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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flügelrad und insbesondere auf ein Flügelrad für einen Laub- und Abfallsauger.
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Laub- und Abfallsauger werden vorzugsweise verwendet, um größere Flächen außerhalb von Gebäuden zu reinigen. Derartige Flächen sind beispielsweise Straßen, Wege oder Parkplätze. Bei solchen Laub- und Abfallsaugern spielen die Geräusch- und Abgasemissionen und auch der Energieverbrauch zunehmend eine wichtigere Rolle.
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Da Laub- und Abfallsauger üblicherweise durch abgas- und lärmerzeugende Verbrennungsmotoren betrieben werden, bietet sich als eine Alternative eine Elektrifizierung an, um sowohl die Geräusch- und Abgasemissionen als auch den Energieverbrauch zu reduzieren. Werden als Folge der Elektrifizierung keine Abgase erzeugt, ist außerdem der Einsatz in Innenräumen möglich.
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Nach dem Ersatz eines Verbrennungsmotors durch einen Elektromotor in einem Laub- und Abfallsauger wird das zum Erzeugen eines Saugdrucks und zum Zerkleinern und Transportieren eines Saugguts verwendete Flügelrad zum bedeutendsten Geräuscherzeuger.
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Weil selbst moderne Akkumulatoren in Relation zu ihrem Gewicht und zu ihren Anschaffungskosten lediglich über eine begrenzte Speicherfähigkeit von elektrischer Energie verfügen, ist es ferner zum Erreichen einer befriedigenden Betriebsdauer eines elektrifizierten Laub- und Abfallsaugers mit einer Akkumulatorladung erforderlich, den Gesamtstromverbrauch zu optimieren.
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Als Folge der obigen Ausführungen und aus weiteren Gründen hat ein Flügelrad in einem elektrisch oder durch einen Verbrennungsmotor betriebenen Abfall- und Laubsauger mehrere Funktionen zu erfüllen.
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Das Flügelrad muss einen ausreichenden Unterdruck erzeugen, um unterschiedliche Materialien, wie Abfall, Laub etc., aufsaugen zu können. Die erzeugte Luftmenge muss das aufgesaugte Material zuverlässig bis in einen Auffangbehälter transportieren. Das Flügelrad muss in seiner Konstruktion so ausgelegt sein, dass es den mechanischen Belastungen durch Steine, Äste, Laub und ähnliches über einen längeren Zeitraum standhält. Die Geometrie des Flügelrads muss dem Festsitzen von angesaugten Materialien entgegenwirken. Die durch ein Flügelrad bedingte Leistungsaufnahme zur Erzeugung der notwendigen Luftmenge bzw. dem notwendigen Luftdruck muss möglichst gering sein, um eine lange Betriebsdauer mit Strom bzw. einen geringen Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Die durch ein Flügelrad verursachten Geräuschemissionen sollten so gering wie möglich sein und dabei ein harmonisches Klangbild erzeugen. Und durch das Flügelrad etc. verursachte Vibrationen sind aus Gründen der Haltbarkeit eines Gesamtsystems, der Erzeugung ungewünschter Resonanzen und einer verbesserten Ergonomie zu vermeiden.
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6 zeigt ein Beispiel eines Flügelrads 600 für einen Laub- und Abfallsauger. Das Flügelrad 600 weist eine Grundplatte 601, durch deren Mitte die Drehachse des Flügelrads 600 verläuft, und vier Flügel 602 auf, die in einem gleichen Winkelabstand um die Mitte der Grundplatte 601 und stehend auf der Grundplatte 601 angeordnet sind. Die Höhe der Flügel 602 über der Grundplatte 601 nimmt zunächst zu der radialen Außenkante der Grundplatte 601 zu, um dann konstant zu enden.
