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Diese
Erfindung betrifft einen Staubsaugerkopf, der mit einem Staubsauger
verwendet werden oder einen Teil desselben bilden kann.
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Staubsauger
werden allgemein mit einer Palette von Werkzeugen zum Erledigen
spezifischer Reinigungsarten geliefert. Die Werkzeuge schließen ein
Fußbodenwerkzeug
zum allgemeinen Reinigen auf dem Fußboden ein. Es ist gut bekannt,
daß ein Fußbodenwerkzeug
bereitgestellt wird, bei dem ein Bürstenstab drehbar innerhalb
einer Ansaugöffnung auf
der Unterseite des Werkzeugs angeordnet ist, wobei der Bürstenstab
durch eine Druckluftturbine angetrieben wird. Der Bürstenstab
dient dazu, die Fußbodenoberfläche unterhalb
des Werkzeugs hin- und herzubewegen, um so Schmutz, Staub, Haare, Fusseln
und andere Trümmer
von der Fußbodenoberfläche zu lösen, wo
sie danach durch den Luftstrom zu dem Staubsauger selbst befördert werden können. Die
Turbine kann allein durch „schmutzige" Luft, die über die
Ansaugöffnung
in das Werkzeug eintritt, angetrieben werden, sie kann allein durch „saubere" Luft, die über einen
speziellen Einlaß,
der von der Hauptansaugöffnung
gesondert ist, in das Werkzeug eintritt, angetrieben werden, oder
sie kann durch eine Verbindung von schmutziger und sauberer Luft
angetrieben werden. „Schmutzluft"-turbinengetriebene
Werkzeuge haben insofern einen Nachteil, als sie leicht durch den
Schmutzluftstrom verstopft werden können. Sie haben ebenfalls insofern einen
Nachteil, als sich die Drehzahl, mit der sich die Turbine dreht,
ziemlich schnell steigern kann, wenn das Werkzeug von einer Oberfläche abgehoben
wird.
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US 5 950 275 und
DE 42 29 030 zeigen beide
druckluftturbinengetriebene Werkzeuge, bei denen eine Drehzahlbegrenzungsfunktion
betätigt
werden kann, wenn das Werkzeug von einer Oberfläche abgehoben wird. Bei einem
dieser Werkzeuge ist die Drehzahlbegrenzungsvorrichtung ein Fußbodeneingriffsrad,
das die Winkelposition eines Lufteinlasses im Verhältnis zu
der Turbine steuert.
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„Reinluft"-turbinengetriebene
Werkzeuge, wie sie in
US 2 904
816 erörtert
werden, können ebenfalls
unter bestimmten Bedingungen eine Steigerung der Drehzahl erleben.
Eine vollständige
oder teilweise Blockierung der Luftströmungsbahn durch den Hauptansaugeinlaß zu dem
Werkzeug kann bewirken, daß eine
gesteigerte Luftmenge durch den Druckluftturbineneinlaß strömt, was
die Drehzahl der Turbine und des Bürstenstabes steigert. Jedoch
sind die für
schmutzluftturbinengetriebene Werkzeuge vorgeschlagenen Lösungen angesichts
der unterschiedlichen Ursachen eines Überdrehzahlzustandes bei reinluft-
und schmutzluftturbinengetriebenen Werkzeugen ungeeignet zur Verwendung
bei reinluftturbinengetriebenen Werkzeugen.
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Die
vorliegende Erfindung sucht den Betrieb des turbinengetriebenen
Werkzeugs zu verbessern.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung einen Staubsaugerkopf bereit, der
ein Gehäuse,
ein Bürstwerk
zum Hinundherbewegen einer Fußbodenoberfläche, eine
Kammer in dem Gehäuse zum
drehbaren Aufnehmen des Bürstwerks,
eine Öffnung
in der Kammer, angrenzend an das Bürstwerk, die zu einer Fußbodenoberfläche zeigt,
eine Druckluftturbine zum Antreiben des Bürstwerks, einen Lufteinlaß in dem
Gehäuse
zum Zuführen
sauberer Luft zum Antreiben der Turbine, eine Drosselvorrichtung zum
Anbringen in einem Abzugsauslaß aus
der Kammer umfaßt,
und wobei die Drosselvorrichtung so angeordnet ist, daß sie bewegt
werden kann zwischen einer Drosselposition, in der sie dazu dient,
den Querschnitt des Abzugsauslasses einzuschränken, und einer offenen Position,
in der sie den Querschnitt des Abzugsauslasses in einem geringeren
Maße einschränkt, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Drosselvorrichtung durch den Trümmerstrom
aus der Kammer bewegt werden kann.
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Das
Anordnen einer beweglichen Drosselvorrichtung in dem Abzugsauslaß ermöglicht,
daß der
Auslaß ausreichend
groß ist,
um den gelegentlichen Durchgang von Trümmern zu ermöglichen.
Der Querschnitt des Auslasses ist, wenn sich die Drosselvorrichtung
in der Drosselposition befindet, ausreichend klein, um eine angemessenes
Gleichgewicht des Luftstroms zwischen der Hauptöffnung zu dem Staubsaugerkopf
und dem Lufteinlaß zu
der Turbine aufrechtzuerhalten.
