ОЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ, СОДЕРЖАЩЕЕ ЩЕТКУ И СКРЕБКОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ
CLEANING DEVICE FOR SURFACE CLEANING, COMPRISING BRUSH AND SCRAPER ELEMENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к очистительному устройству для очистки поверхности. Кроме того, настоящее изобретение относится к насадковому устройству для такого очистительного устройства.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чистку твердых поверхностей в наши дни осуществляют сначала путем чистки поверхности пылесосом с последующим мытьем его скребком. Пылесосом удаляют грубую грязь, а с помощью мытья скребком удаляют пятна. Многие современные устройства, особенно ориентированные на сектор профессиональной чистки, как известно, обеспечивают обработку пылесосом и скребком за один проход. Устройства для сектора профессиональной чистки обычно специализированы для больших площадей и идеально ровных поверхностей. Чтобы убрать воду и грязь с поверхности, в них используют жесткие щетки, и они зависят от мощности всасывания. В устройствах для домашнего использования часто используют сочетание жесткой щетки и скребковой насадки. Как и в устройствах для сектора профессиональной чистки, в этих изделиях используют щетку для удаления пятен с поверхности и скребка в сочетании с вакуумом для удаления грязи с поверхности.
Упомянутые скребковые элементы обычно выполнены в виде гибкого резинового козырька, прикрепленного к нижней части очистительного устройства, которое просто скользит по очищаемой поверхности, и при этом выталкивает или вытирает частицы грязи и жидкости на очищаемой поверхности или с нее. Для всасывания собранных частиц грязи и жидкости, как правило, используется вакуум, созданный вакуумным агрегатом.
Скребковое устройство для пылесосной системы, например, известно из ЕР 0576174А1. Подметальная машина, в которой использовано вышеупомянутое сочетание щетки и скребка, например, известна из патента США 7665172Bl. Описанная в нем мощная подметальная машина включает в себя ножной узел с приводимым двигателем основным смесителем и парой краевых смесителей, соединенных с колесами таким образом, что ручное приведения в движение подметальной машины вращает колеса и, соответственно, краевые смесители. Однако подметальная машина не имеет источника вакуума и поэтому не в состоянии собирать воду с очищаемой поверхности. Таким образом, производительность по осушению поверхности довольно низка.
В другом пылесосе, известном из предшествующего уровня техники, описанном в патенте США 4864682А, также использовано сочетание вращающейся щетки и скребка. Этот пылесос содержит саморегулирующийся протирочный ленточный узел, который автоматически регулируется в зависимости от типа поверхности, на которой используется пылесос. Используемое в нем устройство требует большой мощности всасывания для получения удовлетворительного результата очистки. Используемая в этом пылесосе щетка является взбивателем (также называемым насадкой) с жесткими щеточными волосами для взбивания поверхности, например, ковра. Эти жесткие ворсинки имеют довольно хороший чистящий эффект, что позволяет, в частности, использовать щетку для удаления пятен. Однако производительность по осушению поверхности довольно низка, так как такой взбиватель не может собирать жидкость с поверхности.
В устройствах одновременного вакуумно-протирочного действия, известных из предшествующего уровня техники, часто используют щеточные элементы, которые активно опрыскивают водой или очищающим средством для полоскания, чтобы способствовать удалению пятен. Такие устройства обычно используют двойной скребковый элемент, имеющий два скребка, которые расположены на одной стороне щетки, как иллюстративно показано на прилагаемой фиг.12. Дополнительный источник вакуума создает всасывание в канале между упомянутым двойным скребковым устройством опять же для удаления промывочной воды с поверхности.
Однако чтобы удалить интенсивно распыляемую очищаемую воду с поверхности, эти устройства опять же всегда должны быть перемещаемы в прямом направлении, в котором щетка, если смотреть по направлению движения устройства, расположена в передней части двойного скребкового устройства. Перемещение устройства в противоположном направлении назад оставило бы поверхность влажной, так как моющая вода, разбрызганная с помощью щетки, не удаляется из скребков на этом обратном рабочем ходе.
Чтобы получить хороший результат очистки как на прямом, так и на обратном рабочем ходе устройства, известные очистительные устройства соответственно снабжены двойной скребковой насадкой на обеих сторонах щетки. Такое устройство (также известное из EP 0186005F1) иллюстративно показано на прилагаемой фиг. 13. Даже если такие двойные скребковые устройства с обеих сторон щетки показывают хорошие результаты очистки, насадка этих устройств становится довольно громоздким. Это опять же приводит к неудовлетворительной ограниченной производительности труда. Особенно в бытовой технике, где зачастую нужно очищать узкие углы, такие громоздкие насадки из-за замедления свободы действий неудобны в эксплуатации.
Кроме того, использование двойных скребковых устройств, как показано на прилагаемых фиг. 12 и 13, имеет несколько дополнительных недостатков. Из-за постоянного контакта скребков с поверхностью при движении устройства, такие двойные скребки могут производить множество царапин на поверхности. Особенно когда двойные скребковые устройства используются на каждой стороне щетки (см. фиг. 13), это ведет к увеличению риска нанесения царапин на поверхности. Кроме того, такие скребковые устройства имеют тот недостаток, что они не открыты для проникновения крупных частиц грязи, например, волосков или арахиса, так как крупные частицы грязи часто запутываются в скребках или отталкиваются от скребков, и поэтому не в состоянии пройти в канал всасывания. Эта ситуация показана на прилагаемой фиг. 15 схематическим способом.
На ней ссылочные положении 90 и 90' обозначают два скребка. Если во время движения пылесоса скребок 90' приближается к крупной частице 92 грязи, эта частица запутается в передней части скребка 90' и не сможет попасть в область всасывания, образованную в пространстве между двумя скребками 90 и 90', так как скребки находятся в постоянном контакте с поверхностью. Кроме того, такие двойные скребковые насадки трудно чистить, и они не могут очистить себя сами.
Чтобы преодолеть эти недостатки, в других известных в уровне техники устройствах используют две отдельных щетки, которые расположены параллельно друг к другу (схематически показано на прилагаемой фиг. 14). Очистительное устройство этого типа примерно известно из патента США 1694937. В упомянутом документе раскрыта машина для чистки поверхности, которая способна улавливать грязь с поверхности с помощью двух цилиндрических поверхностных щеток, расположенных параллельно и близко друг к другу. Эти щетки вращаются с высокой скоростью, причем одна работает по часовой стрелке, а другая против часовой стрелки. Таким образом, смежные периферии движутся вместе с достаточно высокой скоростью и выбрасывают грязь вертикально вверх с большой силой в виде, по существу, плоской струи. Для очистки поверхности в дополнение к щеткам применяется очиститель или скребок. Благодаря двум отдельным щеткам и дополнительным скребкам насадка становится в соответствии с этим решением также довольно громоздкой, что опять же заканчивается неудовлетворительной свободой действий для потребителя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного очистительного устройства, которое имеет, по сравнению с известным уровнем техники, повышенную эффективность очистки, и преодолевает вышеупомянутые недостатки. Задача решается очищающим устройством для очистки поверхности, которое содержит:
щетку, выполненную с возможностью вращения вокруг оси щетки, при этом упомянутая щетка снабжена гибкими щеточными элементами, которые, по существу, равномерно распределены по периферии щетки, причем щетка, по меньшей мере, частично окружена кожухом насадки и выступает, по меньшей мере, частично, из нижней части упомянутого кожуха насадки, притом эта нижняя часть при использовании устройства обращена к очищаемой поверхности, при этом щеточные элементы при вращении щетки, по существу, образуют уплотнение с кожухом в первом положении, где щеточные элементы выходят из кожуха при вращении щетки, и вступают в контакт с очищаемой поверхностью при вращении щетки во втором положении для сбора частиц грязи и жидкости с упомянутой поверхности, тем самым образуя область всасывания в пространстве между щеткой, упомянутым кожухом и упомянутой очищаемой поверхностью, которая, по меньшей мере, частично герметизирована в упомянутом первом и втором положении,
- один скребковый элемент, который отстоит от щетки и прикреплен к нижней стороне кожуха насадки на стороне щетки, где щеточные элементы входят в кожух при вращении щетки, причем скребковый элемент приспособлен для выталкивания или вытирания частиц грязи и жидкости на очищаемой поверхности или с нее во время движения очистительного устройства, тем самым образуя всасывающий входной канал между скребковым элементом и щеткой, который выходит в область всасывания,
- приводное средство для приведения щетки во вращение,
- а также вакуумный агрегат, расположенный на всасывающем выходном канале области всасывания для создания вакуума в упомянутой области всасывания с целью поглощения частиц грязи и жидкости из всасывающего входного канала.
Кроме того, вышеупомянутая задача согласно второму аспекту настоящего изобретения решается за счет соответствующего насадкового устройства, используемого в очистительном устройстве, как упоминалось ранее.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленное насадковое устройство имеет аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты, что и заявленное очистительное устройство, определенное в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на идее, что вместо использования двойной скребковой насадки, как это сделано во многих известных из уровня техники устройствах, свойства и конструкция щетки выбраны так, что щетка имеет функциональность скребка, не препятствуя при этом попаданию крупного мусора в насадку. Наличие функциональности скребка означает, что щетка, помимо способности собирать грязь, также в состоянии собирать жидкость с поверхности. Это реализовано путем обеспечения так называемой «герметизирующей щетки», как авторы изобретения назвали этот особый тип щетки. Такая герметизирующая щетка до сих пор не известна в данной области техники. Название «герметизирующая щетка» происходит от особых герметизирующих свойств, возникающих при использовании такого рода щетки.
