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Turbine für einen
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Auto- oder Campinghandstaubsauger Die Erfindung betrifft eine Turbine
für einen Auto- oder Campinghandstaubsauger der aus einem Gehäuse besteht und eine
Luft#iltereinheit,eine Staubauffangeinheit und eine elektromotorische Antriebseinheit
aufweist.
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Für Säuberung von Automobilen, Campingwagen oder dergleichen ist ein
Staubsauger mit geringer äußerer Abmessung besonders vorteilhaft, weil damit auf
der einen Seite in weniger gut zugänglichen Ecken z.B. unter den Sitzen gesaugt
werden kann und weil auf der anderen Seite ein kleiner handlicher Staubsauger besser
transportiert und verstaut werden kann. In Automobilen, Wohnwagen und Motor- oder
Segelyachten steht in der Regel nicht viel Platz für derartige Geräte zur Verfügung.
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Herkömmliche Handstaubsauger entäuschen inat besondere hinsichtlich
der Saugleistung und des Energieverbrauchs. Auf Grund dieses Sachverhaltes konnten
sich die heute auf dem Markt befindlichen Autostaubsauger auch nicht durchsetzen.
Die schlechte Saugleistung der Autostaubsauger führte vielmehr dazu, daß viele Käufer
von Autostaubsaugern wegen der geringen Saugleistung die gekauften Geräte nicht
mehr benutzen. Aus diesem Grunde genießen Autostaubsauger keinen sehr guten Ruf.
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Auf der anderen Seite ist es schwierig in einen kleinen Staubsauger
eine Einrichtung unterzubringen mit großer Saugleistung. Es ist kompliziert einen
starken und schweren Antriebsmotor in ein
kleines Gehäuse unterzubringen.
Da mit zunehmender Größe der Leit- und Schaufelräder der Turbine natürlich auch
die Saugleistung zunimmt ist es ebenfalls auch aus diesem Grunde schwierig einen
Autostaubsauger mit großer Saugleistung, relativ geringen Abmessungen und kleinem
Gewicht zu schaffen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Turbine für einen Auto- und
Campinghandstaubsauger vorzuschlagen die trotz relativ geringer äußerer Abmessungen
eine Saugleistung aufweist, die mit großen fahrbaren Staubsaugern vergleichbar und
der trotzdem leicht und handhabbar ist. Insbesondere soll die Stromaufnahme des
Ha nds taubsaugers reduziert werden, um das Betreiben mittels eine begrenzte Stromspeicherkapazität
aufweisenden 12 Volt Autobatterien zu örleichtern.
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Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 bis 4 niedergelegte
Lehre gelöst.
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Durch die spezielle Turbinenausbildung mit mindestens zwei stationären
Leiträdern und mindestens drei antreibbaren Schaufeirädern wurde in überraschender
und nicht vorhersehbarer Weise eine Steigerung des Wirkungsgrades um mehr als 30%
erzielt.
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Für diese beträchtliche Steigerung des Wirkungsgrades ist weiterhin
die spezielle Gestaltung der stationären Leiträder und der rotierenden Schaufelräder
zueinander maßgeblich. Dadurch, daß die mittige kreisförmige Öffnung in den Leiträdern
mit einer axial verlängerten Umlenkrundang ausgebildet ist, die bis in die kreisförmige
Öffnung
der inneren Scheibe der Schaufelräder ragt, wird eine gute Abdichtung zwischen beiden
Teilen erreicht, wodurch wiederum die Saugleistung gesteigert wird. Da insbesondere
die stationären Leiträder die Luftbeschleunigung hervorrufen, wurde auch der Gestaltung
der Leiträder besondere Aufmerksamkeit geschenkt.
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In überraschender Weise wurde gefunden, daß die Ausbildung des Leitrades
an seiner, der geschlossenen Seite des Schaufelrades zugewandten Seite mit einer
tellerförmig zum Außenrand hochgezogenen Luftleitfläche eine beträchtliche Steigerung
des Wirkungsgrades nach sich zieht, weil dadurch schädliche Wirbelbildungen in diesem
Bereich vermieden werden.
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Durch die Anordnung von radial nach außen auslaufenden Leitschaufeln
auf den tellerförmig zum Außenrand hochgezogenen Luftleitflächen des Leitrades wurde
die Beschleunigung des Luftstromes nach innen zur kreisförmigen Öffnung des Leitrades
nochmals erheblich verbessert. Die Luftbesohleunigung und somit der Wirkungsgrad
des Handstaubsaugers wird hervorgerufen durch die zur Mitte des Leitrades sich düsenartig
vermindernden Abstände der Leitschaufeln auf dem stationären Leitrad.
