Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Teilchen, wie beispielsweise Schmutz- und Staubteilchen, aus einem Lufrstrom.

Es ist gut bekannt, daß Teilchen, wie beispielsweise Schmutz- und Staubteilchen, unter Verwendung eines Zyklonabscheiders aus einem Fluidstrom abgeschieden werden. Bekannte Zyklonabscheider werden zum Beispiel in Staubsaugern verwendet und es ist bekannt, daß sie einen Zyklon niedriger Leistung zum Abscheiden von Flusen und verhältnismäßig großen Teilchen und einen stromabwärts von dem Zyklon niedriger Leistung angeordneten Hochleistungszyklon zum Abscheiden der feinen Teilchen umfassen, die weiter innerhalb des Luftstroms mitgerissen werden (siehe zum Beispiel EP 0042723B). Es ist ebenfalls bekannt, daß in Staubsaugvorrichtungen ein stromaufwärts gelegener Zyklonabscheider in Verbindung mit einer Vielzahl von kleineren, stromabwärts gelegenen Zyklonabscheidern bereitgestellt wird, wobei die stromabwärts gelegenen Zyklonabscheider parallel zueinander angeordnet werden. Eine Anordnung dieser Art wird in US 3425192 an Davis gezeigt und beschrieben.

Bei Staubsaugeranwendungen, insbesondere bei Haushaltstaubsaugeranwendungen, ist es wünschenswert, das Gerät so kompakt wie möglich herzustellen, ohne die Leistung des Geräts zu beeinträchtigen. Es ist ebenfalls wünschenswert, daß die Leistungsfähigkeit der innerhalb des Geräts enthaltenen Abscheidevorrichtung so wirksam wie möglich ist (d. h., daß sie einen höchstmöglichen Anteil an sehr feinen Staubteilchen aus dem Luftstrom abscheidet). Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Abscheiden von Teilchen aus einem Fluidstrom bereitzustellen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Teilchen aus einem Fluidstrom bereitzustellen, die einen verbesserten Abscheidwirkungsgrad oder Druckabfall hat und eine kompakte Auslegung hat. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Abscheiden von Teilchen aus einem Fluidstrom bereitzustellen, die zur Verwendung in einem Haushaltstaubsauger geeignet ist.

Die Erfindung stellt einen Haushaltstaubsauger nach Anspruch 1 bereit.

Die Anordnung der Erfindung macht Gebrauch von dem hohen Abscheidwirkungsgrad, der durch eine Vielzahl von parallelen Zyklonen erreicht werden kann, während sie ebenfalls ermöglicht, daß die Verbindung der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Zyklonabscheider kompakt untergebracht wird. Dies ermöglicht, daß die Vorrichtung in einem Gerät, wie beispielsweise einem Haushaltstaubsauger, eingesetzt wird.

Vorzugsweise steht jeder der stromabwärts gelegenen Zyklonabscheider um eine Entfernung, die wenigstens einem Drittel der Länge des jeweiligen stromabwärts gelegenen Zyklonabscheiders entspricht, in das Innere des stromaufwärts gelegenen Zyklonabscheiders vor. Insbesondere steht jeder der stromabwärts gelegenen Zyklonabscheider um eine Entfernung, die wenigstens der Hälfte der Länge des jeweiligen stromabwärts gelegenen Zyklonabscheiders entspricht, in das Innere des stromaufwärts gelegenen Zyklonabscheiders vor. Noch bevorzugterweise steht jeder der stromabwärts gelegenen Zyklonabscheider um eine Entfernung, die wenigstens zwei Dritteln der Länge des jeweiligen stromabwärts gelegenen Zyklonabscheiders entspricht, in das Innere des stromaufwärts gelegenen Zyklonabscheiders vor. Diese Anordnungen bewirken praktische und kompakte Unterbringungslösungen.

Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,

2a ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,

2b eine Schnittansicht längs der Linie II-II von 2a ist,

3a ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,

3b ein Schnitt längs der Linie III-III von 3a ist.

Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung wird in 1 illustriert. In 1 umfaßt die Vorrichtung 10 zum Abscheiden von Teilchen aus einem Fluidstrom einen stromaufwärts gelegenen Zyklon 12 mit einem oberen Ende 14 und einer Basis 16. Eine Seitenwand 18 erstreckt sich zwischen dem oberen Ende 14 und der Basis 16. Die Seitenwand 18 ist kegelstumpfförmig, so daß der stromaufwärts gelegene Zyklon 12 sich vom oberen Ende 14 weg nach außen erweitert. Angrenzend an das obere Ende 14 wird in der Seitenwand 18 ein Tangentialeinlaß 20 bereitgestellt. Der Tangentialeinlaß 20 kann ein teilchenbeladenes Fluid in einer Richtung, die tangential zur Seitenwand 18 ist, dem Inneren des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 zuführen, um so einen wirbelnden Strom im Inneren des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 in Gang zu setzen. Bei vielen der Anwendungen, für welche die Verwendung der Vorrichtung 10 vorgesehen ist, ist das Fluid Luft, und die Teilchen sind Schmutz und Staub, wie sie beispielsweise in einem häuslichen Umfeld zu finden sein werden.

Der stromaufwärts gelegene Zyklon 12 hat einen Auslaß (nicht gezeigt), der mittig des oberen Endes 14 angeordnet wird und mit dem Inneren des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 in Verbindung steht. Der Auslaß umfaßt ein allgemein zylindrisches Rohr, das sich in Vertikalrichtung aufwärts vom oberen Ende 14 des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 erstreckt. Der Auslaß teilt sich auf eine symmetrische und gleichmäßige Weise in vier Einlaßleitungen 24. Jede Einlaßleitung 24 wird so bemessen und konfiguriert, daß sie ein Viertel eines Fluidstroms aufnimmt, der sich längs des Auslasses aus dem stromaufwärts gelegenen Zyklon 12 bewegt.

Jede Einlaßleitung 24 steht in Verbindung mit einem stromabwärts gelegenen Zyklon 26. Jeder stromabwärts gelegene Zyklon 26 hat einen oberen zylindrischen Abschnitt 28, mit dem die jeweilige Einlaßleitung 24 auf eine tangentiale Weise in Verbindung steht. Von jedem oberen zylindrischen Abschnitt 28 hängt ein kegelstumpfförmiger Zyklonabschnitt 30 herab und hat entfernt von demselben eine offene Konusöffnung 32. Jeder stromabwärts gelegene Zyklon 26 hat eine Längsachse (nicht gezeigt), um die der jeweilige obere zylindrische Abschnitt 28 und der kegelstumpfförmige Zyklonabschnitt 30 angeordnet sind. Die vier stromabwärts gelegenen Zyklone 26 werden zu Vertikalen geneigt, so daß sich ihre Längsachsen einander in einer Abwärtsrichtung annähern. Die Konusöffnungen 32 sind daher nahe zueinander und symmetrisch um eine Längsachse des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 angeordnet.

Jeder der kegelstumpfförmigen Zyklonabschnitte 30 geht durch das obere Ende 14 des stromabwärts gelegenen Zyklons 12 hindurch. Im oberen Ende 14 werden vier entsprechend bemessene Öffnungen 31 angeordnet. Jeder der kegelstumpfförmigen Zyklonabschnitte 30 wird am Rand der jeweiligen Öffnung 31 auf eine Weise befestigt, die eine Abdichtung zwischen denselben aufrechterhält.

Innerhalb des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 wird ein zylindrischer Sammler 34 angeordnet. Der zylindrische Sammler 34 erstreckt sich zwischen der Basis 16 des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 und trifft an einer Stelle, die geringfügig oberhalb der Konusöffnungen 32 liegt, auf die kegelstumpfförmigen Zyklonabschnitte 30 der stromabwärts gelegenen Zyklone 26. Obwohl sie in 1 nicht gezeigt wird, hat der zylindrische Sammler 34 eine obere Fläche, durch welche die unteren Enden der kegelstumpfförmigen Zyklonabschnitte 30 auf eine solche Weise hindurchgehen, daß sie das Innere des zylindrischen Sammlers 34 gegenüber dem Rest des Inneren des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 abdichten.

Jeder der vier stromabwärts gelegenen Zyklone 26 hat eine mittig des jeweiligen oberen zylindrischen Abschnitts 28 angeordnete Auslaßleitung 36. Die Auslaßleitungen 36 treffen sich an einer Verbindung 38, um einen vereinigten Auslaß 40 zu bilden. Ein Fluid, das über den Tangentialeinlaß 20 in die Vorrichtung 10 eintritt, wird über den vereinigten Auslaß 40 ausgestoßen. Bei einigen Anwendungen, zum Beispiel bei Staubsaugeranwendungen, wird der vereinigte Auslaß auf eine bekannte Weise mit einer Unterdruckquelle verbunden sein.

