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Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zur Förderung einer Reinigungsflüssigkeit, umfassend einen Motor mit einer um eine Drehachse drehbar gelagerten Motorwelle und ein Gehäuse mit einer Einlassöffnung für die zu fördernde Reinigungsflüssigkeit, wobei sich an die Einlassöffnung ein Einlasskanal anschließt, der sich bis zu einem Pumpraum erstreckt, in dem ein drehfest mit der Motorwelle verbundenes Laufrad angeordnet ist, das in Umfangsrichtung von einem Flüssigkeitssammelraum umgeben ist, der sich in Richtung einer Auslassöffnung aufweitet und an den sich ein Auslasskanal anschließt, wobei das Laufrad einen Laufradaußendurchmesser D aufweist und mit einer Drehzahl n um die Drehachse drehend antreibbar ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein handgeführtes Reinigungsgerät.
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Aus der
EP 0 468 082 A1 ist eine Spritzpistole für die Hochdruckreinigung mit integrierter Pumpe und integriertem Pumpenantrieb bekannt. Als Pumpe kann dabei eine Kreiselpumpe zum Einsatz kommen.
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Aus der
DE 37 28 287 C2 ist ein Nassreinigungsgerät zum Aufbringen einer Reinigungsflüssigkeit auf zu reinigende Flächen und anschließendem Absaugen der Reinigungsflüssigkeit mit dem gelösten Schmutz bekannt, bei dem eine Kreiselpumpe zur Förderung der Reinigungsflüssigkeit zum Einsatz kommt.
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Mittels Kreiselpumpen können Flüssigkeiten mit einer bestimmten Förderrate von einem Zustand niederen auf einen solchen höheren statischen Drucks gefördert werden. Dies wird durch Übertragung mechanischer Energie auf die zu fördernde Flüssigkeit erreicht. Dabei strömt die zu fördernde Flüssigkeit durch einen Einlasskanal zu einem in einem Gehäuse angeordneten Laufrad mit einem Laufradaußendurchmesser D, das mittels eines Motors mit einer Drehzahl n drehend antreibbar ist. Das Laufrad überträgt die zur Förderung notwendige Energie auf die Flüssigkeit. Das hat zum einen eine durch Fliehkraftwirkung erzeugte Druckerhöhung und zum anderen eine Zunahme kinetischer Energie der Flüssigkeit zur Folge. Die kinetische Energie wird nachträglich mittels eines dem Laufrad nachgeschalteten Bereichs, wie beispielsweise eines sich in Richtung einer Auslassöffnung aufweitenden Flüssigkeitssammelraums, ebenfalls in Druckenergie umgewandelt. Die Flüssigkeit wird kontinuierlich gefördert und weist bei ihrem Austritt aus dem Gehäuse einen höheren Druck auf als bei ihrem Eintritt.
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Handelsübliche Kreiselpumpen weisen ein großes Einsatzspektrum auf. So lassen sich je nach Einsatzzweck Förderraten zwischen einigen tausend Litern pro Stunde und mehreren Millionen Litern pro Stunde bei einem Druck von wenigen Zehntel bar bis mehrere Hundert bar erzielen. Der Laufradaußendurchmesser D und die zum Antrieb erforderliche Drehzahl n werden bei der Pumpenauslegung unter anderem aufgrund der gewünschten Förderrate und des gewünschten Drucks ermittelt. Die Drehzahl n liegt dabei üblicherweise in einem Bereich von wenigen hundert Umdrehungen pro Minute bis maximal 30.000 Umdrehungen pro Minute.
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Bei Kreiselpumpen ist mit zunehmender Förderrate ein Sinken des erzielbaren Drucks zu verzeichnen. Gleichzeitig steigt der Wirkungsgrad, das heißt das Verhältnis von abgegebener Leistung zu aufgenommener Leistung, mit zunehmender Förderrate zunächst an und fällt nach Erreichen eines Maximums wieder ab. Sollen bei geringen Förderraten hohe Drücke erzeugt werden, ist der dabei erzielbare Wirkungsgrad sehr niedrig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kreiselpumpe der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit der bei einer geringen Förderrate im Bereich von 200 l/h bis 600 l/h, beispielsweise 400 l/h, ein hoher Druck im Bereich von 10 bar bis 20 bar, beispielsweise 15 bar, mit einem hohen Wirkungsgrad erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einer Kreiselpumpe der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verhältnis von Drehzahl n zu Laufradaußendurchmesser D mindestens 1.200 min-1. mm-1 beträgt.
