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Die Erfindung betrifft Laufräder für Staubsauger sowie
Staubsauger mit einem Laufrad und einem das Laufrad
antreibenden Gebläsemotor.
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Auf dem Gebiet von Haushaltsstaubsaugern offenbart JP-A-59-
74396 ein Laufrad für ein elektrisches Gebläse, bei dem eine
Verkleidungsplatte in der Nähe des Einlasses eines Laufrades
durch eine kontinuierliche Kurve festgelegt ist, gesehen in
einer axialen Ebene, mit einer großen Krümmung im Vergleich
zum Innendurchmesser des Laufrads. Diese Konstruktion kann
Ausblasgeräusche verringern, jedoch neigt sie zu einer
relativen Erhöhung der Geräusche, die durch Wände des
Staubsaugers aufgrund von an die Wände übertragenen Schwingungen
übertragen werden.
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Gemäß JP-A-59-74396 ist ebenfalls ein Abdeckteil des
Gebläsegehäuses im wesentlichen rechtwinklig zur
Verkleidungsplatte eines Laufrads in der Nähe des Einlasses desselben
angeordnet. Demgemäß bricht die Strömung dann, wenn sich die
axiale Richtung der Strömung der eintretenden Luft im
Einlaßbereich des Laufrads in die radiale Richtung ändert, auf
der Seite des Laufrads ab, was zu großen Verlusten führt. Da
die aerodynamischen Bedingungen für die Strömung im
Einlaßabschnitt des Laufrads schlecht sind, besteht die Tendenz,
daß Geräusche proportional zum Produkt aus der Anzahl von
Schaufeln und der Drehzahl des Laufrads ansteigen.
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Zusätzlich ist die Länge des Abdichtbereichs bis auf den
kleinen Wert von 1 mm begrenzt, da die Länge der Überlappung
zwischen dem Laufradeinlaß und dem Gebläsegehäuse durch die
Dicke der Verkleidungsplatte des Lauffrads festgelegt ist;
dadurch ist es schwierig, die Rate der Leckströmung zwischen
der Verkleidungsplatte und dem Gehäuse zu verringern.
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Ferner ist das Abbrechen der Strömung gefördert, da die
Leckströmung im wesentlichen rechtwinklig zur Hauptströmung
am Einlaß des Laufrads steht. Da die Verkleidungsplatte in
der axialen Ebene gesehen gekrümmt ist, besteht die Neigung,
daß sich die der Verkleidungsplatte gegenüberstehende
Nabenplatte und die Verkleidungsplatte während des Befestigens
der Verkleidungsplatte und der Schaufeln aneinander
verformen, was zu einer Abweichung der Form des Laufrads von der
gewünschten führt. Ferner besteht die Tendenz, daß an der
Endfläche einer Schaufel innerhalb des Laufrads ein Spalt
entsteht, was die Leckage und Verluste erhöht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend
beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und
den Wirkungsgrad der Luftströmung durch das Gebläse eines
Staubsaugers zu verbessern.
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Die Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt und ein
erfindungsgemäßes Laufrad gemäß einer anderen Erscheinungsform
ist in Anspruch 2 dargelegt.
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Vorzugsweise ist die Verkleidungsplatte des Laufrads in
ihrem Bereich angrenzend an die Laufradschaufeln
kegelstumpfförmig. Vorzugsweise steht das Ende des Flanschs der
Verkleidungsplatte unter einem Winkel von nicht mehr als 30º
zur Achse, gesehen im Axialschnitt. Die besten Ergebnisse
werden dann erzielt, wenn das Verhältnis von (a) dem
Krümmungsradius der Verkleidungsplatte im Bereich ihrer Krümmung
in den Flansch zu (b) der Breite des Schaufeleinlasses in
axialer Richtung im Bereich von 0,5 bis 1,0 liegt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun durch ein
nicht begrenzendes Beispiel unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines die
Erfindung verkörpernden elektrischen Gebläses mit einem Motor und
einem Gebläseteil ist;
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Fig. 2 eine axiale Schnittansicht eines Teils des Gebläses
von Fig. 1 ist;
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Fig. 3 und 4 Diagramme sind, die die Luftströmungen im
Gebläse gemäß JP-A-59-74396 bzw. dem Gebläse von Fig. 2
veranschaulichen; und
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Fig. 5 eine axiale Schnittansicht ist, die ein anderes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gebläses zeigt.
