Staubsauger
Ein Staubsauger ist ein Reinigungsgerät, das mit einem Verdichter ausgerüstet ist, um einen Unterdruck zu erzeugen. So können Staub und kleinere Schmutzteilchen in das Gerät gesaugt werden. Durch eine Filter-Vorrichtung wird die angesaugte Luft von den meisten Schmutzteilchen befreit und wieder ausgeblasen.
Arbeitstechnische Eigenschaften
Staubsauger verstehen sich als Weiterentwicklung des Besens. Der arbeitstechnische Vorteil besteht jedoch darin, dass in beiden Richtungen gekehrt und der Schmutz gleichzeitig aufgenommen werden kann. Die Arbeit mit dem Staubsauger erspart also zunächst das Nachkehren mit dem Handfeger und verringert die Gänge zum Ascheimer. Es ist also eine direkte Zeitersparnis mit dem Staubsaugen verbunden. Zumindest die neuere Filtertechnik sorgt auch dafür, dass beim Kehren weniger Staub aufgewirbelt wird. Klopfsauger wiederum ersparen das Teppichklopfen. Das heißt, dass Teppiche zum Reinigen nicht mehr außer Haus verbracht werden müssen und auch das Kräfte zehrende Klopfen unnötig wurde. Die Schaumreinigung von Teppichen vervollkommnet diese Aktion noch. Die Technik des Staubsaugens machte die Erfindung des Teppichbodens aus demselben Grund erst sinnvoll. Als revolutionär anzusehen ist auch die Möglichkeit der Aufnahme von Flüssigkeitsfilmen vom Boden, die erst durch die Entwicklung spezieller Staubsauger ermöglicht wurde. Nachteilig ist die Abhängigkeit von der Elektrizitätsversorgung und größere Kostenintensität infolge des Stromverbrauchs. Besen können, z.B. aus Reisig, auch leicht selbst gefertigt werden, während Staubsauger von arbeitsteiliger Produktion abhängige Industrieprodukte sind. Auch die Reparatur kann meist nur von Spezialisten durchgeführt werden und kostenintensiv sein.
Geschichte
Erfunden wurde der Staubsauger zwischen 1870 und 1876 in den USA. Das erste Gerät soll 1865 von einem Erfinder in Chicago entwickelt worden sein. Viele Quellen berichten übereinstimmend, dass 1876 Anna und Melville Bissell ein Patent für ein Gerät erteilt wurde, das auf einem Pferdewagen montiert war. Von dort wurde dann per Schlauch das Haus gereinigt. Die Luftpumpe dieser Sauger wurde von Hand betrieben.
Um 1901 wunderte sich Hubert Cecil Booth, dass in den Zügen ein Gerät eingesetzt wurde, um den Schmutz und Staub von den Sitzen zu blasen. Er überlegte, dass es sinnvoller wäre, ein handliches Gerät zu verwenden, welches den Staub einsaugt. Booth patentierte seine Erfindung in England, hatte aber nie Erfolg mit seiner Idee.
Der andere Erfinder war der Amerikaner James Murray Spangler, ein Hausmeister aus Canton, Ohio. Er bastelte 1906 aus einem Ventilator, einem Kasten und einem Kissen einen Staubsauger. Neben dem Sog verwendete sein Gerät auch eine rotierende Bürste, um Schmutz zu lösen.
Spangler patentierte sein Gerät 1908 und verkaufte die Idee bald an die Firma seines Cousins, die "Hoover Harness and Leather Goods Factory". Noch heute ist Hoover einer der führenden Hersteller von Haushaltswaren inklusive Staubsaugern. In Großbritannien wurde der Name Hoover sogar zu einem Begriffsmonopol für Staubsauger bzw. das Staubsaugen (doing the hoovering).
Bis zum Zweiten Weltkrieg waren Staubsauger ein Luxus. In der Regel wurden sogenannte Hausstaubsauger verwendet. Dies sind Zentralgeräte mit einem im ganzen Haus verzweigten Rohrsystem, an welches die Handgeräte über eine Schlauchleitung angeschlossen wurden. In Berlin gab es auch rote "Vacuum-Reiniger" als Fahrzeuge, ungefüge Kästen auf Rädern, in denen ein Motor brummte. Lange Schläuche liefen zu den Fenstern hinauf und saugten den Staub aus Teppichen und Möbeln.
