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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Zyklonstaubsauger.
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Zyklonstaubsauger
weisen typischerweise einen Eintritt für verunreinigte Luft, einen
Austritt für saubere
Luft, einen Luftstromweg zwischen dem Eintritt und dem Austritt
und eine Schmutz- und Staubabscheidevorrichtung auf, die im Lufstromweg
zwischen dem Eintritt für
verunreinigte Luft und dem Austritt für saubere Luft angeordnet ist.
Die Schmutz- und Staubabscheidevorrichtung weist einen Zentrifugalabscheider
mit einer zylindrischen oder kegelförmigen Kammer mit einem tangentialen
Eintritt an einem ersten Ende und einem Schmutz- und Staubsammelabschnitt
am zweiten Ende entgegengesetzt dem ersten Ende auf. Bei Benutzung
wird verunreinigte Luft in den Staubsauger mittels einer Lüfter- und
Motoreinheit durch den Eintritt für verunreinigte Luft angesaugt.
Die verunreinigte Luft wird zum Zentrifugalabscheider geführt, wo
sie in die zylindrische oder kegelförmige Kammer über den
tangentialen Eintritt gelangt. Der Schmutz und Staub werden aus dem
Luftstrom innerhalb der Kammer abgeschieden und im Schmutz- und
Staubsammelabschnitt davon gesammelt, während die saubere Luft den
Staubsauger über
den Austritt für
saubere Luft verlässt.
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Der
Begriff „Zyklonstaubsauger" ist bei jedem Typ
von Staubsauger anwendbar, einschließlich der aufrechtstehenden,
Zylinder- oder Kanister-, Rücken-,
Industrie- und Roboterstaubsauger. Viele Arten von Zyklonstaubsaugern
sind bekannt. Beispiele für
aufrechtstehende Zyklonstaubsauger werden unter anderem im
EP 0042723 ,
EP 0037674 ,
EP 0636338 ,
US 4593429 und US Re 32257 gezeigt
und beschrieben, Ein Rückenzyklonstaubsauger
wird im
US 5267371 und
ein Zylinderryklonstaubsauger im
EP
0778745 offenbart.
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Im
allgemeinen ist bei bekannten Zyklonstaubsaugern die Zyklonanordnung
so, dass bei normalen Betriebsarten der Zyklon so ausgerichtet ist, dass
dessen Längsachse
entweder vertikal oder unter einem spitzen Winkel geneigt zur Vertikalen
verläuft.
Das soll gestatten, dass die Einflüsse der Schwerkraft das Sammeln
von Schmutz und Staub unterstützen,
die aus dem Luftstrom abgeschieden werden. Der gesammelte Schmutz
und Staub fällt
auf das Ende des Behälters,
der vom Eintritt abgelegen ist, und wird dort gesammelt. Bei bestimmten
Anordnungen umfasst der Zyklonabscheider zwei (oder mehr) Zyklone.
In allen Fällen
sind beide oder alle Zyklone jedoch so angeordnet, dass die Achsen
der Zyklone bei der normalen Betriebsart vertikal oder unter einem
spitzen Winkel zur Vertikalen geneigt sind, so dass die Einflüsse der
Schwerkraft für
das Unterstützen
der Abscheidung und des Sammelns des abgeschiedenen Schmutzes und
Staubes gut genutzt werden können.
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Es
gibt Fälle,
bei denen die vertikale Höhe
eines Staubsaugers vorzugsweise auf einem Minimum gehalten wird,
beispielsweise, wenn der Staubsauger unter Möbelteilen oder in anderen Bereichen
mit einer Höhenbeschränkung verwendet
werden soll. Staubsauger des bereits bekannten Typs können über eine
kurze Zeitdauer in einer Betriebsart benutzt werden, die den Zyklonabscheider
in eine oder nahezu eine horizontale Position (d.h., wobei die Achse des
Zyklons horizontal liegt) bringt, aber die Einflüsse der Schwerkraft gehen dann
verloren, und die Ausrichtung des Zyklons und seiner Sammelkammer oder
seines Behälters
können
zu einem verringerten Abscheidungswirkungsgrad des Zyklons führen. Es wird
daher im allgemeinen verstanden, dass ein Zyklon, der so ausgerichtet
ist, dass seine Achse horizontal liegt, nicht so wirksam bei der
Abscheidung von Schmutz und Staub aus einem Luftstrom ist wie einer,
dessen Achse vertikal angeordnet ist oder höchstens unter einem spitzen
Winkel zur Vertikalen geneigt ist. Unsere mit angemeldete Internationale Patentanmeldung
WO 00/36968 beschreibt einen Zyklonstaubsauger, wo der Zyklonabscheider
so montiert ist, dass seine Längsachse
in einer im wesentlichen horizontalen Position liegt. Das minimiert die
vertikale Höhe
des Staubsaugers. Wir ermittelten, dass es unter bestimmten Umständen möglich ist, dass
der Staub wieder im Luftstrom während
der Benutzung mitgerissen wird, oder dass der Staub aus dem Eintritt
herausfällt,
wenn ein derartiger Staubsauger geleert wird.
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Die
vorliegende Erfindung strebt danach, einen verbesserten Zyklonstaubsauger
der Art bereitzustellen, die in einer im wesentlichen horizontalen Position
funktionieren kann.
