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Die
Erfindung betrifft eine Zyklonabscheidevorrichtung, insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
eine Zyklonabscheidevorrichtung für eine Verwendung in einem
Staubsauger.
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Die
Zyklonabscheidevorrichtung besteht im allgemeinen aus einem kegelstumpfförmigen Zyklonkörper mit
einem tangentialen Eintritt an seinem größeren, im allgemeinen oberen
Ende und einer Trichteröffnung an
seinem kleineren, im allgemeinen unteren Ende. Ein Fluid, das Teilchen
trägt,
die innerhalb dessen mitgerissen werden, tritt über den tangentialen Eintritt
ein und folgt einem spiralförmigen
Weg um den Zyklonkörper herum.
Die Teilchen werden aus dem Fluid während dieser Bewegung abgeschieden
und durch die Trichteröffnung
in eine Sammelvorrichtung transportiert oder fallengelassen, aus
der sie beseitigt werden können,
wie es vorgesehen ist. Das gereinigte Fluid, im allgemeinen Luft,
bewegt sich in Richtung der Mittelachse des Zyklonkörpers, um
einen Wirbel zu bilden und tritt aus dem Zyklonabscheider über einen
Wirbelsucher aus, der am größeren (oberen)
Ende des Zyklonkörpers
positioniert und mit dessen Mittelachse ausgerichtet ist.
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Der
Wirbelsucher nimmt im allgemeinen die Form eines einfachen Rohres
an, das sich nach unten in den Zyklonkörper so erstreckt, dass der
Wirbel des austretenden Fluids zuverlässig aus dem Zyklon herausgelenkt
wird. Der Wirbelsucher weist jedoch eine Anzahl von ihm eigenen
Nachteilen auf. Einer dieser Nachteile ist die Tatsache, dass ein
bedeutender Druckabfall innerhalb des Wirbelsuchers infolge der
hohen Winkelgeschwindigkeit des austretenden Fluids zu verzeichnen
ist. Bei einem Versuch, dieses Problem zu überwinden, wurden Mittelkörper in
bekannte Wirbelsucher in Verbindung mit tangentialen Ableitungsrohren
eingeführt,
um den Strom zu begradigen, der sich durch den Zyklon und aus diesem
heraus bewegt. Es wurden einige Versuche durchgeführt, um
den Wirbel des Stromes bei Anwendung von stationären Flügeln zu verringern. Eine Vielzahl
dieser Versuche wird im Artikel unter dem Titel „Die Verwendung von tangentialen
Ableitungsrohren für
Energieeinsparungen in Verarbeitungsindustriezweigen" (T.O'Doherty, M.Biffin,
N.Syred: Journal of Process Mechanical Engineering 1992, Band 206)
veranschaulicht. Weitere Anordnungen, die Mittelkörper oder
Flügel
enthalten, werden im WO 97/46323, WO 91/06750 und
US 5444982 veranschaulicht. Bei allen diesen
Stücken
nach dem bisherigen Stand der Technik ist der Mittelkörper vollständig innerhalb
des Wirbelsuchers enthalten oder, wenn es nicht der Fall ist, ragt
er nur in einem sehr geringen Maß in den Zyklonkörper hinein.
Das ist der Fall, weil das einzige Ziel des Mittelkörpers oder
Flügels
das Beseitigen des Wirbels aus dem Strom innerhalb des Wirbelsuchers
ist, eher als dessen Stabilisierung.
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Mittelkörper wurden
ebenfalls in Zyklonabscheider aus anderen Gründen eingeführt. Ein derartiger Grund,
der im
US 4278452 veranschaulicht
wird, ist das Expandieren des austretenden Fluids, so dass ein äußerster
Fluidring, der jegliche Teilchen enthält, die weiterhin mitgerissen
werden, durch den Abscheider wieder in Umlauf gebracht wird. Eine
weitere Verwendung eines Mittelkörpers
ist das Halten einer Elektrode, mittels der eine Koronaentladung
innerhalb der Abscheidungszone des Abscheiders bewirkt wird. Das
verbessert den Abscheidungswirkungsgrad innerhalb der Abscheidungszone,
aber, weil die Elektrode winkelige oder spitze Flächen einschließen muss,
von denen sich die Korona entladen wird, kann es keine Stabilisierung
des austretenden Fluids geben.
