-
Die Erfindung betrifft ein Reinigungsgerät, welches eine bodenseitig offene Arbeitskammer mit einer drehbar gelagerten Reinigungswalze, eine Turbinenkammer mit einer drehbar gelagerten Querstromturbine und einen luftführenden Anschluss zur Verbindung mit einem Sauggerät aufweist. Die Reinigungswalze wird durch die im Strömungsweg eines angesaugten Luftstromes angeordnete Querstromturbine angetrieben. Die Querstromturbine weist eine Tragscheibe mit einer Nabe und an beiden Seiten der Tragscheibe abstehende Turbinenschaufeln aus, wobei die in Umfangsrichtung beabstandeten Turbinenschaufeln Strömungspfade begrenzen, die in ein schaufelfreies Zentrum der Querstromturbine münden und von dem angesaugten Luftstrom durchströmt werden, und wobei die vorstehenden Enden der an der Tragscheibe befestigten Turbinenschaufeln durch Ringe verbunden sind.
-
Ein Reinigungsgerät mit den eingangs genannten Merkmalen ist aus
DE 41 05 336 A1 bekannt. Die an beiden Seiten der Tragscheibe angeordneten Turbinenschaufeln bilden jeweils einen Schaufelkranz, der auf seiner von der Tragscheibe abgewandten axialen Stirnseite durch einen Abdeckring abgeschlossen ist. Der Abdeckring verbindet die axialen Enden der einzelnen Schaufeln fest miteinander und stellt eine seitliche Begrenzung des Schaufelkranzes dar. Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Abdeckring als Abdeckscheibe ausgebildet ist und die Abdeckscheibe zusätzlich zur Lagerung des Turbinenrades auf einer Drehachse genutzt wird.
-
Die
DE 101 10 770 A1 offenbart ebenfalls ein Reinigungsgerät, welches eine bodenseitig offene Arbeitskammer mit einer drehbar gelagerten Reinigungswalze, eine Turbinenkammer mit einer drehbar gelagerten Querstromturbine und einen luftführenden Anschluss zur Verbindung mit einem Sauggerät aufweist. Die Querstromturbine des Reinigungsgerätes weist eine Tragscheibe mit einer Nabe und an beiden Seiten der Tragscheibe abstehende Turbinenschaufeln auf. Die Turbinenschaufeln bestehen aus einem unter Strömungslast verformbaren Material und enden mit geringem Abstand vor einer Wandfläche der Turbinenkammer. An ihrem freien Ende sind die den Schaufelkranz bildenden Turbinenschaufeln nicht miteinander verbunden, so dass sich die Turbinenschaufeln unter Strömungslast in Grenzen verstellen können. Hierdurch soll erreicht werden, dass eine in einer Turbinenkammer angeordnete Luftturbine sich dem antreibenden Saugluftstrom entsprechend verhält, wobei sich nach einer gewissen Betriebszeit die Turbinenschaufeln entsprechend den strömungstechnischen Randbedingungen bleibend verstellt haben. Als Vorteil werden eine optimale Leistungsabgabe und niedrige Betriebsgeräusche angegeben.
-
Beim Betrieb des aus der
DE 101 10 770 A1 bekannten Reinigungsgerätes verlagern sich die freien Enden der Turbinenschaufeln unter Strömungslast mehr oder weniger stark relativ zu ihrem an der Tragscheibe festgelegten Ende. Die Verlagerung ist quantitativ abhängig von zahlreichen Parametern, beispielsweise den Materialeigenschaften, der Geometrie und Länge der Turbinenschaufeln und dem Drehwiderstand, der maßgeblich abhängig ist von dem Bodenkontakt der Reinigungswalze und somit auch der Bodenbeschaffenheit des zu reinigenden Bodens. All dies führt dazu, dass die Gebrauchseigenschaften der bekannten Querstromturbine nicht oder nur schlecht reproduzierbar sind. Somit ist fraglich, ob die Querstromturbine stets im Leistungsoptimum arbeitet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Querstromturbine des Reinigungsgerätes so auszubilden, dass die Strömungsverluste des die Querstromturbine durchströmenden Saugluftstromes möglichst klein sind. Ferner ist die Querstromturbine und der ihr zugeordnete Strömungsweg so zu gestalten, dass die Strömungsgeräusche beim Betrieb des Reinigungsgerätes niedrig sind.
