НАСАДОЧНОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ С ЩЕТКОЙ И СКРЕБКОМ
NOZZLE ARRANGEMENT WITH BRUSH AND SQUEEGEE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к насадочному приспособлению вакуумного чистящего устройства для очистки поверхности. К тому же, настоящее изобретение относится к вакуумному чистящему устройству с таким насадочным приспособлением.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящее время очистка твердого пола выполняется посредством обработки пола пылесосом, после которой следует обработка пола шваброй. Обработка пылесосом удаляет крупную грязь, тогда как обработка шваброй удаляет пятна. Из предшествующего уровня техники известно множество приборов, особенно в секторе профессиональной очистки, для которых заявлена возможность совмещенной обработки пылесосом и шваброй. Приборы для сектора профессиональной очистки обычно выполнены специально для больших площадей и идеально плоских полов. Они основаны на твердых щетках и мощности всасывания для уборки воды и грязи с пола. В приборах для домашнего использования часто используется комбинированную насадку с твердой щеткой и скребком. Как и приборы для сектора профессиональной очистки, эти продукты используют щетку для удаления пятен с пола и скребок совместно с разрежением для поднятия грязи с пола.
Упомянутые скребковые элементы обычно осуществлены посредством гибкого резинового козырька, который прикреплен к нижней части чистящего устройства и только скользит по очищаемой поверхности, посредством этого толкая и стирая частицы грязи и жидкости по очищаемой поверхности или с нее. Разрежение, обычно образуемое посредством вакуумного агрегата, используется для всасывания собранных частиц грязи и жидкости.
Скребок, который может быть использован в чистящих системах, известен, например, из US 2003/0028995 A1. Пылесос предшествующего уровня техники, который использует комбинацию вращающейся щетки и скребка, известен из US 4864682 A. Этот пылесос содержит узел саморегулируемой щеточной полосы, который автоматически подстраивается под тип поверхности пола, на которой используется пылесос. Используемый узел требует высокой мощности всасывания для обеспечения удовлетворительного результата очистки. Щетка, которая используется в этом пылесосе, является побудителем (иногда также называемым перемешивателем) с жесткими волосками щетки для подметания пола, например ковра. Эти жесткие волоски имеют достаточно хороший эффект трения, который позволяет использовать щетку, в частности, для удаления пятен. Тем не менее, эффективность осушения пола является довольно низкой, поскольку такой побудитель не может поднимать с пола жидкость.
Устройства, объединяющие в себе пылесос и швабру, известные из предшествующего уровня техники, часто используют щеточные элементы, которые активно орошаются водой или моющим средством для улучшения удаления пятен. Такие устройства обычно используют двойной скребковый элемент, имеющий два скребка, которые расположены на одной стороне щетки, как иллюстративно показано на прилагаемой фиг. 15. Дополнительный источник вакуума образует всасывание в канале между скребками упомянутого устройства двойного скребка для повторного удаления очищающей воды с пола.
Тем не менее, для повторного удаления активно разбрызгиваемой очищающей воды с пола эти устройства всегда нужно перемещать в направлении вперед, в котором щетка, при взгляде в направлении перемещения устройства, расположена спереди устройства двойного скребка. При перемещении устройства в противоположном направлении назад за ним остается мокрый пол, поскольку очищающая вода, которая распределяется щеткой, не удаляется скребками при этом обратном ходе.
Следовательно, для получения хорошего результата очистки при прямом, а также при обратном ходе устройства известные чистящие устройства предусмотрены с насадкой с двойным скребком на обеих сторонах щетки. Устройство этого типа показано в US 4817233. Даже, несмотря на то, что такие устройства двойного скребка на обеих сторонах щетки показывают хорошие результаты очистки, насадка этих устройств является довольно громоздкой. Это, опять же, приводит к неудовлетворительной, ограниченной работоспособности. В особенности в приборах для домашнего использования, при котором часто нужно очищать узкие углы, такие громоздкие насадки являются неудобными для использования по причине их ограниченной свободы действия.
Помимо этого, использование таких устройств двойного скребка, как показанное на прилагаемой фиг. 15 и в US 4817233 A, имеет несколько других недостатков. Из-за постоянного соприкосновения скребков с полом во время перемещения устройства, такие двойные скребки могут образовывать высокую царапающую нагрузку на пол. В особенности, когда устройства двойного скребка используются на каждой стороне щетки, это приводит к увеличенному риску оставления царапин на полу. К тому же, недостатком таких устройств скребков является то, что они не пропускают крупную грязь, такую как, например, волоски или орехи, поскольку крупная грязь часто увлекается скребками или отталкивается от скребков и, таким образом, не может попасть во всасывающий вход. Кроме того, такие насадки с двойным скребком трудно чистить, и они не обладают способностью самоочистки.
Независимо от типа устройства влажной очистки одной из основных задач является обеспечение однородной характеристики очистки независимо от направления перемещения насадки. Тем не менее, в особенности, в решениях с единственной щеткой и единственным скребком предшествующего уровня техники, это не достигается. Если насадка перемещается в направлении вперед, в котором щетка, при взгляде в направлении перемещения устройства, расположена спереди скребка, скребок более или менее стирает всю жидкость с пола. Следовательно, достигается хороший эффект высушивания. Тем не менее, если насадка перемещается в противоположном направлении назад, пол чаще всего остается мокрым, поскольку очищающая вода, которая распределяется щеткой, не удаляется со скребка при этом обратном ходе. В случае решения с единственной щеткой и единственным скребком это приводит к факту того, что требуется аккуратный баланс между осушающей характеристикой вращающейся щетки и осушающей характеристикой скребка.
Помимо этой проблемы, сам скребок должен обладать очень высоким сопротивлением истиранию и химическому воздействию для сохранения исходной эффективности в течение всего срока службы прибора.
В US 5221828 A описано нагреваемое протирающее лезвие с телом из проводящего эластомера и парой электродов вдоль каждой стороны тела.
В предварительно неопубликованных заявках Заявителя WO/2013/027140 и WO/2013/027164 описаны чистящие устройства, содержащие щетку и скребковый элемент.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Объектом настоящего изобретения является разработка улучшенного насадочного приспособления для чистящего устройства, которое имеет, по сравнению с предшествующим уровнем техники, улучшенную эффективность очистки и в это же время имеет насадку небольшого размера для обеспечения высокой свободы действия. В частности, объектом является разработка насадочного приспособления, которое имеет однородную характеристику очистки независимо от направления перемещения насадки.
Этот объект достигается посредством насадочного приспособления, которое содержит:
- кожух насадки;
- щетку, выполненную с возможностью вращения вокруг оси щетки, причем упомянутая щетка предусмотрена с гибкими микроволоконными щеточными элементами, имеющими концевые части для соприкосновения с очищаемой поверхностью и подбирания частиц жидкости и грязи с очищаемой поверхности во время вращения щетки, причем щетка по меньшей мере частично окружена кожухом насадки и выступает по меньшей мере частично из нижней стороны упомянутого кожуха насадки;
- приводное средство для вращения щетки;
- единственный скребковый элемент для стирания частиц жидкости и грязи по очищаемой поверхности или с нее посредством соприкосновения с упомянутой поверхностью своим свободным концом, причем упомянутый скребковый элемент проходит вдоль продольного направления, которое расположено, по существу параллельно оси щетки, и прикреплен своим неподвижным концом к нижней стороне кожуха насадки на стороне щетки, на которой щеточные элементы входят в кожух насадки во время вращения щетки, причем скребковый элемент содержит синтетический материал с твердостью в диапазоне 25-60 Шор-А и с характеристикой силы-смещения 0,02 Н/мм<F/d<0,27 Н/мм, где F представляет собой силу, действующую на свободный конец скребкового элемента перпендикулярно продольному направлению, и d представляет собой смещение упомянутого свободного конца перпендикулярно продольному направлению, которое вызвано силой F.
К тому же, упомянутый выше объект, согласно второму аспекту настоящего изобретения, достигается посредством вакуумного чистящего устройства для очистки поверхности, причем вакуумное чистящее устройство содержит:
- упомянутое выше насадочное приспособление; и
- вакуумный агрегат для образования разрежения в области всасывания между кожухом насадки и щеткой.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Заявленное вакуумное чистящее устройство имеет предпочтительные варианты осуществления, подобные и/или идентичные заявленному насадочному приспособлению и определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.
Подобно тому, что предложено в WO 2010/041184 A1, щетка, которая используется согласно настоящему изобретению, оснащена тонкими гибкими микроволоконными кисточками, которые в этом документе в целом названы гибкими щеточными элементами. Благодаря этим гибким щеточным элементам щетка, в отличие от побудителей с твердыми/жесткими щеточными элементами, может подбирать не только частицы грязи, но также и жидкость.
В отличие от решения, разработанного в WO 2010/041184 A1, согласно настоящему изобретению предусмотрена только одна щетка (а не две противоположно вращающиеся щетки). К тому же, чистящее устройство согласно настоящему изобретению оснащено единственным скребковым элементом, который также может быть просто назван скребком. Упомянутый скребковый элемент предпочтительно содержит гибкий резиновый козырек, которая выполнена с возможностью скольжения по очищаемой поверхности и, посредством этого, стирания частиц грязи и/или жидкости по полу или с него во время перемещения насадки.
Скребковый элемент предпочтительно расположен на стороне щетки, на которой щеточные элементы входят в кожух насадки во время вращения щетки. Таким образом, скребковый элемент расположен на стороне щетки, на которой частицы грязи и капли жидкости освобождаются с щетки. Благодаря возможности изгибания щеточных элементов, щеточные элементы действуют как что-то вроде хлыста, который сбивает частицы грязи и/или жидкости, как только они во время их вращения освобождаются от очищаемой поверхности. Это основано на факте того, что гибкие щеточные элементы изгибаются или вдавливаются, как только они входят в соприкосновение с очищаемой поверхностью, и выпрямляются, как только они выходят из соприкосновения с полом. Этот принцип будет более подробно описан далее.
Одним из центральных признаков настоящего изобретения является комбинация:
a) вращающейся щетки, которая, в отличие от побудителей, может поднимать грязь, а также воду, и
b) скребка, который, специально приспособлен под щетку микроволоконного типа.