Герметизирующие свойства щетки основаны на том, что использована щетка, снабженная гибкими щеточными элементами, которые, по существу, равномерно распределены по периферии щетки. Другими словами, по периферии щетки выполнено равномерное распределение щеточных элементов. Расположение щетки внутри кожуха насадки подбирают таким образом, что щеточные элементы, при вращении щетки, по существу, образуют уплотнение с кожухом в первом положении, когда щеточные элементы выходят из кожуха при вращении щетки. Кроме того, по меньшей мере, частично уплотненный участок образован во втором положении, в котором щеточные элементы при вращении щетки вступают в контакт с очищаемой поверхностью. Таким образом, в пространстве между щеткой, кожухом насадки и очищаемой поверхностью образуется область всасывания, при этом область всасывания, по меньшей мере, частично, герметизирована от остальной части насадки. "Герметизирующий" или "герметизированный" в контексте настоящего изобретения не означает полную герметизацию от окружающей среды, так как в противном случае грязь и жидкость больше нельзя будет убрать с поверхности. «Герметизирующий» или «герметизированный» в контексте настоящего изобретения относится к ситуации, в которой утечка воздуха в вышеупомянутых двух положениях сведена к минимуму, или, другими словами, в которых только относительное постоянное небольшое количество воздуха может проходить через область между кожухом и щеткой в упомянутом первом положении, и между щеткой и поверхностью в упомянутом втором положении. Таким образом, создаются своего рода ограничения, предотвращающие нежелательную слишком большую утечку воздуха в двух описанных положениях. Большая часть воздуха направляется в пространство, возникающее между щеточными элементами. Это количество воздуха в основном зависит от пространства между щеточными элементами и скорости вращения, с которой щетка приводится во вращение. Пространство опять же зависит от плотности щеточных элементов.
Герметизация в упомянутом первом положении, может, например, быть реализована путем расположения кожуха насадки или его части так близко к щетке в области, где щеточные элементы выходят из кожуха, что между кожухом и щеткой в этой области образуется узкий канал. Другими словами, кожух насадки в этой области предпочтительно расположен так близко к кожуху, что щетка почти касается кожуха. Расстояние приблизительно в 0,5 мм между кожухом и щеткой показало хорошие результаты герметизации. Также возможны большие расстояния. Тем не менее, чтобы реализовать вышеупомянутый ограничительный эффект, в данном случае вышеупомянутый узкий канал между кожухом и щеткой должен быть длиннее. «Длиннее» в этом смысле означает, что протяженность узкого канала в периферийном направлении щетки должна быть больше. Следует отметить, что контакт между щеткой и кожухом также возможен в пределах объема изобретения.
Чтобы достичь вышеупомянутого вида герметизации, щетка должна быть снабжена очень тонкими волоконными ворсинками, которые равномерно распределены по периферии щетки. Эти узкие волоконные ворсинки называют щеточными элементами. При приведении щетки во вращение с помощью приводного средства в соответствии с изобретением, гибкие щеточные элементы из-за возникающих центробежных ускорений распрямляются, становятся жесткими, и тем самым образуют своего рода «стенку». Эту «стенку» можно представить как почти однородный цилиндр. Таким образом, ведомые щеточные элементы в переносном смысле ведут себя как лес с большим количеством деревьев, где деревья препятствуют потоку ветра. Однако упомянутый цилиндр не полностью закрыт. Между тонкими волоконными ворсинками щетки возникают очень узкие промежутки, в которых могут переноситься частицы грязи и капли жидкости. Этот перенос частиц грязи и жидкости, главным образом, зависит от сил прилипания и/или капиллярных сил, возникающих в упомянутых промежутках между щеточными элементами. Этот эффект прилипания и/или капиллярный эффект особенно характерен, если щеточные элементы имеют небольшую плотность материала. Так как щеточные элементы выполнены в виде тонких и гибких при использовании микроволоконных ворсинок, при вращении щетки возникает так называемый «эффект стенки», а также «эффект герметизации», а когда щетка не вращается, щеточные элементы свисают более или менее свободно.
Таким образом, щетка способна убирать жидкость с поверхности при вступлении щеточных элементов в контакт с поверхностью при вращении щетки. Благодаря тонким микроволоконным ворсинкам щетка также открыта для крупных частиц грязи.
При вращении щетки щеточные элементы вступают в контакт с поверхностью своими концевыми участками и собирают частицы грязи и жидкости с поверхности в период сбора, в течение которого упомянутые концевые участки вступают в контакт с поверхностью. Когда щеточные элементы входят в контакт с частицами грязи или жидкостью в вышеупомянутом втором положении, щеточные элементы могут быть изогнуты. Как только щеточные элементы с прилипшими к ним частицами грязи и жидкостью теряют контакт с поверхностью, щеточные элементы распрямляются, причем именно концевые участки щеточных элементов перемещаются с относительно высоким ускорением. В результате центробежное ускорение на концевых участках щеточных элементов возрастает. Таким образом, в период выпуска грязи, когда щеточные элементы находятся внутри кожуха насадки и свободны от контакта с поверхностью, центробежное ускорение концевых участков щеточных элементов становится настолько большим, что возникающие центробежные силы, появляющиеся в частицах грязи и жидкости в пределах микроволоконных ворсинок, становятся сильнее сил сцепления, удерживающих частицы грязь и жидкости в щеточных элементах. Таким образом, частицы грязи и жидкости автоматически высвобождаются в период выпуска грязи. Так как не все частицы грязи и капли жидкости может быть непосредственно поглощены вакуумным агрегатом, небольшое количество грязи и жидкости будет выброшено обратно на поверхность в области, где щеточные элементы теряют контакт с поверхностью. Однако этот эффект повторного разбрызгивания на поверхность преодолевается скребковым элементом, который собирает эту повторно разбрызганную жидкость и грязь, действуя как своего рода обтирочное приспособление, так что оставшиеся жидкость и грязь могут затем поглощаться в результате применения вакуума. Таким образом, скребок обеспечивает, чтобы оставшаяся жидкость и грязь снова не вышли из области всасывания без поглощения вакуумным агрегатом. Таким образом, это своего рода способ замыкания всасывающей области для грязи и жидкости на одной стороне кожуха насадки.
Кроме упомянутых центробежных сил, могут присутствовать другие силы ускорения, в частности, силы ускорения, возникающие из-за деформации гибких щеточных элементов. Такие деформации могут возникнуть, к примеру, когда гибкие щеточные элементы вступают в контакт с поверхностью во время вращения или сталкиваются с частицами жидкости или грязи.
Выбранное насадковое устройство дополнительно содержит один скребковый элемент, который отстоит от щетки и прикреплен к нижней стороне кожуха насадки на стороне щетки, где щеточные элементы входят в кожух при вращении щетки. Упомянутый скребковый элемент приспособлен для выталкивания или вытирания частиц грязи и жидкости на очищаемой поверхности или с нее во время движения очистительного устройства. Он действует как своего рода обтирочное приспособление, которое вытирает поверхность и тем самым собирает капли жидкости и частицы грязи с очищаемой поверхности. Между скребковым элементом и щеткой проделан всасывающий входной канал, который выходит в область всасывания.
С помощью вакуумного агрегата, расположенного на всасывающем выходном канале, внутри упомянутой области всасывания создается вакуум. Таким образом, частицы грязи и жидкости, которые были собраны либо скребковым элементом, либо щеткой, поглощаются в области всасывания во всасывающее выходное отверстие.
Благодаря герметизирующим свойствам щетки, которые были описаны выше, между скребком и щеткой образован всасывающий канал. Поскольку утечка воздуха за счет упомянутых герметизирующих свойств сведена к минимуму, создание вакуума в пределах всасывающего канала (также называемого областью всасывания) может быть достигнуто при минимальной мощности. Это позволяет использовать меньшие вакуумные агрегаты для создания такого же или даже большего вакуума. Таким образом, по сравнению с устройствами известного уровня техники может быть достигнут более сильный вакуум с помощью меньших вакуумных агрегатов. Это экономит энергопотребление, что опять же приведет к более существенному уменьшению затрат для пользователя. Кроме того, это может также привести к уменьшению веса и размеров вакуумного агрегата, что опять же повышает удобство работы с устройством.
Еще одним преимуществом герметизирующей щетки является то, что из-за достигнутого вакуума в области всасывания, скребковый элемент и щетка постоянно очищаются. По сравнению с решениями с двойным скребком, как было описано во введении, площадь всасывания образована одной жесткой стенкой (образованной скребком) и одной движущейся стенкой, которая образована щеткой, вместо двух жестких стенок, образованных двумя скребками. Особенно в тех случаях, когда щетка активно опрыскивается водой, распрыскиваемая вода автоматически очищает щетку и скребок, расположенные на противоположной стороне щетки в области всасывания. Другими словами, это приводит к своего рода самоочищению щетки и скребка. В отличие от щеток с использованием решений с двойным скребком, это чрезвычайно упрощает очистку устройства.
В отличие от щеток, используемых в соответствии с предшествующим уровнем техники, которые используются только для удаления пятен, представленная здесь мягкая щетка с гибкими щеточными элементами также способна собирать жидкость с поверхности. Таким образом, второй скребковый элемент больше не нужен. Сама герметизирующая щетка действует как своего рода скребок, так как он способен собирать жидкость, и в то же время уменьшает утечку воздуха из области всасывания в окружающую среду. По сравнению со скребком герметизирующая щетка имеет, помимо того, то преимущество, что она проницаема для крупных частиц грязи.
При снижении число скребков только до одного скребкового элемента, может быть уменьшен не только размер кожуха, что делает насадку менее громоздкой, но также и царапание поверхности, которое может быть вызвано скребками, может быть значительно уменьшено. Кроме того, одиночный скребковый элемент гораздо легче чистить.
