Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers mit einem Zyklonabscheider und Staubsauger mit einem Zyklonabscheider

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers (1) mit einem motorgetriebenen Gebläse (2) und mit einer auf der Saugseite (23) des Gebläses (2) angeordneten Vorrichtung (4) zur Aufnahme eines Luft-Staubgemischs, wobei zwischen der Aufnahmevorrichtung (4) und dem Gebläse (2) ein Staubabscheider in Form mindestens eines Zyklonabscheiders (5) und gegebenenfalls eines Nachfilters (6) angeordnet ist. Um dieses Verfahren hinsichtlich seiner Wirkungsweise zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass zwischen der Aufnahmevorrichtung (4) und dem Gebläse (2) mindestens eine Ventileinrichtung (7) angeordnet ist, mit welcher der Strömungsweg von der Aufnahmevorrichtung (4) über den Zyklonabscheider (5) zum Gebläse (2) erst bei Vorliegen eines vorbestimmten Mindestwerts (q₁, n₁, t₁, _P1) für den vom Gebläse (2) erzeugten Volumenstrom (q) oder einer mit dem Volumenstrom korrelierenden Größe (n, t, p) schaltbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers mit einem motorgetriebenen Gebläse und mit einer auf der Saugseite des Gebläses angeordneten Vorrichtung zur Aufnahme eines Luft-Staubgemischs, wobei zwischen der Aufnahmevorrichtung und dem Gebläse ein Staubabscheider in Form mindestens eines Zyklonabscheiders und gegebenenfalls eines Nachfilters angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem einen Staubsauger mit einem motorgetriebenen Gebläse und mit einer auf der Saugseite des Gebläses angeordneten Vorrichtung zur Aufnahme eines Luft-Staubgemischs, wobei zwischen der Aufnahmevorrichtung und dem Gebläse ein Staubabscheider in Form mindestens eines Zyklonabscheiders und gegebenenfalls eines Nachfilters angeordnet ist.

[0002] Staubsauger der eingangs genannten Art sind allgemein bekannt, beispielsweise aus der EP 1 674 020 B1. Die Staubabscheidung erfolgt bei solchen Staubsaugern durch eine Wirbelbildung bei der mit Staub und Schmutz gemischten Luft. Bei ausreichenden Fliehkräften wird dann nur die leichtere Luft weitergeleitet, die schweren Staub- und Schmutzpartikel verbleiben im Sammelbehälter des Zyklonabscheiders. Ein Nachteil solcher Abscheider besteht darin, dass die verwendeten Gebläse den zur Wirbelbildung notwendigen Volumenstrom nicht schlagartig aufbauen. Die zur Staubabscheidung notwendigen Fliehkräfte sind deshalb nicht sofort vorhanden, folglich passiert in der Einschaltphase ein großer Teil der aufgesaugten Staub- und Schmutzpartikel den Zyklon und gelangt in Nachfilter, die dann verstopfen, und eventuell sogar in das Gebläse oder in Abluftfilter, die dem Gebläse strömungsmäßig nachgeschaltet sind.

[0003] Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren zum Betreiben eines Zyklon-Staubsaugers bzw. den Staubsauger selbst hinsichtlich seiner Wirkungsweise zu verbessern.

[0004] Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch einen Staubsauger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils nachfolgenden Unteransprüchen.

[0005] Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile ergeben sich verfahrensseitig dadurch, dass zwischen der Aufnahmevorrichtung und dem Gebläse mindestens eine Ventileinrichtung angeordnet ist, mit welcher der Strömungsweg von der Aufnahmevorrichtung über den Zyklonabscheider zum Gebläse erst bei Vorliegen eines vorbestimmten Mindestwerts für den vom Gebläse erzeugten Volumenstrom oder einer mit dem Volumenstrom korrelierenden Größe schaltbar ist. Der Staubsauger wird dadurch in der Einschalt- und Gebläsehochlaufphase mit wirkungsloser Aufnahmevorrichtung betrieben, so dass ein Ansaugen von Schmutz- und Staubpartikeln unterbleibt. Die gleichen Vorteile ergeben sich vorrichtungsseitig durch einen Staubsauger, bei dem zwischen der Aufnahmevorrichtung und dem Gebläse mindestens eine Ventileinrichtung angeordnet ist, mit welcher der Strömungsweg von der Aufnahmevorrichtung über den Zyklonabscheider zum Gebläse schaltbar ist.