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Ein
Aspekt der Erfindung stellt einen Staubsauger bereit, der eine Zyklonabscheideanlage
aufweist, wobei die Anlage eine Kammer mit einem Eintritt für verunreinigte
Luft und einen Austritt für
saubere Luft an einem ersten Ende davon und einen Schmutzsammelabschnitt
an einem zweiten Ende davon aufweist, wobei die Anlage bei Benutzung
verunreinigte Luft, die in den Eintritt gelangt, mittels einer Zentrifugalabscheidung
reinigt und den Schmutz im Schmutzsammelabschnitt lagert, wobei
die Zyklonabscheideanlage am Staubsauger so gehalten wird, dass
sich der Eintritt in einem unteren Abschnitt des ersten Endes der
Kammer befindet und so, dass bei normaler Benutzung die Längsachse
der Kammer in einer im wesentlichen horizontalen Position liegt
oder dazu veranlasst werden kann, in dieser zu liegen, und worin
ein Abschirmelement am Eintritt für das Abschirmen des Eintrittes
vom Schmutzsammelabschnitt der Kammer vorhanden ist.
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Das
hilft dabei, einen Zyklonstaubsauger bereitzustellen, der in der
vertikalen Richtung kompakt ist, und der daher innerhalb begrenzter
Bereiche mit Höheneinschränkungen
reinigen kann, während
das Abschirmelement die Probleme des erneuten Mitreißens von
Staub während
des horizontalen Betriebes oder den Verlust an Staub während des
Entfernens der Abscheideanlage aus dem Staubsauger minimiert.
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Eine
Anwendung des Staubsaugers ist das Gebiet der Roboterstaubsauger,
d.h., der Staubsauger, die eine Navigationsanlage und Sensoren tragen,
die gestatten werden, dass sich der Staubsauger selbst in einem
Raum oder anderem zu reinigenden Bereich ohne menschliches Eingreifen
navigieren wird. Bei einer derartigen Anwendung umfasst der Staubsauger
Stützräder, eine
Antriebseinrichtung für
das Antreiben der Räder,
Sensoren für
das Erfassen von Gegenständen
im Weg des Staubsaugers und eine Steuereinrichtung für das Vermeiden
eines Kontaktes mit derartigen Gegenständen. Die Erfindung ist jedoch
bei Staubsaugern anwendbar, die dem Wesen nach keine Roboter sind.
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Vorzugsweise
ist die Umfangslänge
des Abschirmelementes mindestens so groß wie die Umfangslänge des
Eintrittes, so dass die Abschirmung den Eintritt vollständig bedeckt.
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Die
Abschirmung kann die Form einer Rippe annehmen, die sich radial
nach innen von einer Außenwand
der Kammer erstreckt. Vorteilhafterweise weist die Abscheideanlage
eine spiralförmige
Eintrittsführung
auf, die sich von einer Seite des Eintrittes erstreckt, und die
Abschirmung erstreckt sich parallel zur Eintrittsführung auf
der anderen Seite des Eintrittes. Das Abschirmelement kann eine
Verlängerung
der spiralförmigen
Eintrittsführung
sein, die den Anfang einer zweiten Umdrehung um die Kammer bildet.
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Vorzugsweise
erstreckt sich die Abschirmung nach innen von einer Außenwand
der Kammer, um auf einen Einsatz zu treffen, der in das Innere der Kammer
angrenzend an den Eintritt passt. Tatsächlich kann die Abschirmung
zusammenhängend
mit dem Einsatz gebildet werden. Der Einsatz kann eine Abdeckung
sein.
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Vorzugsweise
ist der Eintritt in einer im wesentlichen vertikalen Richtung ausgerichtet,
und die Abschirmung erstreckt sich vertikal längs des Eintrittes.
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Vorzugsweise
ist die Abscheideanlage über dem
Staubsaugerkopf des Staubsaugers montiert und direkt mit einem Austritt
des Staubsaugerkopfes gekoppelt. Es wurde ermittelt, dass die Abschirmung eine
Strombegradigungswirkung bringt, die gestattet, dass der Eintritt
zur Abscheideanlage dichter am Staubsaugerkopf positioniert werden
kann.
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Vorzugsweise
ist der Eintritt zur Abscheideanlage ein tangentialer Eintritt durch
die Seite der Kammer.
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Weitere
charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus
der folgenden Beschreibung einer Ausführung der Erfindung ersichtlich
werden, die nur als Beispiel vorgelegt wird und nicht als einschränkend gedacht
ist, wobei man sich auf die folgenden Zeichnungen bezieht, die zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Staubsaugers entsprechend der
Erfindung;
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2 eine
Draufsicht des Staubsaugers aus 1;
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3 eine
Hinteransicht des Staubsaugers aus 1;
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4 eine
Seitenansicht des Staubsaugers aus 1;
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5 eine
Unteransicht des Staubsaugers aus 1;
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6 eine
Schnittdarstellung längs
der Linie V-V in 2;
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7 eine
Schnittdarstellung längs
der Linie VI-VI in 6, die nur den Staubsaugerkopf
und den Zyklonabscheider des Staubsaugers aus 1 zeigt;
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8 eine
seitliche perspektivische Darstellung einer Abdeckungs- und Eintrittsabschnittsbaugruppe
entsprechend einer Ausführung
der Erfindung;
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9 eine
seitliche perspektivische Darstellung eines Teils einer Zyklonabscheideanlage;
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10 eine
perspektivische Darstellung einer Abdeckung in Übereinstimmung mit einer Ausführung der
Erfindung;
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11 eine
Seitenansicht der Abdeckung aus 10;
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12 eine
Seitenansicht eines anderen Typs von Staubsauger, bei dem die Erfindung
zur Anwendung gebracht werden kann; und
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13 eine
Schnittdarstellung durch den Staubsauger aus 12.
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Der
Staubsauger 10, der in den Zeichnungen gezeigt wird, weist
ein tragendes Chassis 12 auf, das im allgemeinen eine kreisförmige Form
aufweist und auf zwei Abtriebsrädern 14 und
einem Schwenkrad 16 getragen wird. Das Chassis 12 wird
vorzugsweise aus hochfestem geformtem Kunststoffmaterial hergestellt,
wie beispielsweise ABS, kann aber gleichermaßen aus Metall hergestellt
werden, wie beispielsweise Aluminium oder Stahl. Das Chassis 12 liefert eine
Auflage für
die Bauteile des Staubsaugers 10, was nachfolgend beschrieben
wird. Die Abtriebsräder 14 sind
an beiden Enden eines Durchmessers des Chassis 12 angeordnet,
wobei der Durchmesser senkrecht zur Längsachse 18 des Staubsaugers 10 liegt.