Что касается расположения, дополнительно должно быть отмечено следующее: щетка предпочтительно расположена на одной стороне кожуха насадки, тогда как скребковый элемент расположен на другой стороне кожуха, параллельно щетке, так что щетка и скребковый элемент предстают расположенными друг за другом, если смотреть в заданном направлении движения устройства. При этом скребок и щетка расположены на нижней стороне кожуха насадки, которая во время использования устройства обращена к очищаемой поверхности. Скребок и щетка, по меньшей мере, частично, выступают из кожуха насадки на этой нижней стороне. При перемещении устройства скребковый элемент скользит по очищаемой поверхности и тем самым выталкивает или вытирает частицы грязи и жидкости на поверхности или с нее, при этом щетка при вращении одновременно собирает частицы грязи и жидкости с поверхности. Таким образом, между щеткой и скребковым элементом создается всасывающий входной канал, который при использовании очистительного устройства обращен к очищаемой поверхности. Этот всасывающий входной канал выходит в область всасывания, в которой создается вышеупомянутый вакуум.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, вакуум, создаваемый вакуумным агрегатом, находится в диапазоне от 3 до 70 мбар, более предпочтительно в диапазоне от 4 до 50 мбар, наиболее предпочтительно в диапазоне от 5 до 30 мбар. Чтобы получить приемлемые результаты очистки, в пылесосах известного уровня техники должны применяться более высокие значения вакуума. Однако благодаря вышеуказанным свойствам щетки, очень хорошие результаты очистки могут быть достигнуты уже в вышеупомянутых диапазонах. Таким образом, могут быть использованы также и меньшие вакуумные агрегаты. Это увеличивает свободу в выборе вакуумного насоса.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, кожух насадки и скребковый элемент пролегают в продольном направлении, параллельном оси щетки и поперечном, предпочтительно перпендикулярном намеченному направлению движения очистительного устройства. Таким образом, во время движения устройства щетка и скребок могут сталкиваться с частицами грязи и жидкости по всей длине их продольных сторон. За счет расположения оси щетки и скребковый элемента параллельно друг другу, достигается идеальное взаимодействие щетки и скребкового элемента по сбору частиц грязи и жидкости с поверхности. Между скребковым элементом, щеткой и кожухом образуется область вакуумного всасывания, в которой упомянутый кожух также проходит, по существу, параллельно оси щетки.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый скребковый элемент содержит средство для переключения скребкового элемента в закрытое положение, в котором скребковый элемент приспособлен для выталкивания или протирания частиц грязи и жидкости на очищаемой поверхности или с нее, когда очистительное устройство перемещается по поверхности в прямом направлении, в котором скребковый элемент, если смотреть по направлению движения очистительного устройства, расположен позади щетки, и для переключения скребкового элемента в открытое положение, в котором частицы грязи и жидкости с поверхности могут попасть в область всасывания через отверстие между скребковым элементом и очищаемой поверхностью, когда очистительное устройство перемещается по поверхности в обратном направлении, в котором скребковый элемент, если смотреть по направлению движения очистительного устройства, расположен в передней части щетки.
Возможность переключения скребкового элемента из открытого в закрытое положение в зависимости от направления движения очистительного устройства обеспечивает хороший результат очистки как на прямом, так и на обратном рабочем ходе насадки. Открытая конфигурация обеспечивает проникновение грязи при приближении скребка к грязи и жидкости на поверхности перед щеткой. А в закрытом положении скребок закрывает зазор до поверхности, или, другими словами вытирает или скользит по поверхности, при приближении щетки к грязи и жидкости на поверхности перед скребком.
Чтобы обеспечить этот режим переключения, скребковый элемент предпочтительно выполнен в виде гибкого резинового козырька, который, в зависимости от направления движения очистительного устройства, выполненный с возможностью прогиба в продольном направлении упомянутого резинового козырька. Этот резиновый козырек предпочтительно содержит, по меньшей мере, один выступ, который расположен вблизи нижнего конца резинового козырька, где резиновый козырек должен прикасаться к очищаемой поверхности. Упомянутый, по меньшей мере, один выступ выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного, приподнимания резинового козырька с поверхности, когда очистительное устройство перемещается по поверхности в обратном направлении, в котором резиновый козырек, если смотреть по направлению движения очистительного устройства, расположен в передней части щетки. Благодаря этому подъему резинового козырька на обратном рабочем ходе насадки, когда скребковый элемент приближается к грязи на поверхности перед щеткой, крупная грязь может попадать в насадку также на обратном рабочем ходе через отверстие, образованное между скребковым элементом и очищаемой поверхностью. При перемещении очистительного устройства по поверхности в противоположном, прямом направлении, упомянутый выступ свободен от контакта с поверхностью, при этом резиновый козырек свободно скользит по поверхности, чтобы собрать частицы грязи и воды с упомянутой поверхности.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, очистительное устройство дополнительно содержит ограничительный элемент, расположенный в области всасывания, по меньшей мере, частично ограничивающий эффект всасывания между всасывающим входным каналом и всасывающим выходным каналом. Упомянутый ограничительный элемент может быть расположен в любом положении внутри кожуха насадки между всасывающим входным каналом и всасывающим выходным каналом. Он предпочтительно пролегает параллельно кожуху насадки и оси щетки по всей длине боковой щетки и/или кожуха соответственно.
Ограничительный элемент выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного, ограничения всасывающего эффекта, который происходит из-за создаваемого вакуума в области всасывания в пространстве между всасывающим входным каналом и всасывающим выходным каналом. Таким образом, создается относительно постоянная рабочая точка системы. Это особенно предпочтительно в тех случаях, когда всасывающий входной канал может быть переполнен большим количеством пыли или жидкости. Например, в случае, когда бумага или другой крупный фрагмент проглатывается всасывающим входным каналом, это может привести к закупорке на всасывающем входном канале или в любом другом месте в области всасывания. Это привело бы к образованию другой рабочей точки вакуумного агрегата.
Подобный эффект возникает в вышеупомянутом случае, в котором скребок переключается из своего открытого в свое закрытое положение. В его открытом положении создается отверстие между скребковым элементом и поверхностью, чтобы обеспечить попадание грязи в насадку на обратном рабочем ходе устройства. Это также приводит к довольно большой утечке воздуха, обеспечивающей дополнительное попадание воздуха через всасывающий входной канал созданного отверстия. С другой стороны, скребок, по меньшей мере, частично, герметизирует область всасывания, будучи в закрытом положении, скользя или вытирая поверхность во время прямого рабочего хода устройства.
Переключение скребка, таким образом, также приводит к изменению давления в области всасывания, что является нежелательным. Таким образом, для получения постоянного вакуума и скорости потока, вакуумный агрегат также необходимо будет переключать между двумя рабочими точками. Обеспечение этих двух рабочих точек потребовало бы сложной системы с дорогим специально приспособленным вакуумным агрегатом.
Эта проблема преодолевается предусмотренным ограничительным элементом, который определяет почти постоянный поток воздуха между всасывающим входным и выходном каналом, независимо от ситуации на всасывающей линии и не зависит от положения скребка (открытого или закрытого положения).
Согласно варианту осуществления упомянутый ограничительный элемент выполнен в виде детали кожуха, которая уменьшает расстояние между кожухом и щеткой в положении во всасывающей области между всасывающим входным каналом и всасывающим входным каналом. При этом кожух предпочтительно расположен концентрично, или, по меньшей мере, частично концентрично к щетке. Упомянутая часть кожуха уменьшает радиальное расстояние между щеткой и кожухом в любом положении между всасывающим входным каналом и всасывающим входным каналом. Таким образом, щетка и внутренняя стенка кожуха насадки образуют своего рода ограничитель потока. Таким образом, всасывающий канал (также называемый областью всасывания) оказывается почти закрытым для воздуха, грязи и жидкости, проходящих через это место. Однако из-за вышеуказанных свойств щеточных элементов постоянный объем воздуха, грязи и жидкости по-прежнему переносится через пространство между щеточными элементами. Таким образом, это приводит к возникновению относительно постоянной рабочей точки системы. Соответственно, приложенная вакуумным агрегатом нагрузка минимальна, что опять же удлиняет срок службы вакуумного агрегата. Кроме того, минимальная приложенная нагрузки уменьшает выработку шума вакуумным агрегатом. Кроме того, это может способствовать уменьшению требуемого размера и веса вакуумного агрегата, что опять же удешевляет решение для пользователя. Кроме того, это увеличивает свободу конструирования для производителя.
Другими словами, ограничительный элемент делит область всасывания на две подобласти. Первая подобласть расположена в пространстве между щеткой и кожухом насадки, расположенном между всасывающим входным каналом и ограничительным элементом, тогда как вторая подобласть расположена в пространстве между щеткой и кожухом насадки, размещенным между ограничительным элементом и всасывающим выходным каналом. Из-за ограничения потока во второй подобласти могут возникнуть постоянный вакуум и скорость потока, при этом вакуум и скорость потока, возникшие во второй подобласти, не зависят от свойств давления в первой подобласти. Следует отметить, что вышеупомянутые диапазоны давления, например от 5 до 30 мбар в этом варианте осуществления, обозначают вакуум в упомянутой второй подобласти, в то время как в первой подобласти могут возникнуть более высокие величины давления.
Поскольку щетке нужно пространство для вышеупомянутого процесса самоочистки в период выпуска грязи, ограничительный элемент, например, упомянутая часть кожуха, предпочтительно занимает только небольшую часть области всасывания. Чтобы получить хороший результат самоочистки, ограничительный элемент предпочтительно расположен близко к входу в насадку для того, чтобы обеспечить достаточно места между ограничительным элементом и выходом насадки. Другими словами, вышеупомянутая первая подобласть области всасывания предпочтительно меньше упомянутой второй подобласти области всасывания.
