DE69606774T2

DE69606774T2 - Verjüngte laufradschaufeln für staubsauger

Info

Publication number: DE69606774T2
Application number: DE69606774T
Authority: DE
Inventors: Wei Du
Original assignee: Scott Fetzer Co; Scott and Fetzer Co
Current assignee: Scott Fetzer Co
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2016-08-03
Also published as: EP0859567B1; CA2229513A1; NO981997L; CA2229513C; EP0859567A1; AU692116B2; AU6719596A; DE69606774D1; ATE189855T1; US5573369A; NO319902B1; NO981997D0; WO1997017007A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Staubsaugergebläse. Bei herkömmlichen Staubsaugern treibt ein Gebläse schmutzbefrachtete Luft in einen Filterbeutel. Es gibt zwei übliche Staubsaugerkonfigurationen. Bei Staubsaugern vom "Schmutzluft"-Typ ist das Gebläse vor dem Filterbeutel angeordnet und treibt schmutzbefrachtete Luft in den Filterbeutel. Bei Staubsaugern vom "Reinluft"-Typ ist das Gebläse nach dem Filterbeutel angeordnet und saugt saubere Luft aus dem Filterbeutel.
Die Fig. 1, 2A und 2B zeigen einen herkömmlichen Schmutzluft-Staubsauger 10. Ein Gebläse 12 treibt Luft von einer Bodendüse 14 über eine Einfüllröhre 18 zu einem Filterbeutel. Durch den Luftstrom vom Boden entfernter Schmutz wird somit ausgefiltert und im Filterbeutel 16 abgelagert.
Das Gebläse 12 weist einen Motor 20, ein Gehäuse 22 und ein Laufrad 24 auf. Der Motor 20 ist mit der Rückseite des Gehäuses 22 verbunden und dreht das Laufrad 24 über eine Welle 26. Die resultierende Zentrifugalkraft zieht Luft in einen Einlaß 28 und hinaus über einen Auslaß 30. Das Gehäuse weist eine Rückwand 32, eine im wesentlichen flache Vorderwand 34, eine Spirale 36 (bahnförmige Seitenwand), und einen Ansaugabschluß 38 auf. Während durch das Laufrad 24 Luft um das Gehäuse 22 getrieben wird, füllt die Luft den kontinuierlich größer werdenden Spalt zwischen dem Laufrad 24 und der Spirale 36, bis sie durch den Ansaugabschluß 38 wieder auf den Auslaß 30 hin ausgerichtet wird.
Die Fig. 3A und 3B sind Detailansichten eines Laufrads 24 von dem üblicherweise in Schmutzluftstaubsaugern verwendeten Typ. Das Laufrad 24 weist eine Nabe 42 auf, die eine mehrere Schaufeln 46 tragende Rückplatte 44 trägt. Die Nabe 42 weist eine Bohrung 48 für die Anbringung auf der Motorwelle 26 auf. Jede Schaufel 46 besitzt eine Vorderkante 50, eine Oberkante 52 und eine Hinterkante 54. Das Laufrad 24 ist üblicherweise zur Gänze aus Plastik geformt.
Herkömmliche Laufräder für Schmutzluftgebläse weisen typischerweise eine Anzahl von Entwurfsmerkmalen auf, die in das Design des Laufrads eingearbeitet sind, um die Luftleistung (d. h. die Leistung bezüglich Saugkraft und Luftstrom) zu verbessern und Gebläselärm zu verringern. Der Leerbereich zwischen Nabe 42 und Schaufeln 46 wird als "Auge" 49 bezeichnet und stellt mehr Raum für Luft zur Verfügung, um in den Einlaß 28 einzutreten. Die Vorderkante 50 verläuft nach oben hin schräg, um den Luftstrom beim ersten Auftreffen auf die Schaufel 46 auszurichten. Die Rückplatte 44 ist darstellungsgemäß gekrümmt, um die rechtwinklige Umlenkung des Luftstroms bei dessen erstem Auftreffen auf die Rückplatte aus dem Einlaß 28 abzumildern. Die Schaufeln 46 sind im wesentlichen nicht radial fluchtend, sondern eher schräg zur Drehrichtung angestellt und typischerweise gekrümmt.
Bei herkömmlichen Laufrädern für Schmutzluftgebläse ist die Oberkante 52 der Schaufel 46 im wesentlichen parallel zur Vorderwand 34. Bei flacher und zur Welle 26 senkrecht stehender Vorderwand 34, was typischerweise der Fall ist, ist auch die Oberkante 52 senkrecht zur Welle 26. Auf ähnliche Weise ist die Hinterkante 54 im wesentlichen parallel zur Spirale 36. Wenn also die Spirale im wesentlichen parallel zur Welle 26 ist, was typischerweise der Fall ist, ist auch die Hinterkante 54 parallel zur Motorwelle. Wenn somit die Vorderwand 34 senkrecht zur Spirale 36 steht, was typischerweise der Fall ist, ist die Oberkante 52 senkrecht zur Hinterkante 54.