Jedes Abtriebsrad 14 ist aus einem hochfesten Kunststoffmaterial
geformt und trägt
ein vergleichsweise weiches, gerilltes Band um seinen Umfang herum,
um den Griff des Rades 14 zu verbessern, wenn sich der
Staubsauger 10 über
einen glatten Fußboden
bewegt. Das weiche, gerillte Band verbessert ebenfalls die Fähigkeit
der Räder,
auf kleine Hindernisse zu steigen und darüber zu klettern. Die Abtriebsräder 14 sind
unabhängig
voneinander mittels Stützlagern
(nicht gezeigt) montiert, und jedes Abtriebsrad 14 ist
direkt mit einem Motor 15 verbunden, der das entsprechende
Rad 14 in entweder einer Vorwärtsrichtung oder einer Rückwärtsrichtung
antreiben kann. Durch Antreiben beider Räder 14 vorwärts mit
der gleichen Drehzahl kann der Staubsauger 10 in einer
Vorwärtsrichtung
angetrieben werden. Durch Antreiben beider Räder 14 in einer Rückwärtsrichtung
mit der gleichen Drehzahl kann der Staubsauger 10 in einer
Rückwärtsrichtung
angetrieben werden. Durch Antreiben der Räder 14 in entgegengesetzten Richtungen
kann der Staubsauger 10 veranlasst werden, sich um seine
eigene Mittelachse zu drehen, um so ein Wendemanöver zu bewirken. Das vorangehend
erwähnte
Verfahren des Antreibens eines Fahrzeuges ist gut bekannt und wird
daher hierin nicht weiter beschrieben.
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Das
Schwenkrad 16 ist im Durchmesser bedeutend kleiner als
die Abtriebsräder 14,
wie beispielsweise in 4 gesehen werden kann. Das Schwenkrad 16 wird
nicht angetrieben und dient nur dazu, das Chassis 12 an
der Hinterseite des Staubsaugers 10 zu stützen. Die
Stelle des Schwenkrades 16 am hinteren Rand des Chassis 12 und
die Tatsache, dass das Schwenkrad 16 mittels eines Schwenkgelenkes 20 schwenkbar
am Chassis montiert ist, gestatten, dass das Rad 16 hinter
dem Staubsauger 10 in einer Weise nachläuft, die die Manövrierfähigkeit
des Staubsaugers 10 nicht behindert, während er mittels der Abtriebsräder 14 angetrieben
wird. Das Schwenkgelenk 20 wird am deutlichsten in 6 gezeigt.
Das Schwenkrad 16 ist fest an einem sich nach oben erstreckenden
zylindrischen Element 20a befestigt, das durch ein ringförmiges Gehäuse 20b aufgenommen
wird, um eine ungehinderte Drehbewegung des zylindrischen Elementes 20a darin
zu gestatten. Diese Art der Anordnung ist gut bekannt. Das Schwenkrad 16 kann
aus einem geformten Kunstsfoffmaterial hergestellt werden, oder
es kann aus einem anderen synthetischen Material geformt werden,
wie beispielsweise Nylon.
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Auf
der Unterseite des Chassis 12 ist ein Staubsaugerkopf 22 montiert,
der eine Ansaugöffnung 24 umfasst,
die zu der Oberfläche
hin liegt, auf der der Staubsauger 10 getragen wird. Die
Ansaugöffnung 24 ist
im wesentlichen rechteckig und erstreckt sich über den größten Teil der Breite des Staubsaugerkopfes 22.
Eine Bürstenstange 26 ist drehbar
in der Ansaugöffnung 24 montiert,
und ein Motor 28 ist am Staubsaugerkopf 22 für das Antreiben
der Bürstenstange 26 mittels
eines Antriebsriemens (nicht gezeigt) montiert, der sich zwischen
einer Welle des Motors 28 und der Bürstenstange 26 erstreckt.
Der Staubsaugerkopf 22 ist am Chassis 12 so montiert,
dass der Staubsaugerkopf 22 auf der zu reinigenden Oberfläche schweben
kann. Das wird bei dieser Ausführung
dadurch zustande gebracht, dass der Staubsaugerkopf 22 drehbar
mit einem Arm (nicht gezeigt) verbunden wird, der wiederum mit der Unterseite
des Chassis 12 drehbar verbunden wird. Die doppelte Gelenkigkeit
der Verbindung zwischen dem Staubsaugerkopf 22 und dem
Chassis 12 gestattet, dass sich der Staubsaugerkopf ungehindert
in einer vertikalen Richtung mit Bezugnahme auf das Chassis 12 bewegt.
Das ermöglicht,
dass der Staubsaugerkopf über
kleine Hindernisse klettert, wie beispielsweise Bücher, Magazine,
Teppichränder,
usw. Hindernisse mit einer Höhe
von bis zu annähernd
25 mm können
auf diese Weise überwunden
werden. Eine elastische Verbindung 30 (siehe 7)
ist zwischen einem hinteren Abschnitt des Staubsaugerkopfes 22 und
einer Eintrittsöffnung 32 (siehe
ebenfalls 7) angeordnet, die im Chassis 12 angeordnet
ist. Die elastische Verbindung 30 besteht aus einer rollenden
Dichtung, von der ein Ende abdichtend an der stromaufwärts gelegenen Öffnung der
Eintrittsöffnung 32 angebracht
ist, und von der das andere Ende abdichtend am Staubsaugerkopf 22 angebracht
ist. Wenn sich der Staubsaugerkopf 22 mit Bezugnahme auf
das Chassis 12 nach oben bewegt, verzerrt sich oder knautscht
die rollende Dichtung 30, um die Aufwärtsbewegung des Staubsaugerkopfes 22 aufzunehmen.
