EP2582279B1

EP2582279B1 - Staubsauger mit nebenluftventil

Info

Publication number: EP2582279B1
Application number: EP11725406.0A
Authority: EP
Inventors: Benedikt Bach; Carsten Hauptlorenz; Alberto Mischur; Alexander Flegler
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2031-06-06
Also published as: EP2582279A1; ES2528696T3; WO2011157575A1; DE102010030222B3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Staubsauger mit einem Nebenluftventil, das ein bewegbares Verschlusselement, ein elastisches Element und ein Trennelement mit einer Nebenluftöffnung aufweist, wobei das Verschlusselement durch das elastische Element in eine Schließstellung bringbar ist, um die Nebenluftöffnung zu verschließen und das Verschlusselement gegen eine Schließkraft des elastischen Elements in eine von der Schließstellung abweichende offene Stellung bringbar ist, um die Nebenluftöffnung freizugeben, und wobei die Kennlinie des Nebenluftventils im Kraft-Weg-Diagramm zumindest abschnittsweise degressiv verläuft.

Hintergrund der Erfindung

Beispielsweise ist aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 1 514 505 A2 eine Vorrichtung zum Verhindern einer Überlastung eines Motors während des Betriebs eines Staubsaugers bekannt, die eine Luftklappe und ein elastisches Element aufweist. Ein sich verjüngender Abschnitt der Luftklappe ist so ausgebildet, dass eine entsprechende, sich verjüngende Öffnung in einem Abschnitt, der ein Motorgehäuse von einem Staubsammelgehäuse trennt, verschlossen werden kann.
Weiter ist in der deutschen Patentschrift DE 10 2006 030 227 B3 ein Nebenluftventil für einen Staubsauger offenbart, das ein Gehäuse besitzt, bei dem am seitlichen oberen Teil zwei Nebenluftöffnungen ausgebildet sind. Am oberen Teil des Gehäuses befindet sich eine Ventilöffnungsbohrung. Das Ventil umfasst zudem ein Verschlusselement und ein Federelement, welches das Verschlusselement gegen die Ventilöffnungsbohrung presst, so dass die Ventilöffnungsbohrung sowie die Nebenluftöffnungen verschließbar sind. Die Druckkraft des Federelements ist hierbei höher als der Unterdruck, der durch die bei normalem Betrieb des Staubsaugers vorbestimmte Saugkraft entsteht. Bei gestörtem Betrieb des Staubsaugers ist der auf das Verschlusselement einwirkende Unterdruck höher als die Druckkraft des Federelements, so dass ein zusätzlicher Luftweg über die Ventilöffnungsbohrung und die Nebenluftöffnungen geöffnet wird.
Schließlich ist ein gattungsbildender Staubsauger auch aus der US 6,467,123 B1 bekannt.
Im Übrigen sie noch auf die EP 1 731 075 A2 , die DE 10 2004 040 985 A1 , die EP 1 302 149 A2 sowie die JP 55 078864 A hingewiesen.

Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Staubsauger bereitzustellen. Insbesondere soll ein Staubsauger mit einem Nebenluftventil bereitgestellt werden können, bei dem das Öffnungs- und Schließverhalten des Nebenluftventils verbessert werden kann.