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Bei
der Erfindung kann der Staubsaugerkopf ein Werkzeug sein, das am
Ende eines Handrohres oder Schlauchs eines Zylinder- (Kanister-,
Walzen-) oder eines aufrechtstehenden Staubsaugers befestigt ist,
oder es kann einen Teil des Staubsaugers selbst, wie beispielsweise
den Staubsaugerkopf eines aufrechtstehenden Staubsaugers, bilden.
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Es
werden nun, nur als Beispiel, Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 ein
turbinengetriebenes Werkzeug nach der Erfindung zeigt,
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2 schematisch
ein Staubsaugersystem zeigt, bei dem das Werkzeug verwendet werden kann,
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3 einen
Querschnitt durch das Werkzeug von 1 zeigt,
wobei der Lufteinlaß zu
der Turbine offen ist,
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4 einen
Querschnitt durch das Werkzeug von 1 zeigt,
wobei der Lufteinlaß zu
der Turbine geschlossen ist,
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5 eine
auseinandergezogene Ansicht der Bestandteile des in den vorherigen
Abbildungen gezeigten Werkzeugs zeigt,
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6 eine
Modifikation des Werkzeugs, um zu ermöglichen, daß der Lufteinlaß wieder
geöffnet wird,
zeigt,
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7 eine
alternative Weise zeigt, auf die das Werkzeug modifiziert werden
kann, um zu ermöglichen,
daß der
Lufteinlaß wieder
geöffnet
wird,
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8 einen
Querschnitt durch ein turbinengetriebenes Werkzeug, das eine Vorrichtung
zum Einschränken
des Querschnitts der Auslaßbahn
aus dem Bürstenstabgehäuse einschließt, zeigt,
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9 und 10 die
Drosselvorrichtung selbst zeigen,
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11 eine
Querschnittsansicht durch das Werkzeug von 8 zeigt,
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12 bis 14 alternative
Formen der Drosselvorrichtung zeigen.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
des Werkzeugs in der Form eines Werkzeugs 100, das am Ende
eines Handrohres oder Schlauchs eines Staubsaugers angebracht werden
kann.
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Das
Hauptgehäuse
des Werkzeugs definiert eine Kammer 110 für den Bürstenstab 112,
eine Kammer 115 für
die Turbine 240 und Strömungskanäle zwischen
diesen Teilen. Der vordere, allgemein haubenförmige, Teil 110 des
Gehäuses
und eine untere Platte definieren zusammen eine Kammer zum Unterbringen
des Bürstenstabes.
Der Bürstenstab umfaßt zwei
Bürstenstäbe 112 der
gleichen Größe, die
auf freitragende Weise an einem Teil des Antriebsmechanismus getragen
werden, der in der Mitte der Kammer 110 angeordnet ist.
Die untere Platte hat eine große Öffnung 111,
durch welche die Borsten der Bürstenstäbe 112 vorstehen
können,
um die Fußbodenoberfläche hin-
und herzubewegen. Die untere Platte ist durch Schnelltrenn- (z.B.
Bajonett-) Befestigungselemente am Rest des Gehäuses befestigt, so daß die Platte
entfernt werden kann, um Zugang zu den Bürstenstäben 112 zu erlangen.
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Zwei
Räder 102 sind
drehbar an dem hinteren Teil des Gehäuses angebracht, um zu ermöglichen,
daß das
Werkzeug über
eine Fußbodenoberfläche bewegt
wird.
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Der
Luftauslaß des
Werkzeugs umfaßt
einen ersten Teil 107, der schwenkbar um eine horizontal ausgerichtete
Achse 103 an dem Hauptgehäuse angebracht ist, um so eine
Schwenkbewegung in einer Vertikalrichtung zu ermöglichen. Ein zweiter Teil,
in der Form eines abgewinkelten Rohrabschnitts 106, ist
drehbar um eine Achse 104 mit dem Ende des Teils 107 verbunden.
Eine solche Anordnung ermöglicht
ein gutes Maß an
Manövrierbarkeit
des Fußbodenwerkzeugs,
wenn es in Benutzung ist, und wird weithin bei bekannten Fußbodenwerkzeugen
eingesetzt. Eine weitere Beschreibung der Gelenkverbindung dieser
Bestandteile ist unnötig.
Der Auslaß 105 des
abgewinkelten Rohrabschnitts 106 ist so geformt und bemessen,
daß er
mit dem Handrohr eines Haushaltstaubsaugers verbunden werden kann.
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2 zeigt
schematisch das gesamte Staubsaugersystem, in dem das Werkzeug verwendet
werden kann. Das Werkzeug 100 ist mit dem distalen Ende
eines starren Handrohres oder Rohres 20 verbunden, das
ein Benutzer bewegen kann, um das Werkzeug 100 dorthin
zu führen,
wo es benötigt
wird. Ein flexibler Schlauch 30 verbindet das Handrohr 20 mit
dem Hauptkörper 70 des
Staubsaugers. Der Hauptkörper 70 des
Staubsaugers umfaßt
ein Sauggebläse 50,
das durch einen Motor 55 angetrieben wird. Das Sauggebläse 50 dient
dazu, über
das Werkzeug 100, das Handrohr 20 und den Schlauch 30 Luft
in den Hauptkörper 70 des
Staubsaugers einzuziehen. Filter 45 und 60 sind
auf jeder Seite des Gebläses
angeordnet. Der Vormotorfilter 45 dient dazu, zu verhindern,
daß feiner
Staub das Gebläse
erreicht, und der Nachmotorfilter 60 dient dazu, zu verhindern,
daß feiner
Staub oder Kohleemissionen von dem Motor 55 aus dem Staubsauger
ausgestoßen werden.
