DE102011102530B3

DE102011102530B3 - Wasserstaubsauger

Info

Publication number: DE102011102530B3
Application number: DE201110102530
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Lasinger Manuela De
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-05-27

Abstract

Staubsauger, der einen Massenkraft-Abscheider in Form eines rotierenden Separators mit Separatorschlitzen und ein Wasserbad (F) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Separatorschlitze, also außen am Separator, der Strömung durch weitere rotierende Teile zusätzlich kinetische Energie zugeführt wird, wobei die rotierenden Teile als Propeller (C, D) bildende Flügel außen am Separator angeordnet sind, wobei sich Flügel am unteren Ende des Separators befinden und die Flügel eine Strömung in Richtung Wasserbad (F) verursachen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Staubsauger, der einen Massenkraft-Abscheider und ein Wasserbad aufweist.
Wasserstaubsauger üblicher Bauart verwenden Massenkraft-Abscheider (sog. Separatoren), welche den Staub mittels Zentrifugalkraft oder auch durch Stöße von der Luft trennen. Staubteilchen, welche nicht durch den Separator gelangen, wandern in ein Wasserbad, welches nach Abschluss der Reinigungsarbeiten ausgeschüttet wird. Beispiele sind JP 8 299 234 A und US 2003/0 159 580 A1 . Als weiterer Stand der Technik ist zu nennen DE 690 17 465 T2 , WO 2008/153 506 A1 , DE 44 15 005 A1 , US 5 902 386 A , EP 1 475 028 A2 , US 2001/0 039 878 A1 . Der Separator dreht sich mit hoher Drehzahl (14.000–27.000 U/min). Es ist nicht ganz klar, durch welchen Mechanismus genau die Abscheidung stattfindet. Wirbeln die Staubpartikel um den Separator, so findet aufgrund der Fliehkraft eine Trennung der Partikel statt. Aus dem Gleichgewicht der Zentrifugalkraft F_z = m·a_z = π/6·d³·ρP·ω²·D/2 und dem Luftwiderstand F_w = 3·π·d·η·v_r an einem Staubpartikel ergibt sich die minimale Partikelgröße, die noch abgeschieden wird. Diese beträgt theoretisch ca. 3 μm. Kleinere Partikel können den Separator passieren und werden mit der Abluft wieder ausgeblasen. Partikel, die den Separator nicht passieren können, sollen irgendwann den Weg ins Wasserbad finden.
Erfolgt die Abscheidung weniger durch Zentrifugalkraft, sondern durch Stöße der Staubpartikel gegen den Separator, wie in US 2004/0 098 958 A1 beschrieben, dann werden größere Staubpartikel von den Lamellen des Separators weg gestoßen, während Staubpartikel unterhalb einer kritischen Größe den Separator passieren können und mit der Abluft wieder ausgeblasen werden. Die minimale Partikelgröße ergibt sich aus der Bedingung, dass Partikel der Strömung durch den Schlitz nur dann folgen können, wenn sie sich kurz vor dem Passieren des Schlitzes (Breite x) aufgrund der Fliehkraft nicht weiter als die Schlitzbreite x von ihrer Stromlinie entfernen. Daraus folgt die kritische Partikelgröße von etwa d = √((18·η·x)/(ρP·v_φ)). Auch hier sollen Partikel, die den Separator nicht passieren können den Weg ins Wasserbad finden. Der Abscheidegrad liegt mit etwa 2,3 μm in der gleichen Größenordnung wie bei der Trennung mittels Zentrifugalkraft.
Ein Nachteil bei den bisher bekannten Wasserstaubsaugern ist nun, dass nicht alle Partikel ins Wasser geschleudert werden können. Das liegt zum Einen daran, dass entweder die Fliehkraft nicht ausreicht, damit die Partikel weit genug fliegen, um das Wasserbad zu erreichen oder dass die Kraft des Stoßes am Separator dafür nicht ausreicht. Bei einer Weiterentwicklung wird die trennende Fläche des Separators parallel zum Wasser angeordnet, so das die Partikel nicht parallel zum Wasser geschleudert werden, sondern lotrecht dazu. Hierdurch verringert sich der Weg zum Wasser deutlich und die Partikel gelangen besser ins Wasser, wodurch sich nicht mehr so viele Partikel an der Eintrittsöffnung des Separators ansammeln können.
Doch auch in diesem Fall schaffen es nicht alle Partikel bis ins Wasser. Was ist die Folge davon? Angenommen, ein Partikel stößt gegen den Separator und wird anschließend etwa mit der Umfangsgeschwindigkeit des Separators von diesem weg geschleudert. Das Teilchen verlangsamt sich, kommt zum Stillstand und wird danach wieder von der Strömung in Richtung Separator transportiert. Für Partikel, die nicht weit genug fliegen, wiederholt sich dieser Vorgang immer wieder und eine immer dichter werdende Wolke bildet sich um den Separator herum, solange bis sich die Staubteilchen gegenseitig in den Separator befördern.
Die maximale Entfernung, die sich ein Staubpartikel vom Separator entfernen kann, nachdem es von diesem weg gestoßen wurde, ergibt sich etwa zu x = (ρP·v_φ·d²)/(18·η). Ein Partikel mit dem Durchmesser 5 μm fliegt z. B. ca. 5 mm weit und wird dann wieder angesaugt. Dieses Partikel findet wahrscheinlich nicht den Weg ins Wasser. Dafür ist das Wasser zu weit entfernt. Die Durchmesser von Partikeln, die vorerst nicht in den Separator gelangen, aber auch nicht ins Wasser fliegen, liegen etwa zwischen 3 μm und 10 μm.
