Saugmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Saugmaschine mit einer Separiereinheit zur Abtrennung flüssiger und gegebenenfalls fester Bestandteile aus einem angesaugten Luft/- Flüssigkeitsgemisch und mit einem Sauggebläse, das an einen Luftauslass der Separiereinheit angeschlossen ist.

Eine solche Saugmaschine ist aus der EP 0 400 431 Al bekannt . Die dort beschriebene Saugmaschine besteht aus einer Abscheideeinheit, die an ein Sauggebläse angeschlos- sen wird. Die Abscheideeinheit weist einen Zyklon und eine Zentrifuge auf, die koaxial angeordnet sind.

Saugmaschinen werden in zahnärztlichen oder chirurgischen Absauganlagen eingesetzt. Das vom Zahnarzt oder Chirurg aus dem Mund des Patienten bzw. dem Operationsgebiet abgesaugte Luft/Flüssigkeitsgemisch muss dabei zunächst in der Abscheideeinheit in seine flüssigen und gegebenenfalls festen Bestandteile einerseits und die Luftanteile andererseits getrennt werden.

Als Sauggebläse mit dem die Luftanteile vom Ausgang der Abscheideeinheit abgezogen und ein Unterdruck für das Absaugen erzeugt wird, kommen derzeit vielfach leise laufende Seitenkanalgebläse zum Einsatz.

Kleinere Saugmaschinen können direkt in der Behandlungs- einheit integriert werden, während größere, zentral aufgestellte Saugmaschinen zur gleichzeitigen Versorgung mehrerer Behandlungsplätze vorgesehen werden können.

Die heute eingesetzten Seitenkanalgebläse haben einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad von nur etwa 0,25- 0,3 pro Stufe im Bestpunkt . Außerdem steigt ihr Leistungsbedarf mit dem gewünschten Unterdruck. Bei einer Saugma- schine für vier zahnärztliche Behandlungsplätze muss beispielsweise ein Elektromotor mit einer Anschlussleistung von etwa 1,5 kW vorgesehen werden.

üblicherweise werden Sauggebläse für zahnärztliche oder chirurgische Saugmaschinen heute mit Einphasen- oder Drehstrommotoren angetrieben, die einem maximalen Wirkungsgrad von 60-70% erreichen.

Hinzu kommt, dass gerade bei Mehrplatzgeräten eine be- darfsabhängige Regelung der Saugleistung wünschenswert wäre, um das Sauggebläse nicht ständig im Volllastbereich betreiben zu müssen. Dies erfordert jedoch eine technisch aufwendige und teure Steuerelektronik.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Saugmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, die einen besseren Wirkungsgrad aufweist und die insbesondere für die Versorgung mehrerer Behandlungsplätze geeignet ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Saugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist bei einer Saugmaschine der eingangs genannten Art das Sauggebläse als Radialgebläse ausgeführt, dessen Laufrad von einem elektrisch kommutierten Elektromotor (EC-Motor) angetrieben wird.

Im Gegensatz zu einem Seitenkanalgebläse weist ein Radialgebläse einen deutlich höheren Wirkungsgrad von etwa 0,6- 0,7 pro Stufe im Bestpunkt auf. Außerdem ist der Leistungsbedarf eines Radialgebläses im Teillastbereich geringer, denn Radialgebläse benötigen mehr Leistung je höher der Volumenstrom wird. Bei hohem Unterdruck aber geringem Volumenstrom, wie dies bei zahnärztlichen oder chirurgischen Absauganlagen typisch der Fall ist, ist der Leistungsbedarf hingegen relativ gering. Außerdem ist das Radialgebläse im Betrieb weniger empfindlich bezüglich angesaugten Flüssigkeitsresten, Schaum oder Staub. Durch die geringere Masse des Laufrades eines Radialgebläses gegenüber einem Seitenkanalgebläse ist zudem ein schnelleres Hochlaufen gewährleistet.

