Die Erfindung betrifft einen Saugkopf eines Staubsaugers gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit
einem aus Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil bestehenden Saugkopfgehäuse, welches eine bodenseitige Saugöffnung, eine Bürstenkammer und eine Turbinenkammer aufweist,
einer in der Bürstenkammer im Bereich der Saugöffnung angeordneten, rotierenden Saugreinigungsbürste,
einer in der Turbinenkammer angeordneten Gleichdruckturbine mit einem Kranz von Turbinenschaufeln in einem Trommelrotor, der über eine Transmission die Saugreinigungsbürste antreibt, und
einem an das Saugkopfgehäuse angeschlossenen Anschlussstutzen für das Sauggebläse mit nachgeschaltetem Staubfangbeutel,
wobei der Trommelrotor von dem durch das Sauggebläse erzeugten Saugluftstrom angetrieben ist,
der über die Saugöffnung in das Saugkopfgehäuse eintritt sowie die Bürstenkammer durchströmt und durch einen Zuströmkanal in die Turbinenkammer eintritt und die Turbinenkammer sowie den Anschlussstutzen durchströmt, wobei der Zuströmkanal in Arbeitsstellung des Saugkopfes unterhalb der Turbinenachse an die Turbinenkammer anschliesst, deren Turbinenkammerwand oberhalb und unterhalb des Trommelrotors den Trommelrotor mit geringem Abstandsspalt umschliesst.
Ein Saugkopf mit den beschriebenen Merkmalen ist aus DE-A 4 229 030 bekannt. Bei der bekannten Ausführung tritt der Saugluftstrom durch eine \ffnung in einer Gehäusezwischenwand, welche die Bürstenkammer von der Turbinenkammer trennt, in die Turbinenkammer ein und beaufschlagt den unteren, bis zur Nabe des Trommelrotors reichenden Abschnitt des Trommelrotors. Die abströmende Luft wird durch ein z-förmig gekrümmtes Bogenstück dem Anschlussstutzen zugeführt.
Bei einem aus US-A 4 307 485 bekannten Saugkopf ist der Zuströmkanal zwischen der Bürstenkammer und der Turbinenkammer venturiartig verjüngt und schliesst im Wesentlichen tangential an die Turbinenkammer an. Der Saugluftstrom tritt mit hoher kinetischer Energie in die Turbinenkammer ein. Der Trommelrotor weist eine becherförmige Beschaufelung, die am inneren Umfang geschlossen ist, auf. Der Durchmesser der Turbinenkammer ist deutlich grösser als der Durchmesser des Trommelrotors. Der Eintritt des Zuströmkanals in die Turbinenkammer ist als Mundstück ausgebildet, welches mit geringem Spiel an den Umfang des Trommelrotors herangeführt ist. Die aus der Turbinenkammer abströmende Luft gelangt über einen Sammelkanal zum Anschlussstutzen. Die Anordnung führt zu einem verhältnismässig voluminösen Saugkopf.
Die Luftführung ist ebenfalls verbesserungsbedürftig und mit Verlusten behaftet.
Bei einem aus DE-A 3 414 862 bekannten Saugkopf ist der Trommelrotor in dem Aufnahmeraum eines den Anschlussstutzen mit dem Saugkopfgehäuse verbindenden Kippgelenks angeordnet. Der Trommelrotor weist eine Beschaufelung auf, die sich bis zur Nabe erstreckt. Zwischen dem Trommelrotor und der Turbinenkammerwand ist ein Kanal bildender Zwischenraum für die durchströmende Luft vorhanden. Der energetische Wirkungsgrad auch dieser Anordnung ist verbesserungsbedürftig.
