Staubsauger

mini|Benutzung eines Staubsaugers mini|hochkant|Handstaubsauger mit Rotationsbürsten-Düse für Teppiche

Ein Staubsauger (früher auch VakuumreinigerOtto Lueger: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften. Band 8, Stuttgart/Leipzig 1910, S. 273 u. 743) ist ein Reinigungsgerät, das mit einem Gebläse ausgerüstet ist, welches einen Unterdruck erzeugt. An der Saugseite des Staubsaugers ist eine Ansaugöffnung. Diese wird vom Anwender gezielt über die zu reinigenden Flächen geführt. Die angesaugte Luft fließt durch mehrere Filter oder einen Zyklon; diese filtern Staub (meist Hausstaub) und kleinere Schmutzteilchen aus dem Luftstrom heraus. Die Luft verlässt den Staubsauger weitaus sauberer, als sie in ihn hineingeströmt ist. Im Elektromotor kann durch Bürstenfeuer Ozon entstehen. Wird die Abluft zur Motorkühlung über den Motor geleitet, so kann daraus ein „frischerer“ Geruch beim Staubsaugen resultieren, der Effekt wird bei einigen Modellen mit Ozongenerator genutzt.

Arbeitstechnische Eigenschaften mini|Staubsaugen auf der ISS

Der Staubsauger ersetzte in vielen Bereichen den Besen und fast überall den Teppichklopfer. Staubsauger können Staub oder trockenen Schmutz von glatten und von rauen Oberflächen aufnehmen. Zum Aufsaugen von nassem Schmutz (Schlamm u. ä.) sind nur spezielle Sauger geeignet. Staubsaugen erspart das Nachkehren mit dem Handfeger und die Gänge zum Mülleimer; mit modernen Filtern wird deutlich weniger Staub aufgewirbelt als beim Kehren. Klopfsauger ersparen das Teppichklopfen; Teppiche müssen also zum Reinigen nicht mehr außer Haus gebracht und kräftezehrend geklopft werden. Erst der Staubsauger schuf die Voraussetzung für die derzeitige Verbreitung von Teppichböden.

Teppiche – sowohl lose verlegte als auch fest verlegte – kann man auch mit Schaumreiniger reinigen.

mini|hochkant|Die „Entstaubungspumpe“, 1906 auf den Markt gebracht

Geschichte

Erfunden wurde der Staubsauger zwischen 1860 und 1876 in den USA. Die ersten Geräte sollen von Daniel Hess im Bundesstaat Iowa und Ives W. McGaffey, einem Erfinder in Chicago, entwickelt worden sein. McGaffey erhielt 1869 ein Patent auf einen handbetätigten Staubsauger mit außenliegendem Filterbeutel.M. H. Herlt: Haushaltsstaubsauger. In: Staub. Heft 44, 1956, S. 208–214. Am 19. September 1876 erhielt Melville Bissell ein US-Patent auf den ersten funktionierenden Staubsauger für Teppiche („Carpet Sweeper“).University of Houston’s College of Engineering: Melville and Anna Bissell (englisch), abgefragt am 6. November 2011.

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, den Staub einzusaugen. Er konstruierte ein Gerät dazu, das auf einem Pferdewagen montiert war. Von dort wurde dann per Schlauch das Haus gereinigt. Die Luftpumpe dieser Sauger wurde noch von Hand betrieben. Booth patentierte seine Erfindung in England, hatte aber nie Erfolg mit seiner Idee.

Im Jahre 1905 wurde der erste tragbare Staubsauger von Walter Griffiths präsentiert. Er vereinte die Vorteile einer einfachen Handhabung mit der elektrischen Saugtechnik.

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 den 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 Staubsaugern. In Großbritannien wurde der Name Hoover sogar zu einem Synonymbegriff für Staubsauger bzw. das Staubsaugen an sich (doing the hoovering).

1910 ließ Eberhard Seger in Schweden den Staubsauger patentieren und begann mit der Herstellung einer Variante des amerikanischen Modells der Marke Santo. Es hieß Salus L 3.585 und wurde 1913 in Schweden von der Firma Lux AB hergestellt, die 1919 zu Electrolux wurde.