Erfindungsgemäße Lösung

Die Bezugszeichen in sämtlichen Ansprüchen haben keine einschränkende Wirkung, sondern sollen lediglich deren Lesbarkeit verbessern.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Staubsauger mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Durch ein Nebenluftventil kann ein Nebenluftkanal, auch Bypasskanal genannt, geöffnet werden, um einem Unterdruckraum eines Staubsaugers zusätzliche Luft aus der Umgebung zuzuführen. Steigt der an dem Nebenluftventil anliegende Unterdruck an, so kann das Verschlusselement ab einem festgelegten Wert des Unterdrucks gegen die Schließkraft des elastischen Elements in eine offene Stellung gebracht werden, in welcher der Nebenluftkanal geöffnet ist. Hierdurch kann bei einer Unterbrechung des Saugluftstroms, z.B. bei einer verstopften Saugleitung, verhindert werden, dass der Staubsaugermotor durch Überhitzung beschädigt wird. Die auf das Verschlusselement wirkende Kraft hängt mit dem Unterdruck zusammen und kann sich z.B. durch die Größe des Unterdrucks und die Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung ergeben. Das Trennelement des Nebenluftventils trennt den Unterdruckraum von der Umgebung. Der Unterdruckraum kann natürlich auch durch weitere Elemente des Staubsaugers, z.B. durch das Staubsaugergehäuse, von der Umgebung getrennt werden. Üblicherweise befindet sich ein Nebenluftventil zwischen Kabeltrommelraum und Staubraum, so dass die Nebenluft von dem mit der Umgebung verbundenen Kabeltrommelraum in den mit Unterdruck beaufschlagten Staubraum strömen kann.
Das Kraft-Weg-Diagramm des Nebenluftventils beschreibt das Verhältnis zwischen dem Öffnungsgrad des Verschlusselements in einer offenen Stellung bezüglich der Schließstellung und einer Kraft, die aufgewendet werden muss, um das Verschlusselement in der entsprechenden offenen Stellung zu halten. Der Öffnungsgrad kann z.B. als Wegstrecke oder als Winkel angegeben werden. Im Sinne der Erfindung ist also auch ein Kraft-Winkel-Diagramm ein Kraft-Weg-Diagramm. Üblicherweise wird ein Kraft-Weg-Diagramm durch eine Kraft-Weg-Messung ermittelt. Bei einer solchen Messung wird z.B. ein mechanisches Abtastverfahren durchgeführt, bei dem das Verschlusselement durch einen Taster geöffnet wird, indem der Taster an das Verschlusselement angreift und dies mit einer ansteigenden Kraft beaufschlagt. Währenddessen kann ein Kraft-Weg-Messer die anliegende Kraft und den zurückgelegten Weg messen. In dem Bereich, in dem die Kennlinie des Nebenluftventils degressiv verläuft, ist die zweite Ableitung der Kraft als Funktion des Wegs kleiner als Null. Das bedeutet, dass die Steigung in dem degressiven Bereich der Kennlinie abnimmt.
Durch die degressiv verlaufende Kennlinie ist erreichbar, dass ein Nebenluftventil bei Erreichen eines vorgegebenen Unterdrucks in einem Unterdruckraum des Staubsaugers leichter geöffnet werden kann. Denn die degressive Kennlinie kann vorteilhafterweise ermöglichen, dass mit zunehmendem Öffnungsgrad des Verschlusselements für den gleichen Anteil an Weg eine geringere Kraft benötigt wird. Dies führt dazu, dass das Verschlusselement, im Vergleich zu einer linearen oder sogar progressiven Kennlinie, bei geringeren Kräften geöffnet sein kann, was zu einem schnelleren Öffnen und Schließen des Nebenluftventils führen kann.
Außerdem ist erreichbar, dass das Flatterverhalten durch die Verringerung der zum Offenhalten des Nebenluftventils notwendigen Kraft reduziert wird. Das Nebenluftventil öffnet nämlich bereits bei geringeren Kräften, so dass die Kraft, die an dem Verschlusselement bei geöffnetem Nebenluftventil anliegt, größer sein kann als die zum Offenhalten des Verschlusselements notwendige Kraft. Deswegen können sich Schwankungen der Kraft weniger stark auf die Stellung des Verschlusselements auswirken und ein Flattern des Nebenluftventils kann reduziert werden. Dies kann einen für den Benutzer angenehmeren Staubsaugerbetrieb ermöglichen, da er ein Flattern des Nebenluftventils als störend empfinden kann. Außerdem können unnötige Kundenreklamationen vermieden werden, da ein Benutzer bei einem Flattern des Nebenluftventils häufig einen Defekt des Staubsaugers vermutet.
Ein Staubsauger nach der Erfindung zeichnet sich schließlich dadurch aus, dass das elastische Element über Rastelemente des Verschlusselements und/oder des Trennelements in seiner Federstärke einstellbar ist.
Durch die einstellbare Federstärke kann die auf das Verschlusselement wirkende Schließkraft des elastischen Elements festgelegt werden. Das elastische Element kann in ein Rastelement eingreifen und dadurch eine Kraft auf das Verschlusselement und/oder das Trennelement ausüben. Vorzugsweise ist das elastische Element aufgrund einer Vorspannung zwischen zwei Rastelementen eingespannt. Durch das Rastelement, in das das elastische Element eingreift, kann die Angriffstelle des elastischen Elements an das Verschlusselement und/oder das Trennelement festgelegt werden. Vorzugsweise sind zumindest zwei Rastelemente an jeweils einem Fixierbereich des Verschlusselements und/oder des Trennelements angeordnet, wobei die Federstärke, mit der das elastische Element das Verschlusselement an die Nebenluftöffnung drückt, durch die Auswahl des Rastelements, in das das elastische Element eingreift, eingestellt werden kann. Hierdurch kann ein Nebenluftventil mit einem elastischen Element für unterschiedliche Gebläsemotoren justiert werden, so dass eine Teilereduktion für die Fertigung ermöglicht werden kann. Durch die Auswahl des Rastelements kann auch eine Vorspannung des elastischen Elements, mit der das elastische Element das Verschlusselement in Schließstellung gegen das Trennelement drückt und dadurch der Ansprechdruck des Nebenluftventils eingestellt werden.

Bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung verläuft die Kennlinie über einen Öffnungsweg des Verschlusselements von der Schließstellung zu einer offenen Endstellung degressiv. Die offene Endstellung des Verschlusselements ist eine offene Stellung, in der das Verschlusselement die Nebenluftöffnung maximal öffnet. Mit anderen Worten, die offene Endstellung ist die Stellung der offenen Stellungen des Verschlusselements, in der die maximale Luftmenge durch die Nebenluftöffnung strömen kann. Meist wird die offene Endstellung durch einen Anschlag festgelegt, der die Bewegung des Verschlusselements während des Öffnens begrenzt. Durch den degressiven Verlauf der Kennlinie über den Öffnungsweg, also durch den degressiven Verlauf der gesamten Kennlinie, kann das Flatterverhalten des Nebenluftventils noch weiter reduziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der degressive Bereich der Kennlinie einen Scheitelpunkt auf. Der degressive Bereich der Kennlinie ist der Abschnitt der Kennlinie, in welchem diese degressiv verläuft. Der Scheitelpunkt kann auch als lokales Maximum bezeichnet werden. Die Kennlinie fällt in ihrem degressiven Bereich ab dem Scheitelpunkt mit zunehmendem und abnehmendem Weg ab. Das bedeutet, dass die Kraft zum Halten des Verschlusselements in der entsprechenden Stellung mit zunehmendem sowie mit abnehmendem Weg geringer wird. Hierdurch ist erreichbar, dass das Nebenluftventil bei Überschreitung eines durch den Scheitelpunkt festgelegten Öffnungsschwellwerts schlagartig öffnet. Denn aufgrund der abfallenden Kennlinie ist die zum Offenhalten des Ventils notwendige Kraft geringer als der Öffnungsschwellwert. Der Wert dieser Kraft, der als Haltewert bezeichnet wird, ergibt sich aus einem lokalen Minimum der Kennlinie, das sich dem Scheitelpunkt mit zunehmendem Weg anschließt. Der Haltewert kann der Wert der Kraft sein, die sich bei maximal geöffnetem Verschlusselement, also bei maximalem Wert des Wegs ergibt. Hierbei kann die Kennlinie aufgrund der Ausgestaltung des Nebenluftventils nicht mit zunehmendem Weg unendlich verlaufen, sondern bei einem maximalen Wert des Wegs enden. An diesem Endpunkt der Kennlinie kann sich das Verschlusselement in der offenen Endstellung befinden. Der Haltewert kann also durch einen Anschlag bestimmt werden. Dadurch, dass der Haltewert geringer als der Öffnungsschwellwert ist, kann ein Hystereseverhalten des Nebenluftventils beim Öffnen und Schließen ermöglicht werden. Denn beim Öffnen muss der Öffnungsschwellwert überschritten werden, um das Verschlusselement öffnen zu können. Anschließend muss beim Schließen der geringere Haltewert unterschritten werden, um das Verschlusselement zu schließen. Durch diese Hysterese kann ermöglicht werden, dass bei Schwankungen des Unterdrucks in dem Unterdruckraum eine Bewegung des Verschlusselements unterdrückt und dadurch ein Flattern des Nebenluftventils verhindert werden kann. Bei bekannten Nebenluftventilen, dessen Flattereigenschaften nicht reduziert sind, kann sich das Verschlusselement im Gegensatz zu der Erfindung z.B. aufgrund von geringen Druckunterschieden zwischen der Schließstellung und der offenen Endstellung hin und her bewegen. Vorteilhafterweise ist durch ein erfindungsgemäßes Nebenluftventil ohne Flattereigenschaften erreichbar, dass nach einem erstmaligen Öffnen des Nebenluftventils aufgrund einer ungewünschten Zunahme des Unterdrucks in dem Unterdruckraum eine genügend große Luftmenge durch das Nebenluftventil strömen kann, bis in dem Unterdruckraum wieder reguläre Druckverhältnisse herrschen. Solche reguläre Druckverhältnisse herrschen z.B. während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Staubsaugers. Eine Zunahme des Unterdrucks kann z.B. durch ein Festsaugen an Gegenständen oder eine verstopfte Saugleitung hervorgerufen werden.
In einer Ausführung der Erfindung steht die in dem Kraft-Weg-Diagramm angegebene Kraft senkrecht auf der Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung. Die Richtung der Kraft ist hierbei vorzugsweise in Strömungsrichtung des Nebenluftstroms gerichtet, wobei die Strömungsrichtung des Nebenluftstroms senkrecht auf der Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung steht und durch die Ausbildung des Nebenluftventils ohne Verschlusselement bestimmt wird. Die Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung wird durch einen Öffnungsrand der Nebenluftöffnung aufgespannt. Die senkrecht stehende Kraft kann natürlich auch eine Kraftkomponente einer auf das Verschlusselement wirkenden Kraft sein. Der Öffnungsgrad kann als Winkel.oder als Strecke angegeben sein. In einer alternativen Ausführung hierzu steht die in dem Kraft-Weg-Diagramm angegebene Kraft senkrecht auf der Schließfläche des Verschlusselements, wobei die Schließfläche eine Fläche des Verschlusselements ist, die die Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung in geschlossenem Zustand des Verschlusselements abdeckt und dadurch verschließt.
Erfindungsgemäß ist vorzugsweise vorgesehen, dass der in dem Kraft-Weg-Diagramm angegebene Weg der Abstand eines Punktes des Verschlusselements zu einer Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung ist. Besonders vorzugsweise ist der angegebene Weg der Abstand des Flächenmittelpunkts oder des Flächenschwerpunkts der Schließfläche des Verschlusselements zu der Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung. Der Abstand eines Punkts des Verschlusselements ist die Länge einer Strecke, die von dem Punkt zu der Öffnungsfläche führt und auf der Öffnungsfläche senkrecht steht. In einer Ausführung ist die Kennlinie zumindest abschnittsweise in einem Kraft-Weg-Diagramm degressiv, in welchem der Abstand eines Punktes, z.B. des Flächenschwerpunkts der Schließfläche des Verschlusselements zu der Öffnungsfläche als Weg und eine auf der Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung senkrecht stehende Kraft als Kraft angegeben wird. In einer alternativen Ausführung hierzu ist die Kennlinie zumindest abschnittsweise in einem Kraft-Weg-Diagramm degressiv, in welchem der Abstand eines Punktes, z.B. des Flächenschwerpunkts der Schließfläche des Verschlusselements, zu der Öffnungsfläche als Weg und eine auf der Schließfläche des Verschlusselements senkrecht stehende Kraft als Kraft angegeben wird. In weiteren Ausführungen der Erfindung kann die Kennlinie des Nebenluftventils aber auch in einem Kraft-Winkel-Diagramm degressiv verlaufen. In einem solchen Diagramm, das ebenfalls ein Kraft-Weg-Diagramm im Sinne der Erfindung darstellt, wird der Öffnungsgrad als Winkel zwischen dem Verbindungselement und dem Trennelement angegeben. Die in dem Kraft-Winkel-Diagramm angegebene Kraft kann senkrecht auf der Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung oder senkrecht auf der Schließfläche des Verschlusselements stehen.