DE69519391T2 - Verbesserte staubabscheidevorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schmutz- oder Staubpartikeln aus einem Luftstrom durch eine Zykloneinrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine Zyklonvorrichtung zur Staubabscheidung zur Verwendung in einem Staubsauger.
• Zyklonvorrichtungen zur Staubabscheidung enthalten typischerweise einen kegelstumpfförmigen Zyklon, der einen tangentialen Lufteinlaß an dem Ende, das den größeren Durchmesser hat, sowie eine Konusöffnung an dem Ende, das den kleineren Durchmesser hat, aufweist, die in einen Schmutz- oder Staubsammler führt. Der Staubsammler hat allgemein eine zylindrische Form und einen deutlich größeren Durchmesser als die Konusöffnung, wobei er normalerweise einen Durchmesser hat, der mindestens das Dreifache der Konusöffnung beträgt. Im Betrieb tritt ein Schmutz und Staub mitführender Luftstrom über den Lufteinlaß in den Zyklon ein und wird durch die tangentiale Ausrichtung der Lufteinlaßöffnung über der inneren Oberfläche des Zyklons in eine Wirbelbewegung versetzt. Der Großteil des Luftstromes tritt aus dem Zyklon aus, indem er zu der Längsachse des Zyklons hinläuft und durch einen Ausgangskanal austritt, der im wesentlichen in der Mitte des Endes des Zyklons, das den größeren Durchmesser hat, angeordnet ist. Der Rest des Luftstromes bewegt sich spiralförmig zu der Konusöffnung mit zunehmenden Winkelgeschwindigkeiten unter Mitführung von Schmutz und Staub und wird in den Staubsammler ausgestoßen, woraufhin die Schmutz- und Staubpartikel gegen die zylindrische Wand des Sammlers geworfen werden. Die Schmutz- und Staubpartikel sammeln sich anschließend in den unteren Bereichen der zylindrischen Wand an, während der Rest des Luftstromes aus dem Sammler durch die Konusöffnung und den Ausgangskanal austritt. Eine Zyklonvorrichtung zur Staubabscheidung dieser Bauart ist in der US 5,090,976 beschrieben.
• Allgemein ist es für Zyklonvorrichtungen zur Staubabscheidung wünschenswert, daß sie relativ kompakt sind, insbesondere hinsichtlich der Gesamtlänge der Vorrichtung, d. h. der Abmessung parallel zur Längsachse des Zyklons. Wenn die Vorrichtung in einem Staubsauger verwendet wird, verringert eine kompakte Staubabscheidevorrichtung die Gesamtabmessungen des ganzen Staubsaugers und senkt den Schwerpunkt des Staubsaugers ab, was wiederum dessen Stabilität verbessert. Dies ist insbesondere bei Staubsaugern mit zylindrischer Bauart sowie bei Staubsaugern der aufrechten Bauart vorteilhaft.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Staub zu schaffen, die relativ kompakt ist, ohne daß ein wesentlicher Verlust der Staubabscheidungswirksamkeit auftritt.
• Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 geschaffen. Vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen dargelegt. Das Vorsehen einer Staubrückhaltewand, die in der Verwendung einen freien oberen Rand hat, der auf der Basisoberfläche vorgesehen ist und der sowohl von der Mitte als auch der Seitenoberfläche des Staubsammlers beabstandet ist, verbessert die Abscheidungswirkung der Abscheidungsvorrichtung.