В соответствии с другим вариантом осуществления упомянутый ограничительный элемент выполнен в виде части кожуха, которая вступает в контакт со щеткой в положении в области всасывания между всасывающим входным каналом и всасывающим выходным каналом. Контакт щетки и кожуха насадки в местоположении ограничительного элемента создает дополнительный герметизирующий эффект, подобный вышеупомянутому герметизирующему эффекту в упомянутых первом и втором положениях. Контакт щетки и кожуха насадки показал, что он приводит к максимальной степени ограничения потока. Это опять же создает довольно постоянное всасывание во второй подобласти и приводит к образованию почти постоянной рабочей точки, в которую должен подводиться вакуумный агрегат для создания постоянного вакуума и скорости потока. Из-за вышеуказанных свойств щеточных элементов постоянный объем воздуха, грязи и жидкости может по-прежнему переноситься через пространство между щеточными элементами.
2
2
2
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения приводное средство приспособлено для выполнения центробежного ускорения на концевых участках щеточных элементов, составляющего, по меньшей мере, 3000 м/с, в частности, во время периода выпуска грязи, когда щеточные элементы свободны от контакта с поверхностью при вращении щетки. Согласно еще одному варианту осуществления предпочтительно, чтобы приводное средство было приспособлено для центробежного ускорения на концевых участках щеточных элементов, составляющего, по меньшей мере, 7000 м/с и, что еще более предпочтительно, центробежного ускорения 12000 м/с.
2
Следует отметить, что минимальное значение 3000 м/с в отношении ускорения, которое преобладает на концевых участках, по меньшей мере, в течение периода выпуска грязи, когда щеточные элементы свободны от контакта с поверхностью при вращении щетки, подтверждается результатами экспериментов, которые были проведены в контексте настоящего изобретения. Эти эксперименты показали, что очищающие характеристики устройства в соответствии с настоящим изобретением улучшаются с увеличением угловой скорости щетки, что подразумевает увеличение ускорения на концевых участках щеточных элементов во время вращения. Кроме того, эти эксперименты показали, что при этих ускорениях улучшается эффект герметизации.
Когда приводное средство выполнено с возможностью осуществления центробежных ускорений щеточных элементов в вышеуказанных диапазонах, приставшие к щеточным элементам капли жидкости могут выбрасываться в виде тумана из капелек на стадии, когда щеточные элементы свободны от контакта с очищаемой поверхностью, то есть на стадии, когда щеточные элементы находятся в кожухе насадки.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления линейная массовая плотность множества щеточных элементов составляет, по меньшей мере, на концевых участках щеточных элементов, менее 150 г на 10 км, предпочтительно менее 20 г на 10 км.
Щеточные элементы могут быть изготовлены из пластического материала, причем подходящими примерами являются полиэстер и нейлон. Линейная массовая плотность множества, или, предпочтительно, большинства щеточных элементов, по меньшей мере, на концевых участках, составляет менее 150 г на 10 км, предпочтительно менее 20 г на 10 км. В этом случае щеточные элементы могут быть классифицированы как очень мягкие и гибкие, в отличие от многих ситуаций, известных из уровня техники. Это обеспечивает то, что, по меньшей мере, на концевых участках, щеточные элементы достаточно гибки, чтобы подвергнуться эффекту прогиба, и способны собирать частицы грязи и капли жидкости с очищаемой поверхности. Деформация щеточных элементов, или, точнее сказать, скорость, с которой может происходить деформация, зависит от упомянутой линейной массовой плотности щеточных элементов.
Кроме того, линейная массовая плотность щеточных элементов влияет на мощность, которая необходима для вращения щетки. Когда линейная массовая плотность щеточных элементов относительно мала, гибкость относительно высока, и мощность, необходимая для сгибания щеточных элементов при их вступлении в контакт с очищаемой поверхностью, относительно невелика. Это также означает, что сила трения, которая возникает между элементами щетки и поверхностью, мала, при этом предотвращается нагрев поверхности и соответствующее повреждение поверхности. Другими предпочтительными результатами относительно низкой линейной массовой плотности щеточных элементов являются относительно высокая устойчивость к износу, относительно небольшая вероятность повреждения острыми предметами или пр., а также способность следовать поверхности таким образом, что поддерживается контакт даже при значительной неравномерности поверхности.
Следует отметить, что упомянутая линейная массовая плотность, т.е. линейная плотность массы в граммах на 10 км, также выражена в единицах Dтекс.
Эксперименты, проведенные заявителем, показали, что величина Dтекс в вышеупомянутом диапазоне оказывается технически возможной, и что с ней могут быть получены хорошие результаты очистки. Тем не менее, это показывает, что результаты очистки могут быть дополнительно улучшены путем применения щеточных элементов с еще более низким верхним пределом величины Dтекс, например, величиной Dтекс, составляющей 125, 50, 20 или даже 5 (г/км).
Сочетание линейной массовой плотности щеточных элементов и вышеупомянутых ускорений на концах щеточных элементов представляет собой сочетание, которое дает оптимальную производительность очистки вращающейся щетки, при этом практически все частицы грязи и пролитой жидкости, с которыми сталкиваются щетки, собираются щеточными элементами и выталкиваются в расположение внутри кожуха насадки. Естественно, эффективное собирание частиц грязи и жидкости является предпочтительным, когда речь идет об очистке, в которой как удаление грязи, так и процесс вытирания выполняются одновременно. Эффективный последующий процесс выталкивания является предпочтительным в связи с тем, что исключается повторное попадание грязи и/или жидкости на очищаемую поверхность. При помощи щетки в соответствии с настоящим изобретением в сочетании с вышеупомянутым скребковым элементом и рабочими параметрами, которые реализуются с помощью приводного средства, можно улавливать частицы в каплях, делая частицы значительно большими, что обеспечивает более легкую фильтрацию. Кроме того, это сочетание параметров дополнительно повышает вышеупомянутый герметизирующий эффект в упомянутых первом и втором положениях, и, если предусмотрен вышеупомянутый дополнительный ограничительный элемент, также и герметизирующее действие в местоположении ограничительного элемента.
Сочетание вышеуказанных параметров, касающихся линейной массовой плотности и создаваемого центробежного ускорения на концевых участках щеточных элементов, не базируется на знаниях предшествующего уровня техники. В предшествующем уровне техники даже не рассматривалась возможность иметь автономное, оптимальное функционирование только одной вращающейся щетки, используемой для очистки поверхности и при этом способной собирать грязь и жидкость, и, соответственно, возможность уменьшить количество необходимых скребковых элементов, и притом достичь таких же или даже улучшенных свойств очистки.
Когда имеется, по меньшей мере, одна вращающаяся щетка, управляемая как описано в настоящем изобретении, обеспечивается эффективное удаление жидкости с очищаемой поверхности, а также частиц грязи, которые могут захватываться щеточными элементами и/или убираются вместе с жидкостью. Процесс очистки, который выполняется на одной стороне кожуха насадки с помощью очищающей поверхности вращающейся щетки, а на другой стороне с помощью скребкового элемента, постоянно соприкасающегося с поверхностью и тем самым вытирающего поверхность, особенно подходит для применения на твердых поверхностях. Примерами твердых поверхностей являются твердые полы, окна, стены, столешницы, плиты из твердого материала, боковые стенки и т.д.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления очистительное устройство содержит средство позиционирования для позиционирования оси щетки на расстоянии от очищаемой поверхности, которое меньше радиуса щетки с полностью распрямленными щеточными элементами для создания прогиба щеточной части, соприкасающейся с поверхностью во время работы, при этом прогиб находится в диапазоне от 2% до 12% от диаметра щетки.
В результате при контакте щетки с поверхностью щеточные элементы прогибаются. Таким образом, как только щеточные элементы соприкасаются с поверхностью при вращении щетки, вид щеточных элементов изменяется от распрямленной формы к прогнутой форме, а как только щеточные элементы теряют контакт с поверхностью при вращении щетки, вид щеточных элементов меняется от прогнутой формы к распрямленной форме. Кроме того, прогиб щетки увеличивает вышеописанный герметизирующий эффект между щеткой и поверхностью в упомянутом втором положении. Следует отметить, что прогиб в сходном или даже аналогичном вышеописанному диапазоне может также быть реализован между щеткой и кожухом насадки. Он может быть реализован путем предусмотрения средства позиционирования для позиционирования оси щетки на расстоянии от кожуха насадки, которое меньше радиуса щетки с полностью распрямленными щеточными элементами, с целью прогиба щеточной части, соприкасающейся с кожухом в упомянутом первом положении во время работы, причем прогиб находится в диапазоне от 2% до 12% от диаметра щетки. Это также приводит к усилению вышеописанного эффекта герметизации между щеткой и кожухом насадки в упомянутом первом положении.
Практический диапазон для прогиба щетки составляет от 2% до 12% от диаметра щетки, при полностью распрямленном состоянии щеточных элементов. В практических ситуациях упомянутый диаметр щетки может быть определен путем выполнения соответствующего измерения, например, с помощью высокоскоростной камеры или стробоскопа, работающего на частоте вращения щетки.
Когда щеточные элементы входят в контакт с частицей грязи или жидкости, или в случае прогиба щетки по отношению к поверхности, щеточные элементы прогибаются. Как только щеточные элементы с прилипшими к ним частицами грязи и жидкости теряют контакт с поверхностью, щеточные элементы распрямляются, при этом концевые части щеточных элементов перемещаются с особым относительно высоким ускорением. В результате центробежное ускорение на верхних участках щеточных элементов увеличивается. Таким образом, капли жидкости и частицы грязи, прилипшие к элементам щетки, отбрасываются от щеточных элементов, так как силы ускорения больше сил прилипания, как это упоминалось в соответствии с вышеописанным вариантом осуществления.