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In nicht zu erwartender Weise wurde weiterhin gefunden, daß auch die
Anzahl der Leitschaufeln auf dem stationären Leitrad als auch des rotierenden Schaufelrades
für den Wirkungsgrad eines Staubsaugers mitverantwortlich sind.
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Eine Steigerung der Anzahl der Leitschaufeln brachte ebenfalls eine
Verbesserung des Wirkungsgrades, wobei die besten Ergebnisse erzielt wurden, wenn
sowohl auf dem Leitrad als auch auf dem Schaufelrad Je 6 spiralförmig von außen
sich nach innen zur jeweiligen kreisförmigen Öffnung erstreckenden Leitschaufeln
vorgesehen werden. Brauchbare Ergebnisse wurden noch mit vier jeweiligen Leitschaufeln
auf den Leit- bzw. Schaufelledern erzielt. Bei weniger als vier Leitschaufeln fiel
die Leistung merklich ab.
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Gemäß einer weiteren in Anspruch 2 beschriebenen in der Herstellung
und hinsichtlich einer vibrationsfreien Stabilität besonders guten Ausführungsform
kann das Schaufelrad aus einer geschlossenen Scheibe und einer mittig mit einer
kreisförmigen Öffnung ausgebildeten Scheibe bestehen, zwischen denen beide Scheiben
miteinander verbindende, teilspiralförmig ausgebildete Leitschaufeln angeordnet
sind. Die Leitschaufeln verlaufen spiralförmig von außen auf den kreisförmigen Ausschnitt
der Innenscheibe, wobei der Abstand der Schaufeln sich vom äußeren Durchmesser der
Scheibe zur kreisförmigen Öffnung gleichmäßig verringert. Das Schaufelrad kann in
dieser Ausbildung einstückig und als Kunststoffspritzgußteil ausgebildet sein.
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In Anspruch 3 wird eine besonders vorteilhafte Ausbildung, insbesondere
hinsichtlich der Turbinenherstellung beschrieben. Dadurch, daß die mindestens vorgesehenen
drei Schaufelräder aus einem Stück beispielsweise aus Kunststoff in einer Spritzgußmaschine
hergestellt
werden, sind sowohl hinsichtlich der Herstellungszeit,
als auch des Zusammenbaus der Turbine erhebliche Vorteile zu erwarten.
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Da in diesem Fall die stationären Leiträder axial mittig geteilt ausgebildet
und mittels geeigneter Steckverbindungen versehen sind, um eine Montage zwischen
den SchauRelrädern zu ermöglichen, gewährt diese Ausführungsform eine beträchtliche
Fertigungserleichterung der Turbine.
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Eine vorteilhafte Gestaltung des Gehäuses der Turbine wird in Anspruch
4 offenbart. Ein derartig gestaltetes Turbinengehäuse ermöglicht einen einfachen
Zusammenbau mittels wenig#er Handgriffe, wobei ein sehr stabiles und vibrationafrei
funktionierendes Turbinengehäuse erhalten wird.
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Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 ein Turbinengehäuse im Längs'schnitt Fig. 2 einen Querschnitt gem.
A-B in Fig. 1 Mit i wird der untere Gehäusetopf, mit 2 der mittlere und mit 3 der
obere Gehäuses topf gekennzeichnet. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel weist
eine aus einem Stuück bestehenden Schaufeleinheit 4 auf, die gebildet wird durch
eine gemeinsame Achse lg und den damit verbundenen Schaufelrädern 4a, 4b und 4c.
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Durch den mittleren Gehäusetopf 2 werden Leiträder 5 und 6 ortsfest
gehalten. Die Schaufelradeinheit 4 wird mittels festgesetzer Mutter 7 auf WelleE
gehalten, die mit einer elektromotorisehen nicht dargestellten Antriebseinheit in
Verbindung steht.
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Die Schaufelräder bestehen aud einer kreisförmigen, geschlossenen
Scheibe 10 und einer inneren Scheibe 9 die eine axiale kreisförmige Öffnung 11 aufweist.
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Die Leiträder 5 und 6 weisen ebenfalls eine kreisförmige, Öffnung
12 auf, die in etwa dem Durchmesser der kreisförmigen Öffnung ii entspricht.
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Die kreisförmige Öffnung 12 weist eine abgerundete Umlenkrundung 13
auf, die sich mit ihrem Rand in die kreisförmige Öffnung 11 der Schaufelräder unter
Belassung eines Laufspiels einpaßt.