• Eine Vorrichtung zum Abscheiden von Staub gemäß der eingangs erwähnten Bauart muss oftmals in einem Winkel zu einer festen Oberfläche angeordnet werden. Im Fall eines Staubsaugers der aufrechten Bauart, der aus praktischen Gründen in seiner Gesamthöhe eingeschränkt ist, wird der Körper des Staubsaugers, der die Staubabscheidevorrichtung enthält, bei der Verwendung bezüglich des Staubsaugerkopfes gekippt, um so die Bewegung des Saugkopfes über die zu reinigende Oberfläche zu erleichtern. Auch bei Staubsaugern der zylindrischen Bauart ist es vorteilhaft, den Schwerpunkt so nahe wie möglich an der zu reinigenden Oberfläche zu positionieren, was durch das Kippen der Staubabscheidevorrichtung bezüglich dieser Oberfläche unterstützt werden kann. Es ist bekannt, einen Sammler vorzusehen, der eine Basisoberfläche mit einem konischen oder kegelstumpfförmigen Abschnitt hat. Dies erlaubt es, die Vorrichtung zu kippen, ohne daß es erforderlich ist, die Vorrichtung überhaupt zu erhöhen. Das Vorsehen eines Sammlers mit konischer oder kegelstumpfförmiger Basis wurde vorher als nicht praxistauglich verworfen, da angenommen wurde, daß der abgeschiedene Schmutz und Staub sich näher an der Konusöffnung als in dem gewöhnlichen Sammler mit flacher Basis sammeln würden, was es erleichtern würde, daß abgeschiedener Schmutz und Staub erneut in dem Luftstrom mitgerissen würden. Es wurde seither festgestellt, daß dies nicht der Fall ist und die Abscheidungswirkung eines Sammlers mit konischer oder kegelstumpfförmiger Basis sehr ähnlich derjenigen eines entsprechenden Sammlers mit flacher Basis ist.
• Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 ist eine seitliche Schnittansicht einer bekannten Vorrichtung zum Abscheiden von Schmutz oder Staub aus einem Luftstrom;
• Fig. 2 ist eine einem Teil von Fig. 1 entsprechende seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 3 ist eine Fig. 1 entsprechende seitliche Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
• Fig. 1 zeigt die bekannte Vorrichtung 10 zum Abscheiden von Schmutz oder Staub aus einem Luftstrom, bestehend aus einem kegelstumpfförmigen Zyklon 12, der eine innere Oberfläche 14 hat. Ein Lufteinlaß 16 ist an dem Ende des Zyklons 12 angeordnet, das den größeren Durchmesser hat, und der Lufteinlaß 16 steht mit dem Zyklon 12 so in Verbindung, daß Luft tangential in den Zyklon 12 eingeführt wird.
• An dem Ende des Zyklons 12, das den kleineren Durchmesser hat, d. h. von dem Lufteinlaß 16 entfernt, befindet sich eine Konusöffnung 18. Die Konusöffnung 18 umgebend und gegen die Außenwände des Zyklons 12 abgedichtet ist ein Sammler 20 zum Sammeln von Schmutz und Staub, die aus dem Luftstrom abgeschieden wurden, vorhanden. Der Hauptkörper des Sammlers 20 hat eine allgemein zylindrische Form, obgleich zwischen dem allgemein zylindrischen Abschnitt und dem Zyklon 12 geneigte Wände 22 verlaufen. Der Sammler 20 hat eine Basisoberfläche 24, die auf die Konusöffnung 18 zuweist, d. h. von dem Hauptkörper des Zyklons 12 beabstandet ist.
• Bei der Benutzung tritt ein Luftstrom, bestehend aus einem Strom aus Luft, in dem Schmutz- und Staubpartikel mitgeführt sind, durch den Einlaß 16 in den Zyklon 12 ein. Aufgrund der tangentialen Eintrittsanordnung gerät der schmutzbeladene Luftstrom innerhalb des Zyklons 12 in eine Wirbelbewegung und verläuft spiralförmig über die innere Oberfläche 14 des Zyklons 12 zu der Konusöffnung 18 mit stetig zunehmenden Winkelgeschwindigkeiten, wobei saubere Luft aus dem Zyklon 12 durch die Einwärtsbewegung zur Längsachse hin und nach oben zu einer Austrittsöffnung 17 austritt. Sobald der verbleibende Luftstrom durch die Konusöffnung 18 in den Sammler 20 eintritt, werden die in dem Luftstrom mitgeführten Schmutz- und Staubpartikel auf die Seitenwände des Sammlers 20 zu geschleudert. Der Luftstrom, der im wesentlichen frei von Schmutz- und Staubpartikeln ist, tritt anschließend durch die Konusöffnung 18 aus dem Sammler 20 aus und verlässt den Zyklon 20 durch die Austrittsöffnung 17, die im wesentlichen in der Mitte des Endes des Zyklons 12 angeordnet ist, das den größeren Durchmesser hat.