2
Фактором, который может играть дополнительную роль в функции очистки вращающейся щетки, является плотность компоновки щеточных элементов. Когда плотность компоновки достаточно большая, между щеточными элементами могут возникнуть капиллярные эффекты, которые способствуют быстрому удалению жидкости с очищаемой поверхности. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, плотность компоновки щеточных элементов составляет, по меньшей мере, 30 пучков щеточных элементов на см, при этом количество щеточных элементов в пучке составляет, по меньшей мере, 500 штук.
Компоновка щеточных элементов в пучки создает дополнительные капиллярные каналы, тем самым увеличивая капиллярные силы щетки для сбора частиц грязи и капель жидкости с очищаемой поверхности.
Для выполнения вышеупомянутых центробежных ускорений на кончиках щеточных элементов, приводное средство, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, приспособлено для развития во время работы устройства угловой скорости щетки, находящейся в диапазоне от 3000 до 15000 оборотов в минуту, более предпочтительно в диапазоне от 5000 до 8000 оборотов в минуту. Эксперименты заявителя показали, что оптимальные результаты очистки могут быть получены, когда щетка приводится в движение с угловой скоростью, составляющей, по меньшей мере, 6000 оборотов в минуту.
Однако желаемые центробежные ускорения на концевых участках щеточных элементов зависят не только от угловой скорости, соответственно от частоты щетки, но также и от радиуса, соответственно диаметра щетки. Поэтому в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, предпочтительно, чтобы щетка имела диаметр, находящийся в диапазоне от 10 до 100 мм, более предпочтительно в диапазоне от 20 до 80 мм, наиболее предпочтительно в диапазоне от 35 до 50 мм, когда щеточные элементы находятся в полностью распрямленном состоянии, и при этом длина щеточных элементов находится в диапазоне от 1 до 20 мм, предпочтительно в диапазоне от 8 до 12 мм, когда щеточные элементы находятся в полностью распрямленном состоянии.
Как было упомянуто выше, представленное очистительное устройство способно показывать чрезвычайно хорошие результаты очистки. Эти результаты очистки могут быть даже улучшены путем активного смачивания очищаемой поверхности. Это особенно предпочтительно для удаления пятен. Жидкость, используемая в процессе повышения прилипания частиц грязи к щеточным элементам, может подаваться различными способами. В первую очередь, вращающаяся щетка и гибкие щеточные элементы могут быть смочены жидкостью, которая присутствует на очищаемой поверхности. Примером такой жидкости является вода или смесь воды и мыла. Кроме того, жидкость может поступать на гибкие щеточные элементы путем интенсивной подачи очищающей жидкости на щетку, например, просачивания жидкости на щетку, или путем впрыска жидкости в полый внутренний элемент щетки.
В соответствии с вариантом осуществления предпочтительно, чтобы очистительное устройство содержало средство для подачи жидкости на щетку со скоростью, составляющей менее 6 мл в минуту на см ширины щетки, по которой пролегает ось щетки. Представляется, что подача жидкости на более высокой скорости не является необходимой, и что вышеупомянутая скорость достаточна для жидкости, чтобы выполнить функцию в качестве несущего/транспортировочного средства для частиц грязи. Таким образом, способность удаления пятен с очищаемой поверхности может быть значительно улучшена. Преимуществом использования небольшого количества жидкости является возможность обработки деликатных поверхностей, даже поверхностей, которые считаются чувствительными к такой жидкости, как вода. Кроме того, при данном размере резервуара, содержащего подаваемую на щетку жидкость, время автономной работы увеличивается, то есть больше времени занимает опустошение резервуара и его новое заполнение.
Следует отметить, что вместо использования намеренно выбранной и интенсивно подаваемой жидкости, можно также использовать пролитую жидкость, т. е. жидкость, которая должна быть удалена с очищаемой поверхности. Примерами могут служить пролитый кофе, молоко, чай, и пр. Это возможно в силу того, что вышеупомянутые щеточные элементы способны удалять жидкость с очищаемой поверхности, и что жидкость может быть удалена со щеточных элементов под действием центробежных сил, как описано выше. Вышеупомянутый эффект повторного спрыскивания поверхности в районе между щеткой и скребком преодолевается скребковым элементом, который собирает эту повторно распрысканную жидкость и грязь, выступая в качестве своего рода обтирочного приспособления, так что оставшаяся жидкость и грязь может затем всасываться быть в результате применения вакуума. Таким образом, скребок обеспечивает то, что оставшаяся жидкость и грязь опять же не выходит за область всасывания, не будучи проглоченной вакуумным агрегатом. Соответственно, на одной стороне кожуха насадки образуется своего рода замкнутая область всасывания для грязи и жидкости. Сочетание выбранной щетки со скребком, таким образом, приводит к очень хорошему эффекту очистки и вытирания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие объекты изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на описанный далее вариант (описанные далее варианты) осуществления. На последующих чертежах
На фиг. 1 показан схематичный вид в поперечном разрезе первого варианта осуществления насадкового устройства очистительного устройства в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
На фиг. 2 показан схематичный вид в поперечном разрезе первого варианта осуществления насадкового устройства, представленного на фиг. 1 во втором рабочем положении;
На фиг. 3 показан схематичный вид в поперечном разрезе второго варианта осуществления насадкового устройства очистительного устройства в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
На фиг. 4 показан схематичный вид в поперечном разрезе второго варианта осуществления насадкового устройства, представленного на фиг. 3, во втором рабочем положении;
На фиг. 5 показан увеличенный вид щетки и скребкового элемента для схематической иллюстрации принципа настоящего изобретения;
На фиг. 6 показан схематический вид сверху (фиг. 6A) и схематичный вид в поперечном разрезе (фиг. 6b) скребкового элемента очистительного устройства в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
На фиг. 7 показан схематический вид сверху (фиг. 7А) и схематичный вид в поперечном разрезе (фиг. 7b) скребкового элемента, представленного на фиг. 6 во втором рабочем положении;
На фиг. 8 показан схематичный вид в поперечном разрезе очистительного устройства в соответствии с настоящим изобретением во всей его полноте;
На фиг. 9 показан схематичный вид в поперечном разрезе одного из вариантов осуществления щетки очистительного устройства;
На фиг. 10 приведена диаграмма, служащая для иллюстрации связи между угловой скоростью щетки и способностью к самоочистке упомянутой щетки;
На фиг. 11 приведена диаграмма, служащая для иллюстрации связи между центробежным ускорением щетки и способностью к самоочистке упомянутой щетки;
На фиг. 12 показан схематичный вид в поперечном разрезе первого примера насадкового устройства в соответствии с известным уровнем техники;
На фиг. 13 показан схематичный вид в поперечном разрезе второго примера насадкового устройства в соответствии с известным уровнем техники;
На фиг. 14 показан схематичный вид в поперечном разрезе третьего примера насадкового устройства в соответствии с известным уровнем техники; и
На фиг. 15 показан схематичный вид в поперечном разрезе четвертого примера насадкового устройства в соответствии с известным уровнем техники.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг. 1 и 2 показан вид в разрезе первого варианта осуществления насадкового устройства 10 очистительного устройства 100 в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 1 насадковое устройство 10 показано в первом рабочем положении, тогда как на фиг. 2 насадковое устройство 10 показано во втором рабочем положении. Насадковое устройство 10 содержит щетку 12, выполненную с возможностью вращения вокруг оси 14 щетки. Упомянутая щетка 12 снабжена гибкими щеточными элементами 16, которые предпочтительно выполнены из тонких микроволоконных ворсинок. Гибкие щеточные элементы 16, по существу, равномерно распределены по периферии щетки 12. Кроме того, гибкие щеточные элементы 16 содержат концевые участки 18, которые приспособлены для контакта с очищаемой поверхностью 20 при вращении щетки 12 и сбора частиц грязи 22 и жидкости 24 с упомянутой поверхности 20 в период сбора, когда щеточные элементы 16 соприкасаются с поверхностью 20.
Кроме того, насадковое устройство 10 содержит приводное средство, например, двигатель (не показан), для приведения в действие щетки 12 в заданном направлении вращения 26. Щетка 12, по меньшей мере, частично окружена кожухом 28 насадки. Расположение щетки 12 внутри кожуха 28 насадки предпочтительно выбирают таким образом, чтобы щетка 12, по меньшей мере, частично, выступала из нижней стороны 30 кожуха 28 насадки, которая при использовании устройства 100 обращена к очищаемой поверхности 20.
К нижней стороне 30 кожуха 28 насадки также прикреплен скребковый элемент 32. Скребковый элемент 32 отстоит от щетки 12 и расположен на стороне щетки 12, где щеточные элементы 16 входят в кожух 28 при вращении щетки 12. Скребок 32 может быть использован в качестве своего рода очищающего элемента для выталкивания или вытирания частиц 22 грязи и жидкости на поверхности 20 или с нее при перемещении очистительного устройства 100. Упомянутый скребок 32 предпочтительно пролегает, по существу, параллельно оси 14 щетки.
При вращении щетки 12 щеточные элементы 16 образуют, по существу, уплотнение с кожухом 28 в первом положении 33, где щеточные элементы 16 выходят из кожуха 28 во время вращения. Дальнейшее уплотнение осуществляется между щеткой 12 и поверхностью 20 во втором положении 35, где щетка 12 соприкасается с поверхностью 20 во время своего вращения. Таким образом, область 34 всасывания образуется в пространстве между щеткой 12, кожухом 28 и поверхностью 20, которая, по меньшей мере, частично, герметизирована в упомянутых первом и втором положениях 33 и 35. Следует отметить, что область 34 всасывания, в контексте настоящего изобретения, не только обозначает область, образованную между щеткой 12, скребком 32 и кожухом 28 насадки, но также обозначает пространство между щеточными элементами 16 в течение времени при вращении щетки 12, когда щеточные элементы 16 находятся внутри кожуха 28 насадки, а также обозначает область между скребком 32 и щеткой 12. Последняя область будет в дальнейшем также обозначена как всасывающий входной канал 36, который выходит в область 34 всасывания.