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Es hat sich gezeigt, dass mit einer Kreiselpumpe, die das Verhältnis n/D ≥ 1.200 min-1. mm-1 aufweist, eine besonders energieeffiziente Förderung der Reinigungsflüssigkeit, das heißt eine Förderung mit hohem Wirkungsgrad, möglich ist. Das bedeutet, dass ein großer Anteil der vom Motor zur Verfügung gestellten Leistung zur Förderung der Reinigungsflüssigkeit und zur Druckerzeugung genutzt werden kann.
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Aus dem Verhältnis n/D ≥ 1.200 min-1. mm-1 ergibt sich, dass die Kreiselpumpe bei einer verhältnismäßig hohen Drehzahl n einen verhältnismäßig geringen Laufradaußendurchmesser D aufweist. Ein geringer Laufradaußendurchmesser D ermöglicht eine geringe Baugröße und damit eine leichte Bauweise der Kreiselpumpe. Die anzutreibende Masse kann somit klein gehalten werden. Infolgedessen wird lediglich eine geringe Motorleistung zum Antrieb der Kreiselpumpe benötigt, was deren effizienten Betrieb ermöglicht.
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Eine verhältnismäßig hohe Drehzahl n der Kreiselpumpe ermöglicht eine direkte Montage des Laufrads an der Motorwelle eines hochdrehenden Motors, beispielsweise eines Elektromotors, ohne das Zwischenschalten von Getrieben zur Drehzahlanpassung. Damit kann eine nur wenige Bauteile umfassende und somit wartungsarme Kreiselpumpe zur Verfügung gestellt werden. Auch tritt eine in einem Getriebe durch Reibung entstehende Verlustleistung durch die direkte Anordnung an der Motorwelle des Motors nicht auf. Somit ist eine besonders verlustarme Förderung der Reinigungsflüssigkeit möglich.
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Bevorzugt ist der sich an die Einlassöffnung anschließende Einlasskanal axial entlang der Drehachse ausgerichtet.
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Günstigerweise weitet sich der Flüssigkeitssammelraum kontinuierlich in Richtung der Auslassöffnung auf.
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Von Vorteil ist es, wenn sich der Auslasskanal knicklos an den Flüssigkeitssammelraum anschließt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe beträgt die Drehzahl n mindestens 25.000 min-1, insbesondere mindestens 35.000 min-1, beispielsweise 50.000 min-1. Die Reinigungsflüssigkeit erfährt somit eine starke Fliehkraftwirkung und eine große Erhöhung der kinetischen Energie, die jeweils eine Druckerhöhung zur Folge haben. Somit lässt sich ein hoher Druck an der Auslassöffnung erzielen.
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Bevorzugt beträgt der Laufradaußendurchmesser D maximal 35 mm, beispielsweise 20 mm. Wie oben bereits ausgeführt, erlauben die geringen Abmessungen des Laufradaußendurchmessers D eine besonders leichte Bauweise, die sich positiv auf den Wirkungsgrad auswirkt. Für einen besonders effizienten Betrieb der Kreiselpumpe sind Laufradaußendurchmesser D bis maximal 35 mm von Vorteil.
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Günstigerweise weist das Laufrad Laufradschaufeln auf, die jeweils eine bezogen auf die Drehrichtung des Laufrads konvex gekrümmte Kontur ausbilden. Dies ermöglicht eine besonders verlustarme Strömung der Reinigungsflüssigkeit.
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Bevorzugt weisen die Laufradschaufeln jeweils einen dem Einlasskanal zugewandten Endbereich auf, der eine Verrundung ausbildet. Dies wirkt einer Ablösung der Strömung entgegen. Eine Ablösung der Strömung geht mit hohen auftretenden Kräften einher, die zu einer Verminderung des Wirkungsgrads der Kreiselpumpe führen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Laufradschaufeln jeweils eine bezogen auf die Drehrichtung des Laufrads vordere Kante aufweisen, wobei ein Winkel zwischen einer Tangente des Laufradaußenumfangs und einer Tangente der vorderen Kante im Schnittpunkt der vorderen Kante mit dem Laufradaußenumfang maximal 30° beträgt. Dies ermöglicht besonders verlustarme Strömungseigenschaften und vermindert die auf die Laufradschaufeln wirkenden Kräfte.
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Vorzugsweise umfasst das Laufrad ein Laufradoberteil und ein Laufradunterteil, wobei die Laufradschaufeln zwischen dem Laufradoberteil und dem Laufradunterteil angeordnet sind. Durch die Anordnung der Laufradschaufeln zwischen dem Laufradoberteil und dem Laufradunterteil wird ein besonders ruhiger Lauf mit einer geringen Verlustleistung ermöglicht.