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Im
CH 388267 wird ein Mittelkörper
verwendet, der aus einem Wirbelsucher herausragt, um zu verhindern,
dass Gasblasen aus dem Hauptaustritt der Vorrichtung für das Abscheiden
von Festteilchen und Gasblasen aus einer flüssigen Suspension entweichen.
Der Mittelkörper
weist ein im wesentlichen flaches Ende auf. Die Gasblasen, die zum
Wirbelkern während
des Betriebes wandern, werden veranlasst, die Vorrichtung über die
Trichteröffnung
zu verlassen, die einen Austritt für den Zyklon bildet.
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Ein
weiteres Problem in Verbindung mit Wirbelsuchern ist die Tatsache,
dass während
des Betriebes der Zyklonabschneidevorrichtung der Wirbelkern um
das Innere des Wirbelsuchers vorrückt, wodurch ein bedeutender
Lärmgrad
hervorgerufen wird. Das Bereitstellen eines Mittelkörpers vollständig innerhalb
des Wirbelsuchers wurde als zur Verringerung des Lärms, der
mit dem austretenden Fluida in Verbindung steht, bis zu einem gewissen
Maß beitragend
erkannt, aber es wurde kein Versuch unternommen, einen Mittelkörper zu verwenden,
um den Lärm
noch weiter zu verringern.
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Bei
Haushaltgeräten,
wie beispielsweise Staubsaugern, ist der Lärm immer unerwünscht, und
es besteht ein andauernder Wunsch, den Lärm so weit wie möglich zu
verringern, der mit dem Gerät
in Verbindung steht. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
eine Zyklonabscheidevorrichtung bereitzustellen, die für einen
Einbau in ein Haushaltgerät
geeignet ist, bei dem der Lärmpegel
verbessert wird. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Zyklonabscheidevorrichtung
bereitzustellen, bei der der Druckabfall, der über dem Wirbelsucher erscheint,
so klein wie möglich
ist. Es ist ein noch weiteres Ziel der Erfindung, eine Zyklonabscheidevorrichtung
bereitzustellen, die für
eine Verwendung in einem Haushaltstaubsauger geeignet ist.
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Die
Erfindung stellt eine Zyklonabscheidevorrichtung bereit, wie sie
im Patentanspruch 1 erklärt
wird. Die Erfindung stellt ebenfalls einen Staubsauger bereit, der
eine derartige Zyklonabscheidevorrichtung enthält. Weitere und bevorzugte
charakteristische Merkmale werden in den Hilfspatentansprüchen dargelegt.
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Die
Bereitstellung eines Mittelkörpers
mit einem kreisförmigen
Querschnitt und einem halbkugelförmigen,
kegelförmigen
oder kegelstumpfförmigen
Ende, das über
das unterste Ende des Wirbelsuchers bis zu einem Abstand vorsteht,
bei dem das entfernteste Ende des Mittelkörpers mindestens das Doppelte
des kleinsten Durchmessers des Wirbelsuchers von der Endfläche des
Zyklonkörpers
beträgt,
verringert den Lärm
in Verbindung mit dem austretenden Wirbel in einem bemerkenswerten
Grad. Die Verringerung wurde als bedeutend besser als in dem Fall
ermittelt, wenn der Mittelkörper
nicht aus dem Wirbelsucher in einem bedeutenden Maß herausragt.
Man glaubt, dass das Vorrücken
des Wirbelkernes, wenn er durch die Wände des Wirbelsuchers begrenzt
wird, Druckstörungen
innerhalb des Luftstromes hervorruft, die als Lärm offenbart werden. Es ist
daher wünschenswert,
diese Drehung vollständig
zu stabilisieren, bevor die austretende Luft in den Wirbelsucher
eintritt. Die Verlängerung
des Mittelkörpers
in den Niederdruckbereich des Kernes, bevor er den Wirbelsucher
erreicht, bewirkt, dass sich der Kern stabilisiert, bevor er den
Wirbelsucher erreicht. Der Lärmpegel wird
dadurch verringert. Eine Versuchsdurchführung mit einer spezifischen
Vorrichtung zeigte, dass für
spezifische Abmessungen des Zyklons, des Wirbelsuchers und des Mittelkörpers optimale
Abstände
von der oberen Fläche
des Zyklons existieren, bis zu denen sich der Mittelkörper erstrecken
wird. Aus der Beschreibung und den Beispielen, die sich anschließen, wird
deutlich werden, dass es nicht erforderlich ist, dass sich der Mittelkörper durchgängig bis
zum Wirbelsucher bis zur oberen Fläche des Zyklons erstreckt.
