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Gebiet der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Luftpumpen. Genauer gesagt betrifft
die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für eine elektrische Luftpumpe mit
mehreren zueinander parallelen Rotoren, die auf ein- und derselben
Motorwelle montiert sind, um die Wärmeabfuhr von einem Elektromotor
in der Pumpe und den Wirkungsgrad bezüglich der Abgabe von Luft niedrigen
Druckes und großen
Volumens, je nach Bedarf, zu steigern, beispielsweise zu einer aufblasbaren
Einrichtung oder alternativ zum Abführen von Luft aus der aufblasbaren
Einrichtung.
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Beschreibung des Standes
der Technik:
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Der
Stand der Technik betrifft eine Vorrichtung für elektrisch angetriebene Pumpen
mit einem umlaufenden Rotor oder Ventilator mit einer Mehrzahl von
Schaufeln zum Bewegen von fließfähigen Medien
oder Gasen, üblicherweise
bei Kompressoren, Pumpen, elektrischen Anwendungen und dergleichen.
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Alle
elektrischen Luftpumpen mit Wechselstrom oder Gleichstrom sowie
einige elektrische Geräte
wie beispielsweise Haarföne
wenden einen Lüfter
oder einen Luftrotor an, um Luft zu sammeln und anschließend durch
eine Auslassöffnung
auszustoßen.
Die Bewegung der Luft durch die Auslassöffnung führt dazu, dass das gewünschte Ziel
erreicht wird, beispielsweise zum Aufblasen eines Produktes im Falle
einer aufblasbaren Einrichtung, oder zum Erzeugen eines Stromes
von Druckluft zum Trocknen des Haares bei einem Haarfön.
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Üblicherweise
gibt es drei Arten von elektrischen Luftpumpen. Sie umfassen (a)
Pumpen für niedrigen
Druck und hohen Durchsatz, die üblicherweise
dazu verwendet werden, Spielzeuge, Luftmatratzen und andere aufblasbare
Einrichtungen aufzublasen, (b) Pumpen für hohen Druck und niedrigen bis
mittleren Luftdurchsatz, die dazu verwendet werden, Fahrradreifen
und Sporteinrichtungen wie Basketbälle, Fußbälle, Volleybälle und
dergleichen aufzublasen, und (c) Pumpen für hohen Druck und hohen Durchsatz,
im allgemeinen als Luftkompressoren bezeichnet, die eine Druckkammer
beinhalten zum Aufblasen von Gegenständen wie Autoreifen oder zur
Anwendung bei Bauvorhaben. Alle diese herkömmlichen Arten von elektrischen
Luftpumpen umfassen normalerweise einen Motor, der ein einzelnes Gebläse oder
einen Rotor bei einer festen Drehzahl (Upm) hat und der sich für das Aufblasen
von Einrichtungen eignet.
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Zahlreiche
Beispiele elektrisch angetriebener Pumpen sind aus dem Stande der
Technik bekannt. Ein erstes Beispiel betrifft ein Doppelrotorrad für Axialgebläse mit einem
Satz von inneren Rotorschaufeln, die von einem Zwischenring umgeben sind,
einen Satz von Außenschaufeln,
die am Ring befestigt sind, wobei die Breite des Ringes in axialer Richtung
geringer als jene der Rotorschaufeln ist. Das erste Beispiel offenbart
eine nicht parallele Doppelrotorschaufel, die auf einer einzelnen
Welle montiert ist. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Detektor
für ein
fließfähiges Medium
für eine
Rotorschaufel angewandt, üblicherweise
in einer Gasturbine außerhalb
des radial äußeren Endes
der Schaufel in einen Bereich eines Leckagestromes. Dabei tritt
zwischen der Strömung
des Leckagestromes und der Detektorfläche ein Moment auf. Der Detektor überträgt auf diese
Weise auf die Schaufel eine Kraft, die in Richtung der Schaufelumdrehung
wirkt. Das zweite Beispiel offenbart mehrere zueinander parallele
Rotoren, die auf einer gemeinsamen umlaufenden Welle montiert sind.
Ein drittes Beispiel offenbart eine Strömungssteuereinrichtung für Kompressoren
und Pumpen mit einem schaufelbestückten Führungselement, angeordnet in
einem Strömungskompressor
oder einer Strömungspumpe
zwischen dem üblichen
Rotor und dem Strömungseinlass.
Eine Strömungsregeleinrichtung
beinhaltet eine Drehführung,
die auf einem Ende einer Welle angeordnet ist und in einem Lager
am Außenende
der Rotorachse und mit dieser fluchtend drehbar angeordnet ist.
Die Führungseinrichtung
beinhaltet eine Nabe sowie radial nach außen ragende Schaufeln.
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Ein
viertes Beispiel offenbart einen regenerativen Rotor mit offenen
Schaufeln für
eine untergetauchte Kraftstoffpumpe, wobei der Rotor einen ringförmigen Körper aufweist,
mit einer Mehrzahl von offenen Rotorschaufeln, die sich radial nach
außen
erstrecken, und einer Mehrzahl von Gebläseschaufeln, die sich radial
nach innen erstrecken. Ein letztes Beispiel offenbart eine elektrisch
angetriebene Luftpumpe für
ein Motorfahrzeug zum Pumpen von Sekundärluft in das Abgassystem, um
die Abgaseigenschaften zu verbessern. Die Luftpumpe beinhaltet ein Gehäuse, eine
Pumpe im Gehäuse
sowie ebenfalls im Gehäuse
einen elektrischen Motor, der mit der Pumpe in Triebverbindung steht.
