DE19602406C1

DE19602406C1 - Saugkopf, insbesondere Staubsauger-Saugkopf

Info

Publication number: DE19602406C1
Application number: DE1996102406
Authority: DE
Inventors: Dieter Kaffenberger; Horst Dilger; Wilfried Kraemer; Klaus-Dieter Riehl; Hans-Joachim Steudtner
Original assignee: Wessel Werk GmbH
Current assignee: Wessel Werk GmbH
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2016-01-25
Also published as: SE9700019L; SE9700019D0; SE510999C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Saugkopf, insbesondere einen Staubsauger-Saugkopf, mit Saugkopfgehäuse, welches eine Saugöffnung aufweist, einer in einer Bürstenkammer des Saugkopfgehäuses angeordneten rotierbaren Saugreinigungs bürste, einer in einer Turbinenkammer des Saugkopfgehäuses angeordneten Gleichdruckturbine mit als Peltonrotor ausgeführtem Trommelrotor, dessen Schaufeln entgegen der Umlaufrichtung des Peltonrotors gekrümmt und an die Rotorwelle angeschlossen sind und einem an das Saugkopfgehäuse angeschlossenen Anschlußstutzen für ein Sauggebläse mit nachgeschaltetem Staubfangbeutel, wobei der Peltonrotor von dem Saugluftstrom angetrieben ist, den das Saugluftgebläse erzeugt und der über die Saugöffnung in das Saugkopfgehäuse eintritt sowie die Bürstenkammer, die Turbinenkammer und den Anschlußstutzen durchströmt, und wobei der Peltonrotor über einer Transmission die Saugreinigungs bürste antreibt. Es versteht sich, daß der Peltonrotor und die Saugreinigungsbürste achsparallel angeordnet sind und bei normaler Arbeitsstellung des Saugkopfes horizontal verlaufen. Saugköpfe des beschriebenen Aufbaus sind insbesondere bei Haushaltsstaubsaugern, aber auch bei Industriestaubsaugern üblich. - Gleichdruckturbinen werden auch als Impulsturbinen bezeichnet und arbeiten mit Impulsaustausch.

Bei dem bekannten Saugkopf, von dem die Erfindung ausgeht (EP 0 338 780 B1) besitzt der Peltonrotor eine Vielzahl von Peltonschaufeln, die entgegen der Umlaufrichtung des Peltonrotors einfach konkav gekrümmt und an die Rotorwelle angeschlossen sind. Der Begriff Peltonrotor verweist auf L.A. Pelton (1829-1908), nach dem die als Peltonturbine bekannte Wasserturbine benannt ist. Das ist eine Freistrahlturbine mit Freistrahldüsen, die auf die Peltonschaufeln gerichtet sind. Die Freistrahldüsen erfüllen bereits eine Strömungs leitfunktion. Im allgemeinen sind zusätzlich Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen (vgl. Meyers Enzyklopädisches Lexikon, Band 18 (1978), S. 362). Während die Pelton-Wasserturbinen sich bewährt haben, sind die Trommelrotoren in Form von Peltonrotoren, die bei den bekannten Saugköpfen des beschriebenen Aufbaus und der beschriebenen Zweckbestimmung eingesetzt sind, verbesserungs bedürftig. Das gilt insbesondere in bezug auf die spezifische Leistung, anders ausgedrückt in bezug auf den Wirkungsgrad. Das mag auch darauf beruhen, daß die Turbinenkammer bei einem solchen Saugkopf kein in gasdynamischer Hinsicht ideales Turbinengehäuse darstellt. Auch kommt es insbesondere dann, wenn auch feuchtigkeitsbehaftete Stäube aufgenommen werden müssen, in den Zwickeln zwischen den Peltonschaufeln im Bereich des Anschlusses an die Rotorwelle zu störenden Staubablagerungen, die das Trägheitsmoment des Peltonrotors störend erhöhen. In bezug auf die Strömungsverhältnisse beruht die Verbesserungsbedürftigkeit, wie die Erfindung erkannt hat, darauf, daß typische Strömungsleitmaßnahmen, wie sie bei den Pelton-Wasserturbinen üblich sind, fehlen.