Wenn sich der Staubsaugerkopf 22 nach unten mit Bezugnahme
auf das Chassis 12 bewegt, breitet sich die rollende Dichtung 30 auseinander
oder erstreckt sich in eine ausgezogene Position, um die Abwärtsbewegung
aufzunehmen.
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Um
den Staubsaugerkopf 22 bei der Bewegung vertikal nach oben
zu unterstützen,
wenn man einem Hindernis begegnet, sind nach vom vorstehende Abschrägungen 36 am
vorderen Rand des Staubsaugerkopfes 22 vorhanden. In dem
Fall, dass man einem Hindernis begegnet, wird das Hindernis anfangs
an die Abschrägungen 36 anstoßen, und
die Neigung der Abschrägungen
wird dann den Staubsaugerkopf 22 über das betreffende Hindernis
heben, um zu vermeiden, dass der Staubsauger 10 am Hindernis
steckenbleibt. Der Staubsaugerkopf 22 wird in einer abgesenkten
Position in 6 und in einer angehobenen Position
in 4 gezeigt. Das Schwenkrad 16 umfasst
ebenfalls einen angeschrägten
Abschnitt 17, der eine zusätzliche Unterstützung liefert, wenn
der Staubsauger 10 einem Hindernis begegnet und darüber hinwegklettern
muss. Auf diese Weise wird das Schwenkrad 16 nicht am Hindernis
steckenbleiben, nachdem der Staubsaugerkopf 22 darüber hinweggeklettert
ist.
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Wie
aus 2 und 5 gesehen werden kann, ist der
Staubsaugerkopf 22 asymmetrisch am Chassis 12 montiert,
so dass eine Seite des Staubsaugerkopfes 22 über den
allgemeinen Umfang des Chassis 12 vorsteht. Das gestattet,
dass der Staubsauger 10 bis zum Rand eines Raumes auf der
Seite des Staubsaugers 10 reinigt, auf der der Staubsaugerkopf 22 vorsteht.
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Das
Chassis 12 trägt
eine Vielzahl von Sensoren 40, die so konstruiert und angeordnet
sind, dass sie Hindernisse im Weg des Staubsaugers 10 und
seiner Nähe
zu beispielsweise einer Wand oder einer anderen Grenze, wie beispielsweise
einem Möbelstück, nachweisen.
Die Sensoren 40 weisen mehrere Ultraschallsensoren und
mehrere Infrarotsensoren auf. Die in 1 und 4 veranschaulichte
Anordnung ist nicht als Einschränkung
gedacht, und die Anordnung der Sensoren ist nicht ein Teil der vorliegenden
Erfindung. Es genügt
zu sagen, dass der Staubsauger 10 ausreichende Sensoren
und Detektoren 40 trägt,
damit sich der Staubersauger 10 selbst führen kann
oder um einen vordefinierten Bereich geführt werden kann, so dass der
Bereich gereinigt werden kann. Eine Steuer-Software, die Navigationsregler
und Lenkvorrichtungen aufweist, ist innerhalb eines Gehäuses 42 untergebracht,
das sich unterhalb einer Schalttafel 44 oder anderswo innerhalb des
Staubsaugers befindet. Batterieteile 46 sind am Chassis 12 nach
innen von den Abtriebsrädern 14 montiert,
um die Motoren für
das Antreiben der Räder 14 und
die Steuer-Software
mit Strom zu versorgen. Die Batterieteile 46 sind entfernbar,
damit sie zu einem Batterieladegerät (nicht gezeigt) transportiert werden
können.
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Der
Staubsauger 10 umfasst ebenfalls eine Motor- und Lüftereinheit 50,
die auf dem Chassis 12 für das Ansaugen von verunreinigter
Luft in den Staubsauger 10 mittels der Ansaugöffnung 24 im Staubsaugerkopf 22 getragen
wird. Das Chassis 12 trägt
ebenfalls einen Zyklonabscheider 52 für das Abscheiden von Schmutz
und Staub aus der in den Staubsauger 10 angesaugten Luft.
Die charakteristischen Merkmale des Zyklonabscheiders 52 werden am
besten aus 6 und 7 erkennbar.
Der Zyklonabscheider 52 weist einen äußeren Zyklon 54 und
einen inneren Zyklon 56 auf, der konzentrisch dazu angeordnet
ist, wobei bei beiden Zyklonen 54, 56 ihre koaxialen
Achsen horizontal liegen. Der äußere Zyklon 54 weist
einen Eintrittsabschnitt 58 auf, der direkt mit der Eintrittsöffnung 32 in
Verbindung steht, wie in 7 gezeigt wird. Die Eintrittsöffnung 32 und
der Eintrittsabschnitt 58 liefern gemeinsam einen Eintritt
in den äußeren Zyklon 54,
der tangential ist. Die Richtung des tangentialen Eintrittes ist
vertikal nach oben, wie in 7 gezeigt
wird. Aus 7 wird ebenfalls ersichtlich,
dass der Eintritt, insbesondere dessen unterer Rand 33,
so angeordnet ist, dass er sich über
dem untersten Rand oder der Seite 35 des äußeren Zyklons 54 befindet.
Das hilft dabei, ein erneutes Mitreißen von Schmutz und Staub im Luftstrom
während
der Funktion zu verhindern. Der Eintrittsabschnitt 58 ist
zylindrisch und weist eine Stirnwand 60 auf, die im allgemeinen
spiralförmig
ist. Der Eintrittsabschnitt 58 öffnet sich direkt in einen
zylindrischen Behälter 62,
der eine Außenwand 64 aufweist,
deren Durchmesser der gleiche ist wie der des Eintrittsabschnittes 58.
