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DE3143489A1 - Vacuum cleaner for floors fitted with electrostatic filter - Google Patents

Vacuum cleaner for floors fitted with electrostatic filter

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DE3143489A1
DE3143489A1 DE19813143489 DE3143489A DE3143489A1 DE 3143489 A1 DE3143489 A1 DE 3143489A1 DE 19813143489 DE19813143489 DE 19813143489 DE 3143489 A DE3143489 A DE 3143489A DE 3143489 A1 DE3143489 A1 DE 3143489A1
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Germany
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vacuum cleaner
dust
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suction
suction nozzle
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Wolfgang Dr.-Ing. 8740 Bad Neustadt Volkrodt
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  • Electric Vacuum Cleaner (AREA)

Abstract

Vacuum cleaner, in particular for cleaning domestic floors, characterised in that, in order to precipitate dust from the air sucked in, corona-discharge wire electrodes (7) and precipitation electrodes (6) after the fashion of electrostatic filters are disposed in the intake nozzle system in the vicinity of the floor. The electrodes are supplied with a voltage equivalent to 3...7kV/cm field strength between the electrodes by an electronic high-voltage generator (Figure 1). The dust depositing on the precipitation electrodes (6) is fed by the shortest route (9, 10) into a dust collecting container (12) attached directly to the intake nozzle by a small impeller (19) driven by an electric motor. This type of vacuum cleaner does not need suction tubes or flexible suction hoses. Because of its low power requirement, it can be cordlessly fed from a rechargeable battery (14). <IMAGE>

Description

Bodenstaubsauger mit ElektrofilterCylinder vacuum cleaner with electrostatic precipitator

Die Erfindung betrifft den Einsatz von mit Elektronik hochgespanntem Gleichstrom in Bodenstaubsaugern, wobei zwischen Sprühdrahtelektroden und großflächigen Niederschlagselektroden anstehende Feldstärken von 3 ... 7 kV/cm das Staubabscheiden in der Saugdüse in unmittelbarer Nachbarschaft zum Staubfangkasten bewirken.The invention relates to the use of high voltage with electronics Direct current in cylinder vacuum cleaners, being between spray wire electrodes and large-area Pending field strengths of 3 ... 7 kV / cm to collect the dust in the suction nozzle in the immediate vicinity of the dust collector.

Bei gegenwärtigen Haushaltbodenstaubsaugern dient allein die Luft dazu, um den z.B. im Teppich abgesetzten Staub abzusaugen und über ein Rohr oder flexiblen Schlauch in ein Staubfanggefäß zu fördern.In current household vacuum cleaners, the air is the only thing that serves in order to suck off the dust deposited in the carpet, for example, and via a pipe or to convey flexible hose into a dust collector.

Bezogen auf die mechanische Arbeit beim Fördern des Staubes beträgt hierbei die zum Betrieb des elektromotorischen Gebläses notwendige Energie ein Millionenfaches. Die Industrie kann mit solchen schlechten Wirkungsgraden nicht arbeiten. Daher werden dort bereits seit Jahrzehnten andere Entstaubungsverfahren, z.B. elektrostatische,eingesetzt. Elektrofilter oder Elektroabscheider arbeiten mit Hochspannung zwischen 30...80 kV. Die Betriebsfeldstärken zwischen Sprühdraht-und großflächigen Niederschlagselektroden betragen im Hinblick auf Ausbildung einer ausreichenden negativen Korona unter Vermeidung eines Schäden anrichtenden Gasdurchbruchs etwa 3 ... 7 kV/cm. Das Erzeugen von Hochspannung in vorgenannter Größenordnung erforderte bisher so hohe Aufwendungen, daß dies nur in Industrieanlagen verwertbar war.Based on the mechanical work involved in conveying the dust here the energy required to operate the electric motor fan is a millionfold. The industry cannot work with such poor efficiencies. Hence be Other dedusting methods, e.g. electrostatic, have been used there for decades. Electrostatic precipitators or electrostatic precipitators work with high voltage between 30 ... 80 kV. The operating field strengths between spray wire and large-area precipitation electrodes be with regard to the formation of a sufficient negative corona with avoidance a damage-causing gas breakthrough about 3 ... 7 kV / cm. Generating high voltage in the aforementioned order of magnitude required so high expenditure that this only was usable in industrial plants.