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Ausführungen
der Erfindung werden jetzt mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die zeigen:
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1 in
Schnittdarstellung eine Zyklonabscheidevorrichtung entsprechend
der vorliegenden Erfindung und die für eine Verwendung in einem
Staubsauger geeignet ist;
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2a in
einem größeren Maßstab den
Mittelkörper,
der einen Teil der in 1 gezeigten Vorrichtung bildet;
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2b eine
erste alternative Konfiguration des Mittelkörpers aus 2a;
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2c eine zweite alternative Konfiguration
des Mittelkörpers
aus 2a;
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3 eine
Schnittdarstellung durch einen Teil der alternativen Zyklonabscheidevorrichtung
entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
schematische Zeichnung der Testvorrichtung, die verwendet wird,
um die Ergebnisse der nachfolgend beschriebenen Versuche zu ermitteln;
und
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5 eine
grafische Darstellung, die einen Vergleich des Zyklonlärms mit
einem und ohne einen optimierten Wirbelsuchermittelkörper an
Ort und Stelle zeigt.
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1 zeigt
eine Zyklonabscheidevorrichtung 10, die für eine Verwendung
in einem Zyklonstaubsauger geeignet ist. Tatsächlich besteht die Zyklonabscheidevorrichtung
in diesem Beispiel aus zwei konzentrischen Zyklonen 12, 14 für eine sequentielle
Reinigung eines Luftstromes. Die übrigen charakteristischen Merkmale
des Staubsaugers (wie beispielsweise der Staubsaugerkopf oder -schlauch,
der Motor, die Motorfilter, der Griff, die Stützräder, usw.) werden in der Zeichnung
nicht gezeigt, weil sie nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung
bilden und werden hierin nicht weiter beschrieben. Tatsächlich ist
es nur der innerste Zyklon 14 mit hohem Wirkungsgrad, der
einen Wirbelsucher in dieser Ausführung enthält, und es ist daher nur der
innerste Zyklon 14, der im Zusammenhang mit dieser Erfindung
von Interesse ist. Es wird jedoch verstanden, dass die Erfindung
bei einer Zyklonabscheidevorrichtung anders als der anwendbar ist,
die für
eine Verwendung in Staubsaugern geeignet ist, und ebenfalls bei
einer Zyklonabscheidevorrichtung, die nur einen einzigen Zyklon enthält.
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Der
innerste Zyklon 14 weist einen Zyklonkörper 16 auf, der im
allgemeinen eine kegelstumpfförmige Form
aufweist und einen Fluideintritt 18 an seinem oberen Ende
und eine Trichteröffnung 20 an
seinem unteren Ende aufweist. Die Trichteröffnung 20 wird durch
eine geschlossene Sammelkammer 22 umgeben, in der Teilchen
gesammelt werden, die in den Zyklon 14 über den Fluideintritt 18 eintreten
und aus dem Luftstrom innerhalb des Zyklonkörpers 16 abgeschieden
werden. Der Zyklonkörper 16 weist
eine obere Fläche 24 auf, in
deren Mitte ein Wirbelsucher 26 angeordnet ist. Der Wirbelsucher
zeigt eine im allgemeine rohrartige Form und weist einen unteren
zylindrischen Abschnitt 26a auf, der in einen oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 26b übergeht,
der aus dem Zyklonkörper 16 zu
einer Austrittsleitung führt.
Der Betrieb der Zyklonabscheidevorrichtung der bisher beschriebenen
Ausführung
ist gut bekannt und wird an anderer Stelle dokumentiert, und er
wird hier nicht detaillierter beschrieben.