После обширных исследований в лаборатории и в домашних условиях изобретатели обнаружили оптимальное решение для характеристики и твердости материала скребка. Было обнаружено, что твердость материала скребка в диапазоне 25-60 Шор-А в комбинации с характеристикой силы-смещения 0,02 Н/мм<F/d<0,27 Н/мм, еще более предпочтительно 0,02 Н/мм<F/d<0,13 Н/мм, приводит к оптимальной характеристике скребка во время использования.
Следует заметить, что упомянутая выше комбинация параметров не является ни случайной, ни подобной параметрам скребков, известных в предшествующем уровне техники. Идея, лежащая в основе упомянутой выше комбинации параметров, заключается в разработке скребка, который имеет характеристику, подобную вращающейся микроволоконной щетке. "Подобная характеристика" в этом случае означает, что при протирании пола скребком, на полу остается такое же или почти такое же количество воды, как после микроволоконной щетки. В этом случае, пол имеет одинаковую или почти одинаковую влажность независимо от направления перемещения насадки. Если насадка перемещается в направлении вперед, в котором щетка, при взгляде в направлении перемещения насадки, расположена спереди скребка, скребок протирает пол, так что его характеристика оказывает серьезный эффект на количество жидкости, которая остается после него. Если насадка наоборот перемещается в направлении назад, в котором щетка, при взгляде в направлении перемещения насадки, расположена за скребком, характеристика щетки оказывает серьезный эффект на количество жидкости, которая остается на полу. Если обе характеристики, характеристика скребка и характеристика щетки, являются сравнимыми по отношению к эффективности подбирания жидкости, даже посредством устройства с единственной щеткой и единственным скребком пол может иметь одинаковую влажность независимо от направления перемещения насадки. Изобретатели обнаружили, что упомянутая выше комбинация параметров почти в точности обеспечивает такую характеристику насадки.
Еще одним важным преимуществом является то, что упомянутая выше комбинация признаков для скребка позволяет иметь однородную влажность на полу по всему протяжению (длине) скребка и равномерно распределенное время высыхания оставшейся воды. По сравнению с "обычными" скребками, используемыми в чистящих устройствах предшествующего уровня техники, настоящий скребок выполнен с возможностью большего количества жидкости, остающейся на полу. Это сделано специально. Даже, несмотря на то, что микроволоконная щетка может поднимать жидкость, а также частицы грязи, после нее остается немного большее количество воды, по сравнению с "обычным" скребком. Таким образом, для обеспечения характеристики при переднем ходе, такого же, как при обратном ходе, скребок возможно должен оставлять немного больше жидкости на полу, чем обычно. С другой стороны, было обнаружено, что потребители предпочитают иметь немного более влажный пол, чем иметь идеально сухой пол. Во-первых, посредством этого работа устройства влажной очистки выглядит более убедительной. Если устройство влажной очистки оставляет за собой идеально сухой пол, потребители часто думают, что устройство работает неправильно. Во-вторых, тонкая пленка жидкости, которая остается после насадки, также выполняет функцию визуального оповещения пользователя о том, где он/она уже очистил/очистила пол, а где еще нет.
Еще одним преимуществом упомянутых выше параметров скребка являются высокое сопротивление истиранию и высокое сопротивление химическому воздействию, которые такой тип скребка показал в экспериментах заявителя. К тому же, упомянутая выше характеристика силы-смещения является важной для обеспечения требуемой характеристики перехода/изгибания скребка.
Как известно для скребков предшествующего уровня техники, скребок обычно изгибается вокруг своего продольного направления в зависимости от направления перемещения насадки. Следовательно, он должен деформироваться в момент перехода (в момент изменения направления перемещения). Если он не деформируется, он поднимает насадку или весь прибор, и насадка может оставить след на очищенном полу. Это, конечно же, является нежелательной характеристикой. Следовательно, упомянутая выше характеристика силы-смещения также осуществляет аккуратный баланс между слишком жестким и слишком мягким (слишком гибким) скребком. Слишком жесткий скребок может привести к появлению царапин на полу, тогда как слишком мягкий скребок может оставить на полу слишком большое количество жидкости и, кроме того, может быть механически слишком неустойчивым.
Переходу/изгибанию скребка предпочтительно способствует расположение выступов (так называемых шипов) около или рядом со свободным концом скребка. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, скребковый элемент содержит гибкий резиновый козырек между своим неподвижным и своим свободным концами и множество выступов для изгибания гибкого резинового козырька вокруг продольного направления между открытым и закрытым положениями в зависимости от направления перемещения насадочного приспособления, причем упомянутые выступы расположены рядом со свободным концом скребкового элемента и выступают из задней стороны гибкого резинового козырька, которая обращена от щетки.
Эти выступы заставляют резиновый козырек изгибаться в открытое положение, в котором частицы жидкости и грязи могут входить в насадочное приспособление через отверстия между выступами, гибким резиновым козырьком и поверхностью, когда насадочное приспособление перемещается по поверхности в направлении назад, в котором скребковый элемент при взгляде в направлении перемещения, расположен спереди щетки. С другой стороны, резиновый козырек выполнен с возможностью изгибания в закрытое положение, в котором резиновый козырек стирает частицы жидкости и грязи по очищаемой поверхности или с нее, когда насадочное приспособление перемещается по поверхности в направлении вперед. В этом направлении вперед скребковый элемент, при взгляде в направлении перемещения насадки, расположен за щеткой.
Возможность перехода скребка из открытого в закрытое положение в зависимости от направления перемещения насадочного приспособления обеспечивает хороший результат очистки при переднем, а также при обратном ходе насадки. Открытая конфигурация предназначена для обеспечения вхождения грязи, когда скребок приближается к частицам жидкости и грязи на полу раньше щетки. В закрытом положении скребок закрывает зазор до пола, или, иначе говоря, метет или скользит по поверхности, когда щетка приближается к частицам жидкости и грязи на полу раньше скребка.
Упомянутые выше выступы (шипы) выполнены с возможностью изгибания/загибания резинового козырька и, посредством этого, по меньшей мере частичного поднятия резинового козырька от поверхности, когда насадка перемещается по поверхности в направлении назад. Благодаря этому загибанию/поднятию резинового козырька при обратном ходе насадки, крупная грязь может входить в насадку при обратном ходе через отверстия, создаваемые между резиновым козырьком, выступами и полом. Очевидно, что поднятие резинового козырька и создание упомянутых отверстий несколько уменьшает разрежение внутри кожуха насадки, которое может быть создано посредством вакуумного агрегата (то есть посредством этого увеличивается абсолютное давление внутри кожуха насадки). Это уменьшенное разрежение в основном является следствием того, что отверстия создают утечку воздуха, из-за которой воздух может входить в насадку. Эта утечка воздуха и получающееся в результате уменьшение разрежения не должны быть слишком сильными, поскольку это может привести к значительной разности расхода воздуха, входящего в насадку при переднем ходе по сравнению с обратным ходом.
Таким образом, размер выступов (шипов) ограничен. С другой стороны, шипы должны быть достаточно большими, чтобы создавать достаточно большие отверстия, через которые в насадку также может входить крупная грязь. К тому же, размер шипов зависит от расстояния между щеткой и скребком и от минимального угла, под которым грязь отбрасывается от щетки. Слишком большие отверстия могут позволить частицам жидкости и грязи, с которыми встречается щетка, снова вылетать из кожуха насадки (через отверстия). Это, конечно же, может ограничить эффективность устройства, поскольку грязь вылетает из-под скребка в открытом положении. Таким образом, очевидно, что размер выступов (шипов) зависит от множества параметров.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, расстояние между передним концом выступов, который обращен от резинового козырька, и задней стороной гибкого резинового козырька лежит в диапазоне 0,5-4 мм. Обнаружено, что наиболее предпочтительный размер составляет около 1,8 мм.
Также важным является расстояние между выступами. Если выступы расположены слишком близко друг от друга, большие частицы грязи могут не войти в насадку. С другой стороны, если расстояние между двумя смещенными выступами является слишком большим, гибкий резиновый козырек может деформироваться и закрыть требуемые отверстия.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, расстояние между двумя смещенными выступами лежит в диапазоне 5-15 мм. Изобретатели обнаружили идеальное расстояние, которое лежит в окрестности или равно 12,5 мм при размере каждого выступа (расстоянии между передним концом выступа и задней стороной резинового козырька) около 2,5 мм.
Дополнительное улучшение может быть достигнуто, если по меньшей мере один из выступов содержит по меньшей мере одну сходящую на конус сторону и скругленные края. Это уменьшает риск того, что крупная грязь, такая как полосы, запутается у выступов или вокруг них.
В последних параграфах можно обратить внимание, в основном, на геометрию, размер и признаки выступов скребкового элемента. Тем не менее, еще более важными являются геометрия и размер резинового козырька скребкового элемента.
Как отмечено в первых параграфах краткого описания сущности изобретения, характеристика скребкового элемента и его резинового козырька является особенно важным для обеспечения характеристики, подобного щетке, чтобы эффективность устройства была подобной или даже одинаковой при переднем, а также при обратном ходе насадки. Отмечено, что резиновый козырек скребкового элемента выполнен из синтетического материала с твердостью в диапазоне 25-60 Шор-А в комбинации с характеристикой силы-смещения 0,02 Н/мм<F/d<0,3 Н/мм. Еще более предпочтительной является твердость 35 Шор-А в комбинации с характеристикой силы-смещения 0,02 Н/мм<F/d<0,15 Н/мм. Эти требования также оказывают значительное влияние на размеры резинового козырька. Наоборот, размеры резинового козырька также влияют на характеристику силы-смещения. Обнаружено, что предпочтительным материалом для гибкого резинового козырька является полиуретан. Полиуретан оказался преимущественным, поскольку он не производит неприятный скрипящий звук, как обычно производимый скребками предшествующего уровня техники. Кроме того, скребок, выполненный из полиуретана, оказывает на пол достаточно трения, которое требуется для упомянутого выше изгибаемой характеристики скребка.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения гибкий резиновый козырек имеет толщину 0,5-3 мм. Наиболее предпочтительной является толщина около 0,85 мм. Поперечное сечение гибкого резинового козырька также может немного сходиться на конус, например, от 0,85 мм в самой тонкой точке до 1 мм в самой толстой точке. Ясно, что толщина гибкого резинового козырька также зависит от выбранной твердости. Если выбран материал с меньшей твердостью, например с 25 Шор-А, резиновый козырек должен быть толще, например, должен иметь толщину 3 мм. С другой стороны, если выбран материал с увеличенной твердостью, например с 60 Шор-А, толщина резинового козырька должна быть сравнительно меньше, например, около 2 мм или меньше.
