DE19522855A1 - Vorrichtung zum Abscheiden von festen und/oder flüssigen Partikeln aus einem Gas- oder Dampfstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von festen und/oder flüssigen Partikeln aus einem Gas- oder Dampf­ strom, insbesondere einem Luftstrom, der von einem Gebläse er­ zeugt und durch einen Abscheider geführt wird.

Derartige Vorrichtungen sind z. B. als Staubsauger oder als mit Filtern versehene Gebläse bekannt, z. B. in Kraftfahrzeugen, Klima­ anlagen, Luftreinigungsanlagen od. dgl. Die verschmutzte Ansaugluft wird dabei durch ein Filter geleitet, das als Papier-, Textil- oder Metallfilter ausgebildet sein kann, z. B. in Gestalt eines ebenen Filters oder eines Filtersacks. Diese bekannten Vorrich­ tungen haben den gemeinsamen Nachteil, daß das Filter mit der Zeit verstopft und wieder gereinigt bzw. ausgetauscht werden muß oder daß der Filtersack voll wird und dann ebenfalls geleert, gereinigt oder ersetzt werden muß. Da sich bei zunehmender Ge­ brauchsdauer die Poren des Filters mehr und mehr zusetzen, er­ höht sich der Durchgangswiderstand, die Saugleistung nimmt ab und die Belastung des Antriebsmotors steigt an. Insbesondere in der Ausbildung als Belüftungseinrichtung sind derartige Vorrich­ tungen häufig integriert und schwer zugänglich, so daß ein Filter­ wechsel nur mit großem Aufwand möglich ist.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die bekann­ ten Vorrichtungen der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß bei guter Abscheidung der im Gas- oder Dampfstrom enthaltenen unerwünschten Partikel auf ein Filter bzw. Filterwechsel voll­ ständig verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ab­ scheider als durch einen Motor angetriebene Trommel ausgebildet ist, die einen radialen Einlaßbereich und einen axialen Auslaß­ bereich aufweist, wobei der radiale Einlaßbereich eine den Gas- oder Dampfstrom durchlassende Lochstruktur besitzt, deren Durch­ gangsöffnungen einen gegenüber dem mittleren Durchmesser der ab­ zuscheidenden Partikel größeren mittleren Durchmesser aufweisen, derart, daß die Lochstruktur im ruhenden Zustand der Trommel für die Partikel im wesentlichen passierbar ist und die Partikel bei sich drehender Trommel vor ihrem Eintritt weggeschleudert werden.

Die erfindungsgemäße Trommel kann dadurch nicht verstopfen und braucht weder gereinigt noch ausgetauscht zu werden. Dennoch werden auch sehr kleine und auch flüssige Partikel sicher ausge­ schieden. Etwa an der Trommel dennoch festhaftende Partikel wer­ den mit der Zeit in Folge der Zentrifugalkraft wieder wegge­ schleudert. Es ergibt sich dadurch ein völlig wartungsfreier Be­ trieb. Durch die relativ großen Durchgangsöffnungen in der Trommel weist diese nur einen geringen Durchgangswiderstand für die Strömung auf, so daß eine im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen sehr geringe Gebläseleistung ausreicht um einen vergleichbaren Gas- oder Dampfstrom zu erzeugen. Wegen der bei gleichen Gas- oder Dampfströmen geringeren Antriebsleistung für das Gebläse wird nicht nur Antriebsenergie eingespart, sondern auch die Lärm­ belastung reduziert, was insbesondere auch bei Staubsaugern, Be­ lüftungsanlagen und Klimaanlagen ein großer Vorteil darstellt. Im Vergleich zu herkömmlichen Filtern, bei denen die Filterporen­ größe im Hinblick auf den Durchgangswiderstand beliebig klein ge­ macht werden kann und die dadurch sehr kleine Partikel durch­ lassen, werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch noch sehr kleine Partikel und sogar flüssige Partikel ausgeschieden. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere auch zum Abscheiden von Staubmilben, Schuppen, Mikropilzen und deren Sporen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

In einer vorteilhaften konstruktiven Ausgestaltung treibt der ins­ besondere als Elektromotor ausgebildete Motor neben der Trommel noch die den Gas- oder Dampfstrom erzeugenden Gebläseelemente an, die insbesondere als Gebläseschaufeln, -flügel oder -lamellen ausgebildet sind. Die Trommel und die Gebläseelemente sind dabei zweckmäßigerweise an einer mit dem Motor verbundenen Welle ange­ ordnet.

