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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Turbobürste zum
Reinigen einer Fläche,
wie beispielsweise eine Gewebeoberfläche, Dekorationsstoff, Mobiliar,
Teppichboden, Teppich und Ähnliches.
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Eine
Turbobürste
umfasst allgemein eine drehende Bürste, welche mit Borsten versehen
und durch eine Turbine mit radialen Schaufeln angetrieben ist. Die
drehende Bürste
und die Turbine sind in zwei einzelnen Gehäusen einer Verkleidung drehbar gelagert.
Die Verkleidung hat eine Saugöffnung,
in der sich die drehende Bürste
befindet und eine Saugdüse,
die sich zwischen drehender Bürste
und Turbine befindet. Ein Saugrohr, das mit einer Saugvorrichtung
verbunden ist, steht in Verbindung mit der Saugdüse und dem Turbinengehäuse.
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Wenn
die Saugvorrichtung betrieben wird, durchströmt ein Strom aus Luft, Staub
und anderem Schmutz die Saugöffnung,
die Düse
und das Saugrohr und prallt auf die Turbinenschaufeln, die dadurch zum
Drehen gebracht werden. Die Turbine überträgt die Drehbewegung über einen
Zahnriemen zur Bürste,
die drehend mit ihren Borsten über
die zu reinigende Fläche
fährt (Gewebeoberfläche, das
ausgepolstert sein kann, Dekorationsstoff, Mobiliar, Teppichboden,
Teppich und Ähnlichem),
und dabei Staub und Abfall entfernt, die durch den von der Saugvorrichtung
verursachten Luftstrom aufgesaugt werden.
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Aus
der
DE 41 08 900 C ist
eine Turbobürste von
obigem Typ bekannt, wobei der hineinfließende Luftstrom und die Geschwindigkeit
der Bürstenwalze, die
von einer Luftturbine angetrieben wird, einfach und feinfühlig eingestellt
werden können.
Eine andere Turbobürste
des obigen Typs ist aus der Zusammenfassung der japanischen Patentschrift
Band 1995, Nr. 02, 31. März
1995 (31.03.1995)-&
JP 06 319 669 A (HITA-CHILTD), 22. NOVEMBER
1994 (22.11.1994) bekannt.
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In
Turbobürsten
dieses Typs muss die Turbine die notwendige Leistung zur Überwindung
der Reibung aufbringen, die zwischen den Borsten der Bürste und
der zu reinigenden Fläche
entsteht, zusätzlich
zur Reibung, die zwischen den Wellen der Bürste und der Turbine und ihren
Stützlagern
auftritt.
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Die
Turbine liefert diese Leistung, wenn der Luftstrom, der die Ansaugdüse durchquert,
mit ausreichender Energie auf sie trifft.
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Um
die Leistung des Luftstromes möglichst effizient
zu verwerten, müssen
die Turbinenschaufeln durch den gesamten, von der Ansaugdüse eingeleiteten
Strom getroffen werden. Dafür
sind die Turbinen gewöhnlich
so angeordnet, dass ihre unteren Schaufeln gegenüber dem Düsenauslass angeordnet sind,
so dass ihre äußeren Enden
ziemlich nahe am Gehäuseboden
sind.
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Ein
Nachteil dieser Turbinenpositinierung ist der hohe aerodynamische
Geräuschpegel
aufgrund der periodischen Wechselwirkung zwischen dem die Düse verlassenden
Luftstrom und den Turbinenschaufeln.
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Um
diese Geräuschpegel
zu verringern, wurden Bestrebungen unternommen, die Entfernung zwischen
den äußeren Schaufelenden
und dem Gehäuseboden
zu vergrößern. Dadurch
wird jedoch die Turbinenleistung reduziert.
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Der
Erfinder hat erkannt, dass diese Leistungsverminderung auf der Tatsache
beruht, dass ein Teil des Luftstromes in das Gehäuse zurückfließt, ohne seine Energie an die
Turbine zu übertragen
und zu einer Vergeudungsquelle wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, den Lärmpegel der Turbobürste zu
vermindern, ohne die Leistung, die von der Turbine bereitgestellt
wird, nachteilig zu beeinflussen.