Ein Luftkanal im Gehäuse
sorgt für
eine Luftströmung
hinter dem Elektromotor zu der Pumpe. Der Luftkanal weist eine Saugdüse zum Zuführen von
Luft zu einem Einlassstutzen eines Pumpenrotors der Pumpe auf. Die Saugdüse ragt
in den Stutzen hinein, um Luft vom Elektromotor zur Pumpe zu führen. Dabei
ist auf der Motorwelle ein einziger Rotor befestigt.
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Somit
besteht beim Stande der Technik die Notwendigkeit, dass eine elektrische
Luftpumpe mehrere Rotoren aufweist, die parallel zueinander auf
ein- und derselben Motorwelle fixiert sind, wobei die mehreren Rotoren
einen verbesserten Motorwirkungsgrad bezüglich der Wärmeabfuhr und des Luftdurchsatzes
aufweist, verglichen mit einem einzelnen Rotor, der mit dem Motor
mit derselben Drehzahl umläuft,
und wobei die mehreren zueinander parallel angeordneten Rotoren
Dimensionen aufweisen, die genügend
genau sind, so dass eine nahezu null betragende Realanzeige (True
Indicator Reading (TIR)) durch manuelles Montieren der Komponenten
auf dem Motor erzielbar ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung umfasst in kurzen Worten und allgemein ausgedrückt eine
neue und verbesserte elektrische Luftpumpe mit mehreren Rotoren,
sowie ein Verfahren, das typischerweise verwendet wird zum Laden
einer aufblasbaren Einrichtung (nicht dargestellt) mit einem Strom
von Druckluft. Alternativ lässt
sich die elektrische Luftpumpe gemäß der Erfindung dazu anwenden,
Luft aus einer aufblasbaren Einrichtung abzusaugen. Die elektrische
Luftpumpe umfasst im allgemeinen einen Motor sowie eine Mehrzahl
von Plastikkomponenten zum Sammeln, Richten, Komprimieren und Absaugen
von Luft, um somit eine Quelle niedrigen Druckes und hohen Luftdurchsatzes
zu schaffen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
die elektrische Luftpumpe ein äußeres Gehäuse mit
einer Lufteinlassöffnung
zum Zuführen
von Luft zur Pumpe sowie eine Luftauslassöffnung zum Abgeben von Luft
niedrigen Druckes und hohen Durchsatzes an eine aufblasbare Einrichtung.
Das äußere Gehäuse ist üblicherweise
aus Hartplastik aufgebaut, getragen von einem Paar Schenkeln mit sich
nach außen
erstreckenden Füßen, ferner
einen Traggriff. Innerhalb des äußeren Gehäuses ist
ein elektrischer Motor montiert, der eine Motorwelle in Umlauf versetzt.
Parallel auf der Abtriebswelle des Motors sind ein erster Luftrotor
und ein zweiter Luftrotor montiert, um Luft in die Lufteinlassöffnung einzusaugen
sowie quer über
den Elektromotor zu leiten, um für
eine Wärmeabfuhr
zu sorgen. Auf dem vorderen Ende des Elektromotors, jedoch hinter
dem ersten und zweiten Rotor, befindet sich eine Luftkompressorkammer,
die dazu dient, in die Pumpe über die
Lufteinlassöffnung
gezogene Luft zu sammeln.
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Das
hintere Ende der Luftkompressorkammer umfast eine erste Mehrzahl
von gekrümmten
Kanälen,
deren jeder eine Öffnung
an jedem seiner Enden aufweist, um Luft durch die Luftkompressorkammer
zu leiten. Sobald die Luft durch den offenen Einlass hindurchtritt,
wird sie entlang einer zweiten Mehrzahl von gekrümmten Kanälen geführt, angeordnet an einer Vorderseite
der Luftkompressorkammer. Die Luft wird sodann von der zweiten Mehrzahl gekrümmter Kanäle zu dem
ersten und dem zweiten Rotor geleitet. Die beiden Rotoren umfassen
jeweils eine Mehrzahl von Rippen, die an einem vorderen Ende der
Luftrotoren gemäß einem
gekrümmten Muster
angeformt sind. Die Luftrotoren, die mit der Drehzahl der Abtriebswelle
des Elektromotors umlaufen, komprimieren die erhitzte Luft und ziehen
sie aus der Luftauslassöffnung
ab. Die abgezogene Luft, die durch die Luftauslassöffnung hindurchtritt,
bildet einen Strom von Luft niedrigen Druckes und hohen Durchsatzes
zur Anwendung beim Aufladen einer aufblasbaren Einrichtung (nicht
dargestellt).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das rückwärtige Ende
des Elektromotors, montiert innerhalb des äußeren Gehäuses der elektrischen Luftpumpe,
von einem rückwärtigen Motortragring
getragen. Der rückwärtige Motortragring
weist einen Außenring
auf, der satt in den Umfang des äußeren Gehäuses passt,
ferner einen inneren Ring, der zum äußeren Ring konzentrisch angeordnet
ist und der dazu dient, die Motorstoßdämpfung am rückwärtigen Ende des Elektromotors
zu lagern. Das vordere Ende des Elektromotors ist von der äußeren kreisförmigen Struktur
der Luftkompressorkammer getragen, die satt innerhalb der Umfangsfläche des äußeren Gehäuses sitzt.
