DE60105810T2

DE60105810T2 - Luft-Teilchenabscheider

Info

Publication number: DE60105810T2
Application number: DE60105810T
Authority: DE
Inventors: John Herbert North
Original assignee: North John Herbert Honingham
Current assignee: North John Herbert Honingham Norwich Gb
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: EP1516574A2; DE60105810D1; US6936095B2; GB2399308A; US20040103785A1; GB2399308B; EP1299024B1; GB2404888B8; EP1299024A1; GB2404888A; EP1516574A3; GB0425692D0; GB2404888A8; GB2404888B; AU2001267732A1; GB0400226D0; ES2228893T3; WO2002003845A1; ATE276699T1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Separatoren, die auf der Grundlage der relativen Dichten einen Stoff von einem anderen trennen. In Verbindung mit Haushalten ist ein Staubsauger auf der Grundlage eines Luftwirbels ein Separator zum Abtrennen von Schmutz- und Staubpartikeln aus Luft. Ähnliche Vorrichtungen werden bei industriellen und gewerblichen Verfahren, in Laboratorien und in einer Klinik- und Krankenhausumgebung zum Abtrennen von partikelförmigen Stoffen aus strömenden Medien, im allgemeinen einem Luft- oder Gasgemisch, zum Abtrennen von partikelförmigen Stoffen aus Flüssigkeiten oder einer Flüssigkeit aus einer anderen verwendet. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, läßt sich die Erfindung bei Staubsaugern verwenden, bei denen ein oder mehrere Luftwirbel in dem Gerät zum Zwecke eines wirksamen Abtrennens von Staub- und Schmutzpartikeln von einem eintretenden Luftstrom verwendet werden.
Vorgeschichte der Erfindung
Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Formen von Staubsaugern entwickelt. Die herkömmlichen Staubsauger ziehen mit Staub beladene Luft durch einen Tuch- oder Papierbeutel, in dem sämtliche Partikel mit einer Porengröße über der des die Beutelwand bildenden Werkstoffs zurückgehalten werden.
Feinere Partikel treten durch die poröse Wand durch, und zum Abfangen dieser feinen Partikel und um zu verhindern, daß sie in die Umgebung, aus der sie anfangs durch Sog entfernt wurden, zurückgeführt werden, sind vor der Unterdruckquelle, im allgemeinen ein durch einen Elektromotor angetriebenes Gebläse oder eine Turbine, ein oder mehrere Filter vorgesehen.
Am Ende verstopfen diese Filter und müssen gereinigt und/oder ausgewechselt werden. Lange vor Erreichen dieses Zustands nimmt der Luftstrom durch das oder die Filter wegen ihrer teilweisen Verstopfung ab.
Die EP-A 0 489 565 beschreibt einen Partikelseparator, bei dem ein Luftwirbel zum Abtrennen der Partikel vom eintretenden Luftstrom verwendet wird. Die Partikel werden in getrennten Teilen eines Behälters gesammelt. Der Trennluftwirbel wird in einer Trennkammer unter Verwendung eines kegelstumpfförmigen Gliedes aufgebaut, das mittig in einer allgemein zylinderförmigen Kammer, die einen Luftwirbel auslöst, angeordnet ist. Öffnungen in einer zylinderförmigen Verlängerung des kegelstumpfförmigen Luftwirbelauslösers ermöglichen der gereinigten Luft den Austritt aus der Trennkammer. Es wurde gefunden, daß diese Anordnung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anordnung unterlegen ist.
Aufgaben der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung Biegt in dem Ausbilden eines verbesserten Verfahrens und Gerätes zum Abtrennen von feinen Partikeln aus einem durch Sog bewirkten Gasgemischstrom, wie zum Beispiel Luft oder einem Fluidum.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung liegt in dem Ausbilden eines Partikelabtrennverfahrens und -gerätes, bei dem das Herauslösen der Partikel aus einem Luftstrom so erfolgt, daß die Betriebsdauer des normalerweise in einem Staubsauger vor der den Sog erzeugenden Vorrichtung eingesetzten Endfilters beträchtlich erhöht wird.
Definition
In der folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen bedeutet (sofern der Zusammenhang es zuläßt) ein Bezug auf Luft einen Hinweis auf jede gasförmige oder flüssige Fluidum und ein Bezug auf Partikel einen Hinweis auf jeden partikelförmigen oder faserartigen Stoff, dessen Dichte über der des Fluidums liegt.
Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein vielstufiger Partikel/Luftseparator zum Abtrennen von Partikeln aus mit Partikeln beladener Luft:

(1) eine erste Stufe mit einer zylinderförmigen Kammer, von deren einem Ende im Innern ein zentrales Glied ausgeht, das in seiner von dem einen Ende abgelegenen Wand Öffnungen aufweist,
(2) einen Lufteinlaß in der Kammerwand, durch den mit Partikeln beladene Luft tangential in die Kammer in der Nähe ihres einen Endes eintritt,
(3) eine zweite Staub/Lufttrennstufe, in die Luft aus der Kammer der ersten Stufe über die Öffnungen in der Wand und dem hohlen Innenraum des zentralen Gliedes eintreten kann,
(4) Saugmittel zum Einleiten eines Luftstroms aus der ersten in die zweite Stufe,
(5) ein Partikelsammelgebiet an dem von dem einen Ende abgelegenen Ende der Kammer, in das die Partikel als Ergebnis ihrer Abscheidung aus der in das zentrale Glied gelangenden Luft wandern,
(6) ein nicht Öffnungen aufweisendes Wandteil des zentralen Gliedes an dem einen Ende der Kammer, das in der Kammer am Lufteinlaß zu dieser ein ringförmiges Gebiet definiert, und
(7) wobei das nicht mit Öffnungen versehene Gebiet und der eintreffende tangentiale Luftstrom zum Auslösen eines Luftwirbels in der Kammer zusammenwirken, so daß die eintreffende Luft in eine in der Kammer an ihrem einen Ende rotierende Luftmasse geformt wird, so daß die Zentrifugalkraft dazu führt, daß in der eintreffenden Luft Partikel, die schwerer als Luft sind, in die Außengebiete der Kammer wandern und der Sog eine axiale Wanderung der rotierenden Luftmasse von dem einen Ende der Kammer in Richtung auf ihr anderes Ende bewirkt, und dadurch gekennzeichnet, daß
(8) das mit Öffnungen versehene Gebiet des zentralen Gliedes eine halbkugel- oder kegelstumpfförmige hohle Schale ist, die von dem nicht mit Öffnungen versehenen Gebiet in Richtung auf das andere Ende der Kammer verläuft.

Die Erfindung sieht deshalb auch ein Verfahren zum Abtrennen von Partikeln aus mit Partikeln beladener Luft mit einem vielstufigen Separator vor, wie er hier beansprucht wird, wobei die erste Stufe eine im allgemeinen zylinderförmige Kammer mit einem axial von ihrem einen Ende ausgehenden hohlen zentralen Glied aufweist und Öffnungen in der Wand des zentralen Gliedes abgelegen von dem einen Ende enthält, und wobei das Abscheiden in der ersten Stufe durch tangentiales Einleiten von Luft in die Kammer in der Nähe ihres einen Endes erreicht wird und das tangentiale Einleiten in Kombination mit einem keine Öffnungen aufweisenden Gebiet der Wand des zentralen Gliedes in der Kammer eine rotierende Luftmasse hervorruft und dadurch bewirkt, daß Partikel, die schwerer als Luft sind, unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft in die äußeren Gebiete der Kammer wandern, durch Anlegen eines Soges an den Innenraum der zentralen Kammer eine axiale Wanderung der rotierenden Luftmasse ausgelöst wird zum Bewirken einer axialen Bewegung der Luft durch die Kammer vor ihrem Austritt durch die Öffnungen in der halbkugel- oder kegelstumpfförmigen Wand des zentralen Gliedes und Auswählen der Sogkraft derart, daß Partikel nahe den Wänden der Kammer zum Fortsetzen einer Bewegung auf einem sich allgemein drehenden und axial fortsetzenden Weg in ein Partikel aufsammelndes Gebiet der Kammer neigen, während verhältnismäßig partikelfreie Luft bei ihrer axialen Vorbewegung radial nach innen gezogen wird, um durch Öffnungen in der halbkugel- oder kegelstumpfförmigen Wand des zentralen Gliedes in Richtung auf eine zweite Trennstufe auszutreten.
Vorzugsweise verläuft ein Rock vom Ende des zentralen Gliedes jenseits des die Öffnungen in seiner Wand enthaltenden Gebietes zum Definieren eines schmalen Ringspalts zwischen dem Rock und der Wand der Kammer, so daß die Partikel in dem den Staub sammelnden Gebiet, die aufgrund der Turbulenz in dem Gebiet in Richtung auf das zentrale Glied aufsteigen können, an einem Erreichen der Öff nungen in ihm gehindert werden, es sei denn, daß sie gegen den Strom der einlangenden Partikel zum Durchtritt durch den schmalen Ringspalt radial nach außen wandern.
Vorzugsweise ist ein Ringflansch um das zentrale Glied herum zwischen dem die Öffnungen nicht aufweisenden und dem diese aufweisenden Gebiet seiner Wand vorgesehen, um den Luftwirbel der in der Kammer rotierenden Luft während ihres Weges entlang der Kammer vom zentralen Glied wegzudrücken.
Vorzugsweise werden in einer späteren Trennstufe abgetrennte Partikel einem Partikel sammelnden Gebiet über einen durch das zentrale Glied der ersten Stufe durchtretenden Durchgang zugeführt.
Vorzugsweise steht der Durchgang mit dem die Partikel aufsammelnden Gebiet der zylinderförmigen Kammer der ersten Stufe über ein Ventilmittel in Verbindung, das während des Luftstroms durch das Gerät geschlossen ist und nach seinem Beenden geöffnet wird, damit die strömungsoberhalb des Ventils aufgesammelten Partikel in das sie aufsammelnde Gebiet der Kammer der ersten Stufe eintreten können.
Das Ventilmittel kann ein Kugelventil sein, bei dem die Kugel zum Schließen des Ventils durch den durch die Sogwirkung bewirkten Luftstrom durch das Gerät angehoben wird.
Bei geschlossenem Ventil liegt der axiale Abstand zwischen dem Austrittsende des Durchgangs in dem zentralen Glied und der Kugel in der Größenordnung von 52 mm.
Das Ventilmittel kann ein Verschlußglied aufweisen, das durch Federmittel in einem offenen Zustand gehalten wird.
Zum Herabsetzen der axialen Länge des Ventilgehäuses kann das Verschlußglied ein Ventilkegel sein, der eine ebene Platte aufweist, die sich bei Bewegung des Ventilkegels zwischen seiner Schließ- und seiner Offenstellung dem Austrittsende des zentralen Kanals nähert und sich von ihm entfernt. Bei dieser Anordnung liegt der Abstand zwischen der Platte und dem Austrittsende des zentralen Kanals bei geschlossenem Ventil im typischen Fall in der Größenordnung von 4 mm.
Der Durchgang, der die in einer späteren Trennstufe abgetrennten Partikel durch das zentrale Glied führt, kann stattdessen mit einem die Partikel aufsammelnden Gebiet in Verbindung stehen, das von dem die Partikel aufsammelnden Gebiet der ersten Stufe getrennt ist, so daß die in der ersten Stufe abgetrennten Partikel getrennt von den in der späteren Stufe des vielstufigen Separators abgetrennten Partikeln aufgesammelt werden.
Bei einer solchen Anordnung kann das getrennte, die Partikel aufsammelnde Gebiet durch ein zentral zur Kammer vom unteren Ende der zentralen Kammer in Richtung auf ihr fernes Ende verlaufendes und sich dichtend an dieses anlegendes rohrförmiges Glied gebildet werden, um dadurch mit der Wand des fernen Endes der Kammer ein ringförmiges Gebiet zu bilden, das das die Partikel aufsammelnde Gebiet der ersten Stufe und ein getrenntes inneres Gebiet zum Aufsammeln der Partikel von der späteren Stufe darstellt.
Das rohrförmige Glied kann von der Stirnwand der Kammer abtrennbar sein.
Auf jeden Fall kann die zylinderförmige Kammer in zwei Teilen ausgebildet werden, ein erstes Teil, das ein die zentrale Kammer umschließendes zylinderförmiges Gebiet ist, das axial im wesentlichen genauso weit wie das zentrale Glied läuft, und ein zweites Teil, das zum Bilden einer Umschließung in axialer Ausrichtung mit dem ersten Teil dichtend mit diesem verbunden sein kann und ein geschlossenes Ende aufweist, das zum Ausbilden der getrennten Staub aufsammelnden Kammer durch das freie Ende des rohrförmigen Gliedes erfaßt wird.
Bei jeder bisher betrachteten Ausführung des Gerätes verläuft zweckmäßig ein Durchgang durch das zentrale Glied von den Öffnungen in dessen Wand zu einem Eingang in einer einen Teil einer zweiten Trennstufe bildenden zweiten zylinderförmigen Kammer, durch die Luft und sämtliche in dieser verbleibenden Partikel von der ersten Stufe zum Eingang der zweiten Stufe durchlaufen. Selbstverständlich liegt die zweite zylinderförmige Kammer strömungsunterhalb der ersten Kammer und im typischen Fall jenseits des einen Endes der ersten Kammer, abgelegen von dem Staub aufsammelnden Gebiet der letzteren.
Vorzugsweise bewirkt der Eingang in die zweite zylinderförmige Kammer einen tangentialen Eintritt der Luft in die Kammer, und diese weist ein hohles zentrales Glied auf, das axial zu ihr über mindestens einen Teil ihrer Länge von ihrem von der ersten Kammer am weitesten abgelegenen Ende verläuft.