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Die
oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Turbobürste zum
Oberflächenreinigen
gelöst,
welche eine Verkleidung mit einer Saugöffnung, eine drehende Bürste mit
Borsten, eine Turbine, die einen mit Schaufeln versehenen Rotor aufweist,
und mit der Bürste
in Betriebsverbindung steht, eine Saugdüse und ein mit einer Saugvorrichtung
verbundenes Saugrohr aufweist, wobei die Verkleidung ein Gehäuse hat,
worin die Turbine drehbar zum Drehen um eine Drehachse gelagert
ist und sich die Saugöffnung
zwischen der Bürste
und der Turbine befindet, um einen Luftstrom von der Saugöffnung anzusaugen
und ihn auf die Bürste
und dann zur Turbine zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der
Turbine mindestens einen Vorsprung hat, der bis zu einem Abstand
vom äußeren Schaufelende
der Turbine vorragt, der sich von ungefähr 0,001% bis 0,1% des Rotordurchmessers
der Turbine erstreckt.
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Insbesondere
erstreckt sich dieser Abstand von ungefähr 0,002% bis ungefähr 0,02%
des Rotordurchmessers.
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Vorzugsweise
beträgt
dieser Abstand ungefähr
0,002% des Rotordurchmessers.
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Vorteilhafterweise
ist mindestens ein Vorsprung in einem Winkel angeordnet, der sich
von ungefähr
minus 60° bis
ungefähr
180° hinsichtlich
einer parallel zur Reinigungsfläche
verlaufenden Achse erstreckt und seinen Ursprung in der Drehachse
der Turbine hat, und zu der Bürste
hin zeigt, und die Winkel positiv sind, die in entgegengesetzter
Richtung zur Drehrichtung der Turbine gemessen werden.
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Vorzugsweise
erstreckt sich der Winkel von ungefähr minus 40° bis ungefähr 130°.
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Vorteilhafter
ist der Winkel ungefähr
1°.
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Gemäß einer
Variation ist der Winkel ungefähr
120°.
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Vorteilhafterweise
hat das Gehäuse
der Turbine zwei Vorsprünge,
die in der oben erwähnten
Entfernung von dem außeren
Ende der Schaufel entfernt vorstehen und die zwei Vorsprünge sind
in den jeweiligen Winkeln angeordnet, die sich von ungefähr minus
60° bis
ungefähr
180° hinsichtlich
einer parallel zur Reinigungsoberfläche verlaufenden Achse erstrecken
und ihren Ursprung in der Drehachse der Turbine haben und zu der
Bürste
hin zeigen und die Winkel positiv sind, die in entgegengesetzte
Richtung der Drehrichtung der Turbine gemessen werden.
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Vorzugsweise
sind diese zwei Vorsprünge mit
jeweiligen Winkeln angeordnet, die sich von ungefähr minus
40° bis
ungefähr
130° hinsichtlich
einer parallel zur Reinigungsfläche
verlaufenden Achse erstrecken.
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Insbesondere
sind diese zwei Vorsprünge
so angeordnet, dass einer von ihnen einen Winkel von ungefähr 20°, der andere
einen Winkel von ungefähr 45° hinsichtlich
einer parallel zur Reinigungsoberfläche verlaufenden Achse aufweist.
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Vorteilhafterweise
schließt
die Turbobürste einen
akustischen Dämpfer
mit ein, der dem Gehäuse
der Turbine angehört
und dieser akustische Dämpfer
hat ein festgelegtes Volumen und ist verbunden mit dem Gehäuse der
Turbine mittels einer Schallwand, die mit einer festgelegten Anzahl
von Löchern
ausgestattet ist, die festgelegte Abmessungen haben und das Volumen,
die Anzahl der Löcher und
ihre Abmessungen haben solche Werte, um mindestens eine bestimmte
akustische Frequenz zu dämpfen.
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Vorzugsweise
erstreckt sich das Volumen des akustischen Dämpfers von ungefähr 1% bis
ungefähr
20% des Gesamtvolumens der Turbine und die Löcher haben einen Durchmesser,
der sich von ungefähr
0,5 mm bis ungefähr
5 mm erstreckt, und eine Länge,
die sich von ungefähr
0,5 mm bis ungefähr
4 mm erstreckt, und liegen in einer Anzahl vor, die sich von 1 bis
100 beläuft.