Um bei Saugköpfen des beschriebenen Aufbaus und der beschriebenen Zweckbestimmung den Wirkungsgrad der Turbine zu verbessern, ist es bekannt, mit Gleichdruckturbinen nach Art der sogenannten Ossberger-Turbine zu arbeiten (Dubbel "Taschenbuch für den Maschinenbau", 1990, R31, 32, Bild 2 und Beschreibung). Solche Turbinen werden auch als Querstrom turbinen bezeichnet. Bei den typischen Ossberger-Turbinen durchströmen flache Freistrahlen den Trommelrotor, der eine kranzförmige Beschaufelung aufweist und dessen Innenraum bis auf die Rotorwelle frei und daher durchströmbar ist. Den Freistrahlen sind Strömungsleitschaufeln zugeordnet. Bei dem bekannten Saugkopf, der mit einem entsprechenden Querstrom rotor ausgerüstet ist (DE 41 05 336 C2), bemüht man sich um eine radiale Anströmung des Querstromrotors, und zwar mit Hilfe eines entsprechend eingerichteten kurzen Mundstückes des Zuströmkanals für die Saugluft. Die Strömungsrandbedin gungen insgesamt, die die Bauform der Turbinenkammer vorgibt, die nicht wie ein ideales Turbinengehäuse ausgebildet ist, stören jedoch die Strömungsverhältnisse und damit die Arbeitsweise des Querstromrotors. Das gilt insbesondere bei Inbetriebnahme des Saugkopfes, wenn die Saugreinigungsbürste bereits den zu reinigenden Boden, insbesondere einen Teppichboden berührt, so daß insoweit ein verhältnismäßig hoher Anfahrwiderstand besteht, während andererseits das Anfahrdrehmoment des Querstromrotors verhältnismäßig klein ist, weil der Saugluftstrom den stehenden Querstromrotor durchströmen kann, wobei nur ein geringer Impulsaustausch erfolgt. Letzteres dürfte der Grund sein, weshalb es in der Praxis auch bekannt ist, den Trommelrotor gleichsam in zwei koaxiale Trommeln aufzuteilen, deren eine als Querstromrotor, deren andere als Peltonrotor ausgelegt sind.

Im übrigen ist es bekannt (DE 41 32 869 A1) den Trommelrotor in Richtung der Rotorwelle mit zwei Trommelrotorabteilungen auszurüsten, die durch Rotorscheiben getrennt sind, wobei die Schaufeln der beiden Trommelrotorabteilungen gegeneinander versetzt sind, um ein sicheres Anlaufen des Trommelrotors zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, bei einem Saugkopf des eingangs beschriebenen Aufbaus und der eingangs beschriebenen Zweckbestimmung die Antriebsleistung der Gleichdruckturbine zu verbessern.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Saugkopf, daß der Peltonrotor zumindest drei Peltonschaufeln aufweist und daß zwischen benachbarten Peltonschaufeln jeweils zumindest eine, gegenüber den Peltonschaufeln schmale Strömungsleitschaufel angeordnet ist, die entsprechend den Peltonschaufeln gekrümmt ist. Es versteht sich, daß die Peltonschaufeln und entsprechend die Strömungsleitschaufeln äquidistant über den Umfang des Trommelrotors verteilt sind. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß der Trommelrotor in Richtung der Rotorwelle mehrere Trommelrotorabteilungen aufweist, die durch Rotorscheiben getrennt sind, und daß von Trommelrotorabteilung zu Trommelrotorabteilung die Peltonschaufeln sowie die Strömungsleitschaufeln gegeneinander versetzt sind. Der Trommelrotor kann an beiden Rotorenden Stirnscheiben aufweisen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem Saugkopf des eingangs beschriebenen Aufbaus und der eingangs beschriebenen Zweckbestimmung, der mit einem Peltonrotor ausgerüstet ist, der Wirkungsgrad durch zusätzliche Strömungsleitschaufeln verbessert werden kann. Überraschen derweise können diese Strömungsleitschaufeln in den Trommel rotor selbst, zwischen den Peltonschaufeln angeordnet werden. Es ist nicht erforderlich, sie in der Turbinenkammer anzuordnen. Insoweit arbeitet die Erfindung folglich mit einem Trommelrotor eigener Art, der eine erstaunliche Weiterentwicklung des Peltonrotors darstellt. Dabei kommt man zu sehr eindrucksvollen Ergebnissen, wenn die Peltonschaufeln und die Strömungsleitschaufeln sich bezüglich der Krümmung wie beschrieben entsprechen, das heißt wenn Krümmungen identisch gleich oder einander ähnlich sind. Infolge dieser Krümmung sind die Peltonschaufeln und die Strömungsgleit schaufeln bei dem erfindungsgemäßen Saugkopf jedenfalls strömungsfreundlich, so daß nur geringe Druckverluste auftreten und ein guter Wirkungsgrad erreicht wird. Das gilt insbesondere dann, wenn die Peltonschaufeln und die Strömungsleitschaufeln, abgestimmt auf die auslegungsabhängi ge Solldrehzahl, stromlinienförmig gekrümmt sind.