Um den zum Entfernen von Schmutz erforderlichen Luftstrom zustandezubringen, muß das Laufrad mit einer hohen Geschwindigkeit von typischerweise 10.000-20.000 U/min drehen. Die auf die Masse des Laufrads einwirkende starke Zentrifugalkraft bringt mehrfache Beanspruchungen auf das Laufrad auf: die gekrümmte Rückplatte wird beansprucht, was dazu führt, daß sie geradegebogen wird und von den Schaufeln weg zieht; die Schaufelkrümmung wird auf ein horizontales Geradebiegen hin beansprucht; und die schräg nach hinten angestellten Schaufeln werden zum Umklappen auf die Rückplatte hin beansprucht. Die wiederholte Ein/Aus-Anlegung dieser Beanspruchungen kann Beschädigungen erzeugen, wie etwa: Spannungsrisse in der Rückplatte; Schwächung der Verbindungsstelle zwischen Schaufel und Rückplatte; allmähliche Verformung der Schaufelform; und Materialermüdung. Zusätzlich zur Erhöhung des Lärmpegels verschlechtern alle diese Beanspruchungsschäden die Luftleistung und die Laufradstabilität.
Abgesehen von beanspruchungsbedingten Schäden gibt es des weiteren Aufprall- bzw. Schlagbeschädigungen. Die Schaufeln können durch von dem Staubsauger aufgenommene kleine Gegenstände, die mit einem heftigen Schlag auf das Laufrad auftreffen, absplittern, in der Regel an ihrer Hinterkante 54.
Schmutzluftgebläse tendieren dazu, aufgrund von Luftverwirbelung im Gehäuse laut zu sein. Des weiteren erzeugt der wiederholte Vorbeilauf der Hinterkanten 54 am Ansaugabschluß 38 eine Sirenenwirkung. Im Inneren des Gebläsegehäuses stellt der Ansaugabschluß 38 den Bereich mit dem geringsten Abstand zwischen der Spirale 36 und dem Laufrad 24 dar. Beim Vorbeilauf einer jeden Schaufel am Ansaugabschluß 38 wird ein Druckimpuls erzeugt, der einen Ton erzeugt. Die Höhe dieses Tones liegt auf einer Frequenz, die der Vorbeilaufhäufigkeit der Schaufeln am Ansaugabschluß entspricht. Diese Frequenz wird als "Schaufel-Vorbeilauffrequenz" bezeichnet.
Die Anmelderin beobachtete mehrere leistungsbezogene Faktoren in Verbindung mit einem standardmäßigen Laufrad, d. h. dem Laufrad Nr. MO-118978, das in vielen Kirby- Staubsaugern verwendet wird. Die Abmessungen dieses Laufradtyps sind wie folgt: 11 Schaufeln stehen vertikal von einer gekrümmten Rückplatte ab; der Außendurchmesser der Rückplatte beträgt 121 mm; die Oberkante der Schaufel liegt in einer horizontalen Ebene (d. h. eine Abschrägung von 0º), und ist 21 mm hoch (bei Messung ab der Außenkante der Rückplatte); die Schaufelvorderkanten schneiden sich mit der Rückplatte bei 23 mm ab der Nabenmitte und sind um 45º zur Vertikalen abgeschrägt; die Schaufelhinterkanten sind vertikal (d. h. Null Abschrägung) und schneiden sich mit der Rückplatte im wesentlichen an der Außenkante der Rückplatte; die Schräganstellung der gekrümmten Schaufel beträgt bei Messung relativ zur Radialrichtung 45º an der Vorderkante und 37º an der Hinterkante.
Das Laufrad befindet sich in einem standardmäßigen Gebläsegehäuse des Modells Kirby G4 mit den folgenden Abmessungen: die Vorderfläche ist horizontal und 28 mm von der Rückfläche beabstandet; der Einlaßdurchmesser beträgt 50 mm; der Abstand zwischen den Schaufeloberkanten und der Vorderfläche des Gehäuses beträgt gleichförmig 4 mm; die Spirale ist vertikal in einer Dimension und hat einen Radius, der von 63 mm auf einer Seite des Ansaugabschlusses bis 110 mm unmittelbar nach dem Ansaugabschluß zunimmt; der Abstand zwischen der Schaufel hinterkante und der Spirale ist 3 mm am Ansaugabschluß und nimmt bei jeder Vierteldrehung vom Ansaugabschluß weg um etwa 7,4 mm zu.
Das Standardgebläse mit den genannten Abmessungen erzeugt einen maximalen Saugdruck von 28 Inch Wasser, einen maximalen Luftstrom von 110 CFM, erzeugt einen Lärmdruckpegel von 94 dBA (bei Messung in einem Abstand von 3 Feet), wenn der Staubsauger in einem "Shamponier- Modus" mit 15.000 U/min. verwendet wird, und 80 dBA bei üblichen 12.000 U/min. beim Staubsaugen eines Plüschteppichs. Bei einem standardmäßigen "Schrapnell"-Aufpralltest (bei dem Schraubenmuttern, Schrauben, kleine Münzen, Zwischenringe und Haarklammern in den Ansaugschlauch des Staubsaugers eingesaugt werden), tendiert das standardmäßige Laufrad typischerweise dazu, nach durchschnittlich 400 Aufprallstößen zu brechen.