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Von Vorteil ist es, wenn eine sich axial zur Drehachse erstreckende Laufradschaufelhöhe der Laufradschaufeln zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 0,8 mm beträgt. Damit ist die sich im Laufrad befindliche Flüssigkeitsmenge und damit die zu beschleunigende Masse gering. Dies wirkt sich positiv auf den erzielbaren Wirkungsgrad aus.
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Günstig ist es, wenn das Laufrad sechs bis acht Laufradschaufeln, beispielsweise sieben Laufradschaufeln, aufweist. Damit kann eine gute Führung der Reinigungsflüssigkeit im Laufrad erzielt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Laufradoberteil einen sich axial zur Drehachse erstreckenden Kragen auf, der eine dem Einlasskanal zugewandte Mündung ausbildet und in eine Nut des Gehäuses eingreift. Dadurch ergibt sich beidseitig des Kragens ein Abstand zwischen Gehäuse und Kragen. Es bilden sich somit zwei Spalte zwischen dem Gehäuse und dem Kragen, die aufgrund der Verlängerung des Strömungswegs und des damit verbundenen erhöhten Strömungswiderstands eine Dichtwirkung entfalten und eine Doppelspaltdichtung ausbilden. Da der Druck einlassseitig niedriger ist als auslassseitig und Strömungen von hohem zu niedrigem Druck strömen, wird eine zur Verminderung des Wirkungsgrads führende Rückströmung gering gehalten.
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Erfindungsgemäß wird auch ein handgeführtes Reinigungsgerät bereitgestellt, umfassend eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe, einen Akku zur Energieversorgung des Motors der Kreiselpumpe, eine Steuereinrichtung zum Ein- und Ausschalten des Motors, einen mit der Einlassöffnung der Kreiselpumpe in Strömungsverbindung stehenden Einlass für die Reinigungsflüssigkeit und einen mit der Auslassöffnung der Kreiselpumpe in Strömungsverbindung stehenden Auslass für die Reinigungsflüssigkeit.
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Aufgrund des hohen Wirkungsgrads und der kleinen und damit leichten Bauweise der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe ist deren Betrieb mit einer geringen Motorleistung möglich. Die Energie zur Versorgung des Motors wird mittels eines Akkus bereitgestellt, der aufgrund der geringen erforderlichen Leistung des Motors ebenso wie die Kreiselpumpe klein ausgeführt werden kann und damit ein geringes Gewicht aufweist.
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Der Akku kann beispielsweise in einem Handgriff des Reinigungsgeräts, den ein Bediener umgreifen kann, angeordnet sein. Dies begünstigt eine ermüdungsarme Bedienung des Reinigungsgeräts.
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Die Steuereinrichtung zum Ein- und Ausschalten des Motors weist bevorzugt ein Auslöseglied mit einem Kontaktelement und einem Ventilbolzen, und einen Schalter auf. Das Auslöseglied ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position hin und her bewegbar. In der ersten Position versperrt der Ventilbolzen eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlass des handgeführten Reinigungsgeräts und der Einlassöffnung der Kreiselpumpe, so dass keine Reinigungsflüssigkeit durch die Kreiselpumpe strömt. In der zweiten Position wird ein Kontakt zwischen einem an dem Auslöseglied angeordneten Kontaktelement und dem Schalter hergestellt, so dass der Motor der Kreiselpumpe eingeschaltet und das Laufrad um die Drehachse drehend angetrieben wird. Der Ventilbolzen gibt in der zweiten Position die Strömungsverbindung zwischen dem Einlass des handgeführten Reinigungsgeräts und der Einlassöffnung der Kreiselpumpe frei. Somit kann Reinigungsflüssigkeit durch die Kreiselpumpe strömen und unter Druck gesetzt werden.
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Mittels des handgeführten Reinigungsgeräts können beispielsweise Oberflächen gereinigt werden. Dazu kann der Bediener die zu reinigende Oberfläche mit der durch die Kreiselpumpe unter Druck gesetzten Reinigungsflüssigkeit beaufschlagen.
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Infolge des hohen Wirkungsgrads der Kreiselpumpe bei einer geringen Förderrate und damit geringem Verbrauch von Reinigungsflüssigkeit bei einem hohen Druck ist es möglich, große Flächen mit nur einer Akkuladung wirkungsvoll zu reinigen.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer Kreiselpumpe;
- 2: eine Vorderansicht der Kreiselpumpe aus 1;
- 3: eine Schnittansicht der Kreiselpumpe entlang der Linie 3-3 aus 2;
- 4: eine Schnittansicht der Kreiselpumpe entlang der Linie 4-4 aus 2;
- 5: eine Schnittansicht eines handgeführten Reinigungsgeräts, wobei ein Auslöseglied eine erste Position einnimmt.