Zwischen dem ersten Luftrotor und dem zweiten Luftrotor befindet
sich eine Luftrichtscheibe. Die Luftrichtscheibe ist einer Innenfläche des äußeren Gehäuses der
elektrischen Luftpumpe angeformt. Die vordere Fläche der Luftrichtscheibe beinhaltet
ganz allgemein eine Mehrzahl von Segmenten, die sich spiralig vom äußeren Umfang
zu einem Zentrum hin erstrecken, um die Luft den Luftrotoren zuzuführen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein eine elektrische Luftpumpe
mit einer Mehrzahl von Rotoren, die parallel auf ein- und derselben
Motorwelle montiert und üblicherweise
eingesetzt werden zum Bilden einer Luftquelle mit niedrigem Druck und
hohem Durchsatz. Die Luftquelle niedrigen Druckes und hohen Durchsatzes
wird üblicherweise dazu
eingesetzt, einen Strom von Druckluft zum Laden aufblasbarer Einrichtungen
zu erzeugen. Die Mehrzahl von Rotoren sorgen für einen verbesserten Motorwirkungsgrad
bezüglich
der Wärmeabfuhr
und des Luftdurchsatzes, verglichen mit einem einzigen Rotor-Motor,
der mit derselben Drehzahl umläuft,
außerdem
eine nahe bei null liegende True Indicator Reading (TIR). Bei der
wichtigsten Ausführungsform umfasst
die elektrische Luftpumpe mit mehreren Rotoren eine Konstruktion
umfassend ein äußeres Gehäuse mit
einer Lufteinlassöffnung
und einer Luftauslassöffnung.
Innerhalb des äußeren Gehäuses ist
ein Elektromotor montiert, der eine umlaufende Abtriebswelle umfasst.
Eine Mehrzahl von Luftrotoren, die alle parallel zueinander auf
der umlaufenden Abtriebswelle montiert sind, wird verwendet, um
ein Luftvolumen durch die Lufteinlassöffnung und über den Elektromotor zu saugen.
Eine Luftkompressorkammer ist zwischen dem Elektromotor und den
Luftrotoren angeordnet, um die Luft zu sammeln, während die
Luftrotoren die Luft komprimieren und durch die Luftauslassöffnung drücken, um
einen Druckluftstrom zu erzeugen.
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Diese
sowie weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden genaueren Beschreibung, in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen, die die Erfindung beispielshalber veranschaulichen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine erste perspektivische Ansicht einer elektrischen Luftpumpe
mit mehreren Rotoren gemäß der Erfindung,
und zeigt die Luftpumpe eingeschlossen in einem äußeren Gehäuse, das auf zwei Tragschenkeln
ruht, mit einem Traggriff.
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2 ist
eine zweite perspektivische Ansicht der elektrischen Luftpumpe gemäß 1,
wobei das äußere Gehäuse teilweise
am Abfuhrende der Pumpe weggeschnitten ist, um einen ersten und
einen zweiten Rotor zu zeigen, die parallel zueinander auf einer
umlaufenden Welle montiert sind, die sich ihrerseits am Elektromotor
innerhalb der Luftpumpe erstrecken.
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3 ist
eine dritte perspektivische Ansicht der elektrischen Luftpumpe gemäß 1 und
zeigt den ersten und den zweiten Rotor explosionsartig vom Austrittsende
des äußeren Gehäuses mit
einer Luftkompressorkammer, die hinter dem ersten Rotor angeordnet
ist.
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4 ist
eine Explosionsdarstellung der elektrischen Luftpumpe gemäß 1 und
zeigt den ersten und den zweiten Rotor sowie die Luftkompressorkammer,
jeweils getrennt von der Achse des Elektromotors.
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5 ist
eine Aufrissansicht der Luftkompressorkammer von vorn, die normalerweise
auf dem Frontende des Elektromotors montiert ist, wobei eine mit
Krümmungen
versehene Konstruktion der Luftkompressorkammer veranschaulicht
ist, um Luft zu den beiden Rotoren zu leiten.
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6 ist
eine rückwärtige Aufrissansicht
der Luftkompressorkammer, und veranschaulicht die Mehrfach-Zentrifugal-Kanäle zum Leiten
von Luft in einer gekrümmten
Bewegung zu den beiden Rotoren.
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7 ist
eine Frontaufrissansicht einer Luftleitscheibe, die der Innenfläche des äußeren Gehäuses der
Luftpumpe angeformt ist, mit einer zentralen Durchgangsbohrung,
durch welche sich die Welle des Elektromotors hindurcherstreckt.
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8 ist
eine rückwärtige Aufrissansicht
der Luftrichtscheibe gemäß 7 und
zeigt eine ebene Fläche,
die dem Frontende des Elektromotors zugewandt ist.
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9 ist
eine Aufrissansicht der elektrischen Luftpumpe gemäß 1 von
der Seite her und zeigt eine Lufteinlassöffnung, eine Luftauslassöffnung,
einen Ein-Aus-Schalter,
ein elektrisches Kabel, einen Handgriff sowie Tragschenkel, mit
einem Lufteinlassschlauch und einem Luftauslassschlauch, die beide in
Phantom-Linien gezeigt
sind, angeschlossen an die Lufteinlassöffnung bzw. die Luftauslassöffnung.