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Verschlusselement relativ zu dem Trennelement so bewegbar, dass dies zu der zumindest abschnittsweise degressiv verlaufenden Kennlinie des Nebenluftventils führt. Mit anderen Worten, durch die Art der Bewegung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Nebenluftventils, also durch die Kinematik des Verschlusselements bezüglich des Trennelements, entsteht die zumindest abschnittsweise degressiv verlaufende Kennlinie des Nebenluftventils. Dies kann ein erfindungsgemäßes Nebenluftventil mit einem degressiven Verhalten ermöglichen, obwohl ein elastisches Element mit einer linearen oder sogar progressiven Federkennlinie in dem Nebenluftventil angeordnet ist. Die Federkennlinie des elastischen Elements wird als Kraft-Weg-Diagramm angegeben und beschreibt die Abhängigkeit einer Kraft, die aufgebracht werden muss, um zwei Stellen des elastischen Elements, vorzugsweise dessen zwei Enden, relativ zueinander zu bewegen. Bei zunehmendem Öffnungsgrad des Verschlusselements, das durch eine Kraft geöffnet wird, kann nämlich der Anteil der Federkraft, der in Richtung der aufgebrachten Kraft wirkt, aufgrund der Kinematik mit zunehmendem Öffnungsgrad des Verschlusselements für den gleichen Anteil an Weg weniger stark ansteigen, wodurch die degressive Kennlinie entsteht. Je nach Ausbildung des Nebenluftventils kann eine degressive Kennlinie oder sogar eine degressive Kennlinie mit Scheitelpunkt erreicht werden. Steht die zum Öffnen aufgebrachte Kraft senkrecht auf der Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung, kann die Kennlinie noch degressiver verlaufen oder sogar einen Scheitelpunkt aufweisen. Die Kennlinie verläuft dann degressiver, wenn die Steigung in dem degressiven Bereich der Kennlinie stärker abnimmt, also die Kennlinie mit zunehmendem Weg flacher wird.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Verschlusselement über ein Gelenk mit dem Trennelement verbunden. Das Verschlusselement kann um eine Drehachse des Gelenks verschwenkt werden, um geöffnet und geschlossen zu werden. Besonders vorzugsweise ist die Kennlinie des Nebenluftventils auch dann degressiv, wenn der Öffnungsgrad des Verschlusselements als Öffnungswinkel in einem Kraft-Winkel-Diagramm angegeben wird. Besonders vorzugsweise weist das Nebenluftventil einen Anschlag auf, um die offene Endstellung des Verschlusselements zu bestimmen. Dieser Anschlag kann z.B. als Vorsprung realisiert sein, der an dem Verschlusselement, z.B. im Bereich des Gelenks angeordnet sein kann. Erfindungsgemäß kann das Verschlusselement auch als Kolben ausgeführt sein, der z.B. in einem quaderförmigen oder zylinderförmigen Trennelement geführt wird.
Die Erfindung weiterbildend ist vorzugsweise vorgesehen, dass das elastische Element an einer gelenkfreien Seite des Trennelements angreift. Diese Anordnung kann zu einer solchen Bewegung des Verschlusselements beim Öffnen des Nebenluftventils führen, durch die eine zumindest abschnittsweise degressiv verlaufende Kennlinie des Nebenluftventils selbst mit linearer oder progressiver Federkennlinie des elastischen Elements erzielt werden kann. Beim Öffnen des Verschlusselements kann nämlich mit zunehmendem Öffnungsgrad des Verschlusselements der Weg, den zwei Angriffstellen, an denen das elastische Element an das Trennelement und an das Verschlusselement angreift, zueinander bewegt werden, für den gleichen Anteil an Öffnungsweg geringer werden. Der Öffnungsweg ist hierbei vorzugsweise der Abstand des Flächenmittelpunkts der Schließfläche des Verschlusselements zu der Öffnungsfläche der Nebenluftöffnung. An den zwei Angriffstellen ist das elastische Element mit dem Trennelement und dem Verschlusselement verbunden, so dass es eine Federkraft auf das Verschlusselement ausüben kann. Durch das an einer gelenkfreien Seite des Trennelements angreifende elastische Element kann weiter ein platzsparendes Nebenluftventil ermöglicht werden. Außerdem kann das elastische Element einfach in das Nebenluftventil montierbar sein. Mit Vorteil ist das elastische Element blattförmig oder drahtförmig ausgebildet und besteht z.B. aus Blech oder Federstahl. Ein solches elastisches Element kann mit geringen Kosten herstellbar sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Verlauf des elastischen Elements von dem Verschlusselement zu dem Trennelement zumindest drei alternierende Krümmungen auf. Mit anderen Worten, der Verlauf des elastischen Elements weist ausgehend von einer Angriffsstelle des Trennelements, an der das elastische Element an das Trennelement angreift, bis hin zu einer Angriffsstelle des Verschlusselements, an der das elastische Element an das Verschlusselement angreift, zumindest drei alternierende Krümmungen auf. Ein solcher Verlauf des elastischen Elements kann auch als Omega-Form beschrieben werden. Mit Vorteil greift das omega-förmige elastische Element an einer gelenkfreien Seite des Trennelements an. Hierdurch kann ein einfach aufgebautes Nebenluftventil bereitgestellt werden, dessen Kennlinie degressiv verlaufen oder sogar einen Scheitelpunkt in ihrem degressiven Bereich aufweisen kann. Außerdem kann die Omega-Form des elastischen Elements einfach und platzsparend realisiert werden. Besonders vorzugsweise ist das Trennelement mit zumindest drei alternierenden Krümmungen blattförmig oder drahtförmig ausgebildet, und kann z.B. aus Blech oder Federstahl bestehen. Ein blattförmiges oder drahtförmiges elastisches Element kann besonders leicht in eine Omega-Form gebracht werden und mit geringen Kosten herstellbar sein. Erfindungsgemäß kann der Verlauf des elastischen Elements auch kreisbogenförmig ausgestaltet sein. Kreisbogenförmig meint, dass der Verlauf nicht auf die Gestalt eines Kreisbogens beschränkt ist, sondern auch die Gestalt eines Abschnitts einer Hyperbel oder eine Parabel annehmen kann.
Erfindungsgemäß ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Federkennlinie des elastischen Elements zumindest teilweise degressiv verläuft. Werden die Angriffstellen, an die das elastische Element an das Verschlusselement und an das Trennelement angreift, relativ zueinander bewegt, kann die Federkennlinie, also die Abhängigkeit zwischen dem relativ zwischen den beiden Stellen zurückgelegten Weg und der durch das elastische Element auf das Verschlusselement ausgeübten Kraft degressiv verlaufen. Vorteilhafterweise führt die zumindest teilweise degressiv verlaufende Federkennlinie zu dem degressiven Verhalten des Nebenluftventils. Als elastisches Element mit einer degressiven Federkennlinie ist z.B. eine Tellerfeder oder eine bombierte Ronde denkbar.
In einer Ausführung der Erfindung sind das elastische Element und das Verschlusselement einstückig ausgeführt. Dies kann zu einer reduzierten Teileanzahl und dadurch zu geringeren Herstellungskosten führen. Zudem kann ein Nebenluftventil mit einem geringen Platzbedarf ermöglicht werden. Besonders vorzugsweise sind das elastische Element und das Verschlusselement als Segment einer Kugelschale, das auch als bombierte Ronde bezeichnet werden kann, ausgeführt. Das elastische Element und das Verschlusselement können auch als gebogener Blechstreifen ausgebildet sein, die eine rechteckige Nebenluftöffnung abdecken können.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht mit einfachen konstruktiven und kostengünstigen Mitteln die Bereitstellung eines Staubsaugers mit einem Nebenluftventil, das aufgrund seiner zumindest abschnittsweise degressiv verlaufenden Kennlinie leichter geöffnet und wieder geschlossen werden kann. Insbesondere kann ein Nebenluftventil bereitgestellt werden, bei dem das Flatterverhalten reduzierbar ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend an Hand dreier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
Es zeigen schematisch:

Fig. 1: eine Schnittdarstellung eines Staubsaugers;
Fig. 2: eine Ansicht eines Nebenluftventils von oben;
Fig. 3: eine Schnittdarstellung eines Nebenluftventils entlang der Linie A-A aus Fig. 2 mit einem Verschlusselement in Schließstellung;
Fig. 4: eine Schnittdarstellung des Nebenluftventils entlang der Linie A-A aus Fig. 2 mit dem Verschlusselement in einer offenen Endstellung;
Fig. 5: ein Kraft-Weg-Diagramm des Nebenluftventils;
Fig. 6: eine Ansicht einer zweiten Ausführung eines Nebenluftventils von oben;
Fig. 7: eine Schnittdarstellung des Nebenluftventils entlang der Linie B-B aus Fig. 6 mit dem Verschlusselement in Schließstellung;
Fig. 8: eine Schnittdarstellung des Nebenluftventils entlang der Linie B-B aus Fig. 6 mit dem Verschlusselement in einer offenen Endstellung;
Fig. 9: eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführung des Nebenluftventils mit dem Verschlusselement in Schließstellung; und schließlich
Fig. 10: eine Schnittdarstellung der dritten Ausführung des Nebenluftventils mit dem Verschlusselement in einer offenen Endstellung.

Ausführliche Beschreibung anhand von drei Ausführungsbeispielen

Bei der nachfolgenden Beschreibung von drei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines Staubsaugers 10 mit einem Nebenluftventil 30. Der Staubsauger 10 ist mit einem Staubsaugermotor 11 ausgestattet, der ein Gebläse 13 antreibt, durch das ein Saugluftstrom 15 erzeugt wird. Durch das über den Staubsaugermotor 11 angetriebene Gebläse 13 wird ein Unterdruck in einem Unterdruckraum 21, der ein Staubraum ist, erzeugt. Der Unterdruckraum 21 ist dem Staubsaugermotor 11 und dem Gebläse 13 in Richtung des Saugluftstroms 15 vorgelagert. Zwischen dem Unterdruckraum 21 und dem Gebläse 13 ist ein Motorschutzfilter 17 angeordnet. In dem Unterdruckraum 21 befindet sich ein Staubbeutel 19, der den aufgesaugten Staub auffängt. Das Nebenluftventil 30 ist an einer Unterdruckraumwand 23 des Unterdruckraums 21 befestigt, die den Unterdruckraum 21 von einem Umgebungsraum 25, der ein Kabeltrommelraum ist, trennt.
Wird der Saugluftstrom 15 aufgrund des Füllstands des Staubbeutels 19, des Festsaugens an Gegenständen oder einer Verstopfung in der Saugluftführung gedrosselt oder sogar unterbrochen, kann das Nebenluftventil 30 einen Nebenluftkanal öffnen und dadurch die Drosselung oder die Unterbrechung des Saugluftstroms 15 über die durch das Nebenluftventil 30 strömende Luft kompensieren. Dieser Nebenluftkanal wird zwischen dem Unterdruckraum 21 und dem Umgebungsraum 25 hergestellt. Der Umgebungsraum 25 ist mit der Umgebung, die den Staubsauger 10 umgibt, verbunden, so dass der in der Umgebung herrschende atmosphärische Druck somit ebenfalls in dem Umgebungsraum 25 anliegt.
Das Nebenluftventil 30 ist in Fig. 2 bis 4 dargestellt. Fig. 2 ist eine Ansicht des Nebenluftventils 30 von oben. Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung des Nebenluftventils 30 entlang der Linie A-A aus Fig. 2, wobei ein Verschlusselement 50 in Schließstellung ist. Eine Schnittdarstellung des Nebenluftventils 30 entlang der Linie A-A aus Fig. 2 mit dem Verschlusselement 50 in einer offenen Endstellung wird in Fig. 4 dargestellt. Das bewegbare Verschlusselement 50 des Nebenluftventils 30 ist über ein Gelenk 41 mit einem Trennelement 33 des Nebenluftventils 30 schwenkbar verbunden. Das Trennelement 33 ist bei montiertem Nebenluftventil 30 zwischen dem Unterdruckraum 21 und dem Umgebungsraum 25 angeordnet, so dass es ebenso wie die Unterdruckraumwand 23 den Unterdruckraum 21 von dem Umgebungsraum 25 abtrennt. Das Trennelement 33 weist eine Nebenluftöffnung 60 auf, durch die Luft von dem Umgebungsraum 25 in den Unterdruckraum 21 strömen kann. Das Nebenluftventil 30 weist weiter ein elastisches Element 37 auf, das an Angriffstellen 39 an das Verschlusselement 50 und das Trennelement 33 angreift, um eine Kraft auf das Verschlusselement 50 auszuüben. Das Verschlusselement 50 ist mithin durch das elastische Element 37 in eine Schließstellung bringbar, um die Nebenluftöffnung 60 zu verschließen. In diesem verschlossenen Zustand des Nebenluftventils 30 wird das Verschlusselement 50 gegen das Trennelement 33 gedrückt, wodurch eine Schließfläche 51 des Verschlusselements 50 die Nebenluftöffnung 60 abdeckt und damit verschließt.
An dem geschlossenen Nebenluftventil 30 liegt ein statischer Unterdruck, nämlich der in dem Unterdruckraum 21 herrschende Unterdruck an. Übersteigt dieser Unterdruck einen Ansprechdruck des geschlossenen Nebenluftventils 30, kann die Schließkraft des elastischen Elements 37 überwunden und das Verschlusselement 50 gegen die Federkraft des Federelements 37, auch als Schließkraft zu bezeichnen, in eine offene Stellung gebracht werden. Dies entspricht dem Öffnen des Nebenluftventils 30, bei dem der Nebenluftkanal zwischen dem Unterdruckraum 21 und dem Umgebungsraum 25 geöffnet wird. Durch das Öffnen wird der Unterdruck in dem Unterdruckraum 21 abgebaut, und zusätzliche Luft strömt zur Sicherstellung der Kühlung des Staubsaugermotors 11 und der Leistungselektronik des Staubsaugers 10 in den Unterdruckraum 21. Das Verschlusselement 50 ist also gegen eine Schließkraft des elastischen Elements 37 in eine von der Schließstellung abweichende offene Stellung bringbar, um die Nebenluftöffnung 60 