Ein Abscheider 40, wie beispielsweise ein Zyklonabscheider
oder ein Filterbeutel, dient dazu, jeglichen Schmutz, Staub und
Trümmer
aus dem Schmutzluftstrom abzuscheiden, der durch das Sauggebläse 50 in
den Hauptkörper 70 eingezogen wird.
Alles abgeschiedene Material wird durch den Abscheider 40 gesammelt.
Bei Anwendung zieht die durch das Sauggebläse 50 erzeugte Saugkraft über den
Hauptansaugeinlaß 111 auf
der Unterseite des Werkzeugs und durch den Turbinenlufteinlaß 120 Luft
in das Werkzeug ein. Die durch den Einlaß 120 strömende Luft
wird verwendet, um die Turbine anzutreiben, bevor sie längs der
Teile 107 und 106 zu dem Hauptkörper des
Staubsaugers hin strömt.
Schmutzluft, die durch den Hauptansaugeinlaß eingezogen wird, strömt längs der
Teile 107 und 106 und geht überhaupt nicht durch die Turbine.
Auf diese Weise wird die Turbine nicht mit Schmutz und Trümmern aus
dem Schmutzluftstrom verstopft.
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Nun
werden unter Bezugnahme auf 3 die Turbine
und der Steuerungsmechanismus für
die Turbine detailliert beschrieben. Das Laufrad 240 der Turbine
ist innerhalb der Kammer 115 um eine Antriebswelle 245 angebracht.
Ein Satz von Lagern 246, 247 trägt die Antriebswelle 245 drehbar
an jedem ihrer Enden. Ein Lufteinlaß 120 zu der Turbine
ist an einem Ende 200 des Gehäuses angebracht, und ein Luftauslaß der Turbine
ist an einem Ende 280 angebracht. Der Luftstrom durch die
Turbine verläuft
in einer allgemein axialen Richtung, in 3 von links nach
rechts.
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Ein
Antriebsmechanismus verbindet die Turbine und die Bürstenstäbe und dient
dazu, ein Drehmoment von der Turbine 240 zu den Bürstenstäben 112 zu übertragen.
Der Antriebsmechanismus umfaßt
eine erste Riemenscheibe 262, die durch die Antriebswelle 245 der
Turbine angetrieben wird, eine zweite Riemenscheibe, mit größerem Durchmesser, an
dem Bürstenstab
und einen Riemen 260, der die zwei Riemenscheiben umschlingt.
Ein Gehäuse 251, 252 umschließt den Riemen 260,
um das Eindringen von Staub zu verhindern.
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Die
Einlaßseite
der Turbine umfaßt
einen beweglichen Knopf 200, der elastisch um eine Einlaßkappe 220 angebracht
ist. Der Knopf 200 hat eine innere ringförmige Nabe 201 und
eine äußere ringförmige Nabe 202.
Eine Feder 215 paßt
in die innere Nabe 201 und wirkt zwischen der Innenfläche des Mittelteils 203 des
Knopfes 200 und einer Fläche an der Führungsflügelplatte 230 und
dient dazu, den Knopf 200 in Axialrichtung nach außen zu drücken. Die äußere ringförmige Nabe 202 ist
durch eine flexible ringförmige
Membrandichtungen 210 mit dem Gehäuse verbunden. Wie unten detaillierter
beschrieben wird, kann der Knopf 200 in Axialrichtung von
einer „offenen" Position, wie in 3 gezeigt,
zu einer „geschlossenen" Position, wie in 4 gezeigt, bewegt
werden. In der geschlossenen Position bewegt sich der Knopf 200 in
Axialrichtung nach innen zu einer Position, in der sich die Membrandichtung 210 an
die Außenfläche der
Einlaßkappe 220 drückt, um
so eine luftdichte Dichtung an dem Einlaß zu bilden.
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Die äußerste Fläche des
Knopfes 200, zwischen der inneren und der äußeren ringförmigen Nabe 201, 202,
umfaßt
mehrere radiale Rippen 206, wobei die Zwischenräume zwischen
benachbarten Rippen Lufteinlaßöffnungen 205 definieren.
Die Einlaßöffnungen 295 werden
durch ein feinmaschiges Sieb abgeschirmt, das dazu dient, zu verhindern,
daß Staub
in die Turbine befördert
wird und den Mechanismus verstopft. Der Durchgang zwischen der äußeren ringförmigen Nabe 202 und
der Membrandichtung 210 und der inneren ringförmigen Dichtung 210 definiert
einen Luftweg 120 für
den einströmenden Luftstrom,
der das Laufrad 240 antreibt. Der Umfang der Führungsflügelplatte 230 trägt einen
Satz von abgewinkelten Flügeln 232.