Еще одним значительным параметром является высота гибкого резинового козырька. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, гибкий резиновый козырек имеет высоту, измеренную между свободным концом и неподвижным концом, составляющую 5-20 мм. Опять же, высота резинового козырька также зависит от ее толщины и наоборот. Для достижения упомянутых выше требований к характеристике силы-смещения, большая высота должна быть объединена с большей толщиной, а меньшая высота должна быть объединена с меньшей толщиной. Обнаружено, что идеальная высота резинового козырька составляет около 8,5 мм.
Тем не менее, следует снова заметить, что упомянутые выше размеры связаны друг с другом. Наиболее подходящим вариантом является, конечно же, результат встраивания в прибор. Оптимальная комбинация, обнаруженная изобретателями, представляет собой следующее:
a) высота резинового козырька: 8,5 мм,
b) толщина резинового козырька: 0,85 мм,
c) твердость материала резинового козырька: 35 Шор-А,
d) размер выступов: 1,8 мм, и
e) материал резинового козырька: полиуретан.
Также снова следует заметить, что свойства и признаки скребка специально приспособлены под тип щетки, которая используется согласно настоящему изобретению. Далее подробно описаны конкретные свойства щетки, которые позволяют щетке одновременно подбирать частицы грязи и/или жидкости (в отличие от побудителя).
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения линейная массовая плотность множества щеточных элементов, по меньшей мере у концевых частей, ниже 150г/10км, предпочтительно ниже чем 20г/10км.
В отличие от щеток, часто используемых согласно предшествующему уровню техники, которые используются только для удаления пятен (побудители), мягкая щетка с гибкими щеточными элементами, согласно настоящему документу, также обладает возможностью подбирания воды с пола. Благодаря гибким микроволоконным волоскам, которые предпочтительно используются в качестве щеточных элементов, частицы грязи и жидкости могут быть подобраны с пола, когда щеточные элементы/микроволоконные волоски соприкасаются с полом во время вращения щетки. Возможность также подбирать воду посредством щетки, в основном обеспечена капиллярными и/или другими адгезионными силами, которые возникают из-за выбранной линейной массовой плотности щеточных элементов. К тому же, очень тонкие микроволоконные волоски позволяют щетке быть открытой для крупной грязи. Преимущество микроволоконных волосков также заключается в том, что волоски выполняют функцию ограничения потока. Жесткие волоски перемешивателя, наоборот, не могут делать это.
Следует заметить, что упомянутая линейная массовая плотность, то есть линейная массовая плотность в граммах на 10 км, также обозначается величиной децитекс. Очень малая величина децитекс упомянутого выше типа обеспечивает то, что, по меньшей мере у концевых частей, щеточные элементы являются достаточно гибкими для претерпевания эффекта загибания и могут подбирать частицы грязи и капли жидкости с очищаемой поверхности. К тому же, в этом диапазоне линейной массовой плотности степень износа и отрывания щеточных элементов оказывается приемлемой.
Эксперименты, выполненные заявителем, подтвердили, что величина децитекс в упомянутом выше диапазоне оказывается технически возможной, и что с ней могут быть получены хорошие результаты очистки. Тем не менее, эксперименты показали, что результаты очистки могут быть дополнительно улучшены посредством применения щеточных элементов, имеющих еще более низкий предел величины децитекс, например, величину децитекс 125, 50, 20 или даже 5 (в г/10 км).
2
2
2
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения приводное средство выполнено с возможностью осуществления центробежного ускорения у концевых частей щеточных элементов, которое, в частности во время периода отпускания грязи, когда щеточные элементы не соприкасаются с поверхностью во время вращения щетки, составляет по меньшей мере 3000 м/с, более предпочтительно по меньшей мере 7000 м/с и наиболее предпочтительно 12000 м/с.
2
Следует заметить, что минимальная величина 3000 м/с в отношении ускорения, которое преобладает у концевых частей по меньшей мере во время периода отпускания грязи, когда щеточные элементы не соприкасаются с поверхностью во время вращения щетки, также поддерживается результатами экспериментов, которые были выполнены в контексте настоящего изобретения. Эти эксперименты показали, что эффективность очистки устройства согласно настоящему изобретению улучшается с увеличением угловой скорости щетки, которое приводит к увеличению ускорения у концевых частей щеточных элементов во время вращения.
Поскольку приводное средство выполнено с возможностью осуществления центробежных ускорений щеточных элементов в упомянутых выше диапазонах, капли жидкости, прилипающие к щеточным элементам склонны выбрасываться в виде тумана капель во время фазы, в которой щеточные элементы не соприкасаются с очищаемой поверхностью.
Объединение упомянутых выше параметров линейной массовой плотности гибких щеточных элементов с параметрами ускорения концевых частей щеточных элементов дает оптимальную эффективность очистки вращаемой щетки, при которой практически все частицы грязи и разлитая жидкость, встречаемые щеткой, подбираются посредством щеточных элементов и выбрасываются в положение внутри кожуха насадки.
2
Хорошая комбинация линейной массовой плотности и центробежного ускорения у концевых частей щеточных элементов обеспечивает верхний предел величины децитекс 150 г/10 км и нижний предел центробежного ускорения 3000 м/с. Оказалось, что эта комбинация параметров обеспечивает превосходные результаты очистки, причем поверхность одновременно практически освобождается от частиц и высушивается. Оказалось, что использование этой комбинации параметров также приводит к очень хорошим свойствам удаления пятен. Способность щетки также подбирать жидкость, в основном, вызвана капиллярными и/или другими адгезионными силами, которые возникают благодаря выбранной линейной массовой плотности щеточных элементов, и возникающих высоких скоростей, с которыми приводится щетка.
Для того чтобы осуществить упомянутые выше центробежные ускорения у концевых частей щеточных элементов, приводное средство, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, выполнено с возможностью осуществления угловой скорости щетки, которая лежит в диапазоне 3000-15000 оборотов в минуту, более предпочтительно в диапазоне 5000-8000 оборотов в минуту, во время работы устройства. Эксперименты заявителя показали, что оптимальные результаты очистки могут быть достигнуты, когда щетка приводится с угловой скоростью, составляющей по меньшей мере 6000 оборотов в минуту.
Тем не менее, требуемые ускорения у концевых частей щеточных элементов зависят не только от угловой скорости, но также и от радиуса, соответственно, от диаметра щетки.
Следовательно, согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, щетка предпочтительно имеет диаметр, который лежит в диапазоне 10-100 мм, более предпочтительно в диапазоне 20-80 мм, наиболее предпочтительно в диапазоне 35-50 мм, когда щеточные элементы находятся в полностью вытянутом состоянии. Длина щеточных элементов предпочтительно лежит в диапазоне 1-20 мм, предпочтительно в диапазоне 8-12 мм, когда щеточные элементы находятся в полностью вытянутом состоянии.
Согласно варианту осуществления заявленного чистящего устройства чистящее устройство дополнительно содержит вакуумный агрегат, который выполнен с возможностью образования разрежения в области всасывания между кожухом насадки, щеткой и скребком в диапазоне 3-70 мбар, предпочтительно в диапазоне 4-50 мбар, наиболее предпочтительно в диапазоне 5-30 мбар. В предпочтительном варианте осуществления разрежение, образованное в области всасывания, в частности, когда скребок находится в закрытом положении, лежит в диапазоне 17-27 мбар.
В отличие от упомянутых выше диапазонов давления, которые образуются посредством вакуумного агрегата, пылесосы предшествующего уровня техники должны прилагать более высокие разрежения для достижения приемлемых результатов очистки. Тем не менее, благодаря упомянутой выше комбинации специальной щетки с гибкими щеточными элементами и скребковым элементом очень хорошие результаты очистки могут быть осуществлены уже в упомянутых выше диапазонах давления. Таким образом, также могут быть использованы меньшие вакуумные агрегаты. Посредством этого увеличивается свобода выбора вакуумного насоса.
Настоящее чистящее устройство может дополнительно содержать средство позиционирования для позиционирования оси щетки на расстоянии от очищаемой поверхности, которое меньше, чем радиус щетки с полностью вытянутыми щеточными элементами, для осуществления вдавленной части щетки, соприкасающейся с очищаемой поверхностью во время работы, причем эта вдавленная часть лежит в диапазоне 2%-12% диаметра щетки.
В результате этого, щеточные элементы загибаются, когда щетка соприкасается с полом. Следовательно, как только щеточные элементы приходят в соприкосновение с полом во время вращения щетки, внешний вид щеточных элементов меняется с вытянутого на изогнутый, и как только щеточные элементы теряют соприкосновение с полом во время вращения щетки, внешний вид щеточных элементов меняется с изогнутого на вытянутый. Такие же характеристики щетки возникают, когда концевые части щетки соприкасаются с первой отражающей поверхностью первого отражающего элемента.
Практический диапазон для вдавленной части щетки составляет 2%-12% диаметра щетки по отношению к полностью вытянутому состоянию щеточных элементов. В конкретных ситуациях, диаметр щетки, как было упомянуто, может быть определен посредством осуществления специального измерения, например, посредством использования высокоскоростной камеры или стробоскопа, который срабатывает с частотой вращения щетки.
Деформация щеточных элементов или, говоря точнее, скорость, с которой может происходить деформация, также зависит от линейной массовой плотности щеточных элементов. К тому же, линейная массовая плотность щеточных элементов влияет на энергию, которая нужна для вращения щетки. Когда линейная массовая плотность щеточных элементов является относительно низкой, возможность изгибания является относительно высокой, и энергия, необходимая для изгибания щеточных элементов, когда они приходят в соприкосновение с очищаемой поверхностью или с первой отражающей поверхностью, является относительно низкой. Это также означает, что энергия трения, которая образуется между щеточными элементами и полом или первой отражающей поверхностью, является низкой, посредством чего предотвращаются какие либо повреждения. Другими преимущественными эффектами относительно низкой линейной массовой плотности щеточных элементов являются относительно высокое сопротивление износу, относительно небольшая вероятность повреждения твердыми объектами или тому подобным, и возможность следовать очищаемой поверхности таким образом, чтобы соприкосновение сохранялось даже при встрече с существенной неровностью пола.