freizugeben. Durch das Öffnen des Nebenluftventils 30 kommt zu dem statischen Druck noch ein dynamischer Druck in Form der Nebenluftströmung hinzu. Hierbei sinkt der statische Druck ab und der dynamische Druck steigt an. Das Verschlusselement 50 wird so lange geöffnet, bis die Summen der beiden Drücke, also des statischen und dynamischen Drucks, größer ist, als die durch das elastische Element 37 auf das Verschlusselement 50 ausgeübte Rückstellkraft. In der offenen Endstellung wird das Verschlusselement 50 durch die Nebenluftströmung gehalten. Hierbei sind statischer und dynamischer Druck größer als die Kraft, die das elastische Element 37 auf das Verschlusselement 50 ausübt, um dieses in die Schließstellung zu bringen. Die offene Endstellung des Verschlusselements 50 ist eine offene Stellung, in der das Verschlusselement 50 die Nebenluftöffnung 60 maximal öffnet. Diese offene Endstellung wird dadurch festgelegt, dass das Verschlusselement 50 bei Erreichen eines Anschlags nicht weiter geöffnet werden kann. Dieser Anschlag ist durch einen im Bereich des Gelenks 41 ausgebildeten Vorsprung 57 des Verschlusselements 50 realisiert.
An jeweils einem Fixierbereich 71 des Verschlusselements 50 und des Trennelements 33 sind Rastelemente 70 angeordnet, in die das elastische Element 37 eingreift. Über die Rastelemente 70 können die Angriffstellen 39, an denen das elastische Element 37 das Verschlusselement 50 und das Trennelement 33 berührt, festgelegt werden. Das elastische Element 37 weist in Schließposition des Verschlusselements 50 eine Vorspannung auf und ist aufgrund dieser Vorspannung zwischen zwei Rastelementen 70 eingespannt. Das elastische Element 37 kann in verschiedene Rastelemente 70 eingreifen, so dass der Abstand zwischen den Angriffstellen 39 und dadurch die auf das Verschlusselement 50 wirkende Federkraft variiert werden kann. Das elastische Element 37 ist also über Rastelemente 70 des Verschlusselements 50 und des Trennelements 33 in seiner Federstärke einstellbar. Das als Blattfeder ausgeführte elastische Element 37 weist zwischen den Angriffstellen 39 einen omega-förmigen Verlauf auf, so dass der Verlauf des elastischen Elements 37 von dem Verschlusselement 50 zu dem Trennelement 33 zumindest drei alternierende Krümmungen aufweist.
In Fig. 5 ist ein Kraft-Weg-Diagramm des Nebenluftventils 30 dargestellt, bei dem der Öffnungsgrad des Verschlusselements 50 in einer Stellung als Weg X angegeben ist. Dieser Weg X ist der Abstand des Flächenmittelpunkts 53 der Schließfläche 51 des Verschlusselements 50 zu einer Öffnungsfläche 61 der Nebenluftöffnung 60, die durch den Öffnungsrand 63 der Nebenluftöffnung 60 aufgespannt wird. Dieser Abstand ist null, wenn sich das Verschlusselement 30 in der Schließstellung befindet. Die in dem Kraft-Weg-Diagramm angegebene Kraft F muss aufgewendet werden, um das Verschlusselement 30 in einer Stellung, die über den Weg X bestimmt ist, zu halten. Diese Kraft F steht senkrecht auf der Öffnungsfläche 61 der Nebenluftöffnung 60 und wird während des Öffnens des Verschlusselements 50 durch den Unterdruck und durch den Nebenluftstrom aufgebracht. Die Richtung der Kraft F ist in Strömungsrichtung 31 des Nebenluftstroms gerichtet, wobei die Strömungsrichtung 31 des Nebenluftstroms senkrecht auf der Öffnungsfläche 61 der Nebenluftöffnung 60 steht und durch die Ausbildung des Nebenluftventils 30 ohne Verschlusselement 30 festgelegt ist. Die Kraft F hängt von dem Unterdruck und der Größe der Öffnungsfläche 61 der Nebenluftöffnung 60 ab. Die beiden in Fig. 5 gezeigten Kennlinien K1 und K2 zeigen Beispiele, bei denen das elastische Element 37 an verschiedenen Rastelementen 70 eingreift.
Die beiden in Fig. 4 gezeigten Kennlinien K1 und K2 verlaufen über den Öffnungsweg des Verschlusselements 30 von der in Fig. 3 gezeigten Schließstellung zu der in Fig. 4 gezeigten offenen Endstellung degressiv, so dass die Kennlinie des Nebenluftventils 30 im Kraft-Weg-Diagramm zumindest abschnittsweise degressiv verläuft. Die offene Endstellung ist in dem Beispiel der Kennlinie K1 bei etwa X = 2,8 mm und in dem Beispiel der Kennlinie K2 bei etwa X = 4 mm erreicht. Die degressiv verlaufende Kennlinie K1 weist zudem einen Scheitelpunkt 81 bei etwa X = 1 mm auf.
Da die Kennlinie K1 nach dem Scheitelpunkt 81 wieder abfällt, öffnet das Nebenluftventil 30 bei Überschreitung eines Öffnungsschwellwerts 83 von ca. 1,6 N schlagartig. Hierbei nimmt das Verschlusselement 50 ohne weitere Krafterhöhung die offene Endstellung ein, die in dem Beispiel der Kennlinie K1 bei etwa X = 2,8 mm Öffnungsweg liegt. Da die Kennlinie K1 nach dem Scheitelpunkt 81 mit zunehmendem Weg X abfällt, ist der Haltewert 85, also die zum Offenhalten des Nebenluftventils 30 notwendige Kraft, die in dem Beispiel der Kennlinie K1 etwa 1,3 N beträgt, geringer als der Öffnungsschwellwert 83. Das bedeutet, dass das Nebenluftventil 30 ein Hystereseverhalten aufzeigt, da das Nebenluftventil 30 öffnet, wenn der Öffnungsschwellwert 83 überschritten wird und wieder schließt, wenn der Haltewert 85, der geringer als der Öffnungsschwellwert 83 ist, unterschritten wird. Das führt dazu, dass geringe Schwankungen der auf das Verschlusselement 50 wirkenden Kraft zu keiner Bewegung des Verschlusselements 50 führen und dadurch ein Flattern des Nebenluftventils 30 verhindert wird. Außerdem erfolgt aufgrund des Hystereseverhaltens nicht nur das Öffnen des Nebenluftventils 30 sondern auch dessen Schließen schlagartig. Im Fall der Kennlinie K2 wird, da die gesamte Kennlinie degressiv verläuft, das Flatterverhalten des Nebenluftventils 30 reduziert, da eine Schwankung der Kraft, die etwa 1,6 N übersteigt, zu keiner Bewegung des Verschlusselements 50 führt. Allerdings kann eine Schwänkungsänderung um den Bereich des Öffnungsschwellwerts 83 von etwa 1,6 N zu Bewegungen des Verschlusselements 50 führen.
