-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Geräuschverringerung
saugluftstrombetriebener Turbinen von wenigstens eine Bürstenwalze aufweisenden
Staubsaugerdüsen
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Bekannte
Staubsaugerdüsen
mit mindestens einer Bürstenwalze
werden entweder elektromotorisch angetrieben oder aber mittels einer
vom Saugluftstrom des Staubsaugers beaufschlagten Turbine, die innerhalb
des Staubsaugerdüsengehäuses angeordnet
ist.
-
Bei
derartigen, elektromotorisch angetriebenen Bürstenwalzen ist es möglich, die
Drehzahl der Bürstenwalze
entsprechend der Antriebsweise der Bürstenwalze durch einen Elektromotor
elektrisch bzw. elektronisch geregelt zu steuern.
-
Im
Falle von saugluftstrombetriebener Turbinen zum Antrieb der Bürstenwalze
der Staubsaugerdüse
können
bekannte elektrische oder elektronische Regeleinrichtungen zur Beeinflussung
der Drehzahl der Turbine nicht eingesetzt werden, so dass eine derart
angetriebene Staubsaugerdüse
bei einer Veränderung
der zu bürstenden
Bodenoberfläche
großen
Drehzahlschwankungen der Bürstenwalze
und der Turbine unterliegt, da beispielsweise bei einer glatten
Bodenfläche
wie z. B. bei einem mit Fliesen versehenen Boden die Bürstenwalze
nicht oder kaum mehr mit der Bodenoberfläche in Berührung kommt, so dass die auf
die Bürstenwalze
wirkende Last nur mehr sehr klein ist, so dass die Bürstenwalze
mit der sie antreibenden Turbine bei unverändertem Saugluftstrom innerhalb
eines kürzesten
Zeitraumes bis zu einer Leerlaufdrehzahl hochdreht, gefolgt von
einer durch die Turbine, die Turbinenlagerung und die Schwingungsbelastung
der Turbine, dem Kraftübertragungsmittel
von der Turbine zur Bürstenwalze
und der Bürstenwalze
hervorgerufenen hohen Geräuschbelastung.
Diese bei unverändert
aufrechterhaltenem Saugluftstrom sehr hohe Leerlaufdrehzahl führt daher
zu einem auf den Benutzer negativen Einfluss nehmenden hohen Geräuschniveau
in Form eines hochfrequenten Pfeifens der Turbine und entsprechender
Luftschallschwingungen durch die mit hohen Drehzahlen laufenden
Bauteile, nämlich
der Turbine, dem Kraftübertragungsantrieb
beispielsweise in Form eines Treibriemens und der Bürstenwalze.
-
Aus
DE 33 08 294 A1 ist
eine Staubsaugerdüse
bekannt, mit einem Nebenluftventil, welches öffnet und den Saugluftstrom
an der Turbine vorbeileitet, wenn die Staubsaugerdüse vom Boden
abgehoben wird. Die bekannten Maßnahmen können nicht verhindern, dass
sich hohe Drehzahlen der Turbine einstellen, wenn die Staubsaugerdüse auf sehr
glatten Bodenflächen,
z. B. einem Fliesenboden, eingesetzt wird.
-
In
DE 40 36 634 A1 wird
eine Bremsvorrichtung vorgeschlagen, die von einem Bodenschalter betätigbar ist
und mit der Bürstenwalze
zusammenwirkt. Die Bremseinrichtung blockiert die Bürstenwalze,
wenn die Staubsaugerdüse
vom Boden abgehoben wird. Eine ähnliche
Einrichtung ist in
DE
42 29 030 A1 beschrieben. Aus dieser Druckschrift sind Bremseinrichtungen
bekannt, die unmittelbar mit der Turbine zusammenwirken und ebenfalls
ansprechen, wenn die Staubsaugerdüse vom Boden abgehoben wird.