Auch der elektrisch kommutierte Motor weist im Vergleich zu herkömmlichen Einphasen- oder Drehstrommotoren einen höheren Wirkungsgrad von etwa 80-85% auf. Dadurch sind Stromverbrauch und Abwärme geringer.

Da ein elektrisch kommutierter Motor bürstenlos arbeitet, ist er praktisch verschleißfrei und hat eine höhere Lebensdauer .

Außerdem erlaubt die für den Betrieb eines elektrisch kommutierten Motors erforderliche Elektronik eine Drehzahlsteuerung, über die ohne großen Aufwand eine bedarfs- abhängige Saugleistungsregelung realisiert werden kann.

Erfindungsgemäß sind die Separiereinheit und das Radialgebläse mechanisch miteinander gekoppelt, vorzugsweise derart, dass die Separiereinheit langsamer läuft als das Radialgebläse. So kann mit dem EC-Motor sowohl das Radialgebläse als auch die Separiereinheit betrieben werden und

unterschiedlichen Drehzahlanforderungen der beiden Teil- einheiten Rechnung getragen werden.

Zweckmäßig kann die Kopplung durch ein Zahnrad-Getriebe ausgeführt werden. Alternativ kommt aber auch eine Kopplung über ein Keilriemen-, ein Zahnriemen- oder über ein Reibradgetriebe in Betracht .

Als besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz eines schräg verzahnten Zahnradgetriebes.

Wird das eine Zahnrad aus Kunststoff und ein darin eingreifendes zweites Zahnrad aus Metall ausgeführt, so lässt sich eine besonders leise Getriebekopplung realisieren und das Getriebe kommt auch ohne Schmierung aus.

Wenn die Steuerelektronik des EC-Motors in einer Motorenkammer untergebracht wird, was zu einer besonders kompakten Bauform führt, wird zweckmäßig ein Lüfter zur Kühlung der Motorelektronik vorgesehen. Der Lüfter kann vorteilhaft auf der Antriebswelle der Separiereinheit angeordnet werden.

Der Luftauslass der Separiereinheit kann auf einfache Weise über eine externe Leitung mit einem Ansaugstutzen des Radialgebläses verbunden werden.

Vorzugsweise umfasst die Separiereinheit eine Zyklonstufe und eine Pumpen- oder eine Zentrifugenstufe, die koaxial angeordnet sind. Dadurch wird eine gute Trennung des abgesaugten Luft/Flüssigkeitsgemischs erreicht.

Wenn der Elektromotor als Außenläufermotor ausgeführt ist, lässt sich die Saugmaschine besonders kompakt aufbauen. Außerdem ermöglicht ein Außenläufermotor die übertragung

hoher Drehmomente und kann bei hohen Drehzahlen betrieben werden .

Weitere Vorteile sind der Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels der Erfindung zu entnehmen, das anhand der Zeichnungen nachstehend näher erläutert wird. Es zeigt :

Figur 1 eine SchnittZeichnung einer Saugmaschine

Figur 2 eine isometrische Darstellung der Saugmaschine aus Figur 1 in einer um ca. 120° gedrehten Ansicht,

Figur 3 eine gegenüber Figur 1 um 90° gedrehte Seitenansicht der Saugmaschine,

Figur 4 eine Draufsicht auf die Saugmaschine aus Figur 1 und

Figur 5 eine Ansicht der Saugmaschine aus Figur 1 von unten.

Die in den Figuren 1 bis 5 gezeigte Saugmaschine besitzt einen unteren Gehäusedeckel 11, auf den von oben ein becherförmiges Gehäusesegment 21 einer Separiereinheit 20 geschraubt ist .

Oben ist das Gehäusesegment 21 durch einen ringförmigen Zwischenflansch 30 verschlossen, der in der Mitte einen herabhängenden Auslassstutzen 92 für von Flüssigkeitsanteilen befreite Luft aufweist.