Der zylindrische Behälter 62 besteht
aus einem durchsichtigen Kunststoffmaterial, damit ein Benutzer
das Innere des äußeren Zyklons 54 betrachten
kann. Das Ende des Behälters 62,
das vom Eintrittsabschnitt 58 abgelegen ist, zeigt eine
kegelstumpfförmige
Form und ist geschlossen. Ein Zentrierring 66 wird zusammenhängend mit
dem Ende des Behälters
in einem Abstand von dessen Außenwand 64 gebildet,
und ein Staubring 68 wird ebenfalls zusammenhängend mit
dem Ende des Behälters 62 nach
innen vom Zentrierring 66 gebildet. Auf der äußeren Fläche des
Behälters 62 sind
zwei gegenüberliegende
Greiferabschnitte 70 angeordnet, die so ausgeführt sind,
dass sie einen Benutzer dabei unterstützen, den Abscheider 52 aus
dem Chassis 12 für das
Entleeren zu entfernen. Speziell sind die Greiferabschnitte 70 zusammenhängend mit
dem durchsichtigen Behälter 62 geformt
und erstrecken sich nach oben und nach außen von der Außenwand 64, um
so ein unterschnittenes Profil zu bilden, wie es in 1 gezeigt
wird.
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Der
innere Zyklon 56 wird durch ein teilweise zylindrisches,
teilweise kegelstumpfförmiges
Zyklongehäuse 72 gebildet,
das starr an der Stirnfläche
des Eintrittsabschnittes 58 befestigt ist. Das Zyklongehäuse 72 liegt
längs der
Längsachse
des durchsichtigen Behälters 62 und
erstreckt sich fast bis zu dessen Stirnfläche, so dass das distale Ende 72a des
Zyklongehäuses 72 durch
den Staubring 68 umgeben wird. Der Spalt zwischen der Kegelöffnung am
distalen Ende 72a des Zyklongehäuses 72 und der Stirnfläche des
Behälters 62 beträgt vorzugsweise
weniger als 8 mm.
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Eine
Feinstaubsammelvorrichtung 74 befindet sich im Behälter 62 und
wird durch den Zentrierring 66 an einem Ende davon gehalten.
Die Feinstaubsammelvorrichtung 74 wird am anderen Ende davon
durch das Zyklongehäuse 72 gehalten.
Dichtungen 76 sind zwischen der Feinstaubsammelvorrichtung 74 und
der entsprechenden Halterung an beiden Enden vorhanden. Die Feinstaubsammelvorrichtung 74 weist
einen ersten zylindrischen Abschnitt 74a, die so ausgeführt ist,
dass sie innerhalb des Zentrierringes 66 aufgenommen wird,
und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 74b mit einem
kleineren Durchmesser als der erste zylindrische Abschnitt 74a auf.
Die zylindrischen Abschnitte 74a, 74b werden mittels
eines kegelstumpfförmigen
Abschnittes 74c verbunden, der zusammenhängend damit
ausgebildet ist.
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Eine
einzelne Rippe oder Prallfläche 78 ist zusammenhängend mit
der Feinstaubsammelvorrichtung 74 ausgebildet und erstreckt
sich radial nach außen
vom zweiten zylindrischen Abschnitt 74b und vom kegelstumpfförmigen Abschnitt 74c (siehe 6).
Der äußere Rand 78a der
Rippe 78 ist mit dem ersten zylindrischen Abschnitt 74a ausgerichtet und
ebenfalls mit der Wand der Abdeckung 80. Der geneigte Rand 78b der
Rippe 78, der vom ersten zylindrischen Abschnitt 74a abgelegen
ist, liegt im wesentlichen parallel zum kegelstumpfförmigen Abschnitt 74c.
Die äußeren und
geneigten Ränder 78a, 78b werden
durch eine gleichmäßige Krümmung verbunden,
die in die Rippe 78 geformt ist.
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Eine
einzelne Rippe 78 erstreckt sich nach oben von der Feinstaubsammelvorrichtung 74.
Der Winkel, unter dem sich die Rippe erstreckt, kann innerhalb bestimmter
Grenzen verändert
werden, und es ist nicht beabsichtigt, dass sich die Rippe nur nach oben
unter 90° zu
einer horizontalen Ebene erstrecken kann. Das Fassungsvermögen des
Behälters 62 wird
jedoch am besten ausgenutzt, wenn sich die Rippe 78 von
der Feinstaubsammelvorrichtung im allgemeinen nach oben in Richtung
der Wand des Behälters 62 erstreckt.
Das radiale Ausmaß der
Rippe 78 kann ebenfalls variieren. Bei der veranschaulichten
Ausführung
erstreckt sich die Rippe 78 annähernd über den halben Abstand zwischen
der Feinstaubsammelvorrichtung und dem Behälter 62, obgleich
in Betracht gezogen wird, dass dieser Abstand zwischen einem Viertel
und einer Hälfte
des Abstandes variiert werden könnte.
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Eine
Abdeckung 80 ist zwischen dem ersten und zweiten Zyklon 54, 56 angeordnet.