-
Es
ist ferner denkbar, das mit einer großen Drehzahl der Turbine verbundene
hohe Geräuschniveau
dadurch zu reduzieren, dass ein steuernder Eingriff in den Elektromotor
des Staubsaugers zur Regelung des Saugluftstromes vorzunehmen, wobei dies
aufgrund der damit erforderlich werdenden elektronischen Regelung
kostenaufwendig ist. Auch wäre es
möglich,
die saugluftstrombetriebene Turbine der Staubsaugerdüse mit einer
von Anfang an konstant wir kenden Zusatzlast zu beaufschlagen, was
jedoch die negative Folge haben würde, dass die Turbine ein zum
Anlaufen der Bürstenwalze
nicht mehr ausreichendes Anlaufmoment, insbesondere auf Teppichböden, aufweisen
würde.
Dies hätte
zur Folge, dass das sich zwischen Bürstenwalze und Bodenoberfläche einstellende
Reibmoment nicht mehr überwunden
wird. Für
den praktischen Gebrauch wäre
eine solche Staubsaugerdüse
nicht mehr geeignet.
-
Zur
Geräuschverringerung
wäre es
auch möglich,
die antreibende Turbine insgesamt besonders klein auszugestalten,
wobei dies aber den Nachteil mit sich bringt, dass eine solche kleine
Turbine das zum Auflaufen der Bürstenwalze
erforderliche Anlaufmoment nicht mehr zur Verfügung stellen könnte, so
dass die entsprechend ausgestattete Staubsaugerdüse ihre Bürstfunktion vollständig einbüßen würde.
-
Bei
einem aus
JP 01 221
128 A bekannten Verfahren wird eine Turbine verwendet,
die an ihrer einen Stirnseite einen Propeller aufweist. Mit der
zunehmen Drehzahl der Turbine erzeugt der Propeller einen Axialschub,
der groß genug
ist, um die Turbine entgegen einer Feder axial zu verschieben. Hierdurch
wird die vom Saugluftstrom beaufschlagte Fläche der Turbine reduziert und
deren Drehzahl begrenzt. Das Verfahren arbeitet nur dann zuverlässig, wenn
der Saugluftstrom relativ konstant ist. In der Praxis ist der Saugluftstrom
jedoch stark abhängig von
der Leistung des an die Staubsaugerdüse angeschlossenen Staubsauggerätes, der
Durchlässigkeit des
im Staubsauggerät
enthaltenen Staubsaugerbeutels und anderen Faktoren. Daher ist das
Verfahren verbesserungsbedürftig.
-
Der
Erfindung liegt vor dem Hintergrund der vor stehend erläuterten
Problematik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Geräuschreduzierung saugluftstrombetriebener
Turbinen von Staubsaugerdüsen
anzugeben, das ohne großen
konstruktiven und kostenmäßigen Aufwand
an gewöhnlichen
saugluftstrombetriebenen Turbinen angewendet werden kann.
-
Die
Erfindung weist zur Lösung
dieser Aufgabe die im Anspruch angegebenen Merkmale auf.
-
Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren zur Geräuschverringerung
saugluftstrombetriebener Turbinen von wenigstens eine Bürstenwalze
aufweisenden Staubsaugerdüsen
vorgesehen, bei dem die Turbinendrehzahl ab dem Erreichen einer
vorbestimmbaren Grenzdrehzahl weitgehend abgeregelt wird. Das Abtriebsdrehmoment
der Turbine, d. h. also das zum Antrieb der Bürstenwalze von der Turbine
zur Verfügung
gestellte Drehmoment, bleibt unterhalb dieser Grenzdrehzahl weitgehend
unverändert.
Das bedeutet auch, dass das für
das Anlaufen aus dem Stillstand erforderliche Anlaufdrehmoment oder
Losbrechmoment unverändert
aufrechterhalten bleibt und daher unterhalb der Grenzdrehzahl keine
das Abtriebsdrehmoment der Turbine negativ beeinflussende Regelung
der Turbinendrehzahl durchgeführt wird.