Das Trennelement 33 weist die Gestalt eines Quaders auf, wobei die Nebenluftöffnung 60 an einer Deckfläche des Quaders angeordnet ist. Die andere Deckfläche des Quaders ist offen, um den Nebenluftstrom bei geöffnetem Nebenluftventil 30 zu ermöglichen. Die Rastelemente 70 des Trennelements 33 sind an der Seitenfläche des Zylinders angeordnet, die sich an die dem Gelenk 41 gegenüberliegende Seite der Nebenluftöffnung 60 anschließt. Das elastische Element 37 greift also an einer gelenkfreien Seite des Trennelements 33 an. Dies führt dazu, dass mit zunehmendem Öffnungsgrad des Verschlusselements 50, also mit zunehmendem Abstand 55 des Flächenmittelpunkts 53 der Schließfläche 51 zu der Öffnungsfläche 61, der Anteil des Wegs, um den sich die Angriffstellen 39 aufeinander zu bewegen, für den gleichen Anteil einer Abstandsänderung des Flächenmittelpunkts 53 zu der Öffnungsfläche 61, geringer wird. Hierdurch entsteht der degressive Verlauf der Kennlinie des Nebenluftventils 30 im Kraft-Weg-Diagramm. Das Verschlusselement 50 ist also relativ zu dem Trennelement 33 so bewegbar, dass dies zu einer degressiv verlaufenden Kennlinie des Nebenluftventils 30 führt.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 6 und 8, das sich ansonsten nicht von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, ist das Verschlusselement 50 als Kolben ausgeführt, der in dem quaderförmigen Trennelement 33 geführt wird. Fig. 6 ist eine Ansicht einer zweiten Ausführung eines Nebenluftventils 30 von oben. Fig. 7 zeigt eine Schnittdarstellung des Nebenluftventils 30 entlang der Linie B-B aus Fig. 6 mit dem Verschlusselement 50 in Schließstellung und Fig. 8 zeigt eine Schnittdarstellung des Nebenluftventils 30 entlang der Linie B-B aus Fig. 6 mit dem Verschlusselement 50 in einer offenen Endstellung.
Auch in dieser Anordnung sind die Rastelemente 70 des Trennelements 33 an einer Seitenfläche des Quaders angebracht, sodass aufgrund der Relativbewegung von elastischem Element 37 und Trennelement 33 zueinander die degressive Kennlinie entsteht. Denn auch hier wird beim Öffnen des Verschlusselements 50 mit zunehmendem Öffnungsgrad des Verschlusselements 50, also mit zunehmendem Abstand 55 des Flächenmittelpunkts 53 der Schließfläche 51 zu der Öffnungsfläche 61, der Anteil des Wegs, um den sich die Angriffstellen 39 aufeinander zu bewegen, für den gleichen Anteil einer Abstandsänderung des Flächenmittelpunkts 53 zu der Öffnungsfläche 61 geringer.
In einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 9 und 10, das sich ansonsten nicht von den anderen Ausführungsbeispielen unterscheidet, ist das elastische Element 37 als Segment einer Kugelschale, die auch als bombierte Ronde bezeichnet wird, ausgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel sind das elastische Element 37 und das Verschlusselement 50 einstückig ausgeführt, wobei in der Schließstellung des Verschlusselements 50 und des elastischen Elements 37 die Nebenluftöffnung 60 von einem Teil der bombierten Ronde verschlossen wird. Diese Schließstellung ist in Fig. 7 gezeigt. Übersteigt der Unterdruck in dem Unterdruckraum 21 einen Schwellwert, werden das elastische Element 37 und das Verschlusselement 50 verformt, bis die in Fig. 8 gezeigte offene Endstellung erreicht wird. An dem Trennelement 33 sind Austrittsöffnungen 35 angeordnet, sodass die Nebenluft von dem Umgebungsraum 25 durch die Nebenluftöffnung 60 und die Austrittsöffnungen 35 in den Unterdruckraum 21 strömen kann. In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Kennlinie des Nebenluftventils 30 im Kraft-Weg-Diagramm degressiv, da die bombierte Ronde als elastisches Element 37 eine degressiv verlaufende Federkennlinie aufweist. Hierbei wird in dem Kraft-Weg-Diagramm der Abstand 55 des Flächenmittelpunkts 53 der Schließfläche 51 zu der Öffnungsfläche 61 des Nebenluftventils 30 und die Kraft, die senkrecht auf der Öffnungsfläche 61 der Nebenluftöffnung 60 steht angegeben.
Die in Fig. 8 gezeigte offene Endstellung ist ein metastabiler Zustand, der dadurch entsteht, dass bei Krafteinwirkung auf die bombierte Ronde in Schließstellung, der ein stabiler Zustand ist, die Ronde verbogen wird, bis diese plötzlich durch Beulen in den offenen Endzustand springt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht mit einfachen konstruktiven und kostengünstigen Mitteln die Bereitstellung eines Staubsaugers mit einem Nebenluftventil, das aufgrund seiner zumindest abschnittsweise degressiv verlaufenden Kennlinie leichter geöffnet und wieder geschlossen werden kann. Insbesondere kann ein Nebenluftventil bereitgestellt werden, bei dem das Flatterverhalten reduzierbar ist.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Bezugszeichenliste