Die Abdeckung 80 zeigt eine zylindrische Form und wird
an einem Ende durch den Eintrittsabschnitt 58 und durch das
Zyklongehäuse 72 des
inneren Zyklons 56 am anderen Ende gehalten. Wie bekannt
ist, weist die Abdeckung 80 Perforationen 82,
die sich dort hindurch erstrecken, und einen Rand 83 auf,
der aus dem Ende der Abdeckung 80 vorsteht, abgelegen vom
Eintrittsabschnitt 58. Ein Kanal 84 wird zwischen der
Abdeckung 80 und der äußeren Fläche des
Zyklongehäuses 72 gebildet,
wobei der Kanal 84 mit einer Eintrittsöffnung 86 in Verbindung
steht, die zum Inneren des inneren Zyklons 56 führt, in
einer Weise, die den ankommenden Luftstrom dazu zwingt, einen wirbelnden
spiralförmigen
Weg einzuschlagen. Das wird mittels eines tangentialen oder spiralförmigen Eintrittes
in den inneren Zyklon 56 bewirkt, wie in 7 gesehen
werden kann. Ein Wirbelsucher (nicht gezeigt) befindet sich mittig
vom größeren Ende
des inneren Zyklons 56, um Luft aus dem Zyklonabscheider 52 zu
leiten, nachdem die Abscheidung stattgefunden hat. Die austretende
Luft wird an der Motor- und Lüftereinheit 50 vorbeigeführt, so
dass der Motor abgekühlt
werden kann, bevor die Luft an die Atmosphäre ausgestoßen wird. Zusätzlich kann
ein Nachmotorfilter (nicht gezeigt) stromabwärts von der Motor- und Lüftereinheit 50 bereitgestellt
werden, um das Risiko von Emissionen in die Atmosphäre aus dem
Staubsauger weiter zu minimieren.
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Der
gesamte Zyklonabscheider 52 ist aus dem Chassis 12 lösbar, damit
der äußere und
innere Zyklon 54, 56 entleert werden können. Eine
Hakensperre (nicht gezeigt) ist angrenzend an die Eintrittsöffnung 32 vorhanden,
mittels der der Zyklonabscheider 52 in Position gehalten
wird, wenn der Staubsauger 10 benutzt wird. Wenn die Hakensperre
freigegeben wird (durch manuelles Pressen eines Knopfes 34,
der sich in der Schalttafel 44 befindet), kann der Zyklonabscheider 52 mittels
der Greiferabschnitte 70 vom Chassis 12 weggehoben
werden. Der Behälter 62 kann
dann aus dem Eintrittsabschnitt 58 (der mit sich die Abdeckung 80 und
das innere Zyklongehäuse 72 trägt) freigegeben
werden, um dessen Entleerung zu erleichtern.
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Der
vorangehend beschriebene Staubsauger 10 funktioniert in
der folgenden Weise. Damit der Staubsauger 10 den zu reinigenden
Bereich überquert,
werden die Räder 14 durch
die Motoren 15 angetrieben, die wiederum durch die Batterien 46 mit Strom
versorgt werden. Die Bewegungsrichtung des Staubsaugers 10 wird
durch die Steuer-Software bestimmt, die mit den Sensoren 40 in
Verbindung steht, die so konstruiert sind, dass sie jegliche Hindernisse im
Weg des Staubsaugers 10 nachweisen, um so den Staubsauger 10 in
dem zu reinigenden Bereich zu navigieren. Methodologien und Steuersysteme
für das
Navigieren eines Roboterstaubsaugers in einem Raum oder anderen
Bereich werden anderswo gut dokumentiert und bilden nicht einen
Teil des erfinderischen Konzeptes dieser Erfindung. Jegliche bekannte Methodologien
oder Systeme könnten
hier realisiert werden, um ein geeignetes Navigationssystem bereitzustellen.
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Die
Batterien 46 liefern ebenfalls Strom zur Betätigung der
Motor- und Lüftereinheit 50,
um Luft in den Staubsauger 10 über die Ansaugöffnung 24 im Staubsaugerkopf 22 anzusaugen.
Der Motor 28 wird ebenfalls durch die Batterien 46 angetrieben,
so dass die Bürstenstange 26 gedreht
wird, um eine gute Aufnahme zu erreichen, insbesondere, wenn der
Staubsauger 10 benutzt werden soll, um einen Teppich zu reinigen.
Die verunreinigte Luft wird in den Staubsaugerkopf 22 angesaugt
und zum Zyklonabscheider 52 über die teleskopische Leitung 30 und
die Eintrittsöffnung 32 geführt. Die
verunreinigte Luft gelangt dann in den Eintrittsabschnitt 58 in
einer tangentialen Weise und schlägt einen spiralförmigen Weg
infolge der Form der spiralförmigen
Wand 60 ein. Die Luft bewegt sich danach am Inneren der äußeren Wand 64 des
Behälters 62 spiralförmig nach
unten, wobei während
dieser Bewegung jegliche relativ großen Schmutz- und Fusselteilchen aus dem Luftstrom
abgeschieden werden. Die abgeschiedenen Schmutz- und Fusselteilchen
sammeln sich im Ende des Behälters 62,
abgelegen vom Eintrittsabschnitt 58.
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Die
Rippe 78 verhindert ein ungleichmäßiges Ansammeln von Schmutz-
und Fusselteilchen und hilft dabei, den um das Ende des Behälters 62 herum gesammelten
Schmutz und die Fusseln in einer relativ gleichmäßigen Weise zu verteilen. Das
wird erreicht, indem eine Prallfläche bereitgestellt wird, an der
sich der im äußeren Zyklon 54 abgeschiedene Schmutz
und Staub ansammeln kann. Der konstante Luftstrom innerhalb des
Behälters 62 presst
den abgeschiedenen Schmutz und Staub gegen die Rippe oder Prallfläche 78,
und es kommt zu einem Aufbau von Schmutz und Staub. Die Anordnung
der Rippe oder Prallfläche 78 an
einer obersten Stelle innerhalb des Behälters 62 bedeutet,
dass der anfängliche
Aufbau von Schmutz und Staub in jenem Bereich erfolgt. Während sich
der Aufbau von Schmutz und Staub fortsetzt, bildet der angesammelte
Schmutz und Staub um die Innenwand des Behälters 62 herum einen
Aufbau, und die Ansammlung ist relativ gleichmäßig und gleichförmig. Das
Vorhandensein der Rippe oder Prallfläche 78 parallel zur
Richtung der tangentialen Eintrittsöffnung 32 maximiert
die Menge an abgeschiedenem Schmutz und Staub, die im Behälter 62 aufgenommen
werden kann.