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Die
DE 20 2013 102470 U1 beschreibt ein Flügelrad, das in
7 gezeigt ist. Das Flügelrad
700 weist eine Rotorscheibe
701 und sechs darauf stehende Rotorflügel
702 auf. Sämtliche Rotorflügel
702 sind gleich ausgestaltet und weisen eine in radialer Richtung des Flügelrades
700 von innen nach außen ansteigende Höhe auf, wobei jeder Rotorflügel
702 zunächst einen radial inneren Abschnitt
706 aufweist, in welchem die Höhe des Rotorflügels
702 nach außen hin zunimmt, sowie einen sich daran anschließenden zweiten, radial äußeren Abschnitt
705 aufweist, in welchem die Höhe des Rotorflügels
702 bis zu seinem radial äußeren Ende konstant bleibt. Im Bereich des äußeren Abschnitts
705 weist jeder Rotorflügel
702 einen Windleitsteg
720 auf, der sich in Drehrichtung des Flügelrades
600 nach vorn erstreckt.
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Die oben gezeigten Flügelräder haben den Nachteil, dass sie relativ hohe Geräuschemissionen verursachen.
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Ein weiterer Nachteil der oben gezeigten Flügelräder besteht darin, dass diese einen relativ hohen Energieverbrauch bewirken.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Flügelrad zu schaffen, das geräuscharm ist und einen relativ niedrigen Energieverbrauch mit sich bringt, und einen entsprechenden Laub- und Abfallsauger zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Flügelrad nach Anspruch 1 und einen Laub- und Abfallsauger nach Anspruch 10 gelöst.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die Form eines Flügelrads so abzuwandeln, dass die Geräuschemissionen, der Energieverbrauch und die Betriebssicherheit verbessert werden.
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Die Erfindung schafft ein Flügelrad für einen Laub- und Abfallsauger, mit einer Grundplatte, durch deren Mitte die Drehachse des Flügelrads verläuft, mindestens einem Flügel, der sich in der Längsrichtung desselben von einem Bereich der Mitte der Grundplatte hin zu einer radialen Außenkante der Grundplatte erstreckt und mit einer ersten Längskante desselben stehend auf der Grundplatte angeordnet ist, wobei die Breite, die der mindestens eine Flügel in seiner Querrichtung, die senkrecht zu der Längsrichtung ist, hat, in der Längsrichtung des mindestens einen Flügels von der Mitte der Grundplatte zu der radialen Außenkante der Grundplatte abnimmt, und wobei das Flügelrad fünf Flügel aufweist.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der einfache Aufbau des Flügelrads mit einer nach außen abnehmenden Höhe der Flügel über der Grundplatte einen störungsfreien Betrieb eines Laub- und Abfallsaugers ermöglicht, da mechanische Belastungen durch Steine, Äste, Laub und ähnliches reduziert werden und dem Festsitzen von angesaugten Materialien entgegenwirkt wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die mittig konzentrierte Struktur des Flügelrads die durch das Flügelrad bedingte Leistungsaufnahme verringert.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Schallleistungspegel eines elektrischen Laub- und Abfallsaugers im Vergleich zu einem mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Laub- und Abfallsauger um 20 dB(A) gesenkt werden kann.
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Resultierend aus der typischen Eigenschwingung eines Laub- und Abfallsaugers und dem Verhalten von mit einem Flügelrad rotierenden Flügeln ergeben sich bei einer Zahl von fünf Flügeln insbesondere im Vergleich zu 4- und 6-flügeligen Flügelrädern die besten Ergebnisse der Schallreduzierung.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im direkten Vergleich mit bekannten 4-flügeligen Flügelrädern beispielsweise die Stromaufnahme eines elektrischen Laub- und Abfallsaugers bei 3000 UpM von 96 Ampere auf 51 Ampere gesenkt werden kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im direkten Vergleich mit einem bekannten 6-flügeligen Flügelrad beispielsweise die Stromaufnahme eines elektrischen Laub- und Abfallsaugers bei 3000 UpM von 180 Ampere auf 51 Ampere gesenkt werden kann.