Im einzelnen bestehen mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung eines erfindungsgeinäßen Saugkopfes. Es empfiehlt sich, die Anordnung so zu treffen, daß die Strömungsleitschaufeln in radialer Richtung eine Erstreckung aufweisen, die ein Drittel bis die Hälfte der Erstreckung der Peltonschaufeln ausmacht. Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß die Peltonschaufeln und/oder die Strömungsleitschaufeln einen tragflügelähnlichen Profilquerschnitt, z. B. einen Kutta-Joukowski-Profilquerschnitt, aufweisen.

Bei dem erfindungsgemäßen Saugkopf treten Staubablagerungen im Trommelrotor nicht mehr auf. Insoweit ist eine Optimierung dadurch erreichbar, daß die Peltonschaufeln mit verrundeten Ecken an die Rotorwelle angeschlossen sind. Diese Ausfüh rungsform verhindert nicht nur die Ablagerung von Staub, sondern reduziert auch die Druckverluste.

Bewährt hat sich ein Saugkopf, der dadurch gekennzeichnet ist, daß bei drei äquidistant über den Umfang verteilten Peltonschaufeln zwischen benachbarten Peltonschaufeln jeweils drei Strömungsleitschaufeln angeordnet sind. Bei vier äquidistant über den Umfang verteilten Peltonschaufeln empfiehlt es sich, zwischen benachbarten Peltonschaufeln jeweils zwei Strömungsleitschaufeln anzuordnen. Sind fünf äquidistant über den Umfang verteilte Peltonschaufeln vorgesehen, so reicht zumindest bei den Dimensionen, die bei Haushaltsstaubsaugern üblich sind, die Anordnung einer Strömungsleitschaufel zwischen den Peltonschaufeln.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Saugkopf, und zwar in Richtung A-A durch den Gegenstand der Fig. 2,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 verkleinertem Maßstab und stark schematisiert eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 in gegenüber der Fig. 1 vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf den Trommelrotor aus dem Gegenstand der Fig. 1, wobei lediglich die Außenkanten der Peltonschaufeln bzw. der Strömungsleitschaufeln dargestellt sind und

Fig. 4 einen Radialschnitt durch den Gegenstand der Fig. 3.

Der in den Figuren dargestellt Saugkopf 1 ist als Staub sauger-Saugkopf für Haushaltsstaubsauger ausgeführt. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören das Saugkopfgehäuse 2, welches eine Saugöffnung 3 aufweist, eine in einer Bürstenkammer 4 des Saugkopfgehäuses 2 angeordnete rotierbare Saugreinigungs bürste 5 und eine in einer Turbinenkammer 6 des Saugkopf gehäuses 2 angeordnete Gleichdruckturbine mit Trommelrotor 7. An das Saugkopfgehäuse 2 ist ein Anschlußstutzen 8 für ein Sauggebläse mit nachgeschaltetem Staubfangbeutel angeschlos sen. Zwischen dem Anschlußstutzen 8 und dem Saugkopfgehäuse 2 ist die übliche Gelenkbeweglichkeit vorgesehen. Der Trommel rotor 7 ist von dem Saugluftstrom angetrieben. Anders ausgedrückt wird der Trommelrotor 7 durch den Saugluftstrom geschleppt. Der Saugluftstrom, den das Sauggebläse erzeugt, tritt über die Saugöffnung 3 in das Saugkopfgehäuse 2 ein, er durchströmt die Bürstenkammer 4, die Turbinenkammer 6 und den Anschlußstutzen 8. Dabei treibt der Trommelrotor 7 über eine Transmission 9 die Saugreinigungsbürste 5 an.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1, 2 und 3 entnimmt man, daß der Trommelrotor 7 als Peltonrotor mit zusätzlichen Leitschaufeln ausgeführt ist. Der Peltonrotor 7 besitzt im Ausführungsbeispiel, aber nicht beschränkend drei Peltonschaufeln 10, die entgegen der Umlaufrichtung des Peltonrotors 7 einfach konkav gekrümmt sind und an die Rotorwelle 11 angeschlossen sind. Zwischen benachbarten Peltonschaufeln 10 sind im Ausführungsbeispiel drei Strömungsleitschaufeln 12 vorgesehen, die entsprechend den Peltonschaufeln 10 gekrümmt sind. Man erkennt, daß die Peltonschaufeln 10 und die Strömungsleitschaufeln 12 über den Umfang des Trommelrotors 7 äquidistant angeordnet sind. Der Trommelrotor 7 besitzt im Ausführungsbeispiel in Richtung der Rotorwelle 11 zwei Trommelrotorabteilungen a, b, die durch eine Rotorscheibe 13 getrennt sind. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß von Trommelrotorabteilung a zu Trommel rotorabteilung b die Peltonschaufeln 10 sowie die Strömungs leitschaufeln 12 gegeneinander versetzt sind, und zwar jeweils auf den halben Abstand der genannten Schaufeln. Der Trommelrotor 7 ist an beiden Rotorenden mit Stirnscheiben 14 versehen. Die Peltonschaufeln 10 und die Strömungsleit schaufeln 12 sind, abgestimmt auf die auslegungsabhängige Solldrehzahl, stromlinienförmig gekrümmt. Das reduziert den Druckverlust in der Turbine. Aus der Fig. 2 entnimmt man auch, daß die Strömungsleitschaufeln 12 in radialer Richtung eine Erstreckung aufweisen, die ein Drittel bis die Hälfte der Erstreckung der Peltonschaufeln 10 ausmacht. Die Peltonschaufeln 10 und/oder die Strömungsleitschaufeln 12 können auch einen tragflügelähnlichen Profilquerschnitt aufweisen, was in einem vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 angedeutet wurde. Es mag sich um Kutta-Joukowski-Profilquer schnitte handeln. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Peltonschaufeln 10 mit verrundeten Ecken 15 an die Rotorwelle 11 angeschlossen.