Der Winkel der Flügel 232 dient
dazu, einen Wirbelstrom von Luft um das Gehäuse einzuleiten, der dem Winkel
der Schaufeln des Laufrades 240 angepaßt ist. Die Hauptlufrströmungsbahn
durch die Turbine wird durch Pfeile 244 gezeigt. Das hier
gezeigte Laufrad 240 ist eine Zentripetal- (inward radial flow – IRF) Turbine,
die sich als gut geeignet für
den Druck und die Strömungsgeschwindigkeiten
bei dieser Anwendung erwiesen hat. Es wird jedoch offensichtlich
sein, daß andere
Turbinentypen, wie beispielsweise ein Pelton-Rad, verwendet werden
könnten.
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Es
gibt jedoch ebenfalls einen sekundären Luftstrom, der eine wichtige
Rolle beim Betätigen
des Knopfes 200 während
eines Überdrehzahlzustandes spielt.
Die allgemein flache Seite des Laufrades 240 (in 3 die
linke Seite des Laufrades 240) hat mehrere in derselben
definierte Vertiefungen 242, die durch Rippen 243 getrennt
sind. Bei Anwendung wirken diese Vertiefungen 242 und Rippen 243 als
Miniaturlaufrad, das nachstehend als sekundäres Laufrad 244 bezeichnet
wird. Offensichtlich drehen sich, da das sekundäre Laufrad 244 die
Rückseite
des Laufrades 240 ist, die beiden mit der gleichen Drehzahl.
Die Pumpwirkung des sekundären
Laufrades 244 ist proportional zur Umdrehungsgeschwindigkeit des
Laufrades 240. Dies verursacht einen Bereich niedrigen
Drucks zwischen der Führungsflügelplatte 230 und
dem Laufrad 244. Mehrere axial gerichtete Öffnungen 234 in
der Stützplatte 230 verbinden
den Bereich unmittelbar hinter dem Laufrad 244 mit dem Bereich
innerhalb des Knopfes 200. Der Bereich innerhalb des Knopfes
ist praktisch eine Kammer, die von der Hauptluftströmungsbahn
getrennt ist, mit Ausnahme der eingeschränkten Bahn durch die Öffnungen 234.
Der einzige andere Strom in den Bereich 216 ist eine kleine,
unvermeidliche, Undichtigkeit zwischen der inneren ringförmigen Nabe 201 des Knopfes 200 und
dem Teil der Einlaßkappe 220,
an dem der Knopf 200 gleitet. Die Größe der Öffnungen 234 ist ein Kompromiß zwischen
ausreichend groß, um
den Druck hinter dem Laufrad 244 wirksam zu dem Bereich 216 innerhalb
des Knopfes 200 weiterzuleiten, und ausreichend klein,
so daß in
dem Knopf 200 ein ausreichend großer Druckunterschied vorhanden
ist, um zu ermöglichen,
daß eine
Pumpwirkung funktioniert. Bei Anwendung verringert die Pumpwirkung
des sekundären
Laufrades 244 den Druck im Bereich 216. Die wirksamen
Kräfte
werden in 3 gezeigt. Die Feder 215 innerhalb
des Knopfes übt
eine, als FS bezeichnete, Kraft in einer
Axialrichtung nach außen
aus. Es gibt ebenfalls eine axial gerichtete Kraft FPD auf
den Knopf 200, die sich aus dem Druckunterschied zwischen
dem Umgebungsdruck auf der Außenseite
des Knopfes 200 (gezeigt als der große nach innen gerichtete Pfeil)
und dem Druck in dem Bereich 216 innerhalb des Knopfes 200 ergibt.
Wenn der Staubsauger ausgeschaltet ist, befindet sich die Luft in
dem Bereich 216 ebenfalls bei Umgebungsdruck, und folglich
ist die einzige Nettokraft, die auf den Knopf einwirkt, diejenige
auf Grund der Feder 215. Wenn der Staubsauger jedoch arbeitet,
ist der Druck in dem Bereich 216 auf Grund des teilweisen
Evakuierens von Luft aus dem Bereich 216 durch das sekundäre Laufrad 244 geringer
als der Umgebungsdruck. Dieser Druckunterschied bewirkt, daß eine axial
nach innen gerichtete Kraft auf den Knopf einwirkt. Wenn sich das
Laufrad bei normalen Drehzahlen, d.h., etwa 25 bis 30 TU/min, dreht,
ist die nach innen gerichtete Kraft FPD,
die mit dem Druckunterschied zwischen der Umgebung und dem Bereich innerhalb
des Knopfes 200 verbunden ist, nicht ausreichend, um die
axial nach außen
gerichtete Vorspannkraft FS der Feder zu überwinden.
Folglich verbleibt der Knopf 200 in der offenen Position,
und Luft strömt
weiter zu dem Laufrad 240, um den Bürstenstab zu betreiben.