[0006] Das Erreichen des Mindestwerts kann durch einen im Strömungsweg zwischen der Ventileinrichtung und dem Gebläse angeordneten Drucksensor ermittelt werden. Ein solcher Drucksensor ist bei höherwertigen Staubsaugern mit einer druckabhängigen Steuerung oder Regelung der Gebläseleistung bereits vorhanden, so dass zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens neben der Ventileinrichtung keine weiteren Zusatzbauteile erforderlich sind. Es ist dann zweckmäßig, wenn eine Steuereinrichtung die Ventileinrichtung in Abhängigkeit von einem durch den Drucksensor ermittelten Unterdruckwert schaltet. Der Mindest-Unterdruck, bei dem der Zyklonabscheider wunschgemäß arbeitet, kann in Versuchen ermittelt und in der Gerätesteuerung als Schaltkriterium abgelegt werden.

[0007] Alternativ kann die Steuereinrichtung die Ventileinrichtung nach Erreichen einer vorbestimmten Gebläse- bzw. Gebläsemotordrehzahl eingeschaltet werden. Die notwendige Drehzahl kann ebenfalls experimentell ermittelt und dann in der Gerätesteuerung als Schaltkriterium abgelegt werden. Anstelle der Gebläse- bzw. Gebläsemotordrehzahl kann durch die Steuerung auch eine vorbestimmte Gebläselaufzeit vorgegeben werden, nach deren Verstreichen von einem Vorliegen des vorbestimmten Mindestwerts ausgegangen werden kann. Diese ist ebenfalls experimentell zu ermitteln.

[0008] Bei weniger aufwändigen Gerätsteuerungen ist es auch denkbar, dass die Ventileinrichtung selbsttätig den Strömungsweg bei Vorliegen eines vorbestimmten Mindest-Unterdrucks oder Mindest-Volumenstroms schaltet, beispielsweise als federgesteuerte Ventileinrichtung.

[0009] Die Ventileinrichtung kann in zweckmäßiger Weise als Zweiwegeventil ausgebildet sein. In einer ersten Alternative ist sie zwischen der Aufnahmevorrichtung und dem Zyklonabscheider angeordnet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass sich vor dem Betrieb der Aufnahmevorrichtung bereits ein Wirbel im Zyklon aufbaut. Als nachteilig kann es bei dieser Betriebsweise angesehen werden, dass eventuell vorhandener Reststaub im Sammelbehälter in der Einschalt- und Gebläsehochlaufphase den Zyklon passiert und sich im Nachfilter absetzt. Der Bediener muss deshalb instruiert werden, den Sammelbehälter nach jedem Saugvorgang zu leeren. Zusätzlich oder alternativ kann das Nachfilter als waschbares Schaumstofffilter ausgebildet sein. Bei dieser Einbauvariante der Ventileinrichtung sollte von der Druckseite des Gebläses zur Ventileinrichtung eine Rückführ-Luftleitung verlegt sein.

[0010] In einer anderen Variante ist die Ventileinrichtung zwischen dem Zyklon und dem Gebläse angeordnet. Hierdurch ergibt sich einerseits der Vorteil, dass während der Einschalt- und Gebläsehochlaufphase die Luft nicht den Zyklon durchströmt und insofern kein Schmutz aus dem Sammelbehälter aufgewirbelt wird. Andererseits ist eine Rückführ-Luftleitung nicht zwingend notwendig, die Ventileinrichtung kann dann auch über einen Bypass mit der Umgebungsluft des Staubsaugers verbunden sein, wodurch dann relativ saubere Außenluft angesaugt wird. Als nachteilig kann es hier angesehen werden, dass der Zyklon erst nach dem Umschalten der Ventileinrichtung mit Saugluft beaufschlagt wird. Es kann aber davon ausgegangen werden, dass sich bei hochgefahrenem Gebläse die zur Fliehkraftabscheidung notwendigen Luftwirbel schlagartig ausbilden und der Anteil an Staub- und Schmutzpartikeln, der den Zyklon passiert, nur sehr gering ist.