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Der
Luftstrom, aus dem die Schmutz- und größeren Fusselteilchen abgeschieden
wurden, bewegt sich nach innen weg von der Außenwand 64 des Behälters 62 und
bewegt sich zurück
längs der Außenwand
der Feinstaubsammelvorrichtung 74 in Richtung der Abdeckung 80.
Das Vorhandensein der Abdeckung 80 hilft ebenfalls dabei
zu verhindern, dass sich größere Teilchen
und Fussel vom äußeren Zyklon 54 in
den inneren Zyklon 56 bewegen, wie bekannt ist. Die Luft,
aus der vergleichsweise große Teilchen
und Schmutz abgeschieden wurden, gelangt dann durch die Abdeckung 80 und
bewegt sich längs
des Kanals zwischen der Abdeckung 80 und der äußeren Fläche des
inneren Zyklongehäuses 72, bis
sie die Eintrittsöffnung 86 zum
inneren Zyklon 56 erreicht. Die Luft gelangt dann in den
inneren Zyklon 56 in einer spiralförmigen Weise und folgt einem
spiralförmigen
Weg um die innere Fläche
des Zyklongehäuses 72.
Wegen der Kegelstumpfform des Zyklongehäuses 72 nimmt die
Geschwindigkeit des Luftstromes auf sehr hohe Werte zu, bei denen
der feine Schmutz und Staub, der innerhalb des Luftstromes noch
mitgerissen wird, daraus abgeschieden werden. Der feine Schmutz
und Staub, der im inneren Zyklon 56 abgeschieden wird,
wird in der Feinstaubsammelvorrichtung 74 äußerlich
vom Staubring 68 gesammelt. Der Staubring 68 verhindert
das erneute Mitreißen
des abgeschiedenen Schmutzes und Staubes zurück in den Luftstrom.
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Wenn
der feine Schmutz und Staub aus dem Luftstrom abgeschieden wurden,
tritt die saubere Luft aus dem Zyklonabscheider über den Wirbelsucher (nicht
gezeigt) aus. Die Luft wird über
oder um die Motor- und Lüftereinheit 50 herum
geführt,
um den Motor abzukühlen,
bevor sie in die Atmosphäre
ausgestoßen
wird.
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Wie
in 6 und 7 gezeigt wird, ist der Eintritt
32 zum Zyklonabscheider 52 mit der Transportleitung 30 im
Unterbau des Staubsaugers gekoppelt. Der Eintritt 32 erstreckt
sich vom unteren Teil des Abscheiders, d.h., der Hälfte des
Abscheiders, die dem Unterbau des Staubsaugers am nächsten ist,
und ist im allgemeinen vertikal ausgerichtet. Das Anordnen des Eintrittes 32 hier
gestattet einen sehr kurzen Luftstromweg zwischen dem Staubsaugerkopf 26 und
dem Zyklonabscheider 52, was die Verluste minimiert. Es
liefert ebenfalls einen Luftstromweg, der im wesentlichen geradlinig
und frei von übermäßigen Biegungen
ist. Diese Stelle des Eintrittes 32 zeigt jedoch ein Risiko,
dass der Benutzer beim Lösen
des Abscheiders 52 aus dem Chassis 12 den Abscheider 52 rückwärts kippen
kann, so dass der Eintritt 32 des Behälters 62 zuunterst
und das Schmutzsammelende zuoberst ist. Das kann dazu führen, dass
sich der Schmutz und der Staub in Richtung des Eintrittes 32 bewegen.
Ein gleiches Problem kann auftreten, wenn der Abscheider 52 über sein empfohlenes
Schmutzfassungsvermögen
hinaus gefüllt
wird. Bei normaler Verwendung setzt sich der Schmutz am Ende des
Abscheiders 52 ab, abgelegen vom Eintritt 32,
aber während
des Zustandes einer Überfüllung setzt
sich der Schmutz im Abscheider in der Nähe des Eintrittes 32 ab.
Das kann zu einem erneuten Mitreißen des abgeschiedenen Staubes
zurück
in den Luftstromweg während
der Funktion führen.
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Ein
Abschirmelement dient dazu, dass verhindert wird, dass Schmutz aus
dem Eintritt 32 herausfällt,
wenn der Benutzer die Abscheideanlage 52 entfernt, oder
wenn ein Benutzer gestattet, dass der Abscheider 52 übermäßig gefüllt wird.
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8 bis 11 zeigen
eine bevorzugte Form des Abschirmelementes. 8 und 9 zeigen
die Baugruppe aus Eintrittsabschnitt 58, Abdeckung 80 und
inneren Zyklon 72, die in das Innere des Behälters 62 (in 8 gezeigt)
des Abscheiders passt. Eine Rippe 90 wird zusammenhängend mit
der Abdeckung 80 gebildet. 10 und 11 zeigen eben
die Abdeckung 80, die die Führung 60 aufweist, die
sich in einer spiralförmigen
Weise um ihr oberes Ende windet, was dazu dient, die ankommende
Luft, die in den Abscheider gelangt, in einem spiralförmigen Weg
zu führen.
Die Rippe 90 bildet eine Verlängerung der spiralförmigen Führung 60,
die den Anfang einer zweiten Umdrehung um die Kammer bildet. Die
ankommende Luft aus der Eintrittsöffnung 32 des Eintrittsabschnittes 58 strömt längs des
Weges A, begrenzt durch den Anfang des spiralförmigen Weges 92 auf
einer Seite, die Abschirmrippe 90 auf der entgegengesetzten
Seite, die Wand 93 und die Außenwand des Eintrittsabschnittes 58.
