, wie z. B. bei einem Zyklonsenkabscheider.
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Um die in den Abscheideraum eintretende staubbeladene Saugluft in Rotation zu versetzen, wird die Saugluft bei einem bevorzugten Verfahren tangential in den Abscheideraum eingeleitet. Hierzu kann z. B. ein tangential in den Abscheideraum mündender Sauglufteinlasskanal vorgesehen sein. Zusätzlich oder Alternativ zu solchen oder anderen, außerhalb des Abscheideraums angeordneten Luftleitmitteln können auch Luftleitmittel im Abscheideraum vorgesehen sein, z. B. eine Luftleitrampe, an der die Saugluft im Abscheideraum entlang gleiten kann, um auf eine schraubenförmige Bahn gelenkt zu werden.
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In einer Weiterbildung ist eine zweite Staubauswurföffnung bevorzugt, die zusätzlich durch einen Ringschlitz zwischen einem Innenrohr und einem das Innenrohr wenigstens teilweise umhüllenden Außenrohr des Tauchrohrs gebildet wird.
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Das bevorzugte Außenrohr weist einen runden, ovalen oder rechteckigen Querschnitt auf.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung schließen am Tauchrohreinlass die Mündungen des oder der Innenrohre und des Außenrohrs bündig miteinander ab.
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Bei einer anderen Ausführung der Erfindung ist das Innenrohr oder sind die Innenrohre in Bezug auf das Außenrohr in die zweite Transportrichtung hin versetzt. In einem solchen Fall tritt die Saugluft also am Tauchrohreinlass zunächst in das Außenrohr und erst dann ist das oder die Innenrohr(e) ein. Besonders vorzugsweise ist an der tauchrohreinlassseitigen Mündung des oder der Innenrohre ein zum Außenrohr hin weisender Flansch angeordnet, der eine Abscheidekante zum Abscheiden des zweiten Staubanteils bildet. Ein verbleibender Schlitz zwischen dem Flansch und dem Außenrohr bildet die zweite Staubauswurföffnung.
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Die Abscheideleistung über die zweite Staubauswurföffnung lässt sich dadurch noch vergrößern, dass die Saugluft beschleunigt wird. Dazu ist vorteilhafterweise eine der zweiten Auswurföffnung vorgelagerte Beschleunigungszone vorgesehen.
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In einer Ausführung der Erfindung ist die Beschleunigungszone trichterförmig ausgeführt, d. h. der Querschnitt des Innenraums des Tauchrohrs, in den die Saugluft einströmt, verjüngt sich trichterförmig in die zweite Transportrichtung.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Beschleunigungszone auch durch einen in das Tauchrohr angeordneten oder in das Tauchrohr hineinragenden Pfropfen ausgebildet sein. Dabei ist der Pfropfen so angeordnet, dass die Saugluft beim Einströmen in oder durch Strömen des Tauchrohrs den Pfropfen umströmt. Durch den Pfropfen der der Saugluft zur Verfügung stehende Querschnitt des Tauchrohrs verkleinert, was die Beschleunigung hervorruft. Vorzugsweise ist der bevorzugte Pfropfen tropfenförmig ausgebildet.
