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Staubsauger mit von Hand angetriebener, einfach wirkender Kolbenpumpe
Die Erfindung betrifft einen Staubsauger mit von Hand angetriebener, einfach wirkender
Kolbenpumpe, bei dem das Pumpengehäuse durch eine Zwischenwand unterteilt ist, derart,
daß in dem einen Teil der hin und her gehende Kolben und in dem anderen Teil das
Staubfilter und das Saugrohr angeordnet sind.
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Die bekannten Staubsauger dieser Art saugen beim Ansaugehub Gegenstände
an, die jedoch beim darauffolgendenLeerlaufhub teilweise wieder abfallen können,
weil der Kolben gegen den Druck der Außenluft arbeitet, wozu größere Kräfte erforderlich
sind, was bei der gegebenen menschlichen (weiblichen) Kraft eine schnellere Ermüdung
und langsamere Hubfolge bewirkt. Die Folge davon ist, daß das Vakuum im Filterraum
während des Saughubes und des Leerlaufhubes sich auffüllt und infolgedessen am Ende
des Leerlaufhubes oder bei Beginn des neuen Saughubes die Saugkraft nur gering ist,
so daß die angesaugten Gegenstände wieder abfallen. Außerdem arbeiten die Druckverhältnisse
in den anstoßenden Räumen den zu erstrebenden Zielen gerade entgegen. Denn anstatt
im Kolbenraum während des Leerlaufhubes den Unterdruck so zu halten, wie er beim
Ansaugehub auf der Kolbenansaugseite entsteht, um im Filterraum durch Abfluß nach
dem Kolbenraum lange ein Vakuum halten zu können, tritt während des Leerlaufhubes
infolge des auf der Kolbendruckseite herrschenden Druckes der Außenluft auf der
Kolbenansaugseite Überdruck ein, was bei dieser bekannten Bauart erforderlich ist,
damit ein Abströmen in die Außenluft möglich ist. Durch den Überdruck auf der Kolbenansaugseite
ist dem durch das Saugrohr sich auffüllenden Vakuum im Filterraum die Möglichkeit
genommen, während des Leerlaufhubes das Vakuum zu behalten, da die Auffüllung
nicht
abfließen kann, weil auf der Kolbenansaugseite kein Unterdruck, sondern sogar Überdruck
herrscht.
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Um das Abfallen zu vermeiden und die Saugkraft zu erhöhen, muß im
Saugrohr ein dauernder Saugluftstrom vorhanden sein, auch beim Leerlaufhub. Diese
Wirkung wird in bekannter Weise erreicht durch das Zusammenarbeiten zweier gleich
starker Kolbenpumpen, und zwar so, daß beim Leerlaufhub der einen Kolbenpumpe zugleich
der Ansaugehub der anderen Kolbenpumpe arbeitet und beim Leerlaufhub der zweiten
Kolbenpumpe die erste Kolbenpumpe ihren Ansaugehub hat. Eine solche Anordnung mit
zwei Kolbenpumpen hat aber den Nachteil, daß sie einerseits zu teuer ist, auch wenn
ein beineinsamer Kolben benutzt und als doppelseitig arbeitender Hohlkolben ausgebildet
wird, und daß andererseits zur Überwindung der Strömungswiderstände. der Wirbelströme
und der kraftverbrauchenden Stromrichtungsänderung Zusatzkräfte benötigt werden.
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Das Neue der Erfindung besteht darin, daß eine einfach wirkende Kolbenpumpe
in einem einwandigen Zylinder verwendet wird und in dem Druckraum noch eine Zwischenwand
vorgesehen ist, durch die der Druckraum in zwei Räume unterteilt ist. Hierdurch
wird ein Lichtes Arbeiten des Kolbens im Kolbenraum erreicht, der zum Unterdruckraum
wird. Ein Arbeiten des Kolbens gegen den vollen Druck der Außenluft während des
ganzen Hubes ist nicht mehr erforderlich. Die kurze Hubstrecke, während der beim
Ansaugehub infolge des Zusammenpressens der Luft zwecks Ausstoßens in das Freie
ein Überdruck im Kolbenraum herrscht, wird durch die kinetische Energie des sich
bewegenden Kolbens leicht überwunden. Außerdem entsteht durch diese Zwischenwand
ein giinstiges Vakuumgefälle. Z. B. ist am Ende des Leerlaufhubes der Druck etwa
i Atm. am Saugrohrmundstück, etwa 112 Atm. im Filterraum, etwa 1(4 Atm. auf der
Kolbenansaugseite und etwa 1($ Atin. auf der Kolbendruckseite. Solch ein Vakuumgefälle
während des Leerlaufhubes wirkt also wie ein schwacher Saughub und ersetzt eine
zweite Kolbenpumpe, die im gleichen Sinne wie die erste arbeitet, also mit dem Vorteil,
daß der Saugluftstrom immer im gleichen Sinne verläuft, also ohne kraftverbrauchende
Richtungsänderung, Strömungswiderstände und Wirbelungsverluste. Es wird hierdurch
ein dauernder Saugluftstrom erreicht, der im Saugrohr so stark ist, um Gegenstände
anzusaugen und bis zum neuen Saughub festzuhalten.
