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Rotorbürste
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Die Erfindung betrifft eine Rotorbürste mit Flüssigkeitsantrieb, bestehend
aus einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten Schaufelrad, das über eine Achse mit
einem Borsten aufweisenden Teller verbunden ist und das Gehäuse einen in Höhe des
Schaufelrades angeordneten Wassereintritt besitzt.
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Eine derartige Rotorbürste ist bereits bekannt. Jedoch besitzt diese
aufgrund der Schaufel form und der Ausführung des Wassereintritts einen schlechten
Wirkungsgrad und ein geringes Drehmoment, da eine Verwirbelung des Wassers im Schaufelbereich
auftritt und eine schlechte Wasserableitung vorhanden ist, die eine Abbremsung des
Borstentellers bewirkt. Zudem kann die antreibende Flüssigkeit, insbesondere Wasser,
ungehindert seitlich aus dem Gehäuse oberhalb des Plattentellers austreten, so daß
dadurch die Reinigungsleistung der Bürste weiterhin erniedrigt wird und zudem eine
beträchtliche Spritzgefahr besteht.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer
Rotorbürste der eingangs beschriebenen Art, diese derart zu verbessern, daß aufgrund
eines hohen Wirkungsgrades und eines geringen Spritzwasserverlustes eine maximale
Waschleistung erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Schaufelrad als
ein Peltonrad und der Wassereintritt als Düsenkanal ausgebildet sind. Der erfindungsgemäße
Antrieb des Borstentellers mittels eines Peltonrades, das ein mit becherförmigen
Schaufeln am Umfang besetztes, aus dem Turbinenbau bekanntes Laufrad ist, besitzt
den besonderen Vorteil, daß auch bei relativ kleinen Wassermengen und relativ geringem
Wasserdruck ein maximaler Wirkungsgrad erzielt wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft,
wenn der Düsenkanal tangential auf die Schaufeln des Peltonrades ausgerichtet ist.
Die Berechnung des Peltonrades in bezug auf die Größe seiner becherförmigen Schaufeln
und der Querschnitt der Austrittsöffnung des Düsenkanals erfolgen aufgrund von bestimmten
bekannten Erfahrungswerten in bezug auf die Beziehungen zwischen Flüssigkeitsgeschwindigkeit,
-menge und -druck. Dabei ist jedoch von Wichtigkeit, daß mittels des Düsenkanals
eine wesentliche Erhöhung der Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erfolgt.
Denn eine hohe Eintrittsgeschwindigkeit bewirkt ein hohes Drehmoment der Rotorbürste
und damit eine hohe Reinigungsleistung. Zweckmäßigerweise kann
zur
Vermeidung von Druckverlusten innerhalb der Flüssigkeitszuleitung erfindungsgemäß
die Achse des Düsenkanals mit der Achse eines Anschlußstutzens für die Zuführleitung
zusammenfallen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß
das Peltonrad mit geringem radialen Spalt konzentrisch im Gehäuse auf einer vertikalen
Achse gelagert ist. Diese trägt gleichzeitig den mit Borsten bestückten, parallel
zum Peltonrad ausgerichteten Teller. Dabei kann das Gehäuse eine horizontale Kopfplatte
mit einstückig daran angeformten, nach unten offenen zylindrischen Schaft aufweisen,
und die vorzugsweise aus einem metallischen Rundbolzen bestehende Achse kann mit
einem Ende zentrisch im hori.ontalen Deckel senkrecht und unlösbar eingelassen sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß der Plattenteller konzentrisch von einem im offenen Endbereich des Schaftes
sitzenden Ring umgeben ist, dessen Unterseite einen Borstenkranz besitzt. Durch
diese erfindungsgemäße Maßnahme wird das durch die Rotationsbewegung des Borstentellers
radial nach außen spritzende Wasser abgefangen, so daß dieses vollständig über den
Borstenteller abfließt und somit die Reinigungsleistung erhöht. Der Ring kann dabei
mittels einer Rast-oder Schnappverschlußkupplung gehaltert sein, und zweckmäßigerweise
sind
die den feststehenden Borstenkranz bildenden Borsten länger und/oder tiefer als
die an der Unterseite des Plattentellers sitzenden Borsten. Diese Ausbildung des
Borstenkranzes verhindert bei zu großem Anpreßdruck der Rotorbürste auf die zu reinigende
Fläche eine zu starke Verformung der Waschborsten.
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Dies ist insofern wichtig, da die beste Reinigungswirkung durch ein
Waschen ohne Anpreßdruck des r jrstentellers durch reine Rotation erreicht wird.