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Zusätzlich oder alternativ wird die Beschleunigungszone durch einen im Tauchrohr vorgelagerten in das Tauchrohr hineinragenden oder im Tauchrohr angeordneten Leitapparat gebildet. Der bevorzugte Leitapparat umfasst wenigstens ein flächenartiges Element, z. B. ein Blatt, eine Schaufel eine Platte oder einen Flügel. Das bevorzugte flächenartige Element weist in Transportrichtung der Saugluft eine lineare, progressive oder degressive Steigung auf. Besonders vorzugsweise erstreckt sich das flächenartige Element in die Transportrichtung schraubenförmig. Das bevorzugte flächenartige Element ist schaufelförmig ausgebildet, d. h. es ist im Querschnitt senkrecht zur Transportrichtung gekrümmt. Vorteilhafterweise umfasst der Leitapparat mehrere flächenartige Elemente, z. B. zwei, drei oder vier flächenartige Elemente, vorzugsweise von der vorbeschriebenen Art. Dadurch können benachbarte flächenartige Elemente des Leitapparats gerade oder schraubenartig in Richtung Tauchrohreinlass verlaufende Kanäle ausbilden, die sich besonders gut zum Beeinflussen der Rotation der Saugluft eignen. Ein bevorzugter Leitapparat ist als stehender Impeller ausgebildet. Der bevorzugte Leitapparat ist an dem Apexkegel angeordnet. Ein besonders bevorzugter Leitapparat bildet, im geometrischen Sinne, eine Durchdringung mit dem oder den flächenartigen Elementen. Mit anderen Worten, das Luftführungsmittel und ein Teil des Luftführungsmittels, z. B. das oder die flächenartigen Elemente, ragen unmittelbar aus dem Apexkegel heraus, vorzugsweise aus der Mantelfläche des Apexkegels. Allerdings sind auch Ausführungen der Erfindung denkbar, in denen der Leitapparat von den Mantelflächen des Apexkegels beabstandet ist. Zum Beispiel kann der Leitapparat auf die Spitze oder Deckfläche des Apexkegels aufgesetzt sein, ggf. auch beabstandet durch einen Stift. Besonders vorzugsweise nimmt ein Hüllkreisdurchmesser der Leitapparat-Querschnittsfläche, die senkrecht zur zum Tauchrohreinlass weisenden Richtung verläuft, in Richtung des Tauchrohreinlasses ab. Mit anderen Worten, die Hüllfläche des Leitapparats verjüngt sich in Richtung Tauchrohreinlass. Besonders vorzugsweise ist der maximale Hüllkreisdurchmesser der Leitapparat-Querschnittsfläche, die senkrecht zur zum Tauchrohreinlass weisenden Richtung verläuft, nicht größer als der Außendurchmesser des Tauchrohrs. Hierdurch ist vorteilhafter Weise vermeidbar, dass die Saugluft im äußeren Bereich nicht in ihrer Rotation durch den Leitapparat beeinträchtigt wird. Letzteres könnte sonst die Staubabscheidung an der ersten Staubauswurföffnung ungünstig beeinflussen. Durch den Leitapparat ist es insbesondere erreichbar, die Saugluftströmung in die zweite Transportrichtung in mehrere parallele schraubenförmige Strömungen aufzuteilen. Besonders vorzugsweise bildet jeder Kanal des Leitapparats eine eigene schraubenförmige Strömung aus. Vorzugsweise in dem Tauchrohr eine den Kanälen korrespondierende Anzahl von Innenrohren vorgesehen, sodass jedes Innenrohr eine schraubenförmige Saugluftströmung aufnehmen kann.