«Герметизирующий» или «герметизированный» в контексте настоящего изобретения не означает полную герметизацию для окружающей области 37 насадки 10 или создания полностью герметичного вакуума внутри области 34 всасывания, так как в противном случае больше не удастся собрать грязь 22 и жидкость 24 с поверхности 20. «Герметизирующий» или «герметизированный» в контексте настоящего изобретения относится к ситуации, в которой утечка воздуха в вышеупомянутых двух положениях 33 и 35 сведена к минимальному постоянному расходу, или, другими словами, в который лишь небольшое количество воздуха может проходить в область между кожухом 28 и щеткой 12 в упомянутом первом положении 33, и между щеткой 12 и поверхностью 20 в упомянутом втором положении 35. Таким образом, создается своего рода ограничение, предотвращающее нежелательную, слишком большую утечку воздуха в описанных двух положениях 33 и 35. Большая часть воздуха направляется в пространство 39, образующееся между щеточными элементами 19.
Герметизирующие свойства щетки 12 основаны на том, что используется щетка 12, снабжена гибкими щеточными элементами 16, которые, по существу, равномерно распределены по периферии щетки 12. При приведении щетки 12 во вращение с помощью приводного средства (не показано), гибкие щеточные элементы 16 распрямляются из-за возникающих центробежных ускорений, становятся жесткими, и тем самым образуют своего рода «стенку». Таким образом, приводимые щеточные элементы 16, в переносном смысле, ведут себя, как лес с большим количеством деревьев, где деревья препятствуют потоку ветра. Упомянутую "стенку" можно представить себе как почти сплошной цилиндр. Этот цилиндр, однако, не полностью закрыт. Между тонкими волоконными ворсинками 16 щетки 12 возникают очень узкие пространства 39, в которых могут переноситься частицы 22 грязи и капельки 24 жидкости. Этот перенос частиц 22 грязи и жидкости 24 в основном зависит от сил прилипания и/или капиллярных сил, возникающих в упомянутых пространствах 39 между щеточными элементами 16. Этот эффект прилипания и/или капиллярный эффект особенно заметен, если щеточные элементы 16 имеют небольшую плотность материала. Так как щеточные элементы 16 выполнены в виде тонких микроволоконных ворсинок, которые обычно гибкие, так называемый «эффект стенки», а также «эффект герметизации» волокон 16 возникает только при вращении щетки 12, при этом при отсутствии вращения щеточные элементы 12 свисают более или менее свободно.
Герметизацию в упомянутом первом положении 33 выполняют, например, путем размещения кожуха 28 насадки или части 41 кожуха 28 так близко к щетке 12 в области, где щеточные элементы 12 выходят из кожуха 28, что в этой области между кожухом 28 и щеткой 12 образуется узкий канал 43. Хорошие результаты герметизации показало расстояние приблизительно в 0,5 мм между кожухом 28 и щеткой 12.
Согласно другому варианту осуществления упомянутый узкий канал 43 между кожухом 28 и щеткой 12 образован сужением 45 кожуха 28, расположенного в упомянутом первом положении 33, которое иллюстративно показано на фиг. 3. Это сужение 45 предпочтительно пролегает параллельно щетке 12, сказать точнее, параллельно окружному направлению щетки 12. Такое сужение 45 (показано на фиг. 3) образует, в отличие от части 41 кожуха (показано на фиг. 1), более длинный канал 43, что еще больше увеличивает эффект герметизации. Следует отметить, что эффект герметизации возрастает с увеличением длины канала 43, при этом упомянутая длина обозначает размер в периферическом направлении щетки 12. Кроме того, эффект герметизации зависит от расстояния между щеткой 12 и кожухом 28, при этом упомянутое расстояние обозначает размер в радиальном направлении щетки 12.
С помощью вакуумного агрегата 38, который показан схематически, в области 34 всасывания создается вакуум для поглощения частиц 22 грязи и жидкости 24, с которыми сталкиваются и которые собирают щетка 12 и скребок 32. Вакуумный агрегат 38 соединен с всасывающим входным каналом 47 насадки 10, который ведет в область 34 всасывания. Согласно настоящему изобретению упомянутый вакуум предпочтительно находится в диапазоне между 3 и 70 мбар, более предпочтительно между 4 и 50 мбар, а наиболее предпочтительно от 5 до 30 мбар. Этот вакуум по сравнению с обычными пылесосами, в которых применяется вакуум 70 мбар и выше, достаточно низок. Однако из-за указанных выше свойств щетки 12, в вышеупомянутых диапазонах давления уже могут быть получены очень хорошие результаты очистки. Таким образом, также могут быть использованы меньшие вакуумные агрегаты 38. Это увеличивает свободу в выборе вакуумного насоса.
Благодаря способности щетки 12 также собирать воду 24, в решении с двойной скребком, подобном тому, что иллюстративно показано на фиг. 12 и фиг. 13, уже нет необходимости. Это главным образом основано на том факте, что воду не только собирают с поверхности 20 благодаря создаваемому вакууму, но и активно собирают с поверхности 20 с помощью щетки 12. Даже если насадка 10 перемещается по поверхности 20 обратным ходом, как показано на фиг. 1, вода 24 и частицы 22 грязи, которые остаются на поверхности 20 после прохождения скребка 32 и всасывающего входного канала 36, то есть вода и грязь, которые не были непосредственно проглочены с поверхности 20 вакуумом, приложенным к области 34 всасывания на всасывающем входном канале 36, затем сталкиваются щеткой 12 и в результате этого собираются. Обратный ход в этом смысле означает передвижение насадкового устройства 10 в заданном направлении 40 движения, при этом скребковый элемент 32 сталкивается с частицами 22 грязи и жидкости 24, присутствующими на поверхности 20, прежде чем они будут вытолкнуты щеткой 12. Эта ситуация иллюстративно показана на фиг. 1.
В случае, если щетку 12 активно опрыскивают водой, что на практике часто делают для улучшения удаления пятен на поверхности 20, такой обратный ход оставил бы позади очищающую жидкость на поверхности, если бы щетка 12 не смогла снова собирать распыленную воду. В этом случае нужно было бы использовать дополнительный скребок, чтобы обеспечить удаление воды с поверхности 20. Однако благодаря представленным свойствам щетки 12, скорости, с которой щетка 12 приводится в движение, и сочетанию со скребком 32, в соответствии с настоящим изобретением это не обязательно.
Чтобы гарантировать хороший результат очистки при обратном ходе (обозначенном стрелкой 40, показанной на фиг. 1), а также при переднем ходе (обозначенном стрелкой 40, показанной на фиг. 2), скребковый элемент 32 предпочтительно содержит переключающее средство 42 для переключения скребка 32 из открытого в закрытое положение и наоборот, в зависимости от направления 40 передвижения насадки 10 относительно поверхности 20. Если насадка перемещается передним ходом (показано на фиг. 2), скребковый элемент 32, если смотреть по направлению движения 40 очистительного устройства 100, расположенного позади щетки, находится в закрытом положении. В этом закрытом положении скребок 32 приспособлен для выталкивания или протирания частиц 22 грязи и жидкости 24 на поверхности 20 или с нее путем более или менее интенсивного скольжения по поверхности 20. При таком прямом ходе скребок 32 действует как своего рода обтирочное приспособление, собирающее оставшуюся воду с поверхности 20, которая не была собрана, или же была снова разбрызгана щеткой 12 на поверхность 20. Оставшаяся вода, которую собирают скребком 32, затем может быть проглочена с помощью вакуума, воздействующего на область 34 всасывания.
С другой стороны, скребок 32 находится в открытом положении, когда насадку 10 перемещают обратным ходом (показано на фиг. 1), при этом скребок 32, если смотреть по направлению движения 40, расположен в передней части щетки 12, так что она будет сталкиваться с частицами 22 грязи и жидкостью 24 на поверхности 20, прежде чем они будут столкнуты щеткой 12. При этом обратном ходе переключающие элементы 42 переключают скребок 32 в его открытое положение, в котором частицы грязи и жидкости с поверхности 20 могут попасть в область 34 всасывания через отверстие 44 между скребком 32 и очищаемой поверхностью 20. Таким образом, частицы грязи 22 и жидкость 24 также могут попасть в область 34 всасывания в местоположении всасывающего входного канала 36 и сталкиваются со щеткой 12, которой их собирают с поверхности 20.
Если скребок 32 не будет переключен в упомянутое открытое положение, только очень мелкие частицы 22 грязи смогут достичь всасывающего входного канала 36, при этом большая часть грязи 22 и жидкости 24 будет окружена скребком 32 и столкнута по поверхности 20, не имея возможности попасть в область 34 всасывания. Это, конечно, приводит к плохим результатам очистки и сушки.
Чтобы обеспечить это зависящее от направления переключение скребкового элемента 32, скребок 32 предпочтительно содержит гибкий резиновый козырек 46, который, в зависимости от направления 40 движения очистительного устройства 100, выполнен с возможностью прогиба в продольном направлении упомянутого резинового козырька 46. Увеличенный схематический вид скребка 32 показан на фиг. 6 и 7. На фиг. 6 показан скребок 32 в закрытом положении, а на фиг. 7 показано состояние скребка 32 в ее открытом положении.
