DE10321921A1

DE10321921A1 - Staubsauger mit einer Utraschall-Reinigungsvorrichtung für Keramikfilter

Info

Publication number: DE10321921A1
Application number: DE10321921A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kemmerzell; Albert Kleinhenz; Michael Krammer; Georg Schwalme; Thomas Strehler
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02
Also published as: WO2004100753A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Teilchen aus Luft, insbesondere zum Ausfiltern von Staub in einem Staubsauger, mit einem Gehäuse, das ein Motor-/Gebläseaggregat aufweist, zum Ansaugen von teilchenbeladener Luft über eine Eintrittsöffnung, zum Fördern der Luft durch einen Keramikfilter, an dessen anströmseitiger Oberfläche sich die Teilchen anlagern, und zum abströmseitigen Ausblasen von gereinigter Luft aus einer Austrittsöffnung. Um eine hohe Saugleistung und damit ein hoher Wirkungsgrad der Vorrichtung über einen langen Zeitraum zu erhalten, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Reinigungseinrichtung zum akustischen Entfernen der am Keramikfilter angelagerten Teilchen aufweist. Dadurch wird nach Entfernen der angelagerten Teilchen ein geringer Druckabfall am Keramikfilter bewirkt und der Wirkungsgrad der Vorrichtung ist hoch. Die Saugleistung bleibt über einen langen Zeitraum erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Teilchen aus Luft, insbesondere zum Ausfiltern von Staub in einem Staubsauger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der WO 01/41619 A1 ist ein Staubsauger mit einem Gehäuse und einem Gebläse bekannt, der einen Staubabscheider und eine Staubsammeleinheit aufweist. Über einen Saugschlauch wird Luft von der Staubsaugerdüse in eine Einlasskammer des Staubabscheiders geleitet. Die in die Einlasskammer geleitete Luft kann über eine Auslasskammer, die eine Vielzahl von kleinen Löchern aufweist, aus der Einlasskammer entweichen. Die Auslasskammer weist einen vertikal angeordneten zylindrischen Filter auf, der konzentrisch innerhalb der Auslasskammer angeordnet ist. Der zylindrische Filter kann aus keramischem Werkstoff hergestellt sein. Nachteilig bei solchen keramischen Filtern ist es jedoch, dass die anströmseitige Oberfläche des Keramikfilters mit zunehmender Betriebsdauer durch aus dem Luftstrom abgeschiedene Staubteilchen verstopft wird. Aufgrund der verstopften Filterfläche entsteht am Filter ein derart großer Druckabfall, dass die Funktion des Staubsaugers deutlich beeinträchtigt oder sogar unmöglich gemacht ist.

Nachteilig ist insbesondere, dass die am Keramikfilter abgelagerten Staubteilchen mit zunehmender Betriebsdauer die Durchtrittsöffnungen im Keramikfilter verstopfen. Um so mehr Staubteilchen an dem Keramikfilter angelagert sind, desto größer ist der Druckabfall am Keramikfilter. Ein durch hohe Staubanlagerung verursachter hoher Druckabfall am Keramikfilter verschlechtert den Wirkungsgrad des Staubsaugers und damit des Reinigungsergebnis an den abzusaugenden Flächen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass eine hohe Saugleistung und damit ein hoher Wirkungsgrad der Vorrichtung über einen langen Zeitraum erhalten bleibt. Dies soll insbesondere dadurch erreich werden, dass der Druckabfall am Keramikfilter möglichst gering gehalten wird.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Reinigungseinrichtung zum akustischen Entfernen der am Keramikfilter angelagerten Teilchen aufweist. Indem die Filterkeramik in Schwingung versetzt wird, können an der anströmseitigen Oberfläche des Keramikfilters und in die Poren des Keramikfilters eingedrungene Teilchen, insbesondere Staub von dem Keramikfilter abgereinigt werden. Durch das Abreinigen der Teilchen bzw. des Staubes von dem Keramikfilter werden die Poren des Keramikfilters freigegeben. Wenn die Durchtrittsöffnungen bzw. die Durchtrittskanäle im Keramikfilter weitgehend frei von angelagerten Teilchen sind, entsteht am Keramikfilter kein unnötiger Druckabfall. Durch den nach Entfernen der angelagerten Teilchen geringen Druckabfall am Keramikfilter ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung hoch. Die Saugleistung bleibt über einen langen Zeitraum erhalten.