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Zur Lösung der Aufgabe lehrt die Erfindung außerdem auch einen Wirbelrohrabscheider mit den Merkmalen des Anspruchs 16,
wobei der Wirbelrohrabscheider umfasst:
- – einen Abscheideraum, in dem Saugluft des Staubsaugers auf einer Schraubenbahn rotieren kann,
- – einen Sauglufteinlass, durch den mit Staubpartikeln beladene Saugluft in den Abscheideraum eintreten kann,
- – eine erste Staubauswurföffnung zum Auswerfen eines ersten Staubanteils der Saugluft während die Saugluft auf einer Schraubenbahn in eine erste Transportrichtung strömt, und
- – ein Umkehrmittel zum Umkehren der Saugluftströmung von der Schraubenbahn der ersten Transportrichtung auf eine Schraubenbahn einer zweiten Transportrichtung, die der ersten Transportrichtung im Wesentlichen entgegengesetzt ist, und
- – einen Tauchrohreinlass für die Einleitung der Saugluft nach dem Umkehren von der ersten in die zweite Transportrichtung in ein Tauchrohr, das doppel- oder mehrwandig mit einem oder mehreren Innenrohren und einem Außenrohr, das das oder die Innenrohre wenigstens teilweise umhüllt, ausgebildet ist;
wobei der Wirbelrohrabscheider außerdem eine zweite Staubauswurföffnung zum Auswerfen eines zweiten Staubanteils der Saugluft, während die Saugluft rotierend in die zweite Transportrichtung strömt, aufweist;
und wobei die zweite Staubauswurföffnung durch zumindest eine Öffnung in dem Tauchrohr gebildet wird, die als Fenster oder Schlitz in einem Innenrohr des Tauchrohres ausgeführt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Durchführung in einem Staubsauger, etwa in einem Wirbelrohrabscheider des Staubsaugers. Der Wirbelrohrabscheider ist ein Fliehkraftabscheider, der nach dem Zentrifugalprinzip arbeitet. In dem Abscheideraum des Wirbelrohrabscheiders eintretende Saugluft rotiert auf einer schraubenförmigen Bahn in dem Abscheideraum, wobei aufgrund der Zentrifugalkraft ein Staubanteil der Saugluft von dieser abgetrennt wird und den Abscheideraum durch eine Staubauswurföffnung verlässt. Durch die Staubauswurföffnung gelangt der Staubanteil gewöhnlich in eine Staubsammelbox, die den Staub sammelt und die entleert werden kann. Bevor die Saugluft aus dem Wirbelrohrabscheider abgeführt wird, z. B. durch ein Tauchrohr, wird sie gewöhnlich in Richtung dieses Tauchrohrs umgelenkt, z. B. mit Hilfe eines Apexkegels. Die Vorteile des Wirbelrohrabscheiders bestehen insbesondere in seinem einfachen Konstruktionsprinzip und seiner platzsparenden Bauweise. Beides zusammen ermöglicht bei der Konstruktion eines Staubsaugers eine besonders große Gestaltungsfreiheit. So können Wirbelrohrabscheider insbesondere sowohl stehend als auch liegend oder schräg in den Staubsauger eingebaut werden, ohne dass dies notwendigerweise Einbußen in der Abscheideleistung nach sich zieht. Auch ist der Wirbelrohrabscheider einfach skalierbar, was die Entwicklung und Konstruktion einer Serie von Staubsaugern mit unterschiedlicher Leistung erleichtert.
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Zusammengefasst ermöglicht die Erfindung bei vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand und kompakter Bauweise eine bessere Staubabscheidung, insbesondere eine bessere Feinstaubabscheidung. Gleichzeitig kann der Druckverlust bei der Staubabscheidung gemessen an der Abscheideleistung gering gehalten werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
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Es zeigen schematisch:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wirbelrohrabscheiders zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar in Teilfigur a) den Wirbelrohrabscheider von oben; in Teilfigur b) einen Querschnitt durch die in Teilfigur a) eingezeichnete Ebene H-H; in Teilfigur c) einen Querschnitt durch die in Teilfigur b) eingezeichnete Ebene J-J und in Teilfigur d) einen Querschnitt durch die in Teilfigur c) eingezeichnete Ebene K-K;
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2 ein erstes Vergleichsbeispiel eines Wirbelrohrabscheiders zum Durchführen eines Verfahrens, und zwar in Teilfigur a) den Wirbelrohrabscheider von oben; in Teilfigur b) einen Querschnitt durch die in Teilfigur a) eingezeichnete Ebene H-H; in Teilfigur c) einen Querschnitt durch die in Teilfigur b) eingezeichnete Ebene J-J und in Teilfigur d) einen Querschnitt durch die in Teilfigur c) eingezeichnete Ebene K-K;