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Wenn
die Luftströmungsbahn
durch den Haupteinlaß auf
irgendeine Weise, wie beispielsweise dadurch, daß ein Gegenstand in dem Kanal
steckenbleibt, oder dadurch, daß der
Ansaugeinlaß an einer
Oberfläche
abgedichtet wird, blockiert wird, wird eine gesteigerte Luftmenge
durch den Lufteinlaß 120 zu
der Turbine strömen.
Diese Steigerung des Luftstroms wird die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Laufrades 240 und des sekundären Laufrades 244 steigern.
Andere Störungen,
wie beispielsweise ein Reißen
des Antriebsriemens 260, können ebenfalls eine Steigerung
der Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufrades 240 verursachen.
Wenn sich die Umdrehungsgeschwindigkeit bis zu einem vorher festgelegten
Niveau steigert, bewirkt die Pumpwirkung des sekundären Laufrades 244 einen
ausreichenden Druckunterschied zwischen der Umgebung und dem Bereich 216 innerhalb
des Knopfes 200, damit die axial nach innen gerichtete
Kraft FPD die axial nach außen gerichtete
Vorspannkraft FS der Feder überwinden
kann. Folglich bewegt sich der Knopf 200 in die geschlossene
Position, wie in 4 gezeigt, und die Membrandichtung 210 drückt sich
an die Einlaßkappe 220,
um den Einlaß auf
eine luftdichte Weise abzudichten. Dies verhindert, daß Luft das
Laufrad 240 erreicht. Im Ergebnis dessen kommen das Laufrad 240 und
der Bürstenstab
zum Stehen. Da die Auslaßseite 280 der
Turbinenkammer weiter in Verbindung mit dem Ansaugkanal zwischen
dem Hauptansaugeinlaß 111 zu
dem Werkzeug und dem Hauptkörper 70 des
Staubsaugers ist, der sich weiter bei einem niedrigen Druck befindet,
bleibt der Bereich 216 ausreichend evakuiert, um den Knopf 200 in
der geschlossenen Position zu halten. Die Umdrehungsgeschwindigkeit,
die bewirkt, daß sich
der Knopf in die geschlossene Position bewegt, wird durch Faktoren
bestimmt, welche die Stärke
der Feder 215 einschließen. Wir haben herausgefunden, daß eine maximale
Drehzahl von 45 bis 50 TU/min eine ideale Grenze ist, aber diese
kann selbstverständlich
variiert werden.
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Es
gibt mehrere Weisen, auf die der Knopf 200 zu der offenen
Position zurückgeführt werden kann.
Erstens kann der Knopf 200 durch einen Benutzer zu der
geschlossenen Position gezogen werden. Zweitens kann ein Ventil
bereitgestellt werden, um Luft in den Luftstrom stromabwärts von
der Turbine oder unmittelbar in den Knopf 200 selbst einströmen zu lassen.
Dieses Ventil kann ein Teil des Werkzeugs sein, oder es kann ein
Unterdruckfreigabeauslöser
am Handrohr der Maschine sein. Drittens hat ein Umdrehen der Maschine
die gleiche Wirkung wie ein Betätigen
des Unterdruckfreigabeauslösers.
Ein Umdrehen der Maschine entfernt die Unterdruckquelle auf der
Seite 280 der Turbine, was den Druck in dem Bereich 216 auf
den der Umgebung anhebt. Ohne Druckunterschied über den Knopf 200 gibt
es keine nach innen gerichtete Kraft, die der Feder 215 entgegenwirkt,
und folglich kann die Feder 215 den Knopf 200 nach
außen
drücken.
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Um
die Verwendung eines Unterdruckfreigabeauslösers besser zu erläutern, können wir
nun wieder Bezug auf 2 nehmen. Der Unterdruckfreigabeauslöser 25 ist
ein Ventil, das an den meisten herkömmlichen Maschinen bereitgestellt
wird. Häufig befindet
es sich angrenzend an einen Griff des Handrohres. Der Unterdruckfreigabeauslöser 25 kann durch
einen Benutzer betätigt
werden, um Luft in das Handrohr einströmen zu lassen und das Unterdruckniveau
am Werkzeug 100 zu verringern. Normalerweise wird ein Benutzer
dieses Ventil betätigen, wenn
etwas, wie beispielsweise eine Gardine, an dem Werkzeug hängenbleibt.
Luft wird über
das Ventil 25 in die Luftströmungsbahn einströmen gelassen, und
der Gegenstand, der an dem Werkzeug „hängengeblieben" ist, wird freigegeben.
Das Bedienen des Unterdruckfreigabeauslösers kann ebenfalls verwendet
werden, um den Knopf 200 an dem Werkzeug 100 zu
der offenen Position zurückzuführen und folglich
die Turbine 240 wieder zu starten. Das Unterdruckfreigabeventil 25 sollte
eine ausreichende Luftmenge in die Hauptströmungsbahn einströmen lassen,
um den Druckunterschied über
den Knopf 200 ausreichend abzusenken, damit die Feder 215 den Knopf 200 in
die offene Position drücken
kann.
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6 und 7 zeigen
einige weitere Ausführungsformen
des Werkzeugs, bei denen Ventile bereitgestellt werden. In 6 ist
ein Ventil in dem Knopf 200 selbst angebracht. Das Ventil
umfaßt
einen weiteren Knopf 300, der normalerweise durch eine
Feder 310 in eine geschlossene Position vorgespannt wird.