2
Фактором, который может играть дополнительную роль в функции очистки вращаемой щетки, является плотность размещения щеточных элементов. Когда плотность размещения является достаточно большой, между щеточными элементами могут возникать капиллярные эффекты, которые улучшают быстрое удаление жидкости с очищаемой поверхности. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения плотность размещения щеточных элементов составляет по меньшей мере 30 пучков щеточных элементов на см, причем количество щеточных элементов на пучок составляет по меньшей мере 500.
Расположение щеточных элементов в пучках образует дополнительные капиллярные каналы, посредством этого увеличивая капиллярные силы щетки для поднимания частиц грязи и капель жидкости с очищаемой поверхности.
Как было упомянуто выше, настоящее чистящее устройство обладает возможностью достижения крайне хороших результатов очистки. Эти результаты очистки могут быть улучшены еще больше посредством активного смачивания очищаемой поверхности. Это является особенно преимущественным в случае удаления пятен. Жидкость, используемая в процессе улучшения приклеивания частиц грязи к щеточным элементам, может быть подана различными способами. Во-первых, вращаемая щетка и гибкие щеточные элементы могут быть смочены жидкостью, которая присутствует на очищаемой поверхности. Примером такой жидкости является вода или смесь воды и мыла. В качестве альтернативы, жидкость может быть подана на гибкие щеточные элементы посредством активной подачи очищающей жидкости на щетку, например, посредством выдавливания жидкости на щетку, или посредством впрыскивания жидкости в полый центральный элемент щетки.
Следовательно, согласно варианту осуществления, чистящее устройство предпочтительно содержит средство для подачи жидкости к щетке с расходом, который меньше, чем 6 мл в минуту на см ширины щетки в направлении прохождения оси щетки. Оказывается, что в подаче жидкости с более высоким расходом нет необходимости, и что упомянутый выше расход является достаточным для того, чтобы жидкость выполняла функцию средства переноса/транспортировки частиц грязи. Таким образом, может быть значительно улучшена возможность удаления пятен с очищаемой поверхности. Преимущество использования лишь небольшого количества жидкости заключается в возможности обработки деликатных поверхностей, даже поверхностей, которые считаются чувствительными к жидкости, такой как вода. К тому же, при том же размере резервуара, содержащего жидкость, подаваемую к щетке, увеличивается время автономности, то есть до опустошения и возникновения необходимости пополнения резервуара проходит больше времени.
Следует заметить, что, вместо использования специально выбранной и активно подаваемой жидкости, также возможно использовать пролитую жидкость, то есть жидкость, которая должна быть удалена с очищаемой поверхности. Примерами являются разлитый кофе, молоко, чай, и тому подобное. Это возможно благодаря факту того, что щеточные элементы, как упомянуто ранее, могут удалять жидкость с очищаемой поверхности, и того, что жидкость может быть удалена с щеточных элементов под действием центробежных сил, как описано выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения описаны со ссылкой на изложенный далее вариант (варианты) осуществления. На чертежах:
на фиг. 1 показан схематичный вид в поперечном сечении первого варианта осуществления насадочного приспособления чистящего устройства согласно настоящему изобретению в первом рабочем положении;
на фиг. 2 показан схематичный вид в поперечном сечении первого варианта осуществления насадочного приспособления, показанного на фиг. 1, во втором рабочем положении;
на фиг. 3 показан схематичный вид в поперечном сечении второго варианта осуществления насадочного приспособления чистящего устройства согласно настоящему изобретению в первом рабочем положении;
на фиг. 4 показан схематичный вид в поперечном сечении второго варианта осуществления насадочного приспособления, показанного на фиг. 3, во втором рабочем положении;
на фиг. 5 показаны схематичный вид сбоку (фиг. 5a) и схематичный вид в поперечном сечении (фиг. 5b) скребкового элемента насадочного приспособления согласно настоящему изобретению в первом рабочем положении;
на фиг. 6 показаны схематичный вид сбоку (фиг. 6a) и схематичный вид в поперечном сечении (фиг. 6b) скребкового элемента, показанного на фиг. 5, во втором рабочем положении;
на фиг. 7 показаны вид в перспективе (фиг. 7a) и вид в поперечном разрезе (фиг. 7b) дополнительного предпочтительного варианта осуществления скребкового элемента;
на фиг. 8 показан график, иллюстрирующий характеристику силы-смещения скребкового элемента;
на фиг. 9 показан увеличенный схематичный вид насадочного приспособления согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 10 показан график сравнения эффективности насадочного приспособления при прямом и обратном ходе;
на фиг. 11 показан схематичный вид в поперечном сечении полностью чистящего устройства согласно настоящему изобретению;
на фиг. 12 показан схематичный вид в поперечном сечении варианта осуществления щетки чистящего устройства;
на фиг. 13 показан график, предназначенный для иллюстрирования отношения между угловой скоростью щетки и способностью самоочистки упомянутой щетки;
на фиг. 14 показан график, предназначенный для иллюстрирования отношения между центробежным ускорением щетки и способностью самоочистки упомянутой щетки; и
на фиг. 15 показан схематичный вид в поперечном сечении иллюстративного насадочного приспособления согласно предшествующему уровню техники.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан схематичный вид в поперечном сечении первого варианта осуществления насадочного приспособления 10 чистящего устройства 100 согласно настоящему изобретению. Насадочное приспособление 10 содержит щетку 12, которая выполнена с возможностью вращения вокруг оси 14 щетки. Упомянутая щетка 12 предусмотрена с гибкими щеточными элементами 16, которые предпочтительно осуществлены посредством тонких микроволоконных волосков. Гибкие щеточные элементы 16 содержат концевые части 18, которые выполнены с возможностью соприкосновения с очищаемой поверхностью 20 во время вращения щетки 12 и подбирания частиц 22 грязи и/или частиц 24 жидкости с упомянутой поверхности 20 (пол 20) во время периода подбирания, когда щеточные элементы 16 соприкасаются с поверхностью 20.
2
К тому же, насадочное приспособление 10 содержит приводное средство, например, двигатель (не показан), для приведения щетки 12 в заданном направлении 26 вращения. Упомянутое приводное средство предпочтительно выполнено с возможностью осуществления центробежного ускорения у концевых частей 18 щеточных элементов 16, которое, в частности, во время во время периода отпускания грязи, когда щеточные элементы 16 не соприкасаются с поверхностью 20 во время вращения щетки 12, составляет по меньшей мере 3000 м/с.
Щетка 12 по меньшей мере частично окружена кожухом 28 насадки. Расположение щетки 12 внутри кожуха 28 насадки предпочтительно выбрано так, чтобы щетка 12 по меньшей мере частично выступала из нижней стороны 30 кожуха 28 насадки. Во время использования устройства 100, нижняя сторона 30 кожуха 28 насадки обращена к очищаемой поверхности 20.
Также к упомянутой нижней стороне 30 кожуха 28 насадки присоединен скребковый элемент 32. Этот скребковый элемент 32 расположен так, чтобы он соприкасался с очищаемой поверхностью 20 во время использования устройства 100. Скребок используется в качестве чего-то вроде тряпки для стирания частиц 22, 24 грязи и/или жидкости вдоль или с поверхности 20 при перемещении насадки 10. Скребок 32 проходит, по существу, параллельно оси 14 щетки. Кожух 28 насадки, скребок 32 и щетка 12 вместе образуют область 34 всасывания, которая расположена внутри кожуха 28 насадки. Следует заметить, что область 34 всасывания, в контексте настоящего изобретения, не только обозначает область между щеткой 12, скребком 32 и кожухом 28 насадки, но также обозначает пространство между щеточными элементами 16 для момента времени во время вращения щетки 12, когда щеточные элементы 16 находятся внутри кожуха 28 насадки. Также область 34 всасывания обозначает область, которая образована между скребком 32 и щеткой 12. Последняя область далее также обозначена как всасывающий вход 36, который открывается в область 34 всасывания.
Посредством вакуумного агрегата 38, который на этих чертежах показан только схематично, в области 34 всасывания образуется разрежение для всасывания частиц 22, 24 жидкости и грязи, которые были встречены и собраны щеткой 12 и скребком 32. Упомянутое разрежение предпочтительно лежит в диапазоне 3-70 мбар, более предпочтительно в диапазоне 4-50 мбар, наиболее предпочтительно в диапазоне 5-30 мбар. Это разрежение является довольно низким по сравнению с обычными пылесосами, которые используют разрежение около 70 мбар. Тем не менее, благодаря свойствам щетки 12, которые дополнительно объяснены далее, очень хорошие результаты очистки могут быть осуществлены уже в упомянутых выше диапазонах давления. Таким образом, также могут быть использованы меньшие вакуумные агрегаты 38. Посредством этого увеличивается свобода выбора вакуумного насоса.
Во время вращения щетки 12 частицы 22, 24 грязи и/или жидкости встречаются на поверхности 20 и взлетают либо вовнутрь кожуха 28 насадки или в скребок 32. Если частицы 22, 24 взлетают в скребок 32, они отражаются от него. Эти отраженные частицы 22, 24 опять достигают щетки 12 и опять взлетают. Таким образом, частицы 22, 24 скачут вперед-назад между щеткой 12 и скребком 32 более или менее зигзагообразно перед тем, как они, наконец, будут всосаны вакуумным агрегатом 38. Тем не менее, некоторые частицы 22, 24 грязи и/или жидкости взлетают от поверхности 20 плоско таким образом, что они повторно распыляются обратно на поверхность 20 в области между щеткой 12 и скребком 32. Поскольку скребок 32 действует как что-то вроде тряпки, эти частицы 22, 24 не запускаются снова из кожуха 28 насадки. Благодаря разрежению, которое прилагается вакуумным агрегатом 38, эти повторно распыленные частицы 22, 24 затем всасываются вакуумным агрегатом 38.
Одна из центральных идей настоящего изобретения относится к свойствам скребкового элемента 32 и его взаимодействию с щеткой 12. Скребковый элемент 32 выполнен с возможностью изгибания/перебрасывания вокруг его продольного направления 48 между открытым и закрытым положением в зависимости от направления 40 перемещения насадки 10. Для этого он содержит гибкий резиновый козырек 46, который предпочтительно выполнен из полиуретана. Резиновый козырек 46 у своего неподвижного конца 31 прикреплен к нижней стороне 30 кожуха 28 (см., например, фиг. 5-7).