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Außerdem kann der Kraftbedarf für den Betrieb des Staubsaugers dadurch
sehr gering gehalten werden, daß der Kolben in einem unter geringerem Druck als
der Druck der Außenluft stehenden Raum angeordnet ist. Der in dem Gehäuse des Staubsaugers
geführte Ventilkolben ist vorteilhaft zwischen zwei mit Ventilen versehenen festen
Zwischenwänden angeordnet, von denen die eine den mit einer Saugöffnung versehenen
Saugraum und die andere den mit einer Ausblasöffnung versehenen Druckraum begrenzt.
Die in den Zwischenwänden angeordneten, durch eine Ventilplatte verschlossenen Öffnungen
sind möglichst groß bemessen, um einen raschen Druckausgleich auf der Saugseite
des Kolbens zu erzielen. Die Anordnung der Zwischenwand vor dein die Ausblasöffnung
enthaltenden Druckraum hat zur Folge, daß der Kolben erst ein Stück, bis zu etwa
drei Viertel seines Hubes, bewegt werden kann, bis er den Druck von i Atm. erreicht,
der zum Öffnen der Ventilöffnungen gegen den Druck der Außenluft erforderlich ist.
Es ist also praktisch nur auf etwa ein Viertel des j Kolbenweges der Gegendruck
von i Atm. zu überwinden. Auf der Saugseite des Kolbens ist wegen der großen Öffnungen
der zweiten Zwischenwand nur ein geringer Unterdruck zu überwinden, da hier die
im Saugraum befindliche, unter dem Druck der Außenluft stehende Luftmenge sofort
in den Kolbenraum strömen kann, so daß der Kolben nicht gegen einen größeren Unterdruck
hochgezogen zu werden braucht. Beim Arbeits- oder Saughub des Kolbens wirkt die
Saugkräft sofort, da auf der Saugseite des Kolbens der gleiche Druck herrscht wie
in dem mit der Saugöffnung versehenen Saugraum.
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Es empfiehlt sich, den von der Zwischenwand und dem Außengehäuse begrenzten
Druckraum so auszubilden, daß sein Rauminlialt etwa ein Zehntel des von den beiden
Zwischenwänden eingeschlossenen, den Kolben enthaltenden Raumes beträgt. Die Öffnungen
jeder Zwischenwand werden zweckmäßig durch eine gemeinsame Ventilklappe abgedeckt
und so bemessen, daß ihre gesamte Fläche etwa das Zehnfache der zur Aufnahme des
Saugrohres dienenden Saugöffnung beträgt. Hierdurch wird der besondere Vorteil erreicht,
daß durch den Kolben mehr Luft durch die großen Öffnungen der Zwischenwände gefördert
werden kann, als durch das Saugrohr eintreten kann, so daß in dem den Kolben enthaltenden
Raum stets Unterdruck herrscht und zum Bewegen des Kolbens dadurch nur ein geringer
Kraftaufwand nötig ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Längsschnitt
dargestellt. Das zylindrische Gehäuse i des Staubsaugers ist an den beiden Enden
durch Kappen a und 3 verschlossen, von denen die erstere die
Ausblasöffnung
4 sowie eine Führungshülse 5 für die Kolbenstange 6 enthält. Die Kappe 3 ist mit
dem Saugstutzen 7 versehen, in den das Saugrohr 8 gesteckt ist. An dem einen Ende
ist in das zylindrische Gehäuse i eine Zwischenwand 9 luftdicht eingesetzt. Die
Zwischenwand 9 ist mit mehreren Öffnungen io sowie in der Achsmitte mit einer weiteren
Öffnung i i versehen, die unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes 1a eine
zusätzliche Führung für die Kolbenstange 6 bildet. Die Öffnungen io der Zwischenwand
9 sind an der Oberseite von einer ringförmigen Ventilplatte 13 abgedeckt, die in
der Mitte mit der Zwischenwand 9 befestigt ist. Der unterhalb der Zwischenwand 9
befindliche Raum Bist somit gegen den Barüberliegenden Druckraum A abgeschlossen.
Etwa in der Mitte ist in das Gehäuse i eine zweite Zwischenwand 14 luftdicht eingesetzt,
die in gleicher Weise wie die Zwischenwand 9 mit von einer Ventilplatte 16 abgedeckten
Öffnungen 15 versehen ist. In dem von den beiden Zwischenwänden 9 und 14 begrenzten
Raum B, C ist in dem Gehäuse i der Kolben 17 gleitend geführt, dessen Öffnungen
18 durch eine Ventilplatte z9 abgedeckt sind. Unterhalb der Zwischenwand 14 ist
der Saugraum D vorgesehen, in dem ein Filter 2o angeordnet ist, das aus einem an
einem Ring 2 1 befestigten Filterbeutel besteht. Der Ring 21 ist als Dichtungsring
ausgebildet und legt sich dicht an die Innenwand der Kappe 3, die mittels mehrerer
Gurtbänder 22 von knopfartigen Ansätzen 23 des Gehäuses f getragen ist und infolgedessen
zwecks Entleeren des Filters leicht von dem Gehäuse i gelöst werden kann.