Inzwischen bietet moderne Elektronik kostengünstige Verfahren zum Erzeugen von Hochspannung. Anlässe hierzu waren u.a. die kontakt-und verschleißlose Erzeugung von Hochspannung für Zündvorgänge in Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren und Gasentladungslampen ("Leuchtstoffröhren"). Begünstigt wurde diese Entwicklung durch kostengünstige, integrierte Bauelemente. Sie ermöglichen, aus einer Batteriespannung von z.B. 12 V in einem Oszillator Wechselspannungen von z.B. 20...In the meantime, modern electronics offer cost-effective methods for Generating high voltage. Occasions for this were, among other things, the non-contact and wear-free Generation of high voltage for ignition processes in motor vehicle internal combustion engines and gas discharge lamps ("fluorescent tubes"). This development was favored through inexpensive, integrated components. They allow from a battery voltage of e.g. 12 V in an oscillator AC voltages of e.g. 20 ...

30 kHz zu erzeugen. Diese wird in einem Transformator auf z.B. 500 V hochtransformiert. Es folgt eine Kaskade aus Kondensatoren und Dioden, die hieraus eine Gleichspannung von mehreren kV macht. im Gegensatz zur 50 Hz-Netzfrequenztechnik ermöglichen hohe Oszillatorfrequenzen von 20...30 kHz den Einsatz sehr kleiner, kostengünstiger Kondensatoren. Dies alles läßt sich auf einer Leiterplatte unterbringen, die nicht größer als ein billiger Taschenrechner ist und auch nicht mehr kostet.30 kHz to generate. This is increased to e.g. 500 in a transformer V stepped up. This is followed by a cascade of capacitors and diodes that result from this makes a direct voltage of several kV. in contrast to 50 Hz mains frequency technology high oscillator frequencies of 20 ... 30 kHz allow the use of very small, cheaper capacitors. All of this can be accommodated on a circuit board, which is no bigger than a cheap pocket calculator and doesn't cost more.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, vorgenannten Stand der Technik bei der elektronischen Hochspannungserzeugung in einem Bodenstaubsauger zur Elektroabscheidung des Staubes zu verwerten.The invention is now based on the object of the aforementioned prior art the technology of electronic high voltage generation in a cylinder vacuum cleaner to be used for electrodeposition of the dust.

Dabei sollen das Hochspannungssystem, der elektrostatische Staubabscheider und ein den Staub in einen Behälter fördernder Elektromotor derart mit der Staubsaugerdüse integriert werden, daß weder Saugrohr noch Schlauch erforderlich sind. Der um Zehnerpotenzen bessere Wirkungsgrad elektrostatischer Staubabscheider wie auch extrem kurze Wege vom Staubabscheider zum Staubbehälter und die damit ermöglichte kleine Motorförderleistung sollen ferner den Übergang von über Kabel gespeiste Netzgeräte auf kabellose, batteriegespeiste Geräte ermöglichen. Diese sind wesentlich handlicher. Durch Reduktion des bisherigen Energiebedarfs auf künftig etwa 3 % hiervon und erhebliche Senkung des Lärmpegels soll die Erfindung zusätzlich ein Beitrag zum Energiesparen und verbessertem Umweltschutz sein.The high-voltage system, the electrostatic dust collector and an electric motor conveying the dust into a container with the vacuum cleaner nozzle be integrated so that neither a suction pipe nor a hose are required. The one about powers of ten better efficiency of electrostatic dust collectors as well as extremely short distances from the dust separator to the dust container and the small motor delivery rate made possible with it the transition from cable-fed power supply units to cordless, battery-fed ones should also be achieved Devices enable. These are much more manageable. By reducing the previous Energy requirements to around 3% of this in the future and a significant reduction in the noise level the invention is also intended to make a contribution to saving energy and improving environmental protection be.

Vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich in der aus Isolierstoff bestehenden, auf dem Boden oder dem Teppich gleitenden Staubsaugerdüse an den Sauglufteintrittsöffnungen Sprühdrahtelektroden befinden. Ihnen gegenüber stehen großflächige Niederschlagselektroden. Zwischen beiden steht eine Betriebsfeldstärke von 3...7 kV/cm an. Beim Vorbeistreichen der Saugluft ionisiert die negative Sprühdrahtelektrode die Gasmoleküle in ihrer Umgebung. Die vom Sprühdraht radial abströmenden Ionen erzeugen einen sogenannten elektrischen Wind mit etwa 0,2...0,6 mis Geschwindigkeit. Er wirkt in gleicher Richtung wie die elektromotorisch bewegte Saugluft. Der elektrische Durchbruch der Sprühdrahtgasschicht trennt unter Stoßionisation von den Gasmolekülen lawinenartig Elektronen ab, die an neutrale Gasmoleküle anlagern, negative Ionen bilden und zur positiven Niederschlagselektrode wandern. Dabei prallen negative Ionen auf die Staubteilchen, erteilen ihnen negative Ladung bis zur Sättigung, und führen den Staub zur Niederschlagselektrode mit. Hier geben die Staubteilchen ihre Ladung ab, agglomerieren und fallen in eine Staubfangrille. Aus dieser wird der Staub mittels Saugluft in den erfindungsgemäß unmittelbar neben der Saugdüse befindlichen Staubfangbehälter gefördert. Er besteht aus durchsichtigem Kunststoff, so daß der Staubfüllgrad leicht erkennbar ist.The aforementioned object is achieved according to the invention in that in the vacuum cleaner nozzle, which is made of insulating material and slides on the floor or carpet spray wire electrodes are located on the suction air inlet openings. towards you there are large-area precipitation electrodes. There is an operating field strength between the two from 3 ... 7 kV / cm. When the suction air sweeps past, the negative spray wire electrode ionizes the gas molecules in their environment. The ions flowing radially from the spray wire generate a so-called electric wind with a speed of about 0.2 ... 0.6 mis. It acts in the same direction as the suction air moved by an electric motor. The electric one Breakthrough of the spray wire gas layer separates from the gas molecules with impact ionization like an avalanche of electrons that attach to neutral gas molecules, negative ions form and migrate to the positive precipitation electrode. Thereby negative ones collide Ions on the dust particles, give them negative charge until they are saturated, and carry the dust to the collecting electrode. Here the dust particles give theirs Charge off, agglomerate and fall into a dust-catching groove. This becomes the Dust by means of suction air in the inventively located immediately next to the suction nozzle Dust collector promoted. It is made of clear plastic so that the Dust filling level is easily recognizable.

Unmittelbar auf der Saugdüse befinden sich die nachladbare, aus auf sichere Batterie, der elektronische Hochspannungserzeuger und der batteriegespeiste, hochtourige Gebläsemotor. Er setzt Düse und Staubfangbehälter unter Unterdruck. Als weiteres Merkmal der Erfindung ersetzt ein einfaches Filterpapierblatt, das zwischen Staubfangbehälter und Gebläselufteintritt zum Motorraum geklemmt wird, den bisher gebräuchlichen Papierfilterbeutel. Dieser verutsachte nicht nur laufend erhebliche Kosten, sondern machte auch die unmittelbare Sichtkontrolle des Füllgrades des Staubfangbehälters unmöglich.Immediately on the suction nozzle are the rechargeable, off on safe battery, the electronic high-voltage generator and the battery-powered, high-speed fan motor. It puts the nozzle and dust collector under negative pressure. As another feature of the invention replaces a simple filter paper sheet, which is clamped between the dust collector and the blower air inlet to the engine compartment, the previously used paper filter bag. This not only suspects continuously considerable costs, but also made the direct visual inspection of the filling level of the dust collector impossible.

Das Führen des vorbeschriebenen Staubsaugers erfolgt über eine, an den Düsenstirnseiten schwenkbar gelagerte Gabel mit mittig daran befestigten Stiel ähnlich wie bei handbetätigten Teppichkehrmaschinen.The above-described vacuum cleaner is operated using a, an the nozzle front sides pivoted fork with a handle attached in the middle similar to hand-operated carpet sweepers.