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Insbesondere
ist das Volumen dieses akustischen Dämpfers ungefähr 7% des
Gesamtvolumens der Turbine und diese Löcher haben einen Durchmesser
von ungefähr
2,5 mm und eine Länge
von etwa 1,5 mm und liegen in einer Anzahl von 35 vor.
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Vorteilhafterweise
hat diese Schallwand eine Porösität, erfasst
als Verhältnis
aus Hohlraum zu massiven Bereichen, die sich von ungefähr 1% bis ungefähr 50% erstreckt.
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Vorzugsweise
erstreckt sich die Porösität von ungefähr 5% bis
ungefähr
20%.
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Vorteilhafterweise
hat der Dämpfer
eine Höhe,
bemessen hinsichtlich des Anteils an Schnittflächen zwischen der Schallwand
und einer längsverlaufenden
Querschnittsebene, die invers proportionale Werte zu den gedämpften Frequenzen
annimmt.
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Vorzugsweise
hat der Dämpfer
eine Höhe, die
sich von ungefähr
1 bis ungefähr
30 mm erstreckt.
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Insbesondere
erstreckt sich die Höhe
von ungefähr
6 bis ungefähr
12 mm.
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Vorteilhafterweise
hat die Ansaugdüse
eine Ausdehungskennziffer d/h, zwischen Breite d und Höhe h, die
sich von ungefähr
3 bis ungefähr
7 mm erstreckt.
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In
der Turbobürste
nach der Erfindung bildet der Gebrauch von einer oder zwei Vorsprüngen, die vom
Gehäuse
der Turbine vorragen und die sehr eng an den äußeren Enden der Turbinenschaufeln
sind, ein sehr effektives Hindernis für die Bildung eines Luftstromumlaufes
zwischen dem oberen Teil der Turbine und ihrem Gehäuse. Darum
ist es lich, alle Energie auszunutzen, die im Luftstrahl enthalten
ist, der die Turbine trifft und von ihm die maximale Leistung zu
erwirtschaften.
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Als
Ergebnis daraus kann um die Turbine ein angemessener Raum für die Schallabdämpfung ausgespart
werden. In der Tat ist es möglich,
in der Turbobürste
nach der Erfindung das äußere Ende
der Schaufeln im Abstand vom Turbinengehäuse anzuordnen, mit Ausnahme
der Vorsprungzonen, ohne Beeinträchtigung
der Leistungsmerkmale der Turbine im Hinblick auf das Ausbleiben
des Umlaufstromes.
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Außerdem kann
der mit dem Turbinengehäuse
verbundene akustische Dämpfer
mit entsprechenden Abmessungen zum Dämpfen der meisten störenden akustischen
Frequenzen ausgestattet werden. Daher kann er mehrlagig sein, z.B.
kann er mehr als eine Frequenz zum Schweigen bringen. Somit wird
es möglich,
eine bedeutende Verminderung des Lärmes von der Turbine zu erhalten.
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Weitere
charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden jetzt
anhand von Ausführungsformen
erläutert,
die als ein nicht einschränkendes
Beispiel in den beigefügten
Figuren dargestellt sind, wobei in
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1 eine
längsgeschnittene
Teilansicht der Turbobürste
nach der Erfindung ist,
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2 eine
quergeschnittene Ansicht entlang der Ebene II-II in 1 ist,
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3 eine
längsgeschnittene
Teilansicht einer Variante der Turbobürste nach 1 ist,
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4 eine
quergeschnittene Ansicht entlang der Ebene IV-IV in 3 ist.
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1 und 2 zeigen
eine Turbobürste 1 zum
Reinigen der Oberfläche,
wie z.B. eine Gewebeoberfläche,
Dekorationsstoff, Mobiliar, Teppichboden, Teppich und Ähnlichem.
Die Turbobürste
besteht aus einer drehenden Bürste 2,
die mit Borsten 3 versehen ist.
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Die
Bürste 2 hat
eine Walze 4, die drehbar in einem Gehäuse 5 der Verkleidung 6 gelagert
ist. Die Bürste 2 kann
durch eine Turbine 8 über
einen Zahnriemen 9 und nicht abgebildeten Zahnrädern im
Gegenuhrzeigersinn in der Ebene von 1 gedreht werden.