Ein Einlassstutzen 29 der Separiereinheit 20 führt tangen- tial seitlich in das Gehäuse 21 (siehe Figur 2) und mündet

in einem Spiralgang 35, der ins Innere des Gehäuses 21 ausläuft. Auf den Einlassstutzen 29 ist ein y-förmiges Verzweigungsstück 29' aufgeschraubt, an das beispielsweise zwei zahnärztliche Absauger getrennt angeschlossen werden können.

Von oben ist der Zwischenflansch 30 mit einem zweikammeri- gen Gehäusesegment 31 verschraubt, dessen untere Kammer als Luftauslasskammer der Separiereinheit 20 dient und die seitlich einen Auslassstutzen 37 (siehe Figur 3) trägt. Die obere Kammer des Gehäuses 31 dient zur Aufnahme eines Zahnradgetriebes 36.

Nach oben hin ist das Gehäusesegment 31 von einem weiteren Gehäusesegment 41, dass als Motorkammer dient, verschlossen, das seitlich versetzt angebracht ist und dessen Unterseite als Deckel 47 für die obere Kammer des Gehäusesegmentes 31 ausgebildet ist. Nach oben ist das Gehäusesegment 41 von einem Deckel 51 verschlossen.

Der Deckel 51 ragt radial über das Gehäusesegment 41 hinaus und bildet gleichzeitig den Boden für ein Spiralgehäuse 61 eines Radialgebläses 60. Das Spiralgehäuse 61 bildet zusammen mit dem Deckel 51 eine Arbeitskammer 67 für ein Laufrad 62.

Im Zentrum des Spiralgehäuses 61 befindet sich ein runder Luftdurchlass 65, der in eine Einlasskammer 66 mündet, die mit einem rohrförmigen Ansaugstutzen 63 kommuniziert. Die Arbeitskammer 67, die ansonsten einen runden Querschnitt aufweist, weist eine tangentiale Luftauslassöffnung 68 (siehe Figur 2) auf, die sich in einen Spiralgang 69 erstreckt, der um die Arbeitskammer 67 herum zu einem rohrförmigen Luftauslass 64 führt. In Figur 4 ist der Verlauf des Spiralgangs 69 in der Draufsicht zu erkennen.

Oben verschlossen wird das Spiralgehäuse 61 durch einen nicht gezeigten, runden oberen Blechsdeckel.

Unter Betriebsbedingungen ist der Luftauslass 37 der

Separiereinheit 20 über eine hier nicht gezeigte externe Leitung, die ein Schlauch oder Rohr sein kann, mit dem Ansaugstutzen 63 des Radialgebläses 60 verbunden.

In dem Gehäusesegment 21 der Separiereinheit 20 sind auf einer gemeinsamen Antriebswelle 34 übereinander ein Pumpenlaufrad 23 und ein sich glockenförmig nach unten erweiternder Rotor 22 einer Zyklonstufe angeordnet.

Im oberen Bereich des Rotors 22 ist ein in Form einer Ringwendel ausgebildeter den Rotor 22 umgebender Steg vorgesehen, der zusammen mit einem gegenüberliegenden Steg an der Innenwand des Gehäuses 21 den Spiralgang 35 bildet, über den das angesaugte Luft/Flüssigkeitsgemisch in die Separiereinheit 20 geleitet wird.

Am oberen Rand weist der Rotor 22 eine größere Anzahl in Umfangsrichtung verteilter, radialer Pumpflügel 19 auf, die in der Mitte eine schmale rechteckige Ausnehmung haben und zusammen mit einer entsprechend geformten Rippe des Zwischenflansches 30 eine dynamische Dichtung mit Rückpumpwirkung bilden, so dass keine direkte Strömungsverbindung vom Innenraum des Gehäuses 21 zu der zentralen Durchlassöffnung des Zwischenflansches 30 besteht.