In 1 ist der Weg eines Staubpartikels A mit einer Größe von ca. 5 μm dargestellt. Das Partikel fliegt schräg gegen den Separator und wird von diesem radial weg gestoßen und kommt nach wenigen Millimeter zum Stillstand. Da die anströmende Luft nicht nur die Geschwindigkeitskomponente v_r, sondern auch v_z besitzt, fliegt das Partikel nun schräg nach oben und trifft wieder auf den Separator. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis das Teilchen am oberen Ende des Schlitzes angelangt ist. Hier besitzt die einströmende Luft nur noch eine horizontale Geschwindigkeitskomponente, so dass das Teilchen nur noch horizontal hin und her fliegt. Es bildet sich also am oberen Rand des Separators eine kleine Wolke mit Teilchen, die sich schließlich, ohne dass dies bezweckt wurde, gegenseitig in den Separator stoßen.
In 2 ist das ähnliche Prinzip für einen Scheibentrenner dargestellt. Dieser hat zwar den grundsätzlichen Vorteil gegenüber einem zylindrischen Separator, dass die Teilchen wenigstens lotrecht in die Richtung des Wasserbads gestoßen werden. Aber auch hier gibt es eine Teilchengröße, bei der die Partikel vorerst weder durch die Schlitze fliegen können, noch die Entfernung zum Wasserbad überwinden können. In 2 ist der Weg des Partikels A dargestellt. Es fliegt zusammen mit der Strömung bis zur Scheibe, wird dann nach unten geschleudert, kommt nicht bis zum Wasser, kehrt wieder um und fliegt zusammen mit der Strömung nach rechts oben und stößt wieder gegen den Separator. Der Vorgang wiederholt sich so lange, bis das Staubteilchen die Wolke B erreicht hat. Hier verschwindet die horizontale Geschwindigkeitskomponente der Luftströmung, so dass die Teilchen nur noch rauf und runter fliegen, bis sie so zahlreich werden, dass sie sich gegenseitig durch den Separator stoßen. Somit gelangen nachteilig Staubpartikel durch den Separator, obwohl diese eigentlich aufgrund ihrer Masse abgeschieden werden könnten.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, sogar Staubpartikel, die nur geringste Wege vom Separator weg geschleudert werden, sicher ins Wasser zu befördern und dadurch den Abscheidegrad zu verbessern.
Dieses Problem wird durch einen Staubsauger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Staubsauger weist einen Massenkraftabscheider und ein Wasserbad auf, wobei stromaufwärts der Separatorschlitze (6, K, 7, K) der Strömung durch weitere rotierende Teile zusätzlich kinetische Energie zugeführt wird.
Figurenbeschreibung:
Der durch den Separator strömenden Luft wird eine weitere Geschwindigkeitskomponente hinzugefügt, welche die Staubpartikel bis zum Wasser transportiert. Dies kann mit Hilfe eines Propellers geschehen. In 3 ist ein zylinderförmiger Separator mit einem Propeller oben (C) und einem Propeller unten (D) dargestellt. Zum Schutz vor Verletzungen können die Flügel durch einen Ring abgeschirmt werden, wie in 4 dargestellt. 5 zeigt einen Scheibentrenner mit Propeller. In 6 ist der Strömungsverlauf für einen zylinderförmigen Separator mit zwei Propellerreihen dargestellt. Die Propeller C und D verursachen eine Strömungskomponente nach unten in Richtung Wasser (F). Dadurch bildet sich ein Wirbel (H) aus. Dieser führt dazu, dass die angesaugte Luft nicht von unten, sondern von oben gegen den Separator strömt. Das hat zur Folge, dass die Staubpartikel (A), nachdem sie weg gestoßen wurden, mit einer Geschwindigkeitskomponente nach unten wieder angesaugt werden, so dass sie sich Stoß um Stoß nach unten bewegen. Am unteren Ende des Schlitzes angekommen bleiben sie nicht dort und bilden keine Wolke, sondern sie werden durch die Propeller weiter nach unten bewegt (G), bis sie schließlich die Wasseroberfläche erreichen. Je kleiner die Teichen sind, desto näher werden sie durch den Wirbel (H) an die Wasseroberfläche befördert, weil die Stromlinie, die sich tangential am Separator befindet, danach auch tangential über die Wasseroberfläche führt. Um eine weitere Strömungskomponente nach unten zu verursachen, ist in 6 ein Rohrstück (I) dargestellt. Dieses bewirkt, dass sich die Strömung innerhalb des Separators zuerst nach unten bewegen muss, bevor sie sich erst innerhalb des Rohrstücks wieder nach oben bewegen kann.
7 zeigt einen Scheibentrenner mit Propeller (C, D). Die Staubpartikel (A) wandern schräg nach oben gegen die Trenn-Scheibe. Sie springen langsam nach rechts bis zum Ende der Schlitze. Dort bleiben sie aber nicht, sondern werden durch Propeller oberhalb des Wirbels (H) weiter in Richtung Drehachse befördert, bis sie mit der Luft nach unten (G) in Richtung Wasser (F) geworfen werden.

Claims

Staubsauger, der einen Massenkraft-Abscheider in Form eines rotierenden Separators mit Separatorschlitzen und ein Wasserbad (F) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Separatorschlitze, also außen am Separator, der Strömung durch weitere rotierende Teile zusätzlich kinetische Energie zugeführt wird, wobei die rotierenden Teile als Propeller (C, D) bildende Flügel außen am Separator angeordnet sind, wobei sich Flügel am unteren Ende des Separators befinden und die Flügel eine Strömung in Richtung Wasserbad (F) verursachen.
Staubsauger nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an beiden Enden der Separatorschlitze Flügel befinden.
Staubsauger nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel durch einen Ring abgeschirmt sind.