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Ausführungsbeispiele von Laufrädern und Staubsaugergebläsen
gemäß der Erfindung werden nun beschrieben. Sie können in
herkömmliche Staubsauger eingebaut werden. Beispiele für
Staubsauger, in denen sie untergebracht werden können, sind
in den europäischen Patentanmeldungen 91 303 152.2 und
91 303 496.3 dargelegt.
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Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gebläse für einen
elektrischen Staubsauger besteht aus einem Gebläseabschnitt 80
und einem Motorabschnitt 81. Innerhalb des Gehäuses 81a des
Motorabschnitts 81 sind ein an einer Drehwelle 82
befestigter Rotor 83 und ein Stator 85 mit Wicklungen 84a und 84b
angeordnet. Das Gehäuse 81a verfügt über einen
Lagerhalterungsabschnitt 81b, der in der Mitte seiner Endwand
ausgebildet ist, und ein Lager 86a zum drehbaren Halten eines
Endes der Drehwelle 82 ist im Lagerhalterungsabschnitt 81b
angeordnet. Das Gehäuse 81a verfügt an seiner Umfangsfläche
auch über Auslaßöffnungen 81c. Das Gehäuse 81a verfügt am
entgegengesetzten Ende über eine Endstütze 87, die den
Gebläseabschnitt-80 und den Motor 81 miteinander verbindet.
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Die Endstütze 87 verfügt in ihrer Mitte über einen
Lagerhalterungsabschnitt 87a und entlang ihrem Umfang über einen
flachen Abschnitt 87b. Der flache Abschnitt 87b ist mit
Saugöffnungen 88 versehen, durch die die Luft vom Gebläse 80
in den Motor 81 gegeben wird, um ihn zu kühlen. Im
Lagerhalterungsabschnitt 87a ist ein Lager 86b zum drehbaren Halten
des anderen Endes der Drehwelle 82 angeordnet. Die Endstütze
87 trägt einen Luftumlenker 89, und an der stromaufwärtigen
Seite des Luftablenkers ist ein Zentrifugallaufrad 90 durch
eine Mutter 81 an der Drehwelle 82 befestigt. Das
Zentrifugallaufrad 90 und der Luftumlenker 89 sind von einem
Gebläsegehäuse 92 abgedeckt, das mit Druckpassung in den Umfang
der Endstütze 87 eingepaßt ist. Das Gebläsegehäuse 82
verfügt in seinem mittleren Teil über eine Saugöffnung 93, um
für einen Einlaß in den mittleren Einlaßbereich des Laufrads
zu sorgen.
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Der Luftumlenker 89 besteht aus mehreren Luftumlenkschaufeln
94, die radial außerhalb des Umfangs des Zentrifugallaufrads
90 angeordnet sind. Mehrere Rücklaufführungsschaufeln 95
sind an der Rückseite einer Wand 89a angeordnet, die
angrenzend an das Laufrad 90 liegt und die Luftumlenkschaufeln 94
trägt. Die Wand 89a verfügt über eine abgerundete
Außenumfangskante, um die Luftströmung von den Luftumlenkschaufeln
94 zu den Rückführführungsschaufeln 95 zu glätten, und in
Verbindung mit der Wand 89a und der Endstütze 87 legen die
Rückführführungsschaufeln 95 einen Rückführführungskanal
fest, durch den die Luftströmung zu den Saugöffnungen 88
geführt wird.