ABRISS DER ERFINDUNG

In Anbetracht der genannten Schwachstellen und Nachteile besteht daher ein Bedarf nach einem Laufrad mit besserer Beständigkeit gegen beanspruchungsbedingte Ermüdungsschäden.
Es besteht des weiteren ein Bedarf nach einem Laufrad, das gegen Stoßbeschädigung beständiger ist.
Des weiteren besteht ein Bedarf nach einem Laufrad, das ruhiger arbeitet.
Es besteht auch ein Bedarf nach einem Laufrad, das die genannten Anforderungen ohne eine Verringerung der Luftleistung erfüllt.
Diese obenstehend genannten Anforderungen werden durch eine Gebläseanordnung der vorliegenden Erfindung erfüllt, die einen Gebläsemotor mit einer Welle aufweist, sowie ein Gebläsegehäuse mit einer Vorderwand, einer Rückwand und einer Spirale, einen Einlaß für die Luftaufnahme, einen Auslaß für die Luftabgabe. Ein Laufrad ist auf die Welle montiert und in dem Gebläsegehäuse gehalten. Das Laufrad erzeugt zentrifugal einen Luftstrom, der Luft durch den Einlaß einzieht und Luft durch den Auslaß austreibt.
Das Laufrad weist eine Nabe für die Verbindung mit der Welle auf, eine einstückig mit der Nabe ausgebildete Rückplatte, und eine Mehrzahl von einstückig mit der Rückplatte und der Nabe ausgebildeten Schaufeln. Jede der Schaufeln besitzt eine Oberkante im wesentlichen in der Nähe der Vorderwand des Gebläsegehäuses, und eine Hinterkante im wesentlichen in der Nähe der Spirale. Eine der Kanten ist so abgeschrägt, daß sie nichtparallel zum Gehäuse ist und dadurch einen ungleichförmigen Luftdurchtritt zwischen dem Laufrad und dem Gebläsegehäuse begrenzt. Diese Konfiguration von Laufrad und Gebläsegehäuse ist dazu wirksam, jegliches erzeugte Geräusch zu dämpfen.
Diese und weitere Anforderungen, die durch die vorliegende Erfindung erfüllt werden, ergeben sich aus der Überlegung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, wie sie in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Schemaansicht einer herkömmlichen Staubsaugeranordnung vom Schmutzlufttyp.
Fig. 2A und 2B sind eine Seiten- bzw. Vorderansicht, die ein herkömmliches Gebläse mit Tangentialströmung und sein Wirkprinzip veranschaulichen.
Fig. 3A und 3B sind eine perspektivische bzw. eine aufgeschnittene Seitenansicht, die ein herkömmliches Laufrad veranschaulichen.
Fig. 4 ist eine aufgeschnittene Seitenansicht des Gebläses gemäß der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das Gebläse gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus einem starren Plastik wie Polycarbonat geformt. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind gemäß der vorliegenden Erfindung die Schaufeln 46 des Laufrades 24 an der Oberkante 52 nach unten hin abgeschrägt und an der Hinterkante 54 nach unten hin abgeschrägt (im Fachjargon: "raked"), während die Vorderwand 34 flach ist und senkrecht zu sowohl der Welle 26 als auch der Spirale 44 steht. In diesem Zusammenhang definiert sich "vertikal" als parallel zur Welle, "horizontal" als senkrecht (bzw. normal) zur Welle, "radial" als horizontal aus der Motorwelle austretend, "aufwärts" als die Vertikalrichtung von der Rückplatte zur Vorderfläche hin, und "abwärts" als das Gegenteil von "aufwärts".
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Vorderkante in einem Winkel mit der Schnittlinie von Vorderkante und Rückplatte relativ zur Horizontalen abgeschrägt. Die Schräge der Hinterkante wird vorzugsweise als ein Winkel an der Schnittlinie von Hinterkante und Oberkante relativ zur Horizontalen gemessen.