Das freie Ende des hohlen zentralen Gliedes kann mindestens eine Öffnung aufweisen zum Bilden eines Auslasses für Luft und sämtliche verbleibenden Partikel zum Austreten aus der zweiten Kammer. Alternativ ist das freie Ende des hohlen zentralen Gliedes geschlossen, aber die Wand des zentralen Gliedes weist Öffnungen auf, durch die Luft und sämtliche verbleibenden Partikel aus der zweiten Kammer austreten können.
Das zentrale Glied in der zweiten Kammer weist zweckmäßig eine Einrichtung zum Ausbilden eines Luftwirbels für die in die zweite Kammer eintretende Luft auf.
Der Eingang zur zweiten Kammer befindet sich vorzugsweise in der Nähe ihres von der ersten Kammer am weitesten abgelegenen Endes.
Ein schraubenförmiger Flansch kann vorgesehen sein und aus dem zentralen Glied herausstehen und damit bewirken, daß die in der zweiten Kammer umlaufende Luft bei ihrem Weg vom einen zum anderen Ende der Kammer eine schraubenförmige Bahn beschreibt. Der schraubenförmige Flansch kann weniger als eine voll ständige Windung, eine vollständige Windung, mehr als eine Windung oder mehrere vollständige Windungen aufweisen.
Eine drehbare Turbine kann in der zweiten Kammer zwecks Drehung um die Kammerachse angeordnet werden, und die Turbinenblätter sind gegenüber dem Eingang in der zweiten Kammer ausgerichtet, so daß der eintretende tangentiale Luftstrom ihre Drehung bewirkt. Die Turbine umfaßt mindestens zwei Abschnitte, die in einem axialen Abstand zu den Blättern eines Abschnitts und nicht in Phase mit denen des anderen Abschnitts liegen.
Die Turbine kann an dem hohlen zentralen Glied befestigt sein. Dieses ist in der zweiten Kammer drehbar und dreht sich mit der Turbine.
Die besagte zweite Kammer weist vorzugsweise ein erstes, allgemein zylinderförmiges und ein von diesem axial ausgehendes zweites Gebiet auf, das kegelstumpfförmig ist und dessen Durchmesser ausgehend von dem des zylinderförmigen Gebiets in einer Richtung weg von diesem fortschreitend abnimmt. Der eingeschlossene Winkel des Konus, von dem die kegelstumpfförmige Fläche einen Teil bildet, liegt im typischen Fall im Bereich von 100 bis 140 Grad und beträgt vorzugsweise 120 Grad.
Die zweite Kammer enthält vorzugsweise ein drittes Gebiet, das axial jenseits des ersten kegelstumpfförmigen Gebiets verläuft, das auch kegelstumpfförmig ist, aber bei dem der Durchmesser mit axialem Abstand von dem zylinderförmigen Gebiet fortschreitend langsamer als der Durchmesser des ersten kegelstumpfförmigen Gebiets abnimmt.
Das Gerät kann eine strömungsunterhalb der zweiten Stufe angeordnete dritte Trennstufe aufweisen zum Abtrennen jeglicher in dem von der zweiten zur dritten Stufe strömenden Luft verbleibender Partikel.
Im typischen Fall steht der zentrale Durchgang der zweiten Stufe mit der dritten Stufe in Verbindung und ermöglicht einen Luftstrom von der zweiten Stufe in die dritte Stufe.
Im typischen Fall ist auch die dritte Stufe eine allgemein zylinderförmige Kammer, und zweckmäßig tritt Luft in die dritte Stufe allgemein zentral zu einem Ende der Kammer ein, und die Kammer der dritten Stufe enthält ein hohles zentrales Glied und einen ersten Auslaß in der Wand des zentralen Gliedes und einen zweiten Auslaß in der Wand der Kammer. Eine Ablenkfläche ist vorzugsweise in der dritten Stufe vorgesehen und bewirkt, daß in die Kammer eintretende Luft sich radial nach außen bewegt, so daß sämtliche in dem Luftstrom verbleibenden Partikel radial vom Zentrum der Kammer und axial vom ersten Auslaß in einer Richtung zum Eintritt in den zweiten Auslaß wegbewegt werden.
Die Ablenkfläche ist zweckmäßig ein konisches unteres Ende des zentralen Gliedes in der dritten Stufe, dessen Scheitel in Richtung auf den eintretenden Luftstrom zeigt.
Zum Bewirken einer Dreh- und Axialbewegung des Luftstroms durch die dritte Stufe kann eine Schraubenlinie um das zentrale Glied verlaufen. In diesem Fall liegt der zweite Auslaß zweckmäßig axial jenseits des Austrittsendes der Schraubenlinie.
Unabhängig von den Merkmalen der Kammer der dritten Stufe umfaßt der erste Auslaß zweckmäßig eine Vielzahl von kleinen Öffnungen in der Wand des zentralen Gliedes in der dritten Stufe.
In einer bevorzugten Anordnung enthält die dritte Stufe ein von der Turbine in der zweiten Stufe angetriebenes hohles rotierendes zentrales Glied, um dem in die dritte Stufe eintretenden Luftstrom eine Drehbewegung zu erteilen und um damit zu bewirken, daß die in der in die dritte Stufe eintretenden Luft enthaltenen Partikel unter der Einwirkung einer Zentrifugalkraft nach außen wandern, und ein zwei ter Auslaß ist in der dritten Stufe angeordnet, um solche Partikel zwecks Rückführung zu einer früheren Abtrennstufe aufzusammeln, und ein erster Auslaß ist an dem Ende der Kammer angeordnet, das entgegengesetzt zu dem Ende liegt, in das der Luftstrom eintritt, so daß die Luft nach ihrer Drehbewegung vor Verlassen der Kammer durch den ersten Auslaß ihre Richtung ändern und sich axial durch die Kammer bewegen muß.
Unabhängig davon, ob ein rotierendes Glied vorgesehen ist oder nicht, steht der zweite Auslaß vorzugsweise über einen Durchgang mit einem zweiten Einlaß in der Wand der Kammer der zweiten Stufe in Verbindung, und vorzugsweise bewirkt dieser zweite Auslaß in der Wand der zweiten Stufe, daß der Eintritt der Luft in die Kammer der zweiten Stufe tangential zu der Kammer und in der gleichen Richtung erfolgt, wie die Luft bereits in der Kammer der zweiten Stufe rotiert. In der Praxis wurde gefunden, daß die Drehung der Luft in der zweiten Kammer am zweiten Einlaß, der mit Luft aus der dritten Kammer gespeist wird, eine Sogwirkung erzeugt. Diese ist mindestens genauso groß wie die Sogwirkung am ersten Auslaß in der dritten Stufe.
Bei sämtlichen Ausführungsformen der dritten Stufe umschließt eine Öffnungen aufweisende Kappe oder ein Netz vorzugsweise mindestens einen Teil des zentralen Gliedes in der dritten Stufe. Damit wird für durch diese abgelenkte Partikel die Möglichkeit herabgesetzt, zum Verlassen der dritten Stufe über den ersten Auslaß zurückzukehren.
In dem oder in jedem Partikel aufsammelnden Gebiet können Höhendetektormittel angeordnet werden zum Auslösen eines Alarms und/oder Beenden des Betriebs der den Sog bewirkenden Vorrichtung für den Fall, daß die in dem Gebiet aufgesammelten Partikel ein vorgegebenes Volumen überschreiten.
In den beiliegenden Zeichnungen werden verschiedene Ausführungsformen des Partikelseparatorgeräts gezeigt und nun beschrieben. Die meisten dieser Ausführungsformen sind erfindungsgemäß ausgebildet.
In 1 bildet ein durch einen Elektromotor angetriebenes Gebläse oder eine Turbine 10 am oberen Ende des Durchgangs 12 eine Sogquelle und zieht vom Einlaßkanal 14 Luft durch die verschiedenen Stufen des Gerätes. Dies wird nun beschrieben.
Im Fall eines Haushalt- oder eines gewerblichen Staubsaugers 14 wird dieser an einen nichtgezeigten Schlauch angeschlossen. An seinem abgelegenen Ende weist dieser einen nichtgezeigten Staubsammelkopf bekannter Konstruktion auf. Der letzte Teil des Schlauches kann in bekannter Weise steif sein.
Im Fall einer Vorrichtung zum Abtrennen von Partikeln aus Luft aus einem Gerät, wie in einem Labor oder in einer industriellen oder gewerblichen Umgebung, wird der Einlaß 14 an die Umschließung angeschlossen, aus der mit Staub oder Partikeln beladene Luft abgezogen werden soll.
Ein Filter 16, das zum Reinigen oder Auswechseln entfernbar sein kann, wird unmittelbar vor der Sogquelle 10 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen kann dies in Anbetracht des sehr hohen Wirkungsgrades dieser Ausführungsformen beim Entfernen von Partikeln aus der eintretenden Luft entfallen.
Der Einlaßkanal 14 führt Luft in das obere Ende 18 einer zweiteiligen zylinderförmigen Kammer 20, 22 ein. Die beiden Teile sind bei 24 abgedichtet miteinander verbunden. Sie lassen sich jedoch trennen, damit aus dem Luftstrom aufgesammelte Partikel entsorgt werden können.
Aufgesammelt werden Partikel aus einer ersten Trennstufe (was bei 20, 22 erfolgt) in dem ringförmigen Raum 26 am unteren Ende von 22. Dieser wird ausgebildet durch ein mittiges, hohles, kegelstumpfförmiges Gehäuse 28, das zur dichtenden Anlage an einer von dem ebenen, geschlossenen Ende 32 von 22 hochstehenden kreisförmigen Platte 30 mittig zu 20, 22 verläuft. Der Raum innerhalb von 28 dient als zweites Partikel sammelndes Gebiet zum Zurückhalten der durch den Luftstrom in der noch zu beschreibenden zweiten Abtrennstufe abgetrennten Partikel.
Das obere Ende von 20 ist bei 34 abgeschlossen, enthält aber eine zentrale, kreisförmige Öffnung 36, durch die eine kegelstumpfförmige Verlängerung 38 einer zweiten zylinderförmigen Kammer 40 in Richtung nach unten durchtreten kann. Ein ringförmiger Raum 42 zwischen der Wand der Öffnung 36 und der Verlängerung 38 gestattet der Luft das Verlassen von 20, 22 und das Eintreten in eine Ringleitung 44, aus der sie über einen bei 46 gestrichelt gezeichneten Durchgang zu einer Einlaßöffnung 48 am oberen Ende der Kammer 40 gelangen kann.
Der Einlaß 48 leitet Luft in den Innenraum von 40 in einer tangentialen Weise, ähnlich wie 14 Luft in das Gebiet am oberen Ende von 20, 22 einleitet.
Zentrisch zu 18 verläuft ein Kragen 50 axial nach unten in Richtung auf 20, und der Innenraum des Kragens steht mit der Öffnung 36 im Ende 34 von 20 in Verbindung. Der Kragen ist allgemein zylinderförmig und endet in einem teilweise halbkugelförmigen Dom 52, der nach unten verläuft und die kegelstumpfförmige Verlängerung 38 umschließt, wo diese bei 54 abgedichtet verbunden ist. Ein Mantel 56, der auch im allgemeinen teilweise halbkreisförmig und an seinem unteren Ende offen ist, geht von der Verbindungsstelle 54 aus.
Der Dom 52 wird von einer großen Zahl von sehr kleinen Löchern 53 durchbrochen. Der Mantel ist nicht durchbrochen.
Im Betrieb setzt der eintreffende tangentiale Luftstoß durch 18 eine rotierende Luftmasse um 50 in Bewegung, die nur über die Löcher 53 austreten kann, die axial gegenüber dem Gebiet, in das die Luft eingeleitet wird, versetzt sind. Dies bewirkt, daß die rotierende Luftmasse bei ihrer Rotation axial wandert und innerhalb 20, 22 einen sogenannten Wirbelstrom auslöst und Partikel, die schwerer als Luft sind, in Richtung auf die zylinderförmige Wand der Kammer 20 geschleudert werden. Die Partikel wandern axial mit dem Luftwirbel, und bei Anlangen in einer sich schraubenförmig nach unten bewegenden Bahn neigen sie zu einem Weiterlauf in dieser Weise axial nach unten in der Kammer 20, 22 durch den Ringspalt zwischen dem Mantel 56 und dem Innenraum von 22.
Sobald sich die Partikel unter dem Mantel 56 befinden, besteht für sie selbst bei einer Durchwirbelung unterhalb des Mantels wenig Neigung zu einem Zurückwandern in der Kammer nach oben, und sie neigen zu einem Zusammenklumpen in dem ringförmigen Gebiet 26.
Obwohl die bei 18 eintretende Luft mit Partikeln schwerer als Luft beladen sein kann (Staub, Haare, Grus und dergleichen, wie bei einem Staubsauger), wird der Dreck dieser Partikel von der Luft vor deren Durchtritt durch die Öffnungen 53 in der umgedrehten Domkonstruktion 52 abgetrennt. Die damit durch 42 und über 44, 46 und 48 in das obere Ende der zweiten Abtrennstufe eintretende Luft ist damit gegenüber der bei 14 eintretenden Luft im wesentlichen frei von Partikeln.
Wie bereits erwähnt wurde, wird ein Sog an das obere Ende des Durchgangs 12 angelegt, der von einem hohlen, allgemein zylinderförmigen Gehäuse 58 gebildet wird, das axial zu der zylinderförmigen Kammer 40 verläuft und in der Nähe ihres unteren Endes endet.
Das untere Ende des Gehäuses 58 ist bei 60 geschlossen. Um dieses geschlossene Ende herum wird die Wand von 58 jedoch mit einer großen Anzahl von kleinen Löchern 62 durchbrochen, so daß der bei 12 angelegte Sog bewirkt, daß die Luft innerhalb von 40 in den Innenraum von 58 gesaugt wird und axial durch diesen in Richtung nach oben durchtritt.
Dieser Sog bewirkt ein Hereinziehen der Luft durch 48 aus 44, und damit wird ein Luftstrom durch die Kammern und den Durchgang 46 vom Einlaß 14 zur Sogvorrichtung 10 aufgebaut. Die letztere enthält einen Auslaß, durch den die dem Gerät entnommene Luft zur Atmosphäre austreten kann.