[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Figuren 1 bis 3

den Strömungsweg als Blockschaltbild in verschiedenen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Staubsaugers,

Figur 4

den zeitabhängigen Verlauf der Gebläsedrehzahl und des Volumenstroms beim Einschaltvorgang eines Staubsaugergebläses.

[0012] In den Figuren 1 bis 3 sind verschiedene Alternativen von erfindungsgemäßen Zyklonstaubsaugern dargestellt. Gezeigt sind die zur Luftführung notwendigen Bauteile als Blockschaltbild. Der Staubsauger an sich ist hier mit 1 angedeutet. Er besitzt in bekannter Weise ein motorgetriebenes Gebläse. Die Gebläsestufe und der Antriebsmotor sind hier als Einheit durch den Kreis 2 dargestellt und werden im Folgenden als Gebläse 2 bezeichnet. Durch das Gebläse 2 wird auf der Druckseite 21 Luft 22 über ein Abluftfilter 3 aus dem nicht dargestellten Staubsaugergehäuse ausgeblasen. Dadurch wird auf der Saugseite 23 des Gebläses 2 ein Unterdruck erzeugt, der dafür sorgt, dass ein Saugluftstrom entsteht. Dieser tritt an einer Aufnahmevorrichtung 4 in den Strömungsweg des Staubsaugers 1 ein und reißt dabei Staub- und Schmutzpartikel (nicht dargestellt) mit. Die Aufnahmevorrichtung 4 ist im Allgemeinen an den zu bearbeitenden Untergrund angepasst und kann eine Saugdüse, eine Turbo- oder Elektrobürste, ein Möbelpinsel, eine Fugendüse oder ein anderweitig gestalteter Saugvorsatz, aber auch ein Saugrohr oder ein Saugschlauch sein, mit denen eine der vorgenannten Saugvorsätze an das Gerätegehäuse angeschlossen werden. Sie wird dort über einen entsprechenden Strömungsweg mit einem Zyklonabscheider 5 verbunden. Im weiteren Strömungsweg zwischen dem Zyklonabscheider 5 und dem Gebläse ist gegebenenfalls ein Nachfilter 6 angeordnet. Erfindungsgemäß ist außerdem an einer geeigneten Stelle zwischen der Aufnahmevorrichtung 4 und dem Gebläse eine Ventilanordnung, hier in Form eines Zweiwegeventils 7 angeordnet.

[0013] In der in Figur 1 dargestellten Variante ist das Ventil 7 zwischen der Aufnahmevorrichtung 4 und dem Zyklonabscheider 5 platziert. Als Einbauort bietet sich bei einem Bodenstaubsauger die Luftführung zwischen der Saugschlauchankopplung (nicht dargestellt) und dem Zyklonabscheider 5 an. Das Ventil 7 ist mit seiner Ausgangsseite 71 an den weiteren Strömungsweg zum Gebläse 2, hier also den Strömungsweg zum Zyklonabscheider 5 angeschlossen. Eine Eingangsseite 72 ist strömungsmäßig mit der Aufnahmevorrichtung 4 verbunden, eine weitere Eingangsseite 73 ist über eine Rückführ-Luftleitung 74 an die Druckseite 21 des Gebläses 2 gelegt. Durch die Gestaltung als Zweiwegeventil kann der Strömungsweg wahlweise von einer der Eingangsseiten 72 oder 73 zur Ausgangsseite 71 geschaltet werden. Der Staubsauger 1 besitzt außerdem eine Gerätesteuerung 8, vorzugsweise in Form einer Mikroprozessorsteuerung. Von dort führt eine Steuerleitung 81 zum Gebläse 2 und eine Steuerleitung 82 zum Ventil 7, außerdem eine Datenleitung 83 zu einem Drucksensor 9 zwischen Ventil 7 und Zyklonabscheider 5. Anstelle des Drucksensors 9 kann vor dem Gebläse 5 ein nicht gezeigter Volumenstromsensor oder am Gebläsemotor ein ebenfalls nicht dargestellter Drehzahlsensor vorhanden sein. Es kann auch anstelle des fremdgesteuerten Ventils 7, welches dann als elektromagnetisch betätigtes Ventil 7 ausgeführt sein kann, ein federgesteuertes Zweiwegeventil 7 verwendet werden. In diesem Fall ist die Steuerleitung 82 nicht notwendig.