К тому же, для того чтобы гарантировать хорошие результаты очистки при обратном ходе насадки 10 (показан на фиг. 1), а также при переднем ходе насадки 10 (показан на фиг. 2), скребок 32 содержит множество выступов 50 для перехода скребка 32 из открытого в закрытое положение и наоборот, в зависимости от направления 40 перемещения насадки 10. Эти выступы 50 расположены около или рядом со свободным концом 33 резинового козырька 46, который предназначен для соприкосновения с полом 20 во время использования. Более конкретно, выступы 50 расположены около или рядом со свободным концом 33 резинового козырька 46 на задней стороне 35 резинового козырька 46, которая обращена от щетки 12. Выступы 50 выступают из упомянутой задней стороны 35 резинового козырька 46. Выступы 50 в этом документе также называются шипами 50.
Если насадка 10 перемещается при переднем ходе (показано на фиг. 2), при котором скребок, при взгляде в направлении 40 перемещения, расположен за щеткой 12, скребок 32 находится в закрытом положении. В этом закрытом положении скребок 32 выполнен с возможностью толкания или стирания частиц 22, 24 грязи и/или жидкости вдоль или с поверхности 20 посредством, примерно, скольжения над поверхностью 20. При таком переднем ходе скребок 32 действует в качестве чего-то вроде тряпки, которая собирает оставшуюся воду с поверхности 20, которая не была поднята или была разбрызнута обратно со щетки 12 на поверхность 20. Тогда оставшаяся вода 24, которая не была собрана скребком, может быть втянута посредством приложенного разрежения.
С другой стороны, скребок 32 находится в своем открытом положении, когда насадка 10 перемещается при обратном ходе (показано на фиг. 1), при котором скребок 32 при взгляде в направлении 40 перемещения расположен спереди от щетки 12, так что он встречается с частицами 22, 24 грязи и/или жидкости на поверхности 20 перед тем, как их встречает щетка 12. При этом обратном ходе шипы 50 перебрасывают скребок 32 в его открытое положение. Затем в этом открытом положении частицы 22, 24 грязи и/или жидкости могут входить во всасывающий вход 36 через отверстия 44, которые созданы между шипами 50, резиновым козырьком 46 и очищаемой поверхностью 20.
Если скребок 32 не может переходить в это открытое положение при обратном ходе, то очень малое количество частиц 22 грязи может достигать всасывающего входа 36, тогда как большинство частиц 22, 24 грязи и/или жидкости увлекается скребком 32 и толкается по поверхности 20 без возможности вхождения во всасывающий вход 36. Конечно же, это может привести к плохому эффекту очистки и сушки.
На фиг. 3 и 4 показан второй вариант осуществления насадочного приспособления 10. На этих чертежах видно, что кожух 28 насадки также может иметь другую форму. Скребок 32 также может быть расположен у переднего конца кожуха 28 насадки, вместо расположения у его заднего конца, как показано на фиг. 1 и 2. Тем не менее, из сравнения фиг. 3 и 4 с фиг. 1 и 2 можно заметить, что скребок 32 все еще расположен на стороне щетки 12, на которой щеточные элементы 16 входят в кожух 28 насадки во время вращения щетки (см. направление 26 вращения).
Как можно видеть на фиг. 3, скребок 32 в этом случае опять же должен находиться в открытом положении, когда насадка 10 перемещается в направлении вперед, в котором скребок 32, при взгляде в направлении 40 перемещения, расположен спереди щетки 12.
С другой стороны, скребок 32 должен находиться в своем закрытом положении, когда насадка согласно этому варианту осуществления перемещается в обратном направлении, как показано на фиг. 4, при котором щетка 12, при взгляде в направлении 40 перемещения, расположена спереди скребка 32 и первая встречается с частицами 22, 24 грязи и/или жидкости.
Увеличенные схематичные виды скребка 32 показаны на фиг. 5-7. На фиг. 5a, b показан скребок 32 в своем закрытом положении, тогда как на фиг. 6a, b показан скребок 32 в своем открытом положении.
Шипы 50, которые расположены рядом со свободным концом 33 резинового козырька 46, где скребок 32 должен касаться поверхности 20, выполнены с возможностью по меньшей мере частичного поднятия резинового козырька 46 от поверхности 20, когда насадка 10 перемещается по поверхности 20 в направлении 40 назад (как показано, например, на фиг. 1). В этом случае резиновый козырек 46 загибается и по меньшей мере частично поднимается, в основном благодаря естественному трению, которое происходит между поверхностью 20 и шипами 50. Затем шипы 50 действуют как что-то вроде стопора, который замедляет резиновый козырек 46 и заставляет его перебрасываться через шипы 50. Посредством этого скребок 32 вынужденно скользит над шипами 50, причем резиновый козырек 46 поднимается посредством шипов 50, и в пространстве между резиновым козырьком 46 и поверхностью 20 возникают отверстия 44 (см. фиг. 6a, b).
Очевидно, что эти отверстия 44 не только позволяют частицам 22, 24 грязи и/или жидкости входить во всасывающий вход 36. К тому же, гораздо большее количество воздуха всасывается через отверстия 44 в область 34 всасывания по сравнению с передним ходом насадки 10, при котором скребок 32 находится в своем закрытом положении. Это означает, что в характеристике потока существует разница между случаями перемещения насадки 10 при переднем ходе (как показано на фиг. 2) или при обратном ходе (как показано на фиг. 1). Таким образом, разрежение внутри области 34 всасывания при переднем ходе (показанном на фиг. 2) всегда выше, чем при обратном ходе (показанном на фиг. 1) (более высокое разрежение означает более низкое абсолютное давление).
Эти и другие аспекты показывают, что характеристика скребка оказывает очень сильное влияние на общую эффективность устройства. Центральной идеей настоящего изобретения является объект, заключающийся в обеспечении использования устройства в обоих направлениях (направления вперед и назад). Эти разные направления 40 перемещения не должны приводить к разности в эффективности очистки, поскольку в противном случае пользователи используют устройство 100 только в одном направлении. Следовательно, это означает, что скребок 32 должен иметь такую же характеристику (эффективность подбирания грязи и жидкости), как и щетка 12. При переднем ходе, когда скребок 32 находится в своем закрытом положении, количество грязи и жидкости 22, 24, которое остается позади на полу 20, в основном определяет скребок 32. Тем не менее, в противоположном направлении назад щетка 12 количество грязи и жидкости 22, 24, которое остается позади на полу 20, в основном определяет щетка 12.
Значительное влияние на характеристику скребка 32 оказывает тип материала, который используется для резинового козырька 46 и шипов 50, а также конкретная геометрия резинового козырька 46 и шипов 50.
Обширные эксперименты заявителя показали, что полиуретановый материал с твердостью в диапазоне 25-60 Шор-А наилучшим образом соответствует упомянутому выше требованию (такая же характеристика, как у щетки 12). В отношении геометрии скребка 32 в ходе экспериментов обнаружены различные оптимальные комбинации геометрии, которые обеспечивают эффективность подбирания грязи и жидкости скребка 32, сравнимую с щеткой 12. Отношение между различными размерами скребка 32 лучше всего описано на графике силы-смещения.
На фиг. 8 показан результат экспериментов заявителя. На графике показана зависимость силы F, действующей на свободный конец 33 скребка 32 перпендикулярно внешней поверхности резинового козырька 46, и возникающего в результате этого смещения d свободного конца 33 резинового козырька 46 в этом же направлении. Сила F на фиг. 7b схематично показана стрелкой, а смещение d показано как расстояние между свободным концом 33 свободно подвешенного резинового козырька 46 и свободным концом 33 смещенного/изогнутого резинового козырька 46' (показанным пунктирной линией). Сила F показана на оси y с масштабом шкалы 0,1 Н, а смещение d показано на оси x с масштабом шкалы 0,5 мм.
Во время эксперимента определены разные области. Ссылочной позицией 41 обозначена область, в которой F/d больше чем 0,27 Н/мм. Ссылочной позицией 43 обозначена область, в которой F/d меньше чем 0,02 Н/мм. Обнаружено, что эти области 41, 43 являются нежелательными. Скребки с характеристикой силы-смещения в области 43 являются слишком слабыми и неустойчивыми. Скребки с характеристикой силы-смещения в области 41 являются слишком жесткими для применения в насадочном приспособлении 10 согласно настоящему изобретению. Тем не менее, большинство скребков предшествующего уровня техники имеет характеристику силы-смещения в этом диапазоне. В частности, цель решений с двумя скребками предшествующего уровня техники заключается в увеличении эффективности скребка настолько, насколько это возможно, то есть в стирании посредством скребка наибольшего возможного количества воды. Тем не менее, как было упомянуто выше, это не является целью решения с одним скребком и с одной щеткой согласно настоящему изобретению, поскольку одна из центральных идей заключается в обеспечении скребка 32, который имеет характеристику, подобное щетке 12.
Для настоящего изобретения оптимальным является скребок 32 с характеристикой силы-смещения, которая лежит в диапазоне, показанном в областях 45, 47 на фиг. 8. Область 45 обозначает диапазон 0,13 Н/мм<F/d<0,27 Н/мм, а область 47 обозначает диапазон 0,02 Н/мм<F/d<0,13 Н/мм. Наиболее предпочтительное рабочее окно находится в области 47. Скребки 32 с характеристикой силы-смещения в диапазоне 45 также показывают хорошее осушающую характеристику, но у точки перехода (перехода из открытого в закрытое положение) на полу 20 иногда остается небольшой след воды. Это, в основном, происходит в результате того, что возможность изгибания скребка 32 в этом диапазоне является недостаточно высокой для очень быстрого перехода из открытого в закрытое положение.
В целом это означает, что скребок 32 с характеристикой силы-смещения в диапазоне 0,02 Н/мм<F/d<0,13 Н/мм совместно с твердостью материала скребка в диапазоне 25-60 Шор-А обеспечивает характеристику скребка, которая очень похожа на характеристику щетки в отношении уровня влажности, который остается на поверхности 20. Следовательно, пользователь может даже не заметить разницу между передним и обратным ходом насадки 10.