Die Außenfläche des oberen Endes des Gehäuses 58 ist kegelstumpfförmig, und damit wird in Kombination mit der tangential einströmenden Luft eine im Gehäuse 58 rotierende Luftmasse erzeugt, die, da sie vor Verlassen durch die Löcher 62 im Gehäuse 40 axial nach unten strömen muß, zu einem Luftwirbel wird, der beim Erreichen des unteren Endes des zylinderförmigen Gebiets von 50 aufgrund der plötzlichen kegelstumpfförmigen Verminderung im inneren Querschnitt 40, wie es mit 64 bezeichnet wird, beschleunigt. Die Beschleunigung erhöht die auf die Partikel, die im Vergleich mit Luftmolekülen schwerer als Luftpartikel sind, einwirkenden Zentrifugalkräfte und bedingt damit, daß diese Partikel auf ihrer schraubenförmigen Bewegung aufgrund des kegelstumpfförmigen Querschnitts des Innenraums der Verlängerung 38 der Kammer 40 nach unten beschleunigt werden.
Die Partikel bewegen sich schraubenförmig nach unten in den Innenraum 66 des Gehäuses 28, in dem sie verbleiben.
Bei ausreichend hohem Luftstrom durch 40 strömt der rotierende und sich axial nach unten bewegende Luftwirbel im wesentlichen an den Öffnungen 62 in der Wand von 58 vorbei und setzt die schraubenförmige Abwärtsbewegung unter Mitführung der Partikel in dem sich schraubenförmig bewegenden Luftstrom fort. An einem bestimmten Punkt bedingen die Auswirkungen des geschlossenen Endes 30 und des sich vergrößernden Querschnitts des Gehäuses 28 eine Umkehr der rotierenden Luftmasse, und diese beginnt zentrisch zu der Abwärtsspirale der durch 38 und 28 durchtretenden Luft eine Aufwärtsbewegung. Hierzu sind die plötzliche Verzögerung und Beschleunigung der Luftmoleküle bei ihrer Richtungsänderung im allgemeinen zu plötzlich, um in dem Luftstrom vorhandene Partikel, die schwerer als Luftpartikel sind, der gekürmmten Bahn der Luft folgen zu lassen, und diese Partikel werden damit vom Luftstrom abgetrennt und bleiben in 28 eingeschlossen.
Die beiden auf diese Weise erreichten Trennstufen bewirken, daß im wesentlichen sämtliche Partikel, die schwerer als Luftpartikel sind, in 26 oder 28 bleiben und größtenteils partikelfreie Luft durch 12 und 10 austritt.
Eine verbesserte Trennung läßt sich in der ersten Stufe durch Ausbildung eines Ringflanschs 68 um den Kragen 50 an der Verbindungsstelle zwischen dem ge lochten und dem ungelochten Wandabschnitt erreichen. Dies dient zum Beschleunigen der rotierenden Luftmasse, gerade bevor diese das gelochte Gebiet 52 erreicht, und damit werden sämtliche Partikel, die schwerer als Luft sind, zu einer radialen Wanderung weiter weg vom Kragen gezwungen.
Diese Wirkung wird durch Vergrößern des Umfangs des Flansches 68 in axialer Weise zum Ausbilden einer zylinderförmigen Lippe 70, die in der Bewegungsrichtung des Luftwirbels in der Kammer 20, 22 verläuft, weiter verstärkt.
Im typischen Fall liegt der Durchmesser des Kragens 50 im Bereich von 5 bis 8 cm, und das Radialmaß des Flanschs liegt im Bereich von 1 cm, und die Lippe kann vom Flansch ausgehend axial eine Strecke in der Größenordnung von 1 cm verlaufen.
Der Separator kann zum Trennen von Partikeln von Luft, die auch Flüssigkeitströpfchen, wie Wasser, enthalten kann, verwendet werden. Die Gegenwart des Flanschs 68 und der Lippe 70 verhindert das Risiko eines Mitziehens von Flüssigkeitströpfchen in der über die Löcher 52 austretenden Luft, da sie wie sämtliche Partikel, die schwerer als Luft sind, zum Annehmen einer hohen Drehgeschwindigkeit gezwungen werden und dann um den Flansch 68 herum laufen und damit durch Zentrifugalkraft sogar noch weiter von den Innengebieten der Kammer 20, 22 enternt werden.
2 zeigt einen alternativen Separator mit zwei Stufen, bei dem der Luftstrom in einer ähnlichen Weise wie bei 1 vom Einlaß 14 zur Sogvorrichtung 10 bewerkstellig wird und bei der die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen von bei beiden Ausführungsformen gleichen Teilen verwendet werden.
Der hauptsächliche betriebliche Unterschied liegt im Verkürzen der Länge des Gehäuses 58 und dem Entfernen des geschlossenen Endes 60 und der Öffnungen 62. Das untere Ende von 58 ist nun bei 59 offen.
Zweitens konvergiert nun die kegelstumpfförmige Verlängerung 38 des Gehäuses 40 stärker unter Bildung eines einen kleinen Durchmesser aufweisenden Halses 39, unter dem die Verlängerung ihre kegelstumpfförmige Gestalt unter Ausbildung eines trompetenartigen Endes 41, das in einen zylinderförmigen Gebiet 43 ausläuft, umkehrt. Von unterhalb 43, obwohl es als solches nicht gezeigt wird, kann die zwei Kammern aufweisende Gestaltung von 1 verwendet werden, so daß die Partikel aus 43 in ein Gebiet 66 und die von außerhalb des Mantels 56 in ein ringförmiges Gebiet 26 fallen. Gemäß der Darstellung kann eine einzige Kammer oder ein Ventil verwendet werden. Gemäß der Darstellung ist das untere Ende von 43 als ein Käfig 45 für eine ein geringes Gewicht aufweisende Kugel 47 ausgebildet, die bei Vorhandensein eines Luftstroms zum Abschließen des unteren Endes von 43, wie es gestrichelt gezeigt wird, nach oben gezogen wird. Die Verbindung zwischen 43 und 45 weist unter Ausbildung eines Ventilsitzes einen verringerten Durchmesser auf. Das untere Ende von 45 ist zum Halten der Kugel teilweise verengt.
In 2 wird auch ein Mikroschalter 72 mit einem Betätigerarm 74 gezeigt derart, daß, falls das Partikelmaterial in der Kammer 20, 22 hoch genug zum Anheben des Arms 74 steht, der Schalter betätigt und ein (hör- oder sichtbarer oder hör- und sichtbarer – nichtgezeigter) Alarm ausgelöst und/oder die Energiezufuhr zur Sogquelle 10 (zum Beispiel Strom zum Gebläsemotor) zum Verhindern eines weiteren Betriebs bis zum Leeren der Kammer 20, 22 abgeschaltet wird.
Der Höhenmeßschalter kann auf Wunsch in die Ausführungsform nach 1 eingebaut oder einer kann in dem Raum 66 und ein anderer in dem Raum 26 oder einer in dem Raum, der nach der Erfahrung zuerst gefüllt ist, eingebaut werden. Im allgemeinen ist dies das ringförmige Gebiet 26.
In der Kammer 40 wird eine bessere Trennung erreicht, falls das Gehäuse 58 verlängert wird und sich verjüngend in das obere Ende von 38 hineinragt, wie dies in 2A bei 58' gezeigt wird.
3 zeigt einen weiteren alternativen, zwei Stufen aufweisenden Separator ähnlich dem nach 1 (und zu diesem Zweck werden bei Richtigkeit die gleichen Bezugszeichen verwendet), bei dem ein Ventil eingebaut ist, wie bei 2, bei dem aber eine andere Ventilbauart als bei 2 verwendet wird. In 4 wird das Ventil in größerer Ausführlichkeit gezeigt. Am unteren Ende eines Schaftes 76 weist es einen konischen Ventilkegel 74 und an dessen oberem Ende eine Kappe 78 auf. Ein Ventilsitz 80 hält einen O-Ring 82, gegen den die konische Fläche des Ventilkegels 74 zum Schließen des Ventils gedrückt wird, sobald der Luftstrom durch das Gerät eingerichtet ist. Der Schaft 76 tritt durch den Ventilkegel durch und wird in einer Führung 82 in einem Querglied 84, das über dem offenen unteren Ende des Gehäuses 45 verläuft, aufgenommen. Das Querglied 84 und die Führung 82 werden in der Teilansicht von 4A gezeigt.
Während des Betriebs können Partikel durch das offene Ende des Rohrs 38 nach unten durchtreten und bleiben bis zur Beendigung des Luftstroms oberhalb des Ventilkegels 74, worauf dieser nach unten fällt und die Partikel an seiner konischen Oberfläche vorbei und durch das Querglied 84 in die gemeinsame Kammer 22 fallen können.
Eine nichtgezeigte Feder kann zwischen der konischen Oberfläche 74 und dem oberen Ende der Umschließung 86 oder zwischen der Tasse 78 und dem Ende 86 eingepaßt werden, so daß beim Abfallen des Luftstroms das Kegelventil unter der Einwirkung der Feder öffnet.
5 zeigt eine Anordnung ähnlich der nach 1, und ähnliche Bezugszeichen sind zum Bezeichnen ähnlicher Bauteile insgesamt verwendet worden. Partikel werden in zwei Kammern wie bei 1 gesammelt, so daß kein Bedarf an einem Ventil von der in den 2 bis 4 gezeigten Art besteht, obwohl es einleuchtet, daß ein Mischen der getrennten Partikel in der Kammer 66 mit der in der kegelstumpfförmigen Wirbeltrennstufe 38 umlaufenden Luft besser vermieden würde, wenn zwischen 38 und 66 ein Ventil vorgesehen würde.
Der Hauptunterschied zwischen den 5 und 1 liegt in der Anordnung einer das zentrale hohle Glied 58, das in der in der Kammer 40 aufgenommenen zweiten Trennstufe untergebracht ist, umschließenden schraubenförmigen Leitfläche 88. Dies verhindert, daß die in die Kammer 40 eintretende Luft in gerader Linie zu den Öffnungen 62 am unteren Ende von 58 strömt und den Luftstrom zwingt, weiter eine Kreisbahn zu beschreiben, obwohl er axial weiter entlang den Windungen der Schraube strömt. Dies führt Zentrifugalkräfte in die rotierende Luftmasse und damit auch in Partikel ein, die in diesem Luftstrom schwerer als Luft sind. Diese werden daher in die radialen Außengebiete der vom Luftstrom beschriebenen schraubenförmigen Bahn wandern und weniger wahrscheinlich von der durch die Öffnungen 62 radial nach innen strömenden Luft gefangen werden und können damit unter der von 10 ausgeübten Sogkraft aus der Kammer austreten.
6 zeigt eine Abwandlung von 2, in der das untere Ende 60 des Rohrs 58 in der zweiten Stufe abgeschlossen und der Austritt der Luft aus der Kammer durch eine große Zahl von kleinen Öffnungen 62 in der Wand des Rohrs zugelassen wird, wie sie bei der in den 1 und 5 gezeigten Ausführungsform vorgesehen sind. Die Anordnung zieht ihren Nutzen aus der Einfachheit der einzigen die Partikel aufsammelnden Kammer, verlangt deshalb aber den Zusatz eines in Verbindung mit 2 beschriebenen Ventils, und ein die Höhe messender Mikroschalter 72 wird auch im Zusammenwirken mit der Kammer gezeigt.
7 zeigt, wie die schraubenförmige Leitfläche von 5 mit der Einfachheit der einzigen Kammer und der verbesserten Trennung in der zweiten Stufe zusammengeführt werden kann, die mit der in Verbindung mit 2 beschriebenen, einen Hals aufweisenden kegelstumpfförmigen Wirbeltrennkammer 38, 41 zusammenwirkt. Hiermit wird für eine vorgegebene Aufteilung zwischen Luftstrom und Partikelgröße eine weitere Gesamtverbesserung in der Partikelabtrennung erreicht. Wie zuvor werden mit früheren Ausführungsformen gemeinsame Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie sie in früheren Figuren verwendet wurden.
Die 8 und 9 zeigen, wie die Konstruktionen nach 6 bzw. 7 zum weiteren Verbessern der Abtrennung in der zweiten Stufe abgewandelt werden können. In jedem Fall wird das ortsfeste Rohr 58 durch ein zwecks Drehung um seine Mittelachse durch ein Lager 92 in der oberen Stirnwand des Gehäuses 40 gehaltenes drehbares Rohr 90 ersetzt. Angeordnet in allgemeiner Ausrichtung mit dem Lufteinlaß 48 und befestigt an dem Rohr 90 befindet sich eine aus zwei Elementen bestehende Turbine 94, 96, obwohl es einleuchtet, daß ein einziges Turbinenelement, wie das Element 94 oder 96, anstelle der aus den beiden Elementen bestehenden Anordnung verwendet werden kann. Bei Verwendung der beiden Elemente wird das eine mit seinen Blättern außer Phase gegenüber denen in dem anderen Element verwendet, so daß die Zahl der Turbinenblätter, auf die der eintreffende Luftstrom einwirkt, wirksam verdoppelt wird. Dies erhöht die Drehzahl.
Wegen der Verbindung mit 90 bewirkt die Drehung der Turbine(n) ein Drehen von 90. Die in die Kammer eintretende Luft wird auch zum Drehen mit der Turbine (den Turbinen) gezwungen, bevor sie ihren Weg nach unten im Innenraum der Kammer 40 zum Austritt durch die Öffnungen 62 in der Wand des Rohrs 90 beginnen kann. Die Drehung des Rohrs 90 unterstützt auch das Halten der Luft in der Nähe der Oberfläche des in einer ähnlichen Weise sich drehenden Rohrs, so daß die Zentrifugalkräfte bei Partikeln, die schwerer als Luft sind, in dem Sog aktiv werden, der durch den Luftstrom durch die Kammer 40 während seiner Abwärtswanderung in der Kammer ausgelöst wird.