Die Turbine 8 hat eine Welle 7 und einen Rotor 10,
der mit radialen Schaufeln 11 mit zwei fest eingebauten
Endscheiben 12 versehen ist. Die Welle 7 der Turbine 8 ist
drehbar im Gehäuse 13 der
Verkleidung 6 gelagert. Ein Saugrohr 14, das an
der Verkleidung befestigt ist, ist durchgängig verbunden mit dem Gehäuse 13 der
Turbine 8 und ist angeschlossen an einer nicht dargestellten
Saugvorrichtung, die bekannt ist für Fachleute. Die Bürste 2 ist
innerhalb einer Saugöffnung 19 angeordnet,
welche sich in der Bodenzone des Gehäuses 5 befindet. Eine
Saugdüse 15 befindet
sich zwischen dem Gehäuse 5 der Bürste 2 und
dem Gehäuse 13 der
Turbine 8, in der Bodenzone der Verkleidung 6.
Die Düse 15 hat
ein Einlasstor 16, welches sich in der Nähe eines
Bodenanteils der Bürste 2 aufweitet
und ein Auslasstor 18, welches sich in der Nähe der Bodenschaufeln 11 der Turbine 8 auseinanderzieht.
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Das
Gehäuse 13 der
Turbine 8 wird durch eine durchlöcherte Schallwand 20 begrenzt,
die mit einer Vielzahl von Löchern 23 ausgestattet
ist und durch eine durchlöcherte
Schallwand 26, die mit Löchern ausgestattet ist, deren
Funktion weiter unten erläutert
wird. Die durchlöcherte
Schallwand 20 hat fest mit ihr eingebaut einen Kantenvorsprung,
der in Rich tung zur Turbine 8 vorsteht. Der Vorsprung 21 hat
eine Höhe,
die sich von 3 mm bis ungefähr
8 mm erstreckt, und die insbesondere ungefähr 5 mm ist. Die Neigung 24 des
Vorsprungs 21 ist im Abstand vom äußeren Ende 22 der
Schaufeln vorgesehen, die so schmal wie möglich ist hinsichtlich den
Strukturmerkmalen der Turbobürste.
Dieser Abstand erstreckt sich von ungefähr 0,001% bis ungefähr 0,1% des
Durchmessers des Rotors 10 der Turbine 8. Insbesondere
erstreckt er sich von ungefähr
0,002% bis zu 0,02% des Durchmessers des Rotors 10 und
vorzugsweise ist er um die 0,002%. Beispielsweise erstreckt sich
der Abstand von ungefähr
0,05 mm bis zu ungefähr
5 mm; insbesondere erstreckt er sich von ungefähr 0,1 mm bis zu ungefähr 1 mm
und vorzugsweise ist er um die 0,1 mm, während der Turbinendurchmesser
um die 55 mm ist. Der Vorsprung 21 befindet sich in einem
Winkel, der sich von ungefähr
minus 60° bis
ungefähr
180° hinsichtlich
einer parallel zur Reinigungsoberfläche verlaufenden Achse erstreckt
und der seinen Ursprung auf der Achse 17 der drehenden
Welle 7 der Turbine hat und auf die Bürste gerichtet ist, die Winkel
sind positiv, die in der Gegenrichtung bezüglich der Drehrichtung der
Turbine gemessen werden. Beispielsweise erstreckt sich dieser Winkel
von ungefähr
minus 40° bis
ungefähr
130°. Insbesondere
befindet sich der Vorsprung 21 in ungefähr 1° hinsichtlich der parallel zur
Reinigungsoberfläche
verlaufenden Achse.
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Die
Funktion des Kantenvorsprungs ist es, den Luftstrom zu verhindern,
der in die Öffnung 19 eintritt
und die Düse 15 durchquert,
wenn die Saugvorrichtung in Betrieb ist, um einen umlaufenden Rückfluss
um die Turbine 8 innerhalb des oberen Teils des Gehäuses 13 zu
bilden.
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Ein
mehrlagiger akustischer Dämpfer 25 befindet
sich auch zwischen dem Gehäuse 5 der
Bürste 2 und
dem Gehäuse 13 der Turbine 8.
