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Die Erfindung betrifft einen Vorfilter für einen Zyklonabscheidestaubsauger zur Anordnung zwischen einem Luftauslass eines Zyklonabscheiders und einem Lufteinlass eines Zentralfilters, aufweisend einen rohrförmigen Grundkörper mit zwei in axialer Richtung einander gegenüberliegenden Enden, wobei der Grundkörper im Bereich eines ersten Endes offen ausgebildet ist und ein Verbindungsmittel zur Anordnung an einer Vorfilteraufnahme aufweist, und wobei in einer die beiden Enden miteinander verbindenden Seitenwand des Grundkörpers zumindest bereichsweise ein Filter vorgesehen ist.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Staubsammelbehälter für einen Zyklonabscheidestaubsauger, mit einem Gehäuse, in welchem ein Zyklonabscheider angeordnet ist, wobei der Zyklonabscheider einen Lufteinlass, einen Abscheideraum und einen Luftauslass aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung einen Zyklonabscheidestaubsauger mit einem Staubsaugerkorpus.
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Derartige Vorfilter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie kommen bei Zyklonabscheidestaubsaugern zum Einsatz. Bei Zyklonabscheidestaubsaugern durchströmt die Staubpartikel enthaltene Luft einen Zyklonabscheider, in welchem idealerweise die Staubpartikel abgeschieden und in einem Sammelbehälter gefördert werden. In der Praxis werden jedoch nicht alle Staubpartikel im Zyklonabscheider aus der Luft abgeschieden. Dies betrifft insbesondere Feinstaub, welcher daher zum Schutz des Gebläses des Stausaugers in einem dem Zyklonabscheider nachgeschalteten Zentralfilter aus der Luft ausgefiltert wird. Der Zentralfilter muss jedoch vor gröberen Staubpartikeln geschützt werden, da er von diesen beschädigt beziehungsweise verschmutzt werden könnte. Zu diesem Zweck werden in den Strömungsweg zwischen dem Lufteinlass des Zentralfilters und dem Luftauslass des Zyklonabscheiders gattungsgemäße Vorfilter geschaltet.
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Es haben sich rohrförmige Vorfilter bewährt, welche koaxial in den Abscheiderraum des Zyklonabscheiders eingesetzt werden. Die bekannten Vorfilter weisen im Bereich ihrer Seitenwand einen Filter auf. Im Bereich einer frei in den Abscheiderraum ragenden Stirnwand sind die bekannten Vorfilter jedoch luftundurchlässig ausgebildet.
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Die bekannten Vorfilter haben sich dem Grunde nach bewährt. Allerdings hat sich herausgestellt, dass die bekannten Vorfilter sehr schnell verstopfen, was eine regelmäßige Reinigung beziehungsweise einen regelmäßigen Austausch erforderlich macht.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Vorfilter beziehungsweise einen damit ausgerüsteten Staubsammelbehälter sowie einen Zyklonabscheidestaubsauger dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Standzeit des Vorfilters erhöht wird und somit die Häufigkeit einer Wartung reduziert wird.
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Zur Lösung schlägt die Erfindung im Hinblick auf den Vorfilter vor, dass auch in einer Stirnwand am zweiten Ende des Grundkörpers ein Filter vorgesehen ist.
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Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik, bei welchem die Stirnwand am zweiten Ende des Grundkörpers des Vorfilters immer luftdicht geschlossen ausgebildet ist. Die Erfindung bricht erstmals mit dieser bislang als gegeben akzeptierten technischen Lehre und sieht vor, auch an der Stirnwand des Grundkörpers ergänzend zur Seitenwand ein Filter vorzusehen.