Dies unterstützt seinerseits das Abtrennen von im Luftstrom verbleibenden Partikeln von der Luft, die nahe am Boden der Kammer ihre Richtung ändert, um praktisch partikelfrei durch die Öffnungen 62 auszutreten. Abgetrennte Partikel drehen sich weiter in der Kammer nahe an deren Wand, bis sie durch die radial im Durchmesser abnehmenden Gebiete von 64 und 38 beschleunigt werden, wo sie durch die Ventilanordnung in die gemeinsame Kammer 22, wie dies zuvor beschrieben wurde, eintreten.
Die Anordnung von 9 unterscheidet sich von der nach 8 durch den Einschluß der schraubenförigen Leitfläche 88, die an dem drehbaren Rohr 90 in einer ihrer Befestigung an dem ortsfesten Rohr 58 ähnlichen Weise befestigt ist. Bei Drehung des Rohrs 90 wird sich die schraubenförmige Leitfläche jedoch in ähnlicher Weise drehen und etwa wie ein Schraubenförderer wirken und die eintretende Luft und die Partikel weiter durch die Kammer 40 drehen und axial bewegen.
In der Praxis ist der Abtennwirkungsgrad der Ausführungsform nach 9 etwas besser als der der Ausführungsform nach 8.
Obwohl eine Darstellung fehlt, kann ein die Höhe messender Schalter, wie 72, 74 bei den in den 5, 6, 8 oder 9 gezeigten Anordnungen, verwendet werden.
8 zeigt auch schematisch, wie die Halsform des in 2 gezeigten Luftwirbelrohrs anstelle des in 1 gezeigten einfachen kegelstumpfförmigen Rohrs verwendet werden kann, und es leuchtet ein, daß beide Rohrformen in der zweiten Stufe jeder der verschiedenen, in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen verwendet werden können.
Eine weitere Verbesserung im Abtrennwirkungsgrad, die aber keine rotierenden Teile enthält, wird in 10 gezeigt. Diese Ausführungsform enthält in einer Verlängerung 92 der Kammer 40 eine dritte Abtrennstufe. Diese Anordnung stützt sich auf die in 7 gezeigte Anordnung, bei der das zentrale hohle Rohr 58 axial zu der Kammer 40 verläuft und eine schraubenförmige Leitfläche 88 trägt. Das obere Ende der Kammer 40 wird durch eine Wand 94 verschlossen, von der das Rohr 58 ausgeht. Die Wand ist zwecks Verbindung mit dem Innenraum des Rohrs 58 gelocht, so daß wie in 7 in 58 eintretende Luft im Innenraum 12 axial nach oben strömen und in die den Sog bewirkende Vorrichtung 10 eintreten kann.
Bei der Ausführungsform nach 10 tritt der das obere Ende des Rohrs 58 verlassende Luftstrom nun in die Kammer 96 in der Verlängerung 92 ein, und zentrisch zu der Kammer verläuft ein langgestrecktes zylinderförmiges Glied 98, des sen unteres Ende bei 100 konisch ausgebildet ist und mit dem Scheitel des Konus in Richtung auf den von 58 eintretenden Luftstrom zeigt. Der Konuswinkel und der Durchmesser von 98 sind so gewählt, daß die eintretende Luft radial abgelenkt wird, so daß sämtliche in dem Luftstrom vorhandenen Partikel, die schwerer als Luft sind, auch radial nach auswärts versetzt werden.
Um das Glied 98 verläuft eine schraubenförmige Leitfläche 102, die gemäß der Darstellung entgegengesetzt zu der Leitfläche 88 gerichtet ist.
Die Sogquelle 10 steht mit dem oberen Ende der Kammer 96 über eine Öffnung 104 in Verbindung, so daß die aus 58 in 96 eintretende Luft im allgemeinen in der durch die schraubenförmige Leitfläche 102 bestimmten schraubenförmigen Bahn nach oben strömen muß, bevor sie über 104 in Richtung auf 10 austreten kann. Hierbei wird die der aufsteigenden Luftmasse erteilte Drehung bewirken, daß die Partikel, die schwerer als Luft sind, in die radial außenliegenden Gebiete der Windungen der Schraube wandern.
Um das Glied 98 verläuft eine schraubenförmige Leitfläche 102. Gemäß der Darstellung ist sie entgegengesetzt zu der Leitfläche 88 gewendelt.
Die Saugquelle 10 ist mit dem oberen Ende der Kammer 96 über eine Öffnung 104 verbunden, so daß die in 96 aus 58 eintretende Luft im allgemeinen den von der schraubenförmigen Leitfläche 102 bestimmten schraubenförmigen Weg nach oben gehen muß, bevor sie über 104 in Richtung auf 10 austreten kann. Hierbei bewirkt die der aufsteigenden Luftmasse erteilte Drehung, daß Partikel, die schwerer als Luft sind, in Richtung auf die radial außenliegenden Gebiete der Windungen der Schraube wandern.
Die Schraube wird von einer zylinderförmigen Ummantelung 106 mit einer sehr großen Anzahl von kleinen Öffnungen 108 umschlossen, durch die Luft und Partikel in das ringförmige Gebiet 110 zwischen der Ummantelung 106 und der Innenseite der Wand der Kammer 92 eintreten können.
Ein Rückweg für die Partikel tragende Luft aus diesem Ringraum wird über einen Durchgang 112 für einen tangentialen Austritt in das obere Gebiet der Kammer 40 im allgemeinen gegenüber dem tangentialen Einlaß 48 geschaffen, durch den die Partikel tragende Luft aus der ersten Stufe eintritt, wobei der Luftstrom aus 112 in den durch 48 einströmenden rotierenden Luftstrom eintritt, der in der gleichen Richtung wie in 40 rotiert.
Durch die Löcher 108 eintretende Partikel neigen nicht zu einer Rückkehr durch diese, so daß sie nach einer Abtrennung von dem in der Schraube innerhalb der Ummantelung rotierenden Luftstrom zu einer Wanderung durch den Durchgang 112 zum Vermischen mit den Partikeln am oberen Ende von 40 neigen, wo sie durch die Einwirkung des gemäß der vorhergehenden Beschreibung in 40 aufrechterhaltenen Luftwirbels abgetrennt werden.
Das zentrale Glied 98 ist an der Schraube 102 befestigt, die ihrerseits in der Ummantelung 106 befestigt ist, die ihrerseits an ihren beiden Enden an dem oberen und dem unteren Ende der Verlängerung 92 befestigt ist.
Die 11, 12 und 3 zeigen, wie die Turbinenanordnungen der 8 und 9 zum Zuleiten von Luft und verbleibenden Partikeln in eine dreistufige Trenneinheit abgeändert werden können, die ähnlich wie die in 10 gezeigte ist oder ein einfacher Hohlraum 114 mit einem Rückführungsweg 112 gemäß der Beschreibung in Bezug auf 10 sein kann mit einem zentralen hohlen ablenkenden Sammler 116 mit einer zylinderförmigen Hülle 118 mit einer sehr großen Anzahl von kleinen Öffnungen in deren Wand und einem konischen geschlossenen unteren Ende 120, das in der gleichen Weise wie das konische untere Ende 100 des zentralen Gliedes 98 in 10 wirkt.
In den 11 bis 13 wird die gelochte halbkreisförmige Hülle 52 der vorhergehenden Ausführungsformen nun als eine hohle kegelstumpfförmige Hülle 52' gezeigt, die auch mit Lochungen 53 ausgebildet ist, durch die Luft und kleine Partikel durchtreten können. Gemeinsam mit der halbkreisförmigen Hülle 52 wird die Grö ße der durch die Lochungen in der Wand der Hülle gebildeten Öffnungen so gewählt, daß allgemein Partikel über einer vorgegebenen Größe zurückgehalten werden, um sie an einem Eintritt in das Gebiet 44 zu hindern. Im Fall einer Anordnung mit einer einzigen Kammer wie bei 10 werden die größeren Partikel in der Kammer 22 und bei einer Anordnung mit zwei Kammern, wie es in 1 gezeigt wird, in deren Außengebiet 26 gesammelt.
Zum Darstellen des unteren Endes von 38 wird die Hülle 52' in der gleichen Weise wie bei der halbkreisförmigen Hülle 52 in den früheren Figuren aufgeschnitten dargestellt.
Gemäß der Darstellung in 11 kann der untere Teil 122 des rohrförmigen Gliedes 58 zum Verhindern eines Mitdrehens vom oberen Ende, an dem die Turbinenabschnitte befestigt sind, getrennt sein und kann von einer eine Öffnung 126 aufweisenden kreisförmigen Platte 124 an seiner Stelle gehalten werden (siehe die Teilaufsicht in 11A).
13 zeigt, wie dem durch die hohle Kappe 128 in 96 eintretenden Luftstrom eine radiale und kreisförmige Bewegung erteilt werden kann. Die Kappe 128 ist an dem oberen Ende des Rohrs 58 befestigt und dreht sich mit diesem.
Die Wand der Kappe wird durch mehrere Fenster, wie sie bei 130 gezeigt werden, geöffnet. Während der Drehung der Kappe um ihre Achse verläßt Luft die Fenster mit einer Radial- und Drehbewegung in der Richtung, in der sich die Kappe dreht.
Eine zylinderförmige Ummantelung 132, die ortsfest ist und vom oberen zum unteren Ende der Kammer 114 verläuft, weist eine große Zahl von Öffnungen wie 134 auf, durch die Partikel und Luft durchtreten können. Zum Ermöglichen eines Weiterströmens zur Sogquelle 10 muß die Luft jenseits der Ummantelung ihre Richtung umkehren und über andere der Öffnungen 134 zurückkehren, um über die zentrale Öffnung im oberen Ende der Kammer 114 und durch den Durchgang 136 zur Sogquelle 10 zu gelangen. Hierbei neigen Partikel, die schwerer als Luft sind, dazu, außerhalb der Ummantelung zu verbleiben und in dem über den Durchgang 112 zur zweiten Stufe zurückkehrenden Luftstrom aufgesammelt zu werden.
Durch Verwendung der rotierenden Kappe 128 erübrigt sich die Notwendigkeit der Hülle 118 der 11 und 12.
Im Fall der Ausführungsformen nach den 11, 12 und 13 weisen der Durchgang 112 und die Öffnungen, durch die er mit 114 und 40 verbunden ist, im typischen Fall einen Durchmesser von 32 mm auf, der Winkel des Konus 120 beträgt (bei Verwendung) 160 Grad, der Durchmesser der Löcher liegt im Bereich von 2 bis 2,5 mm, der Spalt zwischen dem geschlossenen Ende 60 und der kegelstumpfförmigen Oberfläche 64 liegt im Bereich von 3 mm bis 18 mm und hängt von dem Durchmesser der Kammer 40 ab, der im typischen Fall im Bereich von 65 bis 80 mm liegt. Der genannte Spalt und der Hals des Rohrs 38 widersetzen sich beide der Rückströmung des sekundären Luftwirbels, und der Durchmesser des den Hals aufweisenden Gebiets liegt im Bereich von 10 mm bis 18 mm.
Obwohl die Löcher 108 gemäß der Darstellung in 13 nur über den unteren Teil der Ummantelung 106 verlaufen, können sie und sind sie vorzugsweise gemäß der Darstellung in 10 über dem größten Teil oder der gesamten Wand der Ummantelung vorgesehen, so daß jegliche Luft, die aufgrund des Sogs bei 136 in einer axialen und radialen Richtung eingesaugt wird, nicht zu einer Rückwanderung durch die Löcher neigt, die mit den Fenstern 130 in 128 in Deckung liegen, sondern dazu, durch die Löcher nahe am oberen Ende der Ummantelung nach innen zu strömen.
Es sollte einleuchten, daß der aus zwei Kammern bestehende Sammler nach 1 (mit oder ohne ein Ventil oder eine andere, sich dem Mischen der Partikel in der inneren Kammer mit Luft in dem ab- oder aufsteigenden Luftwirbel in 38 widersetzenden Vorrichtung) in Verbindung mit irgendeiner der in den 2 bis 13 gezeigten Anordnungen der zweiten und/oder dritten Stufe verwendet werden kann.
Es sollte auch einleuchten, daß ein Partikelhöhendetektor und -schalter, wie sie in 2 gezeigt werden, bei jeder der in jeder der Figuren (einschließlich 1) gezeigten Anordnungen für den Zweck verwendet werden können, den Anwender mindestens auf die Tatsache hinzuweisen, daß die Kammer (oder eine der beiden Kammern) voll ist und geleert werden muß, falls nicht auch die Energiezufuhr zur Sogquelle unterbrochen wird.
Es sollte auch einleuchten, daß die Anordnung nach 2 mit einer einzigen Kammer und einem Ventil mit irgendeinem der in irgendeiner der Figuren in den Zeichnungen gezeigten Separatoren der zweiten und/oder dritten Stufe verwendet werden kann.
Die bisher in den Figuren gezeigten Anordnungen beziehen sich sämtlich auf einen aufrechtstehenden, mit Unterdruck angetriebenen Luft/Partikelseparator, wie einen aufrechtstehenden Staubsauger. Zum Herabsetzen der Gesamthöhe einer solchen Vorrichtung können eine oder mehrere der zweiten und dritten Stufen gegenüber der in den 14 bis 17 gezeigten ersten Stufe abgewinkel werden. Unter sämtlichen anderen Gesichtspunkten arbeiten sie in der gleichen Weise wie bei Anordnung der Stufen vertikal übereinander. Es wurde Gelegenheit genommen zum Erläutern weiterer Abwandlungen im Aufbau der in früheren Figuren zuvor gezeigten zweiten und dritten Stufen.
14 entspricht der Anordnung nach 2 mit der Abwandlung nach 2A, wobei das Ende des Luftwirbelrohrs 58 zwecks Eintritts in das offene Ende des kegelstumpfförmigen Gebiets 38 gebogen ist.