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Leiträder 5 und 6 weisen eine tellerfömig nach außen hochgezogene
Luftleitfiäche i4 auf, auf der radiale zusätzliche Leitflächen 15 angeordnet sind,
die teilspiralförmig von außen zur kreisförmigen zentralen Öffnung 12 verlaufen.
Der Abstand zwischen den Leitf chen 14 verringert sich düsenartig zur zentralen
kreisförmigen Öffnung 12 hin, so daß die durch die Schaufelräder 4 in die Leiträder
5 und 6 unter hoher Geschwindigkeit geförderte Luft eine zusätzliche Beschleunigung
erfährt.
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Zwischen der geschlossenen kreisförmigen Scheibe u. der inneren mit
der kreisförmigen Öffnung il ausgebildeten Scheibe 9 der Schaufelräder 4 a, 4b und
4c sind Leitschaufeln 16 angeordnet.
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Funktionsweise der Turbine: Die Luft "Q" wird durch Lufteinlaßöffnung
17, an die nichtgezeigte Ansaugrohre angeschlossen sind, angesaugt und erfährt durch
das Schaufelrad 4 c eine radiale auf den oberen Gehäusetopf 1 wirkende Bewegung.
Leitschaufeln 16 drücken die Luft in das Leitrad 6. In Leitrad 6 wird die Luft von
außen nach innen zur zentralen kreisförmigen Öffnung 12 gedrückt und erfährt durch
die sich düsenartig im Ab--stand spiralförmig verringernden Leitschaufeln 15 eine
erhebliche Beschleunigung.
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Nach Austritt aus dem Leitrad 6 wird die Luft vom zweiten Schaufelrad
4 b erfaßt und zum zweiten Leitrad 5 gefördert wobei eine erneute zusätzliche Beschleunigung
erreicht wird. Danach wird der Luftstrom vom Schaufelrad 4a erfaßt und durch Auslaßöffnung
18 in den Motorraum bzw. in die Atmosphäre abgeleitet.
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Versuche ergaben, daß normale Hausstaubsauger pro Milimeter Wassersäule
Saugkraft 0,26 bis 0,29 Watt benötigten, im Mittel also 0,275-Watt.
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Wurde eine Turbine eingesetzt gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1
so wurden pro Milimeter Wassersäule nur 0,15 bis 0,19 Watt benötigt, im Mittel also
0,17 Watt.
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Daraus ergibt sich eine Leistungssteigerung um fast 40%, die in erster
Linie auf die Anordnung von mindestens 3 Schaufelräder und 2 Leiträder sowie auf
die Zuordnung und Abdichtung der zentralen Öffnungen in Schaufel-und Leiträdern
zurückzuführen ist.
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Aus den obengemachten Angaben ergibt sich, daß bei üblichen Ilausstaubsaugern
mit Elektromotoren mit einer Stromaufnahme von 650 Watt ein Saugkraft von ca. 2500
mm Wassersäule erreicht werden.
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An eine Turbine gemäß vorliegender Erfindung wurde ebenfalls ein Elektromotor
angeschlossen mit einer Stromaufnahme von 650 Watt und es wurde eine Saugkraft erzielt
von ca. 3500 mm Wassers#U1e.
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Die erwähnten Vergleichsangaben belegen eindeutig die ungewdhnlich
hohe Steigerung der Saugkraft der erfindungsgemä.ßen Turbine, wobei insbesondere
hervorzuheben ist, daß die Steigerung auf die Ausbildung der Turbine zurückzuführen
ist und nicht durch einen stärkeren Elektromotor hervorgerufen wurde.
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Bisher ist die Fachwelt davon ausgegangen, daß eine Steigerung der
Saugkraft primär durch die Installation einer stärkeren Antriebseinheit zu erzielen
ist. Daher hat man sich damit abgefunden, daß Autostaubsauger nur eine geringe Saugleistung
erbringen können, weil sinnvoller Weise keine starken Antriebseinheiten untergebracht
und auch nicht von Autobatterien gespeist werden können.
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Erst durch die ,Abkehr von diesem iibliichen Weg wurde es möglich
auch in Autostaubsaugern geringer äußerer Abmessungen eine hohe Saugleistung unterzubringen,
wobei besonders hervorgehoben werden muß, daß durch geringe Stromaufnahme der Turbine
sich diese besonders für 12 Volt Stromanlagen eignet.
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Aber auch wenn die erfindungsgemäße Turbine in üblichen Hausstaubsaugern
eingesetzt wird, kann bei gleicher Saugleistung eine erhebliche Reduzierung der
Stromaufnahme sichergestellt werden, was bei ständig steigenden Energiekosten von
großer Bedeutung ist.
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L e e r s e i t e