Die Feder 310 wirkt zwischen einem Flansch 301 und
der Außenfläche des
Knopfes 200. Bei Anwendung kann der Benutzer den Knopf 300 in der
durch den doppelseitigen Pfeil gezeigten Richtung verschieben, um
Luft in den Bereich 216 innerhalb des Knopfes 200 einströmen zu lassen.
Dies wird den Druck in dem Bereich 216 zu dem der Umgebung
hin anheben, was folglich die Druckunterschiedskraft FPD verringert.
Wenn der Wert von FPD ausreichend verringert
ist, wird die Federkraft FS die nach innen
gerichtete Kraft FPD überwinden, und der Knopf 200 wird
sich zu seiner offenen Position bewegen, wie in 3 gezeigt.
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7 zeigt
ein Schema, in dem ein von Hand zu betätigendes Ventil stromabwärts von
der Turbine 240, als Teil des Werkzeugs 100, angebracht ist.
Ein Knopf 320 wird normalerweise, wie gezeigt, durch eine
Feder 330 in eine geschlossene Position vorgespannt. Die
Feder 330 wirkt zwischen einer Stufe an dem in Axialrichtung
innersten Ende des Knopfes 320 und einer Fläche 322 der
Kammer, in welcher der Knopf liegt. Bei Anwendung kann ein Benutzer den
Knopf 320 verschieben, um Luft durch den Einlaß 340 in
den Bereich 280 stromabwärts von der Turbine einströmen zu lassen.
Der Bereich innerhalb des Knopfes 200' ist in Verbindung mit dem Bereich 280,
in den die Luft durch den Knopf 320 abgelassen wird. Folglich
wird die Kraft FPD auf Grund des Evakuierens
des Knopfes 200' verringert.
Wenn der Wert von FPD ausreichend verringert
ist, wird die Federkraft FS die nach innen
gerichtete Kraft FPD überwinden, und der Knopf 200' wird sich zu
seiner offenen Position bewegen, wie in 3 gezeigt.
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Der
Knopf 320 kann ebenfalls als selbsttätiges Ableitventil wirken,
d.h., der Knopf 320 bewegt sich als Reaktion auf den Luftstrom
längs des
Durchgangs 280 selbsttätig
in die offene Position. Auf eine ähnliche Weise, wie der Bereich
innerhalb des Knopfes 200 (200') durch die Pumpwirkung des sekundären Laufrades 244 teilweise
evakuiert werden kann, wird der Bereich innerhalb des Knopfes 320 durch dem
Luftstrom längs
des Durchgangs 280 evakuiert. Wenn der Knopf 320 ausreichend
evakuiert ist, bewegt er sich in die offene Position und läßt Luft
in den Bereich 280 stromabwärts von der Turbine einströmen. Dies
hat die Wirkung, die Turbine 240 zu verlangsamen. Selbstverständlich wird,
falls die Luftmenge, die durch den Knopf 320 in den Bereich 280 abgelassen
wird, unzureichend ist, um zu verhindern, daß die Turbine 240 überdreht,
der Knopf 200' schließen, um
den Lufteinlaß zu
der Turbine abzudichten.
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Die
auf der rechten Seite von 7 gezeigte Anordnung
(d.h., der Knopf 320, die Feder 330, der Einlaß 340)
kann allein, ohne den Knopf 200', an dem Einlaß zu der Turbine 240 verwendet
werden. Dies würde
eine Drehzahlbegrenzungsfunktion für die Turbine 240,
ohne die Möglichkeit,
die Turbine abzuschalten, bereitstellen.
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7 zeigt
eine andere Modifikation an dem Werkzeug. Die Einlaßdichtung
ist eine ringförmige Kappe 350,
die den Einlaß durch
Andrücken
an einen Bereich 355 des Turbinengehäuses abdichten kann. Diese
Alternative ist weniger ansprechend als die in 3 und 4 gezeigte,
weil die Flächen,
die sich aneinander abdichten, d.h., die Innenfläche der Dichtung 350 und
die Fläche 355,
schmutzbeladener Luft ausgesetzt sind, verglichen mit 3,
wo die Dichtungsflächen
nur Luft ausgesetzt sind, die durch ein Maschensieb hindurchgegangen
ist.
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Aus
dem obigen wird klar sein, daß sich
der Knopf 200 selbsttätig
in eine geschlossene Position bewegen und den Lufteinlaß zu der
Turbine abdichten kann, wenn sich die Turbine zu schnell dreht.
Ein anderes nützliches
Merkmal dieser Anordnung ist, daß ein Benutzer den Knopf 200 von
Hand in die geschlossene Position drücken kann, sollte es erwünscht sein,
den Bürstenstab
abzuschalten, z.B., wenn harte Fußböden oder empfindliche Oberflächen gereinigt
werden. Um den Bürstenstab
von Hand abzuschalten, drückt
ein Benutzer einfach, gegen die Vorspannung der Feder 215,
den Knopf 200 und hält
den Knopf 200 einen Augenblick lang in der geschlossenen
Position. Das Drücken
des Knopfes 200 evakuiert den Bereich 216 innerhalb
des Knopfes 200 auf die gleiche Weise, die durch das sekundäre Laufrad 244 während eines Überdrehzahlzustandes
erreicht wird. Der Bürstenstab
kann auf die gleiche Weise, wie zuvor beschrieben, wieder angeschaltet
werden.