15 entspricht 11 insoweit, als Luft und in der Nähe der Wand der dritten Kammer verbleibende Partikel zu einer Rückkehr über einen Pfad 112 aufgrund der durch die rotierende Luftmasse in der zweiten Stufe verursachten Druckabsenkung am anderen Ende des Pfades 112 neigen. 15 zeigt jedoch, daß die Turbine nach 11 weggelassen werden kann. 16 entspricht 12 insofern, als eine Schraube in der zweiten Stufe, wenn auch ortsfest, vorgesehen ist und in der zweiten Stufe keine Turbine vorgesehen ist.
In den 14 bis 16 wird die gelochte Hülle 52" als von zylinderförmiger Gestalt gezeigt, die damit keine erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind, im Unterschied zu den halbkreis- und kegelstumpfförmigen Ausgestaltungen in früheren Figuren und in 17.
Die 17 und 17A entsprechen den 13 und 13A.
Obwohl das in jeder der 2 und 6 bis 17 gezeigte Ventil ein Kugelventil ist, kann es durch das in den 3 und 4 gezeigte Ventil ersetzt werden, und dies kann im Fall der in den 14 bis 17 gezeigten Anordnungen insofern ein Vorteil sein, als die Bewegung des Ventilschließglieds nicht mehr 100 % vertikal ist, und eine Feder, die bei geschlossenem Ventil zum Unterstützen beim Öffnen des Ventils bei Beendigung der Luftströmung zusammengedrückt wird, kann erwünscht sein.
Selbstverständlich sollte einleuchten, daß eine Feder in die Kugelventilkonstruktion, obwohl diese nicht dargestellt ist, eingebaut werden kann. Hierdurch wird das Öffnen eines solchen Ventils positiver gestaltet, sei es in einem vertikal ausgerichteten Gerät oder in einer nichtvertikalen Anordnung, wie sie in den 14 bis 17 gezeigt wird.
In den 14 bis 17 bezeichnen die Bezugszeichen mit den früheren Figuren gemeinsame Teile.
18 zeigt einen anderen Zyklon-Staubsauger (Separator) gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der Darstellung in 18 weist die Vorrichtung einen Saugeinlaß 210 auf, der an einen Schlauch und eine Staub sammelnde Wand oder an eine rotierende Bürstenanordnung angeschlossen werden kann, wie sie im Boden eines aufrechtstehenden Haushalts- oder Industriestaubsaugers angeordnet ist.
Der Sogeinlaß tritt tangential in eine allgemein mit 212 bezeichnete zylinderförmige Umschließung und das obere Ende einer Staub und Schmutz sammelnden Trommel 214 ein. Der untere Teil 214 ist im typischen Fall im Schiebesitz bei 216 am oberen Gebiet 212 angeordnet und enthält einen Handgriff 218. Wenn sie voll ist, wird die Trommel 214 vom oberen Ende 212 gelöst und geleert. Der Schiebesitz muß eine gute abdichtende Verbindung zwischen 212 und 214 ausbilden, oder eine getrennte Ringdichtung muß eingebaut werden.
Der tangentiale Eintritt der Luftströmung bewirkt, daß die eintretende Luft um den Innenraum des zylinderförmigen Gebiets 212 umläuft, und wegen der größeren Masse der Staubpartikel gegenüber den Luftpartikeln neigen im Luftstrom mitgezogener Staub und Schmutz zu einem Wandern zu den Außenenden des rotierenden Luftstroms und fallen in die Trommel 214, während verhältnismäßig staubfreie Luft zu einer schraubenförmigen Bewegung nach innen neigt und schließlich durch die zahlreichen Öffnungen wie 220 in dem halbkreisförmigen Wandgebiet 222 des axial zentrisch zu dem zylinderförmigen Gebiet 212 angeordneten Glieds strömt.
Nach dem Durchtritt durch die Löcher 220 steigt der Luftstrom in den oberen zylinderförmigen Hohlraum 224, aus dem er über die Öffnung 226 austritt und zu der Einlaßöffnung 228 am oberen Ende einer konischen Kammer 230, in der die zweite Stufe der Trennung erfolgt, geführt wird.
Das obere Ende 232 des konischen Gehäuses 230 ist selbst zylinderförmig, und der Einlaß 228 steht tangential mit dem zylinderförmigen Gebiet in der gleichen Weise wie der Einlaß 210 mit dem zylinderförmigen Gebiet 212 in Verbindung.
Es wird anerkannt, daß bei Beginn des Ansteigens der Höhe von Staub und Partikeln in der Trommel 214 für den rotierenden Luftstrom im Gebiet 212 die Neigung bestehen könnte, Staub und Partikel aus der Masse am Boden der Trommel 214 in den Luftstrom, von dem sie durch die Zentrifugalkraft im oberen zylinderförmigen Gebiet 212 abgetrennt wurden, zu ziehen. Zum Vermindern dieser Neigung ist eine halbkreisförmige Leitfläche 234 vorgesehen, so daß nur ein schmales ringförmiges Gebiet 236 besteht, durch das Partikel und Staub aus dem rotierenden Luftstrom im Gebiet 212 in die Trommel 214 fallen können. Die Leitfläche 234 dient zum Trennen des rotierenden Luftstroms im Gebiet 212 vom Staub- und Partikelgehalt der Trommel 214 und senkt das Risiko des Hereinziehens von Staub und Partikeln in 14 in den rotierenden Luftstrom in 212.
Die halbkreisförmige Oberfläche 222 geht in die entgegengesetzt gekrümmte halbkreisförmige Oberfläche der Leitfläche 234 über, wo sie beide an das untere Ende des konischen Gehäuses 230 angeschlossen sind.
Das letztere bildet damit die zentrale Stütze für die Leitfläche 234 und für die die Austrittsöffnungen 220 enthaltende halbkreisförmige Oberfläche 222.
Es wird anerkannt, daß die Gegenwart des unteren Endes des konischen Gehäuses 230 die beiden halbkreisförmigen Oberflächen 222 und 234 durchdringt und damit unvollständig macht.
Im oberen zylinderförmigen Gebiet 232 ist eine mit 238 bezeichnete und von einer zentralen hohlen Achse 240 getragene Turbine angeordnet. Das untere Ende der Achse 240 ist mit einer kegelstumpfförmigen Oberfläche 242 ausgebildet, die für die konische Kammer 230 als Luftwirbelstarter dient.
Die über die Öffnung 228 in das zylinderförmige Gebiet 232 eintretende Luft bewirkt ein Rotieren der Turbine, und der durch den tangentialen Einlaß der Öffnung 228 ausgelöste und in das zylinderförmige Gebiet 32 eintretende rotierende Luftstrom bewirkt in an sich bekannter Weise einen nach unten schraubenförmig verlaufenden Luftwirbel. Von dem schraubenförmig verlaufenden Luftstrom mitgezogener Staub und mitgezogene Partikel neigen zu einem Absetzen am unteren Ende der konischen Kammer 230, wo sie durch eine kreisförmige Öffnung 244 in eine sekundäre Sammelkammer 246 eintreten nach einem ersten Umwälzen um eine schraubenförmige Leitfläche 248 am oberen Ende der sekundären Kammer 246.
Die letztere ist in ihrer Gestalt auch konisch und komplementär zum konischen Gehäuse 230 ausgebildet. Der Innenraum der konischen sekundären Kammer 250 dient zum Aufsammeln von Staub und Partikeln, die durch den in der konischen Kammer 230 aufgebauten Luftwirbel abgetrennt wurden. Man sieht aber, daß die Wand der sekundären Kammer 246 den Innenraum 250 vom ringförmigen Gebiet 252 trennt, in dem der abgetrennte Staub- und Partikelinhalt aus der Primärluftstromkammer 212 aufgesammelt wird.
Das Zentrum der Schraube 48 stellt ein ebenes kreisförmiges Ende 254 in einem kurzen Abstand unterhalb des vom Ende der konischen Kammer 230 ausgehenden zylinderförmigen Durchgangs 244 dar, und im typischen Fall liegt der Durchmesser von 244 in der Größenordnung von 10 mm und der Abstand zwischen dem offenen Ende von 244 und der Platte 254 in der Größenordnung von wenigen Millimetern. Die nach unten aufsteigende Schraube der Luft innerhalb von 230 kehrt ihre Richtung nahe am unteren Ende 230 um und bildet einen (nichtgezeigten) nach oben schraubenförmig verlaufenden zentralen Luftwirbel, der sich in der allgemeinen Richtung des Pfeils 256 bewegt, in den hohlen Innenraum 258 der Achse 240 eintritt und sie durchläuft und in ein zylinderförmiges Gebiet oberhalb des die Turbine 238 aufnehmenden zylinderförmigen Gebiets 232 eintritt. Der Durchgang von 258 nach 260 erfolgt durch Fenster, wie zum Beispiel 262, in einer kegelstumpfförmig geformten Haube 263, die auf der Achse 240 zur Drehung mit der Turbine 238 befestigt ist. Obere und untere Wände 264 bzw. 266 der Haube sind geschlossen, so daß in das zentrale Gebiet der Haube 263 eintretende Luft nur durch die Fenster wie 262 austreten kann. Radial verlaufende Flansche wie 265, die zwischen den Fenstern angeordnet sind, bewirken eine Drehung des austretenden Luftstroms bei seinem Eintritt in das zylinderförmige Gebiet 260, und die Luft bewegt sich schraubenförmig durch die Kammer 260 nach oben weiter, unterstützt durch eine auf einer zweiten horizontalen Achse 270, die sich mit der Haube 263 dreht, befestigte, sich drehende Schraube 268.
Luft aus 258 kann nicht axial in den Innenraum 278 der zweiten hohlen Achse 270 eintreten, sondern muß durch die Fenster 262 durchtreten und kann anschließend nach Durchlauf durch die Kammer 260 entweder in den Innenraum 278 der oberen Achse 270 durch Löcher, wie zum Beispiel 280, in der Wand der oberen Achse eintreten oder die Kammer 260 über den Auslaß 282 verlassen zum Wiedereintritt in den Luftstrom unterhalb der Haube 263 über ein in dem zylinderförmigen Gebiet 232 am oberen Ende der konischen Luftwirbelkammer 230 angeordneten Einlaßöffnung 284. Wie die Einlaßöffnung 228 verschmilzt die Öffnung 284 in einer tangentialen Richtung mit dem zylinderförmigen Gebiet 232, so daß die aus 282 ankommende Luft in dem zylinderförmigen Gebiet 232 umläuft und das Drehen der Turbine 238 weiter unterstützt und mit dem über 228 hereinkommenden Luftstrom verschmilzt zum Durchqueren der konischen Kammer 230 wieder einmal vor einem Weiterlauf im Zentrum von 230 nach oben, wie dies zuvor beschrieben wurde, und zum Eintreten in die Gebiet 258.
Infolge der Art und Weise, in der Luft aus der oberen Kammer 260 über die Öffnung 282 gesammelt wird, enthält sämtliche über die Öffnung 282 austretende Luft gegenüber derjenigen nahe dem Zentrum der Kammer 260 vorzugsweise Staubpartikel oder Partikel schwerer als Luftpartikel, und der Rückweg nach 284 wird damit Staub und Partikel enthalten, die durch die endgültige Trennstufe im Gebiet 260 nicht abgetrennt wurden, während die über die Löcher 280 in das Gebiet 278 eintretende Luft frei von Staub und Partikeln sein wird.
Obgleich es in Einzelheiten nicht dargestellt ist, ist 278 mit einer Saugvorrichtung 279, wie zum Beispiel einem mit einem Elektromotor oder dergleichen angetriebenen Gebläse oder einer auf diese Weise angetriebenen Turbine, verbunden, und die Wirkung hiervon liegt in einem Mitziehen von Luft in Richtung des Pfeils 274 aus dem im übrigen Teil der Zeichnungen gezeigten Gerät. Es ist diese durch das nichtgezeigte sich drehende Gebläse oder die nichtgezeigte sich drehende Turbine ausgelöste Sogwirkung, die den bei 210 eintretenden Luftstrom und die allgemeine Luftströmung durch das Gerät bewirkt, wie dies zuvor beschrieben wurde.
Es wurde gefunden, daß das Gerät, wie es in 18 gezeigt wird, mit einem sehr hohen Trennwirkungsgrad arbeiten kann, so daß sehr wenig Staub- und Partikelgehalt in dem 278 verlassenden Luftstrom verbleibt. Es wurde auch gefunden, daß auf das Filter verzichtet werden kann, das normalerweise an einer solchen Stelle in dem Staubsauger gerade vor dem den Unterdruck bewirkenden Gebläse oder der den Unterdruck bewirkenden Turbine angeordnet ist. Die Gegenwart eines solchen Filters vermindert die Luftströmung und damit die durch das Gebläse und/oder die Turbine bewirkte Sogwirkung, und durch den Verzicht auf ein solches Filter wird die Luftströmung durch das Gerät und damit die Luftgeschwindigkeit in den verschiedenen rotierenden Luftströmen und -wirbeln erhöht und der Trennwirkungsgrad verbessert.
Da die hohle Achse 270 mit der Nabenhaube 263 rotiert und eine Drehung für die Wand 286 nicht erwünscht ist, wird zwischen dem rotierenden Abschnitt 270 und dem ortsfesten Abschnitt 286 eine Drehdichtung 288 verlangt. Diese kann zum Beispiel komplementär abgeschrägte Stirnflächen zwischen den beiden zylinderförmigen Wänden mit Lagermaterial bei 290 und 292 aufweisen, wie es in 18a gezeigt wird.
Obgleich als eine einzige Turbine beschrieben, kann 238 aus zwei ähnlichen Turbinenblattanordnungen, die jede die Hälft der gezeigten axialen Länge der Turbine 238 aufweist, aufgebaut werden. Jede wird auf der Achse 240 mit einer Versetzung der Blätter einer Turbine um die halbe Teilung der Blätter der anderen Turbine befestigt, so daß die Zahl der Blätter der Turbine wirksam verdoppelt und damit ihr Wirkungsgrad erhöht wird.