Nach Ende des Krieges verbreiteten sich transportable Geräte, die schnell auch preiswert wurden. Dies ging einher mit der weiten Einführung von Teppichböden. Der Staubsauger war speziell für Haushalte und Läden gedacht und anfangs ziemlich teuer. Nur reiche Leute konnten sich ein solches Gerät anschaffen, und selbst die stellten lieber Dienstmädchen ein, die u.a. Staub zu wischen hatten.
Funktionsprinzip
Generell ist das Funktionsprinzip bei allen gebräuchlichen Staubsaugern gleich. Das Gerät besteht aus dem Gerätekorpus. In diesem ist ein Motor (meist ein Reihenschlussmotor bzw. Allstrommotor) für das Gebläse zur Erzeugung des Unterdrucks untergebracht.
Das Gebläse besteht aus einem ein- oder zweistufigen Radialverdichter.
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Der vom Gebläse erzeugte Luftstrom saugt den Staub und Schmutz über das Saugrohr in das Gehäuseinnere. Der Luftstrom wird direkt in den luftdurchlässigen Beutel geleitet. Der Beutel hat nicht nur eine Sammelfunktion, sondern muss an dieser Stelle die Hauptfilterarbeit leisten. Eigentlich ein Widerspruch: gute Filterarbeit leisten und möglichst ungehindert Luft durchlassen, damit die zwingend erforderliche Motorkühlung ermöglicht wird. Spezielle Vliesfilter-Beutel sind heute in der Lage, sogar HEPA-Filter Leistungswerte zu erreichen.
Hinter dem Beutel sitzt ein Grobfilter, der Motor und Gebläse notfalls schützt, denn es kann im Extremfall passieren, dass durch das Einsaugen scharfer Gegenstände der Beutel reißt. Im Abluftbereich findet man in der Regel einen Microfilter, der auch den feinen Kohleabrieb des Motors festhält. Bei beutellosen Staubsaugern wird der gröbere Schmutz entweder durch einen vorgeschalteten Filter oder per Fliehkraftabscheider abgeschieden. Die eingesaugte Luft wird dann aus dem Gehäuse nach außen geführt. Diese beutellosen Sauger können auch heute nicht auf Filter verzichten - der Feinstaubanteil wird durch den Zyklon nur unvollständig abgeschieden. Die Reinigung und / oder der Neukauf dieser zylindrischen Filterkartuschen ist von Zeit zu Zeit nötig.
Generelle Bauarten
Zwei Bauvarianten haben sich bei tragbaren Staubsaugern für den Haus- und Werkstattgebrauch etabliert:
- Der Hand- oder Rüsselstaubsauger besteht aus einem Gerätekörper, in dem Motor, Gebläse, Filter und Beutel untergebracht sind und an dem unten direkt das Saugrohr angebracht ist, an dem sich der Bürstenkopf befindet. Auf der oberen Seite befindet sich der Handgriff am Ende eines aus dem Gerät geführten Rohres.
- Der Bodenstaubsauger besteht aus einer auf Rollen oder Rädern gelagerten Geräteeinheit, in der sich Motor, Gebläse, Filter und Beutel befinden. Das Saugrohr mit Bürstenkopf wird über einen Schlauch mit der Geräteeinheit verbunden. Diesen Grundaufbau besitzen auch Nass-, Trocken- und Industriesauger (siehe nächster Abschnitt).
Die Effektivität der Geräte kann durch Bürstenköpfe verstärkt werden, die die Schmutzentfernung z. B. aus Teppichen durch eingebaute rotierende Bürsten unterstützen; diese werden durch die Luftströmung oder einen zusätzlichen Elektromotor angetrieben.
Zusätzliches Düsen-Zubehör ermöglicht die Staub- und Schmutzentfernung auch an schlecht erreichbaren Stellen.
Historisch und regional werden im Haushalt verschiedene Staubsauger-Bauformen bevorzugt:
In Deutschland sind heute überwiegend Bodenstaubsauger im Einsatz, während früher auch aufgrund kleinerer Wohnungen mehr Handstaubsauger in Gebrauch waren. In England werden oft Klopf- oder Bürstsauger (Upright) verwendet, in Italien mehr Handstaubsauger.