Выступы 50, которые расположены вблизи нижнего конца резинового козырька 46, где скребок 32 должен прикасаться к поверхности 20, приспособлены, по меньшей мере, для частичного подъема резинового козырька 46 с поверхности 20, когда очистительное устройство перемещают по поверхности 20 в обратном направлении 40 (как показано на фиг. 1), в котором резиновый козырек 46, если смотреть в направлении 40 передвижения, расположен в передней части щетки 12. В этом случае резиновый козырек 46 поднимается, что в основном происходит благодаря естественному трению, которое возникает между поверхностью 20 и выступами 50, которые действует как своего рода стопор, что замедляет резиновый козырек 46 и заставляет его перевернуть выступы 50. Скребок 32, таким образом, вынужден скользить по выступам 50, при этом резиновый козырек 46 поднимается выступами 50, и в пространстве между резиновым козырьком 46 и поверхностью 20 возникают отверстия 44 (см. фиг. 7а и b).
В соответствии с вариантом осуществления насадка 10 дополнительно содержит ограничительный элемент 49, который расположен в области 34 всасывания между всасывающим входным каналом 36 и всасывающим выходным каналом 47 (см. фиг. 1-4). Упомянутый ограничительный элемент 49 предпочтительно пролегает параллельно оси 14 щетки по всей длине боковой стороны щетки 12 и/или кожуха 28, соответственно.
Ограничительный элемент 49 выполнен с возможностью управления эффектом всасывания и расходом, который возникает из-за создаваемого вакуума в области 34 всасывания в пространстве между всасывающим входным каналом 36 и всасывающим выходным каналом 47. Ограничительный элемент 49 образован частью кожуха 28 насадки, который, по меньшей мере, частично, выступает в область 34 всасывания и, таким образом, по меньшей мере, частично, ограничивает эффект всасывания и расход между всасывающим входным каналом 36 и всасывающим выходным каналом 47. Это уменьшает расстояние между кожухом 28 и щеткой 12 в месте между всасывающим входным каналом 36 и всасывающим выходным каналом 47. Таким образом, щетка 12 и кожух 28 насадки образуют своего рода ограничитель потока. Таким образом, всасывающий канал 34 (также называемый областью 34 всасывания) оказывается почти закрытым для воздуха, грязи 22 и жидкости 24, неспособных пройти через это место. Однако из-за вышеуказанных свойств щеточных элементов 16, постоянное количество воздуха, грязи и жидкости все еще переносится через пространство 39 между щеточными элементами 16. Это приводит к возникновению относительно постоянной рабочей точки системы.
Это особенно предпочтительно при переключении скребка 32 из его открытого в его закрытое положение (фиг. 1-2, а также фиг. 6-7). В открытом положении скребка 32 дополнительный воздух может войти во всасывающий входной канал 36 через созданные отверстия 44. С другой стороны, скребок 32, по меньшей мере, частично, герметизирует область 34 всасывания при пребывании в закрытом положении. Переключение скребка 32, таким образом, приводит к изменению давления внутри области 34, что является нежелательным.
Эта проблема преодолевается предусмотренным ограничительным элементом 49, который задает почти постоянный поток воздуха между всасывающим входным каналом и всасывающим выходным каналом 36 и 47.
Ограничительный элемент делит область всасывания на две подобласти 51 и 53. Первая подобласть 51 образована между всасывающим входным каналом 36 и ограничительным элементом 49. Второй подобласть 53 образована между ограничительным элементом 49 и всасывающим выходным каналом 47.
Так как щеткам 12 нужно пространство для вышеупомянутого процесса самоочистки в течение периода выпуска грязи, ограничительный элемент 49 предпочтительно должен быть мал, насколько это возможно. «Мал» в данном случае означает, что поперечный размер ограничительного элемента 49, если смотреть в окружном направлении щетки 12, мал, с целью образования короткого туннеля между ограничительным элементом 49 и щеткой 12. Ограничительный элемент 49 предпочтительно расположен близи входного канала 36 насадки, чтобы обеспечить достаточно места между ограничительным элементом 49 и выходным каналом 47 насадки. Другими словами, вышеупомянутая первая подобласть 51 области 34 всасывания предпочтительно меньше упомянутой второй подобласти 53 области 34 всасывания.
Следует отметить, что ограничительный элемент может быть расположен, однако, в любом месте в области 34 всасывания, пока он находится между всасывающим входным каналом и всасывающим выходным каналом выходом 36 и 47. Он может также соприкасаться со щеткой 12. Контакт щетки 12 и кожуха 28 насадки показал, что приводит к максимальной степени ограничения потока. Это опять же приводит к довольно постоянному всасыванию в пределах второй подобласти 53 и приводит к возникновению почти постоянной рабочей точки, в которой агрегат 38 вакуумного действия нужно приводить в действие для достижения постоянного вакуума и расхода.
На фиг. 3 и 4, на которых показан второй вариант насадкового устройства 10, проиллюстрировано, что положения скребка 32 и щетки 12 могут быть, по сравнению с первым вариантом осуществления (показанным на фиг. 1 и 2), поменяны местами в пределах объема настоящего изобретения. Скребок 32 в этом случае, по отношению к оси 14 щетки, расположен на другой стороне кожуха 28 насадки. В этом случае скребковый элемент 32, конечно, должен быть в открытом положении, когда насадка 10 перемещается передним ходом, как показано на фиг. 3, где насадка 10 перемещается в направлении 40, в котором скребок 32, если смотреть по направлению движения 40, расположен в передней части щетки 12. В противном случае, жидкость 24 и частицы 22 грязи опять же не смогут попасть в область 34 всасывания, соответственно всасывающий входной канал 36.
С другой стороны, скребок 32 должен быть в закрытом положении, когда насадка 10 в соответствии с данным вариантом перемещается обратным ходом, как показано на фиг. 4, где щетка 12, если смотреть по направлению движения 40, расположена в передней части скребка 32 и в первую очередь сталкивается с частицами 22 грязи и жидкостью 24. Скребок 32 и в этом случае выступает в качестве обтирочного приспособления, которое скользит по поверхности 20 и собирает оставшиеся частицы 22 грязи и жидкостью 24 на поверхности 20.
Кроме того, на фиг. 3 и 4 показано, что положение ограничительного элемента 49 меняется по сравнению с его положением, показанном на фиг. 1 и 2. Тем не менее, это происходит всего лишь из-за иного насадкового устройства. Ограничительный элемент 49 опять же расположен между всасывающим входным каналом 36 и всасывающим выходным каналом 47.
При сравнении первого варианта, показанного на фиг. 1 и 2, со вторым вариантом, показанным на фиг. 3 и 4, следует отметить, что остальная часть устройства, то есть свойства щетки, а также свойства кожуха 28 насадки остаются теми же самыми. Даже направление вращения 26 щетки 12 должно оставаться таким же, так как направление вращения 26 щетки 12 должно быть направлено так, чтобы щеточные элементы 16 входили в кожух 28 насадки на стороне кожуха 28 насадки, на которой расположен также скребок 32. В противном случае это не обеспечило бы вышеупомянутого взаимодействия щетки 12 и скребкового элемента 32.
На фиг. 5 показан увеличенный вид щетки 12 и скребка 32 для схематической иллюстрации принципа настоящего изобретения. Между скребком 32 и щеткой 12 образован всасывающий канал 34. Поскольку утечка воздуха благодаря упомянутым герметизирующим свойствам щетки 12 сведена к минимуму, создание вакуума в пределах всасывающего канала 34, также обозначенного как область 34 всасывания, может быть достигнуто с помощью минимальной мощности.
В отличие от щеток, используемых в соответствии с уровнем техники, которые используют только для удаления пятен, представленная здесь мягкая щетка 12 с гибкими щеточными элементами 16 приспособлена для сбора жидкости 24 с поверхности 20. Таким образом, во втором скребковом элементе больше нет необходимости. Герметизирующая щетка 12 сама действует в качестве своего рода скребка, так как она способна собирать жидкость 24, и в то же время уменьшает утечку воздуха из области 34 всасывания в окружающую область 37 насадки 10. Кроме того, по сравнению со скребком герметизирующая щетка 12 имеет то преимущество, что она открыта для крупных частиц грязи.
Далее представлены предпочтительные технические свойства щетки 12 и приводного средства. Щетка 12 предпочтительно имеет диаметр, который находится в диапазоне от 20 до 80 мм. Линейную массовую плотность множества, предпочтительно большинства щеточных элементов 16, по меньшей мере, на их концевых частях 18, подбирают так, чтобы она составляла менее 150 г/10 км. Ширина щетки 12, то есть размер щетки 12 в направлении, в котором пролегает ось 14 вращения щетки 12, может быть порядка 25 см, например.
2
На внешней поверхности стержневого элемента 52 щетки 12 расположены пучки 54 (см., например, фиг. 9). Каждый пучок 54 содержит сотни волоконных элементов, которые называют щеточными элементами 16. Например, щеточные элементы 16 изготовлены из полиэстера с диаметром порядка 10 микрометров, и с величиной Dтекс, составляющей менее 150 г на 10 км. Плотность расположения щеточных элементов 16 может составлять, по меньшей мере, 30 пучков 54 на см на наружной поверхности стержневого элемента 52 щетки 12.
Щеточные элементы 16 не должны быть идентичными. Однако, если линейная массовая плотность большей части общего числа щеточных элементов 16 щетки 12 составляет менее 150 г на 10 км, по меньшей мере, на концевых участках 18, вышеупомянутый эффект герметизации может возрасти. Однако это также требует большего количества пучков 54.
2
Приводное средство может предпочтительно быть способным вращать щетку 12 с угловой скоростью, которая составляет, по меньшей мере, 6000 оборотов в минуту. Кроме того, приводное средство предпочтительно может быть приспособлено для выполнения центробежного ускорения на концевых участках 18 щеточных элементов 16, которое составляет, в частности во время периода выпуска грязи, когда щеточные элементы 16 свободны от контакта с поверхностью 20 при вращении щетки 12, по меньшей мере, 3000 м/с.