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Die
Erfindung nimmt die Form eines Wirbelsuchermittelkörpers 30 an,
der sich innerhalb des Wirbelsuchers 26 befindet und in 1 in
Position gezeigt wird. Der Mittelkörper 30 wird ebenfalls
in einem vergrößerten Maßstab in 2a gezeigt.
Der Mittelkörper 30 weist
ein mittleres, längliches
Element 32 auf, das über den
größten Teil
seiner Länge
zylindrisch ist und halbkugelförmige
Enden 32a, 32b aufweist. Die halbkugelförmige Gestaltung
der Enden 32a, 32b verringert die Gefahr, dass
eine Turbulenz in den Luftstrom im Ergebnis des Vorhandenseins des
Mittelkörpers 30 eingeführt wird.
Das längliche
Element 32 trägt
zwei diametral gegenüberliegende
Vorsprünge 34,
die im allgemeinen eine rechteckige Form aufweisen und sich radial
nach außen
vom länglichen
Element 32 ausreichend weit erstrecken, um gegen die Innenwände des
Wirbelsuchers 26 innerhalb des zylindrischen Abschnittes 26a zu
stoßen.
Die stromabwärts
gelegenen Ränder
der Vorsprünge 34 weisen
abgerundete äußere Ecken
auf, um die Gefahr des Einführens
einer Turbulenz zu verringern. Ebenfalls werden Kerben oder Nuten 36a in
den äußeren Rändern der
Vorspringe 34 gebildet, während entsprechende Zungen
oder Vorsprünge 36b in
den Innenwänden
des zylindrischen Abschnittes 26a des Wirbelsuchers 26 gebildet
werden. Die Zungen oder Vorsprünge 36b sind
ebenfalls diametral gegenüberliegend
und so konstruiert und positioniert, dass sie mit den Kerben oder
Nuten 36a in den Vorsprüngen 34 zusammenwirken
und so den Mittelkörper 30 im
Wirbelsucher 26 in Position halten. Es wird verstanden
werden, dass das genaue Verfahren des Haltens des Mittelkörpers in
Position unwesentlich für
die Erfindung ist, und dass die Kerben/Nuten 36a und Zungen/Vorsprünge 36b durch
irgendwelche alternative geeignete Mittel für ein zuverlässiges Halten
des Mittelkörpers 30 innerhalb
des Wirbelsuchers 26 ersetzt werden können, so dass der Mittelkörper 30 nicht
durch die wahrscheinliche Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids durch die Zyklonabscheidevorrichtung verdrängt werden
wird, auch nicht unakzeptablen Schwingungen ausgesetzt wird. Eine Schnappverschlussmethode
wird als besonders wünschenswert
wegen der leichten Herstellung und der leichten Benutzung betrachtet.
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Die
Länge des
Mittelkörpers 30 und
seine Positionierung sind ausreichend, um zu sichern, dass das Ende 32a des
Mittelkörpers 30,
das am weitesten von der oberen Fläche 24 entfernt ist,
an einer Stelle liegt, deren Abstand unterhalb der oberen Fläche 24 gleich
mindestens dem Doppelten des kleinsten Durchmessers des Wirbelsuchers 26 ist.
Daher muss die Länge
des Vorsprunges des Mittelkörpers 30 über das
untere Ende des Wirbelsuchers 26 hinaus, die zur Gesamtlänge des
Wirbelsuchers 26 (unterhalb der oberen Fläche 24) addiert
wird, mindestens das Doppelte des Durchmessers des Wirbelsuchers 26 sein.
Wenn dieses Kriterium erfüllt
wird, wird die erreichbare Lärmverringerung
verbessert. In der in 1 gezeigten Ausführung liegt
der unterste Punkt des Mittelkörpers 30 unterhalb
der oberen Fläche 24 in
einem Abstand, der gleich annähernd dem
2,58-fachen des kleinsten Durchmessers des Wirbelsuchers 26 ist.
Genau gesagt, der unterste Punkt des Mittelkörpers 30 liegt 82,5
mm unterhalb der oberen Fläche 24,
und der kleinste Durchmesser des Wirbelsuchers 26 beträgt 32 mm.
