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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Ansaugvorrichtung mit einem Kasten, der mit wenigstens einer
Ansaugöffnung
und wenigstens einer Auslaßöffnung ausgestattet
ist und einen Elektromotor umschließt, dessen Rotor Mitteln zum
Erzeugen eines Luftstroms von der Ansaugöffnung zu der Auslaßöffnung zugeordnet
ist.
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Stand der Technik
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In der FR-1 556 111 wurde bereits
eine Ansaugvorrichtung dieser Art vorgeschlagen, bei welcher der
Rotor des Motors von einer Lagerwelle durchsetzt ist, die in zwei
Lagern angebracht ist, die beiderseits dieses Rotors liegen, wobei
der Stator an jeder Seite der Ebene des Rotors liegt. Radiale Ventilatorflügel, die
mit dem Rotor fest verbunden sind, gehen von dessen Umfang aus und
erstrecken sich in einem Kasten zwischen Eingangs- und Ausgangsöffnungen
für den
von dem Ventilator gebildeten Luftstrom. Die radial zum Rotor ausgetriebene
Luft strömt
in einer zunehmend aufgeweiteten Leitung weiter, damit die Ausgangsgeschwindigkeit
der Luft vermindert wird. Die Eingangsöffnungen stehen mit einem Sauger
in Verbindung, der durch einen ringförmgen Schlitz gebildet ist,
der zwischen zwei konzentrischen kreisförmigen Organen vorgesehen ist, die
aneinander befestigt sind. Das innere kreisförmige Organ weist die Form
einer Schale auf, die zur Aufnahme der Teilchen bestimmt ist, die
nicht durch die Eingangsöffnungen
gelangen konnten, die von einem Filter geschützt sind.
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Die von diesem Dokument vorgeschlagene Lösung besteht
darin, einen kompakten Staubsauger zu bilden, der in dem Kasten
eines Saugers untergebracht werden kann, der nach Art eines Besens
an einem Stiel befestigt werden kann und unter Möbel gelangen kann. Bei der
von diesem Dokument vorgeschlagenen Lösung ist der durch den Ventilator
erzeugte Unterdruck praktisch zu vernachlässi gen; nun liegt es gerade
an dem auf die zu reinigende Fläche aufgebrachten
Unterdruck, daß ein
Staubsauger die Staubstoffe und andere mehr oder minder grobe Körper von
diesen Flächen
ablösen
kann. Dies ist besonders wichtig bei Teppichen oder Teppichböden, also Flächen, die
mit einem einfachen Ventilator nicht wirksam gereinigt werden können.
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In der
US
5 394 041 wurde ein Motor mit elektronischer Kommutation
vorgeschlagen, bei welchem die Welle des Rotors des Motors mit einer
Turbine sowie einem Ventilator zum Kühlen des Motors fest verbunden
ist. Permanentmagnete sind an der Achse des Rotors befestigt, mit
denen über
einen Halleffektsensor die Drehzahl des Motors kontrolliert und
geregelt werden kann. Im Gegensatz zu dem vorhergehenden Dokument
zielt dieses nicht darauf ab, den Platzbedarf zu reduzieren, damit
der Motor in dem Kasten des Saugers untergebracht werden kann, sondern
ihr Ziel liegt darin, eine gute Kühlung des Motors und der Wälzlager
zu erhalten.
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Die FR 2 051 818 betrifft eine Motorventilatoreinheit
für Staubsauger
vom Typ "Turbine", die dazu geeignet
ist, einen starken Unterdruck zu erzeugen, bei welcher eine Ventilatorscheibe
mittels Muttern an der zentralen Welle des Motors befestigt ist. Diese
Scheibe weist an jeder ihrer Seiten einen Satz von radialen Schaufeln
auf, wobei die zwei Sätze
von Schaufeln zueinander im Zickzack angeordnet sind. Der Kasten,
der den Spiraldiffusor abgrenzt, hat eine torische Form und ist
aus geformtem Kunststoff hergestellt. Die Luft wird entlang einer
auseinandergehenden Spirale abgeführt, um die Kraft des Luftstroms
zu vermindern.