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Diese Erfindung basiert auf einer detaillierten Analyse der Strömungswege innerhalb des Zyklonabscheiders und insbesondere am Vorfilter. Es hat sich nämlich gezeigt, dass ein nicht unerheblicher Teil der in den Zyklonabscheider einströmenden Luft nicht wie vorgesehen in eine Wirbelströmung entlang der Wand des Abscheiders gerät (Primärströmung), sondern vielmehr direkt von Lufteinlass des Zyklonabscheiders durch den Vorfilter in Richtung des Luftauslasses des Zyklonabscheiders strömt. Dies wird auch als Sekundärströmung bezeichnet. Es kommt also von vornherein gar nicht in vollem Maße zu dem gewünschten Zyklonwirbel, bei welchem infolge der Zentrifugalkraft Staubpartikel radial nach außen beschleunigt werden, an der Wand des Zyklonabscheiders abprallen und der Schwerkraft folgend in einen Sammelbehälter rieseln. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, dass durch die direkte Sekundärströmung vom Lufteinlass durch den Vorfilter zum Luftauslass der Vorfilter sehr schnell mit Staubpartikeln zusetzt, was im Ergebnis zu einer Verringerung des wirksamen Strömungsquerschnitts und damit zu einem Druckverlust führt. Dieser Druckverlust führt wiederum dazu, dass noch weniger Luft entlang der Primärströmung in die gewünschte Wirbelströmung gerät, sondern sich vielmehr der Anteil der entlang der Sekundärströmung strömenden Luft vergrößert, so dass sich der Vorfilter im Ergebnis sehr schnell zusetzt.
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Die Erfindung schafft hier überraschenderweise Abhilfe. Es hat sich gezeigt, dass das Vorsehen eines Filters auch an der Stirnwand am zweiten Ende des Grundkörpers eine erhebliche Verbesserung der Strömungsverhältnisse innerhalb des Zyklonabscheiders mit sich bringt. Zunächst einmal wird durch das ergänzende Vorsehen eines Filters an der Stirnwand die Anströmfläche insgesamt vergrößert, so dass ein geringerer Druckverlust bei der Erzeugung der Wirbelströmung innerhalb des Zyklonabscheiders entsteht.
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Darüber hinaus kommt es aber auch noch zu einem synergetischen Effekt. Es hat sich gezeigt, dass die Rückströmung der Wirbelströmung innerhalb des Zyklonabscheiders offenbar dafür sorgt, dass die Stirnwand des Vorfilters länger von Verschmutzungen freigehalten werden kann. Das Filter im Bereich der Stirnwand setzt sich daher auch nach langem Betrieb nicht zu, so dass auch bei zugesetztem Filter in der Seitenwand noch ein Staubsaugebetrieb sichergestellt werden kann. Somit führt die Erfindung zu einer erheblichen Verlängerung der Standzeit und einer deutlichen Verringerung der erforderlichen Wartungsarbeiten am Vorfilter beziehungsweise am Zyklonabscheidestaubsauger insgesamt.
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Das Vorfilter beziehungsweise der Grundkörper kann in Form eines Kegelstumpfs ausgebildet sein, wobei die Grundfläche des Kegelstumpfs zumindest teilweise offen ist, und wobei an der Mantelfläche und der Deckfläche des Filters vorgesehen ist. Die Kegelstumpf-Form hat sich bewährt, da der Zyklonabscheider selbst, insbesondere seine Abscheiderwand, konisch verläuft, um die an ihr entlangströmende Luft zu beschleunigen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Grundkörper Aufnahmen aufweisen, in welche Filtereinheiten eingesetzt sind. Gemäß dieser Weiterbildung stellt der Grundkörper eine Art Gerüst bereit, in welche die einzelnen Filter in Form von Filtereinheiten eingesetzt werden können. Die Aufnahmen des Grundkörpers weisen erste Verbindungsmittel auf, welche mit zweiten Verbindungsmitteln der Filtereinheiten gekoppelt werden können. Hierbei kann es sich um Rastverbindungen, Schraubverbindungen und/oder dergleichen handeln. Vorzugsweise sind die Filtereinheiten lösbar in die Aufnahmen eingesetzt. Die einzelnen Filtereinheiten können dann im Falle einer Beschädigung oder dergleichen einfach ausgewechselt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das Filter und der Grundkörper einstückig ausgebildet. Es kann sich beispielweise um ein einstückiges Kunststoffbauteil handeln. Auf diese Weise sind die Übergänge zwischen dem Grundkörper und dem Filter sehr glatt und stetig, so dass möglichst wenig Druckverluste durch Strömungsabrisse und/oder dergleichen erzeugt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Filter ein Kunststoffgewebe. Es hat sich gezeigt, dass derartiges Filtermaterial gute Filtereigenschaften aufweist und zugleich für eine erhöhte Standzeit sorgt. Vorzugsweise ist das Kunststoffgewebe in den Grundkörper eingespritzt. Auf diese Weise lässt sich die zuvor bereits beschriebene Ausgestaltung einer einstückigen Ausbildung von Filter und Grundkörper mit den genannten Vorteilen realisieren.