Eine besonders kompakte und strömungsgünstige Anordnung wird dadurch erreicht, daß die Gebläseelemente stromabwärts neben der dort axial offenen Trommel angeordnet sind, wobei die Trommel am axial gegenüberliegenden Ende im wesentlichen geschlossen ist oder ebenfalls eine Lochstruktur besitzt.

Die Gebläseelemente bilden im einfachsten Falle ein einstufiges Gebläse, können jedoch auch ein mehrstufiges Gebläse bilden, wenn eine höhere Saugleistung erforderlich ist.

Als kostengünstige Lösung für die Lochstruktur in der radialen Umfangswandung der Trommel bietet sich ein Gitter an. Als Material für die Trommel eignet sich ein Metall, damit die Trommel den hohen Belastungen bei hohen Umdrehungszahlen und zum Teil auch gröberen Partikeln gewachsen ist.

Zum Auffangen der abgeschiedenen Partikel eignet sich ein Auf­ fangsbehälter, insbesondere bei einer Anordnung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in einem Staubsauger oder einer Luftreinigungs­ anlage. Darüber hinaus eignet sich die Vorrichtung auch für den Einsatz in einer Klimaanlage oder einer Luftzuführungseinrichtung, z. B. in einem Kraftfahrzeug.

In einer zweckmäßigen konstruktiven Ausgestaltung als Staubsauger besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus dem Auffangbehälter und einem aufgesetzten Motorgehäuse für den Motor, das vorzugs­ weise leicht abnehmbar ausgebildet ist. Dabei ist die die Trommel und die Gebläseelemente tragende Welle insbesondere vertikal an­ geordnet.

Aus Sicherheitsgründen ist die aus dem Motorgehäuse wenigstens teilweise herausragende Trommel an einem den Gas- oder Dampfstrom leicht durchlassenden Schutzgitter umgeben, so daß sich der Durchgangswiderstand insgesamt durch das Schutzgitter kaum ver­ ändert.

Wenigstens eine seitliche Ansaugöffnung am Auffangbehälter ist bei aufgesetztem Motorgehäuse im wesentlichen in der Höhe des radialen Einlaßbereichs der Trommel angeordnet, um strömungs­ günstige und kurze Wege für den Gas- oder Dampfstrom zu erreichen. Dabei wird dieser Gas- oder Dampfstrom automatisch auf diejenige Partie der Trommel gelenkt, die die größte Umdrehungsgeschwindig­ keit aufweist, so daß eine besonders gute Abscheidung der uner­ wünschten Partikel erreicht werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Querschnittsdarstellung der er­ findungsgemäßen Vorrichtung in einer Ausbildung als Staubsauger.

Der in der einzigen Figur als Ausführungsbeispiel dargestellte Staubsauger besteht im wesentlichen aus einem unteren zylinder­ topfartigen Auffangbehälter 10 für aus dem angesaugten Luftstrom 11 abgeschiedene Partikel 12, wie Staub- und Schmutzpartikel.

Zum Ansaugen der ungereinigten Luft besitzt der Auffangbehälter 10 seitlich eine Ansaugöffnung 13, wobei selbstverständlich auch mehrere Ansaugöffnungen vorgesehen sein können. An diese Ansaug­ öffnung 13 kann in nicht dargestellter Weise beispielsweise ein Saugschlauch angeschlossen werden.

Auf den Auffangbehälter 10 ist abnehmbar ein Motorgehäuse 14 aufgesetzt, das in seinem oberen, konusartig sich verjüngenden Bereich einen schematisch dargestellten Elektromotor 15 enthält. Durch den Elektromotor 15 hindurch erstreckt sich eine vertikale Antriebswelle 16, die zu beiden Seiten des Elektromotors 15 in schematisch dargestellten Lagern 17 gelagert ist. Diese Antriebs­ welle 16 trägt unterhalb des Elektromotors 15 eine Anordnung von Gebläseflügeln 18, die ein 2-stufiges Gebläse bilden. Selbstver­ ständlich kann in einer einfacheren Ausführung auch ein 1-stufiges Gebläse oder ein Gebläse mit mehr als zwei Gebläsestufen vorge­ sehen sein.