Demnach dienen die Borsten des Borstenkranzes zur Druckentlastung des Borstentellers.
Zusätzlich kann es zweckmäßig sein, wenn die Borsten des Borstenkranzes schräg nach
außen gestellt sind. Diese Schrägstellung der Borsten verhindert bei der Druckaufnahme
ein Wegknicken der Borsten nach innen, wodurch die Drehung des Borstentellers behindert
würde.
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Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
kann zwischen dem Peltonrad und dem Borstenteller ein vorzugsweise als Zahnradgetriebe
ausgebildetes Untersetzungsgetriebe sitzen. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme
wird eine Erhöhung des Drehmoments erzielt, indem die Drehgeschwindigkeit des mit
Borsten bestückten Plattentellers bei gleichbleibender Drehgeschwindigkeit des Peltonrades
reduziert wird. Die Erhöhung des Drehmoments verhindert ein Stehenbleiben des Borstentellers
z.B. an Kanten, so daß z.B. bei normalem Wasserleitungsdruck, d.h. 3 - 4,5 bar und
Wasserleitungsquerschnitt, d.h. z.B. 1/2 Rohrdurchmesser, ein störungsfreies Reinigen
bei voller Leistung möglich ist. Durch die reduzierte Drehgeschwindigkeit des Plattentellers
wird
weiterhin der tangentiale Spritzwasserauswurf wesentlich vermindert. Das Untersetzungsverhältnis
kann beispielsweise 1 : 2 oder 1 : 3 betragen. Im Falle ohne Untersetzungsgetriebe
besitzt das Peltonrad vorzugsweise eine zentrische Buchse, deren Durchgangsbohrung
den metallischen Rundbolzen aufnimmt und deren Endbereich in eine zentrische Bohrung
des mit Borsten bestückten Plattentellers form- und kraftschlüssig eingreift, wobei
der Plattenteller mittels eines in einer endseitigen Nut des Rundbolzens sitzenden
Sicherungsringes axial gehaltert ist. Zweckmäßigerweise besteht die form- und kraftschlüssige
Verbindung zwischen der Peltonradbuchse und der Plattentellerbohrung aus einer ineinandergreifenden
Verzahnung oder aus einer Nut-Paßfederverbindung. Durch diese vorstehende Ausgestaltung
ergibt sich eine relativ einfache kompakte Bauweise sowie eine große Robustheit
und Störunanfälligkeit der erfindungsgemäßen Bürste. Ist ein Untersetzungsgetriebe
vorhanden, dann kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß das Peltonrad ein nach
unten zentrisch vorspringendes Ritzel und der Borstenteller ein nach oben zentrisch
vorspringendes Zahnrad trägt, die drehbeweglich auf einem in der Kopfplatte des
Gehäuses unlösbar eingesetzten metallischen Rundbolzen gelagert sind und mit einem
auf einer separaten Achse starr miteinander verbundenen Zahnradpaar kämmen, wobei
die separate Achse parallel zum Rundbolzen ausgerichtet und in einer stegförmigen
Verstrebung gelagert ist. Die Verstrebung ist mit einer zentrischen Bohrung, die
den metallischen
Rundbolzen umschließt, und mit einer exzentrisch
angeordneten Bohrung zur Aufnahme der das Zahnradpaar tragenden separaten Achse
versehen. Zur Versteifung ist dabei mit Vorteil an der zentrischen und exzentrischen
Bohrung jeweils ein aus der Plattenebene heraustretender Bund angeordnet. Die Verstrebung
stützt sich vorteilhafterweise im Gehäuseinneren gegen zwei oder drei angeformte
Anschläge ab und ist beispielsweise mit diesen vorteilhafterweise durch Verschrauben,
Verschweißen oder Verkleben verbunden.