2
На фиг. 10 показана коробчатая диаграмма сравнения уровней влажности, остающихся на полу при переднем и обратном ходе. На оси y показан уровень влажности на полу 20, который был очищен устройством 100. На этой коробчатой диаграмме можно видеть, что уровень влажности при переднем ходе является почти таким же, как при обратном ходе. Возникающая небольшая разница может быть незаметна для потребителей при использовании прибора. Это также можно объяснить тем, как жидкость 24 распределяется по полу 20. При переднем ходе вода очень равномерно распределяется по полу 20 посредством скребка 32. При обратном ходе распределение жидкости 24 по полу 20, которое образуется посредством щетки 12, является менее равномерным. Следовательно, пленка воды, которая остается на полу 20 является очень однородной, и пользователь может почти не заметить разницу. Если используется "обычный" скребок предшествующего уровня техники, этого, конечно же, не происходит. Скребки предшествующего уровня техники обычно показывают уровни влажности около 0,1-0,2 г/м, поскольку они оптимизированы для наилучшего возможного высушивания пола 20.
Далее проиллюстрированы конкретные геометрические размеры скребка 32, с которыми упомянутая выше характеристика силы-смещения может быть достигнута наилучшим образом. Эти размеры схематично показаны на фиг. 7b.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, гибкий резиновый козырек 46 имеет высоту h, которая лежит в диапазоне 5 мм - 20 мм. Наиболее предпочтительная высота h составляет около 8,5 мм. Следует заметить, что высота h измеряется между свободным концом 33 и неподвижным концом 31 гибкого резинового козырька 46. Неподвижный конец 31 обозначает точку перехода между верхней частью 39 скребка 32, которая зафиксирована в кожухе 28 насадки, и нижней частью скребка 32, которая свисает вниз от кожуха 28 насадки. На фиг. 7b пунктирные прямоугольники иллюстрируют фиксацию скребка 32 в кожухе 28 насадки.
Толщина t гибкого резинового козырька 46 предпочтительно лежит в диапазоне 0,5 мм-3 мм. Наиболее предпочтительная толщина t лежит в диапазоне 0,85 мм-1 мм. В отличие от примера, проиллюстрированного на фиг. 7b, поперечное сечение гибкого резинового козырька 46 также может быть немного сходящимся на конус, например, имеющий толщину t, составляющую 0,85 мм в самой тонкой точке, и толщину, составляющую 1 мм в самой толстой точке.
Следует заметить, что упомянутые выше размеры следует понимать как оптимальные размеры скребка 32. Тем не менее, следует заметить, что эти размеры связаны друг с другом. Например, гибкий резиновый козырек 46 с большой высотой h может иметь бóльшую толщину, чем очень маленький резиновый козырек 46. С другой стороны, очень твердый резиновый козырек 46 также может иметь бóльшую высоту h и/или меньшую толщину t, в это же время все еще имея упомянутую выше требуемую характеристику силы-смещения.
Также важным признаком являются геометрия и размер выступов 50. Например, расстояние d1 между передним концом 49 выступов 50, который обращен от резинового козырька 46, и задней стороной 35 резинового козырька 46 определяет размер отверстий 44 (см. фиг. 6a) во время обратного хода. Если это расстояние d1 является слишком большим, отверстия 44 тоже становятся слишком большими, так что частицы 22, 24 жидкости и грязи могут вылетать наружу под скребком 32 при обратном ходе. Как уже объяснено выше, слишком большие отверстия 44 также могут значительно уменьшить разрежение внутри области 34 всасывания, приводя к значительно отличающемуся расходу при обратном ходе по сравнению с передним ходом насадки 10. Это также следует предотвращать. К тому же, слишком большие выступы 50 увеличивают риск слишком сильного изгибания резинового козырька 46 и соприкосновения скребка 32 с щеткой 12. Следовательно, размер d1 выступов 50 также зависит от расстояния скребка 32 до щетки 12 и минимального угла, под которым частицы 22, 24 жидкости и грязи взлетают от щетки 12 во время ее вращения.
Эксперименты показали, что упомянутые выше требования могут быть достигнуты наилучшим образом, если размер d1 выступов 50 лежит в диапазоне 0,5 мм-4 мм. Было обнаружено, что оптимальный размер d1 составляет около 1,8 мм. Следует опять же заметить, что эти размеры также зависят от упомянутых выше размеров резинового козырька 46, то есть от высоты h и толщины t.
К тому же, важно, чтобы скребок 32 не был расположен слишком далеко от щетки 12, поскольку иначе это может привести к нежелательным следам воды, остающимся на полу 20. Расстояние между концевыми частями 18 щетки и свободным концом 33 резинового козырька 46 в открытом положении скребка 32 предпочтительно лежит в диапазоне 5-10 мм. В закрытом положении скребка 32 это расстояние предпочтительно лежит в диапазоне 15-20 мм.
Еще одним важным признаком является расстояние d2 между двумя упомянутыми выступами 50 (см. фиг. 5a). Если упомянутое расстояние d2 является слишком большим, гибкий резиновый козырек 46 может деформироваться и из-за этого закрыть нужные отверстия 44, которые создаются во время обратного хода насадки 10. Если упомянутое расстояние d2, с другой стороны, является слишком маленьким, более крупные частицы могут не войти в насадку 10 через отверстия 44 во время обратного хода. Было обнаружено, что хорошее компромиссное решение лежит в диапазоне 5<d2<15 мм.
На фиг. 9 схематично показан еще один предпочтительный признак скребка 32. Для стирания воды 24 с пола 20 и получения однородной влажности на полу 20 и равномерно распределенного времени высыхания оставшейся воды 20, угол α соприкосновения между резиновым козырьком 46 и поверхностью 20 в закрытом положении скребка 32, предпочтительно лежит в диапазоне 35°-50°.
Далее представлены дополнительные свойства щетки 12 и скорость вращения, с которой приводится щетка 12. Щетка 12 предпочтительно имеет диаметр, который лежит в диапазоне 20-80 мм, и приводное средство может быть выполнено с возможностью вращения щетки 12 с угловой скоростью, которая составляет по меньшей мере 3000 оборотов в минуту, предпочтительно с угловой скоростью около 6000 оборотов в минуту и выше. Ширина щетки 12, то есть размер щетки 12 в направлении, в котором проходит ось 14 вращения щетки 12, может составлять, например, порядка 25 см.
2
На внешней поверхности центрального элемента 52 щетки 12 предусмотрены пучки 54. Каждый пучок 54 содержит сотни волоконных элементов, которые называются щеточными элементами 16. Например, щеточные элементы 16 выполнены из полиэстера или нейлона с диаметром порядка 10 микрометров и с величиной децитекс меньше 150 г на 10 км. Плотность размещения щеточных элементов 16 может составлять по меньшей мере 30 пучков 54 на см на внешней поверхности центрального элемента 52 щетки 12.
Щеточные элементы 16 могут быть расположены несколько хаотично, то есть не на постоянных взаимных интервалах. К тому же, следует заметить, что внешняя поверхность 56 щеточных элементов 16 может быть неровной, что увеличивает способность щеточных элементов 16 захватывать капли 24 жидкости и частицы 22 грязи. В частности, щеточные элементы 16 могут представлять собой так называемые микроволокна, которые не имеют не гладкую или более или менее круглую окружность, а грубую или более или менее звездообразную окружность с зазубринами и канавками. Щеточные элементы 16 не должны быть обязательно одинаковыми, но предпочтительно линейная массовая плотность большинства из всего количества щеточных элементов 16 щетки 12 должна быть меньше 150 г на 10 км, по меньшей мере у концевых частей 18.
Посредством вращающейся щетки 12, в частности, посредством щеточных элементов 16 вращающейся щетки 12, частицы 22, 24 грязи и жидкости подбираются с поверхности 20, и переносятся в положение собирания внутри чистящего устройства 100.
Вследствие вращения щетки 12 возникает момент, с которым в первом положении осуществляется соприкосновение с поверхностью 20. Степень соприкосновения увеличивается до тех пор, пока щеточные элементы 16 не изогнутся таким образом, чтобы концевые части 18 щеточных элементов 16 соприкоснулись с поверхностью 20. Как изложено выше, концевые части 18 скользят по поверхности 20 и в процессе встречаются с частицами 22, 24 грязи и жидкости, причем встреча может привести к ситуации, в которой некоторое количество частиц 24 жидкости и/или частиц 22 грязи перемещается от очищаемой поверхности 20 и забирается щеточными элементами 16 на основании сил адгезии. В процессе щеточные элементы 16 могут действовать как что-то вроде хлыста для захватывания и перетаскивания частиц 22, 24, который принудительно закрывается и обладает возможностью удерживания частиц 22, 24 на основании функции, которую можно сравнить с функцией ленточного тормоза. К тому же, подбираемая жидкость 24 может утягивать немного жидкости за собой, причем в воздухе остается линия жидкости, которая перемещается от поверхности 20. Ускорения, возникающие у концевых частей 18 щеточных элементов 16, приводят к автоматическому освобождению частиц 22 грязи и капель 24 жидкости со щетки 12, когда щеточные элементы теряют соприкосновение с полом 20 во время их вращения. Поскольку вакуумный агрегат 38 может непосредственно всасывать не все частицы 22 грязи и капли 24 жидкости, небольшое количество грязи и жидкости вылетает обратно на поверхность 20 в области, в которой щеточные элементы 16 теряют соприкосновение с поверхностью 20. Тем не менее, этот эффект повторного разбрызгивания на поверхность 20 преодолевается посредством скребкового элемента 32, который собирает эти повторно разбрызганные жидкость и грязь, действуя как что-то вроде тряпки (в закрытом положении, при переднем ходе), так что остающиеся жидкость 24 и грязь 22 могут быть затем повторно всосаны благодаря приложенному разрежению. Следовательно, насадку 10 за скребком 32 покидает лишь небольшое количество частиц 24, 22 жидкости и грязи. Как упомянуто выше, упомянутое оставшееся количество воды и грязи подобно количеству воды и грязи, которое щетка 12 оставляет на полу 20, если насадка 10 осуществляет обратный ход.
Благодаря выбранным техническим параметрам щеточные элементы 16 обеспечивают эффект аккуратного протирания поверхности 20, который способствует противодействию прилипанию частиц 24, 22 жидкости и грязи на поверхность 20.