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10 ist
eine Schnittansicht der elektrischen Luftpumpe gemäß 1 entlang
der Schnittlinie 10-10 in 2 (mit entfernten
Tragschenkeln), und zeigt die beiden zueinander parallel angeordneten,
auf der Welle des Elektromotors montierten Motoren.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Luftpumpe 100 mit
mehreren Luftrotoren, d. h. einem ersten Luftrotor 102 und
einem zweiten Luftrotor 104, die parallel auf einer umlaufenden
Abtriebswelle 106 eines Elektromotors 108 montiert
sind, am besten erkennbar aus den 2, 3 und 4, sowie
ein Betriebsverfahren. Die elektrische Luftpumpe 100 wird üblicherweise
verwendet zum Laden einer nicht gezeigten aufblasbaren Einrichtung
mit einem Druckluftstrom, d. h. normalerweise bei geringem Druck
und hohem Durchsatz. Der erste Luftrotor 102 und der zweite
Luftrotor 104 bringen einen verbesserten Motorwirkungsgrad
bezüglich
der Wärmeabfuhr
und des Luftdurchsatzes, verglichen mit einem einzelnen Rotor-Motor
bisheriger Ausführungsform.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
gemäß der Erfindung
einer elektrischen Luftpumpe 100 ist in den 1 bis 10 veranschaulicht.
Die allgemeine äußere Gestalt
der elektrischen Luftpumpe 100 ist in 1 gezeigt
und umfasst ein Außengehäuse 110 mit
einem Paar von Tragschenkeln 112, deren jeder einen entsprechenden,
sich nach außen
erstreckenden Fuß 114 aufweist.
Das Außengehäuse 110 ist
im allgemeinen von zylindrischer Gestalt mit einer glatten Außenfläche so wie
in den 1 und 9 gezeigt. Man beachte, dass
alle inneren und äußeren Komponenten
des Außengehäuses 110 aus
geeignetem starrem plastischem Material hergestellt sind. Das äußere Gehäuse 110 umfasst
eine hintere Baueinheit 116 und eine vordere Baueinheit 118,
wie man am besten aus 9 erkennt. Die hintere Baueinheit 116 und
die vordere Baueinheit 118 sind einteilige Formteile von
im wesentlichen becherförmiger
Gestalt. Man erkennt, dass ein erster Tragschenkel 112 sowie
entsprechende sich nach außen
erstreckende Füße 114 der
hinteren Baueinheit 116 angeformt sind. In gleicher Weise
ist ein zweiter der Tragschenkel 112 und entsprechende
sich nach außen
erstreckende Füße 114 der
vorderen Baueinheit 118 angeformt, so wie in der Figur
gezeigt.
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Die
vordere Baueinheit 118 umfasst eine Luftauslassöffnung 120 zum
Abziehen von Luft niedrigen Druckes und hohen Durchsatzes aus dem äußeren Gehäuse 110 der
elektrischen Luftpumpe 110. Ein vorderer Luftabzugsgrill 122 ist
der Luftabzugsöffnung 120 der
vorderen Baueinheit 118 angeformt und erstreckt sich quer über diese,
was man aus 1 klar erkennt. Der vordere
Luftabzugsgrill 122 ist von kreisförmiger Gestalt und besteht
aus einem geeigneten starren Kunststoffmaterial, und umfasst eine
vordere Lippe 124, die sich vor dem Luftabzugsgrill 122 erstreckt.
Wie man aus 1 erkennt, ist dem Luftabzugsgrill 122 ein
kleiner Spalt 126 angeformt. An der vorderen Lippe 124 hinter
dem schmalen Spalt 126 des Luftabzugsgrills 122 befindet
sich ein nach oben ragender Vorsprung 128, wie man aus den 1 und 2 erkennt.
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Unmittelbar
hinter der vorderen Baueinheit 118 befindet sich eine Tragscheibe 130,
die am besten aus den 2 und 3 erkennbar
ist. Die Tragscheibe 130 bildet eine Tragstruktur für die Vorderbaueinheit 118 und
ist am vorderen Ende 132 des äußeren Gehäuses 110 befestigt,
beispielsweise mit Klebstoff. Die Tragscheibe 130 umfasst
ferner einen vorderen kreisförmigen
Vorsprung 134, der den vorderen Luftabzugsgrill 122 umgibt,
was man am besten aus den 2 und 3 erkennt.
Zwei Befestigungseinrichtungen erstrecken sich durch einen nicht
gezeigten Gewindekanal zum Fixieren der Tragscheibe 130 an
der vorderen Baueinheit 118. Die vordere Baueinheit 118 ist
ebenfalls am vorderen Ende 132 des äußeren Gehäuses 110 befestigt,
beispielsweise mit einem Klebstoff, an einem vorderen Befestigungspunkt 136,
was man klar aus den 2, 3 und 10 erkennt.
Der erste der Tragschenkel 112 erstreckt sich von der vorderen
Baueinheit 118 nach unten, siehe 9.
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Die
rückwärtige Baueinheit 116 umfasst
eine Lufteinlassöffnung 138 zum
Einziehen von Umgebungsluft in das äußere Gehäuse 110 der elektrischen
Luftpumpe 100. Die Konstruktion der Lufteinlassöffnung 138 und
ihre zugeordneten Komponenten ist im wesentlichen gleich der Luftauslassöffnung 120 wie
oben beschrieben. Der Lufteinlassöffnung 138 der hinteren
Baueinheit 116 ist ein hinterer Lufteinlassgrill 140 angeformt
und erstreckt sich über
diesen, wie in den 9 und 10 gezeigt.
