DE19751322A1 - Saugkopf an einem Staubsauger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Saugkopf an einem Staubsauger, - mit
einem aus Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil beste­ henden Saugkopfgehäuse, welches eine bodenseitige Saugöffnung, eine Bürstenkammer und eine Turbinen­ kammer aufweist,
einer in der Bürstenkammer im Bereich der Saugöffnung angeordneten, rotierenden Saugreinigungsbürste,
einer in der Turbinenkammer angeordneten Gleichdruck­ turbine mit einem Kranz von Turbinenschaufeln in einem Trommelrotor, der über eine Transmission die Saugrei­ nigungsbürste antreibt, und
einem an das Saugkopfgehäuse angeschlossen Anschluß­ stutzen für das Sauggebläse mit nachgeschaltetem Staubfangbeutel,

wobei der Trommelrotor von dem durch das Sauggebläse erzeugten Saugluftstrom angetrieben ist, der über die Saug­ öffnung in das Saugkopfgehäuse eintritt sowie die Bürsten­ kammer durchströmt und durch einen Zuströmkanal in die Turbinenkammer eintritt und die Turbinenkammer sowie den Anschlußstutzen durchströmt, wobei der Zuströmkanal in Arbeitsstellung des Saugkopfes unterhalb der Turbinenachse an die Turbinenkammer anschließt, deren Turbinenkammerwand oberhalb und unterhalb des Trommelrotors den Trommelrotor mit geringem Abstandsspalt umschließt.

Ein Saugkopf mit den beschriebenen Merkmalen ist aus DE-A 42 29 030 bekannt. Bei der bekannten Ausführung tritt der Saugluftstrom durch eine Öffnung in einer Gehäuse­ zwischenwand, welche die Bürstenkammer von der Turbinen­ kammer trennt, in die Turbinenkammer ein und beaufschlagt den unteren, bis zur Nabe des Trommelrotors reichenden Abschnitt des Trommelrotors. Die abströmende Luft wird durch ein Z-förmig gekrümmtes Bogenstück dem Anschluß­ stutzen zugeführt.

Bei einem aus US-A 4 307 485 bekannten Saugkopfist der Zuströmkanal zwischen der Bürstenkammer und der Turbinen­ kammer venturiartig verjüngt und schließt im wesentlichen tangential an die Turbinenkammer an. Der Saugluftstrom tritt mit hoher kinetischer Energie in die Turbinenkammer ein. Der Trommelrotor weist eine becherförmige Beschaufe­ lung, die am inneren Umfang geschlossen ist, auf. Der Durchmesser der Turbinenkammer ist deutlich größer als der Durchmesser des Trommelrotors. Der Eintritt des Zuström­ kanals in die Turbinenkammer ist als Mundstück ausgebildet, welches mit geringem Spiel an den Umfang des Trommelrotors herangeführt ist. Die aus der Turbinenkammer abströmende Luft gelangt über einen Sammelkanal zum Anschlußstutzen. Die Anordnung führt zu einem verhältnismäßig voluminösen Saugkopf. Die Luftführung ist ebenfalls verbesserungs­ bedürftig und mit Verlusten behaftet.

Bei einem aus DB-A 34 14 862 bekannten Saugkopf ist der Trommelrotor in dem Aufnahmeraum eines den Anschlußstutzen mit dem Saugkopfgehäuse verbindenden Kippgelenks angeord­ net. Der Trommelrotor weist eine Beschaufelung auf, die sich bis zur Nabe erstreckt. Zwischen dem Trommelrotor und der Turbinenkammerwand ist ein kanalbildender Zwischenraum für die durchströmende Luft vorhanden. Der energetische Wirkungsgrad auch dieser Anordnung ist verbesserungs­ bedürftig.