Bei einem weiteren, aus DE-C 4 105 336 bekannten Saugkopf besitzt der Zuströmkanal einen in die Turbinenkammer einmündenden, abgewinkelten, als Mundstück bezeichneten Endabschnitt, der radial zum Trommelrotor in die Turbinenkammer eintritt. Der Saugluftstrom tritt zum Anschlussstück hin radial aus dem Trommelrotor aus. Der Saugluftstrom passiert den Schaufelkranz zweimal in radialer Richtung. Insoweit wird ein umlenkfreier Strömungsverlauf verwirklicht (DE-C 4 105 336, Spalte 2, Zeilen 3 bis 6). Dadurch soll ein Leistungsgewinn gegenüber einer Ausführungsform erreicht werden (US 2 683 276), bei der die Turbinenschaufeln in sich gerade ausgebildet sind und mit ihrem freien Ende derart in Richtung des Innenraums des Innenrades weisen, dass sie tangential an einem konzentrisch zur Achse des Turbinenrades angeordneten Kreis anliegen.
Tatsächlich kann jedoch ein im Sinne der obigen Ausführungen umlenkfreier Strömungsverlauf einen Leistungsgewinn nicht bewirken, da die Turbine eine Gleichstromturbine darstellt, deren aerodynamischer Wirkungsgrad durch den Impulsaustausch zwischen dem Saugluftstrom und dem Trommelrotor bestimmt ist.
Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, einen Saugkopf des eingangs beschriebenen Aufbaus so weiter aus zubilden, dass ein hoher Impulsaustausch zwischen Saugluftstrom und Trommelrotor und folglich ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden, wobei der Saugkopf einen möglichst einfachen, kompakten Aufbau besitzen soll.
Zur Lösung dieses technischen Problems gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 lehrt die Erfindung, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Saugkopf, dass der Zuströmkanal in Strömungsrichtung einen Querschnitt aufweist, der im Bereich der Saugreinigungsbürste etwa dem Durchmesser der Saugreinigungsbürste entspricht und sich zum Eintritt in die Turbinenkammer venturiartig verengt, wobei der Zuströmkanal einerseits durch einen Bodenabschnitt des Gehäuseunterteils und andererseits durch eine an dem Gehäuseoberteil angeordnete Luftführungsfläche begrenzt ist, dass sowohl die Luftführungsfläche als auch der Bodenabschnitt des Zuführkanals tangential zum Umfang des Trommelrotors an die Turbinenkammer anschliessen und dass der Trommelrotor in einen Aufnahmeraum eines den Anschlussstutzen mit dem Saugkopfgehäuse verbindenden Kippgelenks eingesetzt ist,
wobei die Drehachse des Kippgelenks und die Achse des Trommelrotors zusammenfallen und wobei ein zylindersegmentförmiger Anschlusskopf des Anschlussstutzens mit geringem Abstandsspalt an den Umfang des Trommelrotors angepasst ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich bei der beschriebenen Gestaltung unterhalb der Achse des Trommelrotors und mit Abstand von diesem ein strömungsenergiereicher Saugluftstrom einstellt, der nach Massgabe der Turbinenkammerwand, die sich dem Umfang des Trommelrotors anschmiegt, umgelenkt wird und nicht radial, sondern im Kranzbereich der Turbinenschaufeln strömt und den Trommelrotor mit hohem Impulsaustausch antreibt. Im Ergebnis wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht. In aerodynamischer Hinsicht ist bei dem erfindungsgemässen Saugkopf die Gleichdruckturbine mit der Turbine aus der US 2 683 276 vergleichbar, jedoch erreicht die Erfindung durch Kombination der beschriebenen Merkmale auch gegenüber dieser Ausführungsform eine beachtliche Verbesserung.
Im Einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Ausgestaltung. Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung ist an das Gehäuseoberteil ein Gehäuseeinsatz angeschlossen, der sowohl die Luftführungsfläche als auch einen mit kleinem Abstandsspalt an den Trommelrotor angrenzenden Wandabschnitt der Turbinenkammer oberhalb der Mündung des Zuströmkanals bildet. Der Boden des Zuströmkanals ist vorzugsweise konvex und die Luftführungsfläche konkav gekrümmt. Das ermöglicht bei verhältnismässig kleinem Abstand zwischen der Bürstenkammer und der Turbinenkammer einen tangentialen Anschluss der Begrenzungswände des Zuströmkanals an die Turbinenkammer.