Der hintere Lufteinlassgrill 140 ist kreisförmig und
aus einem geeigneten starren Kunststoffmaterial; er umfasst eine
rückwärtige Lippe 142,
die sich hinter dem Lufteinlassgrill 140 erstreckt. Ein
kleiner Spalt 144 ist dem Lufteinlassgrill 140 auf
dieselbe Weise angeformt, wie der kleine Spalt 126 dem
Luftauslassgrill 122. An der rückwärtigen Lippe 142 und
sich vom schmalen Spalt 144 des Lufteinlassgrills 140 nach vorn
erstreckend befindet sich ein zweiter, sich nach oben erstreckender
Vorsprung 146, wie in 10 gezeigt.
Das äußere Gehäuse 110 beinhaltet
ferner ein rückwärtiges Ende 148 auf
einer Seite, die dem vorderen Ende 132 gegenüberliegt,
wie in 10 gezeigt. Eine im wesentlichen
becherförmige
rückwärtige Baueinheit 116 ist
am hinteren Ende 148 fixiert, beispielsweise mittels Klebstoff,
an einer rückwärtigen Befestigungsstelle 150.
Das zweite der Tragschenkel 112 erstreckt sich von der
hinteren Baueinheit 116 nach unten – siehe 9.
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Von
der Luftauslassöffnung 120 erstreckt sich
ein Luftabzugsschlauch 152, in 9 in Phantomlinien
gezeigt. Der Luftabzugsschlauch 152 kann an der vorderen
Lippe 124 des Luftauslassgrills 122 angeordnet
sein, um am ersten, sich nach oben erstreckenden Vorsprung 128 durch
den schmalen Spalt 126 befestigt zu werden. Der Luftabzugsschlauch 152 dient
dazu, Luft niedrigen Druckes und hohen Durchsatzes, erzeugt durch
die elektrische Luftpumpe 100, von der Luftauslassöffnung 120 abgezogen
zu werden, beispielsweise zu einer nicht gezeigten aufblasbaren
Einrichtung zum Füllen
der aufblasbaren Einrichtung mit Luft. Alternativ lässt sich der
Luftstrom niedrigen Druckes und hohen Durchsatzes, der vom Luftabzugsschlauch 152 geliefert wird,
einer anderen Einrichtung zuführen.
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An
die Lufteinlassöffnung 138 ist
ein Lufteinlassschlauch 154 angeschlossen, ebenfalls in
Phantomlinien in 9 gezeigt. Üblicherweise wird Umgebungsluft
in das äußere Gehäuse 110 unmittelbar durch
die Lufteinlassöffnung 138 eingesaugt.
Der Lufteinlassschlauch 154 kann jedoch bei gewissen Voraussetzungen
vorteilhaft sein. So lässt
sich der Lufteinlassschlauch 154 beispielsweise dazu verwenden,
Luft in das äußere Gehäuse 110 von
einer besonderen Quelle einsaugen, die nicht die Umgebungsatmosphäre ist.
Es kann vorteilhaft sein, die elektrische Luftpumpe 100 dazu
zu verwenden, Luft von einer zuvor befüllten aufblasbaren Vorrichtung, wie
beispielsweise einer Luftmatratze, abzusaugen. Ist der Lufteinlassschlauch 154 an
ein hier nicht gezeigtes Luftventil angeschlossen, beispielsweise
einer aufblasbaren Luftmatratze, so lässt sich die elektrische Luftpumpe 100 dazu
verwenden, Luft aus der Luftmatratze abzusaugen. Unter diesen Voraussetzungen
kann der Lufteinlassschlauch 154 an der Lufteinlassöffnung 138 auf
dieselbe Weise befestigt werden, wie der Luftabzugsschlauch 152 an
der Luftauslassöffnung 120,
so wie zuvor beschrieben.
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Der äußere Aufbau
der elektrischen Luftpumpe 100 umfasst einen Traggriff 156,
wie in den 1 und 9 klar gezeigt
ist. Traggriff 156 besteht aus geformtem Kunststoff und
ist an zwei Ösen 158, 160 befestigt,
die jeweils spiegelbildlich zueinander sind. Öse 158 ist an der
oberen Fläche
der rückwärtigen Baueinheit 116 angeformt,
während Öse 160 an
der oberen Fläche
der vorderen Baueinheit 118 angeformt ist. Die beiden Ösen 158, 160 umfassen
eine nicht erkennbare Durchgangsbohrung, um einen Gewindebolzen 162 hindurchzuführen. Der Gewindebolzen 162 wird
sodann in eine Plastik-Gewindeaufnahme 164 eingeschraubt,
wie in 1 gezeigt. Ist Traggriff 156 montiert,
so wird er derart justiert, dass er hin- und herschwingen kann,
so dass er bei Nichtbetrieb nach einer Seite umgeklappt werden kann.
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Die äußeren Struktur
der elektrischen Luftpumpe 110 umfasst ferner ein elektrisches
Kabel 166, das in die hintere Baueinheit 116 über eine
Zugentlastung 168 eingeführt wird, wie in 9 gezeigt. Das
elektrische Kabel 166 führt
beispielsweise elektrische Energie mit 120 V einphasig und 60 Hz
dem Elektromotor 108 von einer hier nicht gezeigten Stromquelle
zu. Um die Kontrolle der elektrischen Luftpumpe 100 zu
erleichtern, ist ein Ein-Aus-Schalter 170 in den Stromkreis
des elektrischen Motors 108 eingeschaltet und in der rückwärtigen Baueinheit 116 montiert,
wie in 9 gezeigt. Außerdem
kann die Bodenfläche
der sich nach außen
erstreckenden Füße 114 ein
Antirutschpolster (nicht gezeigt) enthalten, hergestellt aus gummiartigem
Material, um ein Rutschen der elektrischen Luftpumpe 100 zu
vermeiden.