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Eines
der Probleme bei einem turbinengetriebenen Werkzeug, das einen speziellen
Einlaß für Luft zum
Antreiben der Turbine hat, ist, daß ein zu großer Anteil
der einströmenden
Luft über
den Haupteinlaß statt
durch die Turbine in das Werkzeug strömen kann. Gesehen bezüglich des
durch den Luftstrom erfahrenen Maßes an Widerstand, bietet die
Bahn durch den Haupteinlaß einen
niedrigeren Widerstand als die Bahn durch den Turbineneinlaß.
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Unter
Bezugnahme auf 8 bis 11 wird
in dem Auslaßkanal
aus dem Bürstenstabgehäuse 110 eine
Drosselvorrichtung 800 angeordnet. Die Drosselvorrichtung
dient dazu, den Luftstrom aus dem Bürstenstabgehäuse einzuschränken. Die
Drosselvorrichtung ist dafür
ausgelegt, die einströmende Luft
zwischen dem Haupt- und dem Turbineneinlaß in einem zufriedenstellenden
Verhältnis
zu verteilen. Wir haben herausgefunden, daß das Zulassen eines Verhältnis zwischen
einem Viertel Luftstrom durch die Turbine zu drei Vierteln Luftstrom
durch den Haupteinlaß und
einem Drittel Luftstrom durch die Turbine zu zwei Dritteln Luftstrom
durch den Haupteinlaß gute
Ergebnisse liefert.
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Bei
der in 8 bis 11 gezeigten Ausführungsform
hat die Drosselvorrichtung 800 eine Basis 815 mit
Halterungen 816, 817, die in Schiebepassung in
der Wand 892 des Abzugsauslasses sitzen, um so die Drosselvorrichtung 800 an
ihrem Platz zu befestigen. Eine Materialschlinge 805, 810 ist
an der Basis 815 befestigt. Die Schlinge hat einen ersten Teil 805,
der Führungsflügel genannt
wird, der in Bezug auf die Basis 815 geneigt ist. Ein allgemein
halbkreisförmig
geformtes Element 810 verbindet den Führungsflügel 805 mit der Basis 815.
Der Führungsflügel 805 und
das halbkreisförmige
Element 810 können
integral miteinander und mit der Basis 815 geformt sein,
aus einem Material, das elastisch flexibel ist. Eine Gummimischung,
wie beispielsweise EPDM, ist geeignet. Bei Anwendung verbleibt der Führungsflügel 805 in
einer zu der Basis 815 und folglich den Wänden 892, 893 des
Abzugsauslasses geneigten Position und dient dazu, den Querschnitt des
Auslasses einzuschränken,
wie in 11 zu sehen ist. Die Bezugszahl 896 stellt
denjenigen Teil der Auslaßöffnung dar,
durch den Luft strömen
kann. Der Neigungswinkel des Führungsflügels 805 wird
bei Anwendung auf Grund der durch den Luftstrom durch den Auslaß verursachten
Kraft üblicherweise
geringer sein als der in 8 gezeigte, aber er wird noch geneigt
sein. In dem Fall, daß ein
kleines Trümmerstück längs des
Auslaßkanals
strömt,
dreht sich der Führungsflügel 805 zu
der Wand 892 hin und nimmt eine Position ein, die paralleler
zu dem Basiselement 815 ist. Ein verengter Abschnitt 806 zwischen
dem Führungsflügel 805 und
der Basis 815 wirkt als Scharnier, um zu ermöglichen,
daß sich
der Führungsflügel 805 dreht.
Sobald das Trümmerstück passiert
hat, kehrt der Führungsflügel 805,
auf Grund der Elastizität
des Elements 810, zu seiner ursprünglichen Position zurück. Vertikale
Wände 894 des
Abzugsauslasses liegen längs
jeder Seite der Vorrichtung 800, und folglich ist die Fläche innerhalb
der Schlinge nicht dem schmutzbeladenen Luftstrom ausgesetzt.
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Die
Drosselvorrichtung kann auf andere Weisen umgesetzt werden. 12 und 13 zeigen zwei
alternative Ausführungsformen.
In 12 ist der Führungsflügel 835 ein
ebenes Element, das durch eine Torsionsfeder 836 an der
Wand 892 des Abzugsauslasses angebracht ist. Die Feder
wird in einer Tasche 832 in der Wand des Abzugsauslasses aufgenommen.
Die Feder 836 dient dazu, den Flügel 835 in einer in
Bezug auf die Wand geneigten Position zu halten. Der Raum unterhalb
des Führungsflügels 835 wird
durch ein allgemein keilförmiges
Stück Schaumstoffmaterial 840 ausgefüllt, das
leicht zusammengedrückt
werden kann, wenn der Führungsflügel 835 zu
der Wand hin schwenkt. Das Schaumstoffmaterial 840 verhindert,
daß sich
Trümmer
unterhalb des Führungsflügels 835 ansammeln,
was verhindern würde,
daß der
Führungsflügel 835 funktioniert.