18b ist eine Ansicht im Schnitt durch das zylinderförmige Gebiet 212 von 18 und zeigt den tangentialen Einlaß 210 und die Zylinderform der Wand der konischen Kammer 230, wo sie geschnitten ist, die kleine Öffnung am unteren Ende der Kammer 230 und den dazwischenliegenden Umriß der Wand 22, wo die halbkreisförmige Oberfläche 222 durch den Querschnitt geschnitten wird.
18c ist ein Querschnitt durch CC in 18 und zeigt, wie die Auslaßöffnung 226 mit dem zylinderförmigen Gebiet 224 verbunden ist und weiter dazu beiträgt, daß die Luftmasse bei ihrem Austritt in das Gebiet 224 aufgrund des tangentialen Auslasses 226 in Rotation gehalten wird.
18d ist ein Querschnitt durch DD in 18 und zeigt eine Anordnung aus einer Einlaßöffnung 228 und einer Rückkehröffnung 284 im Gebiet der Turbine 238.
18e ist ähnlich 18d, zeigt aber andere Lagen für die Öffnungen 228 und 284, falls dies gewünscht sein sollte.
Der wichtige Umstand ist, daß eine beim Eintritt von Luft bei 228 in 232 aufgebaute rotierende Luftmasse zu einem Vorbeiwirbeln an der Öffnung 284 neigt und in dieser kreisförmigen Bewegung in 232 fortfährt, statt in 284 einzutreten. Auf die gleiche Weise wird über 284 erneut in 232 eingeführte Luft in gleicher Weise in den durch das Eintreten von Luft durch 228 ausgelösten rotierenden Luftstrom hineingezogen, und für die Luft besteht keine Neigung zum Eintritt in die Öffnung 28 während dieser Drehbewegung innerhalb 232.
Aus Gründen der Klarheit werden die Turbinenblätter in den 18d und 18e nicht gezeigt. Stattdessen wird die Turbine aber in 18f gezeigt. Diese zeigt die hohle Achse 240, das zentrale Gebiet 258 und acht gebogene Turbinenblätter, von denen eins mit 241 bezeichnet ist. Gemäß der Darstellung in 18f wird die Turbine von oben betrachtet, da es anerkannt wird, daß in das Gebiet 232 eintretende Luft zum Auslösen einer Drehung der Turbine gegen die Fläche 243 des Blattes 241 (und die entsprehende Oberfläche jedes anderen Blatts) gerichtet sein sollte.
Bei Anordnung von zwei Turbinen auf der Achse 240 weist jede die gleiche Ausgestaltung gemäß der Darstellung in 18f auf, aber mit halber axialer Tiefe von 238, so daß die beiden in den gleichen Axialraum passen und so befestigt sind, daß die Blätter einer Turbine bei axialer Betrachtung die Räume zwischen den Blättern der anderen einnehmen. Die Blätter der zweiten Turbine werden bei Einpassung in 18f in gestrichelten Linien gezeigt, und eine von ihnen trägt das Bezugszeichen 245.
18g ist ein Schnitt durch 18 auf der Linie GG und zeigt die mit dem zylinderförmigen Innenraum 260 und der zylinderförmigen Wand 270 der hohlen Achse, auf der die Schraube 268 befestigt ist, tangential in Verbindung stehende Auslaßöffnung 282, wobei das obere Ende der Schrauben 268 bei 269 gezeigt wird.
Es leuchtet ein, daß die Schraube mit verhältnismäßig enger Passung in dem die Kammer 260 bildenden zylinderförmigen Gehäuse sitzt.
Obgleich es in der Zeichnung nicht gezeigt wird, hat es sich für die Öffnungen 280 in der Wand 270 als vorteilhaft herausgestellt, eine kurze Entfernung nach dem Beginn der Schraube am unteren Ende von 270 zu beginnen und einen kurzen Abstand vor dem Ende der letzten Windung der Schraube am oberen Ende von 270 auszulaufen.
Im typischen Fall sind die Öffnungen 280 kreisförmig und weisen einen Durchmesser von 1,7 mm auf, und annähernd 1200 solcher Löcher sind in der Wand 270 ausgebildet.
Im typischen Fall weist die Schraube einen Winkel im Bereich von 2 bis 10° auf, im typischen Fall 4°.
19 zeigt eine Abwandlung am unteren Ende des konischen Luftwirbeltrennrohrs 230. Das untere Ende läuft in der Kammer 231 anstelle der zylinderförmigen Düse 244 von 18 aus, und im Gehäuse 231 befindet sich eine dem Teil 248 von 18 entsprechende Schraube.
Der Spalt zwischen der oberen Seite 24 des zentralen Gebiets der Schraube 240 und dem unteren Ende des konischen Rohrs 230 wird so gewählt, daß die ge wünschten Ziele erreicht werden, nämlich einen freien Eintritt von Staub und Partikeln in Richtung der Pfeile 233 und 235 in die Schraube und anschließend in das untere Gebiet der Kammer 231, aber mit minimaler Übertragung von Staub oder Partikeln in der umgekehrten Richtung.
Ein Käfig 239 verläuft unter der Kammer 231, die gegenüber dem durch die Dichtung 237 gebildeten Ventilsitz symmetrisch angeordnet ist. Im Käfig befindet sich eine Kugel 241, die zum Schließen der in die Kammer 231 führenden Öffnung mit der Ventilsitzdichtung 237 zusammenwirken kann. Die Dichte der Kugel wird so ausgewählt, daß ein in Aufwärtsrichtung durch den Käfig in die Kammer 231 hochsteigender Luftstrom ein Anheben der Kugel bewirkt und diese während ihres dichtenden Anliegens an der Lippendichtung 237 zu einem Ventilschließglied wird.
Der Käfig weist eine Basis 243 auf, deren innere Oberseite bei 245 als eine flache Pyramide ausgebildet ist, um bei einem Luftstrom Null die Kugel von der Basis des Käfigs fernzuhalten, und die Kugel kann unter der Einwirkung der Schwerkraft fallen und die durch die Ventilsitzdichtung 237 gebildete Öffnung offen lassen.
Bei Abwandlung des Geräts nach 18 gemäß der Darstellung in 19 kann die sekundäre Kammer 246 weggelassen werden. Die Gesamtheit der Trommel 214 steht nun zum Speichern sämtlichen Staubs und sämtlicher durch den Trennvorgang gesammelter Partikel zur Verfügung, gleichgültig ob dies in der primären Trennstufe in dem zylinderförmigen Gebiet 212 oder in der sekundären Trennstufe erfolgt, die durch die umgekehrte Luftwirbelwirkung in dem konischen Gehäuse 230 ausgelöst wird.
Die Anordnung nach 19 ermöglicht dies, da nach dem Aufbau des Luftstroms in dem Gerät ein Teil der bei 10 eintretenden Luft in den unteren Teil der Trommel 214 abgelenkt wird und durch den Käfig 239, die durch den Ventilsitz 237 gebildete Öffnung, und durch die Schraube 248 in das konische Gehäuse 230 nach oben steigt. Der Luftstrom wird jedoch die Kugel 241 mit der in gestricheltem Umriß gezeigten Dichtung 237 in Anlage heben und die Öffnung am unteren Ende der Kammer 231 schließen, und anschließend wird das Gerät im wesentlichen so arbeiten, wie es unter Bezug auf 18 beschrieben wurde. Der Hauptunterschied liegt darin, daß durch den Wirbeleffekt in dem konischen Gehäuse 230 getrennte Partikel und Staub nun in Richtung der Pfeile 233 und 235 austreten und nach dem Durchtritt durch die Schraube 248 in der kleinen Kammer 231 bleiben. Bei Beendigung des Luftstroms am Ende eines Reinigungsvorgangs fällt die Kugel 241 aus ihrer in 19 in gestricheltem Umriß gezeigten Lage sofort in ihre untere Lage, und sämtliche in der Kammer 231 enthaltenen Staub- und Schmutzpartikel fallen durch die die Kugel umgebende Öffnung und durch die Öffnungen in dem Käfig 239 durch und schließen sich dem Rest des in der Haupttrommel 214 gesammelten Staubs und den dort gesammelten Schmutzpartikeln an.
Bei jedem Wiederanschalten des Geräts wird der Luftstrom wieder aufgebaut, und der Vorgang wiederholt sich mit dem anfänglichen Schließen der Öffnung durch Anlage der Kugel 241 an der Dichtung 237 und dem Sammeln der Staub- und Schmutzpartikel in der Kammer 231. Bei erneutem Abschalten des Geräts werden die in 231 gesammelten Staub- und Schmutzpartikel die Kammer wieder über den nun offenen Ventilsitz verlassen und sich dem Rest der Staub- und Schmutzpartikel in der Haupttrommel 214 anschließen.
Die Kugel und die Dichtung 237 stellen damit ein Einwegventil dar, das in Kombination mit der Schraube 248 die Staub- und Schmutzpartikel bei vorhandenem Luftstrom an einem Eintritt in das untere Ende des konischen Gehäuses 230 hindert. Dies bewirkt wirksam das Ausbilden einer sekundären Kammer für den aus der zweiten Trennung, die in dem konischen Gehäuse 230 geschieht, gesammelten Staub und die gesammelten Partikel, bis das Vermischen der hierin gesammelten Schmutzpartikel und des gesammelten Staubs mit denjenigen im Rest der Trommel 214 zweckmäßig erscheint.
20 zeigt ein alternatives Wirbeltrenngerät, das nicht die Erfindung verwirklicht, aber zum Verständnis der Erfindung als solches nützlich ist. Es enthält die mit der primären Trennstufe und der Staubsammelkammer 214 zusammenwirkenden Merkmale. Das heißt, daß bei 210 eintretende, mit Staub beladene Luft wie zuvor zur Bewegung auf einer Kreisbahn im Gebiet 212 veranlaßt wird. Staubpartikel neigen zu einem Fallen in Richtung auf den Boden der Kammer 214, und Luft mit wesentlich weniger in ihr enthaltenen Staubpartikeln tritt durch die kleinen Löcher 220 und in das Leitungsgebiet oberhalb zum Austreten durch 226.
Bei der in 20 gezeigten Anordnung tritt der nun staubfreie Luftstrom über die Einlaßöffnung 292 in das obere Ende einer Zwischenkammer 290 ein. Wie die Einlaßöffnung 220 liegt die Einlaßöffnung 292 tangential zu dem allgemein kreisförmigen Querschnitt, und wie zuvor wird die eintretende Luft zum Beschreiben einer Kreisbahn veranlaßt, die wegen des Fehlens eines Auslasses in dem oberen Gebiet der Kammer 290 auf einer durch eine Schraube 294 bestimmten schraubenförmigen Bahn nach unten zu wandern beginnt. Die Schraube 294 sitzt mit enger Passung in der Kammer 290 und umschließt den zentralen hohlen Schaft 296.
Ein Luftstrom aus der Kammer 290 erfolgt über eine große Anzahl von in der Wand des hohlen Schafts 296 ausgebildeten, sehr kleinen Löchern. Der Schaft ist mit einer oberen Kammer 298 verbunden, in der aus einem später noch zu beschreibenden Grund eine weitere Schraube 300 angeordnet ist.
Eins der Löcher in der Wand des Schaftes 296 trägt das Bezugszeichen 302. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die Löcher in einem kurzen Abstand (gemessen um den Schaft herum) nach dem Beginn der Schraube an 296 beginnen und in einem kurzen Abstand (gemessen um den Schaft herum) auslaufen, bevor die Schraube endet.
Bei einer Anordnung besteht eine Umfangslänge von annähernd 15 mm ungelochter Schaftwand an einem Ende der Schraube, und annähernd 40 mm bestehen in Umfangsrichtung der ungelochten Schaftwand am anderen Ende der Schraube, und in jedem Fall wird die Umfangslänge vom angrenzenden Ende der Schraube um den Schaft herum gemessen.
Vor der letzten Windung der Schraube verläuft der Schaft 296 nach unten in die unteren Gebiete der Kammer 290 und endet in einem konischen Verschluß 304, der auch gelocht sein kann.
Die sich schnell bewegenden Staubpartikel neigen zu einem Flug zu den Umfangsgebieten der Schraube hinaus und dann weiter nach unten in die unteren Gebiete der Kammer 290. Anschließend werden sie durch die Schraube 48 nach unten wandern und sich im unteren Gebiet der kleinen Sammelkammer oberhalb des durch die Kugel 241 gebildeten, keinen Rückweg erlaubenden Ventils sammeln, und sie werden am Ende des in bezug auf 19 beschriebenen Reinigungsvorgangs in die Sammelkammer 214 entlassen.
Die Luft, die durch die kleinen Löcher 302 durchtritt und in dem hohlen Innenraum des Rohrs 296 steigt, wird in bezug auf Staub- und Schmutzpartikel weiter freier und steigt in die obere Kammer 298 und wird durch das nach unten verlaufende konische Ende 306 am unteren Ende des zylinderförmigen Rohrs 308 abgelenkt, dessen oberes Ende mit der (nichtgezeigten) Unterdruckquelle, zum Beispiel einem durch Motor angetriebenen Gebläse oder einer Turbine, verbunden ist.
Zwischen ihren Enden läuft eine Schraube 300 um das Rohr 308 und befindet sich in enger Passung in dem zylinderförmigen Gehäuse 298 in ähnlicher Weise, wie die Schraube 294 die Kammer 290 ausfüllt. In der Wand des Rohres innerhalb der Windungen der Schraube sind jedoch keine Löcher ausgebildet. Stattdessen ist ein Gebiet 310 des Rohrs zwischen dem unteren Ende der Schraube und dem nach unten zeigenden konischen Verschluß 306 mit einer gelochten Wand mit einer großen Anzahl von kleinen Öffnungen, von denen eine das Bezugszeichen 312 trägt, ausgebildet.