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wirbelrohrabscheiders zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar in Teilfigur a) den Wirbelrohrabscheider von oben; in Teilfigur b) einen Querschnitt durch die in Teilfigur a) eingezeichnete Ebene H-H; in Teilfigur c) einen Querschnitt durch die in Teilfigur b) eingezeichnete Ebene J-J und in Teilfigur d) einen Querschnitt durch die in Teilfigur c) eingezeichnete Ebene K-K;
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4 ein zweites Vergleichsbeispiel eines Wirbelrohrabscheider zum Durchführen eines Verfahrens, und zwar in Teilfigur a) eine Draufsicht auf und in Teilfigur b) einen Querschnitt durch einen mehrstufigen Wirbelrohabscheider zur Durchführung des Verfahrens;
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wirbelrohrabscheiders zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar in Teilfiguren a) und b) unterschiedliche Querschnitte durch den Wirbelrohrabscheider; in Teilfigur c) einen Querschnitt durch die in Teilfigur b) eingezeichnete Ebene P-P; und in Teilfigur d) einen Querschnitt durch die in Teilfigur b) eingezeichnete Ebene R-R;
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6 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wirbelrohrabscheiders zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar in Teilfigur a) den Wirbelrohrabscheider von oben; in Teilfigur b) einen Querschnitt durch die in Teilfigur a) eingezeichnete Ebene H-H; in Teilfigur c) einen Querschnitt durch die in Teilfigur b) eingezeichnete Ebene J-J und in Teilfigur d) einen Querschnitt durch die in Teilfigur c) eingezeichnete Ebene K-K;
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7 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wirbelrohrabscheiders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar in Teilfigur a) den Wirbelrohrabscheider von oben; in Teilfigur b) einen Querschnitt durch die in Teilfigur a) eingezeichnete Ebene H-H; in Teilfigur c) einen Querschnitt durch die in Teilfigur b) eingezeichnete Ebene J-J und in Teilfigur d) einen Querschnitt durch die in Teilfigur c) eingezeichnete Ebene K-K;
und schließlich
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8 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wirbelrohrabscheiders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar in Teilfiguren a) und b) unterschiedliche Querschnitte durch den Wirbelrohrabscheider; in Teilfigur c) einen Querschnitt durch die in Teilfigur b) eingezeichnete Ebene P-P; und in Teilfigur d) einen Querschnitt durch die in Teilfigur b) eingezeichnete Ebene R-R.
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Ausführliche Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen
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Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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Die 1 bis 8 zeigen insgesamt sechs unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung und zwei Vergleichsbeispiele zu einem Wirbelrohrabscheider. Die dort dargestellten Wirbelrohrabscheider 1 sind typischerweise in einem Staubsauger einer Saugluftführung, die dem Wirbelrohrabscheider staubbeladene Saugluft zuführt, nachgeschaltet und einer Motor-Gebläse-Einheit zum Erzeugen eines Saugluftstroms vorgeschaltet. Dabei kommen zwischen Saugluftführung und Wirbelrohrabscheider und/oder auch zwischen Wirbelrohrabscheider und Motor-Gebläse-Einheit eine oder mehrere Einrichtungen geschaltet sein, z. B. Filter.
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Die staubbeladene Saugluft gelangt an einem Saugluftstutzen 2 in einen Sauglufteinlasskanal 3 des Wirbelrohrabscheider 1 und wird von dort tangential durch einen Sauglufteinlass 4 in den kreiszylinderrohrförmigen Abscheideraum 5 geführt. Die sauglufteinlassseitige Stirnseite des Abscheideraums 5 ist als schraubenabschnittförmige Luftleitrampe 6 ausgebildet, die die Saugluft in dem Abscheideraum 5 auf eine schraubenförmige Bahn bringt. Folglich hat die Saugluft im Abscheideraum 5 einen rotierenden Bewegungsanteil um eine Mittelachse 7 des Abscheideraums 5 herum und einen translatorischen Anteil in eine Richtung parallel zur Mittelachse 7. Die Transportrichtung der Saugluft verläuft demnach von der sauglufteinlassseitigen Stirnseite des Abscheideraums hin zur gegenüberliegenden Stirnseite 8.