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Hinsichtlich des Staubsammelbehälters schlägt die Erfindung vor, dass dieser über einen zuvor beschriebenen Vorfilter verfügt, welcher strömungstechnisch zwischen dem Abscheiderraum und dem Luftauslass angeordnet ist.
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Im Hinblick auf den Zyklonabscheidestaubsauger schlägt die Erfindung vor, dass dieser über einen zuvor beschriebenen Staubsammelbehälter verfügt, welcher in eine Aufnahme im Staubsaugerkorpus einsetzbar ist.
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Vorteile und Nachteile der Erfindung ergeben sich auch anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Es zeigen:
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1 Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Staubsammelbehälters in zwei perspektivischen Schnittansichten;
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2 ein Detail des Staubsammelbehälters gemäß 1; und
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3 schematisch die Strömungsverhältnisse an dem beim Staubsammelbehälter gemäß 1 zum Einsatz kommenden Vorfilter.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Staubsammelbehälters 8. Dieser verfügt über ein Gehäuse 17, welches durch eine Klappe 6 verschlossen ist. Im Gehäuse 17 ist ein Zyklonabscheider 1 angeordnet. Unterhalb des Zyklonabscheiders 1 ist ein Staubsammelraum 2 ausgebildet. In diesen rieseln im Zyklonabscheider 1 abgeschiedene Staubpartikel.
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Der Zyklonabscheider 1 verfügt über einen Abscheiderraum 3. Dieser ist durch eine Wand begrenzt, welche konisch verjüngt sein kann. Der Abscheiderraum 3 ist strömungstechnisch mit einem Lufteinlass 10 verbunden. Der Lufteinlass 10 schließt tangential an den Abscheiderraum an, so dass durch den Lufteinlass 10 einströmende Luft auf eine tangential umlaufende Bahn in den Abscheiderraum 3 gelenkt wird.
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Es ist nun bestimmungsgemäß vorgesehen, dass die durch den Lufteinlass 10 einströmende Luft entlang der Abscheiderwand 14 auf einer Zyklonwirbelbahn strömt. Durch die konische Verjüngung des Abscheiderraums 3 wird die Luft beschleunigt, wodurch in der Luft enthaltene Staubpartikel infolge der Zentrifugalkraft radial nach außen beschleunigt werden. Sie prallen gegen die Abscheiderwand 14 und rieseln in den Staubsammelraum 2.
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Der zum Betrieb des Zyklonabscheiders 1 erforderliche Luftstrom wird durch ein nicht dargestelltes Gebläse erzeugt. Dieses erzeugt einen Unterdruck und ist strömungstechnisch mit einem Luftauslass 4 verbunden. Der Luftauslass 4 befindet sich zentrisch im Abscheiderraum 3 und saugt folglich die durch den Lufteinlass 10 strömende Luft an. Um nun eine Verschmutzung eines ebenfalls nicht dargestellten Zentralfilters für Feinstaub zu reduzieren beziehungsweise zu verhindern, ist ein Vorfilter 5 im Zyklonabscheider 1 vorgesehen. Dieses ist strömungstechnisch zwischen dem Abscheiderraum 3 und dem Luftauslass 4 angeordnet. Es ist an einer entsprechenden Aufnahme im Zyklonabscheider 1 lösbar befestigt.
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Das Vorfilter 5 ist etwas detaillierter in 2 dargestellt. Diese zeigt den Zyklonabscheider 1 lediglich ausschnittsweise. Das Vorfilter 5 verfügt über einen Grundkörper 9. Der Grundkörper 9 ist kegelstumpfförmig ausgeführt. Im Bereich seiner Mantelfläche beziehungsweise Seitenwand 12 verfügt es über insgesamt vier Aufnahmen.