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Um die Bürste nach der Erfindung so einfach und kostengünstig wie
eben möglich auszuführen, sind zweckmäßigerweise das Peltonrad mit Ritzel und der
Borstenteller mit Zahnrad jeweils einstückig ausgebildet. Die separate Achse kann
mit einem ihrer Zahnräder einstückig ausgebildet sein, wobei das lose Zahnrad über
eine Nut-Paßfederverbindung oder dergleichen mit der Achse gekuppelt und mittels
eines in einer endseitigen Ringnut der Achse eingesetzten Sicherungsringes axial
festgelegt ist. Alternativ kann die separate Achse aber auch einstückig mit dem
Zahnradpaar ausgebildet sein. In diesem Fall besitzt die exzentrische Bohrung in
der Verstrebung einen Durchmesser, der ein Hindurchstecken des kleinen Zahnrades
ermöglicht, wobei dann zur axialen Festlegung ein Sicherungsring dient, der in einer
Ringnut der Achse sitzt, die zwischen den einander benachbarten Seiten der Verstrebung
und dem kleinen Zahnrad angeordnet ist.Um das
Gewicht der erfindungsgemäßen
Bürste möglichst gering zu halten und eine vom Material her unempfindliche Ausführung
zu schaffen, so daß eventuelle durch Wasser verursachte Korrosionserscheinungen
an den einzelnen Bürstenbestandteilen nicht auftreten können, ist es erfindungsgemäß
von Vorteil, wenn sämtliche Bestandteile der Bürste mit Ausnahme des metallischen
z. B. aus Messing oder rostfreiem Stahl bestehenden Rundbolzens aus relativ leichtem
thermoplastischem Kunststoff bestehen. Je nach Einsatzzweck der erfindungsgemäßen
Bürste können auch die Borsten aus Kunststoff bzw. Kunstfasern und/oder tierischell
Haaren und/oder pflanzlichen Fasern bestehen.
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Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei auf
der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführurigsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Bürste, Fig. 2 eine Draufsicht nach Fig. 1 teilweise im Schnitt, Fig. 3 einen Vertikalschnitt
durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bürste und Fig. 4 eine teilweise geschnittene
Draufsicht nach Fig. 3.
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Die erfindungsgemäße Bürste nach Fig. 1 und 2 besteht aus einem etwa
napfförmig ausgebildeten Gehäuse mit einer horizontalen ebenen Kopfplatte 1 mit
sich einstückig daran anschließendem zylindrischen Schaft 2. Das Gehäuse umfaßt
weiterhin einen Anschlußstutzen 3 zum Anschluß einer Schlauchkupplung oder dergleichen,
der gleichzeitig als Handgriff ausgebildet ist. Am Übergang des Anschlußstutzens
3 zum Gehäuse ist unterhalb des Anschlußstutzens ein Stutzen 3 a mit Innengewinde
gleichzeitig befestigt, in das eine Verlängerungsstange eingeschraubt werden kann.
Der Anschlußstutzen 3 besitzt eine Bohrung, die als sich zum Gehäuseinneren kontinuierlich
verjüngender Düsenkanal 4 ausgebildet ist. In Abweichung von der zeichnerischen
Darstellung kann die Achse des Anschlußstutzens 3 mit der Achse des Düsenkanals
4 zusammenfallen, so daß sich eine etwa tangentiale Ausrichtung zum Gehäuseschaft
2 ergibt. Auch ist es denkbar, zwei Düsenkanäle parallel untereinander im Anschlußstutzen
vorzusehen. Das vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff bestehende, beispielsweise
im Spritzgußverfahren hergestellte Gehäuse trägt gehäuseinnenseitig eine zentrisch
angeordnete und senkrecht ausgerichtete Achse, die als metallischer, z.B. aus Messing
bestehender Rundbolzen 5 ausgeführt ist. Der Rundbolzen 5 ist durch Umspritzen fest
in der Gehäusekappe 1 verankert, wobei die Stabilität der Verankerung durch einen
ins Gehäuseinnere hineinspringenden Bund 6 sowie durch eine Rändelung 7 am Rundbolzenende
erhöht ist.
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Der Rundbolzen 5 lagert ein aus z.B. thermoplastischem Kunststoff
bestehendes Peltonrad 8, das am Umfang mit an ihrer Oberseite geschlossenen, becherförmigen
Schaufeln 9 besetzt ist.
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Der Durchmesser des Peltonrades 8 ist so bemessen, daß zwischen Außenseite
der Schaufeln 9 und dem Innenmantel des Gehäuseschaftes 2 nur ein geringer Spalt
10 verbleibt. Das Peltonrad besitzt auf seiner Oberseite eine zentrische Vertiefung
11, in die der an der Innenseite der Gehäusekappe 1 angeformte Bund 6 eingreift,
wobei der Bund 6 gleichzeitig als Abstandhalter wirkt, um das Peltonrad im Abstand
von der Unterseite der Gehäusekappe zu halten. Auf der der Ausnehmung 11 gegenüberliegenden
Seite besitzt das Peltonrad 8 eine zentrisch angeformte, mit einer Durchgangsbohrung
12 versehene Buchse 13, deren Durchgangsbohrung dem Durchmesser des Rundbolzens
5 so angepaßt ist, daß sich eine praktisch reibungsfreie Lagerung des Peltonrades
8 im Rundbolzen ergibt. Zwecks Gewichts- und Materialersparnis ist das Peltonrad
mit Durchbrüchen 14 versehen.