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Aus diesen Dokumenten geht hervor,
daß nur
ein einziges Dokument, die oben erwähnte FR 1 556 111, es sich
zum Ziel setzt, die Vorrichtung kompakt zu gestalten und insbesondere
dazu bestimmt ist, daß die
Montage einer Motor-Staubsaugereinheit in
einem Sauger möglich
wird. Gleichwohl konnte man davon ausgehen, daß bei dieser Lösung nicht eine
Turbine, sondem ein einfacher Ventilator dem Motor zugeordnet werden
kann, der nicht in der Lage ist, einen starken Unterdruck zu erzeugen,
der dafür nötig ist,
daß mit
dem Staubsauger wirksam gereinigt wird. Also wurde bis heute noch
keine Lösung
vorgeschlagen, die dazu geeignet ist, einen wirksamen Unterdruck
zu erzeugen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
liegt genau darin, eine Lösung
beizubringen, um dieses Problem durch einfache Mittel zu lösen, wodurch
die Anzahl von Teilen und damit die Herstellungskosten reduziert
und die Montageoperationen vereinfacht werden können.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung liegt
dazu in einer Ansaugvorrichtung des obengenannten Typs, die eine
Schale aufweist, deren Innenseite des Bodens eine Lagerwelle koaxial
zu ihrer Rotationsachse trägt,
die in einem im Zentrum des Stators liegenden Lager angebracht ist
und deren Außenseite
spiralförmige
Turbinenschaufeln trägt, die
sich zwischen der Ansaugöffnung
und der Auslaßöffnung des
Kastens erstrecken, wobei der Rand der Schale den Stator des Motors
umgibt und mehrere Permanentmagneten mit radialer Magnetisierung trägt, die
im Winkel verteilt sind und den Rotor des Motors bilden.
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Dank der Schale, die gleichzeitig
die Permanentmagneten trägt,
die den Rotor des Motors bilden, und in welcher der Stator untergebracht
ist, der an seiner Außenseite
die Turbinenschaufeln trägt,
ermöglicht
diese Anordnung, den Höhenplatzbedarf der
Vorrichtung maximal zu reduzieren.
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Bevorzugt haben die Kanäle, die
von den spiralförmigen
Schaufeln und dem Kasten begrenzt sind, höchstens konstante oder sogar
bevorzugt abnehmende Querschnitte zwischen der Ansaugöffnung und
der Auslaßöffnung.
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Das der Zentrifugalkraft unterworfene
Fluid wird so zwischen der Ansaugöffnung und der Auslaßöffnung beschleunigt
und erzeugt deshalb oberhalb, d.h. auf Höhe der Ansaugöffnung,
einen Unterdruck.
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Die Schale, ihre Lagerwelle und die
Schaufeln bilden vorteilhaft ein einziges Formteil, in dem die Permanentmagneten
teilweise versenkt sind.
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So bilden das bewegliche Organ des
Motors und dasjenige der Turbine ein einziges Formteil, wodurch
die Herstellungskosten beträchtlich
reduziert sind und mit engen Toleranzen gearbeitet werden kann.
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Der Kasten ist bevorzugt auf dichte
Weise in einem Sammler angebracht, in den mehrere im Winkel verteilte
Auslaßöffnungen
münden,
wobei dieser Sammler über
eine Leitung und wenigstens ein Element zum Trennen der festen und
gasförmigen
Phasen mit einem Staubrückgewinner
verbunden ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
bilden der Kasten und der Sammler das Gehäuse eines Saugers, dessen Ansaugöffnung die Öffnung des Saugers
bildet.
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In Anbetracht der Kompaktheit der
Motor-Turbinen-Einheit können
der Kasten und der Sammler, der ihn umschließt, direkt den Sauger bilden.
So sind abgesehen von dem Staubsaugerbeutel alle Organe des Staubsaugers
in den Sauger eingebaut, so daß der
Staubsauger fast genauso gehandhabt werden kann wie ein einfacher
Besen. Das wesentliche Gewicht der Vorrichtung liegt in dem Sauger,
der verschoben wird, indem man ihn auf der zu reinigenden Fläche gleiten
läßt, so daß der Benutzer während der
Benutzung der Vorrichtung nicht sein Gewicht tragen muß. Im Gegensatz
zu aus dem Stand der bekannten Stielstaubsaugern, bei denen der
Motor und die Turbine in einem Kasten aufgenommen sind, der entlang
eines Stiels angeordnet ist, der durch ein Rohr gebildet ist, das
die Turbine mit dem Sauger verbindet, ist das Gewicht bei dem Staubsauger
nach der Erfindung nämlich
bis zum Boden abgesenkt, der ihn ganz stützt. In Anbetracht der Neigung
des Stiels bei der Verwendung muß ein Teil des Gewichts der
Motorventilatoreinheit eines herkömmlichen Stielstaubsaugers
von dem Benutzer gehalten werden.