-
Gegenstand und Lösung dieser Aufgabe ist ein Reinigungsgerät nach Anspruch 1. Die auf den Patentanspruch 1 zurückbezogenen nachgeordneten Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Reinigungsgerätes dar.
-
Ausgehend von einem Reinigungsgerät mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Innenradius der Ringe einen aus Turbinenschaufeln gebildeten Schaufelkranz umschließt ohne den Schaufelkranz stirnseitig abzudecken. Der Schaufelkranz ist an den freien Enden der Turbinenschaufeln stirnseitig offen, so dass die Strömungspfade zwischen den in Umfangrichtung beabstandeten Turbinenschaufeln des Schaufelkranzes keine seitliche Begrenzung aufweisen. Der Abstand zwischen dem freien Ende der Turbinenschaufeln eines Schaufelkranzes und der benachbarten Wandfläche der Turbinenkammer kann unter strömungstechnischen Erwägungen und unter konstruktiven Gesichtspunkten so festgelegt werden, dass die Fluidströmung, die sich bei einer Rotation der Querstromturbine in den Strömungspfaden zwischen den Turbinenschaufeln einstellt, ohne wesentliche Abschwächung bis zur Wandfläche der Turbinenkammer fortsetzt. Zweckmäßig wird zwischen der Wandfläche der Turbinenkammer und dem freien Ende der an der Tragscheibe befestigten Turbinenschaufeln ein Abstand von 1 mm bis 5 mm eingehalten. Die jeweils einen Schaufelkranz erfindungsgemäß umgebenden Ringe verleihen der Querstromturbine eine hohe Formstabilität. Da die Ringe am Außenumfang der Schaufelkränze angeordnet sind und die Schaufelkränze stirnseitig nicht abdecken, wirken sich die Ringe nicht auf die Luftströmung aus und haben keinen nennenswerten Einfluss auf das sich einstellende Strömungsprofil der bis zur Wandfläche der Turbinenkammer wirksamen Strömung. Die Ringe der Querstromturbine nehmen die auf die Schaufelkränze wirkenden Fliehkräfte auf und verleihen der Querstromturbine eine hohe Formstabilität. Die Querstromturbine bildet eine filigrane und zugleich formstabile Konstruktion, welche die antriebstechnischen Erfordernisse erfüllt und zur Übertragung der erforderlichen Drehmomente geeignet ist. Sie zeichnet sich darüber hinaus durch die weitgehend offene Struktur und eine geringe Massenträgheit aus.
-
Die aus der Tragscheibe, den Turbinenschaufeln und zwei Ringen bestehende Querstromturbine ist zweckmäßig als einstückiges Kunststoffspritzgussteil ausgebildet welches als Massenteil kostengünstig gefertigt werden kann. Die Nabe der Querstromturbine kann an beiden Seiten der Tragscheibe zylindrische Abschnitte aufweisen, die als Bestandteil des die Querstromturbine bildenden Kunststoffspritzgussteils einstückig mit der Tragscheibe verbunden sind.
-
Die Nabe ist auf einer durchgehenden Welle oder auf Wellenstümpfen drehfest angeordnet. Zweckmäßig erfolgt die drehbewegliche Lagerung der Querstromturbine an zwei Lagern, die außerhalb der Turbinenkammer angeordnet sind. Dabei kann zwischen einem Lager der Lageranordnung und einer Wandfläche der Turbinenkammer ein drehfest mit der Querstromturbine verbundenes Ritzel vorgesehen sein, über das ein die Reinigungswalze antreibender Riemen geführt ist.