Der akustische Dämpfer 25 umfasst
eine Kammer 35, verbunden mit einer durchlöcherten
Schallwand 20 und eine Kammer 36, verbunden mit
der durchlöcherten
Schallwand 26. Die Löcher 23 und 27,
mit denen die durchlöcherten
Schallwände
aus 20 und 26 ausgestattet sind, verbinden die
Kammern 35 und 36 des Dämpfers 25 mit dem
Turbinengehäuse 13.
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Der
akustische Dämpfer 25 funktioniert
nach dem Prinzip eines Helmholz-Resonators. Darum sind das Volumen
seiner Kammern 35 und 36 und die Abmessungen der
Löcher 23 und 27 so
gewählt,
um die akustischen Frequenzen zu dämpfen, die bedacht sind als
sehr problematisch zu sein und die zeitweise in der besonderen Turbobürste entdeckt
wurden, in Übereinstimmung
mit Kriterien, die für
Fachleute sehr bekannt sind.
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Das
Volumen des akustischen Dämpfers 25 erstreckt
sich von ungefähr
1% bis ungefähr
20% vom Gesamtvolumen des Turbinenrotors und insbesondere ist es
ungefähr
7% des oben erwähnten
Gesamtvolumens. Das Volumen des Dämpfers 25 ist ungefähr 6 cm3. Die Löcher 23 und 27 haben
einen Durchmesser, der sich von ungefähr 0,5 mm bis zu ungefähr 5 mm
erstreckt und der insbesondere ungefähr 2,5 mm ist und eine Länge, die
sich von ungefähr 0,5
mm bis zu 4 mm erstreckt und die insbesondere 1,5 mm ist. Die Länge der
Löcher 23 entspricht
der Dicke der Schallwand 20, während die der Löcher 27 der
Dicke der Schallwand 26 entspricht. Die Anzahl der Löcher 23 und 27 erstrecken
sich von 1 bis 100 und insinsbesondere ist ihre Anzahl 35.
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Die
Porösität der Schallwände 20 und 26,
die als Verhältnis
zwischen Hohlräumen
und massiven Bereichen zu verstehen ist, erstreckt sich von ungefähr 1% bis
zu 50% und erstreckt sich vorzugsweise von ungefähr 5% bis ungefähr 20%.
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Der
Dämpfer 25 hat
eine Höhe,
gemessen bezüglich
der Schnittlinie zwischen den Schallwänden 20 und 26 und
einer Ebene des Längsquerschnitts,
die Werte umgedreht proportional zu den gedämpften Frequenzen annimmt.
Darum hat das Volumen des Dämpfers
eine Höhe,
die kleiner ist in den Zonen, die für die Dämpfung hoher Frequenzen bestimmt
sind. Der Dämpfer
hat eine Höhe,
die sich von ungefähr
1 bis ungefähr
30 mm erstreckt und bevorzugt von ungefähr 6 bis ungefähr 12 mm
erstreckt. Beispielsweise ist die Kammer 36 zur Dämpfung der hohen
Frenquenzen und die Kammer 35 für die Dämpfung niedriger Frequenzen
bestimmt. Jedoch kann der akustische Dämpfer 25 als eine
einzige Kammer ausgebildet sein.
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Die
Düse 15 hat
ein Ausdehnungsverhältnis b/h,
nämlich
ein Verhältnis
zwischen Breite b und Höhe
h, das sich von ungefähr
3 bis zu 7 erstreckt. Diese Abmessungen der Düse 15 helfen das von
der Turbine herrührende
Geräusch
zu vermindern, ohne in der Leistung einen Verlust zu verursachen.
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Wenn
die Saugvorrichtung in Betrieb ist, durchquert ein Luftstrom die Öffnung 19,
die Düse 15 und
das Saugrohr 14 und entfernt den Staub und Abfall, der
durch die Tätigkeit
der Borsten der drehenden Bürste
beim Überqueren
eines Teppichbodens oder eines Teppichs aufgehoben wird. Der von
der Düse 15 ausströmende Luftstrom
trifft die Schaufeln 11 der Turbine 8, was zur
Drehung dieser führt.
Die Turbine 8 ihrerseits verursacht über den Riemen 9 eine
Drehung der Bürste 2 mit
einem bestimmten Verminderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit.