In seinem Innenraum weist der Rotor 22 mehrere (z.B. sechs) sich in vertikale und radiale Richtung zwischen Antriebswelle 34 und Innenwand des Rotors 22 flächig erstreckende Flügel 25 auf, die den Innenraum des Rotors

22 in mehrere, seitlich gegen einander abgeschlossene Sektoren unterteilt .

Unter dem Rotor 22 befindet sich ein ringrinnenförmiges Pumpenlaufrad 23, dessen Außenwand sich schräg nach oben über den unteren Rand des Rotors 22 erstreckt . Im Inneren des Pumpenlaufrads 23 sind mehrere radiale Stege 26 angeordnet. Am äußenrand des Pumpenlaufrads 23 befinden sich über den Umfang verteilt eine größere Anzahl Pumpflügel 27, die in der Mitte jeweils eine schmale rechteckige Ausnehmung haben .

über dem Ring von Pumpflügeln 27 verkleinert sich der Durchmesser des Gehäusesegmentes 21 in einer Schulter 28, die auf diese Weise zusammen mit dem Bodendeckel 11 eine Flüssigkeitsauslasskammer begrenzen.

Von der Schulter 28 steht ringförmig ein Sperrsteg 81 nach unten und ragt in die rechteckige Ausnehmungen der Pump- flügel 27. Die Pumpflügel 27 bilden auf diese Weise zusammen mit der Schulter 28 und dem von dieser in die Ausnehmung der Pumpflügel 27 ragenden Sperrsteg 81 eine dynamische Dichtung.

Die Pumpflügel 27 reichen über die Schulter 28 hinaus nach innen in das Pumpenlaufrad 23 hinein und fördern so Flüssigkeit, die von dem Rotor 22 in das Pumpenlaufrad 23 tropft und durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt wird, zu einem Flüssigkeitsauslassstutzen 24 (siehe Figur 3) , der tangential von einer unteren Umfangswand des Gehäuseegmantes 21 ausgeht, die unter der Schulter 28 liegt.

Angesaugtes Luft/Flüssigkeitsgemisch, das von dem Einlass- stutzen 29 über den Spiralgang 35 in das Gehäusesegment

21 eintritt, strömt unter Drall nach unten und dann unter der Sogwirkung des an den Luftauslass 37 angeschlossenen Radialgebläses 60 von unten in die durch die Flügel 25 begrenzten sektorförmigen Kammern des Rotors 22. Flüssige Restanteile werden auf diesem Weg unter Zentrifugalkraft bei der Zyklon-Außenwand abgeschieden und tropfen dann direkt in das Pumpenlaufrad 23.

Im Rotor 22 werden etwa mitgeschleppte feine Flüssigkeits- tröpfchen und Schaumanteile durch die Zentrifugalwirkung gegen die Innenwand des Rotors 22 gedrängt und fließen an der sich nach unten aufweitenden Innenwand herunter. Von dort tropft die Flüssigkeit in das Pumpenlaufrad 23 und wird unter Zentrifugalwirkung nach außen gedrängt, wo sie durch die Pumpflügel 27 zum Flüssigkeitsauslassstutzen 24 gefördert wird.

Die Antriebswelle 34 der Separiereinheit 20 erstreckt sich durch die Luftaustrittsöffnung im Zwischenflansch 30 und die Luftauslasskammer des Gehäusessegmentes 31 bis zu dem

Getriebe 36.

Am oberen Ende der Antriebswelle 34 sitzt ein großes Zahnrad 32, das von einem kleineren Zahnrad 33 angetrieben wird. Das Untersetzungsverhältnis beträgt etwa 1:3.

Das Zahnrad 33 sitzt auf einer Welle 42, die mittig durch das Gehäusesegment 41 bis zu dem Laufrad 62 verläuft. Innerhalb des Gehäusesegmentes 41 sitzt auf der Welle 42 ein Rotor 44 eines elektrisch kommutierten Elektromotors

(EC-Motor) 43, der als Außenläufermotor ausgeführt ist.