-
Die Tragscheibe der Querstromturbine weist eine linke Stirnfläche und eine rechte Stirnfläche auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die an der linken Stirnfläche der Tragscheibe angeordneten Turbinenschaufeln zu den an der rechten Stirnfläche angeordneten Turbinenschaufeln in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Die beschriebene versetzte Anordnung der Turbinenschaufeln wirkt sich vorteilhaft auf das Anlaufverhalten der Querstromturbine aus. Durch die versetzte Anordnung der Turbinenschaufeln erreicht man, dass die Querstromturbine aus jeder Drehwinkelstellung heraus mittels eines Saugluftstromes zuverlässig in Gang gesetzt und ein ausreichendes Drehmoment übertragen werden kann. Zweckmäßig weisen die Turbinenschaufeln an der linken Stirnfläche der Tragscheibe und die Turbinenschaufeln an der rechten Stirnfläche der Tragscheibe dasselbe Profil auf. Die Tragscheibe ist zweckmäßig etwa mittig zwischen den an den Turbinenschaufeln angeordneten Ringen angeordnet, wobei die Ringe vorzugsweise an den Enden der Turbinenschaufeln vorgesehen sind.
-
Die Turbinenkammer weist eine Einströmöffnung für einströmende Luft auf, die vorzugsweise als Kanal ausgebildet ist und in einer zum Umfang der Querstromturbine benachbarten gekrümmten Fläche mündet. Der Kanal ist zweckmäßig auf einem Niveau unterhalb der Rotationsachse der Querstromturbine angeordnet und horizontal ausgerichtet.
-
Die Turbinenkammer umschließt die Querstromturbine umfangsseitig mit einer bogenförmigen Kontur. Diese Kontur weist vorzugsweise einen an der Unterkante des Einströmfensters angrenzenden stufenförmigen Absatz auf. In Folge der Querschnittserweiterung stellt sich im Fluidraum hinter dem Absatz ein höherer Druck ein, der eine radiale Durchströmung der Querstromturbine begünstigt.
-
Der luftführende Anschluss des Reinigungsgerätes kann eine Gelenkschale und ein an die Gelenkschale angeschlossenes Rohrstück aufweisen, wobei die Gelenkschale um eine zur Rotationsachse der Querstromturbine parallele oder mit dieser fluchtenden Achse schwenkbeweglich gelagert ist und ein Segment der Querstromturbine umschließt.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
- 1 in einer perspektivischen Ansicht ein geöffnetes Reinigungsgerät,
- 2 eine Querstromturbine des in 1 dargestellten Reinigungsgerätes als Einzelteilzeichnung,
- 3 einen Schnitt durch die Turbinenkammer des in 1 dargestellten Reinigungsgerätes in der Schnittebene A-A aus 1.
-
Das in 1 dargestellte Reinigungsgerät ist für den Anschluss an ein Sauggerät bestimmt und weist eine bodenseitig offene Arbeitskammer 1 mit einer drehbar gelagerten Reinigungswalze 2, eine Turbinenkammer 3 mit einer drehbar gelagerten Querstromturbine 4 sowie einen luftführenden Anschluss 5 zur Verbindung mit dem Sauggerät auf. Die Reinigungswalze 2 wird durch die im Strömungsweg des angesaugten Luftstromes angeordnete Querstromturbine 4 angetrieben.
-
Die Querstromturbine 4 ist in 2 dargestellt. Sie weist eine Tragscheibe 6 mit einer Nabe 7 und an beiden Seiten der Tragscheibe 6 abstehende Turbinenschaufeln 8, 8' auf. Die in Umfangsrichtung beabstandeten Turbinenschaufeln 8, 8' begrenzen Strömungspfade, die in ein schaufelfreies und von dem angesaugten Luftstrom durchströmbares Zentrum 9 der Querstromturbine 4 münden. Die vorstehenden Enden der an der Tragscheibe 6 befestigten Turbinenschaufeln 8 bzw. 8' sind durch Ringe 10 verbunden. Aus den Darstellungen in den 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Innenradius R der Ringe 10 jeweils einen aus den Turbinenschaufeln 8 bzw. 8' gebildeten Schaufelkranz 11, 11' umschließt ohne den Schaufelkranz 11, 11' stirnseitig abzudecken. Der Schaufelkranz 11, 11 ` ist an den vorstehenden Enden der Turbinenschaufeln 8, 8' offen und grenzt mit einem Abstand, der zweckmäßig in einem Bereich zwischen 1 mm und 5 mm festgelegt wird, an eine benachbarte Fläche 12 der Turbinenkammer 3 an. Die jeweils einen Schaufelkranz 11, 11' umschließenden Ringe 10 nehmen die auf die freien Enden der Turbinenschaufeln 8, 8' wirkenden Fliehkräfte auf und verleihen der Querstromturbine 4 eine hohe Formstabilität. Durch die außerhalb des strömungsrelevanten Bereiches angeordneten Ringe 10 erhalten die Turbinenschaufeln 8, 8' unter Strömungslast ihre Form und Lage.