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Dadurch wird der Energieverbrauch eines elektrischen Laub- und Abfallsaugers mit dem erfindungsgemäßen Flügelrad weiter gesenkt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die durch das Flügelrad erzeugte Luftmenge etwa auf dem gleichen Niveau bekannter 4- oder 6-flügeliger Flügelräder liegt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem erfindungsgemäßen Flügelrad eine sehr deutliche Reduzierung des Schallleistungspegels bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer hohen Lufttransportleistung erzielt werden kann. Das bei Laub- und Abfallsaugern typische „Heulen” im Bereich von 200 Hz–250 Hz kann deutlich vermindert werden.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen Flügelrads.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Flügelrads weist der mindestens eine Flügel in der Längsrichtung desselben von der Mitte der Grundplatte aus mindestens einen ersten und einen anschließenden zweiten Abschnitt auf, die sich an einem Übergangsbereich treffen, wobei der erste Abschnitt außerhalb des Übergangsbereichs eine größere Breite als der zweite Abschnitt aufweist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Flügelrads nimmt die Breite in dem ersten Abschnitt des mindestens einen Flügels in der Längsrichtung desselben von der Mitte der Grundplatte aus ab, und die Breite ist in dem zweiten Abschnitt des mindestens einen Flügels in der Längsrichtung desselben konstant.
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Ein Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass durch die konstante geringere Breite des zweiten Abschnitts eine Reduzierung der rotierenden Masse ermöglicht wird, weniger Fliehkräfte auf Flügelenden wirken und damit geringere Vibrationen an den Flügelenden erzeugt werden. Diese Flügelgestaltung senkt deutlich den durch einen tonalen Drehklang erzeugten Geräuschpegel, gleichzeitig kann sich an den glatten Flügelenden kein Unrat oder Laub verfangen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Flügelrads beschreibt die Breite des ersten Abschnitts des mindestens einen Flügels in der Längsrichtung eine konische Form.
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Ein Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass durch die zur Mitte des Flügelrads ansteigende konische Form der Flügel Luft zentriert angesaugt wird und dies Luft u. a. über die zweiten Abschnitte der Flügel, die beispielsweise eine konstante geringere Breite haben, abgeleitet wird. Dadurch wird eine Erhöhung des Saugdruckes bei niedriger Drehzahl erreicht.
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Ein weiterer Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass eingesaugtes Laub oder Unrat weniger leicht zu Verstopfungen im Turbinenbereich führt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Flügelrads ist der erste Abschnitt in der Längsrichtung des mindestens einen Flügels von der Mitte der Grundplatte aus in mindestens einen ersten und einen anschließenden zweiten Unterabschnitt unterteilt, die sich an mindestens einem weiteren Übergangsbereich treffen, wobei der erste Unterabschnitt außerhalb des weiteren Übergangsbereichs eine größere Breite als der zweite Unterabschnitt aufweist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Flügelrads weist der erste Abschnitt an einer zweiten Längskante des mindestens einen Flügels, die von der Grundplatte abgewandt ist, einen Fortsatz auf, der sich von der zweiten Längskante weg erstreckt und in der Drehrichtung des Flügelrads von dem mindestens einen Flügel abgewinkelt ist.
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Ein Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Transport und die Zerkleinerung von aufgesaugtem Material verbessert werden.
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Ein weiterer Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Saugdruck erhöht wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Flügelrads sind die Flügel gemeinsam auf einer Seite der Grundplatte angeordnet und in dem Bereich der Mitte der Grundplatte derart verbunden, um eine polygonale Nabe zu bilden.
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Ein Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass sich die Flügel einfach miteinander verbinden lassen und dadurch eine einfache Struktur einer Nabe gebildet wird, an der eine Drehwelle angeschlossen werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Flügelrads weisen die Grundplatte und/oder die Flügel mindestens eine Ausnehmung oder Öffnung zur Gewichtsreduzierung auf.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flügelrads gemäß der Erfindung;
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2 eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flügelrads gemäß der Erfindung;
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3 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flügelrads gemäß der Erfindung;
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4 eine Seitenansicht eines Flügels eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flügelrads gemäß der Erfindung;
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5 einen Laub- und Abfallsauger gemäß der Erfindung;
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6 ein Beispiel eines Flügelrads mit vier Flügeln; und
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7 ein Flügelrad gemäß dem Stand der Technik mit sechs Flügeln.
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1, 2 und 3 zeigen eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flügelrads gemäß der Erfindung. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Flügels eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flügelrads gemäß der Erfindung.
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Das Flügelrad 100 weist eine kreisförmige Grundplatte 101 und fünf Flügel 102 auf.