Dieserart Staubsauger kann raumsparend ähnlich wie ein Besen aufgehängt werden. Durch die räumliche Zusammenfassung von Düse, elektrostatischen Abscheider, Sauggebläse, Batterie und Staubfangbehälter bei Verzicht auf Saugrohre, Schläuche und Kabel ergeben sich gegenüber dem heutigen Stand der Technik erhebliche Gewichts-, Material-und Kosteneinsparungen.This type of vacuum cleaner can be hung up in a space-saving manner similar to a broom will. The spatial combination of the nozzle, electrostatic precipitator, Suction fan, battery and dust collector if suction pipes and hoses are dispensed with and cables result in considerable weight, Material and cost savings.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 ein Prinzipschaltbild zur elektronischen Hochspannungserzeugung Figur 2 einen Querschnitt durch den Bodenstaubsauger mit Elektrofilter Figur 3 den zugehörigen Längsschnitt.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below. FIG. 1 shows a basic circuit diagram for electronic high voltage generation Figure 2 shows a cross section through the cylinder vacuum cleaner with electrostatic precipitator Figure 3 shows the associated longitudinal section.

In Figur 1 ist 1 die nachladbare Batterie, 2 der Oszillator zur Erzeugung einer Wechselspannung,- möglichst mit Rechteckform-, von etwa 20...30 kHz, 3 der Transformator und 4 die Hochspannungsgleichstromkaskade aus Dioden und Kondensatoren. Ein Widerstand 5 begrenzt den Strom zur großflächigen Niederschlagselektrode 6 auf lebensungefährliche Höhe und verhindert Kurzschlußfolgen, wenn z.B. eine metallische Büroklammer zwischen die Elektroden kommt. 7 ist die Sprühdrahtelektrode. Wir finden 6 und 7 in Figur 2 an der Unterseite der Saugdüse wieder. Die durch den Axialkanal 8 seitlich angesaugte Zuluft wird bei 7 durch die Sprühdrahtelektrode ionisiert. Der mit negativer Ladung gesättigte Staub gibt an den Niederschlagselektroden 6 seine Ladung ab und fällt in die darunterliegenden Staubfangrillen. Der sogenannte elektrische Wind geht in gleiche Richtung wie der Saugwind.In Figure 1, 1 is the rechargeable battery, 2 is the oscillator for generation an alternating voltage - if possible with a rectangular shape - of about 20 ... 30 kHz, 3 der Transformer and 4 the high-voltage direct current cascade of diodes and capacitors. A resistor 5 limits the current to the large-area precipitation electrode 6 life-threatening height and prevents short-circuit consequences, e.g. if a metallic Paper clip comes between the electrodes. 7 is the spray wire electrode. We find 6 and 7 in Figure 2 on the underside of the suction nozzle again. The through the axial channel 8 air drawn in from the side is ionized at 7 by the spray wire electrode. The dust, which is saturated with a negative charge, is deposited on the collecting electrodes 6 its charge and falls into the dust-catching grooves underneath. The so-called electric wind goes in the same direction as the suction wind.

Dieser fördert auf kürzestem Weg und mit niedrigem Leistungsbedarf den Staub durch die Kanäle 9 und 10 durch den sich über fast die gesamte Düsenbreite erstreckenden Staubbehältereinlaß 11, bis er sich im durchsichtigen Kunststoffstaubbehälter 12 absetzt. Bei 13 tritt die Saugluft durch ein zwischen Düsen- und Staubbehältergehäuse geklemmtes Filterpapierblatt in den Motorgebläseraum über. 14 ist die nachladbare, auslaufsichere Batterie und 15 der mit der Gabel 16 verbundene Stiel. Die Gabel ist um den Drehpunkt 17 schwenkbar.This promotes the shortest route and with a low power requirement the dust through the channels 9 and 10 through which it spreads over almost the entire width of the nozzle extending dust container inlet 11 until it is in the transparent plastic dust container 12 drops. At 13 the suction air passes through between the nozzle and dust container housing clamped Filter paper sheet into the engine fan compartment. 14 is the rechargeable, leak-proof Battery and 15 the handle connected to the fork 16. The fork is around the fulcrum 17 pivotable.