Vorzugsweise ist das Mittel zum akustischen Anregen des Keramikfilters ein in einer Frequenz außerhalb der Resonanzfrequenz des Keramikfilters betreibbarer Schwingungsgenerator. Indem der Keramikfilter mittels des Schwingungsgenerators zum Schwingen angeregt wird, können an der anströmseitigen Oberfläche des Keramikfilters angelagerte und eventuell in die innere Struktur des Keramikfilters eingelagerte Teilchen von dem Keramikfilter entfernt werden. Die Frequenz in der das Keramikfilter zu Schwingungen angeregt wird, sollte nicht der Resonanzfrequenz des Keramikfilters entsprechen, um eine Zerstörung des Keramikfilters zu vermeiden. Aufgrund der geringen der üblicherweise anzulagernden Teilchen sollte der Schwingungsgenerator vorzugsweise in einer Frequenz betreibbar sein, die deutlich über der Resonanzfrequenz des Keramikfilters liegt. Ein weiterer günstiger Effekt ist, dass die an oder in dem Keramikfilter abgelagerten Teilchen durch die hohe Schwingungsfrequenz zusätzlich zerkleinert werden, wodurch das Abreinigen des Keramikfilters erleichtert wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Schwingungsgenerator intermittierend betreibbar sein. Durch ein intermittierendes Betreiben des Schwingungsgenerators wird ein guter Reinigungseffekt erzielt und der Schwingungsgenerator energieeffizient betrieben. Je nach abgelagerten Teilchen kann ein Entfernen bei intermittierendem Betrieb des Schwingungsgenerators effektiver sein als ein andauernder Betrieb des Schwingungsgenerators.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schwingungsgenerator an das Keramikfilter mechanisch angekoppelt sein. Dazu kann der Schwingungsgenerator über mindestens eine Koppelplatte mit dem Keramikfilter verbunden sein. Die direkte mechanische Ankopplung des Schwingungsgenerators an den Keramikfilter hat den Vorteil, dass die Schwingungsenergie, die von dem Schwingungsgenerator erzeugt wird weitgehend verlustfrei auf das Keramikfilter übertragen werden kann. Als Koppelplatte ein Metallblech vorgesehen sein, das eine Seite des spröden Keramikfilters angeklebt ist.

Vorzugsweise erzeugt der Schwingungsgenerator Schwingungen in einer Ultraschallfrequenz. Um Teilchen mit sehr geringem Durchmesser von dem Keramikfilter entfernen zu können ist es besonders effektiv, den Schwingungsgenerator in einer Ultraschallfrequenz zu betreiben. Bei der im Ultraschallbereich liegenden hohen Frequenz von ca. 10 bis 20 kHz können in besonderem Maße auch die sehr kleinen Teilchen in Bewegung gesetzt und von dem Keramikfilter entfernt werden.

In einer kostengünstigen Ausgestaltung des Schwingungsgenerators ist dieser als Piezoelement ausgebildet. Piezoelemente sind einfache elektronische Bauteile, die kostengünstig eingesetzt werden können. Insbesondere haben Piezoelemente den Vorteil, dass sie problemlos elektrisch betreibbar sind.