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Durch den Rotationsanteil der Saugluftbewegung verursachte Zentrifugalkräfte scheiden einen ersten Staubanteil der Saugluft in Richtung des Mantels 9 des Abscheideraums 5 ab. Gleichzeitig werden die Staubpartikel durch den translatorischen Anteil der Saugluftbewegung in Längsrichtung des Abscheideraums 5 zu dem dem Sauglufteinlass gegenüberliegenden Ende des Abscheideraums 5 bewegt. Dort befindet sich in dem Mantel 9 des Abscheideraums 5 eine erste Staubauswurföffnung 10, durch die der abgeschiedene Staub in eine an den Abscheideraum 5 angrenzende erste Staubsammelkammer 11 gelangen kann, wo der Staub gelagert wird. An der staubauswurföffnungsseitigen Stirnfläche der Abscheideraums 5 wird die Saugluftströmung von der Schraubenbahn in die erste 13 auf eine Schraubenbahn in eine zweite Transportrichtung 14, die der ersten Transportrichtung im Wesentlichen entgegengesetzt ist, umkehrt. Die Saugluft strömt jetzt in Richtung des Einlasses eines Tauchrohrs 15. In und ggf. zusätzlich an dem Tauchrohr 15 findet die Abscheidung eines zweiten Staubanteils aus der Saugluft statt. Dazu ist das Tauchrohr 15 mit einer zweiten Staubauswurföffnung 16 ausgestattet, von der der Staub in eine zweite Staubsammelkammer 17 gelangen kann. Der Wirbelrohrabscheider 1 ist außerdem mit einem als Klappe ausgebildeten Deckel 18 ausgestattet, die geöffnet werden kann, um sowohl den ersten 11 als auch den zweiten Sammelstaubraum 17 gleichzeitig zu entleeren.
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In den Ausführungsformen der 1 bis 3 und 5 bis 8 wird die Umlenkung der Saugluft von der ersten 13 in die zweite Transportrichtung 15 durch einen Apexkegel 12 unterstützt. Der Apexkegel 12 ist als Kegelstumpf mit einer geraden Mantellinie ausgebildet. Lediglich zur staubauswurföffnungsseitigen Stirnfläche des Abscheideraum 5 hin und in den Ausführungen der 5 bis 8 auch zur Kegeldeckfläche hin ist die Mantellinie verrundet, um Sekundärwirbel zu vermeiden, die anderenfalls an einer Kante leicht entstehen können.
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Das in 1 dargestellte Tauchrohr 15 ist doppelwandig mit einem Außen- 19 und einem Innenrohr 20 ausgebildet. Dabei besteht das Innenrohr 20 direkt am Tauchrohreingang aus einem sich trichterförmig in die zweite Transportrichtung 14 verjüngenden Abschnitt, der am Tauchrohreinlass mit dem Außenrohr 19 zusammenläuft. Der Abschnitt stellt also einen nach innen und unten weisenden Kragen am Außenrohr 19 dar. Sodann ist das Innenrohr 20 unter Bildung eines schmalen Ringschlitzes, der einen Teil der zweiten Staubauswurföffnung 16 bildet, unterbrochen. Anschließend läuft das Innenrohr 20 zylindrisch weiter, wobei unterhalb des Schlitzes in der Rohrwand mehrere Fenster vorgesehen sind, die ebenfalls Teile der zweiten Staubauswurföffnung 16 bilden. Durch die zweite Staubauswurföffnung 16 kann der zweite Staubanteil in den Bereich zwischen dem Außen- 19 und dem Innenrohr 20 gelangen und fällt von dort in die zweite Staubsammelkammer 17.
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2 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform der 1, die sich von letzterer dadurch unterscheidet, dass das Innenrohr 20 gegenüber dem Außenrohr 19 in die zweite Transportrichtung 14 versetzt ist. Außerdem ist an dem tauchrohrseitigen Ende des Innenrohrs 20 eine Abscheidekante bildender Flansch 21 angeordnet. Ein ringförmiger Schlitz zwischen dem Flansch 21 und der Innenseite des Außenrohrs 20 bilden wiederum einen Teil der zweiten Staubauswurföffnung 16.