üblicherweise dreht sich bei einem Elektromotor ein innenliegender Rotor, und das äußere Gehäuse steht. Bei dem hier verwendeten Außenläufermotor ist dies umgekehrt. Das

äußere, mit Permanentmagneten versehene Motorengehäuse dient als Rotor 44 und dreht sich, während der Anker 45 (Stator) , der aus mehreren Luftspulen besteht, im Inneren steht . Dies führt zu einer besonders kompakten Bauweise und ermöglicht große Drehmomente. Alternativ kann aber auch ein Innenläufer EC-Motor verwendet werden.

Herkömmliche Elektromotoren arbeiten meist mit Bürsten, um die Stromrichtung in der Wicklung immer zum richtigen Zeitpunkt zu wechseln. Dieser Bürstenapparat verursacht mechanische und elektrische Verluste, ist verschleißanfällig und verursacht elektromagnetische Empfangsstörungen. Bei elektrisch kommutierten Motoren wird die Stromwendung hingegen mit einer Steuerelektronik (Motorsteuerung) realisiert, die ein umlaufendes Magnetfeld durch die

Luftspulen des Ankers 45 erzeugt. Die genannten Nachteile der Bürsten treten hier nicht auf. Dadurch weist ein bürstenloser Motor einen besseren Wirkungsgrad auf.

Der becherförmige Rotor 44 ist an der Unterseite mit der

Welle 42 verbunden, während er auf der Oberseite offen ist .

Von oben steht von dem Deckel 51 eine Lagerhülse 53 nach unten über, in der die Welle 42 gelagert ist und auf deren Außenseite der Anker 45 mit seinen Luftspulen sitzt.

Die Motorsteuerung ist auf zwei Leiterplatten 46 im Inneren des Gehäusesegmentes 41 untergebracht, von denen die untere Leiterplatte sich konzentrisch um den Rotor 44 erstreckt während die andere oberhalb des Ankers 42 auf der Lagerhülse 53 angebracht ist. Alternativ kann die Motorsteuerung natürlich auch in einem externen Gehäuse untergebracht werden.

Um die MotorSteuerung zu kühlen, kann zusätzlich ein hier nicht gezeigter Lüfter in dem Gehäusesegment 41 untergebracht werden, der vorzugsweise von der Welle 42 mit angetrieben wird.

über die MotorSteuerung kann verhältnismäßig einfach durch Regelung der Drehzahl die Saugleistung der Saugmaschine entsprechend dem aktuellen Bedarf an den Behandlungsplätzen (z.B. 1-4 Behandlungsplätze) geregelt werden. Dazu kann der Unterdruck in der Saugleitung gemessen und entsprechend die Drehzahl geregelt werden.

Außerdem verfügt die Motorsteuerung über eine Motorstrombegrenzung (Blockiersicherung) .

Auf dem oberen Ende der Welle 42 sitzt das Laufrad 62 des Radialgebläses 60. Es umfasst eine untere ebene Scheibe 72 und eine obere kegelstumpfförmige Scheibe 72. Der Scheibenabstand verringert sich somit von innen nach außen.

Zwischen den beiden Scheiben 71, 72 befinden sich achsparallele Mantellinien aufweisende Schaufeln 73, die sich auf gebogenen Linien vom Zentrum radial bis zum Rand der Scheiben 71, 72 erstrecken. Alternativ sind auch radial endende Schaufeln möglich.

Die obere Scheibe 71 des Laufrads 62 hat mittig einen Lufteinlass, der in den Luftdurchlass 65 des Spiralgehäuses 61 mündet. Zur besseren Abdichtung gegen die Arbeits- kammer 67 ist an dem Lufteinlass ein vertikaler Stutzen 74 angebracht, der einen entsprechenden, nach unten reichenden Kragen 75 am Luftdurchlass 65 unter geringem Spiel umschließt .