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Es wird nun der allgemeine Betrieb des elektrischen Gebläses
dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Wenn der Motor 81
mit Energie versorgt wird, damit sich das Laufrad 90 dreht,
strömt Luft, wie durch die Pfeile in der Zeichnung
angedeutet, durch die Saugöffnung 93 in das Laufrad 90. Nachdem
sie aus dem Laufrad 90 ausgegeben ist, läuft sie zwischen
den Luftumlenkschaufeln 94 durch und tritt, nachdem sie
durch den Rückführführungskanal gelaufen ist, durch die
Saugöffnungen 88 in das Gehäuse 81a ein. Die in das Gehäuse
81a eingeleitete Luftströmung kühlt den Rotor 83, durchläuft
einen durch den Stator 85 und die Innenfläche des Gehäuses
81a festgelegten Luftkanal, kühlt die Wicklungen 84a und 84b
und tritt durch die im Umfang des Gehäuses 81a ausgebildeten
Auslaßöffnungen 81c nach außen aus.
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Fig. 2 zeigt die Konfiguration des Zentrifugallaufrads 90
und des Luftumlenkerbereichs detaillierter. Das Laufrad 90
besteht aus mehreren Schaufeln 96, einer Verkleidungsplatte
97 und einer Nabenplatte 98. Jede Schaufel 96 trägt an jeder
Kante drei Vorsprünge, die in in der Verkleidungsplatte 97
und der Nabenplatte 98 ausgebildete Löcher eingepaßt und
dann verstemmt oder gestaucht sind, so daß diese Komponenten
an diesen Verbindungspunkten stabil und eng aneinander
angebracht sind. Wie es Fig. 6 zeigt, sind die Schaufeln 96 in
ihrer Erstreckung nach außen gekrümmt, jedoch ist dies der
Einfachheit halber in Fig. 2 nicht gezeigt.
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Der Außendurchmesserabschnitt der Verkleidungsplatte 97 ist
kegelstumpfförmig, d.h., gerade in der Axialebene gesehen,
radial außerhalb des innersten Verbindungspunkts 99 zu den
Schaufeln 96. Einwärts in bezug auf den Punkt 99 ist die
Verkleidungsplatte 97 so geformt, daß sie einen gerundeten
Abschnitt 97a festlegt, der in einem nach oben gedrehten
Flansch 97b endet, dessen Endabschnitt unter ungefähr 20º
zur Laufradachse steht. Der Krümmungsradius des gerundeten
Abschnitts 87a ist das 0,7-fache der Breite des
Schaufeleinlasses. Das Gebläsegehäuse 92 ist so geformt, daß es einen
nach innen gebogenen Flansch 92a bildet, und ein Leckspalt
100 verbleibt zwischen dem Flansch 92a und dem Flansch 97b
des Laufrads 90. Wie es aus Fig. 2 erkennbar ist, überlappen
die Flansche 92a und 97b axial (siehe auch die Fig. 4 und
5), wobei der Flansch 92a radial innerhalb liegt.
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Durch die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß
des Laufrads 90 läuft ein Teil der das Laufrad 90
verlassenden Luftströmung zwischen dem Laufrad 90 und dem
Gebläsegehäuse 92 durch und strömt erneut in die Laufrad-Einlaßzone.
Daher wirkt das Laufrad 90 auch auf diese Leckströmung ein,
und wenn die Strömungsrate dieser Leckage groß ist, ist die
Funktionsfähigkeit des elektrischen Gebläses beträchtlich
verschlechtert; da jedoch beim veranschaulichten
Ausführungsbeipiel die Länge des Spalts 100 größer als die Dicke
der Verkleidungsplatte 97 ist, kann der Reibungsverlust in
der Leckströmung erhöht werden, wodurch die
Leckströmungsrate verringert wird.
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Da die Richtung der Leckströmung parallel zur Achse steht
und da die Hauptströmung in diesem Bereich ebenfalls
parallel zur Achse ist, hat die Leckströmung keinen schlechten
Einfluß auf die Hauptströmung, und da der Krümmungsradius
des abgerundeten Abschnitts 97a der Verkleidungsplatte groß
ist, bricht die Hauptströmung an der Verkleidungsplatte 97
höchstens leicht ab.