10: Staubsauger
11: Staubsaugermotor
13: Gebläse
15: Saugluftstrom
17: Motorschutzfilter
19: Staubbeutel
21: Unterdruckraum
23: Unterdruckraumwand
25: Umgebungsraum
30: Nebenluftventil
31: Strömungsrichtung
33: Trennelement
35: Austrittsöffnung
37: elastisches Element
39: Angriffstelle
41: Gelenk
50: Verschlusselement
51: Schließfläche
53: Flächenmittelpunkt
55: Abstand
57: Vorsprung
60: Nebenluftöffnung
61: Öffnungsfläche
63: Öffnungsrand
70: Rastelement
71: Fixierbereich
81: Scheitelpunkt
83: Öffnungsschwellwert
85: Haltewert
K1: Kennlinie
K2: Kennlinie

Claims

Staubsauger (10) mit einem Nebenluftventil (30), das ein bewegbares Verschlusselement (50), ein elastisches Element (37) und ein Trennelement (33) mit einer Nebenluftöffnung (60) aufweist, wobei das Verschlusselement (50) durch das elastische Element (37) in eine Schließstellung bringbar ist, um die Nebenluftöffnung (60) zu verschließen und das Verschlusselement (50) gegen eine Schließkraft des elastischen Elements (37) in eine von der Schließstellung abweichende offene Stellung bringbar ist, um die Nebenluftöffnung (60) freizugeben, und wobei die Kennlinie (K1, K2) des Nebenluftventils (30) im Kraft-Weg-Diagramm zumindest abschnittsweise degressiv verläuft;
dadurch gekennzeichnet,
dass das elastische Element (37) über Rastelemente (70) des Verschlusselements (50) und/oder des Trennelements (33) in seiner Federstärke einstellbar ist.
Staubsauger (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie (K1, K2) über einen Öffnungsweg des Verschlusselements (50) von der Schließstellung zu einer offenen Endstellung degressiv verläuft.
Staubsauger (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der degressive Bereich der Kennlinie (K1, K2) einen Scheitelpunkt (81) aufweist.
Staubsauger (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Kraft-Weg-Diagramm angegebene Kraft senkrecht auf einer Öffnungsfläche (61) der Nebenluftöffnung (60) steht.
Staubsauger (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Kraft-Weg-Diagramm angegebene Weg der Abstand (55) eines Punktes des Verschlusselements (50) zu einer Öffnungsfläche (61) der Nebenluftöffnung (60) ist.
Staubsauger (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (50) relativ zu dem Trennelement (33) so bewegbar ist, dass dies zu der zumindest abschnittsweise degressiv verlaufenden Kennlinie (K1, K2) des Nebenluftventils (30) führt.
Staubsauger (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (50) über ein Gelenk (41) mit dem Trennelement (33) verbunden ist.
Staubsauger (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (37) an einer gelenkfreien Seite des Trennelements (33) angreift.
Staubsauger (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des elastischen Elements (37) von dem Verschlusselement (50) zu dem Trennelement (33) zumindest drei alternierende Krümmungen aufweist.
Staubsauger (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkennlinie des elastischen Elements (37) zumindest teilweise degressiv verläuft.
Staubsauger (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (37) und das Verschlusselement (50) einstückig ausgeführt sind.