Die Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Reinigungseinrichtung kann in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Steuerung mit einer Schalteinrichtung zum in Betrieb setzen oder Beenden des Reinigungsbetriebes der Reinigungseinrichtung aufweisen. Die Schalteinrichtung schaltet dabei auf Grundlage eines von einem Differenzdruck zwischen der anströmseitigen Oberfläche und der abströmseitigen Oberfläche des Keramikfilters abhängigen Ausgangssignals. Durch Messung des Differenzdruckes zwischen der anströmseitigen Oberfläche und der abströmseitigen Oberfläche des Keramikfilters kann der Druckabfall am Keramikfilter zuverlässig ermittelt werden. Ist ein als Referenzwert vorgegebener Schwellwert für den Druckabfall am Keramikfilter erreicht, sendet der Sensor ein Ausgangssignal an die Schalteinrichtung um mittels der Steuerung die Reinigungseinrichtung in Betrieb zu setzen. Während des Reinigungsvorgangs kann der Sensor die Druckdifferenz zwischen der anströmseitigen Oberfläche und der abströmseitigen Oberfläche des Keramikfilters kontinuierlich weiter messen und bei Erreichen eines unteren Schwellwertes für den Druckabfall am Keramikfilter ein Ausgangssignal an die Schalteinrichtung liefern und mittels der Steuerung den laufenden Reinigungsbetrieb beenden.

Die Vorrichtung bzw. die Reinigungseinrichtung kann einen Sammelbehälter für die beim Keramikfilter entfernten Teilchen aufweisen. Vorzugsweise wird ein Sammelbehälter in Schwerkraftrichtung unterhalb des Keramikfilters angeordnet. Während des Reinigungsbetriebes wird der Keramikfilter in Schwingung versetzt und die angelagerten Teilchen von dem Keramikfilter gelöst. Aufgrund der Schwerkraft fallen die abgelösten Teilchen nach unten. Mit dem vorgesehenen Sammelbehälter können die vom Keramikfilter abfallenden Teilchen direkt in den Sammelbehälter hineinfallen. Dies hat den Vorteil, dass gesonderte Fördermittel zum Transportieren von abgelösten Teilchen in einen Sammelbehälter entfallen können.

In bestimmten Anwendungsfällen kann es jedoch sinnvoll sein, dass die Vorrichtung ein zwischen dem Keramikfilter und dem Sammelbehälter angeordnetes Fördermittel zum Transportieren der vom Keramikfilter abgelösten Teilchen in den Sammelbehälter aufweist. Eine solche Fördereinrichtung kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn bspw. aus konstruktiven Gründen der Sammelbehälter nicht unterhalb des Keramikfilters angeordnet werden soll. Durch das zwischen dem Keramikfilter und dem Sammelbehälter angeordnete Fördermittel können die mittels der Schwerkraft nach unten gefallenen abgelösten Teilchen in den Sammelbehälter transportiert werden, selbst wenn dieser bspw. auf einem höheren Niveau als der Keramikfilter angeordnet ist. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Fördermittels können die Teilchen insbesondere entgegen der Schwerkraft transportiert werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abscheiden von Teilchen aus Luft, insbesondere zum Ausfiltern von Staub in einem Staubsauger, ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet. Zunächst wird staubbeladene Luft über eine Eintrittsöffnung in einem Gehäuse eines Staubsaugers angesaugt. Die angesaugte staubbeladene Luft wird durch einen im Staubsauger angeordneten Keramikfilter gefördert. An der anströmseitigen Oberfläche des Keramikfilters lagern sich die Teilchen bzw. der Staub an. Aus einer Austrittsöffnung im Gehäuse wird anschließend die gereinigte Luft aus dem Staubsauger geblasen. Die Keramikfilter angelagerten Teilchen bzw. der Staub kann anschließend durch akustisches Anregen des Keramikfilters in einer Frequenz außerhalb der Resonanzfrequenz des Keramikfilters abgereinigt werden.

Das akustische Anregen des Keramikfilters kann vorzugsweise mittels eines Schwingungsgenerators, insbesondere mittels eines Piezoelements erfolgen.