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Als
Antrieb des ersten und des zweiten Luftrotors 102, 104 dient
der elektrische Motor 108, der in den 3, 4 und 10 in
Phantomlinien gezeigt ist. Es gibt eine große Vielzahl von Einphasenmotoren,
die als Elektromotor für
die elektrische Luftpumpe 100 gemäß der Erfindung verwendet werden kann.
So könnten
beispielsweise Wechselstrommotoren oder Gleichstrommotoren mit einer
Leistung von einem Bruchteil eines Kilowatt verwendet werden. Das
elektrische Kabel 166 umfasst drei Leiter mit einem elektrisch
beaufschlagten Einphasenleiter und einem neutralen Leiter mit einer
Nominalspannung zwischen den beiden Leitern von 120 Volt Wechselstrom,
einphasig. Außerdem
ist ein Erdleiter vorgesehen, der am Rahmen 171 des Elektromotors 108 fixiert
ist, um bei ungewollt geerdetem elektrischem Leiter elektrische
Schläge
zu vermeiden. Gemäß der Erfindung
wird eine Statorwicklung (Feldwicklung) von einem 120 Volt-Wechselstromeingang erregt.
Der gleiche 120 Volt-Wechselstromeingang wird einer Rotorwicklung
(Ankerwicklung) durch Leiter, Bürsten
und einen Commutator zugeführt.
Ist der Ein-Aus-Schalter 170 auf Ein-Position, so läuft die Rotorwicklung
um und nimmt die Abtriebswelle 106 mit. Die Umlaufrichtung
(zum Beispiel im Zeigersinn) ist durch die gekrümmten Pfeile am vorderen Ende der
elektrischen Luftpumpe 100 in 2 gezeigt.
Bei gewissen Motoren führt
jedoch ein Austausch der Klemmenanschlüsse des Einphasenleiters und
des neutralen Leiters zu einer Umkehr der Drehrichtung des Motors 108.
Da der erste Luftrotor 102 und der zweite Luftrotor 104 auf
der umlaufenden Abtriebswelle 106 sitzen, laufen die beiden
Rotoren 102 und 104 zusammen mit der Abtriebswelle 106 um.
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Der
Elektromotor 108 ist im Gehäuse 110 im Sinne einer
Minimierung mechanischer Schwingungen gelagert. Ein Schwingungsdämpfer 172 umfasst üblicherweise
Gummi oder anderes elastisches Material und ist am rückwärtigen Ende
des Elektromotors 108 angeordnet. Auf dem Schwingungsdämpfer 172 befindet
sich ein rückwärtigen Motortragring 174, der üblicherweise
aus Kunststoff besteht, was klar aus 10 erkennbar
ist. Der rückwärtige Motortragring 174 umfasst
eine zentrale Fassung 176 mit einer Durchgangsbohrung 178.
Die Motorvibrationsdämpfung 172 erstreckt
sich durch die Durchgangsbohrung 178 hindurch. Die zentrale
Fassung 176 umfasst eine Mehrzahl von radialen, hier nicht
gezeigten Bauteilen, die an einen Außenring 180 des rückwärtigen Motortragrings 174 angeschlossen
sind. Der Außenring 180 ist
derart bemessen dass er satt in das äußere Gehäuse 110 passt. Wird
die zentrale Fassung 176 des rückwärtigen Motortragrings 174 auf
die Motorvibrationsdämpfung 172 aufgeschoben, so
befindet sich der Außenring 180 satt
anliegend am äußeren Gehäuse 110.
Diese Konstruktion stellt sicher, dass das rückwärtige Ende des Elektromotors 108 in
seiner Position gesichert ist, um die Vibrationen zu urinieren.
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Am
vorderen Teil des Rahmens 171 des Elektromotors 180 ist
eine Luftkompressorkammer 182 fest montiert, wie man am
besten in den 5 bis 6, aber
auch in den 2 bis 4 sowie
in der Schnittansicht gemäß 10 erkennt.
Die Luftkompressorkammer 182 ist aus Plastik geformt und hat
die Gestalt einer Scheibe mit einer Frontseite 184, siehe 5,
und einer rückwärtigen Seite 186, siehe 6.
Schaut man auf die Vorderseite 184 in 5,
so umfasst die Luftkompressorkammer 182 eine fast rechteckige
Aussparung 188. Die Aussparung 188 erscheint auf
der rückwärtigen Seite
in 6 als Vorsprung. Die Aussparung 188 umfasst zwei
Durchgangsbohrungen 190, die um eine zentrale Durchgangsbohrung 192 in
der Aussparung 188 der Luftkompressorkammer 182 angeordnet
sind.
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Die
Luftkompressorkammer 182 ist am Elektromotor 108 auf
die folgende Weise fest montiert. Rahmen 171 des Elektromotors 108 weist
einen vorderen Teil 194 auf, der hieran fixiert ist. Der
vordere Teil 194 ist durch eine zentrale Durchgangsbohrung 192 in
Aussparung 188 der Luftkompressorkammer 182 hindurchgeführt. Zwei
nicht gezeigte Gewinde-Befestigungsmittel sind durch die beiden
Durchgangsbohrungen 190 in entsprechende nicht gezeigte
Gewindeaufnehmungen im Bereich des vorderen Teiles 194 des
Rahmens 171 eingeschraubt. Sobald die mit Gewinde versehenen
Befestigungsmittel fixiert sind, ist die Luftkompressorkammer 182 mechanisch
am Rahmen 171 des Elektromotors 108 befestigt.