Bei einem weiteren, aus DE-C 41 05 336 bekannten Saugkopf besitzt der Zuströmkanal einen in die Turbinenkammer ein­ mündenden, abgewinkelten, als Mundstück bezeichneten Endab­ schnitt, der radial zum Trommelrotor in die Turbinenkammer eintritt. Der Saugluftstrom tritt zum Anschlußstück hin radial aus dem Trommelrotor aus. Der Saugluftstrom passiert den Schaufelkranz zweimal in radialer Richtung. Insoweit wird ein umlenkfreier Strömungsverlauf verwirklicht (DE-C 41 05 336, Spalte 2, Zeilen 3 bis 6). Dadurch soll ein Leistungsgewinn gegenüber einer Ausführungsform erreicht werden (US 2 683 276), bei der die Turbinen­ schaufeln in sich gerade ausgebildet sind und mit ihrem freien Ende derart in Richtung des Innenraums des Innen­ rades weisen, daß sie tangential an einem konzentrisch zur Achse des Turbinenrades angeordneten Kreis anliegen. Tatsächlich kann jedoch ein im Sinne der obigen Ausführun­ gen umlenkfreier Strömungsverlauf einen Leistungsgewinn nicht bewirken, da die Turbine eine Gleichstromturbine dar­ stellt, deren aerodynamischer Wirkungsgrad durch den Impulsaustausch zwischen dem Saugluftstrom und dem Trommel­ rotor bestimmt ist.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Saugkopf des eingangs beschriebenen Aufbaus so weiter aus­ zubilden, daß ein hoher Impulsaustausch zwischen Saugluft­ strom und Trommelrotor und folglich ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden, wobei der Saugkopf einen möglichst einfachen, kompakten Aufbau besitzen soll.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ausgehend von dem eingangs beschriebenen Saugkopf, daß der Zuströmkanal in Strömungsrichtung einen Querschnitt auf­ weist, der im Bereich der Saugreinigungsbürste etwa dem Durchmesser der Saugreinigungsbürste entspricht und sich zum Eintritt in die Turbinenkammer venturiartig verengt, wobei der Zuströmkanal einerseits durch einen Abschnitt des Gehäuseunterteils und andererseits durch eine an dem Gehäuseoberteil angeordnete Luftführungsfläche begrenzt ist, daß sowohl die Luftführungsfläche als auch der Boden des Zuführkanals tangential zum Umfang des Trommelrotors an die Turbinenkammer anschließen und daß der Trommelrotor in den Aufnahmeraum eines den Anschlußstutzen mit dem Saug­ kopfgehäuse verbindenden Kippgelenks eingesetzt ist, wobei die Drehachse des Kippgelenks und die Achse des Trommel­ rotors zusammenfallen und wobei der zylindersegementförmige Anschlußkopf des Anschlußstutzens mit geringem Abstands­ spalt an den Umfang des Trommelrotors angepaßt ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich bei der beschriebenen Gestaltung unterhalb der Achse des Trommel­ rotors und mit Abstand von diesem ein strömungsenergie­ reicher Saugluftstrom einstellt, der nach Maßgabe der Turbinenkammerwand, die sich dem Umfang des Trommelrotors anschmiegt, umgelenkt wird und nicht radial, sondern im Kranzbereich der Turbinenschaufeln strömt und den Trommel­ rotor mit hohem Impulsaustausch antreibt. Im Ergebnis wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht. In aerodynamischer Hinsicht ist bei dem erfindungsgemäßen Saugkopf die Gleich­ druckturbine mit der Turbine aus der US 2 683 276 vergleichbar, jedoch erreicht die Erfindung durch Kombination der beschriebenen Merkmale auch gegenüber dieser Ausführungsform eine beachtliche Verbesserung.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Ausgestaltung. Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung ist an das Gehäuseoberteil ein Gehäuseeinsatz angeschlossen, der sowohl die Luftführungsfläche als auch einen mit kleinem Abstandsspalt an den Trommelrotor angrenzenden Wandab­ schnitt der Turbinenkammer oberhalb der Mündung des Zuströmkanals bildet. Der Boden des Zuströmkanals ist vor­ zugsweise konvex und die Luftführungsfläche konkav gekrümmt. Das ermöglicht bei verhältnismäßig kleinem Abstand zwischen der Bürstenkammer und der Turbinenkammer einen tangentialen Anschluß der Begrenzungswände des Zuströmkanals an die Turbinenkammer. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bewirkt unter Ausnutzung des Venturieffektes eine Beschleunigung des Saugluftstromes und damit eine hohe Geschwindigkeit sowie folglich einen hohen Impuls des Saug­ luftstromes beim Auftreffen auf die Turbinenschaufeln und bei der Strömung des Saugluftstromes im Kranzbereich der Turbinenschaufeln.

In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß der Kranz aus Turbinenschaufeln an seinem inneren Umfang offen, von dem Saugluftstrom also durchströmbar, ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung lassen sich die Turbinenschaufeln auf unterschiedliche Weise so anordnen, daß ein hoher Impulsaustausch erreicht wird. Vorzugsweise sind die Turbinenschaufeln in Umlaufrichtung des Trommelrotors schräg gestellt und schaufelartig nach den Regeln der Aerodynamik gekrümmt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Saugkopf. Der in der Figur darge­ stellte Saugkopf gehört zu einem Staubsauger. Der Staub­ sauger wurde nicht gezeichnet.