Am unteren Endbereich der Antriebswelle 16 ist eine zylinder­ topfförmige Trommel 19 angeordnet, deren zylindrische Umfangs­ wandung durch ein grobes Gitter 20 gebildet wird oder ein solches Gitter enthält. Anstelle eines Gitters 20 kann auch eine andere Lochstruktur vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Um­ fangswandung als Blechwandung ausgebildet sein, in der eine Vielzahl von Durchgangslöchern eingeformt ist. Die untere, mit der Antriebswelle 16 verbundene Bodenwandung 21 der Trommel 19 besteht aus Blech, beispielsweise aus Metallblech und kann eben­ falls eine Lochstruktur besitzen. Die Trommel 19 ist an ihrem oberen axialen Endbereich offen und mit dem untersten Gebläse­ flügel 18 verbunden. Dieser übergreift ein als unteres Abschluß­ blech des Motorgehäuses 14 dienendes Ringblech 22 möglichst eng, um eine Ansaugung von Nebenluft möglichst zu vermeiden. Dem Ring­ blech 22 schließt sich nach oben hin ein kurzer zylindrischer Bereich 23 des Motorgehäuses 14 an, der im aufgesetzten Zustand des Motorgehäuses 14 auf den Auffangbehälter 10 in diesen Auf­ fangbehälter 10 eingreift. Die ringförmigen Anschlag- und Abschluß­ elemente 24 am oberen Endbereich des Auffangbehälters 10 und des zylindrischen Bereichs 23 des Motorgehäuses 14 begrenzen dabei die Einstecktiefe des Motorgehäuses 14 und sorgen für einen im wesentlichen dichten Abschluß.

Vom oberen Endbereich des zylindrischen Bereichs 23 des Motorge­ häuses 14 aus greift ein Ringblech 25 von der Innenseite aus radial nach innen in den Innraum ein und teilt das Gebläse in die beiden Gebläsestufen auf, wobei der Gebläsestrom 26 mäanderar­ tig zwischen den Gebläseflügeln 18 nach oben gesaugt wird, um am oberen zylindrischen Endbereich 27 des Motorgehäuses 14 radial über Luftöffnungen 28 nach außen zu gelangen.

Die Trommel 19 ist von einem zylindertopfförmigen Schutzgitter 29 umgeben, das am Ringblech 22 befestigt ist. Die Ansaugöffnung 13 befindet sich dabei im wesentlichen auf der gleichen Höhe, wie die vertikalen Umfangsbereiche des Schutzgitters 29 und des Gitters 20 der Trommel 19.

Die in der angesaugten Luft enthaltenden Partikel 12 nehmen zu­ nächst die Geschwindigkeit des Luftstroms an. Beim Eintritt in den Auffangbehälter 10 verringert sich die Geschwindigkeit im Verhältnis der Querschnittsfläche der Ansaugöffnung 13 zur Ober­ fläche des rotierenden Gitters 20. Dies entspricht dem Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit durch die Ansaugöffnung 13 zur Strömungsgeschwindigkeit beim Durchtritt der Luftströmung durch das rotierende Gitter 20. Die Oberflächengeschwindigkeit der motorisch angetriebenen Trommel 19 im Bereich des Gitters 20 ist erheblich höher als die Geschwindigkeit des Luftstroms beim Auf­ treffen auf das Gitter. Es erfolgt dadurch eine Beschleunigung im Bereich der Grenzschicht des Gitters, die zur Ausscheidung der Partikel 12 aus dem Luftstrom führt. Nicht schon in der Grenz­ schicht weggeschleuderte Partikel 12, die zum Gitter 20 gelangen, werden kontinuierlich durch Zentrifugalkraft weggeschleudert. Alle Partikel sammeln sich dadurch im unteren Bereich des Auf­ fangbehälters 10. Diese Partikel können nach Abnahme des Motor­ gehäuses 14 durch Ausleeren des Auffangbehälters 10 wieder ent­ fernt werden.