Nach dem sicheren Befestigen am Rahmen 171 dient die Luftkompressorkammer 182 als
vordere Motormontage zum Minimieren mechanischer Vibrationen des
Elektromotors 108. Dieses Merkmal wird dadurch ermöglicht,
dass der Durchmesser der Luftkompressorkammer 182 derart
bemessen ist, dass er satt anliegend im äußeren Gehäuse 110 sitzt (in
einer Weise ähnlich
jener des Außenringes 180 des rückwärtigen Motortragrings 174 wie
oben beschrieben).
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Wird
Motor 108 elektrisch beaufschlagt und läuft die Abtriebswelle 106 um,
so laufen die beiden Rotoren 102 und 104 zusammen
mit der Abtriebswelle 106 um. Das Umlaufen des ersten Luftrotors 102 und
des zweiten Luftrotors 104 führt dazu, dass Umgebungsluft
in die rückwärtige Baueinheit 116 eingesaugt
wird. Die Umgebungsluft wird über
den elektrisch beaufschlagten Motor 108 geführt und
erwärmt sich
hierbei. Aufgrund der Position der Luftkompressorkammer 182 gelangt
die Umgebungsluft zwingend mit ihrer rückwärtigen Seite 186 in
Kontakt. Die Luftkompressorkammer 182 ist ein besonders
gestaltetes Bauteil der Erfindung, die derart arbeitet, dass sie
erhitzte Luft, die durch das äußere Gehäuse 110 zum
ersten und zum zweiten Luftrotor 102, 104 streicht,
leitet. Bei der Beschreibung verschiedener Bauteile gemäß der Erfindung
wird das Wort „gekrümmt" verwendet. Diese
Ausdrucksweise bedeutet „charakterisiert
durch gekrümmte
Linien".
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Die
rückwärtige Seite 186 der
Luftkompressorkammer 182 ist in 6 klar gezeigt.
Die quasi-rechteckige Aussparung 188 erscheint als erhabener
Teil, wenn man die rückwärtige Seite 186 betrachtet,
und stellt das Zentrum der Luftkompressorkammer 182 dar.
Die Konstruktion der rückwärtigen Seite 186 weist
insbesondere eine Mehrzahl von sechs Zentrifugalkanälen 196 auf,
wie in 6 gezeigt. Jeder Zentrifugalkanal 196 beschreibt
einen gekrümmten
Weg, der von der zentralen Durchgangsbohrung 192 hinwegführt. Jeder
Zentrifugalkanal 196 umfasst zwei Begrenzungen 198 und 200, die
dazu dienen, die Luftmasse zu und durch ein Fenster 202 zu
drücken,
am besten erkennbar aus den 2 und 4.
Während
des Betriebes des Elektromotors 108 wird Luft, die durch
die rückwärtige Baueinheit 116 und
durch den Motor 108 eingezogen wird, der Mehrzahl von Zentrifugalkanälen 196 zugeführt und
durch das entsprechende Fenster 202 gedrückt, das
am Ende eines jeden Kanales 196 vorliegt. Die durch jedes
Fenster 202 hindurchtretende Luft wird dem ersten Luftrotor 102 bzw.
dem zweiten Luftrotor 104 zugeführt.
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Die
Vorderseite 184 der Luftkompressorkammer 182 gemäß 5 umfasst
eine Mehrzahl von Fenstern 202, die als sechs Lufteinlässe dienen, durch
welche Luft eingezogen und zum ersten Luftrotor 102 und
zum zweiten Luftrotor 104 geführt wird, wie in den 2 aber
auch in der Explosionsansicht gemäß 4 gezeigt
ist. Gerade vor jedem Fenster 202 befindet sich eine dreieckförmige Aussparung 204 zum
Leiten von Luft von der Vorderseite 184 der Luftkompressorkammer 182.
Jede dreieckförmige Aussparung 204 weist
abgestufte Abmessungen entlang der Länge des gekrümmten Bogens
auf und ist die Vorderseite des entsprechenden gekrümmten Zentrifugalkanals 106 auf
der rückwärtigen Seite 186 der
Luftkompressorkammer 182. Die Funktion der stationären Luftkompressorkammer 182 besteht
somit darin, die erhitzte Luft auf den umlaufenden ersten Luftrotor 102 und
den umlaufenden zweiten Luftrotor 104 zu lenken.
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Auf
der umlaufenden Abtriebswelle 106 des Motors 108 befindet
sich eine erste Kunststoffmutter 206, die sich durch die
zentrale Durchgangsbohrung 192 der Luftkompressorkammer 182 hindurcherstreckt,
wie man aus 4 ersieht. Die erste Kunststoffmutter 206 umfasst
einen Sechskantkopf 208, der satt in eine erste sechskantförmige Aufnahme 210 passt,
die der ebenen rückwärtigen Seite
des ersten Luftrotors 102 angeformt ist, wie in 10 gezeigt.
Der erste Luftrotor 102 sitzt auf der ersten Plastikmutter 206,
die an die umlaufende Abtriebswelle 106 angeschlossen ist.