[0014] Bei der Ausführungsvariante nach Figur 2 ist das Zweiwegeventil 7 zwischen dem Nachfilter 6 und dem Gebläse 2 angeordnet. Die Ausgangsseite 71 des Ventils 7 ist direkt mit dem Gebläse 2 verbunden, die Eingangsseite 72 mit dem Strömungsweg hinter dem Nachfilter 6, die Eingangsseite 73 ist wieder über eine Rückführ-Luftleitung 74 an die Druckseite 21 des Gebläses 2 gelegt.

[0015] Die Ausführungsvariante nach Figur 3 besitzt ein Zweiwegeventil 7, welches zwischen dem Zyklonabscheider 5 und dem Nachfilter 6 angeordnet ist. Die Ausgangsseite 71 des Ventils 7 ist mit dem Strömungsweg hinter dem Nachfilter 6 verbunden, die Eingangsseite 72 mit dem Ausgang des Zyklonabscheiders 5, die Eingangsseite 73 ist hier nicht an eine Rückführ-Luftleitung 74, sondern an einen Bypass 75 gelegt, der durch eine Öffnung im Staubsaugergehäuse (nicht dargestellt) Umgebungsluft ansaugt. Ein solcher Bypass 75 anstelle einer Rückführ-Luftleitung 74 wäre auch bei der Variante nach Figur 2 denkbar.

[0016] Figur 4 zeigt ein Diagramm, in welchem zeitabhängig der Verlauf der Gebläse- bzw. Motordrehzahl n und des Volumenstroms q beim Einschalten des Gebläses 2 gemäß Figur 1 bis 3 dargestellt ist. Es ist erkennbar dass sowohl die Drehzahl n als auch der Volumenstrom q nach dem Einschalten des Gebläses 2 zum Zeitpunkt t₀ ansteigen und sich asymptotisch einem Wert n_max bzw. q_max nähern. Der Verlauf des Unterdrucks, welcher auf der Saugseite 23 des Gebläses 2 entsteht, ist abhängig von Öffnungsquerschnitten im Strömungsweg, wie sie beispielsweise von verschiedenen Aufnahmevorrichtungen 4 erzeugt werden. Bei den nachfolgenden Betrachtungen kann davon ausgegangen werden, dass sich das Ventil 7 erfindungsgemäß beim Einschalten des Gebläses 2 in einer Stellung befindet, in welcher der Eingang 72 gesperrt ist und der Eingang 73 geöffnet und zum Ausgang 71 freigeschaltet ist. Demzufolge finden zunächst innerhalb des Strömungswegs keine Querschnittsänderungen statt und es kann angenommen werden, dass der hier nicht dargestellte Druck dem Volumenstrom und der Drehzahl proportional folgt. Wie bereits eingangs beschrieben kann das Gebläse 2 den zur Wirbelbildung notwendigen Volumenstrom im Zyklonabscheider 5 nicht schlagartig aufbauen. Dies ist auch aus der Figur 4 ersichtlich. Die zur Staubabscheidung notwendigen Fliehkräfte sind deshalb nicht sofort vorhanden. Es kann nun experimentell ermittelt werden, bei welchem Volumenstrom in dem jeweiligen Zyklonabscheider die Staubabscheidung zufriedenstellend ist. Diesem Ereignis kann eine Zeit t1, ein Volumenstrom q1, eine Drehzahl n1 oder ein Unterdruck p1 zugeordnet werden. Es reicht aus, einen dieser Parameter zu ermitteln und erst nach dem Erreichen dieses Parameters das Ventil 7 derart umzuschalten, dass nunmehr der Eingang 72 geöffnet und der Eingang 73 gesperrt ist. Dann wird die Staubaufnahme durch die Aufnahmevorrichtung 4 möglich.