Die oben beschriebene Vorrichtung 10 funktioniert auf die folgende Weise. Ein Fluidstrom, in dem Teilchen mitgerissen werden, tritt über den Tangentialeinlaß 20 in die Vorrichtung 10 ein. Die Ausrichtung des Tangentialeinlasses 20 bewirkt, daß das Fluid innerhalb des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 einer spiraligen Bahn folgt, so daß sich der Fluidstrom zur Basis 16 hin nach unten bewegt. Innerhalb des ankommenden Fluidstroms mitgerissene verhältnismäßig große Teilchen werden angrenzend an die Basis 16 im unteren Abschnitt des Inneren des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 abgesetzt. Der Fluidstrom, in dem weiter kleinere Teilchen mitgerissen werden, bewegt sich nach innen und nach oben zum oberen Ende 14 des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 hin. Der Fluidstrom tritt aus dem stromaufwärts gelegenen Zyklon 12 über den Auslaß (nicht gezeigt) aus, längs dessen sich der Fluidstrom bewegt, bis er in vier gesonderte Fluidströme aufgespalten wird, die sich längs der Einlaßleitungen 24 zu den stromabwärts gelegenen Zyklonen 26 bewegen. Wenn jeder Teil des Fluidstroms den oberen zylindrischen Abschnitt 28 des jeweiligen stromabwärts gelegenen Zyklons 26 erreicht, folgt er angesichts der tangentialen Ausrichtung der Einlaßleitung 24 in demselben wieder einer spiraligen Bahn. Danach folgt der Fluidstrom einer weiteren spiraligen Bahn den kegelstumpfförmigen Zyklonabschnitt 30 des stromabwärts gelegenen Zyklons 26 hinab, und während dieser Zeit werden viele der feinen Teilchen aus dem Fluidstrom abgeschieden. Die abgeschiedenen feinen Teilchen werden innerhalb des zylindrischen Sammlers 34 abgesetzt, während das teilchenfreie Fluid den stromabwärts gelegenen Zyklon 26 über die Auslaßleitung 36 verläßt. Die gesonderten Fluidströme werden an der Verbindung 38 wieder vereinigt und verlassen die Vorrichtung 10 über den vereinigten Auslaß 40.

Bei dieser Ausführungsform stehen die stromabwärts gelegenen Zyklone 26 in einem solchen Maß in das Innere des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 vor, daß annähernd ein Drittel der Länge jedes stromabwärts gelegenen Zyklons 26 innerhalb des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 angeordnet ist. Die Anordnung ist kompakt und leistungsfähig und daher zur Verwendung in einer Anwendung geeignet, bei der die Abmessungen so klein wie möglich gehalten werden sollen. Ein Beispiel einer solchen Anwendung ist ein Haushaltstaubsauger, bei dem Erwägungen von Größe und Gewicht von beträchtlicher Bedeutung sind. Bei einer solchen Anwendung wird der vereinigte Auslaß 40 mit einer Unterdruckquelle verbunden, und der Tangentialeinlaß 20 wird mit einem Schmutzlufteinlaß des Staubsaugers verbunden. Bei einem Zylinderstaubsauger wird der Schmutzlufteinlaß die Form einer Schlauch-Handrohr-Baugruppe annehmen. Bei einem aufrechtstehenden Staubsauger wird der Schmutzlufteinlaß die Form eines Saugerkopfs annehmen, der einen Teil des Staubsaugers als Ganzes bildet. Es können selbstverständlich innerhalb eines aufrechtstehenden Staubsaugers Anordnungen zum Umwandeln zum Betrieb in einem Zylindermodus vorgenommen werden. Der Betriebsmodus des Staubsaugers hat keine Auswirkung auf die oben illustrierte Vorrichtung.