Die erfindungsgemässe Ausgestaltung bewirkt unter Ausnutzung des Venturieffektes eine Beschleunigung des Saugluftstromes und damit eine hohe Geschwindigkeit sowie folglich einen hohen Impuls des Saugluftstromes beim Auftreffen auf die Turbinenschaufeln und bei der Strömung des Saugluftstromes im Kranzbereich der Turbinenschaufeln.
In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, dass der Kranz aus Turbinenschaufeln an seinem inneren Umfang offen, von dem Saugluftstrom also durchströmbar, ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung lassen sich die Turbinenschaufeln auf unterschiedliche Weise so anordnen, dass ein hoher Impulsaustausch erreicht wird. Vorzugsweise sind die Turbinenschaufeln in Umlaufrichtung des Trommelrotors schräg gestellt und schaufelartig nach den Regeln der Aerodynamik gekrümmt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Saugkopf. Der in der Figur dargestellte Saugkopf gehört zu einem Staubsauger. Der Staubsauger wurde nicht gezeichnet.
Zum grundsätzlichen Aufbau des Saugkopfes gehören ein aus Gehäuseoberteil 1a und Gehäuseunterteil 1b bestehendes Saugkopfgehäuse 1, welches eine bodenseitige Saugöffnung 2, eine Bürstenkammer 3 und eine Turbinenkammer 4 aufweist. In der Bürstenkammer 3 ist im Bereich der Saugöffnung 2 eine rotierende Saugreinigungsbürste 5 angeordnet. Die Turbinenkammer 4 enthält eine Gleichdruckturbine 6 mit einem Kranz von Turbinenschaufeln 7 in einem Trommelrotor 8, der über eine Transmission die Saugreinigungsbürste 5 antreibt. An das Saugkopfgehäuse 1 ist ein Anschlussstutzen 9 für das nicht dargestellte Sauggebläse mit nachgeschaltetem Staubfangbeutel angeschlossen.
Der Trommelrotor 8 ist von dem Saugluftstrom angetrieben, den das Sauggebläse erzeugt und der über die Saugöffnung 2 in das Saugkopfgehäuse 1 eintritt sowie die Bürstenkammer 3 durchströmt und durch einen Zuströmkanal 10 in die Turbinenkammer 4 eintritt.
Der Zuströmkanal 10 schliesst in Arbeitsstellung des Saugkopfes unterhalb der Achse 11 des Trommelrotors 8 tangential zum Trommelrotor 8 an die Turbinenkammer 4 an und ist mit Tangen tialaustritt auf dem Umfang des Trommelrotors 8 gerichtet. Der Saugluftstrom strömt nach Massgabe der tangential zum Umfang des Trommelrotors 8 zum Anschlussstutzen 9 abgehenden Turbinenkammerwand zum Anschlussstutzen 9 hin ab. Die Turbinenkammerwand schmiegt sich dem Umfang des Trommelrotors 8 gleichsam an. Man erkennt in der Figur, dass der Zuströmkanal 10 in Strömungsrichtung einen Querschnitt aufweist, der im Bereich der Saugreinigungsbürste 5 etwa dem Durchmesser der Saugreinigungsbürste 5 entspricht und sich zum Eintritt in die Turbinenkammer 4 venturiartig verengt.