[0017] Die Parameter genannten können über geeignete Sensoren, beispielsweise den dargestellten Drucksensor 9 ermittelt und das Ventil 7 dann von der Steuereinrichtung 8 geschaltet werden. Alternativ ist es möglich, den Druck p₁ oder den Volumenstrom q₁ durch einen im Ventil 7 integrierten Federmechanismus zu erfassen und das Ventil 7 selbsttätig und unabhängig von der Gerätesteuerung 8 zu schalten.

[0018] Bei einem Zyklonabscheider 5 mit einem hoch ausgelegten Abscheidungsgrad kann gegebenenfalls auf das Nachfilter 6 verzichtet werden. Es ist dann allerdings der Einsatz eines Abluftfilters 3 vorteilhaft.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Staubsaugers (1) mit einem motorgetriebenen Gebläse (2) und mit einer auf der Saugseite (23) des Gebläses (2) angeordneten Vorrichtung (4) zur Aufnahme eines Luft-Staubgemischs, wobei zwischen der Aufnahmevorrichtung (4) und dem Gebläse (2) ein Staubabscheider in Form mindestens eines Zyklonabscheiders (5) und gegebenenfalls eines Nachfilters (6) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Aufnahmevorrichtung (4) und dem Gebläse (2) mindestens eine Ventileinrichtung (7) angeordnet ist, mit welcher der Strömungsweg von der Aufnahmevorrichtung (4) über den Zyklonabscheider (5) zum Gebläse (2) erst bei Vorliegen eines vorbestimmten Mindestwerts (q₁, n₁, t₁, p₁) für den vom Gebläse (2) erzeugten Volumenstrom (q) oder einer mit dem Volumenstrom korrelierenden Größe (n, t, p) schaltbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erreichen des Mindestwerts (p₁) durch einen im Strömungsweg zwischen der Ventileinrichtung (7) und dem Gebläse (2) angeordneten Drucksensor (9) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Gerätesteuerung (8) die Ventileinrichtung (7) in Abhängigkeit von einem durch den Drucksensor (9) ermittelten Unterdruckwert (p) schaltet.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Gerätesteuerung (8) die Ventileinrichtung (7) nach Erreichen einer vorbestimmten Gebläse- bzw. Gebläsemotordrehzahl (n₁) einschaltet.

5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuereinrichtung die Ventileinrichtung nach einer vorbestimmten Gebläselaufzeit (t₁) einschaltet, wobei die Laufzeit (t₁) derart bemessen ist, dass nach deren Verstreichen von einem Vorliegen des vorbestimmten Mindestwerts (q₁, n₁, t₁, p₁) ausgegangen werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinrichtung (7) selbsttätig den Strömungsweg bei Vorliegen eines vorbestimmten Mindest-Unterdrucks (p₁) oder Mindest-Volumenstroms (q₁) schaltet.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinrichtung (7) den Strömungsweg federgesteuert schaltet.

8. Staubsauger (1) mit einem motorgetriebenen Gebläse (2) und mit einer auf der Saugseite (23) des Gebläses (2) angeordneten Vorrichtung (4) zur Aufnahme eines Luft-Staubgemischs, wobei zwischen der Aufnahmevorrichtung (4) und dem Gebläse (2) ein Staubabscheider in Form mindestens eines Zyklonabscheiders (5) und gegebenenfalls eines Nachfilters (6) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Aufnahmevorrichtung (4) und dem Gebläse (2) mindestens eine Ventileinrichtung (7) angeordnet ist, mit welcher der Strömungsweg von der Aufnahmevorrichtung über den Zyklonabscheider zum Gebläse schaltbar ist.

9. Staubsauger (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinrichtung (7) als Zweiwegeventil ausgebildet ist.

10. Staubsauger nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinrichtung (7) zwischen der Aufnahmevorrichtung (4) und dem Zyklonabscheider (5) angeordnet ist.

11. Staubsauger (1) nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinrichtung zwischen dem Zyklonabscheider (5) und dem Gebläse (2) angeordnet ist.

12. Staubsauger (1) nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass von der Druckseite des Gebläses (2) zur Ventileinrichtung (7) eine Rückführ-Luftleitung (74) verlegt ist.

13. Staubsauger (1) nach Anspruch 11,
dass die Ventileinrichtung (7) über einen Bypass (75) mit der Umgebungsluft des Staubsaugers (1) verbindbar ist.

Zeichnung