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In den 1 bis 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe schematisch dargestellt, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegt ist.
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Die Kreiselpumpe 10 umfasst einen Motor 12 mit einer um eine Drehachse 14 drehbar gelagerten Motorwelle 16, ein Gehäuse 18 und ein im Gehäuse 18 angeordnetes Laufrad 20, das drehfest mit der Motorwelle 16 verbunden ist und von dem Motor 12 um die Drehachse 14 drehend antreibbar ist.
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Das Gehäuse 18 umfasst ein Gehäuseoberteil 22 und ein Gehäuseunterteil 24, die mittels aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Verbindungselementen miteinander verbunden werden können.
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Das Gehäuseunterteil 24 weist eine Dichtnut 26 auf, in die eine Gehäusedichtung 28 zur Abdichtung des Gehäuses eingelegt werden kann.
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Das Gehäuseoberteil 22 weist eine Einlassöffnung 30 auf, an die sich ein Einlasskanal anschließt. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Einlasskanal 32 axial entlang der Drehachse 14. An den Einlasskanal 32 schließt sich ein zwischen dem Gehäuseoberteil 22 und dem Gehäuseunterteil 24 angeordneter Pumpraum 34 an, der einen Flüssigkeitssammelraum 36 ausbildet. Im Pumpraum 34 ist das Laufrad 20 mit einem Laufradaußendurchmesser D angeordnet, das in Umfangsrichtung von dem Flüssigkeitssammelraum 36 umgeben ist. Der Flüssigkeitssammelraum 36 weitet sich in Richtung einer Auslassöffnung 38 bevorzugt kontinuierlich auf. An den Flüssigkeitssammelraum 36 schließt sich ein Auslasskanal 40 vorzugsweise knicklos an.
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Zwischen dem Motor 12 und dem Gehäuse 18 ist ein Motorträger 42 angeordnet, mit dessen Hilfe das Gehäuse 18 und der Motor 12 miteinander verbunden sind.
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Das Gehäuse 18 ist gegenüber der Motorwelle 16 und dem Motorträger 42 mit einem Dichtring 44 abgedichtet, so dass keine Reinigungsflüssigkeit in den Motor 12 eindringen und diesen beschädigen kann.
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Das im Pumpraum 34 angeordnete und von dem Flüssigkeitssammelraum 36 in Umfangsrichtung umgebene Laufrad 20 weist ein Laufradoberteil 46 und ein Laufradunterteil 48 auf. Zwischen dem Laufradoberteil 46 und dem Laufradunterteil 48 sind Laufradschaufeln 50 angeordnet, die bezogen auf eine Drehrichtung 52 konvex gekrümmt sind und eine bezogen auf die Drehrichtung 52 vordere Kante 54 aufweisen.
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Ein dem Einlasskanal 32 zugewandter Endbereich 56 der Laufradschaufeln 50 weist eine Verrundung auf.
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Ein dem Einlasskanal 32 abgewandter Endbereich 58 der Laufradschaufeln 50 weist einen sich zwischen einer Tangente T1 des Laufradaußenumfangs 59 und einer Tangente T2 der vorderen Kante 54 einer der Laufradschaufeln 50 im Schnittpunkt der vorderen Kante 54 mit dem Laufradaußenumfang 59 ergebenden Winkel α auf. Der Winkel α beträgt bevorzugt maximal 30°.
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Das Laufradoberteil 46 bildet einen sich axial zur Drehachse 14 erstreckenden Kragen 60, der eine dem Einlasskanal 32 zugewandte Mündung 62 bildet. Der Kragen 60 greift in eine Nut 64 des Gehäuseoberteils 22 ein. Zwischen dem Kragen 60 und dem Gehäuse 18 bilden sich somit zwei Spalte, die eine Doppelspaltdichtung 66 ergeben. Die Doppelspaltdichtung 66 wirkt einer Rückströmung der unter Druck stehenden Reinigungsflüssigkeit vom Flüssigkeitssammelraum 36 entlang der Oberseite des Laufradoberteils 46 zum Einlasskanal 32 entgegen.
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Zu fördernde Reinigungsflüssigkeit wird über die Einlassöffnung 30, den Einlasskanal 32 und die Mündung 62 dem Pumpraum 34 zugeführt. Mittels des Laufrads 20 wird die Reinigungsflüssigkeit beschleunigt und zum Flüssigkeitssammelraum 36 bewegt. Vom Flüssigkeitssammelraum 36 strömt die Reinigungsflüssigkeit über den Auslasskanal 40 durch die Auslassöffnung 38 aus dem Gehäuse 18 heraus. Die Reinigungsflüssigkeit wird bei dem Fördervorgang unter Druck gesetzt.