Claims

1. Saugkopf, insbesondere Staubsauger-Saugkopf, mit
einem Saugkopfgehäuse, welches eine Saugöffnung aufweist,
einer in einer Bürstenkammer des Saugkopfes im Bereich der Saugöffnung angeordneten rotierbaren Saugreini gungsbürste,
einer in einer Turbinenkammer des Saugkopfgehäuses angeordneten Gleichdruckturbine mit als Peltonrotor ausgeführten Trommelrotor, dessen Schaufeln entgegen der Umlaufrichtung des Peltonrotors konkav gekrümmt und an die Rotorwelle angeschlossen sind, und
einem an das Saugkopfgehäuse angeschlossenen Anschluß stutzen für ein Sauggebläse mit nachgeschaltetem Staubfangbeutel,
wobei der Peltonrotor von dem Saugluftstrom angetrieben ist, den das Sauggebläse erzeugt und der über die Saugöffnung in das Saugkopfgehäuse eintritt sowie die Bürstenkammer, die Turbinenkammer und den Anschlußstutzen durchströmt, und wobei der Peltonrotor über eine Transmission die Saugreinigungs bürste antreibt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Peltonrotor zumindest drei Peltonschaufeln aufweist und
daß zwischen benachbarten Peltonschaufeln jeweils zumindest eine gegenüber den Peltonschaufeln schmale Strömungsleit schaufel angeordnet ist, die entsprechend den Peltonschaufeln gekrümmt ist.

2. Saugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelrotor in Richtung der Rotorwelle mehrere Trommelrotor abteilungen aufweist, die durch Rotorscheiben getrennt sind, und daß von Trommelrotorabteilung zu Trommelrotorabteilung die Peltonschaufeln sowie die Strömungsleitschaufeln gegen einander versetzt sind.

3. Saugkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelrotor an beiden Rotorenden Stirnscheiben aufweist.

4. Saugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltonschaufeln und die Strömungs leitschaufeln, abgestimmt auf die auslegungsabhängige Solldrehzahl, stromlinienförmig gekrümmt sind.

5. Saugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitschaufeln in radialer Richtung eine Erstreckung aufweisen, die ein Drittel bis die Hälfte der Erstreckung der Peltonschaufeln ausmacht.

6. Saugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Peltonschaufeln und/oder die Strömungs leitschaufeln einen tragflügelähnlichen Profilquerschnitt, z. B. einen Kutta-Joukowski-Profilquerschnitt aufweisen.

7. Saugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltonschaufeln mit verrundeten Ecken an die Rotorwelle angeschlossen sind.

8. Saugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei drei äquidistant über den Umfang verteilten Peltonschaufeln zwischen benachbarten Pelton schaufeln jeweils drei Strömungsleitschaufeln angeordnet sind.

9. Saugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei vier äquidistant über den Umfang verteilten Peltonschaufeln zwischen benachbarten Pelton schaufeln jeweils zwei Strömungsleitschaufeln angeordnet sind.

10. Saugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei fünf äquidistant über den Umfang verteilten Peltonschaufeln zwischen benachbarten Pelton schaufeln jeweils eine Strömungsleitschaufel angeordnet ist.