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3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, bei der die Saugluftströmung in die zweite Transportrichtung 14 in mehrere parallele schraubenförmige Saugluftströme aufgeteilt wird. Dazu ist an dem Apexkegel 12 ein stationärer Leitapparat 22 angeordnet, der aus vier kreuzförmig angeordneten Flügeln besteht. Jeweils zwischen zwei Flügeln besteht ein Kanal, in dem sich jeweils eine von vier schraubenförmigen Strömungen ausbildet. Die Hüllkurve einer Querschnittsfläche des Leitapparats 22 senkrecht zur zweiten Transportrichtung 14 nimmt ausgehend vom dem Apexkegel 12 zunächst zu und dann wieder ab, sodass der Hüllkörper des Leitapparates eine 22 Tropfenform aufweist. An allen Stellen ist der Hüllkreisdurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Tauchrohrs 15. Das Tauchrohr 15 weist, anders als in den 1 und 2, nicht nur ein sondern vier Innenrohre 20' auf. Der Leitapparat 22 ist so angeordnet, dass die vier schraubenartigen Strömungen jeweils in eines der vier Innenrohre 20' einströmt. Lediglich unmittelbar am Tauchrohreinlass laufen die vier Rohre 20' zusammen in einen trichterförmigen Abschnitt, der direkt am Tauchrohreinlass mit dem Außenrohr 19 zusammenläuft. Jedes der vier Innenrohre 20' weist eine ihm zugeordnete Staubauswurföffnung 16' auf, durch die der Staub in den Bereich zwischen dem Außenrohr 19 und den Innenrohren 20' und von dort in die zweite Staubsammelkammer 17 gelangen kann.
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4 zeigt eine Ausführungsform, bei der zahlreiche Wirbelstromabscheider kaskadenartig hintereinander sowie parallel geschaltet sind, um eine besonders hohe Staubausbeute zu erreichen. Die Transportrichtungen sind durch Pfeile angedeutet. Durch den Sauglufteinlass 4 gelangt die Saugluft in einen ersten Abscheideraum 5, in dem Staub durch eine erste Staubauswurföffnung 10 abgeschieden wird. Die Transportrichtung der Saugluft wird umgekehrt, hier ohne Unterstützung eines Apexkegels, und die Saugluft strömt in ein Tauchrohr 15 ein, das gleichzeitig einen zweiten Abscheideraum bildet. In diesem wird Staub durch eine zweite Staubauswurföffnung 16 abgeschieden. Im Anschluss an diese Abschei- dung wird ein Teil der Saugluft in eine der vorherigen Transportrichtungen entgegengesetzte Transportrichtung umgelenkt und tritt wiederrum in ein Tauchrohr 23 ein, das gleichzeitig einen dritten Abscheideraum bildet. Auch in diesem wird ein dritter Staubanteil durch eine dritte Staubauswurföffnung 24 ausgeworfen und die Transportrichtung ein letztes Mal in ein Tauchrohr 25 umgelenkt, von wo die Kaskade durch einen ersten Saugluftauslass 26 verlässt. Ein Teil der in den zweiten Abscheideraum 15 eingeströmten Saugluft wird vor, während oder nach der Staubabscheidung in eine parallele Wirbelrohrabscheiderkaskade umgelenkt. Dort strömt sie zunächst in einen vierten Abscheideraum 27 in dem durch eine (nicht dargestellte) Staubauswurföffnung Staub abgetrennt wird. Sodann wird die Transportrichtung der Saugluft umgekehrt und sie strömt in ein Tauchrohr 28 in den vierten Abscheideraum ein, wobei das Tauchrohr einen fünften Abscheideraum bietet. Hier wird Staub durch eine fünfte Staubauswurföffnung 29 abgeschieden und die Transportrichtung ein letztes Mal umgekehrt, sodass die Saugluft in ein Tauchrohr 30 einläuft. Von dort aus gelangt sie dann zu einem zweiten Saugluftauslass 31. Durch die kaskadenartige Anordnung der Wirbelrohrabscheider soll eine gründliche Staubabscheidung mit möglichst geringem konstruktivem Aufwand erreicht werden. Die parallele Anordnung mehrerer solcher Kaskaden soll den Druckverlust senken und den Saugluftdurchsatz erhöhen.