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Die Bemessung der einzelnen Räume A bis D ist so gewählt, daß der
Raum A etwa ein Zehntel des Rauminhaltes der Räume B und C hat, während der gesamte
Rauminhalt von B und C etwa dem Rauminhalt des Saugraumes D und des anschließenden
Saugrohres E entspricht. Bei Herstellung der Zwischenwände 9 und 14, z. B. aus Preßstoff,
werden die Ventilöffnungen io bzw. 16 vorteilhaft annähernd dreieckig ausgebildet,
wodurch bei Anordnung von beispielsweise vier radialen Stegen für die Löcher ein
größerer Querschnitt erhalten werden kann. als bei kreisförmigen Öffnungen.
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Beim Beginn des ersten Aufwärtshubes ist zunächst in. dem Raum B der
gleiche Druck wie in dem Raum A, nämlich der Außendruck von i Atm. Mit der Aufwärtsbewegung
des Kolbens nimmt der Druck auf der Saugseite in dem Raum C zunächst ab, wobei die
Ventilplatte 16 angehoben und Luft aus dem Saugraum D in den Raum C gesaugt wird.
In dem Raume B entsteht ein Überdruck, der die Ventilplatte 13 anhebt, so daß die
Luft in den Druckraum A gelangt und durch die Öffnung 4 ins Freie ausgeblasen wird.
Beim Abwärtshub strömt die Luft durch die Ventilöffnungen i8 des Kolbens 17 von
dem Raum C in den Raum B, wobei die Abwärtsbewegung des Kolbens durch dessen Eigengewicht
unterstützt wird. Bei Beginn des zweiten Aufwärtshubes wird der Druck in dem Raum
C kleiner, während die Luft in dem Raum B zunächst noch unter geringerem Druck als
der äußere Luftdruck steht, so daß die Aufwärtsbewegung des Kolbens ohne größeren
Kraftaufwand erfolgen kann. Erst wenn die Luft in dem Raum B so weit verdichtet
ist, daß der Druck i Atm. beträgt, was infolge der gewählten Bemessungen der Räume
etwa bei drei Viertel des Kolbenhubes stattfindet, wird die-Ventilklappe 13 gelüftet,
und die Luft kann in den Druckraum A und von hier durch die Öffnung ,4 ins Freie
treten. Am Ende des zweiten Abwärtshubes beträgt der Druck im Raum B etwa 1/4 Atm.,
d. h. 250 g. Beim dritten Aufwärtshub wird diese Luft dann am Ende wieder
auf i Atm. verdichtet. Dieser Druck wird auf dem kurzen Wege von etwa ein Viertel
des Kolbenhubes dynamisch kaum empfunden wegen der kinetischen Energie des bewegten
Kolbens und wegen des an der Saugseite des Kolbens eintretenden Druckausgleichs.
Im Betrieb kann beim Aufwärtshub mit einem Kraftaufwand von etwa 300 g im
Durchschnitt gerechnet werden, da beim dritten Hub der Raum B nur einen Druck von
etwa 1/$ Atm. hat, der sich bei den weiteren Hüben noch etwas verringert. Von besonderem
Vorteil ist es, daß beim Abwärtshub wegen des im Raum C herrschenden Unterdruckes
nur ein ganz geringer Kraftaufwand notwendig ist, zumal hier noch das Gewicht des
Kolbens unterstützend wirkt; so daß der Kolben nach unten vorschnellt.
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Die Erfindung hat wegen des geringen für den Betrieb erforderlichen
Kraftaufwandes sowie wegen des einfachen Aufbaues große Bedeutung, insbesondere
zur Verwendung als billiger Staubsauger, der keine Betriebskosten hat und an keine
Kraftquelle gebunden ist. An Stelle des Handbetriebes kann ohne Schwierigkeiten
auch ein Fußantrieb vorgesehen sein, wobei die Saugöffnung zweckmäßig nach oben
verlegt wird, unter Verwendung z. B. eines biegsamen Saugrohres.
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Die Erfindung kann auch zum Reinigen von Luft, z. B. zur Entgiftung
von Luftschutzräumen, Anwendung finden, wobei in die Ausblasöffnung oder in die
Saugöffnung eine Entgiftungspatrone eingesetzt werden kann. Sie kann auch z. B.
zur Entgiftung
von Trinkwasser oder zur Förderung von Flüssigkeiten
benutzt werden, wobei ohne Schwierigkeiten ein Flüssigkeitsdruckerzeugt tverden
kann, der einen Strahl von etwa 15 m i ergibt.