Der mittlere Durchmesser der durch das Gitter 20 gebildeten Durchgangsöffnungen ist dabei so groß, daß ohne Rotationsbewegung der Trommel 19 nur sehr wenige grobe Teile zurückgehalten werden könnten. Hierdurch stellt das Gitter 20 einen nur geringen Luft­ widerstand für den Luftstrom dar. Erst durch die Rotation der Trommel 19 werden auch sehr kleine Partikel 12 am Durchtritt ge­ hindert bzw. weggeschleudert, beispielsweise auch Staubmilben, Schuppen, Mikropilze und deren Sporen sowie Öltröpfchen und andere Flüssigkeitströpfchen.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht auf Staubsauger beschränkt, beispielsweise ist auch eine Verwendung in Klimaanlagen, Luftreinigungsanlagen oder Luftzuführungsein­ richtungen denkbar, beispielsweise bei Kraftfahrzeuggebläsen, bei denen nicht nur sehr kleine Teile zurückgehalten werden, sondern bei dem auch kein Filterwechsel mehr erforderlich ist. Ebenfalls möglich ist die Verwendung als Ansaugfilter für Brenn­ kraftmaschinen.

Die Anwendung ist selbstverständlich nicht auf die Reinigung und die Filterung von Luft beschränkt, vielmehr können auch andere Gase oder Dämpfe auf diese Weise gereinigt bzw. gefiltert werden. Bei erhöhten Reinigungsanforderungen können auch mehrere Geräte in Reihe geschaltet werden.

Anstelle der Anordnung der Gebläseflügel 18 bzw. des Gebläses neben der Trommel 19 kann das Gebläse auch in der Trommel 19 inte­ griert sein, z. B. nach Art eines Radialgebläses ausgebildet sein. Im übrigen können auch andere bekannte Gebläseanordnungen mit einer derartigen Trommel 19 kombiniert werden.

Claims (19)

1. Vorrichtung zum Abscheiden von festen und/oder flüssigen Partikeln aus einem Gas- oder Dampfstrom, insbesondere einem Luftstrom, der von einem Gebläse erzeugt und durch einen Ab­ scheider geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider als durch einen Motor (15) angetriebene Trommel (19) ausgebildet ist, die einen radialen Einlaßbereich und einen axialen Auslaß­ bereich aufweist, wobei der radiale Einlaßbereich eine den Gas- oder Dampfstrom durchlassende Lochstruktur (20) besitzt, deren Durchgangsöffnungen einen gegenüber dem mittleren Durch­ messer der abzuscheidenden Partikel (12) größeren Durchmesser aufweisen, derart, daß die Lochstruktur (20) im ruhenden Zustand der Trommel (19) für die Partikel passierbar ist und die Partikel (12) bei sich drehender Trommel (20) vor ihrem Eintritt wegge­ schleudert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (15) neben der Trommel (19) noch die den Gas- oder Dampfstrom erzeugenden Gebläseelemente (18) des Gebläses antreibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseelemente (18) als Gebläseschaufeln, -flügel oder -lamellen ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (19) und die Gebläseelemente (18) an einer mit dem Motor (15) verbundenen Welle (16) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseelemente (18) stromabwärts neben der dort axial offenen Trommel (19) angeordnet sind, wobei die Trommel (19) am axial gegenüberliegenden Endbereich im wesentlichen geschlossen ist oder eine Lochstruktur besitzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gebläseelemente (18) ein 1- oder mehrstufiges Gebläse bilden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gebläseelemente in der Trommel nach Art eines Radialgebläses angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochstruktur (20) in der radialen Umfangswandung der Trommel (19) als Gitter ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (19) aus Metall besteht.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auffangbehälter (10) für die abgeschiedenen Partikel (12) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch die Anordnung in einem Staubsauger, einer Klima­ anlage, einer Luftreinigungsanlage oder einer Luftzuführungsein­ richtung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer Ausbildung als Staubsauger im wesentlichen aus dem Auffangbehälter (10) und einem aufgesetzten Motorgehäuse (14) für den Motor (15) besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse (14) leicht abnehmbar auf dem Auffangbehälter (10) aufgesetzt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die Trommel (19) und die Gebläseelemente (18) tragende Welle (16) vertikal angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Motorgehäuse (14) wenigstens teilweise herausragende Trommel (19) von einem den Gas oder Dampfstrom leicht durchlassenden Schutzgitter (29) umgeben ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Auffangbehälter (10) wenigstens eine seit­ liche Ansaugöffnung (13) besitzt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Ansaugöffnung (13) bei aufgesetztem Motor­ gehäuse (14) im wesentlichen in der Höhe des radialen Einlaß­ bereichs der Trommel (19) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (19) mäanderförmig ausgebildet ist, wobei die gekrümmte Umfangswandung den radialen Einlaßbereich bildet.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (15) als Elektromotor ausgebildet ist.