• Fig. 2 und 3 zeigen die Erfindung, die eine zusätzliche Einrichtung vorsieht, die dazu konstruiert ist, jede Möglichkeit zu verringern, daß in dem Sammler 20 gesammelter Schmutz und Staub erneut in dem Luftstrom mitgerissen werden, der in der Vorrichtung 10 zirkuliert. Diese Einrichtung ist hauptsächlich in Fällen anwendbar, in welchen der Abstand zwischen der Konusöffnung 18 und der Basisoberfläche 24 geringer als 8 mm ist oder in welchen die Basisoberfläche 24 eine konische oder kegelstumpfförmige Form hat.
• Um die Möglichkeit zu reduzieren, daß in dem Sammler 20 befindlicher Schmutz und Staub erneut in dem Luftstrom mitgerissen werden, ist eine Schmutz- und Staubrückhalteeinrichtung in Form einer Wand 30 auf der Basisoberfläche 24 vorgesehen. Die Wand 30 erstreckt sich relativ zu der Basisoberfläche 24 nach oben und ist im wesentlichen ringförmig, obgleich andere Formen in Draufsicht verwendet werden könnten. Der Durchmesser d der ringförmigen Wand 30 beträgt im wesentlichen 70 mm, dies könnte jedoch im Bereich zwischen 30 mm und 100 mm variiert werden. Die Höhe w der Wand 30 beträgt von der Verbindung zwischen der Wand 30 und der Basisoberfläche 24 im wesentlichen 55 mm, könnte jedoch im Bereich von 20 mm bis 60 mm variiert werden.
• Die Wand 30 hat einen sich verjüngenden Querschnitt, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Dicke der Wand 30 ist an ihrem Ende nahe an der Verbindung mit der Basisoberfläche 24 größer als an dem distalen Ende. Das obere Ende der Wand 30 ist gerundet, um einen glatten Abschluss zu bilden.
• Wenn die ringförmige Wand 30 in Verbindung mit einer kegelstumpfförmigen Basisoberfläche 24 vorgesehen ist, wie in Fig. 3 dargestellt, liegt die Verbindung zwischen der Wand 30 und der Basisoberfläche 24 auf dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 24a der Basisoberfläche 24. Wenn jedoch der zentrale Abschnitt 24b einen ausreichend großen Durchmesser hat, kann die Verbindungsstelle zwischen der Wand 30 und der Basisoberfläche 24 in dem ebenen Mittelabschnitt 24b vorliegen.
• Im Betrieb verursacht Luft, die aus dem Zyklon 12 durch die Konusöffnung 18 austritt, daß darin mitgeführte Schmutz- und Staubpartikel gegen die Außenwände des Sammlers 20 geschleudert werden. Die ringförmige Wand 30 verhindert, daß die Schmutz- und Staubpartikel zu dem Mittelabschnitt der Basisoberfläche 24 wandern und reduziert dadurch die Möglichkeit, daß Schmutz- und Staubpartikel erneut in dem Luftstrom mitgerissen werden.
• Es ist vorstellbar, daß die vorstehend beschriebene Zyklonvorrichtung zur Staubabscheidung in einer Vielzahl unterschiedlicher Situationen vorteilhaft verwendet werden kann. Die Anwendung, für welche die vorliegende Erfindung am wahrscheinlichsten verwendet wird, ist eine Staubsaugervorrichtung. Die beiden Aspekte der Erfindung, die vorstehend beschrieben wurden, können in einem aufrechten Staubsauger oder einem Staubsauger des Zylindertyps verwendet werden, um den Schwerpunkt abzusenken und/oder die Größe der gesamten Vorrichtung zu verringern. Auch ist wahrscheinlich, daß die vorstehend beschriebene Vorrichtung in Verbindung mit einer weiteren Zyklonvorrichtung zur Staubabscheidung verwendet wird, die speziell konstruiert ist, um größere Staub- und Faserpartikel in einem sogenannten Zyklon mit "niedriger Wirksamkeit" abzuscheiden. Die vorstehend beschriebene Vorrichtung soll daher bestimmungsgemäß nur die feineren Schmutz- und Staubpartikel abscheiden, die in dem Luftstrom mitgeführt werden.