Zum grundsätzlichen Aufbau des Saugkopfes gehören ein aus Gehäuseoberteil 1a und Gehäuseunterteil 1b bestehendes Saugkopfgehäuse 1, welches eine bodenseitige Saugöffnung 2, eine Bürstenkammer 3 und eine Turbinenkammer 4 aufweist. In der Bürstenkammer 3 ist im Bereich der Saugöffnung 2 eine rotierende Saugreinigungsbürste 5 angeordnet. Die Turbinen­ kammer 4 enthält eine Gleichdruckturbine 6 mit einem Kranz von Turbinenschaufeln 7 in einem Trommelrotor 8, der über eine Transmission die Saugreinigungsbürste 5 antreibt. An das Saugkopfgehäuse 1 ist ein Anschlußstutzen 9 für das nicht dargestellte Sauggebläse mit nachgeschaltetem Staub­ fangbeutel angeschlossen. Der Trommelrotor 8 ist von dem Saugluftstrom angetrieben, den das Sauggebläse erzeugt und der über die Saugöffnung 2 in das Saugkopfgehäuse 1 eintritt sowie die Bürstenkammer 3 durchströmt und durch einen Zuströmkanal 10 in die Turbinenkammer 4 eintritt.

Der Zuströmkanal 10 schließt in Arbeitsstellung des Saug­ kopfes unterhalb der Turbinenachse 11 tangential zum Trom­ melrotor 8 an die Turbinenkammer 4 an und ist mit Tangen­ tialaustritt auf dem Umfang des Trommelrotors 8 gerichtet. Der Saugluftstrom strömt nach Maßgabe der tangential zum Umfang des Trommelrotors 8 zum Anschlußstutzen 9 abgehenden Turbinenkammerwand zum Anschlußstutzen 9 hin ab. Die Turbinenkammerwand schmiegt sich dem Umfang des Trommel­ rotors 8 gleichsam an. Man erkennt in der Figur, daß der Zuströmkanal 10 in Strömungsrichtung einen Querschnitt auf­ weist, der im Bereich der Saugreinigungsbürste 5 etwa dem Durchmesser der Saugreinigungsbürste 5 entspricht und sich zum Eintritt 12 in die Turbinenkammer 4 venturiartig verengt. Der Zuströmkanal 10 ist einerseits durch einen Abschnitt des Gehäuseunterteils 1b und andererseits durch eine an dem Gehäuseoberteil 1a angeordnete Luftführungs­ fläche 14 begrenzt. Sowohl die Luftführungsfläche 14 als auch der Boden 13 des Zuströmkanals 10 schließen tangential zum Umfang des Trommelrotors 8 an die Turbinenkammer 4 an. Der Boden 13 des Zuströmkanals 10 ist konvex und die Luft­ führungsfläche 14 konkav gekrümmt. Ferner entnimmt man der Figur, daß an das Gehäuseoberteil 1a ein Gehäuseeinsatz 15 angeschlossen ist, der sowohl die Luftführungsfläche 14 als auch einen mit kleinem Abstandsspalt an den Trommelrotor 8 angrenzenden Wandabschnitt 16 der Turbinenkammer 4 oberhalb der Mündung 12 des Zuströmkanals 10 bildet.

Aus der Figur ist auch ersichtlich, daß der Anschluß­ stutzen 9 durch ein Kippgelenk 17 mit dem Saugkopfgehäuse 1 verbunden ist. Das Kippgelenk 17 besteht aus im Schnitt kreisbogenförmig ausgebildeten Lagerflächen 18 an dem Gehäuseoberteil 1a sowie dem Gehäuseunterteil 1b und einem zylindersegmentförmigen Anschlußkopf 19 des Anschluß­ stutzens 9 mit korrespondierenden Gleitflächen. Der Trom­ melrotor 8 ist in den Aufnahmeraum des Kippgelenks 17 ein­ gesetzt, wobei die Drehachse des Kippgelenks 17 und die Achse 11 des Trommelrotors 8 zusammenfallen und wobei der Anschlußkopf 19 des Anschlußstutzens 9 mit geringem Spalt­ abstand an den Umfang des Trommelrotors 8 angepaßt ist.