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Vorteilhaft sind die Permanentmagneten
des Rotors um den Stator angeordnet und sind Magnete mit radialer
Magnetisierung, wobei der Motor weder einen Lastschalter noch einen
Umschalter aufweist, der von dem Rotor betätigt wird.
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Mit dieser Anordnung ist es möglich, daß die Permanentmagneten
und der Stator in ein und derselben Ebene liegen, wodurch der Höhenplatzbedarf maximal reduziert
werden kann und sich ein Sauger ergibt, der dünn genug ist, um unter Möbel zu gelangen.
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Der Motor ist bevorzugt ein Motor
mit elektronischer Kommutation.
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Bei einem solchen Motor können die
Kommutationsbürsten
weggelassen sein, und der Motor kann kompakter gemacht sein, womit
das Volumen und insbesondere die Höhe des Kastens reduziert sind.
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Summarische
Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist leichter beim Studium
einer Ausführungsform
der Ansaugvorrichtung zu verstehen, die den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung bildet, und die im folgenden keinesfalls einschränkend beschrieben
wird und schematisch in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht
ist; darin zeigen:
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1 eine
diametrale Schnittansicht dieser Ausführungsform;
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2 eine
Aufrißansicht
von 1; und
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3 eine
Gesamtansicht eines Staubsaugers, der die Ansaugvorrichtung verwendet,
die den Gegenstand der Erfindung bildet..
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Beste Art der
Durchführung
der Erfindung
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Die veranschaulichte Ansaugvorrichtung weist
einen Kasten auf, der einerseits eine kreisförmige Schale 2 mit
einer zylindrischen Umfangswand 2a aufweist, die eine zentrale
Ansaugöffnung 3,
die den Boden 2b der Schale 2 durchsetzt, und
mehrere Auslaßöffnungen 4 aufweist,
die im Winkel ganz um die Umfangswand 2a der Schale 2 verteilt
sind, und andererseits einen Deckel 5, der am Rand der
Umfangswand 2a der kreisförmigen Schale 2 befestigt
ist und den Kasten verschließt.
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Der Deckel 5 weist an seiner
Innenseite erhabene Teile auf, nämlich
einen ringförmigen
Rand 5a und drei Befestigungsstopfen 5b. Ein Statorträger 6b,
der mit einem Ring 6a fest verbunden ist, der den Außenring
eines Kugellagers 6 und eines Winkelpositionierungsstifts 6c für die Bleche 7a des
Stators 7 bildet, ist auf diese Befestigungsstopfen 5b geschraubt.
Die Flußstahlbleche 7a des
Stators 7 sind sternförmig
ausgeschnitten, um bei diesem Beispiel sechs radiale Arme um die
axiale Öffnung
zu bilden, die dazu dient, sie um den Außenring 6a des Kugellagers 6 zu
stapeln, wobei der Stift 6c dazu dient, sie im Winkel zu
positionieren. Die Flußstahlbleche 7a, die
den Stator 7 bilden, und der Statorträger 6b werden in einem
Gehäuse 7c aus
spritzgegossenem Kunststoff gehalten. Kupferspulen 8 sind
um die Gehäuseteile 7c gewickelt,
die jeweils einen Arm des Stators 7 umgeben.
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Der Innenring 6d des Kugellagers 6 ist
mit einer Lagerwelle 9 fest verbunden, die koaxial ist
und von der Innenseite des Bodens einer Drehschale 10 vorsteht,
die bezüglich
des Stators 7 drehbar angebracht ist. Der Rand dieser Drehschale 10 trägt Permanentmagneten 11 mit
radialer Magnetisierung. Diese Permanentmagneten 11 werden
beim Spritzgießen
mit dem Rand der Drehschale 10 fest verbunden; sie ist
mit ihrer Lagerwelle 9 aus einem Kunststoffteil hergestellt.