Die Vorderseite des ersten Luftrotors 102 weist eine zweite
Sechskantmutter 212 auf, die hier angeformt ist und die
in eine zweite sechskantförmige
Aufnahme 213 passt, der Rückseite eines separaten Aufschiebzylinders 214 angeformt,
wie den 4 und 10 entnehmbar.
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Die
Vorderseite des separaten Aufschiebzylinders 214 umfasst
eine dritte Sechskantmutter 216, die sich von hieraus erstreckt.
Die dritte Sechskantmutter 216 passt in eine dritte sechskantförmige Aufnahme 218,
die der ebenen Rückseite
des zweiten Luftrotors 104 angeformt ist. In gleicher Weise
umfasst die Vorderseite des zweiten Luftrotors 104 eine vierte
Sechskantmutter 220. Die umlaufende Abtriebswelle 106 ist
durch die erste, zweite, dritte und vierte Sechskantmutter 206, 212, 216 bzw. 220 hindurchgeführt. Außerdem verläuft die
umlaufende Abtriebswelle 106 durch die erste, zweite, dritte
sechskantförmige
Aufnahme 210, 213, 218, wie in 10 gezeigt.
Auf dem Gewindeende der umlaufenden Abtriebswelle 106 ist
eine Mutter 222 aufgeschraubt, die alle diese Bauteile
als Einheit zusammenhält.
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Der
erste Luftrotor 102 ist vom zweiten Luftrotor 104 durch
eine Luftrichtscheibe 220 getrennt, die der Innenfläche des äußeren Gehäuses 110 angeformt
ist, wie in den 7 und 8 gezeigt. 7 zeigt
eine Vorderseite 225 der Luftrichtscheibe 224.
Die Luftrichtscheibe 224 umfasst eine zentrale Durchgangsbohrung 226,
von welcher aus mehrere Zentrifugalschaufeln 228 hervorgehen.
Eine rückwärtige Seite 230 der
Luftrichtscheibe 224 gemäß 8 ist eine
ebene Fläche.
Die Funktion der Luftrichtscheibe 224 besteht weiterhin
darin, erhitzte Luft von einer ersten Stufe der Kompression und
des Abführens,
d. h. vom ersten Luftrotor 102, zu einer zweiten Stufe
des Komprimierens und Abführens,
d. h. zum zweiten Luftrotor 104 zu leiten. Die umlaufende
Abtriebswelle 106 beinhaltet alle sechskantförmigen Muttern 206, 212, 216, 220 und
die entsprechenden sechskantförmigen
Aufnahmen 210, 213 und 218, und tritt
durch die zentrale Durchgangsbohrung 226 der Luftrichtscheibe 224 hindurch.
Der erste und der zweite Luftrotor 102, 104 umfassen
eine Mehrzahl von Rippen oder Gebläseschaufeln 232, wie
man am besten aus den 2, 3 und 4 erkennt.
Die Rippen 232 dienen dazu, Luft von der rückwärtigen Baueinheit 116 zum
Motor 108 und durch die Luftkompressorkammer 182 zu
leiten. Der erste Luftrotor 102 und der zweite Luftrotor 104 in
Kombination mit der Mehrzahl von Rippen 232, die alle zusammen
mit der Abtriebswelle 106 des Motors 108 umlaufen, sammeln
und komprimieren die erhitzte Luft und geben diese durch die Auslassöffnung 120 ab.
Die Kombination der Konstruktion führt zu einem niedrigen Druck
und zu einem hohen Durchsatz von Luft, erzeugt durch die elektrische
Luftpumpe 100 gemäß der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung erbringt neue Vorteile gegenüber anderen
Luftpumpen zur Anwendung beispielsweise bei aufblasbaren Einrichtungen (nicht
dargestellt), so wie aus dem Stande der Technik bekannt. Ein Hauptvorteil
der elektrischen Luftpumpe 100 gemäß der Erfindung besteht darin,
dass mehrere Rotoren (d. h. ein erster Rotor 102 und ein zweiter
Rotor 104) parallel auf ein- und derselben umlaufenden
Abtriebswelle 106 des Elektromotors 108 montiert
sind. Die Anwendung des ersten Luftrotors 102 und des zweiten
Luftrotors 104 führen
zu einer verbesserten Motoreffizienz bezüglich der Wärmeableitung und des Luftdurchsatzes
verglichen mit einem einzigen Rotor-Motor gemäß dem Stande der Technik, der
bei derselben Drehzahl arbeitet. Die elektrische Luftpumpe 100 gemäß der Erfindung
ist daher deutlich effizienter bezüglich des Einsaugens und des
Förderns
von Luft durch die Luftauslassöffnung 120 der
elektrischen Luftpumpe 100. Die Wirkungsgradsteigerung
verläuft
etwa linear der Anzahl der verwendeten Rotoren. Die Mehrzahl parallel
angeordneter Rotoren 102 und 104 führt zu Abmessungen,
die genügend
genau sind, so dass eine „True
Indicator Reading (TIR)" durch
manuelles Montieren der Bauteile des Rotors 108 erzielt
werden kann.
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Während die
vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die veranschaulichenden
Ausführungsformen
besonderer Anwendungen beschrieben ist, so versteht es sich, dass
sie hierauf nicht beschränkt
ist. Der Fachmann erkennt, dass sich die Lehren auf zusätzliche
Abwandlungen und Ausführungsformen
anwenden lassen, ohne dass der Schutzumfang verlassen wird.