Außerdem
beträgt
die Länge
des Mittelkörpers 30 60
mm, und sein Durchmesser beträgt
6 mm. Der Mittelkörper 30 ragt
unterhalb des untersten Randes des Wirbelsuchers 26 bis
zu einem Abstand von 16,5 mm heraus. Diese Anordnung hat Erfolg
beim Erreichen einer Verringerung des gesamten Schalldruckpegels
(Lärm),
der aus dem gesamten Staubsaugerprodukt mit 1,5 dBA emittiert wird.
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Damit
der Mittelkörper 30 gut
funktioniert, ist der Querschnitt des Mittelkörpers 30 an jeder
Stelle entlang seiner Länge
kreisförmig
ausgeführt.
Der Hauptkörper
des Mittelkörpers 30 ist
zylindrisch, wie es vorangehend erwähnt wird, aber das stromaufwärts und
stromabwärts
gelegene Ende 32a, 32b kann unterschiedliche Formen
annehmen. In der in 2a gezeigten Ausführung sind
beide Enden 32a, 32b halbkugelförmig. Jedoch
könnte
das eine oder andere der Enden beispielsweise kegelförmig oder
kegelstumpfförmig
sein, obgleich ein kegelförmiges
Ende bevorzugt werden wird, weil das den Druckabfall und/oder die
Energieverluste innerhalb der Vorrichtung verringern wird. Ein alternativer
Mittelkörper 50 wird
in 2b gezeigt, bei dem der mittlere Abschnitt des
länglichen
Körpers 52 des
Mittelkörpers 50 wiederum
zylindrisch und das stromabwärts gelegene
Ende 52b halbkugelförmig
ist, aber das stromaufwärts
gelegene Ende 52a zeigt eine kegelförmige Form. Ein weiterer Unterschied
zwischen dem in 2a gezeigten Mittelkörper 30 und
dem in 2b gezeigten alternativen Mittelkörper ist
die Anzahl der Vorsprünge 54,
die am länglichen
Körper 52 für Haltezwecke vorhanden
sind. In der in 2b gezeigten Ausführung sind
vier gleichwinkelig beabstandete Vorsprünge 54 vorhanden.
Entsprechende Zungen sind dann an der Wand des Wirbelsuchers 26 vorhanden,
um den Mittelkörper 50 darin
zu halten.
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Eine
weitere alternative Ausführung
wird aus zwei verschiedenen Winkeln in 2c gezeigt.
In der Fig. wird der Mittelkörper 70 aus
zwei verschiedenen perspektivischen Ansichten gezeigt, so dass die
spiralförmige
Form der Vorsprünge 74 deutlich
gesehen werden kann. Die spiralförmige
Form ist so vorhanden, dass die Vorsprünge 74 nicht die Drehbewegung
der Luft stören,
die über
den Wirbelsucher austritt. Wie in der in 2c gezeigten
Ausführung
ist der längliche
Körper 72 im
allgemeinen in der Form zylindrisch, und das stromaufwärts gelegene
Ende 72a ist halbkugelförmig.
Das stromabwärts
gelegene Ende 72b ist eben. Jeder Vorsprung 74 ist
an seinem distalen Ende so geformt, dass er Nuten 74a umfasst,
die mit Vorsprüngen
zusammenwirken, die im Wirbelsucher geformt sind, so dass der Mittelkörper 70 fest
in der richtigen Position im Wirbelsucher gehalten wird.
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Eine
alternative Konfiguration der Abscheidevorrichtung wird teilweise
in 3 gezeigt. Die Fig. zeigt nur den oberen Abschnitt
der Abscheidevorrichtung 80, die, wie vorher, einen stromaufwärts gelegenen
Zyklon 82 mit niedrigem Wirkungsgrad und einen stromabwärts gelegenen
Zyklon 84 mit hohem Wirkungsgrad aufweist. Der Zyklon 84 mit
hohem Wirkungsgrad weist einen Zyklonkörper 86 auf, der einen
Eintritt 88, der mit dem oberen Ende des Zyklons 82 in
Verbindung steht, und eine Trichteröffnung (nicht gezeigt) auf
der entgegengesetzten Seite davon aufweist, die durch eine Sammelvorrichtung
(ebenfalls nicht gezeigt) in der gleichen Weise umgeben ist, wie
es in 1 gezeigt wird. Der Zyklon 84 ist an
seinem oberen Ende durch eine obere Fläche 90 verschlossen,
von der ein Wirbelsucher 92 herabhängt, der sich in das Innere
des Zyklons 84 längs einer
Mittelachse davon erstreckt. Der Wirbelsucher 92 zeigt über den
größten Teil
seiner Länge
eine zylindrische Form, weitet sich aber an seinem oberen Ende nach
außen
auf, um so gleichmäßig mit
der oberen Fläche 90 zu
verschmelzen.