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Bei
der in 13 gezeigten Ausführungsform
ist der Führungsflügel wieder
ein ebenes Element 850. Es gibt jedoch keine Feder. Statt
dessen wird die Elastizität
durch ein allgemein keilförmiges Materialstück 855 bereitgestellt,
das dem doppelten Zweck dient, das Element 850 in einer
geneigten Position zu halten und das Eindringen jeglichen Schmutzes
unterhalb des Elements zu verhindern. Die untere Fläche 856 des
Materials 855 kann durch Bondieren oder andere geeignete
Mittel an der Wand 892 des Abzugsauslasses befestigt sein. Ähnlicherweise
kann das Element 850 an der oberen Fläche des Materials 855 befestigt
sein. Die Keilform des Materials 855 sichert, daß das Element 850 um
ein Ende 851 schwenken wird, wenn ein Trümmerstück das Element 850 trifft.
Bei einer weiteren Alternative wird das Element 850 nicht
als ein gesondertes Element bereitgestellt, sondern ist einfach
die obere, freigelegte Fläche
des Materials 855. In diesem Fall sollte das Material 855 oder
wenigstens die freigelegte Fläche
zweckmäßigerweise
beständig
gegen den Durchgang von Trümmern über die
Oberfläche
sein.
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Bei
der in 14 gezeigten weiteren alternativen
Ausführungsform
wird die Einschränkung
in dem Auslaßkanal 893 durch
mehrere flexible Klappen 861, 862 erreicht, die
an der oberen Wand des Kanals 893 hängen. Die Länge der Klappen 861, 862,
die Steifigkeit des Materials, aus dem die Klappen hergestellt sind,
und die Flexibilität
der Verbindung zwischen den Klappen 861, 862 und
der Wand des Kanals 893 bestimmen das Ausmaß, bis zu
dem der Querschnitt des Auslaßkanals
eingeschränkt wird. 14 zeigt,
daß zwei
der Klappen 861 durch ein großes Trümmerstück verschoben sind. Es wird zu
bemerken sein, daß sich
nicht alle Klappen bewegen müssen,
um zu ermöglichen,
daß die
Trümmer längs des
Kanals hindurchgehen. Dies hat den Vorzug, daß die Luftstromverteilung zwischen
dem Haupteinlaß und
dem Turbineneinlaß erhalten
bleibt. Selbstverständlich
muß es
bei einer einfacheren Form dieser Anordnung nur eine einzige solche
Klappe 861 geben, die sich vollständig oder teilweise über den
Kanal 893 erstreckt. Die in 8 bis 13 gezeigten
Anordnungen können
ebenfalls auf eine Weise umgesetzt werden, bei der mehrere ähnliche
(oder verschiedene) Teile über
den Kanal 893 angeordnet sind, wobei jedes Teil nur einen
Abschnitt der Gesamtbreite des Kanals 893 einnimmt und
unabhängig bewegt
werden kann.
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Es
sind verschiedene Alternativen zu dem möglich, was hier beschrieben
worden ist. Während die
zwei austauschbaren Bürsten
vorzuziehen sind, könnte
es bei einer einfacheren Form des Werkzeugs nur einen einzigen Bürstenstab
geben, der unmittelbar durch einen Riemen angetrieben wird, der
um die Außenfläche des
Bürstenstabes
herumgeht. Der Bürstenstab
kann an einer Position angetrieben werden, die aus der Mitte versetzt
ist.
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Die
bevorzugte Weise zum Betätigen
des Knopfes 200 ist, ein sekundäres Laufrad auf der Rückseite
des Laufrades 240 bereitzustellen. Vertiefungen 242 und
Rippen 243 bilden dieses sekundäre Laufrad. Jedoch sind die
folgenden alternativen Schemen ebenfalls möglich und sollen in dem Rahmen
der Erfindung eingeschlossen sein. An Stelle der Verwendung der
Rückseite
des Laufrades 240 könnte
ein zweites, spezielles Laufrad auf der Antriebswelle 245 an
einer Position angeordnet sein, die von dem Hauptlaufrad 240 in
Axialrichtung versetzt ist. Offensichtlich würde dies die Kosten und die
Größe des Werkzeugs
steigern. Als eine weitere Alternative könnte die Rückseite des Laufrades flach
sein, anstatt Vertiefungen 242 und Rippen 243 zu
haben. Als noch eine weitere Alternative kann das Mittel zum Evakuieren
des Bereichs 216 innerhalb des Knopfes ein Venturi-Rohr
in der Hauptluftströmungsbahn
zu oder von der Turbine sein.
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Die
Ausführungsformen
zeigen eine horizontal angebrachte Turbinenbaugruppe mit dem Knopf 200 auf
einer Seite des Werkzeugs. Es ist möglich, die Turbine vertikal
innerhalb des Gehäuses
des Werkzeugs anzubringen, so daß der Knopf 200 auf der
Oberseite des Werkzeugs angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht,
daß der
Knopf 200 für
links- und für
rechtshändige
Benutzer gleichermaßen
zugänglich
ist.