Spezielle Bauarten
Sauger für den Hausgebrauch
Zentral installierte Systeme (Zentralstaubsauger) bestehen aus der Saugeinheit, die stationär (meistens im Keller oder in der Garage) installiert ist. Von dort aus ist ein Rohrsystem im gesamten Haus verlegt, an das über einer Schlauchleitung das Saugrohr mit dem Bürstenkopf angeschlossen wird. Die angesaugte Luft wird, nach dem sie in einem Zyklonfilter oder Lamellenfilter gereinigt wurde, in der Regel nach außen aus dem Haus geblasen. Die Geruchsbelästigung wie bei herkömmlichen Staubsaugern durch die Verwirbelung der Abluft im Zimmer entfällt, was besonders für Feinstaub-Allergieker von Vorteil ist. Der Lärm eines solchen Gerätes ist entsprechend gering. Diese Bauform ist erstaunlicherweise schon ca. 100 Jahre alt, konnte sich aber nur in bestimmten Regionen etablieren. Hierzu gehören u. a. die skandinavischen Länder und Nordamerika. Nur sorgfältige Installation und Pflege des Systems können langfristig die gewünschte Funktion gewährleisten.
Mit Kesselsaugern, auch Allessauger oder Nass-/Trockensauger genannt, können neben trockenem Schmutz auch Flüssigkeiten aufgesaugt werden. Das Füllvolumen ist abhängig von der Kesselgröße. Der Behälter ist meist ca. 20 bis 30 Liter groß. Behälter ab 40 Liter Volumen werden überwiegend gewerblich eingesetzt. Es werden im Nassbetrieb keine Staubbeutel, sondern nur zylindrische Filterkartuschen verwendet. Sollen diese Sauger ausschließlich für trockenes Arbeiten verwendet werden, kann bei vielen Modellen zusätzlich zur Filterpatrone ein verhältnismäßig großer Staubbeutel eingesetzt werden, der einerseits die Entleerung sehr vereinfacht und viel hygienischer gestaltet, andererseits wegen der zusätzlichen Filterwirkung in Kombination mit der ohnehin vorhandenen Filterpatrone auch abluftseitig einen hygienischeren Betrieb ermöglicht.
Bei Kesselsaugern wird die Schmutz- und Wasserabscheidung mit einem Fliehkraftabscheider (Topf mit schraubenförmiger Luftbewegung) unterstützt. Kesselsauger gab es bereits in den 30er Jahren auch zum Hausgebrauch (Siemens-Schuckert-Werke).
1985 entwickelte der britische Ingenieur James Dyson diese nach dem Zyklonprinzip arbeitenden Staubsauger zu einer handlicheren Bauform weiter. Die Geräte wurden zuerst in Japan angeboten und waren sehr teuer. Seit 1995 werden sie auch in Europa zu moderaten Preisen angeboten. Neben Dyson stellen mittlerweile auch andere Anbieter solche kleinen Staubsauger her, die jedoch nur mit einem einfachen Zyklon arbeiten und nicht wie der Dyson mit mehreren. Die Geräte amortisieren sich, obwohl sie keine Beutel benötigen, wegen des hohen Anschaffungspreises nur sehr langsam oder gar nicht. Die Luft in Zyklon-Staubsaugern wird mit hoher Geschwindigkeit in enger werdenden Kreisen in einem Behälter herumgeführt. Dabei wandern die Schmutzteilchen durch die Zentrifugalkraft zur Wandung des Behälters. Die vorgereinigte Luft wird dann durch einen Feinstaubfilter nach außen geführt. Diese beutellosen Staubsauger sind in der Reinigung sehr unhygienisch. Die Filter (Zentral- und Abluftfilter) müssen regelmäßig vom angesaugten Staub gereinigt werden. Ein Filter-Neukauf ist üblicherweise einmal jährlich erforderlich, um die Funktion zu erhalten. Beim Modell von James Dyson entfällt der Filternachkauf, weil er zum einen auswaschbar ist (etwa halbjährlich), zum anderen funktioniert die Filterung mittels mehrerer Zyklone hervorragend. Darauf hat Dyson ein Patent, so dass Nachbauten diese effiziente Technik nicht verwenden dürfen.
Für den Außeneinsatz im Garten gibt es Laubsauger, die oft mit einem kleinen Verbrennungsmotor angetrieben werden. Für Laub und auch andere Zwecke gibt es Geräte, die auf dem Rücken getragen werden.
Kleinere, batteriebetriebene Geräte werden als Tischsauger eingesetzt. Diese werden auch als Akkusauger bezeichnet. Sie bieten durch das Fehlen des Kabels eine erhöhte Flexibilität, sind aber im Gegensatz zu den größeren Modellen bei weitem nicht so leistungsstark.