In die Kammer 298 eintretende Luft wird teilweise durch die Löcher 312 durchtreten und in dem Rohr 308 nach oben steigen. Die Luft, die umläuft, wird diejenige sein, die in dem zentralen Gebiet des Luftstroms durch die Wirkung des nach unten ablenkenden Konus 306 nicht wesentlich abgelenkt wurde. Es wurde gefun den, daß der Konus zu einer weiteren Trennung führt, indem mit Partikeln beladene Luft nach dem Ablenken durch den Konus auf einer geraden Linie weiterströmt und zum Eintreten in die Schraube 300 neigt, statt ihre Richtung zu ändern und in die kleinen Löcher 312 im Abschnitt 310 einzutreten. Nach dem Eintritt der mit Partikeln beladenen Luft in die Schraube kann sie die Kammer 298 nur entlang der Schraube druchqueren und über den Auslaß 314 am oberen Ende der Kammer 298 austreten, von wo sie zu einem zweiten Einlaß oder einem Rückkehreinlaß 316 am oberen Ende der Zwischenkammer 290 zurückgeführt wird. Dort wird sie von dem durch den Einlaß 292 eintretenden Luftstrom mitgenommen, und sämtliche in dem Luftstrom verbleibenden Staubpartikel neigen zu einem Hinauswurf durch die Kreisbewegung der Luft während seines Weiterlaufs entlang der Schraube 294 nach unten, wieder einmal zum Aufsammeln in der kleinen Kammer unterhalb der Schraube 248, wie dies beschrieben wurde, und reine Luft verbleibt zum Durchtritt durch die Öffnungen 302.
Bei Verwendung des in 20 gezeigten Geräts lassen sich sehr hohe Trennwirkungsgrade erreichen.
Das in 19 und in 20 gezeigte untere Ende des Käfigs 239 enthält eine Höhenmeßvorrichtung, wie sie in 21 gezeigt wird. Nach der Darstellung in den 19 und 20 weist das untere Ende des Käfigs 239 ein flachwinkliges, kegelstumpfförmiges Gehäuse auf, das in größerem Detail in 21 im Schnitt gezeigt wird.
Der Innenraum des kegelstumpfförmigen Gehäuses 318 nimmt einen Mikroschalter 322 mit einem Betätigungsarm 324 auf, der bei Drücken in einer Richtung nach oben den Zustand des Schalters ändert.
Eine flexible Membranblende 326 erstreckt sich über eine Öffnung in der Unterseite des Gehäuses 318. Die Membran wird durch einen Seegerring oder eine andere Haltevorrichtung 328 an ihrer Stelle gehalten und ist so aufgebaut, daß, falls die Höhe des Staub- und Schmutzpartikelhaufens in der Kammer 214 zu einem Kon takt mit der Membranblende 326 führt und gegen diese drückt, der Schalter betätigt und die Kontakte geschlossen oder auch geöffnet werden.
Eine elektrische Verbindung, wie die Verbindung 328, schließt die Kontakte an ein Relais oder eine Kontaktvorrichtung an, so daß bei Betätigung des Schalters die Energiezufuhr zum Saugmotor unterbrochen wird und das Gerät seinen Betrieb beendet. Ein entweder sicht- oder hörbares Warnsignal kann erzeugt werden und zeigt dem Anwender an, daß die Kammer nun voll ist und vor jeder weiteren Verwendung geleert werden sollte.
Obwohl eine Darstellung fehlt, kann an dem Gerät ein Signalwarnmittel mit einer vorzugsweise sichtbaren Natur vorgesehen werden, um mit einer Warnmitteilung oder einem kodierten Signal anzuzeigen, daß der ein Leeren der Kammer erfordernde Zustand vorliegt. Im typischen Fall kann dies eine LED-Anzeige oder eine einfache elektromechanisch bewegte Fahne sein, die zur Anzeige einer unterschiedlich gefärbten Fläche der Fahne in einem Fenster verschoben wird, zum Beispiel wird ein grünes Gebiet der Fahne nun durch ein rotes Gebiet ersetzt und zeigt an, daß die Kammer voll ist, sobald der Mikroschalter betätigt wurde.
Obwohl in Verbindung mit der Ausführungsform nach den 19 und 20 eine Beschreibung vorliegt, kann eine Höhenmeßvorrichtung in dem inneren oder äußeren Sammler 250, 252 der 18 eingebaut werden. Bei Erzeugung eines Warnsignals in Verbindung mit der Anordnung nach 18 zeigt dies einfach an, ob es die innere oder die äußere Sammelkammer ist, die voll wurde.
In dem in 22 gezeigten alternativen Separator wird die mit Partikeln beladene Luft in den Einlaß 374 eingesaugt, sobald ein Unterdruck durch Betätigung einer motorisch angetriebenen, einen Unterdruck erzeugenden Gebläseturbine 376 erzeugt wird. Der eintreffende Luftstrom verläuft im allgemeinen tangential zu der Wand des zylinderförmigen Gehäuses 378 und wird dadurch zum Ausbilden einer am oberen Ende des Gehäuses im Gebiet 380 umlaufenden Luftmasse gebracht. Zentrisch ist ein zylinderförmiger Wirbelerzeuger 382 angeordnet, der in eine halb kreisförmige Hülle 384 mit einer sehr großen Anzahl von sehr kleinen Öffnungen 386, durch die Luft durchtreten kann, eintritt.
Unter der Oberfläche 384 ist eine ähnliche, aber entgegengesetzt konvex gebogene Umhüllung 388 angeordnet, die fast bis zu der Innenwand des Gehäuses 378 verläuft. Zentrisch zu 382 und 384 verläuft eine kegelstumpfförmige Rohrfläche 385 axial nach unten zur Verbindung mit einer Öffnung 390 im Zentrum der Ummantelung 384. Eine ein niedriges Gewicht aufweisende Kugel 392, die normalerweise das untere Ende des Gehäuses 394 einnimmt, wird unter der Einwirkung eines durch das Gehäuse 394 hochströmenden Luftstroms ansteigen und die Öffnung 390 erfassen und abschließen. Dies wird bei 392' in gestricheltem Umriß gezeigt.
Das rasche Umwälzen der Luft in 380 neigt zum Abtrennen der im Luftstrom enthaltenen Partikel von der Luft aufgrund der Zentrifugalkräfte, so daß die Partikel zur Wand des Gehäuses 378 wandern und unter der Einwirkung der Schwerkraft an der Ummantelung 388 vorbeifallen in das die Partikel aufsammelnde Gebiet 396 des Gehäuses 378. Das letztere liegt in zwei Teilen vor, dem oberen Teil 380 und dem unteren Teil 396, und der untere weist zum Unterstützen beim Tragen zum Leeren bei Füllung einen Handgriff 398 auf.
Die den Luftstrom durch 374 auslösende Unterdruckquelle 376 nimmt dies über die Öffnungen 386 vor, so daß der ankommende Luftstrom schließlich seine Richtung ändert und durch die Öffnungen 388 durchtritt und durch den hohlen Innenraum der Hülle 384 und den Luftwirbelauslöser 380 in eine Leitung 400 eintritt, die bei 401 einen Auslaß aufweist, aus dem die nun größtenteils partikelfreie Luft über eine nichtgezeigte Leitung zu einem Einlaß 402 einer weiteren Trennstufe gelangt, die in einem koaxial über dem Gehäuse 378 und der Leitung 400 angeordneten zylinderförmigen Gehäuse 404 enthalten ist. Das Gehäuse 404 enthält eine erste, nach abwärts verlaufende kegelstumpfförmige axiale Verlängerung 403, die zu einem zweiten kegelstumpfförmigen Glied 406 führt. Der Innenraum von 404 steht bei offenem Kugelventil 390, 392 mit der Partikel aufsammelnden Kammer 396 in Verbindung, und das kegelstumpfförmige Glied 306 bildet die vorstehend erwähnte kegelstumpfförmige Oberfläche 285 aus.
Zentrisch zum Gehäuse 404 ist ein nach unten verkaufendes Rohr 408 vorgesehen, dessen unteres Ende bei 410 abgedeckt ist, und die zylinderförmige Wand der Kappe ist bei 412 geöffnet.
Oberhalb der Kappe 410 befindet sich eine zwei Windungen aufweisende schraubenförmige Leitfläche 414 am oberen Ende von 404 in Umfangsrichtung abgelegen von 402 in einem zweiten Einlaß 416, zu dem die Partikel enthaltende Luft aus der dritten Stufe zurückgeführt wird.
Obwohl eine schraubenförmige Leitfläche als notwendig oberhalb des Kugelventils in 20 gezeigt wird, wurde gefunden, daß bei ausreichendem Abstand zwischen der Unterseite von 410 und der Öffnung 390 in 22 keine schraubenförmige Leitfläche bei der Anordnung von 22 benötigt wird.
Das Rohr 408 dient als Luftauslaß aus 402, und der durch 408 nach oben gelangende Luftstrom wird kreisförmig in sämtlichen Richtungen durch ein nach unten zeigendes konisches Ende 418 eines zylinderförmigen Verschlusses eines axial verlaufenden rohrförmigen Gliedes 420 in einem zylinderförmigen Gehäuse 422 abgelenkt. Die zylinderförmige Wand des Verschlusses ist unter Ausbildung eines Auslasses vom Innenraum von 422 zur Sogquelle 376 bei 424 gelocht.
Partikelhaltige Luft aus 408 neigt zum Abgeben der Partikel bei einer plötzlichen Richtungsänderung der Luft bei ihrem Ablenken in einer radialen Richtung bei Auftreffen auf die konische Endfläche 418 und läuft bei Anlangen im Innenraum des Gehäuses 422 in einer radialen Richtung in Richtung auf die Öffnungen in der Kappe 418. Die Partikel werden in das untere Ende einer drei Windungen aufweisenden Schraube 426 gezogen, und nach Durchlauf durch die Schraube verlassen die Partikel das Gehäuse 422 über den Auslaß 428 und werden über eine nichtgezeigte Leitung zum Einlaß 416 in der Kammer 404 zurückgeführt zum Vermischen mit der von 402 ankommenden, mit Partikeln beladenen Luft zwecks Abtrennung von dieser durch erneutes Durchlaufen der Schraube 414 und des zum und vom unteren Ende von 406 wandernden Luftwirbels.
Im wesentlichen partikelfreie Luft tritt über die Öffnungen 424 durch das Rohr aus zur Sogquelle 376, und es wurde gefunden, daß die Trennung insgesamt so wirksam sein kann, daß für den Weg durch 420 zur Quelle 376 kein Filter benötigt wird.
Gemäß der Darstellung in 23 wird die Kugel frei in einem zylinderförmigen Gehäuse 394 gehalten, dessen oberes Ende 430 dichtend am unteren offenen Ende der Ummantelung 384 von 20 befestigt ist. Radiale Vorsprünge 432, 434 verhindern ein Durchfallen der Kugel durch das untere offene Ende des Gehäuses 394, und gemäß der Darstellung in 24 sind vier solcher radialen Vorsprünge vorgesehen, 432, 434, 436 und 438. Nahe am oberen Ende des Gehäuses 394 befindet sich ein ringförmiger Vorsprung 440, der einen Ventilsitz bildet, der mit der Kugel 392 zum Abschließen des Luftdurchgangs durch die durch die ringförmigen Vorsprünge 240 ausgebildete Öffnung 442 zusammenwirkt bei erstem Anlegen von Unterdruck an das System und bei durch einen Luftstrom in Aufwärtsrichtung angehobener Kugel.
Wenn der Durchmesser der Kugel 392 etwas kleiner als der Innenraum des Gehäuses 394 ist, können Partikel, die sich über der Kugel 392 (wenn sie sich in ihrer bei 392' gezeigten oberen Stellung befindet) ansammeln, an der Kugel vorbei und durch die Öffnungen wie 444, 446, 448 und 450 fallen zum Verlassen des Gehäuses in die Kammer 396.
Eine nichtgezeigte Höhenmeßvorrichtung kann in die Konstruktion des in den 22 bis 24 gezeigten Separators eingebaut werden.
Das hier beschriebene Gerät kann auch zum Abtrennen von Flüssigkeiten, zum Beispiel Wasser, von Gasen, zum Beispiel Luft, verwendet werden, da Flüssigkeiten im allgemeinen dichter als Gase sind. Falls Feststoffpartikel aus Material mit einer Dichte über der von gasförmigen und flüssigen Phasen vorliegen, können diese auch aus der gasförmigen Phase und aus der flüssigen Phase und in einem zweiten Durchlauf durch das Gerät oder bei Durchlauf durch ein zweites ähnliches Gerät unter der Voraussetzung ausreichend verschiedener relativer Dichten von der flüssigen Phase abgetrennt werden.
In jedem Fall sollte bei Vorliegen von Flüssigkeit eine Flüssigkeitsfalle oder ein Flüssigkeitsfilter bei Verschmutzung oder Beschädigung der Sogquelle durch auf sie auftreffende Flüssigkeit vorgesehen werden, falls die Sogquelle ein durch einen Elektromotor angetriebenes Gebläse ist, oder Schritte können zum Abtrennen der Flüssigkeit vom Motor vorgenommen werden. Alternativ kann eine nichtelektrische Pumpe, die durch den Durchlauf von Flüssigkeit nicht nachteilig beeinflußt wird, verwendet werden.
Bei Darstellung einer Schraube in irgendeiner der Zeichnungen liegt der Schraubenwinkel im typischen Fall im Bereich von 2° bis 10° und vorzugsweise in der Größenordnung von 4°.