2
По мере того как щетка 12 вращается, перемещение щеточных элементов 16 по поверхности 20 продолжается до возникновения момента, в котором соприкосновение, наконец, теряется. Когда состояние соприкосновения больше не присутствует, щеточные элементы 16 вынуждены принять исходное, вытянутое состояние под действием центробежных сил, которые действуют на щеточные элементы 16 в результате вращения щетки 12. Поскольку щеточные элементы 16 являются изогнутыми в то время, когда они вынуждены снова принять вытянутое состояние, у концевых частей 18 щеточных элементов 16 присутствует дополнительное ускорение вытягивания, с которым щеточные элементы 16 быстро переходят из изогнутого состояния в вытянутое состояние, причем перемещение щеточных элементов 16 можно сравнить с взмахом хлыста. Ускорение у концевых частей 18 в то время, когда щеточные элементы 16 снова почти принимают вытянутое состояние, должно составлять по меньшей мере 3000 м/с.
Под действием сил, действующих у концевых частей 18 щеточных элементов 16, некоторые количества частиц 22, 24 грязи и жидкости выбрасываются от щеточных элементов 16, поскольку эти силы значительно выше, чем силы адгезии. Следовательно, частицы 24, 22 жидкости и грязи вынуждены улетать в направлении от поверхности 20. Затем наибольшая часть частиц 24, 22 жидкости и грязи всасывается вакуумным агрегатом. Посредством скребкового элемента 32 и разрежения, образованного в области 34 всасывания, как объяснено выше, обеспечивается то, что наибольшая часть остающейся жидкости 24 и грязи 22, которая разбрызгивается обратно с щетки 12 на поверхность 20, также собирается и затем также всасывается.
Под действием ускорения, жидкость 24 может быть выброшена в форме маленьких капель. Это является преимущественным для дальнейших процессов разделения, таких как выполняемый посредством вакуумного вентиляторного агрегата 38, в частности, центробежного вентилятора вакуумного агрегата 38, который выполняет функцию вращающегося сепаратора воздуха и грязи. Следует заметить, что силы всасывания, такие как силы, прилагаемые посредством центробежного вентилятора, не играют роли в описанном выше процессе подбирания жидкости и грязи посредством щеточных элементов 16. Тем не менее, эти силы всасывания необходимы для подбирания грязи и жидкости, которые собраны скребком.
Помимо описанного выше функционирования каждого из щеточных элементов 16, между щеточными элементами 16 может возникать еще один эффект, который способствует процессу подбирания частиц 22, 24 грязи и жидкости, а именно капиллярный эффект. В этом отношении, щетку 12 с щеточными элементами 16 можно сравнить с щеткой 12, которая окунута в некоторое количество краски, причем краска поглощена щеткой 12 на основании капиллярных сил.
Из описанного выше следует, что щетка 12 согласно настоящему изобретению имеет следующие свойства:
- мягкие пучки 54 с гибкими щеточными элементами 16 вытягиваются посредством центробежных сил во время свободной от соприкосновения части оборота щетки 12;
- возможно иметь идеальное прилегание между щеткой 12 и очищаемой поверхностью 20, поскольку мягкие пучки 54 изгибаются, как только они соприкасаются с поверхностью 20, и выпрямляются при возникающей возможности под действием центробежных сил;
- щетка 12 постоянно самоочищается благодаря достаточно высоким силам ускорения, вследствие чего обеспечивается постоянный результат очистки;
- образование тепла между поверхностью 20 и щеткой 12 является минимальным благодаря очень низкой жесткости на изгиб пучков 54;
- могут быть осуществлены очень равномерное подбирание жидкости с поверхности 20 и очень равномерный общий результат очистки, даже если на поверхности 20 присутствуют складки или выбоины, на основании факта того, что жидкость 24 подбирается пучками 54, а не потоком воздуха, как во многих обычных устройствах; и
- грязь 22 удаляется с поверхности 20 аккуратно, но эффективно, посредством пучков 54, посредством чего может быть осуществлено наиболее эффективное использование энергии на основании низкой жесткости щеточных элементов 16.
На основании относительно низкой величины линейной массовой плотности, щеточные элементы 16 могут иметь очень низкую жесткость на изгиб, и, при упаковывании в пучки 54, могут не обладать возможностью сохранения их исходной формы. В обычных щетках, щеточные элементы отпружинивают при отпускании. Тем не менее, щеточные элементы 16, имеющие упомянутую очень низкую жесткость на изгиб, не делают этого, поскольку силы упругости так малы, что они не могут превосходить силы внутреннего трения, которые существуют между отдельными щеточными элементами 16. Следовательно, пучки 54 остаются смятыми после деформации и вытягиваются только при вращении щетки 12.
По сравнению с обычными устройствами, содержащими твердые щетки (побудители) для соприкосновения с очищаемой поверхностью, щетка 12, которая используется согласно настоящему изобретению, может достигать значительно более хороших результатов очистки благодаря принципу работы, согласно которому щеточные элементы 16 используются для подбирания жидкости 24 и грязи 22 и удаления жидкости 24 и грязи 22 от очищаемой поверхности 20, причем жидкость 24 и грязь 22 отбрасываются щеточными элементами 16 до того, как они снова соприкоснутся с поверхностью 20 при следующем обороте. Микроволоконные волоски, которые используются в качестве щеточных элементов 16, также имеют преимущество, заключающееся в том, что волоски выполняют функцию ограничения потока, проходя ограничительный элемент. Следовательно, щетка 12 показывает очень хороший эффект герметизации. Жесткие волоски побудителя или перемешивателя не могут этого делать.
На фиг. 11 показан вид целиком чистящего устройства 100 согласно настоящему изобретению. Согласно этой схеме чистящее устройство 100 содержит насадку 10 с кожухом 28 насадки, в котором щетка 12 установлена с возможностью вращения на оси 14 щетки. Приводное средство, которое может быть осуществлено в виде обычного двигателя, такого как, например, электродвигатель (не показан), предпочтительно присоединено к оси 14 щетки или даже расположено на ней с целью приведения щетки 12 во вращение. Следует заметить, что двигатель также может быть расположен в любом другом подходящем положении внутри чистящего устройства 100.
В кожухе 28 насадки, расположено средство, такое как колеса (не показаны) для удерживания оси 14 вращения щетки 12 на заданном расстоянии от очищаемой поверхности 20.
Как уже описано выше, скребковый элемент 32 предпочтительно находится на расстоянии от щетки 12 и прикреплен к нижней стороне 30 кожуха 28 насадки. В некоторых вариантах осуществления скребок 32 также может по меньшей мере частично соприкасаться со щеткой 12. Он проходит, по существу, параллельно оси 14 щетки, посредством этого образуя область 34 всасывания внутри кожуха 28 насадки между скребковым элементом 32 и щеткой 12, причем эта область 34 всасывания имеет всасывающий вход 36, который расположен у нижней стороны 30 кожуха 28 насадки, обращенной к очищаемой поверхности 20.
Помимо кожуха 28 насадки, щетки 12 и скребкового элемента 32, чистящее устройство 100 предпочтительно включает в себя следующие компоненты:
- рукоятку 64, которая позволяет пользователю легко манипулировать чистящим устройством 100;
- резервуар 66 для содержания очищающей жидкости 68, такой как вода;
- контейнер 70 для сбора мусора для принятия частиц 24, 22 жидкости и грязи, подбираемых с очищаемой поверхности 20;
- канал потока в форме, например, полой трубки 72, соединяющий контейнер 70 для сбора мусора с областью 34 всасывания, причем эта область 34 всасывания составляет всасывающий вход 36 на нижней стороне 30 насадки 10. Следует заметить, что в контексте настоящего изобретения канал потока, включающий в себя полую трубку 72, также может быть назван областью 34 всасывания, в которой упомянутое выше разрежение прилагается посредством вакуумного агрегата 38; и
- вакуумный вентиляторный агрегат 38, содержащий центробежный вентилятор 38’, расположенный на стороне контейнера 70 для сбора мусора, которая противоположна стороне, на которой расположена трубка 72.
Для ясности следует заметить, что в объеме настоящего изобретения возможны другие и/или дополнительные конструктивные детали. Например, может быть предусмотрен элемент для отклонения мусора 22, 24, который взлетает вверх, чтобы мусор 22, 24 сначала претерпевал отклонение перед тем, как он, в итоге, достигнет контейнера 70 для сбора мусора. Также, вакуумный вентиляторный агрегат 38 может быть расположен на другой стороне контейнера 70 для сбора мусора, а не на стороне, которая является противоположной стороне, на которой расположена трубка 72.
Согласно варианту осуществления, который показан на фиг. 12, щетка 12 содержит центральный элемент 52. Этот центральный элемент 52 выполнен в форме полой трубки, предусмотренной с несколькими каналами 74, проходящими через стенку 76 центрального элемента 52. Для передачи очищающей текучей среды 68 из резервуара 66 вовнутрь полого центрального элемента 52 щетки 12 может быть предусмотрена, например, гибкая трубка 78, которая ведет вовнутрь центрального элемента 52.
Согласно этому варианту осуществления очищающая текучая среда 68 может быть подана в полый центральный элемент 52, посредством чего, во время вращения щетки 12, жидкость 68 покидает полый центральный элемент 52 через каналы 74, и увлажняет щеточные элементы 16. Таким образом, жидкость 68 также разбрызгивается или падает на очищаемую поверхность 20. Таким образом, очищаемая поверхность 20 становится увлажненной очищающей жидкостью 68. Благодаря этому в особенности улучшается приклеивание частиц 22 грязи к щеточным элементам 16 и, следовательно, улучшается возможность удаления пятен с очищаемой поверхности 20.
Согласно настоящему изобретению, расход, с которым жидкость 68 подается в полый центральный элемент 52, может быть довольно маленьким, причем максимальный расход может составлять, например, 6 мл в минуту на см ширины мл в минуту на см ширины щетки 12.
Тем не менее, следует заметить, что признак активной подачи вода 68 на очищаемую поверхность 20 с использованием полых каналов 74 внутри щетки 12 не является необходимым признаком. В качестве альтернативы, очищающая жидкость может быть подана посредством брызгания на щетку 12 снаружи или просто посредством погружения щетки 12 в очищающую воду перед использованием. Вместо использования специально выбранной жидкости, также возможно использовать уже пролитую жидкость, то есть жидкость, которую нужно убрать с очищаемой поверхности 20. Вкратце, предпочтительно, чтобы устройство 100 содержало устройство подачи жидкости для активной подачи очищающей жидкости 68 на щетку 12.