Ab 1910 entwickelten Gustav Robert Paalen und Axel Wenner-Gren für den Hausgebrauch eine leichte Version des Staubsaugeapparates Santo, den Paalen seit 1907 auf dem internationalen Markt vertreiben ließ. 1912 wurden die beiden Unternehmer Konkurrenten, Paalen mit einem Vorläufer des Santo-Besen (ab 1922 von AEG produziert, ab 1928 Vampyr) und Wenner-Gren mit dem Modell Lux I, mit dessen Patent er 1919 aus seiner Firma Elektromekaniska AB und der Firma Lux AB das Unternehmen Electrolux schmiedete.Geschichte Lux Deutschland, lux-deutschland.de, abgerufen am 3. Januar 2015.

Bis zum Ersten Weltkrieg waren Staubsauger ein Luxus. Nur reiche Leute konnten sich ein solches Gerät leisten, und selbst die stellten lieber Dienstmädchen ein, die den Staub wischten. In der Regel wurden fest installierte Hausstaubsauger verwendet. Das waren Zentralgeräte mit einem im ganzen Haus verzweigten Rohrsystem, an welches die Handgeräte über eine Schlauchleitung angeschlossen wurden.

In der Villa „Hohenhof“ in Hagen/NRW des Kunstmäzens Karl Ernst Osthaus (1874–1921) befindet sich ein für das Erdgeschoss zentraler Anschluss für einen leistungsstarken Staubsauger.

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. Die Entwicklungen von Paalen und Wenner-Gren revolutionierten den Markt und brachten beide Unternehmer zu enormem Reichtum. In den 1920ern und 1950ern verbreiteten sich die transportablen Geräte, die nach und nach erschwinglicher wurden. Parallel dazu wurden Teppichböden ein üblicher Bodenbelag. In den 1980er-Jahren kamen kleine akkubetriebene Handstaubsauger auf den Markt, die allerdings saugschwach waren und mit ihrer starren, schlitzförmigen Ansaugöffnung schlecht zugängliche Ecken nicht erreichen konnten.

Seit den 2010er-Jahren wurden mehrere Haushaltsstaubsauger und insbesondere Staubsaugerroboter als Open Hardware veröffentlicht, was den Selbstbau, Modifikationen und einfachere Reparatur ermöglichen soll.

Funktionsprinzip Ein Staubsauger besteht üblicherweise aus folgenden Funktionsgruppen: einem Gebläse zur Erzeugung eines Luftstroms einem oder mehreren Abscheidern für Schmutz und Staub aus dem Luftstrom einer Vorrichtung zur Unterstützung der Schmutz- und Staubaufnahme an der Ansaugseite (Düse, siehe unten)

Luftstromerzeugung Das Gebläse im Staubsauger besteht aus einem ein- oder zweistufigen Radialgebläse. Es wird von einem Elektromotor (meist ein Reihenschlussmotor bzw. Allstrommotor, manchmal auch ein Spaltpolmotor) angetrieben. In Reihe zum Motor liegt meist ein Triacsteller, an dem mit einem Stellwiderstand über den Stromflusswinkel die Saugleistung eingestellt werden kann (Phasenanschnittsteuerung). Der Steller dient auch der Einschaltstrombegrenzung.

Der vom Gebläse auf der Ansaugseite erzeugte und aufrechterhaltene Unterdruck bewirkt, dass die dem normalen Luftdruck ausgesetzte Umgebungsluft in den Staubsauger hineinströmt. Dabei werden Staub und Schmutz mitgerissen und gelangen in das Gehäuseinnere. Dort werden sie vom Luftstrom abgeschieden und verbleiben im Gerät, während die gereinigte Luft hinausgeblasen wird. Zudem durchströmt die Luft den Motor, um ihn zu kühlen – nur so kann dieser so klein gehalten werden, dass transportable Geräte möglich sind. Für die Funktion des Staubsaugers wesentlich ist das Vorhandensein der Atmosphäre, verbunden mit dem äußeren Luftdruck. Dort, wo kein Luftdruck herrscht, z. B. auf dem Mond, kann weder Unterdruck noch ein Luftstrom entstehen und somit kein Staubsauger funktionieren. Der Gebläsermotor würde sich drehen, ohne auch nur die geringste Wirkung zu erzielen.