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Ein
Mittelkörper 94 ist
unbeweglich innerhalb des Wirbelsuchers 92 montiert und
erstreckt sich von einer Stelle oberhalb des Niveaus der oberen
Fläche 90 genau
durch den Wirbelsucher 92, so dass der Mittelkörper 94 über den
unteren Rand des Wirbelsuchers 92 vorsteht. Der Körper des
Mittelkörpers 94 ist
im allgemeinen zylindrisch mit einer schwachen Konizität in Richtung
des stromaufwärts
gelegenen Endes 94a. Das stromaufwärts gelegene Ende 94a zeigt
eine halbkugelförmige
Form, aber sein stromabwärts
gelegenes Ende 94b ist nur eben. Der Mittelkörper 94 weist
drei gleichwinkelig beabstandete Vorsprünge oder Flanschen 96 auf,
die sich vom oberen Ende des Mittelkörpers 94 zur Innenwand
des Wirbelsuchers 92 nach außen erstrecken. Die äußersten
Ränder
der Vorsprünge
oder Flanschen 96 sind so geformt, dass sie der Form der
Innenwand des Wirbelsuchers 92 folgen, um das richtige
Positionieren des Mittelkörpers 94 zu
unterstützen.
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Bei
dieser Ausführung
beträgt
der Durchmesser des Mittelkörpers 94 10
mm, und der Durchmesser D1 des Wirbelsuchers 92 beträgt 30,3
mm. Die Länge
L1 des Wirbelsuchers beträgt
50 mm, und der Abstand L2 zwischen dem unteren Ende 94a des
Mittelkörpers 94 und
der oberen Fläche 90 beträgt 64,4 mm.
Daher liegt der unterste Punkt des Mittelkörpers 94 unterhalb
der oberen Fläche 90 mit
einem Abstand des 2,13-fachen des (kleinsten) Durchmessers des Wirbelsuchers 92.
Der Mittelkörper 94 ragt
unterhalb des Wirbelsuchers 92 bis zu einem Abstand von
14,4 mm heraus.
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Tests
zur Ermittlung der optimalen Position des untersten Endes des Mittelkörpers der
in 1 gezeigten Vorrichtung wurden durchgeführt. Das
Testverfahren und die Testvorrichtung werden jetzt mit Bezugnahme auf 4 der
beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Ein
sauberer Zyklon 100 mit einem Wirbelsucher 120 mit
veränderlicher
Länge und
einem Mittelkörper 140 mit
veränderlicher
Länge wurde
in einer aufrechten Position bei Verwendung von geeigneten Festklemmvorrichtungen
und Montagevorrichtungen (nicht gezeigt) montiert. Der Zyklon 100 zeigte
einen maximalen Durchmesser von 140 mm und eine Höhe von 360
mm. Ein Ansaugen wurde beim Zyklon 100 durch eine geräuscharme
Quelle bewirkt, die über
einen ersten elastischen Schlauch 102 verbunden war, um
ein Minimum an Störung
durch das Motorgeräusch
zu sichern. Ein zweiter elastischer Schlauch 104, der mit
dem Zykloneintritt 106 verbunden war, nahm die ankommende
Luft von einer entfernten Kammer (nicht gezeigt) auf, um eine Störung durch
Lärm zu
vermeiden, der damit verbunden ist, wenn Luft in die Schlauchöffnung eintritt.
Im Eintritt 106 zum Zyklon 100 wurde ein Durchflussmesser 108 befestigt,
damit die ankommende Strömungsgeschwindigkeit
genau gemessen werden kann.