Wird das Laufrad 62 durch den EC-Motor 43 in schnelle Rotation versetzt, so wird Luft durch den mittigen Luft- einlass im Laufrad 62 angesaugt und von den gekrümmten Schaufeln 73 durch den Spalt zwischen den beiden Scheiben 71, 72 nach außen gedrängt, rotiert dann in der Arbeitskammer 67 und strömt durch die Luftauslassöffnung 68 und den Spiralgang 69 zu dem Luftauslass 64 und von dort über eine über Dach geführte Leitung ins Freie.

Lüfterrad 62, Welle 42 und EC-Motor 43 sind für sehr hohe Rotationsgeschwindigkeiten im Bereich 12.000 bis 15.000 l/min ausgelegt. Durch die Getriebeübersetzung (Zahnräder 32, 33) läuft die Antriebswelle 34 und mit ihr der Rotor 20 und das Pumpenlaufrad 23 der Separiereinheit 20 hinge- gen nur bei verhältnismäßig niedrigeren Drehzahlen im

Bereich von 2.800 bis 4.000 l/min, wie für die Separierung bevorzugt .

Durch die niedrigeren Geschwindigkeiten kann das Zahnrad 32 aus Kunststoff wie z.B. PTFE oder PE ausgeführt werden, das Zahnrad 33 hingegen ist aus Metall, beispielsweise aus Messing oder Edelstahl hergestellt. Bei dieser Material - kombination kann auf eine Schmierung des Getriebes 36 verzichtet werden.

Alternativ zu dem Zahnradgetriebe 36 kann auch ein Planetengetriebe, ein Keilriemen- oder ein Zahnriemengetriebe oder ein Reibradgetriebe zur Kopplung von Separiereinheit 20 und Radialgebläse 60 eingesetzt werden.

Die mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Teile des Radialgebläses 60 müssen gut ausgewuchtet sein. Die hier nicht gezeigten Kugellager mit denen die Welle 42 gelagert ist, müssen im Durchmesser klein gehalten werden. Zusätzlich

kann eine Lagerkühlung erforderlich sein sowie der Einsatz von Hochtemperaturfett und eine Abdichtung der Kugellager.

Die axialen Betriebsspalte des Radialgebläses 60 hingegen können verhältnismäßig groß im Bereich ca. l-3mm liegen. Dies vereinfacht die Montage, da eine akkurate Distanzierung nicht erforderlich ist, und macht das Radialgebläse 60 unempfindlich gegen angesaugten Schaum und Staub. Gehäuseteile wie das Spiralgehäuse 61 oder das Gehäuseseg- ment 41 können aus Kunststoff gefertigt werden, was zu niedrigeren Herstellungskosten führt.

Das Laufrad 62 selbst kann relativ leicht, vorzugsweise aus Aluminium ausgeführt werden. Dies ermöglicht ein schnelles Hochlaufen der Saugmaschine. Alternativ kann auch nur die untere Scheibe 72 des Laufrads aus Aluminium gefertigt sein und die obere Scheibe 71 mit den Schaufeln 73 aus Kunststoff, wobei die beiden Scheiben 71, 72 thermisch vernietet sind.

Aufgrund des besseren Wirkungsgrades von Radialgebläse 60 und EC-Motor 43 liegt die Motorleistung für eine Saugmaschine, die zur Versorgung von bis zu vier Behandlungs- plätzen ausgelegt ist, beim Ausführungsbeispiel bei nur 0,95 kW.

Zusätzlich kann in einer hier nicht gezeigten Weiterbildung eine Abscheidung von Feststoffanteilen wie beispielsweise ausgebohrtem Amalgam erfolgen.

Dazu wird das Pumpenlaufrad 23 durch eine Zentrifugentrommel ersetzt, deren Boden eine Schlammablauföffnung aufweist, durch die der Feststoffanteil beim Auslaufen der Zentrifuge in einen Sammelbehälter absinken kann.