Die Luft strömt
in einer kreisförmigen
Weise (im Uhrzeigersinn in 10) um
das obere Ende des Abdeckungsteils, setzt sich längs des Weges B unterhalb der
Abschirmung 90 fort und strömt weiter um die äußere Zyklonkammer 54 herum,
wie es vorangehend beschrieben wird.
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Die
Rippe 90 ragt radial aus dem Abdeckungsteil heraus und,
wenn sie mit dem Eintrittsabschnitt 58 zusammengebaut ist,
stößt sie an
eine Außenwand
des Eintrittsabschnittes 58 an. Schmutz, Staub und anderes
Kehrgut, die im Behälter 62 während der
Funktion des Abscheiders 52 gesammelt werden, werden durch
die Rippe 90 daran gehindert, dass sie im Eintritt nach
unten fallen. Der Eintritt wird auf einer Innenfläche durch
die Wand 93 abgeschirmt, die einen Teil des Abdeckungsteils
bildet. Die Rippe 90 zeigt einen weiteren Vorteil darin,
dass sie eine Begradigungswirkung auf den ankommenden Luftstrom
ausübt,
was dabei hilft, den Abscheidungswirkungsgrad des Zyklons zu verbessern.
Das ist ein spezieller Vorteil, wo die Eintrittsleitung, die dem
Zyklonabscheider 52 vorangeht, sehr kurz ist, wie bei der
veranschaulichten Ausführung
(siehe 7).
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Die
Länge der
Rippe 90 ist ein Kompromiss zwischen der vergrößerten Abschirmung
und den Luftstromverlusten. Eine längere Rippe liefert eine verbesserte
Abschirmung für
den Eintritt, führt
aber einen geringen Verlust infolge der Tatsache ein, dass der Luftstromweg über einen
größeren Abstand
eingeschränkt
wird.
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Es
wurde als kostenwirksam ermittelt, die Abschirmung 90 zusammenhängend mit
dem Abdeckungsteil 80 zu formen, aber es wird erkannt,
dass andere Anordnungen möglich
sind. Beispielsweise könnte
die Abschirmung als eine Rippe realisiert werden, die als Teil des
Behälters 62 oder
des Eintrittsabschnittes 58 geformt wird, wobei sich die
Rippe radial nach innen von der Außenwand des Eintrittsabschnittes 58 erstreckt.
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Die
vorangehende Ausführung
beschreibt einen Roboterstaubsauger, aber es wird erkannt, dass die
Erfindung bei manuellen Staubsaugern zur Anwendung gebracht werden
kann. 12 zeigt einen Zylinderstaubsauger 100,
der manuell in einer konventionellen Weise betätigt wird. Dieser weist einen Zyklonabscheider 101 mit
einem Eintritt 105 auf, der ankommende verunreinigte Luft
aus einem Schlauch 103 tangential in den Abscheider 101 führt. Der
Eintritt 105 zum Zyklonabscheider 101 befindet
sich am unteren Ende des Abscheiders 101. Wenn die Abscheidekammer 101 im
Querschnitt betrachtet wird, befindet sich der Eintritt auf der
Seite des Abscheiders, die dem Unterbau des Staubsaugers 100 am nächsten ist.
Diese Stelle des Eintrittes 105 gestattet, dass der Schlauch 103 längs des
Unterbaus des Abscheiders 101 geführt wird und vermeidet die
Notwendigkeit, dass der Schlauch oder irgendeine zusätzliche
Luftstromleitung den ankommenden Luftstrom zur Oberseite des Abscheiders 101 führt. Der Staubsauger 100 weist
ein Chassis mit einem Paar Rädern 107 und
einer hinteren Stütze 106 auf.
Der Staubsauger 100 liegt normalerweise in einer Position
auf, wo die vordere Stütze 104 auf
dem Fußboden liegt
und die Längsachse 102 des
Zyklonabscheiders 101 sich in einer geneigten Position
befindet, wobei das Ende des Abscheiders 101, das den Eintritt 105 aufnimmt,
zuoberst liegt. Der Staubsauger 100 kann jedoch in die
in 12 gezeigte Position hochgeklappt werden, wo der
Staubsauger auf der Stütze 106 aufliegt,
wodurch die Längsachse 102 des
Zyklonabscheiders 101 in eine im wesentlichen horizontale
Position gebracht wird. Die gleiche Eintritts- und Abschirmungsanordnung,
die in 8 bis 11 gezeigt wird, kann beim Staubsauger 100 zur
Anwendung gebracht werden, um zu verhindern, dass sich Schmutz und
Staub in Richtung des Eintrittes 105 während der Zeit bewegen, in
der der Staubsauger in der zurückgeklappten
Position verwendet wird.
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13 ist
eine Schnittdarstellung durch die Hinterseite des Staubsaugers 100 aus 12,
was deutlicher den Eintritt 105 zeigt. Der Abscheider 101 wird über einem
Teil 108 des Staubsaugergehäuses gestützt, das einen Lüftermotor
und einen Filter aufnimmt. Der Eintritt 105 führt Luft
(Strom A) tangential in die Abscheidekammer durch eine Seitenwand
der Kammer in einer Richtung ein, die im allgemeinen mit Bezugnahme
auf den Unterbau des Staubsaugers 100 horizontal ist. Die
Luft strömt
dann im Uhrzeigersinn um die Abdeckung 80 innerhalb des
Abscheiders 101 herum, geführt durch die spiralförmige Führung 60.
Das Abschirmelement 90, das mit Diagonalschraffur gezeigt
wird, erstreckt sich um den Umfang der Kammer über einen größeren Abstand
als die Eintrittsöffnung,
um die Eintrittsöffnung
zur Kammer vollständig
abzuschirmen. Das Abschirmelement könnte sich weiter um den Umfang
der Kammer erstrecken, als hier gezeigt wird.