Man kann auch auf andere Materialien mit geringer Dichte zurückgreifen,
um die Ausgleichsbelastungen maximal zu reduzieren. So läßt sich
an bestimmte Legierungen auf Aluminium- oder Magnesiumbasis denken.
Die mechanische Festigkeit dieser Materialien muß hoch genug sein, um die mechanischen
Belastungen auszuhalten, denen diese Drehschale 10 unterworfen
wird. Die Permanentmagneten 11 liegen genau auf gleicher
Höhe wie
die Arme des Stators 7 und sind davon durch einen Luftspalt
getrennt. Der Rand der Drehschale 10 hat den gleichen Durchmesser
wie der ringförmige
Rand 5a des Deckels 5, wobei sie ein Sicherheitsspiel
in der Größenordnung
von 1 mm trennt.
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Was die Permanentmagneten 11 angeht,
so kann es sich um Plastomagneten handeln, die mit der Drehscheibe 10 ausgegossen
sind, oder nicht, oder um gesinterte Magnete. Falls die Schale aus
einem unmagnetischen Material hergestellt ist, muß natürlich vorgesehen
sein, daß zwischen
den Magneten 11 und der Drehschale 10 ein Ring
aus Magnetmaterial angeordnet ist, damit sich die Magnetflußlinien geeignet
schließen
können.
Dieser Ring kann möglicherweise
direkt an dem Rand der Drehschale 10 ausgegossen sein.
Die Permanentmagneten sind bevorzugt im wesentlichen radial magnetisiert.
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Spiralförmige Schaufeln 13 stehen
an der Außenseite
des Bodens der Drehschale 10 vor. Der freie Rand jeder
dieser spiralförmigen
Schaufeln 13 lehnt sich an das Profil einer konisch konvexen
Wand 14 an, die im wesentlichen zum Boden 2b der
Schale 2 des Kastens parallel ist, der demnach ebenfalls nicht
flach ist. In 1 ist
nämlich
besser zu sehen, daß der
Abstand zwischen der Ansaugöffnung 3,
die das Zentrum des Bodens 2b der Schale und den Deckel 5 durchsetzt,
größer als
der Abstand zwischen dem Umfang dieses Bodens 2b und dem
Deckel 5 ist. Die global konvexe, konisch ringförmige Fläche, die
die Ansaugöffnung 3 mit
dem Umfangswinkel verbindet, der den Boden 2b und die Wand 2a der
Schale trennt, ist gleichwohl leicht nach innen gekrümmt, d.h.
aus der Sicht von außerhalb
des Kastens etwas konkav. Die Wand 14, die an die freien
Ränder
der spiralförmigen
Schaufeln 13 angrenzt, ist an diesen bevorzugt durch Klebung,
beispielsweise durch Ultraschallschweißung oder durch Nietung mit
Hilfe von kleinen Keilen 13a befestigt, die an dem Rand
der spiralförmigen
Schaufeln 13 gebildet sind.
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Dank dieses Profils der Wand 14 nimmt
die Höhe
der spiralförmigen
Kanäle 13,
die zwischen der Ansaugöffnung 3 und
dem Umfang der Drehschale 10 durch die spiralförmigen Schaufeln 13 gebildet sind,
vom Zentrum ausgehend zum Umfang hin ab. Da ihre Breite zunimmt,
teilen Schaufeln 13b, die kürzer als die Schaufeln 13 sind,
die Breite des Kanals in seinem breitesten Umfangsteil in zwei,
so daß der Querschnitt
dieser Kanäle
abnimmt. Folglich wird die Luft, die durch die Drehung der Schale 10,
die die spiralförmigen
Schaufeln 13 trägt,
der Zentrifugalkraft unterworfen ist, einer Beschleunigung zwischen
dem Eingang und dem Ausgang der spiralförmigen Kanäle der Turbine unterworfen,
die an der Außenseite des
Bodens der Drehschale 10 gebildet ist, wodurch auf Höhe der Ansaugöffnung 3 ein
Unterdruck erzeugt wird, wodurch eine Kraft auf die von der zu reinigenden
Fläche
zu entfernenden Staubstoffe ausgeübt werden kann.