Die Erfindung ist anhand der Figur näher erläutert. In der Figur ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt.
Die in der Figur gezeigte schematische Darstellung zeigt ein Gehäuse 1 eines Staubsaugers. Innerhalb des Gehäuses erstreckt sich eine Zwischenwand 2, die das Gehäuse 1 in einen Gebläseraum 3 und einen Staubraum 4 trennt. Die Zwischenwand 2 weist einen Öffnungsausschnitt 5 auf, durch den Saugluft aus dem Staubraum 4 in den Gebläseraum 3 angesaugt wird. Der Öffnungsausschnitt 5 wird von einem Keramikfilter 6 überdeckt. Der Keramikfilter 6 weist eine offenporige Struktur auf und kann bspw. in bekannten Verfahren als Schaumkeramik hergestellt sein. Der Keramikfilter 6 kann im Gehäuse 1 lösbar befestigt sein. Am Gehäuse 1 kann eine Entnahmeöffnung 7 ausgebildet sein, durch die der lösbare Keramikfilter 6 aus dem Gehäuse 1 entnommen werden kann. In der in der Figur dargestellten Bauweise ist der Keramikfilter 6 als Flachfilter ausgebildet. Alternativ kann der Keramikfilter 6 jedoch auch als Hohlkammerfilter (nicht dargestellt) ausgebildet sein. Ist der Keramikfilter 6 hohlkammerartig ausgebildet, kann die Innenwand der Keramik die begrenzenden Wände des Staubraums 4 bilden. Staubbeladene Luft kann über eine Eintrittsöffnung 8 in den Staubraum 4 gelangen. In der Ausbildung der Vorrichtung als Staubsauger wird die Eintrittsöffnung 8 durch ein in einem Staubraumdeckel angeordnetes Kupplungsstück gebildet, an das ein Saugschlauch mit Teleskoprohr und Düse anschließbar ist (nicht dargestellt). Die Bodenfläche und Teile der Seitenwand des Staubraums 4, welche sich unterhalb des Keramikfilters 6 befinden, bilden einen Sammelbehälter 9 für Teilchen 10.
Innerhalb des Gebläseraums 3 ist ein Motor-/Gebläseaggregat 11 angeordnet. Das Motor-/Gebläseaggregat 11 weist einen elektrischen Antriebsmotor 12 auf, dessen Antriebswelle 13 ein Gebläserad 14 trägt. Das Gebläserad 14 trennt den Gebläseraum 3 strömungstechnisch in einen Unterdruckraum 15 und einen Überdruckraum 16. Der Unterdruckraum 15 ist strömungstechnisch an eine abströmseitige Oberfläche 17 des Keramikfilters 6 angeschlossen. Aufgrund des im Unterdruckraum 15 durch das Motor-/Gebläseaggregat 11 erzeugten Unterdrucks wird teilchen- bzw. staubbeladene Luft über die Eintrittsöffnung 8 in den Staubraum 4 angesaugt. Der Saugluftstrom wird durch den offenporigen Keramikfilter 6 in den Unterdruckraum 15 gesaugt. Aufgrund der geringen Porengröße von wenigen Mikrometern des Keramikfilters 6 werden die Teilchen 10 im Staubraum 4 zurückgehalten, ohne den Keramikfilter 6 passieren zu können. Die Teilchen 10 lagern sich an einer anströmseitigen Oberfläche 18 des Keramikfilters 6 an. Der von Teilchen 10 befreite Saugluftstrom gelangt über das Gebläserad 14 aus dem Unterdruckraum 15 in den Überdruckraum 16 hinein. Vom Überdruckraum 16 aus wird die von Teilchen gereinigte Luft über eine Austrittsöffnung 19 nach außen aus der Vorrichtung hinausgeblasen. Mittels des Motor-/Gebläseaggregats 11 wird somit von Teilchen gereinigte Luft in einem Strömungskanal 20 von der abströmseitigen Oberfläche 17 des Keramikfilters 6 zum Ausblasen an die Eintrittsöffnung 19 gefördert.
Ist der Sammelbehälter 9, wie in der Figur dargestellt, getrennt von dem Staubraum 4 angeordnet, so kann zwischen dem Keramikfilter 6 und dem Sammelbehälter 9 ein Fördermittel 30 angeordnet sein, um die von dem Keramikfilter 6 abgelösten Teilchen 10 in den Sammelbehälter 9 zu transportieren. Ein Schwingungsgenerator 31 ist über eine akustische Koppelplatte 32 an den Keramikfilter 6 angekoppelt. Über die Koppelplatte 32 werden Ultraschallschwingungen, die von den Schwingungsgenerator 31 erzeugt werden auf den Keramikfilter 6 übertragen. Die Koppelplatte 31 ist nicht zwingend erforderlich, da die vom Schwingungsgenerator 31 erzeugten Ultraschallschwingungen auch über den Luftweg auf den Keramikfilter 6 übertragen werden können. Der Schwingungsgenerator 31 ist vorzugsweise als Piezoelement ausgebildet. Dieser ist an eine Schalteinrichtung 34 angeschlossen, welche den Schwingungsgenerator 31 in Betrieb setzt oder einen laufenden Betrieb abschaltet. Im Falle einer automatisierten Steuerung der Reinigungsvorrichtung wird die Schalteinrichtung selbsttätig von einer Steuerung 33 eingeschaltet bzw. ausgeschaltet. Als Eingangssignal für die Steuerung 33 dient dabei ein Sensor 35, der ein Ausgangssignal an die Steuerung liefert. Der Sensor 35 misst einen ersten Druck an der anströmseitigen Oberfläche 18 des Keramikfilters 6 und einen zweiten Druck an der abströmseitigen Oberfläche 17 des Keramikfilters 6. Der Sensor 35 ermittelt aus dem ersten Druck und dem zweiten Druck eine Druckdifferenz, die an die Steuerung 33 als Eingangsgröße zugeleitet wird.