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Der
Wirbelsucher 120 mit veränderlicher Länge bestand
aus einem Rohr 122 mit unveränderlicher Länge und
unveränderlichem
Durchmesser, das mit dem ersten elastischen Schlauch 102 verbunden
und verschiebbar in der oberen Platte 110 des Zyklons 100 mittels
eines Dichtungs- und Festklemmringes 124 montiert war.
In diesem Fall betrug der Durchmesser des Rohres 32 mm. Durch Festklemmen
des Rohres 122 in unterschiedlichen Positionen, so dass
es in den Zyklon 100 in unterschiedlichem Grad hineinragt,
konnte die Länge
S des Wirbelsuchers 120 variiert werden. Der Mittelkörper 140 mit
veränderlicher
Länge bestand
aus einem länglichen
Element 142, das in einem Knie 126 im oberen Ende
des Wirbelsuchers 120 montiert war. Das längliche
Element 142 war verschiebbar im Knie 126 mittels
eines Dichtungs- und Festklemmblockes 144 montiert. Eine
weitere Auflage wurde für
das längliche
Element 142 durch die zwei Vorsprünge 146 bereitgestellt,
die sich vom länglichen
Element 142 zur Innenwand des Wirbelsuchers 120 erstrecken.
Die Vorsprünge 146 verhinderten,
dass das längliche
Element 142 während
des Testverfahrens in Schwingungen versetzt wurde. Durch Festklemmen
des länglichen
Elementes 142, so dass es über das untere Ende 128 des
Rohres 122 in unterschiedlichem Grad hinausragte, konnte
die Länge
L des Mittelkörpers 140 variiert
werden.
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Um
den Versuch durchzuführen,
wurde die Länge
S des Wirbelsuchers auf den erforderlichen Wert eingestellt, und
das Ende des länglichen
Elementes 142 wurde bündig
mit dem unteren Ende 128 des Rohres 122 eingestellt
(d.h., L = 0). Die Saugquelle wurde aktiviert, und die Strömungsgeschwindigkeit
wurde gemessen und durch eine geeignete Regulierung auf das erforderliche
Niveau eingestellt. Der Mittelkörper 140 wurde danach
in 5 mm Stufen nach unten bewegt, und auf jeder Stufe wurden Schallmessungen
vorgenommen. Die optimale Länge
des Mittelkörpers,
die gesucht wurde, war die Länge,
bei der der Lärmpegel
auf ein Minimum reduziert wurde. Wenn eine annähernde Stelle der optimalen
Länge des
Mittelkörpers 140 lokalisiert
wurde, wurden dann 2 mm Schritte hinsichtlich der Länge L des
Mittelkörpers
angewandt, um die optimale Länge
genauer auszumachen.
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Nachdem
die optimale Länge
des Mittelkörpers 140 für eine bestimmte
Strömungsgeschwindigkeit und
eine vorgegebene Länge
S des Wirbelsuchers ermittelt wurde, wurde dann die Strömungsgeschwindigkeit durch
Regulieren der Saugquelle variiert, und die stufenweise Veränderung
der Länge
L des Mittelkörpers
wurde wiederholt, um die optimale Länge des Mittelkörpers für jene Strömungsgeschwindigkeit
zu ermitteln. Nachdem die optimale Länge des Mittelkörpers für jede erforderliche
Strömungsgeschwindigkeit
und eine vorgegebene Länge
des Wirbelsuchers ermittelt wurde, wurde die Länge des Wirbelsuchers dann
reguliert, und es wurde eine zweite Reihe von Versuchen bei Anwendung
der gleichen Reihe von Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt, um
vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Die erhaltenen Ergebnisse
werden nachfolgend dargelegt.
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Die
optimale Länge
wurde weiter als die Länge
des Mittelkörpers
definiert, bei der eine Lärmverringerung
in einen geringfügigen
Zuwachs des Lärmpegels
umkehrte. Die optimale Länge
wurde daher als ein minimaler Gesamtschalldruckpegel gesehen, ein
Punkt, wo keine bedeutende Verringerung erzielt wird, indem das
Verlängern
des Mittelkörpers
fortgesetzt wird, oder ein Punkt, wo sich die Tonqualität zu verschlechtern beginnt.