-
Die aus der Tragscheibe 6, den Turbinenschaufeln 8, 8' und zwei Ringen 10 bestehende Querstromturbine ist als einstückiges Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und kann als Massenteil kostengünstig gefertigt werden. Die Querstromturbine 4 hat eine filigrane Struktur und zeichnet sich durch einen weitgehend freien Innenraum aus, der nur von der Nabe 7 durchsetzt wird. Die Nabe 7 weist an beiden Seiten der Tragscheibe 6 zylindrische Abschnitte auf, die als Bestandteil des die Querstromturbine bildendem Kunststoffspritzgussteiles einstückig mit der Tragscheibe 6 verbunden sind.
-
Aus der Darstellung in 1 ist ersichtlich, dass die Nabe 7 der Querstromturbine 4 auf einer durchgehenden Welle 13 oder auf Wellenstümpfen drehfest angeordnet ist. Die Querstromturbine 4 ist zwischen zwei Lagern 14 angeordnet und an diesen Lagern 14 drehbeweglich gelagert, wobei die Lager 14 außerhalb der Turbinenkammer 3 angeordnet sind. Zwischen einem Lager der Lageranordnung und einer Wandfläche der Turbinenkammer ist ein drehfest mit der Querstromturbine 4 verbundenes Ritzel vorgesehen, über das ein die Reinigungswalze 2 antreibender Riemen 15 geführt ist.
-
Aus einer vergleichenden Betrachtung der 1 und 3 ist ersichtlich, dass die Turbinenkammer 3 eine Einstromöffnung für einströmende Luft aufweist, die als vorzugsweise rechteckförmiger Kanal 16 ausgebildet ist und an einer zum Umfang der Querstromturbine 4 benachbarten gekrümmten Fläche 17 mündet. Der Kanal 16 ist auf einem Niveau unterhalb der Rotationsachse 18 der Querstromturbine 4 angeordnet und horizontal ausgerichtet. Die Turbinenkammer 3 umschließt die Querstromturbine 4 umfangsseitig mit einer bogenförmigen Kontur, wobei die Kontur einen an der Unterkante der Einströmöffnung angrenzenden stufenförmigen Absatz 19 aufweist. Der stufenförmige Absatz 19 verbessert die anschließende Durchströmung der Querstromturbine 4. Der luftführende Anschluss 5 des Reinigungsgerätes weist gemäß der Darstellung in 3 eine Gelenkschale 20 und eine an die Gelenkschale 20 angeschlossenes Rohrstück 21 auf, wobei die Gelenkschale 20 um eine zur Rotationsachse 18 der Querstromturbine 4 parallele oder mit dieser fluchtende Achse schwenkbeweglich gelagert ist und ein Segment der Querstromturbine 4 umschließt.
-
Aus den 1 und 2 ist ferner ersichtlich, dass die Tragscheibe der Querstromturbine eine linke Stirnfläche und eine rechte Stirnfläche aufweist und dass die an der linken Stirnfläche der Tragscheibe angeordneten Turbinenschaufeln 8 zu der an der rechten Stirnfläche angeordneten Turbinenschaufeln 8' in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Durch diese versetzte Anordnung der Turbinenschaufeln 8, 8' des linken und des rechten Schaufelkranzes 11, 11' kann das Anlaufverhalten der Querstromturbine 4 verbessert werden. Zweckmäßig weisen die Turbinenschaufeln 8 an der linken Stirnfläche der Tragscheibe 6 und die Turbinenschaufeln 8' an der rechten Stirnfläche der Tragscheibe 6 dasselbe Profil auf. Es sei ferner erwähnt, dass die Tragscheibe 6 etwa mittig zwischen den vorzugsweise an den Enden der Turbinenschaufeln 8, 8' angeordneten Ringen 10 angeordnet ist.