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Diese Aufnahmen sind in der Darstellung nach den 1 und 2 offen. Bei bestimmungsgemäßem Betrieb sind in diesen Aufnahmen jedoch die Filter eingesetzt. Diese können lösbar in die Aufnahmen eingesetzt sein oder aber einstückig mit dem Grundkörper verbunden sein.
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Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht nun darin, dass das Vorfilter 5 auch im Bereich seiner frei in den Abscheideraum 3 ragenden Stirnwand 11 ein Filter aufweist. Wie in den 1 und 2 ersichtlich, ist der Grundkörper 9 dort ebenfalls offen ausgebildet. In diese Öffnung beziehungsweise Aufnahme kann ebenfalls ein Filter eingesetzt werden. Dieses kann ebenfalls lösbar oder einstückig mit dem Grundkörper 9 verbunden sein.
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Der Effekt des zusätzlichen Filters im Bereich der Stirnwand 11 wird im Folgenden anhand von 3 erläutert. Diese zeigt einen Querschnitt durch den Zyklonabscheider 1. Der Lufteinlass 10 befindet sich an der linken Abscheiderwand 14. Er wird bereitgestellt durch einen Kanal 7. Dieser Kanal 7 schließt in tangentialer Richtung an den Abscheiderraum 3 beziehungsweise die Abscheiderwand 14 an. Die durch den Kanal 7 einströmende Luft wird auf eine Zyklonwirbelbahn gelenkt, auf welcher sie sich schraubenförmig entlang der Abscheiderwand 14 windet. Die bestimmungsgemäße und gewünschte Strömungsrichtung ist als Primärströmung 15 in 3 eingezeichnet. Die Primärströmung 15 verläuft entlang der schraubenförmigen Bahnen in der Figurenebene nach unten, wird anschließend bei Abschwächung des Zyklonwirbels umgelenkt und strömt mittig innerhalb des Abscheideraums 3 zurück in Richtung des Luftauslasses 4. Die Besonderheit der Erfindung liegt nun darin, dass die Primärströmung 15 direkt durch die Stirnwand 11 des Vorfilters 7 strömen kann.
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Ein Teil der durch den Lufteinlass 10 in den Abscheiderraum 3 einströmenden Luft nimmt jedoch nicht den Weg der Primärströmung 15. Er nimmt vielmehr den Weg einer Sekundärströmung 16, bei welchem die Luft direkt ohne in den Zyklonwirbel einzutreten durch das Filter in der Seitenwand beziehungsweise Mantelfläche des Vorfilters 5 in Richtung des Luftauslasses 4 strömt. Die entlang der Sekundärströmung 16 strömende Luft enthält in der Regel noch sehr viele Staubpartikel, so dass es zu einem raschen Zusetzen des Vorfilters 5 kommt. Hierdurch wird die wirksame Strömungsfläche des Filters reduziert, was wiederum zu einem Druckverlust und einer Verstärkung des zuvor beschriebenen Effekts führt.
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Durch das Filter im Bereich der Stirnwand 11 des Vorfilters wird jedoch die Strömungsfläche insgesamt erhöht und somit einem Druckabfall entgegengewirkt. Es hat sich außerdem gezeigt, dass die durch den Zyklonwirbel hervorgerufenen Strömungsverhältnisse offenbar dafür sorgen, dass das Vorfilter 5 im Bereich der Stirnwand 11 besonders gut von Staubpartikeln freigehalten wird, so dass das Vorfilter 5 in diesem Bereich nur sehr langsam oder auch gar nicht zugesetzt wird. Somit lässt sich insgesamt die Standzeit des Vorfilters 5 sowie eines damit ausgerüsteten Staubsaugers erhöhen.
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Die Erfindung lässt sich auch wie folgt beschreiben:
Der für einen Verwender entnehmbare Abscheider besteht aus einem Gehäuse, dem eigentlichen Abscheider Behälter, einer Einheit aus Abluftkanal, Anströmkanal und Vorfilter sowie einer Klappe welche den Behälter abschießt. Der Abscheider gliedert sich in einen Abscheideraum und einem darunter befindlichen Staubsammelraum. Der sich im Saugstrom befindliche Schmutz wird mit Hilfe der im Zyklon entstehenden Zentrifugalkräfte an die Außenwand des Abscheiderraums transportiert und über einen Auswurfschacht in den Staubsammelraum geworfen. Die Darstellung zeigt einen solchen Abscheider im Schnitt, jeweils von der rechten und linken Seite. Wie in der Darstellung zu sehen ist, ist der Vorfilter auf der Mantelfläche als auch auf der Stirnseite geöffnet. Das eingespritzte Kunststoffgewebe ist zur besseren Übersicht nicht dargestellt.