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In der 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen handgeführten Reinigungsgeräts schematisch dargestellt, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 70 belegt ist.
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Das handgeführte Reinigungsgerät 70 umfasst die voranstehend erläuterte Kreiselpumpe 10, einen in einem Handgriff 72 angeordneten Akku 74 zur Energieversorgung des Motors 12 der Kreiselpumpe 10, eine Steuereinrichtung 76 zum Ein- und Ausschalten des Motors 12, einen mit der Einlassöffnung 30 der Kreiselpumpe in Strömungsverbindung stehenden Einlass 78 für die Reinigungsflüssigkeit, wobei sich an den Einlass 78 ein Anschlusselement 80 anschließt mittels dessen beispielsweise ein Schlauch zur Zufuhr von Reinigungsflüssigkeit mit dem Reinigungsgerät 70 verbunden werden kann, und einen mit der Auslassöffnung 38 der Kreiselpumpe in Strömungsverbindung stehenden Auslass 82 für die Reinigungsflüssigkeit, wobei sich an den Auslass 82 eine Düse 84 anschließt.
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Die Steuereinrichtung 76 umfasst ein Auslöseglied 86 mit einem Kontaktelement 90 und einem Ventilbolzen 92, und einen Schalter 88. Das Auslöseglied ist zwischen einer ersten und einer zweiten Position hin und her bewegbar. In der ersten Position versperrt der Ventilbolzen 92 eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlass 78 des handgeführten Reinigungsgeräts 70 und der Einlassöffnung 30 der Kreiselpumpe 10, so dass keine Reinigungsflüssigkeit durch die Kreiselpumpe 10 strömt. In der zweiten Position wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem an dem Auslöseglied 86 angeordneten Kontaktelement 90 und dem Schalter 88 hergestellt, so dass der Motor 12 der Kreiselpumpe 10 eingeschaltet und das Laufrad 20 um die Drehachse 14 drehend angetrieben wird. Der Ventilbolzen 92 gibt in der zweiten Position die Strömungsverbindung zwischen dem Einlass 78 des handgeführten Reinigungsgeräts 70 und der Einlassöffnung 30 der Kreiselpumpe 10 frei, so dass Reinigungsflüssigkeit gefördert wird.
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Ein Bediener kann das Reinigungsgerät 70 am Handgriff 72 ergreifen. Er kann das Auslöseglied 86 aus seiner ersten Position entgegen einer durch eine Feder 87 ausgeübten federelastischen Rückstellkraft in Richtung des Handgriffs 72 in seine zweite Position bewegen. Dadurch wird ein Kontakt zwischen dem Kontaktelement 90 und dem Schalter 88 hergestellt, um den Motor 12 einzuschalten. Gleichzeitig wird durch die Bewegung des Auslöseglieds 86 aus der ersten Position in die zweite Position der Ventilbolzens 92 in Richtung des Handgriffs 72 bewegt, so dass dieser eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlass 78 des Reinigungsgeräts 70 und der Einlassöffnung 30 der Kreiselpumpe 10 freigibt. Eine dem Reinigungsgerät 70 über das Anschlusselement 80 zugeführte Reinigungsflüssigkeit, beispielsweise Wasser, kann nun durch den Einlass 78 und die Einlassöffnung 30 in den Einlasskanal 32 der Kreiselpumpe 10 strömen. Mittels des durch den Motor 12 angetriebenen Laufrads 20 wird die Reinigungsflüssigkeit unter Druck gesetzt. Die Reinigungsflüssigkeit kann über den Flüssigkeitssammelraum 36 und den Auslasskanal 40 durch die Auslassöffnung 38 der Kreiselpumpe 10 und den Auslass 82 des Reinigungsgeräts 70 durch die Düse 84 beispielsweise auf eine zu reinigende Oberfläche strömen.
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Lässt der Bediener das Auslöseglied 86 los, öffnet sich der Kontakt zwischen Kontaktelement 90 und Schalter 88, so dass der Motor ausgeschaltet wird. Der Ventilbolzen 92 bewegt sich mit der federelastischen Kraft der Feder 87 aus der zweiten Position in die erste Position, so dass die Strömungsverbindung zwischen Einlass 78 und Einlassöffnung 30 der Kreiselpumpe 10 geschlossen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0468082 A1 [0003]
- DE 3728287 C2 [0004]