Bei allen Staubsaugeranwendungen wird die oben beschriebene Vorrichtung 10 ein periodisches Entleeren der abgeschiedenen Teilchen erfordern. Ein Weg, dies zu erreichen, wäre es, die Basis 16 so auszulegen, daß sie zu Entleerungszwecken von der Seitenwand 18 abnehmbar gestaltet wird. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der zylindrische Sammler 34 hauptsächlich mit Hilfe einer zylindrischen Wand geformt wird, die auf die Basis 16 trifft und an dieselbe anstößt. Das Innere des zylindrischen Sammlers 34 wird daher am unteren Ende durch die Basis 16 begrenzt. Dies ermöglicht, daß sowohl der zylindrische Sammler 34 als auch der Rest des stromaufwärts gelegenen Zyklons 12 gleichzeitig entleert werden. Als Alternative dazu kann der stromaufwärts gelegene Zyklon 12 an einer Position zwischen dem oberen Ende 14 und der Basis 16, vorzugsweise in der Nähe des oberen Endes 14, teilbar gestaltet werden. Der Teilungspunkt wird vorteilhafterweise so angeordnet, daß das obere Ende 14 und ein Abschnitt der Seitenwand 18, der den Tangentialeinlaß 20 einschließt, zusammen mit den stromabwärts gelegenen Zyklonen 26, vom Rest der Seitenwand 18 zusammen mit dem zylindrischen Sammler 34 getrennt werden können.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird in 2a und 2b gezeigt. Bei dieser Ausführungsform hat der stromaufwärts gelegene Zyklon 112 wieder ein oberes Ende 114 und eine Basis 116. Die Seitenwand 118 ist zylindrisch, so daß die Gesamtform des stromaufwärts gelegenen Zyklons 112 ebenfalls zylindrisch ist. Wieder wird angrenzend an das obere Ende 114 des stromaufwärts gelegenen Zyklons 112 ein Tangentialeinlaß 120 bereitgestellt.

Bei dieser zweiten Ausführungsform werden nur zwei stromabwärts gelegene Zyklone 126 bereitgestellt. Daher wird der Auslaß 122 aus dem stromaufwärts gelegenen Zyklon 112 in nur zwei gesonderte Einlaßleitungen 124 geteilt. Die Einlaßleitungen 124 stehen jede auf eine tangentiale Weise mit dem oberen zylindrischen Abschnitt 128 des jeweiligen stromabwärts gelegenen Zyklons 126 in Verbindung.

Bei dieser Ausführungsform liegt die Längsachse 142 jedes stromabwärts gelegenen Zyklons 126 parallel zur Längsachse 144 des stromaufwärts gelegenen Zyklons 112. Jeder stromabwärts gelegene Zyklon 126 hat einen allgemein zylindrischen Sammler 134, der vom kegelstumpfförmigen Zyklonabschnitt 130 herabhängt. Jeder zylindrische Sammler 134 erstreckt sich nach unten vom kegelstumpfförmigen Zyklonabschnitt 130 genau oberhalb der Konusöffnung 132 bis zur Basis 116 des stromaufwärts gelegenen Zyklons 112. Jeder stromabwärts gelegene Zyklon 126 hat ebenfalls eine Auslaßleitung 136, die mittig des jeweiligen oberen zylindrischen Abschnitts 128 angeordnet ist und die mit den anderen Auslaßleitungen 136 zusammenläuft, um einen vereinigten Auslaß 140 zu bilden.

Die Funktionsweise der in 2a und 2b illustrierten Vorrichtung 110 ist ähnlich wie die der in 1 gezeigten Vorrichtung 10. Ein Fluid, in dem Teilchen mitgerissen werden, die eine Abscheidung erfordern, tritt über den Tangentialeinlaß 120 in den Zyklon 112 ein. Das Fluid folgt einer spiraligen Bahn die zylindrische Seitenwand 118 des stromaufwärts gelegenen Zyklons 112 hinab, und größere Teilchen werden angrenzend an die Basis 116 innerhalb des stromaufwärts gelegenen Zyklons 112 abgesetzt. Danach verläßt das teilweise gereinigte Fluid über den Auslaß 122 den stromaufwärts gelegenen Zyklon 112, und danach wird der Fluidstrom in zwei gesonderte Fluidströme geteilt. Jeder gesonderte Fluidstrom wird danach zu einem stromabwärts gelegenen Zyklon 126 geleitet, in dem der Fluidstrom einer spiraligen Bahn um den oberen zylindrischen Abschnitt 128 und den kegelstumpfförmigen Zyklonabschnitt 130 folgt, wobei der Fluidstrom während dieser Zeit auf hohe Winkelgeschwindigkeiten beschleunigt wird. Auf diese Weise werden feine Teilchen aus dem Fluidstrom abgeschieden und in den zylindrischen Sammlern 134 abgesetzt. Der gereinigte Fluidstrom verläßt über die Auslaßleitungen 136 und anschließend über den vereinigten Auslaß 140 die stromabwärts gelegenen Zyklone 126.