Im Längsschnitt von Figur 3 ist 18 der batteriegespeiste, hochtourige Motor mit seinem Radialgebläse 19. Die Pfeile weisenaufdfe Luftrichtung hin. Die aus dem Radialgebläse austretende Luft entweicht durch Durchbrüche im Saugdüsendeckel nach außen. 20 kennzeichnet den fußbetätigten Geräteschalter und 21 den Steckanschluß zum Batterienachladen. Neben der Batterie ist die Leiterplatine 22 zur Hochspannungserzeugung mittels Oszillator 2, Transformator 3, Kaskade 4 und Schutzwiderstand 5 auf dem Saugdüsensystem angeordnet. Durch kürzestmögliche Wege zu den Sprühdraht- und Niederschlagselektroden ist der Isolationsaufwand zum Vermeiden von Kriechströmen und Coronaverlusten auf ein Minimum reduziert.In the longitudinal section of FIG. 3, 18 is the battery-powered, high-speed one Motor with its radial fan 19. The arrows indicate the air direction. the Air emerging from the radial fan escapes through openings in the suction nozzle cover outward. 20 identifies the foot-operated device switch and 21 the plug connection for battery recharging. In addition to the battery, there is the printed circuit board 22 for generating high voltage by means of oscillator 2, transformer 3, cascade 4 and protective resistor 5 on the Arranged suction nozzle system. By the shortest possible routes to the spray wire and collecting electrodes is the isolation effort to avoid leakage currents and corona losses reduced to a minimum.

Claims (6)

Patentansprüche : @ Staubsauger, insbesondere zur Bodenreinigung im Haushalt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Staubabscheidung aus der Saugluft im Saugdüsensystem in Bodennähe Sprühdraht- und Niederschlagselektroden nach der Art von Elektrofiltern angeordnet sind, die von einem elektronischen Hochspannungsyerät mit einer Spannung entsprechend 3.. .7 kV/cm Feldstärke zwischen den Elektroden versorgt werden, und wobei der an den Niederschlagselektroden abfallende Staub auf kürzesten Weg mit einem kleinen elektromotorischen Gebläse in einen unmittelbar an der Saugdüse angordneten Staubfangbehälter gefördert wird. Claims: @ Vacuum cleaner, especially for floor cleaning in the household, characterized in that for dust separation from the suction air in Suction nozzle system close to the ground Spray wire and precipitation electrodes according to Art of electrostatic precipitators are arranged by an electronic Hochspannungsyerät with a voltage corresponding to 3 ... .7 kV / cm field strength between the electrodes are supplied, and the dust falling on the collecting electrodes shortest path with a small electric motor fan in one direct The dust collector arranged on the suction nozzle is conveyed. 2. Staubsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ohne Saugrohre oder flexible Saugschläuche und wegen seines kleinen Leistungsbedarfes ohne Kabel und Netzanschluß auskommende Gerät von einer nachladbaren ßatterie gespeist wird. 2. Vacuum cleaner according to claim 1, characterized in that the without Suction pipes or flexible suction hoses and because of its low power requirement The device is powered by a rechargeable battery that does not require a cable or mains connection will. 3. Staubsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubfangbehälter zwecks leichter Sichtkontrolle des Füligrades aus transparentem Kunststoff besteht. 3. Vacuum cleaner according to claim 1, characterized in that the dust collector is made of transparent plastic for the purpose of easy visual inspection of the filling level. 4. Staubsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen Saugdüsengehäuse und Staubbehälter eingeklemmtes Filterpapierblatt für staubfreien Sauglufteintritt in den Motorraum sorgt. 4. Vacuum cleaner according to claim 1, characterized in that a between Suction nozzle housing and dust container clamped filter paper sheet for dust-free Ensures suction air entry into the engine compartment. 5. Staubsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Batterie, Motor mit Gebläse, Einschalter, Ladestecker und die zur Hochspannungserzeugung dienende elektronische Leiterpiatine unmittelbar auf dem Saugdüsen- und Elektrodensystem angeordnet sind, so daß sich für den Hochspannungs- und Lufttransport kürzestmögliche und somit verlustarme Wege ergeben. 5. Vacuum cleaner according to claim 1, characterized in that the battery, Motor with fan, on-switch, charging plug and the one used to generate high voltage electronic circuit board directly on the suction nozzle and electrode system are arranged so that the shortest possible for high voltage and air transport and thus result in low-loss paths. 6. Staubsauger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schieben und Lenken eine seitlich im Saugdüsensystem gelagerte Gabel mit mittigem Stil ähnlich dem von handbetätigten Teppichkehrmaschinen dient.6. Vacuum cleaner according to claim 1, characterized in that for pushing and steering is similar to a fork with a central style, which is mounted on the side in the suction nozzle system which is used by hand-operated carpet sweepers.
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