Der Zuströmkanal 10 ist einerseits durch einen Abschnitt des Gehäuseunterteils 1b und andererseits durch eine an dem Gehäuseoberteil 1a angeordnete Luftführungsfläche 14 begrenzt. Sowohl die Luftführungsfläche 14 als auch der Boden 13 des Zuströmkanals 10 schliessen tangential zum Umfang des Trommelrotors 8 an die Turbinenkammer 4 an. Der Boden 13 des Zuströmkanals 10 ist konvex und die Luftführungsfläche 14 konkav gekrümmt. Ferner entnimmt man der Figur, dass an das Gehäuseoberteil 1a ein Gehäuseeinsatz 15 angeschlossen ist, der sowohl die Luftführungsfläche 14 als auch einen mit kleinem Abstandsspalt an den Trommelrotor 8 angrenzenden Wandabschnitt 16 der Turbinenkammer 4 oberhalb der Mündung 12 des Zuströmkanals 10 bildet.
Aus der Figur ist auch ersichtlich, dass der Anschlussstutzen 9 durch ein Kippgelenk 17 mit dem Saugkopfgehäuse 1 verbunden ist. Das Kippgelenk 17 besteht aus im Schnitt kreisbogenförmig ausgebildeten Lagerflächen 18 an dem Gehäuseoberteil 1a sowie dem Gehäuseunterteil 1b und einem zylindersegmentförmigen Anschlusskopf 19 des Anschlussstutzens 9 mit korrespondierenden Gleitflächen. Der Trommelrotor 8 ist in den Aufnahmeraum des Kippgelenks 17 ein gesetzt, wobei die Drehachse des Kippgelenks 17 und die Achse 11 des Trommelrotors 8 zusammenfallen und wobei der Anschlusskopf 19 des Anschlussstutzens 9 mit geringem Spaltabstand an den Umfang des Trommelrotors 8 angepasst ist.
Der Kranz von Turbinenschaufeln 7 ist an seinem inneren Umfang offen, also von dem Saugluftstrom durchströmbar, ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführung der Erfindung sind die Turbinenschaufeln 7 in Umlaufrichtung schräg gestellt und schaufelartig, mit einem Tragflügelprofil, gekrümmt ausgebildet. Das unterstützt den Impulsaustausch. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, die Anordnung so zu treffen, dass die Turbinenschaufeln entgegen der Umlaufrichtung schräg gestellt sind. Diese Ausführungsform empfiehlt sich, wenn der beschriebene Abstandsspalt zwischen Turbinenkammerwand und Trommelrotor besonders eng ausgeführt ist.
The invention relates to a suction head of a vacuum cleaner according to the preamble of claim 1
a suction head housing consisting of upper housing part and lower housing part, which has a suction opening on the bottom, a brush chamber and a turbine chamber,
a rotating suction cleaning brush arranged in the brush chamber in the area of the suction opening,
a constant pressure turbine arranged in the turbine chamber with a ring of turbine blades in a drum rotor, which drives the suction cleaning brush via a transmission, and
a connecting piece for the suction blower connected to the suction head housing with a downstream dust bag,
the drum rotor being driven by the suction air flow generated by the suction fan,
which enters the suction head housing via the suction opening and flows through the brush chamber and enters the turbine chamber through an inflow channel and flows through the turbine chamber and the connecting piece, the inflow channel connecting the turbine chamber, the turbine chamber wall above and below the drum rotor, below the turbine axis in the working position of the suction head encloses the drum rotor with a small clearance gap.
A suction head with the described features is known from DE-A 4 229 030. In the known embodiment, the suction air flow enters the turbine chamber through an opening in a partition wall separating the brush chamber from the turbine chamber and acts on the lower section of the drum rotor, which extends as far as the hub of the drum rotor. The outflowing air is fed to the connection piece through a z-shaped curved piece.
In a suction head known from US Pat. No. 4,307,485, the inflow channel between the brush chamber and the turbine chamber is tapered in a venturi-like manner and connects essentially tangentially to the turbine chamber. The suction air flow enters the turbine chamber with high kinetic energy. The drum rotor has a cup-shaped blading, which is closed on the inner circumference. The diameter of the turbine chamber is significantly larger than the diameter of the drum rotor. The entry of the inflow channel into the turbine chamber is designed as a mouthpiece, which is brought to the circumference of the drum rotor with little play. The air flowing out of the turbine chamber reaches the connecting piece via a collecting duct. The arrangement leads to a relatively voluminous suction head.