Insbesondere wurde die Grundfrequenz des Wirbelvorrückens, die
bei Verwendung einer Schmalbandanalyse identifiziert wird, als Minimum
bei der optimalen Länge
betrachtet.
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Weitere
Tests offenbarten, dass in einem Zyklonkörper mit einem Durchmesser
von 140 mm, einer Höhe
von 300 mm, einem Wirbelsucherdurchmesser von 32 mm und einer Wirbelsucherlänge von
66 mm das optimale Vorstehen des Mittelkörpers 30 über das
unterste Ende des Wirbelsuchers hinaus 16,5 mm beträgt. Das
liefert einen Abstand zwischen dem untersten Ende des Wirbelkörpers 30 und
der oberen Fläche 24 von 82,5
mm, was das 2,58-fache des Durchmessers des Wirbelsuchers 26 ist.
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Weitere
Test wurden durchgeführt,
indem eine Vorrichtung gleich der vorangehend beschriebenen verwendet
wurde, aber mit auswechselbaren Wirbelsuchern mit unterschiedlichen
Durchmessern. In jedem Fall betrug die Wirbelsucherlänge
46 nun,
und es wurde eine unveränderliche
Strömungsgeschwindigkeit
von 27 Liter/Sekunde zur Anwendung gebracht. Der verwendete Mittelkörper war
dem vorangehend beschriebenen gleich, zeigte aber einen Durchmesser
von 10 mm. Eine Methode gleich der vorangehend beschriebenen wurde
zur Anwendung gebracht, um die optimale Länge des Mittelkörpers für jeden
Durchmesser des Wirbelsuchers zu ermitteln. Die erhaltenen Ergebnisse
sind die folgenden:
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Das
zeigt deutlich, dass die optimale Länge des Mittelkörpers für eine bestimmte
Strömungsgeschwindigkeit
und einen bestimmten Durchmesser des Mittelkörpers im allgemeinen mit dem
Durchmesser des Wirbelsuchers abnimmt.
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Der
Mittelkörper 30 besteht
vorzugsweise aus Kunststoffmaterial und muss ausreichend starr sein,
damit er sich nicht biegt oder in Schwingungen gerät, wenn
er Strömungsgeschwindigkeiten
ausgesetzt wird, wie sie wahrscheinlich durch die Abscheidevorrichtung
geführt
werden. Für
einen Mittelkörper,
der für
eine Verwendung in einem Staubsauger geeignet ist, ist ein geeignetes
Material Polypropylen, und das gestattet, dass der Mittelkörper einfach
und wirtschaftlich geformt wird, indem eines einer Vielzahl von üblichem
Verfahren angewandt wird, beispielsweise das Spritzgießen.
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Die
Versuchsdurchführung
und die Forschung zeigten, dass in Abhängigkeit von der spezifischen
Konfiguration des Zyklons das Optimieren der Länge des Mittelkörpers zu
einer Verringerung des Gesamtschalldruckpegels eines Zyklons von
zwischen 2 und 6 dB führen
kann. Das ist ausreichend, um einen hörbaren Unterschied bei den
Gesamtlärmpegeln
eines Haushaltstaubsaugers zu erreichen. 5 veranschaulicht
den Unterschied beim Lärm
(Schalldruckpegel), der durch den Zyklon eines spezifischen Staubsaugers
mit und ohne einem optimierten Mittelkörper an Ort und Stelle bewirkt
wird. Wie deutlich gesehen werden kann, entfernt das Vorhandensein
des Mittelkörpers
(Lärmpegel
in halbfetten Linien gezeigt) einen bedeutenden Ton, der vorhanden
ist, wenn der Mittelkörper
nicht vorhanden ist (Geräuschpegel
in punktierten Linien gezeigt). Die Vorteile des Verringers des
Lärmpegels
eines Haushaltstaubsaugers sind das Verbessern der Zufriedenheit des
Verbrauchers, und dass gestattet wird, dass der Benutzer andere
Töne und
Geräusche
innerhalb der Umgebung hört,
in der der Staubsauger verwendet wird. Das kann die Sicherheit des
Benutzers verbessern, wenn er den Staubsauger benutzt.