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In Anbetracht der Kompaktheit der
oben beschriebenen Ansaugvorrichtung kann diese direkt den Hauptteil
des Saugers eines Staubsaugers bilden, so daß dadurch alle aktiven Teile
des Staubsaugers in dem Sauger selbst vereinigt sind. 3 veranschaulicht genau
eine bevorzugte Ausführungsform,
bei welcher der Kasten 2, 5 direkt die Unterseite des
Saugers eines Staubsaugers bildet. Dazu münden die Auslaßöffnungen 4,
die durch den Rand 2a der Schale 2 vorgesehen
sein, in einen Raum 15, in welchem der Kasten 2, 5 auf
dichte Weise befestigt ist. Dieser Raum 15, der die seitliche
und obere Wand des Saugers bildet, dient zur Aufnahme der mit dem
angesaugten Staub belasteten Luft, die durch die Auslaßöffnungen 4 austritt,
und dazu, sie in einen Staubrückgewinner 16 der über wenigstens
einen Filter 17 mit dem Äußeren in Verbindung steht,
der dazu bestimmt ist, die festen Phasen von der gasförmigen Phase
zu trennen, die in die Atmosphäre
ausgebracht wird.
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Bei dieser Ausführungsform liegt der Staubrückgewinner
gerade deshalb im Abstand von der Ansaugvorrichtung, damit das Volumen
dieser Vorrichtung nicht erhöht
werden muß,
und weil der Staubrückgewinner
bevorzugt ein ausreichendes Volumen haben muß, damit kein zu häufigen Wechsel
erforderlich werden. Jedenfalls stellt dieser Rückgewinner kein wesentliches
Gewicht dar, und das wesentliche Gewicht liegt in dem Kasten 2, 5,
der direkt auf der zu reinigenden Fläche ruht.
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Als Beispiel kann der Kasten bei
der hier beschriebenen Ausführungsform
eine Höhe
von weniger als 6 cm und einen Durchmesser von 12,5 cm haben. Solche
Abmessungen ermöglichen
also, daß das
Gehäuse
direkt als Sauger verwendet wird, der unter Möbel gelangen kann. Durch diese
Volumenreduzierung, mit welcher ein neuer Staubsaugertyp geschaffen
werden kann, entsteht ein System mit einem Minimum an Teilen, bei
welchem insbesondere der Rotor des Motors und der bewegliche Teil
der Turbine aus einem einzigen Teil, bevorzugt aus spritzgegossenem
Kunststoff gebildet sind.
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Dank dieses neuen Konzepts, das keine
Opfer für
die Wirksamkeit der Ansaugkraft bringt, ist die Anzahl von Teilen
reduziert, und folglich sind die mit der Herstellung und Montage
verbundenen Kosten wesentlich reduziert. Durch die Anordnung der
Permanentmagneten 11 mit radialer Magnetisierung gegenüber den
Armen, die von den gestapelten Blechen des Stators 7 gebildet
sind, läßt sich
ein merklicher Gewinn in der Höhe
der Motor-Turbinen-Einheit erzielen. Das Konzept des Rotors/der
Turbine, die durch die Schale gebildet sind, vereinfacht auch die Ausgleichsphase,
weil nur ein einziges Drehteil vorhanden ist. Folglich können mit
der Vorrichtung, die den Gegenstand der Erfindung bildet, die Herstellungskosten
gesenkt werden.
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Aus Sicherheitsgründen sind die Schale 2 und
der Deckel 5 vorteilhaft miteinander verklebt, so daß der Benutzer
weder zu den elektrischen Teilen noch zu den mechanischen Teilen
Zugriff hat, die für ihn
eine Gefahr darstellen. Da die Motor-Turbinen-Einheit, die der Kasten enthält, keinerlei
Wartung erfordert, liegt kein Nachteil darin, daß dieser Kasten nicht geöffnet werden
kann.
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Informationshalber ist der Motor
der Vorrichtung nach der Erfindung ein Dreiphasenmotor, der typischerweise
eine mechanische Leistung von 600 W mit 40000 Umdrehungen/min liefern
kann.
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Selbstverständlich isolieren die Drehschale 10 und
der ringförmige
Umfangsrand 5b praktisch den Motor gegen die Zirkulation
von staubbelasteter Luft, so daß keine
Gefahr besteht, daß der
Staub in den Motor gelangt.
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Mögliche industrielle
Anwendung
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Die Erfindung findet ihre Anwendung
auf dem technischen Gebiet von Staubsaugern und Vorrichtungen, die
zum Reinigen bestimmt sind.