Dies kann dabei dadurch erreicht werden, dass erst oberhalb der
Grenzdrehzahl eine entsprechende Drehzahlabregelung durchgeführt wird
oder auch eine vom Stillstand der Turbine abwirkende geschwindigkeitsproportionale
Bremsung der Turbine stattfindet, die aber beim Anlaufen der Turbine
aufgrund der dann noch niedrigen Geschwindigkeit das Anlaufdrehmoment
der Turbine weitgehend unverändert
aufrechterhalten belässt.
Erst ab der vorbestimmbaren Grenzdrehzahl wird eine Drehzahlbegrenzung
der Turbine durchgeführt,
beispielsweise in Form eines Momentengleichgewichts an der Grenzdrehzahl,
d. h. eines Gleichgewichts des Abtriebsdrehmoments der Turbine und
des Bremsmomentes. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise durch ein
vorbestimmbares Kennlinienverhalten des Bremsmomentes eine auf jeden
Belastungsfall der Bürstenwalze
passende Laufcharakteristik, also eine in jedem Betriebsfall erforderliche
Betriebscharakteristik zusammen mit einem insgesamt gedämpften Geräuschniveau
der Turbine erreicht werden.
-
Die
vorbezeichnete Grenzdrehzahl kann dabei jede in Abhängigkeit
von der Art und der Größe der verwendeten
Turbine abhängige
Turbinendrehzahl sein, deren Überschreiten
vom Benutzer als besonders geräuschverursachend
empfunden werden würde.
Es bedeutet dies mit anderen Worten, daß diese Grenzdrehzahl bei einer
mit Luftleit- und
Arbeitsschaufeln versehenen radial angeströmten zylinderförmigen Turbine
kleinerer Bauart höher
sein kann, als bei einer bauartmäßig ähnlichen,
aber mit größerem Zylinderdurchmesser
versehenen größeren Turbine,
da deren bauartbedingt dann größere Masse
zu größeren Schwingungsbelastungen
und damit als störender
empfundenen Luftschallschwingungen führen würde.
-
Erfindungsgemäß ist dabei
vorgesehen, daß zur
Abregelung der Turbinendrehzahl ein Teil der Energie des die Turbine
beaufschlagenden Saugluftstroms durch Verlustarbeit bewirkende Einrichtungen aufgenommen
wird. Hierdurch wird erreicht, daß über beispielsweise auf der
Turbinenwelle sitzende Verlustarbeit verursachende Einrichtungen
ab dem Erreichen der vorher festgelegten Grenzdrehzahl die Verlustarbeit
bewirkenden Einrichtungen einen Teil der Energie des die Turbine
beaufschlagenden Saugluftstromes dissipativ verbrauchen, so daß die Turbine
nicht mehr die Leerlaufdrehzahl erreicht, die sie ohne diese dissipativen
Einrichtungen erreichen würde.
Hierdurch wird in deutlicher Weise eine Geräuschverringerung erzielt, ohne
daß aber
das Anlaufmomentenverhalten der Turbine geändert wird, da diese Verlustarbeit
bewirkenden Einrichtungen erst ab der vorbestimmten Grenzdrehzahl
zu wirken beginnen.
-
Es
hat sich insbesondere gezeigt, daß besonders Turbinendrehzahlen
von im Bereich oberhalb von 5000 U/min zu einem hohen Schallpegel und
damit einer hohen störenden
Geräuschbelastung
führen
würden,
so daß es
möglich
ist, mit den vorbenannten mechanisch wirkenden Einrichtungen eine
Abregelung der Turbinendrehzahl oberhalb dieser angesprochenen Grenzdrehzahl
zu erreichen.
-
Hierdurch
wird darüber
hinaus auch eine Reduzierung des Lagerverschleisses der Turbinenlager und
damit eine Senkung des Wartungs- und Kostenaufwandes bei der Staubsaugerdüse erreicht.
-
Da
die Begrenzung der Drehzahl erst oberhalb der angesprochenen Grenzdrehzahl
einsetzt, reduziert das erfindungsgemäße Verfahren zur Geräuschverringerung
nicht das Anlaufmoment der Turbine.