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Die
Turbobürste 1 besitzt
den doppelten Vorteil der wirtschaftlichen Energiegewinnung aus
dem Luftstrom der die Turbine trifft und der erheblichen Lärmverminderung
aufgrund der verringerten Wechselwirkung zwischen Luftstrom und
Turbinenschaufeln.
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Mit
der Turbobürste
nach der Erfindung wird es ermöglicht,
eine Verminderung des Lärmpegels bis
zu 3 dB und eine Leistungserhöhung
zu erreichen, und folglich eine Erhöhung der Anzahl der Umdrehungen
der Turbine bis zu 50% bezüglich
einer Ausstattung ohne eines Kantenvorsprungs.
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3 und 4 zeigen
eine Turbobürste 100,
die eine Variation der Turbobürste 1 nach 1 ist
und in welcher identische Teile durch die gleiche Nummerierung erkenntlich
sind.
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Die
Turbobürste 100 hat
eine durchlöcherte Schallwand 120,
die mit Löchern 23 ausgestattet
ist, und eine durchlöcherte
Schallwand 26, die mit Löchern 27 ausgestattet
ist, deren Schallwände
die Turbine 8 über
einen Winkel von angenähert
180° einfasst.
Ein Vorsprung 30, ähnlich
dem Vorsprung 21 der Turbobürste 1, ist fest verbunden
mit der durchlöcherten
Schallwand 120. Die Neigung 31 des Vorsprunges 30 befindet
sich im Abstand vom äußeren Ende 22 der
Schaufeln 11, der sich von annähernd 0,001% bis annähernd 0,1%
des Durchmessers des Rotors 10 der Turbine 8 erstreckt
und insbesondere ungefähr
0,002% ist. Beispielsweise erstreckt sich der Abstand von ungefähr 0,05
mm bis zu ungefähr
5 mm und insbesondere ist er ungefähr 0,1 mm, während der
Durchmesser der Turbine 10 um die 55 mm ist. Der Vorsprung 30 ist
mit einem Winkel um die 120° hinsichtlich
der parallel zu der Reinigungsoberfläche verlaufenden Achse verankert,
der seinen Ursprung auf der Achse 17 der drehbaren Welle
der Turbine hat und auf die Bürste 2 gerichtet
ist, der Winkel ist positiv, der in der Gegenrichtung von der Turbinendrehrichtung
gemessen wird. Der Vorsprung 30, ähnlich dem Vorsprung 21,
verhindert die Bildung von fortlaufend zurückfließender Luft um die Turbine herum
im obe ren Teil des Gehäuseraumes 13.
Nach einer Variation in der Turbobürste 100 kann zusätzlich zum
Vorsprung 30 ein zweiter Vorsprung, ähnlich dem Vorsprung 21 der
Turbobürste 1 an
die durchlöcherte
Schallwand 120 angebracht werden. In diesem Fall befinden
sich die Vorsprünge 21 und 30 in den
jeweiligen Winkeln, die sich von annähernd minus 60° bis zu annähernd 180° erstrecken,
insbesondere von annähernd
minus 40° bis
annähernd
130°, hinsichtlich
einer parallel zur Reinigungsoberfläche verlaufenden Achse.
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Beispielsweise
befindet sich der Vorsprung 30 im Winkel von ungefähr 45° und der
Vorsprung 21 befindet sich im Winkel von ungefähr minus
20° hinsichtlich
einer parallel zur Reinigungsoberfläche verlaufenden Achse. Der
Vorsprung 21 wirkt mit dem Vorsprung 30 zusammen
und verhindert somit, dass der Luftstrom zurück in den oberen Teil des Gehäuserahmens 13 rund
um die Turbine 8 fließt.
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Die
Turbobürste 100 hat
einen mehrlagigen akustischen Dämpfer 125 einschließlich einer
Kammer 135 mit zugehöriger,
durchlöcherter
Schallwand 120 und eine Kammer 136 mit zugehöriger, durchlöcherter
Schallwand 126. Der akustische Dämpfer 125 kann auch
als eine einzige Kammer ausgebildet sein.
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Die
Tubobürste 100 funktioniert ähnlich wie die
Turbobürste 1 und
hat die gleichen Vorteile.