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Die Flügel 102 sind mit einer ersten Längskante an einer Oberfläche der Grundplatte 101 stehend angebracht, wobei Seitenflächen der Flügel 102 im Wesentlichen einen rechten Winkel mit der Oberfläche der Grundplatte 101 bilden. Die Grundplatte 101 weist in ihrer Mitte eine kreisförmige Öffnung 103 zum Anbringen der Grundplatte 101 an einer nicht gezeigten Drehwelle eines Laub- und Abfallsaugers auf. Die Flügel 102 erstrecken sich in einer jeweiligen Längsrichtung derselben von einem Bereich um die Öffnung 103 herum in Richtung einer radialen Außenkante 104 der Grundplatte 101.
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Die Flügel 102 sind durch Schweißen, Kleben oder eine Verschraubung etc. an der Oberfläche der Grundplatte 101 angebracht. Die Flügel 102 und die Grundplatte 101 bestehen vorzugsweise aus Metall, wie zum Beispiel einem rostfreien Stahl.
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Die Flügel 102 weisen in der Längsrichtung derselben hin zu der Außenkante 104 der Grundplatte 101 einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt 105 auf. Der erste Abschnitt ist in der Längsrichtung des jeweiligen Flügels 102 hin zu der Außenkante 104 der Grundplatte 101 in drei Unterabschnitte 106, 107 und 108 unterteilt, die in 2 und 4 durch gestrichelte Linien gezeigt sind.
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Die von der Grundplatte 101 abgewandte zweite Längskante 109 eines jeweiligen Flügels 102 beschreibt von dem ersten Unterabschnitt 106 bis zu dem dritten Unterabschnitt 108 eine komische Form des ersten Abschnitts des Flügels 102. Der Flügel 102 ist dazu derart gebildet, dass die zweite Längskante 109 in dem ersten Unterabschnitt 106 im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Grundplatte 101 ist, in dem zweiten Unterabschnitt 107 flach zu der Oberfläche der Grundplatte 101 geneigt ist und schließlich in dem dritten Unterabschnitt 108 stark zu der Oberfläche der Grundplatte 101 geneigt ist. Der erste Abschnitt mit seinen Unterabschnitten 106 bis 108 ist in der Längsrichtung des Flügels 102 vorzugsweise 6 cm lang.
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In dem zweiten Abschnitt 105 ist der Flügel 102 derart gebildet, dass die zweite Längskante 109 des Flügels 102 wieder im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Grundplatte 101 verläuft.
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An die erste Längskante und an die zweite Längskante 109 eines jeweiligen Flügels 102 anschließende Außenkanten 110 verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Grundplatte 101.
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Die Flügel 102 sind an den Außenkanten 110 im Bereich der Mitte der Grundplatte 101 miteinander verbunden, um eine polygonale, d. h. hier fünfeckige, Nabe 111 zu bilden, die die Öffnung 103 der Grundplatte 101 umschließt. Dazu sind die Flügel 102 in einem gleichen Winkelabstand auf der Grundplatte 101 angeordnet.
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Die zweite Längskante 109 eines jeweiligen Flügels 102 ist in dem dritten Unterabschnitt 108 des ersten Abschnitts des jeweiligen Flügels 102 mit einem viereckigen Fortsatz 112 bzw. einer viereckigen Erweiterung versehen. Die Fortsätze 112 der Flügel 102 sind in der Drehrichtung (siehe 1) des Flügelrads 100 von den Flügeln 102 abgewinkelt und somit von den Seitenflächen der Flügel 102 weg geneigt. Die Fortsätze sind vorzugsweise um 20° von den Flügeln 102 abgewinkelt.
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Wenn die Flügel 102 aus einer gestanzten oder geschnittenen Metallplatte gebildet sind, werden die Fortsätze 112 vorzugsweise durch Kröpfen von den Flügeln 102 abgekröpft.
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Die Fortsätze 112 sind vorzugsweise in dem ersten Drittel der Flügel 102 gebildet.