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Die 3 zeigt die schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse im Abscheider. Der Abscheider ist aufgebaut wie zuvor erläutert. Der Saugstrom, welcher durch die Anströmung in den Abscheideraum eintritt, wird aufgrund der Absaugung durch das Tauchrohr /Abluftkanal und den geometrischen Gegebenheiten des Abscheiders (rotationssymmetrisch) in eine zentrifugal Bewegung versetzt. Es baut sich eine Zyklonwirbel auf. Dieser Zyklonwirbel besteht aus zwei Wirbeln, dem Primärwirbel und dem Sekundärwirbel. Der Primärwirbel ist der mit Schmutz beladene äußere Luftwirbel (Rotation grauer Pfeil), der Sekundärwirbel ist der Luftwirbel welcher am Ende des Abscheiderraums die axiale Bewegungsrichtung ändert und sich zum Tauchrohr bewegt. Der Primärwirbel teilt sich beim Einströmen in den Abscheider in zwei Komponenten auf der Primär- und Sekundärströmung. Die Primärströmung bildet den Primärwirbel, die Sekundärströmung ist eine "Kurzschlussströmung" welche durch Wandhaftungseffekte entsteht, sie nimmt den kürzesten Weg zum Tauchrohr. Dabei gilt, mit steigender Länge des Tauchrohres nimmt der Sekundärstrom ab, lässt sich aber nicht ganz vermeiden.
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Die Sekundärströmung nimmt auch einen Teil des Staubs mit, vornehmlich Feinstaub. Der mit der Sekundärströmung mitgetragene Staub setzt sich, wenn die Korngrößer >Maschenweite des Vorfilters ist auf diesen ab. Mit steigender Beladung wächst der "Staubkuchen" auf dem Vorfilter an bis dieser verschlossen ist. Es kommt zur Erhöhung des Druckverlustes und somit zum Saugleistungsverlust. Da mit sinkender Saugleistung auch die Abscheideleistung sinkt, bricht der Aufbau des Zyklonwirbels ab einem bestimmten Saugverlust zusammen und der Effekt der Verschmutzung verstärkt sich schlagartig.
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Bei der vorgestellten Lösung tritt dieser Effekt aus physikalischen Gründen auch auf, somit lässt sich auch auf Dauer nicht der Effekt der Verschmutzung vermeiden. Dadurch, dass die Stirnfläche hier jedoch geöffnet ist und somit die gesamte Anströmfläche vergrößert ist erhöht sich die Standzeit schon generell. Es scheint weiterhin so, dass der rückströmende Sekundwirbel dafür sorgt das die Stirnfläche des Vorfilters länger frei von Verschmutzungen bleibt. Durch die somit ständig freie Anströmfläche bricht damit auch nicht der Zyklonwirbel zusammen.
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In der Darstellung nach 2 ist der die Einheit aus Abluftkanal, Vorfilter und Anströmung dargestellt. Die Größe der freien stirnseitigen Anströmfläche ist dabei so gewählt, dass sie mindestens der des kleinsten Strömungsquerschnitts im Staubsauger entspricht, so entsteht kein zusätzlicher Verlust durch eine Einschnürung des Strömungsquerschnittes.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zyklonabscheider
- 2
- Staubsammelraum
- 3
- Abscheiderraum
- 4
- Luftauslass
- 5
- Vorfilter
- 6
- Klappe
- 7
- Kanal
- 8
- Staubsammelbehälter
- 9
- Grundkörper
- 10
- Lufteinlass
- 11
- Stirnwand
- 12
- Seitenwand
- 13
- Abluftkanal
- 14
- Abscheiderwand
- 15
- Primärströmung
- 16
- Sekundärströmung
- 17
- Gehäuse