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In den 5 bis 8 ist die Ausführungsform der 1 in der Weise weitergebildet, dass die in die zweite Transportrichtung strömende Saugluft zum Zweck einer besseren Staubabscheidung beschleunigt wird. Zu diesem Zweck ist in der Ausführung der 5 auf der Höhe des Ringschlitzes im Innenrohr 20 des Tauchrohrs 15 eine Scheibe 32 angeordnet, die über einen Stift 33 an dem Apexkegel 12 befestigt ist. Die Saugluft muss diese Scheibe 32 umströmen und wird dadurch beschleunigt. In der Ausführungsform der 6 ist anstelle der Scheibe 32 ein tropfenförmiger Körper 34 vorgesehen, der ausgehend vom Apexkegel 12 in das Innenrohr 20 des Tauchrohrs 15 hineinreicht und der ebenfalls von der Saugluft umströmt werden muss. Eine dritte Ausführung mit einem dieses Mal kegelförmigen Körper 35 ist in 7 dargestellt. Der Kegel erstreckt sich von der Stirnseite des Apexkegels 12 unter stetiger Erweiterung seines Querschnitts in den oberen Bereich des Tauchrohrs 15 hinein und endet auf der Höhe des Ringschlitzes. Wiederum wird die Saugluft dadurch beschleunigt, dass sie den Körper 35 umströmen muss. in der Ausführungsform der 8 schließlich ist der kegelförmige Körper zu einem stehenden Impeller 36 weitergebildet. Schaufelartig und schraubenförmig verlaufende Blätter verstärken den Rotationsanteil der Saugluft, die sich in die zweite Transportrichtung 14 bewegt. Dadurch nehmen die Zentrifugalkräfte zu und die Staubabscheidung wird verbessert.
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Die Erfindung ermöglicht bei vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand und kompakter Bauweise eine bessere Staubabscheidung, insbesondere eine bessere Feinstaubabscheidung. Gleichzeitig kann der Druckverlust bei der Staubabscheidung gemessen an der Abscheideleistung gering gehalten werden. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wirbelrohrabscheider
- 2
- Saugluftstutzen
- 3
- Sauglufteinlasskanal
- 4
- Sauglufteinlass
- 5
- Abscheideraum
- 6
- Luftleitrampe
- 7
- Mittelachse des Abscheideraums
- 8
- Staubauswurföffnungsseitige Stirnseite des Abscheideraums
- 9
- Mantel
- 10
- Erste Staubauswurföffnung
- 11
- Erste Staubsammelkammer
- 12
- Apexkegel
- 13
- Erste Transportrichtung
- 14
- Zweite Transportrichtung
- 15
- Tauchrohr
- 16
- Zweite Staubauswurföffnung
- 17
- Zweite Staubsammelkammer
- 18
- Deckel
- 19
- Außenrohr
- 20, 20'
- Innenrohr(e)
- 21
- Flansch
- 22
- Leitapparat
- 23
- Dritter Abscheideraum
- 24
- Dritte Staubauswurföffnung
- 25
- Tauchrohr des dritten Abscheideraums
- 26
- Erster Saugluftauslass
- 27
- Vierter Abscheideraum
- 28
- Fünfter Abscheideraum
- 29
- Fünfte Staubauswurföffnung
- 30
- Tauchrohr des fünften Abscheideraums
- 31
- Zweiter Saugluftauslass
- 32
- Scheibe
- 33
- Stift
- 34
- Tropfenförmiger Körper
- 35
- Kegelförmigen Körper
- 36
- Impeller