Seit dem Jahr 2000 gibt es verschiedene Staubsaugerroboter, die selbsttätig den Staub entfernen. Die Geräte fahren sensorgesteuert und automatisch die zu reinigende Fläche ab. Sie können in der Regel Möbeln bzw. Hindernissen ausweichen und finden selbsttätig ihre Ladestation, wenn die Kapazität der Akkumulatoren nachlässt. Billigere Geräte besitzen lediglich eine rotierende Bürsteneinheit und fahren die Flächen weniger systematisch ab.
Bis Ende 2003 wurden ca. 570.000 Staubsaugerroboter verkauft. Eine zusätzliche regelmäßige gründliche Reinigung ist jedoch je nach Verschmutzungsgrad des Bodens unumgänglich.
Industriesauger
Ende der 50er-Jahre kam dank der Fortschritte in der industriellen Fertigung vermehrt der Wunsch auf, Staub und ähnliche Abfallprodukte kostengünstig und hygienisch zu beseitigen. Zu diesem Zweck wurde das Kesselprinzip weiterentwickelt. Eine dänische Firma war der Vorreiter auf diesem Sektor und baute anfänglich recht unförmige, einem umgekippten Fass gleichende Industriesauger, welche von einem oder mehreren Haushaltsaugermotoren (1-Ph) angetrieben wurden. Form und Größe passten sich nach und nach den Marktwünschen an. Das Kesselprinzip beim Industriesauger ist aber auch heute immer noch unübersehbar.
Durch den Einsatz in der Industrie hat sich vor ca. 20 Jahren auch das Einsatzgebiet dieser Geräte zum Teil wesentlich verändert. Wurde bis anhin ein Industriesauger hauptsächlich für die Reinigung von Räumen, Gebäuden oder Werkstätten eingesetzt, sind es seit diesem Zeitpunkt Fertigungsanlagen, Schleifmaschinen, Stanzmaschinen, Handlinggeräte usw., welche nun zum Teil rund um die Uhr im Einsatz stehen. Aus diesem Grund sind es heute meistens 3-Ph Drehstrommotoren, die für den Mehrschichtbetrieb bestens geeignet sind, welche bei den heutigen Industriesaugern verbaut werden.
Technische Spezifikationen
Das Leistungsvermögen eines Staubsaugers wird, wenn überhaupt angegeben, durch verschiedene Größen charakterisiert:
- Volumenstrom, gemessen in Kubikmeter pro Sekunde [m³/s]
- Geschwindigkeit der Luft, gemessen in Meter pro Sekunde [m/s]
- maximale Druckdifferenz, gemessen in Meter Wassersäule oder Pascal [Pa]
Die Saugkraft ist die maximale Druckdifferenz zum umgebenden Luftdruck, die das Gebläse des Staubsaugers erzeugen kann. Ein gutes Gerät kann eine Druckdifferenz von ca. 20 kPa erzeugen. Das entspricht 80 kPa Absolutdruck, also ca. 4/5 des normalen Luftdruckes von 100 kPa. Diese Angabe allein reicht jedoch nicht zur Charakterisierung aus, da sie nur bei unterbundenem Luftstrom erreicht wird. Nur wenn auch bei einem gewissen Volumenstrom noch ausreichend Unterdruck erzeugt wird, erzielt man gute Saugeingenschaften.
Meist wird vom Hersteller nur die elektrische Leistungsaufnahme des Staubsaugers in Watt angegeben. Diese Angabe lässt jedoch keinen Schluss darauf zu, wie effektiv der Staubsauger arbeitet. Sie liefert bestenfalls einen Anhaltspunkt für den Stromverbrauch, denn die Saugleistung hängt wesentlich von der aerodynamischen Gestaltung des Gebläses und der Luftführung ab. Auch lässt die Saugleistung insbesondere bei kleinen Filterbeuteln und starkem Staubaufkommen schnell nach.
Bei zu hoher Saugleistung kann sich die Düse am Boden oder an Gardinen festsaugen. Daher sind Staubsauger mit einer zusätzlichen einstellbaren Luftöffnung (Nebenluft) oder besser mit einem Triacsteller zur elektronischen Steuerung der Motorleistung versehen.
Weitere Qualitätskriterien eines Staubsaugers sind dessen Schallpegel und der zuverlässig funktionierende Filter- und Staubbeutelwechsel. Manche Sauger sind mechanisch verriegelt, um den versehentlichen Betrieb ohne Staubbeutel zu verhindern.