Die Anmelderin hat festgestellt, daß der optimale Ausgleich zwischen Lärm und Luftleistung mit einem Laufrad erzielt wird, das eine Schaufel mit einer Abschrägung von 5-20º an der Oberkante (vorzugsweise 10-15º) aufweist, so daß die Schaufelbreite in der Radialrichtung des Laufrades abnimmt; und 5-20º an der Hinterkante (vorzugsweise 10-15º), so daß die Schaufellänge in der Axialrichtung parallel zur Welle abnimmt. Bei einem Laufrad, dessen Ober- und Hinterkante auf diese Weise abgeschrägt sind, verringert sich der Lärm um 5 dBA im Shamponier-Modus und 1 dBA bei normalem Teppichsaugen, während die maximale Saugkraft (im verschlossenen Zustand) um nur 2,5 Inch Wasser abnimmt und der maximale Luftstrom (im völlig offenen Zustand) nur um 5 CFM abfällt. Die Reinigungswirksamkeit (basierend auf der Menge Sand und Talk, die gemäß einer standardmäßigen Industrieprüfung von Teppich abgesaugt wird) wird nicht auf meßbare Weise beeinträchtigt. Beim Schrapnell-Aufpralltest widersteht das Laufrad zweimal der typischen Anzahl von Stößen (durchschnittlich 800) vor Bruch.
Ein Laufrad mit einer gemäß der obenstehenden Beschreibung abgeschrägten Ober- und Hinterkante (Abschrägung um jeweils 10-15º) verringert Lärmentwicklung beträchtlich und erhöht die Stoßfestigkeit bei gleichzeitig nur unbeachtlicher Reduzierung der Luftleistung und überhaupt keiner Reduzierung der Reinigungswirksamkeit. Die Anmelderin nimmt an, daß dies auf der Tatsache beruht, daß der Abstand zwischen Oberkante und Vorderwand nicht gleichförmig ist, weshalb in diesem Freiraumbereich durch Luftstromverwirbelungen erzeugtes Geräusch verwischt und gedämpft wird. Auf ähnliche Weise ist der Abstand zwischen Hinterkante und Spirale nicht gleichförmig, weshalb durch Luftstromverwirbelungen in diesem Freiraumbereich erzeugtes Geräusch ebenfalls verwischt und gedämpft wird. Infolge der Abschrägung läuft ein kleinerer Abschnitt der Hinterkante in der Nähe des Ansaugabschlusses vorbei, wodurch die Sirenenwirkung abgeschwächt wird.
Das vorliegende Laufrad besitzt eine verringerte Masse, was die Beanspruchungen des Laufradkörpers verringert. Jedes Gramm der Laufradmasse trägt zur zentrifugalen Beanspruchung proportional dazu bei, wie weit es von der Nabe entfernt ist. Da die Abschrägung der Schaufel vorzugsweise das am weitesten von der Nabe entfernt gelegene Schaufelmaterial abnimmt, verringert das Laufrad der vorliegenden Erfindung somit stark die Ermüdung infolge der zentrifugalen Beanspruchung.
Das Laufrad ist des weiteren weniger empfindlich gegen Stoß- bzw. Aufprallbeschädigung durch harte Gegenstände, da das (infolge der Abschrägung) kleinere Profil ein kleineres Ziel bietet. Was noch wichtiger ist: betrachtet man die Schaufel als einen von der Rückplatte vorstehenden Ausleger, so verringert die Abschrägung der Schaufel ihren Hebelarm, was sie steifer und widerstandsfähiger gegen Stoßbruch macht. Die verkleinerten Schaufelabmessungen verringern auch Gewicht, Materialkosten und Gestehungskosten.
Die genannten Vorteile werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Laufrad mit abgeschrägten Schaufeln im wesentlichen bei einer unbeachtlichen Verschlechterung der Luftleistung erzielt. Dies beruht auf der Tatsache, daß das mittels Abschrägung abgenommene Material wesentlich dazu beiträgt, Geräusch, Ermüdung und Stoßbeschädigung zu verringern, jedoch die Luftleistung nur auf unbeachtliche Weise beeinflußt.
Die obenstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform wurde zu veranschaulichenden und beschreibenden Zwecken dargeboten. Sie soll insofern nicht einschränkend sein, daß sie weitere Modifikationen und Variationen, die dem Fachmann zugänglich sind, ausschließen würde. Jegliche Modifikationen, die dem Fachmann in Anbetracht der obenstehend gegebenen Lehre zugänglich sind, werden als im Rahmen der Erfindung liegend betrachtet, so wie sie durch die beigefügten Ansprüche begrenzt ist.

