Unser Alltagsheld: Der Staubsauger

In so gut wie jedem Haushalt befinden sich Elektrogeräte unter anderem auch Staubsauger. Jeder kennt sie, doch sicherlich haben sich die wenigstens mit der Beschaffenheit solch eines Gerätes auseinandergesetzt.

Seit Anfang des 20. Jahrhunderts entstand eine Vielzahl an Modellen, ob Handstaubsauger, gewöhnliche Bodenstaubsauger oder Industriestaubsauger. Es gibt sie mit oder ohne Beutel. Mit Hilfe der Physik lassen sich ihre beiden unterschiedlichen Funktionsweise aber leicht erklären.

Heute ist Samstag: Putztag. Bevor ich mich mit Eimer und Mopp bewaffne, müssen erstmal die Teppiche und Böden gesaugt werden. Im Handumdrehen wird der beutellose Staubsauger aus dem Schrank geholt, den ich vor kurzem zum Einzug in meine eigene Wohnung geschenkt bekommen habe. Bei meinen Eltern ist ein Staubsauger mit Beutel im Gebrauch, der sich wesentlich vom Beutellosen unterscheidet. Grundsätzlich funktioniert das Saugen genauso, wie wenn man mit einem Strohhalm Wasser ansaugt. Im Mund wird ein Unterdruck erzeugt, der das Wasser durch den Strohhalm in den Mund befördert. Im Staubsauger wird der Unterdruck durch ein motorbetriebenes Gebläse erzeugt, der je nach Modell bei etwa 26 Kilopascal liegt und im gesamten Staubsaugerinneren herrscht.

 

Bodenstaubsauger mit Beutel von Miele Foto: Laura Kroiß

Wenn der im Gehäuse untergebrachte Elektromotor eingeschaltet wird, wandelt er elektrische Energie in mechanische Energie um – in diesem Fall in eine Drehbewegung. Diese wird vom Radialgebläse, dass wie ein Ventilator funktioniert, aufgenommen. Die Rotoren des Gebläses, saugen die Luft über das Saugrohr an und stoßen diese über eine meist auf der Geräteoberseite angebrachte Lüfteröffnung wieder aus. Der Vorgang entspricht den Prinzipien der Strömungsmechanik. Wie leistungsstark der „Sog“ des Staubsaugers sein kann, hängt im Wesentlichen von der aerodynamischen Gestaltung des Gebläses und der Luftführung ab. Laut dänischem Industriestaubsauger-Hersteller V. Brøndum A/S, stehen stärkere Motoren mit höheren Wattzahlen nicht unbedingt mit besserer Saugleistung im Zusammenhang, da sowieso nur maximal 25 Prozent der Wattleistung an der Bodendüse ankommen. Der aufgesaugte Schmutz wird nun im Staubfilterbeutel, der zwischen Saugrohr und Gebläse liegt, gefiltert und gesammelt, während die gereinigte Luft die feinen Poren des Beutels passiert, den Motor kühlt und über die Lüfteröffnung in den Raum entweicht. Speziell ausgewählte Beutel besitzen eine sogenannte HEPA (High Efficiency Particulate Airfilter) – Filterschicht, die laut Herstellerangaben bis zu 99,9 Prozent der Partikel mit einer Größe von bis zu 0,1 Mikrometer zurückhält.

 

Auch ohne Beutel klappt’s

Im Wohnzimmer steht nun mein Modell von Bosch. Betrachte ich es genauer, kann ich im angeschalteten Zustand sehen, wie all die Partikel, Haare und sonstigen Schmutzteilchen die ich eingesaugt habe, sich emsig im Sammelbehälter im Kreis drehen. Hierbei handelt es sich um einen Zyklonstaubsauger, der ohne Beutel auskommt. Er saugt Luft mitsamt den Schmutzpartikeln auf. Beides wird nun im Inneren des Saugers in eine Rotationsbewegung versetzt, was als Zyklon bezeichnet wird. Die Fliehkraft sorgt nun dafür, dass die schwereren Staub- und Schmutzpartikel aufgrund ihrer im Unterschied zur Luft höheren Dichte aussortiert werden und in den Auffangbehälter befördert werden können. Genauer gesagt, werden mit Hilfe von Zentrifugen die heterogenen Gemische mithilfe der Zentrifugalkraft getrennt. Dabei muss angemerkt werden, dass nicht die Trommel sondern die Luft im Sauger rotiert. Diese wird durch Unterdruck angesaugt und in einen Kunststoffzylinder mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 25 Zentimeter seitlich eingeblasen. Die tangential eingeblasene Luft verursacht, dass der Luftstrom im Inneren auf eine spiralförmige Bahn gebracht wird. Auf die mitgerissenen Staubteilchen wirken so hohe Zentrifugalkräfte, dass grober Schmutz sowie Feinstaub nach außen geschleudert werden und nach unten in einen Staubbehälter fallen. Der Luftstrom wird am konisch geformten Boden des Zylinders reflektiert und durch ein zentrales Sieb, das größere Partikel zurückhält, gedrückt.

Für Allergiker geeignet

Industriestaubsauger von Kärcher mit Zyklontechnologie Foto: Laura Kroiß

Wenn ich mein Gerät nun einschalte, strömt mir oben über das Lüftungsgitter eine warme Brise entgegen. Während ich nun den Staubsauger durch die ganze Wohnung manövriere, wird diese Luft in allen Räumen verteilt. Doch wie bedenkenlos kann ich mich und meine Wohnung dieser Abluft aussetzen, zumal sie doch nicht komplett staubfrei sein kann und sich dieser dann wieder auf Boden und Möbeln niederlegt? Bei den neusten Zyklon-Saugern entweicht die Luft nicht sofort in den Raum, sondern wird in inneren Zyklonen weiter gefiltert. Dabei handelt es sich bei meinem Modell von Bosch in der Regel um zwölf kreisförmig angeordnete, rund 15 Zentimeter lange Kegel, in die von oben die Luft tangential eingekoppelt und entsprechend der Kegelform auf eine sich diesmal nach unten hin verkleinernde Spiralform gebracht wird. Durch die gleichmäßige Verringerung des Radius erhöht sich die Winkelgeschwindigkeit, wodurch auch die Zentrifugalkräfte zunehmen.

An der Kegelspitze können diese Kräfte Werte von bis zum 150.000-fachen der Erdanziehungskraft erreichen und wirken nun auch auf die kleinsten und leichtesten Teilchen. Diese werden an die Kegelwände geschleudert und rutschen ebenfalls in den Staubbehälter. Die rotierenden Luftströme an den Kegelspitzen werden reflektiert und entweichen schlussendlich nach oben aus den Zyklonen. Unter anderem benutzt der Hersteller Dyson einen wie oben bereits erwähnten HEPA-Filter, der die Ausblasluft bis zu 150mal sauberer als die Raumluft filtern kann.

Der Staub ist weg

Bedenkenlos ist es nun möglich das komplette Heim von Staub und Schmutz zu befreien. Danach wird mit einem leichten Ruck der Staubbehälter aus dem Gehäuse des Gerätes gezogen. Über einen Clipverschluss kann der Deckel abgenommen und der aufgesaugte Schmutz bequem in den Mülleimer gekippt werden – fertig! Nun darf auch der simple Mopp seine Arbeit verrichten und prompt zieht ein frischer zitroniger Duft durch die Räume. Zufrieden stell ich meinen Staubsauger zurück in den Schrank. Bis zum nächsten Mal, mein unkomplizierter Alltagsheld.

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