-
Erfindungsgemäß wird die
Verlustarbeit durch mir der Turbine mitdrehende fliehkraftbeaufschlagte
Borsten geleistet derart, daß die
Borsten ab im wesentlichen der Grenzdrehzahl mit Eingriffsmitteln
zur Erzeugung von Gleitreibung kraftschlüssig in Eingriff kommen. Hierdurch
ist es möglich,
beispielsweise durch Stellung, Material und Stärke der Borsten, eine in weiten
Bereichen freie Einstellung der Grenzdrehzahl zu erreichen, ab der
die Borsten mit Reibmittel in Wechselwirkung treten, z. B. dem Staubsaugerdüsengehäuse, das
darüber
hinaus beispielsweise mit austauschbaren Einsätzen in Form verschiedener
Reibmittel wie beispielsweise Teppichstücken, Borsten und dergleichen,
versehen sein kann, so daß eine
in vielfacher Hinsicht leichte Einflußnahme und Einstellungsmöglichkeit
der Grenzdrehzahl erzielbar ist.
-
Wenn
eine solchermaßen
ausgebildete Staubsaugerdüse
erfindungsgemäß betrieben
wird, ist eine Drehzahlregelung mit einem Schaltpunkt möglich, unterhalb
dessen keine drehzahlsenkenden Eingriffe stattfinden und oberhalb
dessen dann eine drehzahlabhängige
Reduzierung der Turbinendrehzahl stattfindet, da die Borsten mit
steigender Drehzahl von steigender Zentrifugalkraft beaufschlagt werden
und somit mit den bereits angesprochenen Reibmitteln in Eingriff
kommen, so daß eine
weitere Drehzahlerhöhung
der Turbine sicher vermieden ist, so daß das eingangs angesprochene
lästige
Leerlaufpfeifen der Turbine nicht mehr eintritt.
-
Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt jeweils stilisiert und schematisch in
-
1 eine
erste fliehkraftbeaufschlagte borstenverwendende Ausgestaltung der
Erfindung;
-
Wie
leicht aus 1 der Zeichnung ersichtlich,
werden nach einer ersten Ausgestaltung zur Erreichung von Verlustarbeit
mit einer stilisiert dargestellten Turbine 1 über ein
Antriebsmittel in Form eines Flachriemens 2 kraftschlüssig verbundene,
an einer Zylinderanordnung axial verteilt und sich radial bei entsprechender
Fliehkraftbeaufschlagung radial aufspreizende Borsten 3 verwendet.
-
Bei
entsprechend hoher, über
der Grenzdrehzahl liegender Drehzahl der Turbine 1 werden die
Borsten 3 aufgrund der Zentrifugalkraft gegen eine die
Borsten 3 umgebende Reibanordnung, beispielsweise ein Staubsaugerdüsengehäuse 4 gedrückt, so
daß es
zwischen dem Staubsaugerdüsengehäuse 4 und
den Borsten 3 zu Gleitreibung kommt derart, daß bei noch
oberhalb der Grenzdrehzahl zunehmender Turbinendrehzahl die Reibung
zwischen dem Staubsaugerdüsengehäuse 4 und
den Borsten 3 so groß wird,
daß die
Turbinendrehzahl ab dem Erreichen der Grenzdrehzahl weitgehend abgeregelt wird,
so daß ein
unkontrolliertes Hochdrehen der Turbine 1 über die
Grenzdrehzahl hinaus sicher vermieden ist und ein somit insgesamt
geringes Geräuschniveau
erzielbar ist. An dem Staubsaugerdüsengehäuse 4 kann dabei ein
mit den Borsten 3 zusammenwirkendes Reibmittel in Form
nicht dargestellter Borsten vorgesehen sein, so daß mit der
somit vorbestimmbaren Reibpaarung auch die Grenzdrehzahl leicht
und vorherbestimmbar einstellbar ist.
-
Hinsichtlich
vorstehend im einzelnen nicht näher
erläuterter
Merkmale der Erfindung wird im übrigen
ausdrücklich
auf die Zeichnung verwiesen.