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In der Grundplatte 101 und den Flügeln 102 sind vorzugsweise jeweils fünf Öffnungen 113 bzw. 114 bzw. Ausnehmungen gebildet, um die bewegte Masse des Flügelrads 100 zu reduzieren. Die Öffnungen 113 bzw. 114 sind derart gebildet, dass der Massenschwerpunkt des Flügelrads 100 unverändert in der Mitte der Öffnung 103 der Grundplatte 102 liegt und somit bezüglich der Drehachse ausgewuchtet ist. Die Öffnungen 113 und 114 sind vorzugsweise kreisförmige Bohrungen.
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4 vier zeigt einen Laub- und Abfallsauger 115 gemäß der Erfindung, der beispielsweise zum Saugen von Laub und Abfall geeignet ist.
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Der Laub- und Abfallsauger 115 hat einen Saugrüssel 116 zum Ansaugen von Sauggut, ein Gehäuse 117, in dem das in 1–3 gezeigte Flügelrad 100 untergebracht ist, zum Erzeugen eines Unterdrucks mithilfe des Flügelrads 100 und Transportieren des Saugguts in einen Auswurfschacht 118, und einen Fangbeutel 119 zum Auffangen des aus dem Auswurfschacht 118 ausgeworfenen Saugguts.
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Der Laub- und Abfallsauger 115 weist vorzugsweise zum Bewegen des Laub- und Abfallsaugers 115 und zum Antreiben des Flügelrads 100 einen Elektromotor (nicht gezeigt) auf.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben ist, ist dieselbe darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Die Flügel 102 in 1–4 sind alternativ mit der Grundplatte 101 aus einem Stück gebildet. Das Flügelrad 100 weist alternativ eine andere Zahl von Flügeln 102, wie zum Beispiel drei, vier oder sechs Flügel auf. Alternativ sind ferner abhängig von der Konstruktion des Laub- und Abfallsaugers Flügel an beiden Oberflächen der Grundplatte 101 gebildet.
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Im Gegensatz zu dem stückweise bzw. abschnittsweise von der Mitte des Flügelrads 100 weg linear abfallenden Verlauf der zweiten Längskante 109 in dem ersten Abschnitt der Flügel 102, wie es in 2 und 4 gezeigt ist, ist bei Alternativen der Erfindung die Steigung der zweiten Längskante 109 in Bezug auf die Oberfläche der Grundplatte 101 kontinuierlich geändert. Die zweite Längskante 109 ist ferner alternativ in dem ersten Abschnitt eines Flügels 102 aus einem, zwei oder einer anderen Zahl als drei linear oder nicht linear verlaufenden Stücken gebildet.
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In dem zweiten Abschnitt 105 ist der Flügel 102 alternativ derart gebildet, dass die zweite Längskante 109 von der Mitte des Flügelrads 100 weg leicht in Richtung der Grundplatte 101 abfällt.
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Die in 1–4 gezeigten Fortsätze 112 sind alternativ dreieckig, rund etc. geformt. Die Öffnungen 113 und/oder 114 haben alternativ eine eckige oder andere Form und/oder werden durch Schneiden, Stanzen etc. hergestellt.
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Die Erfindung ist sowohl bei elektrisch betriebenen als auch durch Verbrennungsmotoren etc. betriebenen Laub- und Abfallsaugern vorteilhaft anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 600, 700
- Flügelrad
- 101, 601
- Grundplatte
- 102, 602
- Flügel
- 103
- Öffnung
- 104
- Außenkante
- 105
- zweiter Abschnitt
- 106
- erster Unterabschnitt
- 107
- zweiter Unterabschnitt
- 108
- dritter Unterabschnitt
- 109
- zweite Längskante
- 110
- Außenkanten
- 111
- Nabe
- 112
- Fortsatz
- 113
- Öffnung
- 114
- Öffnung
- 115
- Laub- und Abfallsauger
- 116
- Saugrüssel
- 117
- Gehäuse
- 118
- Auswurfschacht
- 119
- Fangbeutel
- 701
- Rotorscheibe
- 702
- Rotorflügel
- 705
- radial äußerer Abschnitt
- 706
- radial innerer Abschnitt
- 720
- Windleitsteg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013102470 U1 [0009]