The air duct is also in need of improvement and involves losses.
In a suction head known from DE-A 3 414 862, the drum rotor is arranged in the receiving space of a tilting joint connecting the connecting piece to the suction head housing. The drum rotor has blading that extends to the hub. A channel-forming space for the air flowing through is present between the drum rotor and the turbine chamber wall. The energy efficiency of this arrangement is in need of improvement.
In a further suction head known from DE-C 4 105 336, the inflow channel has an angled end section which opens into the turbine chamber and is referred to as the mouthpiece and which enters the turbine chamber radially to the drum rotor. The suction air flow exits the drum rotor radially towards the connector. The suction air flow passes the blade ring twice in the radial direction. In this regard, a deflection-free flow pattern is realized (DE-C 4 105 336, column 2, lines 3 to 6). This is to achieve an increase in performance compared to an embodiment (US Pat. No. 2,683,276) in which the turbine blades are straight in themselves and point with their free end in the direction of the interior of the inner wheel in such a way that they are arranged tangentially on a shaft concentric with the axis of the turbine wheel Circle.
In fact, however, a deflection-free flow course in the sense of the above explanations cannot bring about an increase in performance since the turbine is a direct current turbine, the aerodynamic efficiency of which is determined by the pulse exchange between the suction air flow and the drum rotor.
The invention is based on the technical problem of further developing a suction head of the construction described at the outset in such a way that a high pulse exchange between the suction air flow and the drum rotor and consequently a high degree of efficiency are achieved, the suction head being intended to have the simplest possible, compact construction.
To solve this technical problem according to the characterizing features of claim 1, the invention teaches, starting from the suction head described at the outset, that the inflow channel has a cross section in the direction of flow which corresponds approximately to the diameter of the suction cleaning brush in the area of the suction cleaning brush and which leads to entry into the turbine chamber narrowed in a venturi-like manner, the inflow channel being limited on the one hand by a bottom section of the lower housing part and on the other hand by an air guide surface arranged on the upper housing part, that both the air guide surface and the bottom section of the feed channel connect tangentially to the circumference of the drum rotor to the turbine chamber and that the drum rotor is in a receiving space a tilt joint connecting the connecting piece to the suction head housing is inserted,
wherein the axis of rotation of the tilt joint and the axis of the drum rotor coincide and wherein a cylinder segment-shaped connection head of the connection piece with a small spacing gap is adapted to the circumference of the drum rotor.
The invention is based on the knowledge that, in the design described, below the axis of the drum rotor and at a distance from it, a flow-rich suction air flow is established, which is deflected according to the turbine chamber wall, which clings to the circumference of the drum rotor, and not radially, but instead flows in the crown area of the turbine blades and drives the drum rotor with high momentum exchange. As a result, high efficiency is achieved. From an aerodynamic point of view, in the suction head according to the invention the constant pressure turbine is comparable to the turbine from US Pat. No. 2,683,276, but the combination achieved with the features described achieves a considerable improvement compared to this embodiment.
In detail, there are several possibilities for further training and configuration within the scope of the invention. According to a preferred embodiment of the invention, a housing insert is connected to the upper housing part, which forms both the air guiding surface and a wall section of the turbine chamber adjoining the drum rotor with a small spacing gap above the mouth of the inflow channel. The bottom of the inflow channel is preferably convex and the air guide surface is concave. This enables a tangential connection of the boundary walls of the inflow channel to the turbine chamber with a relatively small distance between the brush chamber and the turbine chamber.
Using the Venturi effect, the configuration according to the invention brings about an acceleration of the suction air flow and thus a high speed and consequently a high impulse of the suction air flow when it strikes the turbine blades and when the suction air flow flows in the ring region of the turbine blades.