Подбирание очищающей воды 68 с пола, как уже упомянуто выше, выполняется либо посредством скребкового элемента 32, который собирает воду посредством действия в качестве чего-то вроде тряпки, перенося жидкость к области 34 всасывания, где она всасывается благодаря разрежению, образуемому посредством вакуумного агрегата 38, либо вода непосредственно подбирается с пола щеткой 12. По сравнению с обычными устройствами, содержащими твердые щетки, которые не могут подбирать воду, щетка 12, используемая согласно настоящему изобретению, может подбирать воду. Таким образом, достигаются значительно более хорошие результаты очистки.
Технические параметры, относящиеся к щетке 12, щеточным элементам 16 и приводному средству, являются результатом экспериментов, которые выполнены в контексте настоящего изобретения.
Далее описан один из экспериментов с его результатами. Испытываемые щетки были оснащены разными типами волоконных материалов, используемых для щеточных элементов 16, включая относительно толстые волокна и относительно тонкие волокна. К тому же, изменялись плотность размещения, а также величины децитекс. Конкретные данные по разным щеткам приведены в следующей таблице.
Плотность размещения(# пучков /см<sup>2</sup>)
Волокон в пучке
Величина децитекс(г/10 км)
Материал волокна
Длина волокна(мм)
Внешний вид волокна
Щетка 1
160
9
113,5
нейлон
10
упругое, прямое
Щетка 2
25
35
31,0
нейлон
11
достаточно твердое, загнутое
Щетка 3
40
90
16,1
-
11
очень мягкое, витое
Щетка 4
50
798
0,8
полиэстер
11
очень мягкое, витое
Эксперимент включает в себя вращение щетки при одинаковых условиях и оценку результатов очистки, износа и передачи энергии щетки 12 на обрабатываемую поверхность 20. Посредством этого обеспечивается определение образование тепла на поверхности 20. Результат эксперимента отражен в следующей таблице, в которой оценка 5 используется для обозначения наилучших результатов, а более низкие оценки используются для обозначения худших результатов.
Удаление пятен
Подбирание воды
Износ
Передача энергии на поверхность
Щетка 1
5
3
3
3
Щетка 2
5
3
1
4
Щетка 3
5
4
4
5
Щетка 4
5
5
5
5
Среди прочего, эксперимент подтверждает возможность наличия щеточных элементов 16 с линейной массовой плотностью в диапазоне 100-150 г на 10 км, и получения полезных результатов очистки, несмотря на то, что подбирание воды, характеристика износа и потребление энергии не кажутся сравнительно хорошими. В итоге выяснено, что соответствующая предельная величина линейной массовой плотности составляет 150 г на 10 км. Тем не менее, ясно, что результаты очистки и все прочие результаты являются очень хорошими с гораздо меньшей линейной массовой плотностью. Следовательно, предпочтительным является применение более низких предельных величин, таких как 125г на 10 км, 50г на 10 км, 20г на 10 км или даже 5г на 10 км. С величинами последнего порядка обеспечиваются превосходные результаты, оптимальное подбирание воды, минимальный износ, и достаточно низкое потребление энергии и образование тепла на поверхности 20.
2
Следует заметить, что минимальная величина 3000 м/с в отношении ускорения, которое преобладает у концевых частей 18 щеточных элементов 16 в некоторый период оборота щетки 12, в частности, в некоторый период во время периода отпускания грязи, в котором нет соприкосновения между щеточными элементами 16 и поверхностью 20, поддерживается результатами экспериментов, которые были выполнены в контексте настоящего изобретения.
Далее описан один из экспериментов с его результатами. К эксперименту применимы следующие условия:
2
1. На валу двигателя устанавливается щетка 12, имеющая диаметр 46 мм, ширину приблизительно 12 см, и полиэстерные щеточные элементы 16 с линейной массовой плотностью около 0,8г на 10 км, расположенные в пучках 54 из около 800 щеточных элементов 16, приблизительно по 50 пучков 54 на см.
2. Определяется вес сборки щетки 12 и двигателя.
3. Источник энергии двигателя присоединяется к таймеру для остановки двигателя после периода работы в 1 секунду или периода работы в 4 секунды.
4. Щетка 12 погружается в воду, так чтобы щетка 12 была полностью насыщена водой. Следует заметить, что используемая щетка 12, как оказалось, может поглощать приблизительно 70 г полного веса воды.
5. Щетка 12 вращается с угловой скоростью 1950 оборотов в минуту, и останавливается через 1 секунду или 4 секунды.
6. Определяется вес сборки щетки 12 и двигателя, и вычисляется разность по отношению к сухому весу, который определяется на этапе 2.
7. Этапы 4-6 повторяются для других величин угловой скорости, в частности, для величин, показанных в следующей таблице, которая дополнительно содержит величины веса воды, все еще присутствующей на щетке 12 при остановках через 1 секунду и 4 секунды, и величины соответствующего центробежного ускорения, которое может быть вычислено согласно следующему уравнению:
2
a = (2⋅π⋅f)⋅R
в котором:
2
a=центробежное ускорение (м/с);
f=частота щетки (Гц);
R=радиус щетки 12 (м).
Угловая скорость(оборотов в минуту)
Вес воды, присутствующей после 1 с(г)
Вес воды, присутствующей после 4 с(г)
Центробежное ускорение(м/с<sup>2</sup>)
1950
8,27
7,50
959
2480
5,70
4,57
1551
3080
3,70
3,11
2393
4280
2,52
1,97
4620
5540
1,95
1,35
7741
6830
1,72
1,14
11765
7910
1,48
1,00
15780
9140
1,34
0,94
21069
Отношение, обнаруженное между угловой скоростью и весом воды, для двух разных остановок показано на графике на фиг. 13, и обнаруженное отношение, обнаруженное между центробежным ускорением и весом воды, для двух разных остановок показано на графике на фиг. 14, причем вес воды показан на вертикальной оси на обоих графиках. На графике на фиг. 13 видно, что выпускание воды щеткой 12 сильно уменьшается, когда угловая скорость ниже чем около 4000 оборотов в минуту. Также, она, похоже, является довольно стабильной при угловых скоростях, которые превышают 6000 оборотов в минуту-7000 оборотов в минуту.
2
2
Переход выпускания воды щеткой 12 можно видеть при угловой скорости 3500 оборотов в минуту, которая соответствует центробежному ускорению 3090 м/с. Для иллюстрации этого факта, графики на фиг. 13 и 14 содержат вертикальную линию, обозначающую величины 3500 оборотов в минуту и 3090 м/с соответственно.
2
На основании результатов эксперимента, как объяснено выше, можно заключить, что величина 3000 м/с в отношении ускорения у концевых частей 18 щеточных элементов 16 во время периода без соприкосновения является реалистичной минимальной величиной при учете способности самоочистки щеточных элементов 16, которые должны иметь линейную массовую плотность, которая ниже чем 150 г на 10 км, по меньшей мере у концевых частей 18. Должное выполнение функции самоочистки является важным для обеспечения хороших результатов очистки, как уже было объяснено выше.
2
2
Для ясности, следует заметить, что следует заметить, что в чистящем устройстве 100 согласно настоящему изобретению, центробежное ускорение может быть меньше чем 3000 м/с. Причиной является то, что ускорение, которое возникает у концевых частей 18 щеточных элементов 16, когда щеточные элементы 16 выпрямляются, может быть ожидаемо больше, чем нормальное центробежное ускорение. Эксперимент показывает, что в отношении ускорения действительной является минимальная величина 3000 м/с, которая представляет собой нормальное, центробежное ускорение в случае эксперимента, и которое может быть более высоким ускорением, которое вызвано специфической характеристикой щеточных элементов 16, когда в действительном чистящем устройстве 100 согласно настоящему изобретению период подбирания грязи закончился и существует пространство для выпрямления, что оставляет возможность более низкого нормального, центробежного ускорения в ходе других периодов вращения (например, в ходе периода подбирания грязи).
Даже, несмотря на то что предпочтительной согласно настоящему изобретению является единственная щетка, ясно, что также могут быть использованы дополнительные щетки без отхода от объема настоящего изобретения.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что объем настоящего изобретения не ограничен обсужденными выше примерами, и что они могут быть подвергнуты многочисленным изменениям и модификациям без отхода от объема настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения. Несмотря на то, что настоящее изобретение проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в описании, эти чертежи и описание следует воспринимать только как иллюстративные и приведенные в качестве примера, и не как ограничивающие. Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления.
2
Для понятности, следует заметить, что полностью вытянутое состояние щеточных элементов 16 является состоянием, в котором щеточные элементы 16 полностью проходят в радиальном направлении по отношению к оси 14 вращения щетки 12, причем в щеточных элементах 16 нет загнутой концевой части. Это состояние может быть осуществлено, когда щетка 12 вращается с нормальной рабочей скоростью, которая является скоростью, при которой может быть осуществлено ускорение 3000 м/с у концевых частей 18 щеточных элементов 16. Только часть щеточных элементов 16 щетки 12 может находиться в полностью вытянутом состоянии, тогда как другая часть не может, по причине препятствий, с которыми сталкиваются щеточные элементы 16. Как правило, диаметр D щетки 12 определяется со всеми щеточными элементами 16 в полностью вытянутом состоянии.
Концевые части 18 щеточных элементов 16 представляют собой внешние части щеточных элементов 16 при взгляде в радиальном направлении, то есть части, которые являются наиболее удаленными от оси 14 вращения. В частности, концевые части 18 представляют собой части, которые используются для подбирания частиц 22 грязи и жидкости, и которые выполнены с возможностью скольжения по очищаемой поверхности 20. В случае если щетка 12 является вдавленной по отношению к поверхности 20, длина концевой части приблизительно равна вдавленной части.
Несмотря на то что изобретение проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, эти чертежи и описание следует воспринимать как иллюстративные и приведенные в качестве примера и не как ограничивающие; изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления. Из изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения специалист в данной области техники может понять и выполнить другие разновидности описанных вариантов осуществления при осуществлении заявленного изобретения. В прилагаемой формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, и неопределенный артикль "a" или "an" не исключает множества. Единственный элемент или другая единица может выполнять функции нескольких предметов, изложенных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры изложены в отдельных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможности преимущественного использования комбинации этих мер. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует понимать как ограничивающие объем изобретения.