Claims

Ein vielstufiger Partikel/Luftseparator mit: (1) einer ersten Stufe mit einer zylinderförmigen Kammer (22), von deren einem Ende im Innern ein zentrales Glied (50), das in seiner Wand von dem einen Ende abgelegene Öffnungen (53) aufweist, ausgeht, (2) einem Lufteinlaß (14) in der Kammerwand, durch den mit Partikeln beladene Luft tangential in die Kammer in der Nähe ihres einen Endes eintritt, (3) einer zweiten Staub/Lufttrennstufe (38, 40), in die Luft aus der Kammer der ersten Stufe über die Öffnungen in der Wand des zentralen Gliedes eintreten kann, (4) Saugmitteln (10) zum Einleiten einer Luftströmung aus der ersten in die zweite Stufe, (5) einem Partikelsammelgebiet an dem von dem einen Ende abgelegenen Ende der Kammer (22), in das die Partikel als Ergebnis ihrer Abscheidung aus der in das zentrale Glied gelangenden Luft wandern, (6) wobei der Teil des zentralen Gliedes (50) an dem einen Ende der Kammer (22) nicht mit Öffnungen versehen ist und in Kombination mit der zylinderförmigen Kammer in dieser am Lufteinlaß (14) zu dieser ein ringförmiges Gebiet (18) definiert, (7) wobei das ringförmige, das nicht mit Öffnungen versehene Gebiet des zentralen Gliedes umschließende Gebiet (18) und der eintreffende tangentiale Luftstrom zusammenwirken zum Auslösen eines Wirbels in der Kammer, so daß die eintreffende Luft in eine in der Kammer an ihrem einen Ende rotierende Luftmasse geformt wird, wodurch die Zentrifugalkraft dazu führt, daß in der eintreffenden Luft Partikel, die schwerer als Luft sind, in die Außengebiete der Kammer wandern, wobei der Sog eine axiale Wanderung der rotierenden Luftmasse von dem einen Ende der Kammer in Richtung auf ihr anderes Ende bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß (8) das mit Öffnungen versehene Gebiet (52) des zentralen Gliedes eine halbkugel- oder kegelstumpfförmige hohle Hülse ist, die von dem nicht mit Öffnungen versehenen Gebiet (50) in Richtung auf das andere Ende der Kammer (22) verläuft.
Gerät wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei ein Rock (56) vom Ende des zentralen Gliedes (50) jenseits des die Öffnungen in seiner Wand enthaltenden Gebietes verläuft zum Definieren eines schmalen Ringspalts zwischen dem Rock und der Wand der Kammer (22), so daß die Partikel in dem den Staub sammelnden Gebiet, die aufgrund der Turbulenz in dem Gebiet in Richtung auf das zentrale Glied aufsteigen können, an einem Erreichen der Öffnungen in ihm gehindert werden, es sei denn, daß sie gegen die Strömung der einlangenden Partikel zum Durchtritt durch den schmalen Ringspalt radial nach außen wandern.
Gerät wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei ein Ringflansch (68, 70) am zentralen Glied (50) zwischen dem die Öffnungen nicht aufweisenden und dem diese aufweisenden Gebiet seiner Wand vorgesehen ist, um den Wirbel der in der Kammer rotierenden Luft während seines Weges entlang der Kammer vom zentralen Glied wegzudrücken.
Gerät wie in Anspruch 1, 2 oder 3 beansprucht, wobei in einer späteren Trennstufe abgetrennte Partikel über einen durch das zentrale Glied (50) der ersten Stufe durchtretenden Durchgang (43) zu einem die Partikel sammelnden Gebiet gefördert werden.
Gerät wie in Anspruch 4 beansprucht, wobei der Durchgang mit dem die Partikel sammelnden Gebiet der zylinderförmigen Kammer (22) der ersten Stufe über ein Ventilmittel (47; 74, 80; 241, 237; 392), das während der Luftströmung durch das Gerät geschlossen und nach dem Beenden der Luftströmung geöffnet ist, in Verbindung steht, damit strömungsoberhalb des Ventils aufgesammelte Partikel in das die Partikel aufsammelnde Gebiet der Kammer (22) der ersten Stufe eintreten können.
Gerät wie in Anspruch 5 beansprucht, wobei das Ventilmittel ein Verschlußglied aufweist, das durch Federmittel in einem offenen Zustand gehalten wird.
Gerät wie in Anspruch 4 beansprucht, wobei der Durchgang (38) mit einem die Partikel aufsammelnden Gebiet (66) in Verbindung steht, das von dem die Partikel aufsammelnden Gebiet der ersten Stufe getrennt ist, so daß die durch die erste Stufe abgetrennten Partikel getrennt von den durch die spätere Stufe des mehrstufigen Saparators abgetrennten Partikeln aufgesammelt werden.
Gerät wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, wobei ein Durchgang (42, 44, 46) durch das zentrale Glied von den Öffnungen in dessen Wand bis zu einem Einlaß (48) in einer zweiten zylinderförmigen, einen Teil der zweiten Trennstufe bildenden Kammer (40) verläuft, durch die Luft und in ihr verbleibende Partikel von der ersten zur zweiten Stufe durchtreten.
Gerät wie in Anspruch 8 beansprucht, wobei die zweite zylinderförmige Kammer (40) strömungsunterhalb der ersten Kammer angeordnet und jenseits des einen Endes der ersten Kammer abgelegen von dem Staub aufsammelnden Gebiet der letzteren gelegen ist.
Gerät wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei der Einlaß (48) in der zweiten zylinderförmigen Kammer einen tangentialen Eintritt der Luft in die Kammer bewirkt und diese ein hohles zentrales Glied (58) enthält, das axial dazu über mindestens einen Teil von deren Länge von dem von der ersten Kammer am weitesten abgelegenen Ende verläuft.
Gerät wie in Anspruch 10 beansprucht, wobei das freie Ende des hohlen zentralen Gliedes (58) mindestens eine Öffnung (49) aufweist zum Ausbilden eines Auslasses für Luft und jegliche verbleibenden Partikel zum Austreten aus der zweiten Kammer (40).
Gerät wie in Anspruch 10 beansprucht, wobei das freie Ende (60) des hohlen zentralen Gliedes geschlossen ist, die Wand des zentralen Gliedes aber Öffnungen (62) aufweist, durch die Luft und jegliche verbleibenden Partikel aus der zweiten Kammer austreten können.
Gerät wie in Anspruch 10 beansprucht, wobei ein schraubenförmiger Flansch (88) von dem zentralen Glied (58) vorsteht und damit in der zweiten Kammer kreisende Luft bei ihrem Weg von einem Ende der Kammer (40) zum anderen Ende zum Beschreiben einer schraubenförmigen Bahn zwingt
Gerät wie in Anspruch 10 beansprucht, wobei eine drehbare Turbine (94, 96) in der zweiten Kammer (40) zur Drehung um die Kammerachse angeordnet ist und die Blätter der Turbine gegenüber dem Einlaß (48) in der zweiten Kammer so ausgerichtet sind, daß der eintretende tangentiale Luftstrom ihre Drehung verursacht.
Gerät wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei die zweite Kammer ein erstes, allgemein zylinderförmiges Gebiet (40) und ein zweites, von diesem ausgehendes Gebiet (64) aufweist, das kegelstumpfförmig ist und dessen Durchmesser von dem des zylinderförmigen Gebietes ausgehend in einer Richtung weg von diesem fortschreitend abnimmt.
Gerät wie in Anspruch 15 beansprucht, wobei der eingeschlossene Winkel des Konus, von dem die kegelstumpfförmige Fläche (64) einen Teil bildet, im Bereich von 100 bis 140 Grad, vorzugsweise 120 Grad, liegt.
Gerät wie in Anspruch 15 beansprucht, wobei die zweite Kammer (40) ein jenseits des ersten kegelstumpfförmigen Gebietes (64) verlaufendes drittes Gebiet (38) enthält, das auch kegelstumpfförmig ist, aber bei dem der Durchmesser mit axialer Entfernung von dem zylinderförmigen Gebiet (40) langsamer als der Durchmesser des ersten kegelstumpfförmigen Gebietes (64) fortschreitend abnimmt.
Gerät wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17 beansprucht, das weiter eine strömungsunterhalb der zweiten Stufe (40) angeordnete dritte Stufe (92, 114) aufweist zum Abscheiden jeglicher in dem Luftstrom, der von der zweiten Stufe zur dritten Stufe gelangt, verbleibender Partikel.
Gerät wie in Anspruch 18 beansprucht, wobei der zentrale Durchgang (12) der zweiten Stufe (40) mit der dritten Stufe (92, 114) in Verbindung steht zum Ermöglichen eines Gelangens der Luft in die dritte Stufe von der zweiten Stufe, die dritte Stufe eine allgemein zylinderförmige Kammer ist, Luft allgemein zentrisch zu einem Ende der Kammer in die dritte Stufe eintritt, die dritte Stufe ein hohles zentrales Glied (98, 116) und in der Wand des zentralen Gliedes einen ersten Auslaß (118) und in der Wand der Kammer einen zweiten Auslaß (112) aufweist und eine Leitfläche (120) in der dritten Stufe angeordnet ist, um zu bewirken, daß die in die Kammer eintretende Luft sich radial nach außen bewegt, so daß jegliche im Luftstrom verbleibenden Partikel radial weg vom Mittelpunkt der Kammer und axial weg vom ersten Auslaß in eine Richtung zum Eintreten in den zweiten Auslaß versetzt werden.
Gerät wie in Anspruch 19 beansprucht, wobei die Leitfläche (120) ein konisches unteres Ende des zentralen Gliedes in der dritten Stufe umfaßt, dessen Scheitel in Richtung auf den eintretenden Luftstrom zeigt.
Gerät wie in Anspruch 19 beansprucht, wobei eine Schraubenlinie (102) um das zentrale Glied (98) verläuft zum Einleiten einer Dreh- und einer Axialbe wegung der Luftströmung durch die dritte Stufe und der zweite Auslaß (112) axial jenseits des Auslaßendes der Schraubenlinie angeordnet ist.
Gerät wie in Anspruch 19 beansprucht, wobei der erste Auslaß in der Wand des zentralen Gliedes (116) in der dritten Stufe eine Vielzahl von kleinen Öffnungen (118) aufweist.
Gerät wie in Anspruch 14 beansprucht, das weiter eine dritte Stufe (260) strömungsunterhalb der zweiten Stufe (230) aufweist zum Abscheiden jeglicher in dem von der zweiten zur dritten Stufe gelangenden Luftstrom verbleibenden Partikel und wobei der zentrale Durchgang (258) der zweiten Stufe mit der dritten Stufe (260) in Verbindung steht zum Ermöglichen eines Gelangens der Luft von der zweiten Stufe in die dritte Stufe, wobei diese eine allgemein zylinderförmige Kammer ist und die Luft allgemein zentrisch zu einem Ende der Kammer in die dritte Stufe eintritt, die dritte Stufe ein hohles zentrales Glied (270), in der Wand des zentralen Gliedes einen ersten Auslaß (280) und in der Wand der Kammer einen zweiten Auslaß (282) aufweist und eine Leitfläche in der dritten Stufe vorgesehen ist zum Bewirken einer radialen Auswärtsbewegung der in die Kammer eintretenden Luft, so daß jegliche in dem Luftstrom verbleibenden Partikel radial weg vom Mittelpunkt der Kammer und axial weg vom ersten Einlaß versetzt werden in einer Richtung zum Eintreten in den zweiten Auslaß, der ein von der Turbine (238) in der zweiten Stufe (232) angetriebenes, hohles, sich drehendes zentrales Glied (264) aufweist zum Bewirken einer Drehbewegung des in die dritte Stufe (260) eintretenden Luftstroms, und um damit zu veranlassen, daß in der in die dritte Stufe eintretenden Luft verbleibende Partikel unter Zentrifugalkraft nach außen wandern, und der zweite Auslaß (282) in der dritten Stufe so angeordnet ist, daß er jegliche solche Partikel zur Rückkehr zu einer früheren Trennstufe (230) aufsammelt.
Gerät wie in Anspruch 23 beansprucht, wobei der zweite Auslaß (282) über einen Durchgang mit einem zweiten Auslaß (284) in der Wand der Kammer der zweiten Stufe in Verbindung steht, so daß in die Kammer (230) der zweiten Stufe eintretende Luft dies tangential zur Kammer tut und in der gleichen Richtung wie die in der Kammer der zelten Stufe rotierende Luft.
Gerät wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 24 beansprucht, weiter mit einem Höhendetektormittel (74) in einem Partikel aufsammelnden Gebiet zum Auslösen eines Alarms für den Fall, daß die in ihm aufgesammelten Partikel ein vorgegebenes Volumen überschreiten.
Ein Verfahren zum Abtrennen von Partikeln aus mit Partikeln beladener Luft mit einem vielstufigen Separator wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die erste Stufe eine im allgemeinen zylinderförmige Kammer mit einem axial von ihrem einen Ende ausgehenden hohlen zentralen Glied aufweist und Öffnungen in der Wand des zentralen Gliedes abgelegen von dem einen Ende enthält, und wobei das Abscheiden in der ersten Stufe durch tangentiales Einleiten von Luft in die Kammer in der Nähe ihres einen Endes erreicht wird und der tangentiale Eintritt in Kombination mit einem keine Öffnungen aufweisenden Gebiet der Wand des zentralen Gliedes in der Kammer eine rotierende Luftmasse hervorruft und dadurch bewirkt, daß Partikel, die schwerer als Luft sind, unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft in die äußeren Gebiete der Kammer wandern, durch Anlegen eines Soges an den Innenraum der zentralen Kammer eine axiale Wanderung der rotierenden Luftmasse ausgelöst wird zum Bewirken einer axialen Bewegung der Luft durch die Kammer vor ihrem Austritt durch die Öffnungen in der halbkugel- oder kegelstumpfförmigen Wand des zentralen Gliedes und Auswählen der Sogkraft derart, daß die Partikel nahe den Wänden der Kammer zum Fortsetzen einer Bewegung auf einem sich allgemein drehenden und axial fortsetzenden Weg in ein Partikel aufsammelndes Gebiet der Kammer neigen, während verhältnismäßig partikelfreie Luft bei ihrer axialen Vorbewegung radial nach innen gezogen wird, um durch Öffnungen in der halbkugel- oder kegelstumpfförmigen Wand des zentralen Gliedes in Richtung auf eine zweite Abtrennstufe auszutreten.