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Aus Simulationsversuchen, die mit dem in Fig. 3
dargestellten Gebläse und mit Gebläsen, die denen des
Ausführungsbeispiels der Fig. 1 und 2 ähnlich waren, ausgeführt wurden,
wobei Wasserströmungen verwendet wurden, die so gewählt
wurden, daß sie hinsichtlich der Reynold-Zahl identisch waren,
stellte sich heraus, daß im Fall der in Fig. 3 dargestellten
bekannten Struktur die Strömung an der Seite der
Verkleidungsplatte des Laufrads beträchtlich abbricht, während im
Fall des erfindungsgemäßen Laufrads, bei dem das Verhältnis
aus dem Radius des gerundeten Abschnitts 97a zur Breite des
Einlasses der Laufradschaufel (in axialer Richtung) 0,5 war,
die Strömung gut entlang der Verkleidungsplatte lag, wie
durch Fig. 4 veranschaulicht. Demgemäß ist es möglich,
Geräusche zu unterdrücken, die bei einer Frequenz auftreten,
die dem Produkt aus der Drehzahl und der Anzahl von
Schaufeln entspricht. Darüber hinaus ist der Energieverlust des
Laufrads der Fig. 1 und 2 gering.
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Die Verkleidungsplatte 27 ist ausgehend von ihrem
Außenumfang bis zum innersten Verbindungspunkt 99 gerade, gesehen
in der axialen Ebene, und für die Höhe einer Schaufel 96
besteht nur eine kleine Differenz zwischen dem Einlaß und dem
Auslaß. Daher ändert sich, obwohl die Schaufel 96 in
Umfangsrichtung auf herkömmliche Weise gekrümmt ist, die beim
Verstemmen jedes Vorsprungs der Schaufel 96 angewandte Kraft
nicht von einem Verstemmungspunkt zum nächsten. Demgemäß
sind die Verformungen der Verkleidungsplatte 97 und der
Hubplatte 98 selbst bei der auf jeden Verstemmungspunkt
ausgeübten Kraft minimal. Demgemäß treten kaum Spalte zwischen
den Flügeln 96, der Verkleidungsplatte 97 und der
Nabenplatte 98 auf und es wird eine Leckströmung zwischen der
Druckseite und der Saugseite eines Flügels 96 unterdrückt. Ferner
tritt kaum ein Ungleichgewicht auf, da jede
Flächenabweichung der Verkleidungsplatte 97 und der Nabenplatte 98 klein
ist; demgemäß nehmen Geräusche wegen einer der Drehzahl
entsprechenden Frequenz ab.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter
Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, die ein Gebläse in
Teilschnittansicht zeigt. Die Verkleidungsplatte 97 ist in ihrem
Außenumfangsabschnitt gerade, gesehen in der axialen Ebene,
und sie verfügt einwärts gegenüber dem innersten
Verbindungspunkt 99 über einen gerundeten Abschnitt 97a, wie in
Fig. 2. Die Verkleidungsplatte 97 ist in diesem Fall mit
einem zylindrischen Abschnitt 97b versehen, der sich axial
ausgehend vom Ende des gerundeten Abschnitts 97a erstreckt.
Ferner verfügt das Gebläsegehäuse 101 in seinem
Innendurchmesserbereich über einen nach innen gebogenen Flansch 101a,
so daß zwischen dem Flansch 101a und dem zylindrischen
Abschnitt 97b des Laufrads 90 ein Spalt 100 zurückbleibt.
Dadie Länge des Spalts 100 viel größer als die Dicke der
Verkleidungsplatte 97 ist, können die Reibungsverluste für die
Leckströmung sehr groß gemacht werden, die Leckströmung kann
deutlich verringert werden und der Wirkungsgrad des
elektrischen Gebläses kann verbessert werden.