Schmutz- und Staubabscheidung Die Abscheidung von Schmutz und Staub aus dem Luftstrom kann in einer oder in mehreren Stufen erfolgen. Diese Stufen können vor oder hinter dem Gebläse liegen – auch teils-teils – sowie verschiedenen Funktionsprinzipien folgen. Bei mehreren Stufen werden grundsätzlich erst die gröberen, dann die feineren Bestandteile aus dem Luftstrom entfernt. Nach der Funktion unterscheidet man zwischen Trockenfiltern (z. B. bei Beutelstaubsaugern) Fliehkraftabscheidern (z. B. bei – beutellosen – Zyklonstaubsaugern) Wasserfiltern

Beutelstaubsauger Der Luftstrom wird direkt in den luftdurchlässigen Beutel geleitet. Dieser filtert die Luft und sammelt gleichzeitig den Staub. Gebräuchlich sind Beutel aus mehrlagigen Papierfiltern (2–5 Lagen unterschiedlicher Körnung) oder Vliesstoff-Beutel. Nachteilig ist hier unter anderem, dass die Luft durch den bereits angesammelten Staub strömen muss. Bei zunehmendem Füllstand des Beutels steigt sein Strömungswiderstand, der Luftstrom wird langsamer und die Saugleistung nimmt ab. Zudem sind Staubsaugerbeutel Einwegartikel, die regelmäßig ersetzt und entsorgt werden müssen.

Der Beutel ist bei heute üblichen Staubsaugern vor dem Gebläse mit Motor angeordnet. Das hat den Vorteil, dass der Motor vor Schmutz und Staub geschützt ist. Nachteilig ist aber, dass im Vergleich mit einer umgekehrten Anordnung das Gebläse größer dimensioniert werden muss, um den gleichen Unterdruck an der Düse zu erzeugen.

Gewöhnlich durchströmt die Luft nach dem Beutel einen weiteren Filter, der feineren Staub abscheidet. Vor dem Motor sitzt noch ein Grobfilter, der Motor und Gebläse schützt, falls der Beutel durch das Einsaugen scharfer Gegenstände reißt. Im Abluftbereich findet man in der Regel einen Mikrofilter, der auch den feinen Kohleabrieb der Kohlebürsten des Motors festhält. In Deutschland werden nach Branchenschätzungen etwa 220 Millionen Euro pro Jahr für Staubsaugerbeutel ausgegeben. Die Fertigungskosten liegen bei etwa 10 bis 20 Cent. Dabei gibt es in Deutschland über 1.200 verschiedene Beuteltypen, in Spanien sind es nur etwa fünf.Absurde Vielfalt – Der ewige Ärger mit dem Staubsaugerbeutel. welt.de, 20. November 2013.

Zyklonstaubsauger Zyklonstaubsauger sind beutellos. Der eintretende Luftstrom gelangt seitlich (tangential) in einen konusförmigen Behälter. So entsteht ein Luftwirbel, worin die Staubteilchen aufgrund der Fliehkraft (Zentrifugalkraft) nach außen gedrückt werden, sich dann entlang des Konus nach unten bewegen und in einen Sammelbehälter fallen (Fliehkraftabscheider). In der Mitte des Wirbels wird die saubere Luft nach oben abgesaugt. In der Regel wird der Staub trocken in einem Behälter gesammelt, es gibt jedoch auch Behälter mit Wasser, wodurch es beim Entleeren nicht staubt. Geräte mit einer Zyklonstufe (Einfachzyklonstaubsauger) funktionieren zumindest bei größeren Schmutzteilen recht gut, während Feinstäube meistens immer noch durch einen Papierzentralfilter aufgefangen werden müssen. Dieser Zentralfilter setzt sich relativ häufig zu, was dann die Saugleistung stark vermindert, und muss daher entsprechend häufig gereinigt werden – üblicherweise unter fließendem Wasser. Anschließend muss der Filter vollständig trocknen, bevor das durch die Feuchtigkeit aufgequollene Papier seine Poren freigibt und damit seine Durchlässigkeit wieder erreicht hat. Als Filtereinsatz wird häufig ein sogenannter Schwebstofffilter verwendet. Ein Filter-Neukauf ist üblicherweise einmal jährlich erforderlich, um die Funktion zu erhalten.

Im Gegensatz zu Filterbeuteln setzen sich die Fliehkraftabscheider nicht mit Staub zu, so dass – wenn kein weiterer Filter installiert ist – kein Saugkraftverlust mit der Zeit eintritt. Auch sind beutellose Staubsauger in der Regel geruchlos, sofern sie nach jedem Gebrauch gereinigt werden, denn der typische Staubsaugergeruch rührt primär vom Inhalt des Staubsaugerbeutels her. Ist die Rotationsgeschwindigkeit der Wirbel entsprechend groß, kann auf einen zusätzlichen Filter hinter dem Wirbel verzichtet werden, welcher ebenfalls Geruch erzeugen könnte.