Der Kranz aus Turbinenschaufeln 7 ist an seinem inneren Umfang offen, also von dem Saugluftstrom durchströmbar, ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführung der Erfindung sind die Turbinenschaufeln 7 in Umlaufrichtung schräg gestellt und schaufelartig, mit einem Tragflügelprofil, gekrümmt ausgebildet. Das unterstützt den Impulsaustausch. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, die Anordnung so zu treffen, daß die Turbinen­ schaufeln entgegen der Umfangsrichtung schräg gestellt sind. Diese Ausführungsform empfiehlt sich, wenn der beschriebene Abstandsspalt zwischen Turbinenkammerwand und Trommelrotor besonders eng ausgeführt ist.

Claims (5)

1. Saugkopf an einem Staubsauger, - mit
einem aus Gehäuseoberteil (1a) und Gehäuseunter­ teil (1b) bestehenden Saugkopfgehäuse (1) , welches eine bodenseitige Saugöffnung (2), eine Bürsten­ kammer (3) und eine Turbinenkammer (4) aufweist,
einer in der Bürstenkammer (3) im Bereich der Saug­ öffnung (2) angeordneten, rotierenden Saugreinigungs­ bürste (5)
einer in der Turbinenkammer (4) angeordneten Gleich­ druckturbine (6) mit einem Kranz von Turbinen­ schaufeln (7) in einem Trommelrotor (8), der über eine Transmission die Saugreinigungsbürste (5) antreibt, und
einem an das Saugkopfgehäuse (1) angeschlossen Anschlußstutzen (9) für das Sauggebläse mit nachge­ schaltetem Staubfangbeutel,
wobei der Trommelrotor (8) von dem durch das Sauggebläse erzeugten Saugluftstrom angetrieben ist, der über die Saug­ öffnung (2) in das Saugkopfgehäuse (1) eintritt sowie die Bürstenkammer (3) durchströmt und durch einen Zuström­ kanal (10) in die Turbinenkammer (4) eintritt und die Turbinenkammer (4) sowie den Anschlußstutzen (9) durch­ strömt, wobei der Zuströmkanal (10) in Arbeitsstellung des Saugkopfes (1) unterhalb der Turbinenachse (11) in die Turbinenkammer (4) eintritt, deren Turbinenkammerwand ober­ halb und unterhalb des Trommelrotors den Trommelrotor (8) mit geringem Abstandsspalt umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuströmkanal (10) in Strömungsrichtung einen Querschnitt aufweist, der im Bereich der Saugreinigungsbürste (5) etwa dem Durchmesser der Saugreinigungsbürste (5) entspricht und sich zum Eintritt in die Turbinenkammer (4) venturiartig verengt, wobei der Zuströmkanal (10) einerseits durch einen Abschnitt (13) des Gehäuseunterteils (1b) und andererseits durch eine an dem Gehäuseoberteil (1a) angeordnete Luftfüh­ rungsfläche (14) begrenzt ist, daß sowohl die Luftführungs­ fläche (14) als auch der Boden (13) des Zuströmkanals (10) tangential zum Umfang des Trommelrotors (8) an die Turbinenkammer (4) anschließen und daß der Trommelrotor (8) in den Aufnahmeraum eines den Anschlußstutzen (9) mit dem Saugkopfgehäuse (1) verbindenden Kippgelenks (17) einge­ setzt ist, wobei die Drehachse des Kippgelenks (17) und die Achse (11) des Trommelrotors (8) zusammenfallen und wobei der zylindersegmentförmige Anschlußkopf (19) des Anschluß­ stutzens (9) mit geringem Abstandsspalt an den Umfang des Trommelrotors (8) angepaßt ist.

2. Saugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gehäuseoberteil (1a) ein Gehäuseeinsatz (15) ange­ schlossen ist, der sowohl die Luftführungsfläche (14) als auch einen mit kleinem Abstandsspalt an den Trommel­ rotor (8) angrenzenden Wandabschnitt (16) der Turbinen­ kammer (4) oberhalb der Mündung des Zuströmkanals (10).

3. Saugkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Boden (13) des Zuströmkanals (10) konvex und die Luftführungsfläche (14) konkav gekrümmt ist.

4. Saugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz aus Turbinenschaufeln (7) an seinem inneren Umfang offen, von dem Saugluftstrom durch­ strömbar, ausgebildet ist.

5. Saugkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenschaufeln (7) schräg gestellt und schaufelartig gekrümmt ausgebildet sind.