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Mit dem Bund 13 des Peltonrades 8 ist ein unterseitig mit eingelassenen
Borsten 15 bestückter Borstenteller 16 mit einer Aufnahmeöffnung 17 kraft- und formschlüssig
beispielsweise über Nuten und Paßfeder verbunden, wobei der Bund 13 in die Aufnahmebohrung
17 eindringt. Der Borstenteller 16 besitzt unterseitig eine Aussparung 18 und eine
von dieser ausgehende, in die Ausnehmung 17 mündende Bohrung 19 mit einem dem Rundbolzen
5
entsprechenden Durchmesser. Der freie Endbereich des Rundbolzens
endet in der Aussparung 18 des Borstentellers 16 und besitzt in Höhe des Bodens
der Aussparung 18 eine Ringnut 20, in der ein Sicherungsring 21 eingesetzt ist.
Damit sind Peltonrad 8 und Borstenteller 16 am Rundbolzen 5 axial festgelegt.
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Der Borstenteller 16 besitzt eine Reihe von Durchgangsöffnungen 22,
durch die das eingeleitete Wasser in die Borsten 15 fließen kann.
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Der Borstenteller 16 wird konzentrisch von einem Ring 23, der ebenso
wie das Peltonrad 8 und der Borstenteller 16 aus z.B.
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thermoplastischem Kunststoff besteht, umfaßt, wobei der Ring 23 unterseitig
einen umlaufenden Borstenkranz 24 trägt, dessen Borsten steifer und/oder länger
als die Borsten 15 und nach außen schräg gestellt sind. Die Außenfläche des Ringes
23 ist konisch und besitzt eine Nut 25. Der offene Endbereich des Gehäuseschaftes
2 besitzt eine dem Konus des Ringes 23 angepaßte Trichterform und einen umlaufenden
Wulst 26, der in die Nut 25 des Ringes 23 einzuschnappen vermag, wenn der Ring mit
gewisser Kraft in die Gehäuseöffnung hineingeschoben wird. Am inneren Ende des Ringes
23 ist eine nach innen gerichtete Zunge 27 angeformt, die den Zweck hat, den Spalt
zwischen Borstenteller 16 und Ring 23 weitgehend abzudecken, damit möglichst viel
Wasser durch die Öffnungen 22 und weniger Wasser durch den Umfangsspalt fließt.
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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 3 und 4 weicht gegenüber
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel insoweit ab, als zwischen dem Peltonrad
8 und dem Borstenteller 16 ein Untersetzungsgetriebe angeordnet ist. Dabei ist der
Bund 13 des Peltonrades als Ritzel 28 ausgebildet und der Borstenteller 16 trägt
oberseitig ein Zahnrad 29.
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Ritzel 28 und Zahnrad 29 können vorzugsweise mit dem Peltonrad 8 bzw.
mit dem Borstenteller 16 einstückig ausgebildet sein. Mit den Zähnen des Ritzels
28 und den Zähnen des Zahnrades 29 kämmen die Zähne eines auf einer separaten Achse
30 angeordneten Zahnradpaares, wobei das kleinere Zahnrad 32 des Zahnradpaares einen
dem Ritzel 28 entsprechenden Durchmesser und das größere Zahnrad 33 einen dem Zahnrad
29 entsprechenden Durchmesser besitzt, so daß hier eine Untersetzung beispielsweise
von 1 : 2 bis 1 : 3 vorliegt.
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Die separate Achse 30 ist in einer konzentrisch angeordneten, mit
einem Verstärkungsbund 34 versehenen Bohrung 35 einer stegförmigen Verstrebung 37
gelagert, wobei in die Bohrung 35 eine Lagerbuchse 36 eingesetzt sein kann. Die
Verstrebung 37 besitzt eine zentrische, durch einen Bund 38 versteifte Bohrung,
mit der sie den in die Gehäusekappe 1 unlösbar eingesetzten Rundbolzen 5 umgreift.
Die Verstrebung stützt sich gegen zwei oder drei im Gehäuseinneren an geformte Anschläge
39 ab und ist dadurch lagefixiert, daß sie mit den Anschlägen verschraubt, verklebt
oder verschweißt wird. Die stegförmige Ausbildung der Verstrebung 37
ermöglicht
einen ungehinderten Wasserdurchfluß. Die Einzelbestandteile der Bürste nach Fig.
3 und 4 können mit Ausnahme des Rundbolzens 5 aus z.B. thermoplastischem Kunststoff
bestehen und kostengünstig z.B. im Spritzdruckguß-Verfahren hergestellt werden.