Claims

Vorrichtung zum Abscheiden von Teilchen (10) aus Luft, insbesondere zum Ausfiltern von Staub in einem Staubsauger, mit einem Gehäuse (1), das ein Motor-/Gebläseaggregat (11) aufweist, zum Ansaugen von teilchenbeladener Luft über eine Eintrittsöffnung (8), zum Fördern der Luft durch einen Keramikfilter (6), an dessen anströmseitiger Oberfläche (18) sich die Teilchen (10) anlagern, und zum abströmseitigen Ausblasen von gereinigter Luft aus einer Austrittsöffnung (19), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Reinigungseinrichtung (31) zum akustischen Entfernen der am Keramikfilter (6) angelagerten Teilchen (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (31) zum akustischen Anregen des Keramikfilters (6) ein in einer Frequenz außerhalb der Resonanzfrequenz des Keramikfilters (6) betreibbarer Schwingungsgenerator ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator (31) intermittierend betreibbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator (31) an das Keramikfilter (6) angekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator (31) über mindestens eine Koppelplatte (32) mit dem Keramikfilter (6) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator (31) Schwingungen in einer Ultraschall-Frequenz erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator (31) ein Piezoelement ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuerung (33) mit einer Schalteinrichtung (34) zum Inbetriebsetzen oder Beenden des Reinigungsbetriebes der Reinigungseinrichtung (31) auf Grundlage eines von einem Differenzdruck zwischen der anströmseitigen Oberfläche (18) und der abströmseitigen Oberfläche (17) des Keramifilters (6) abhängigen Ausgangssignals eines Sensors (35) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (31) einen Sammelbehälter (9) für die vom Keramikfilter (6) entfernten Teilchen (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein zwischen dem Keramikfilter (6) und dem Sammelbehälter (9) angeordnetes Fördermittel (30) zum Transportieren der vom Keramikfilter (6) abgelösten Teilchen (10) in den Sammelbehälter (9) aufweist.
Verfahren zum Abscheiden von Teilchen (10) aus Luft, insbesondere zum Ausfiltern von Staub in einem Staubsauger, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Ansaugen von staubbeladener Luft über eine Eintrittsöffnung (8) in einem Gehäuse (1) des Staubsaugers – Fördern der Luft durch einen im Staubsauger angeordneten Keramikfilter (6) – Anlagern des Staubes (10) an einer anströmseitigen Oberfläche (18) des Keramikfilters (6) – Ausblasen von gereinigter Luft aus einer Austrittsöffnung (19) im Gehäuse (1) des Staubsaugers – Akustisches Anregen des Keramikfilters (6) in einer Frequenz außerhalb der Resonanzfrequenz des Keramikfilters (6)
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das akustisches Anregen des Keramikfilters (6) mittels eines Schwingungsgenerators (31), insbesondere mittels eines Piezoelements erfolgt.