In a further embodiment, the invention teaches that the ring of turbine blades is open on its inner circumference, that is to say through which the suction air flow can flow. Within the scope of the invention, the turbine blades can be arranged in different ways in such a way that a high momentum exchange is achieved. The turbine blades are preferably inclined in the direction of rotation of the drum rotor and curved like blades according to the rules of aerodynamics.
In the following, the invention is explained in detail on the basis of a drawing which represents only one exemplary embodiment. The single figure shows a longitudinal section through a suction head according to the invention. The suction head shown in the figure belongs to a vacuum cleaner. The vacuum cleaner was not drawn.
The basic structure of the suction head includes a suction head housing 1 consisting of upper housing part 1a and lower housing part 1b, which has a bottom-side suction opening 2, a brush chamber 3 and a turbine chamber 4. A rotating suction cleaning brush 5 is arranged in the brush chamber 3 in the area of the suction opening 2. The turbine chamber 4 contains a constant-pressure turbine 6 with a ring of turbine blades 7 in a drum rotor 8, which drives the suction cleaning brush 5 via a transmission. At the suction head housing 1, a connection piece 9 for the suction fan, not shown, with a dust bag connected downstream is connected.
The drum rotor 8 is driven by the suction air flow which the suction fan generates and which enters the suction head housing 1 via the suction opening 2 and flows through the brush chamber 3 and enters the turbine chamber 4 through an inflow channel 10.
The inflow channel 10 closes in the working position of the suction head below the axis 11 of the drum rotor 8 tangential to the drum rotor 8 to the turbine chamber 4 and is directed with tangential exit on the circumference of the drum rotor 8. The suction air flow flows off to the connection stub 9 in accordance with the turbine chamber wall which extends tangentially to the circumference of the drum rotor 8 to the connection stub 9. The turbine chamber wall hugs the circumference of the drum rotor 8 as it were. It can be seen in the figure that the inflow channel 10 has a cross section in the direction of flow, which corresponds approximately to the diameter of the suction cleaning brush 5 in the area of the suction cleaning brush 5 and narrows like a ventilator for entry into the turbine chamber 4.
The inflow channel 10 is delimited on the one hand by a section of the lower housing part 1b and on the other hand by an air guiding surface 14 arranged on the upper housing part 1a. Both the air guide surface 14 and the bottom 13 of the inflow channel 10 connect tangentially to the circumference of the drum rotor 8 to the turbine chamber 4. The bottom 13 of the inflow duct 10 is convex and the air guiding surface 14 is concavely curved. It can also be seen from the figure that a housing insert 15 is connected to the upper housing part 1a, which forms both the air guiding surface 14 and a wall section 16 of the turbine chamber 4 adjoining the drum rotor 8 with a small clearance gap above the mouth 12 of the inflow duct 10.
It can also be seen from the figure that the connecting piece 9 is connected to the suction head housing 1 by a tilt joint 17. The tilt joint 17 consists of bearing surfaces 18 on the upper housing part 1 a and the lower housing part 1 b and a cylindrical segment-shaped connecting head 19 of the connecting piece 9 with corresponding sliding surfaces. The drum rotor 8 is inserted into the receiving space of the tilt joint 17, the axis of rotation of the tilt joint 17 and the axis 11 of the drum rotor 8 coinciding and the connection head 19 of the connection piece 9 being adapted to the circumference of the drum rotor 8 with a small gap distance.
The ring of turbine blades 7 is open on its inner circumference, that is to say through which the suction air flow can flow. In the exemplary embodiment and according to a preferred embodiment of the invention, the turbine blades 7 are inclined in the circumferential direction and are curved like a blade, with an airfoil profile. This supports the exchange of impulses. However, it is also within the scope of the invention to make the arrangement such that the turbine blades are inclined against the direction of rotation. This embodiment is recommended if the described gap between the turbine chamber wall and drum rotor is particularly narrow.