Wie aus 2a zu sehen ist, stehen die stromabwärts gelegenen Zyklone 126 durch das obere Ende 114 desselben in das Innere des stromaufwärts gelegenen Zyklons 112 vor. Die Anordnung ist derart, daß die stromabwärts gelegenen Zyklone 126 in einem solchen Maß in den stromaufwärts gelegenen Zyklon 112 vorstehen, daß annähernd zwei Drittel der Länge jedes stromabwärts gelegenen Zyklons 126 im Inneren des stromaufwärts gelegenen Zyklons 112 angeordnet ist. Diese Anordnung gewährleistet eine außerordentlich kompakte und brauchbare Anordnung, bei der die Leistungsfähigkeit des stromaufwärtsgelegenen Zyklons 112 in keinem nennenswerten Ausmaß beeinträchtigt wird. Ansonsten ähnelt die Vorrichtung 110 der in 1 gezeigten und oben beschriebenen Vorrichtung 10.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird in 3a und 3b gezeigt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung 210, wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform, einen stromaufwärts gelegenen Zyklon 212 und vier stromabwärts gelegene Zyklone 226. Ebenfalls sind, wie es in 1 gezeigt wird, die Längsachsen 242 der stromabwärts gelegenen Zyklone 226 zur Längsachse 244 des stromaufwärts gelegenen Zyklons 212 hin geneigt. Eine weitere Ähnlichkeit zwischen der in 1 gezeigten Ausführungsform und der in 3a und 3b gezeigten ist, daß alle vier stromabwärts gelegenen Zyklone 226 Konusöffnungen 232 haben, die durch einen einzigen zylindrischen Sammler 234 umgeben und eingeschlossen werden.

Es gibt zwei Hauptunterschiede zwischen der in 1 gezeigten Vorrichtung 10 und der in 3a und 3b gezeigten Vorrichtung 210. Bei der in 3a und 3b gezeigten Vorrichtung 210 ist die Seitenwand 218 des stromaufwärts gelegenen Zyklons 212 kegelstumpfförmig und verjüngt sich vom oberen Ende 214 zur Basis 216 hin nach innen. Folglich hat das Innere des stromaufwärts gelegenen Zyklons 212 eine allgemein sich nach innen verjüngende Konfiguration.

Der zweite Unterschied zwischen der in 1 gezeigten Vorrichtung 10 und der in 3a und 3b gezeigten Vorrichtung 210 ist, daß bei der in 3a und 3b gezeigten Vorrichtung 210 jeder stromabwärts gelegene Zyklon 226 in einem solchen Maß in das Innere des stromaufwärts gelegenen Zyklons 212 vorsteht, daß annähernd eine Hälfte jedes der stromabwärts gelegenen Zyklone 226 innerhalb des stromaufwärts gelegenen Zyklons 212 angeordnet ist. Dies gewährleistet in Verbindung mit der sich nach innen verjüngenden Form des stromaufwärts gelegenen Zyklons 212 eine andere kompakte und wirtschaftliche Anordnung der Vorrichtung 210.

Die Funktionsweise der Vorrichtung 210 ist ähnlich derjenigen der zuvor detailliert beschriebenen Vorrichtung.

Aus der vorstehenden Beschreibung der drei illustrieren Ausführungsformen der Erfindung wird zu erkennen sein, daß die Erfindung nicht durch die Form des stromaufwärts gelegenen Zyklons oder das Maß begrenzt wird, in dem die stromabwärts gelegenen Zyklone in das Innere desselben vorstehen. Darüber hinaus kann jede praktische Weise zum Entleeren der oben illustrierten Vorrichtung angewendet werden. Der Leser mit Fachkenntnissen wird ebenfalls erkennen, daß die Mittel, durch die der Fluidstrom geteilt und wieder vereinigt wird, keine wesentliche Wirkung auf die grundlegenden Aspekte der Erfindung haben. Daher sollen Modifikationen und Variationen an diesen und anderen Aspekten der illustrierten Ausführungsformen in den Rahmen der Erfindung fallen, wie er durch die Ansprüche definiert wird.