• Es ist jedoch auch vorstellbar, daß die vorstehend beschriebene Erfindung gut in anderen Situationen anwendbar ist, beispielsweise bei dem Abscheiden von Schmutz- oder Staubpartikeln aus Abgasen von Verbrennungsmotoren. Die vorstehend beschriebenen Prinzipien sind auf derartige Situationen gleichermaßen anwendbar und müssen nicht in Kombination mit weiteren Zyklonenabscheidevorrichtungen verwendet werden, sofern dies nicht erwünscht ist.

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Schmutz oder Staub aus einem Luftstrom, enthaltend einen kegelstumpfförmigen Zyklon (12), der einen tangentialen Lufteinlaß (16) hat, der an dem oder nahe an dem Ende des Zyklons (12) mit größerem Durchmesser angeordnet ist, und eine Konusöffnung (18), die an dem Ende des Zyklons (12) mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist, sowie einen geschlossenen Sammler (20) zum Sammeln von durch den Zyklon (12) aus dem Luftstrom abgeschiedenem Schmutz oder Staub, der so angeordnet ist, daß er die Konusöffnung (18) umgibt und eine Basisoberfläche (24) hat, die auf die Konusöffnung (18) zu weist und von mindestens einer Seitenoberfläche des geschlossenen Sammlers begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Staubrückhaltewand (30), die in Benutzung einen freien oberen Rand hat, auf der Basisoberfläche (24) vorgesehen ist und sowohl von der Mitte als auch der Seitenoberfläche (24) derselben beabstandet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Staubrückhaltewand (30) eine nach oben verlaufende ringförmige Wand umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Wand (30) von ihrer Verbindungsstelle mit der Basisoberfläche (24) zwischen 10 mm und 60 mm nach oben verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Wand (30) von ihrer Verbindungsstelle mit der Basisoberfläche (24) 55 mm nach oben verläuft.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher der Durchmesser der Wand (30) zwischen 30 mm und 100 mm liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Durchmesser der Wand (30) 70 mm ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welcher die Dicke der Wand (30) an dem der Verbindungsstelle mit der Basisoberfläche (24) benachbarten Ende größer ist als an dem von dieser entfernt liegenden Ende.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei welcher das von der Verbindungsstelle mit der Basisoberfläche (24) entfernt liegende Ende gerundet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher mindestens ein Abschnitt der Basisoberfläche eine konische oder kegelstumpfförmige Form hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Basisoberfläche (24) einen kegelstumpfförmigen Abschnitt (24a) und einen kreisförmigen Abschnitt (24b) enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der Durchmesser des kreisförmigen Abschnitts (24b) im wesentlichen gleich dem der Konusöffnung (18) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei welcher der Durchmesser des kreisförmigen Abschnitts (24b) zwischen 20 mm und 30 mm liegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der Durchmesser des kreisförmigen Abschnitts (24b) 25 mm beträgt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der Durchmesser des kreisförmigen Abschnitts (24b) im wesentlichen größer ist als der der Konusöffnung (18).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der Durchmesser des kreisförmigen Abschnitts (24b) 125 mm beträgt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei welcher der kreisförmige Abschnitt (24b) flach ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei welcher der konische oder kegelstumpfförmige Abschnitt (24a) der Basisoberfläche (24) in einem Winkel zwischen 30º und 50º zu der Längsachse des Zyklons (12) geneigt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher der konische oder kegelstumpfförmige Abschnitt (24a) der Basisoberfläche (24) in einem Winkel von im wesentlichen 40º zu der Längsachse des Zyklons (12) geneigt ist.

19. Staubsauger, enthaltend eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.

20. Staubsauger nach Anspruch 19, ferner enthaltend eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schmutz oder Staub aus dem Luftstrom, welche weitere Vorrichtung stromaufwärts der genannten Vorrichtung positioniert ist.