Claims

1. Gebläseanordnung für einen Staubsauger, umfassend:

einen Gebläsemotor mit einer Welle (26),

ein Gebläsegehäuse mit einer Vorderwand (34), einer Rückwand und einer Spirale (36), einem Einlaß (28) zur Luftaufnahme, einem Auslaß (30) zur Luftabgabe,

ein auf die Welle (26) montiertes und im Gebläsegehäuse gehaltenes Laufrad, das zentrifugal eine Luftströmung, die Luft über den Einlaß (28) anzieht, erzeugt und Luft über den Auslaß (30) hinaustreibt, wobei das Laufrad umfaßt:

eine Nabe für eine Verbindung mit der Welle (26),

eine einstückig mit der Nabe ausgebildete Rückplatte (44),

eine Vielzahl von einstückig mit der Rückplatte (44) und der Nabe ausgebildeten Schaufeln (46),

ein zwischen der Nabe und der Vielzahl von Schaufeln (46) ausgebildetes Auge,

dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (46) eine Vorderkante (50), eine Oberkante (52) im wesentlichen in der Nähe der Vorderwand (34) des Gebläsegehäuses und eine Hinterkante (54) im wesentlichen in der Nähe der Spirale (36) aufweist, wobei eine der Ober- und Hinterkanten derart abgeschrägt ist, daß sie nichtparallel zum Gehäuse ist und dadurch einen ungleichförmigen Luftdurchtritt zwischen Laufrad und Gebläsegehäuse begrenzt, was jegliches entstehende Geräusch effektiv dämpft.

2. Gebläse nach Anspruch 1, wobei die jeweils andere Kante ebenfalls abgeschrägt ist.

3. Gebläse nach Anspruch 1, wobei die abgeschrägte Kante jeder Laufradschaufel 5 bis 20º abgeschrägt ist.

4. Gebläse nach Anspruch 3, wobei die abgeschrägte Kante jeder Laufradschaufel 10 bis 15º abgeschrägt ist.

5. Gebläse nach Anspruch 1, wobei die Vorderwand (34) des Gebläsegehäuses im wesentlichen flach ist und in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Welle (26) liegt, und wobei die Oberkante (52) derart abgeschrägt ist, daß die Breite jeder Schaufel (46) in Radialrichtung des Laufrads abnimmt und dadurch einen ungleichförmigen Luftdurchtritt zwischen Laufrad und Gebläsegehäuse festlegt.

6. Gebläse nach Anspruch 1, wobei die Spirale (36) des Gebläsegehäuses im wesentlichen parallel zur Richtung der Welle (26) ist, und wobei die Hinterkante (54) derart abgeschrägt ist, daß die Länge jeder Schaufel (46) in Axialrichtung parallel zur Welle (26) des Laufrads abnimmt und dadurch einen ungleichförmigen Luftdurchtritt zwischen Laufrad und Gebläsegehäuse festlegt.

7. Gebläse nach Anspruch 1, wobei das Laufrad aus einem Kunststoffmaterial geformt ist.