С помощью вращающейся щетки 12, в частности, с помощью щеточных элементов 16 вращающейся щетки 12, частицы 22 грязи и жидкость 24 собирают с поверхности 20, и транспортируют в положение сбора внутри очистительного устройства 100. Из-за вращения щетки 12 наступает момент, когда в первом положении происходит первый контакт с поверхностью 20. Степень контакта увеличивается, пока щеточные элементы 16 не прогнутся таким образом, что концевые участки 18 щеточных элементов 16 вступят в контакт с поверхностью 20. Концевые участки 18 скользят по поверхности 20 и в процессе сталкиваются частицами 22 грязи и жидкостью 24, при этом столкновение может привести к ситуации, когда некоторое количество жидкости 24 и/или частиц 22 грязи удаляется с очищаемой поверхности 20 и уносится щеточными элементами 16 благодаря силам прилипания. В процессе щеточные элементы 16 могут действовать более или менее подобно лебедке для захвата и перетаскивания частиц 22 и 24, являющейся замкнутым силовым устройством и способной удерживать частицы 22 и 24 на основе функционирования, сопоставимого с функционированием ленточного тормоза. Кроме того, собираемая жидкость 24 может потянуть с собой немного жидкости, при этом в воздухе возникает струя жидкости, передвигающаяся с поверхности 20. Возникающие ускорения на концевых участках 18 щеточных элементов 16 вызывают автоматическое высвобождение частиц 22 грязи и капель 24 жидкости из щетки 12, когда щеточные элементы теряют контакт с поверхностью 20 при их вращении. Поскольку не все частицы 22 грязи и капли 24 жидкости могут быть проглочены непосредственно вакуумным агрегатом 38, небольшое количество грязи и жидкости будет отброшено на поверхность 20 в области, где щеточные элементы 16 теряют контакт с поверхностью 20. Однако этот эффект повторного опрыскивания поверхности 20 преодолевается скребковым элементом 32, который собирает эту повторно распрыскиваемую жидкости и грязь, действуя как своего рода обтирочное приспособление, так что оставшаяся жидкость 24 и грязь 22 могут затем быть проглочены в результате применения вакуума. Таким образом, жидкость 24 и грязь 22 не покидают заново область 34 всасывания и проглатываются внутрь.
Используя вышеуказанные технические параметры, щеточные элементы 16 осуществляют щадящее выскабливающее воздействие на поверхности 20, что способствует противодействию прилипанию жидкости 24 и частиц грязи 22 к поверхности 20.
2
При вращении щетки 12 движение щеточных элементов 16 над поверхностью 20 продолжается до тех пор, пока не наступит момент, когда контакт, в конечном счете, теряется. Когда контакта больше нет, щеточные элементы 16 вынуждены возвратиться в начальное распрямленное состояние под действием центробежных сил, которые, воздействуют на щеточные элементы 16 в результате вращения щетки 12. Поскольку щеточные элементы 16 изогнуты в тот момент, когда возникает необходимость опять принять распрямленное положение, на концевых участках 18 щеточных элементов 16 возникает дополнительное распрямляющее ускорение, при этом щеточные элементы 16 со свистом распрямляются из согнутого положения в распрямленное положение, причем движение щеточных элементов 16 сравнимо со свистящим кнутом. Ускорение на концевых участках 18 в то время, когда щеточные элементы 16 почти достигают распрямленного положения, предпочтительно отвечает требованию достигать, по меньшей мере, 3000 м/с.
Под влиянием сил, воздействующих на концевые участки 18 щеточных элементов 16 во время описанного движения, множество частиц грязи 22 и жидкость 24 выбрасываются из щеточных элементов 16, так как эти силы значительно больше сил прилипания. Таким образом, жидкость 24 и частицы 22 грязи вынуждены улетать в направлении, обращенном в сторону от поверхности 20. Большая часть жидкости 24 и частиц 22 грязи затем проглатывается внутрь вакуумным агрегатом. С помощью скребкового элемента 32 и вакуума, создаваемого в области 34 всасывания, как описано выше, обеспечивается то, что также и оставшуюся часть жидкости 24 и грязи 22, распрысканную назад из щетки 12 на поверхность 20, собирают и затем также засасывают внутрь агрегата.
Под действием ускорения жидкость 24 может быть выброшена в виде маленьких капель. Это предпочтительно для дальнейших процессов разделения, таких, которые выполняются вытяжным вентилятором агрегата 38, в частности, центробежным вентилятором вакуумного агрегата 38, который служит вращающимся сепаратором для отделения воздуха от грязи. Следует отметить, что силы всасывания, такие как силы, развиваемые центробежным вентилятором, не играют роли в вышеописанном процессе сбора жидкости и грязи с помощью щеточных элементов 16. Однако эти силы всасывания необходимы для подбора грязи и жидкости, собранной скребком 32.
Кроме вышеописанного функционирования каждого из щеточных элементов 16, может возникнуть еще один эффект, который способствует процессу подбора частиц 22 грязи и жидкости 24, а именно капиллярный эффект между щеточными элементами 16. В этом отношении щетка 12 со щеточными элементами 16 сравнима с щеткой 12, погруженную в некоторое количество краски, при этом краска поглощается щеткой 12 благодаря капиллярными силам.
Из вышеизложенного следует, что щетка 12 согласно настоящему изобретению имеет следующие свойства:
- Мягкие пучки 54 с гибкими щеточными элементами 16 будут распрямлены центробежными силами во время бесконтактного вращения части щетки 12;
- Можно иметь идеальную подгонку между щеткой 12 и очищаемой поверхностью 20, поскольку мягкие пучки 54 будет прогибаться при любом контакте с поверхностью 20, и распрямляться в любой момент, когда это возможно, под действием центробежных сил;
- Щетка 12 постоянно самоочищается благодаря достаточно большим силам ускорения, что обеспечивает стабильный результат очистки;
- Выделение тепла между поверхностью 20 и щеткой 12 минимально из-за очень небольшой жесткости на изгиб пучков 54;
- может быть достигнут очень равномерный сбор жидкости с поверхности 20 и очень равномерный общий результат чистки, даже если в поверхности 20 присутствуют складки или вмятины, на основе того факта, что жидкость 24 собирают пучками 54, а не воздушным потоком, как во многих обычных устройствах, а также
- грязь 22 удаляют с поверхности 20 щадящим, но эффективным способом, с помощью пучков 54, при этом наиболее эффективное использование энергии может быть реализовано благодаря небольшой жесткости щеточных элементов 16.
Из-за относительно небольшой величины линейной массовой плотности может оказаться так, что щеточные элементы 16 будут иметь очень небольшую жесткость на изгиб, и, при их компоновке в пучки 54, будут не способны оставаться в своей первоначальной форме. В обычных щетках щеточные элементы 25 после высвобождения отпружинивают обратно. Однако щеточные элементы 16, имеющие упомянутую очень небольшую жесткость на изгиб, этого делать не будут, так как сила упругости настолько мала, что она не может превышать силы внутреннего трения, которые присутствуют между отдельными щеточными элементами 16. Таким образом, пучки 54 останутся нарушенными после деформации, и будут только распрямляться при вращении щетки 12.
По сравнению с обычными устройствами, содержащими жесткие щетки для соприкосновения с очищаемой поверхностью, щетка 12, используемая в соответствии с настоящим изобретением, способна достигать значительно лучших результатов очистки благодаря рабочему принципу, согласно которому щеточные элементы 16 используют для сбора жидкости 24 и грязи 22, а также подбора жидкости 24 и грязи 22 с очищаемой поверхности 20, при этом жидкость 24 и грязь 22 выбрасываются из щеточных элементов 16, прежде чем они снова соприкоснутся с поверхностью 20 в следующем цикле.
На фиг. 8 представлен вид очистительного устройства 100 в соответствии с настоящим изобретением во всей своей полноте. В соответствии с этим схематическим изображением, очистительное устройство 100 содержит кожух 28 насадки, в котором щетка 12 установлена с возможностью вращения на оси 14 щетки. Приводное средство, которое может представлять собой обычный двигатель, такой как, например, электродвигатель (не показан), предпочтительно соединен или даже расположен на оси 14 щетки с целью приведения щетки 12 во вращение. Следует отметить, что двигатель может также быть расположен в любом другом подходящем месте внутри очистительного устройства 100.
В кожухе 28 насадки расположено средство, например, колеса (не показаны), для удерживания оси 14 вращения щетки 12 на заданном расстоянии от очищаемой поверхности 20, при этом расстояние подбирают таким образом, чтобы щетка 12 прогибалась. Предпочтительно, чтобы диапазон прогиба составлял от 2% до 12% от диаметра щетки 12, с учетом щеточных элементов 16 в полностью распрямленном положении. Таким образом, когда диаметр составляет порядка 50 мм, диапазон прогиба может составлять от 1 до 6 мм.
Как уже указывалось выше, скребковый элемент 32 отстоит от щетки 12 и прикреплен к нижней стороне 30 кожуха 28 насадки. Он пролегает, по существу, параллельно оси 14 щетки, тем самым образуя область 34 всасывания внутри кожуха 28 насадки между скребковым элементом 32 и щеткой 12, при этом область 34 всасывания имеет всасывающий входной канал 36, который расположено на нижней стороне 30 кожуха 28 насадки, обращенной к очищаемой поверхности 20.
Кроме кожуха 28 насадки, щетки 12 и скребкового элемента 32, очистительное устройство 100 предпочтительно снабжено следующими компонентами:
- Ручкой 64, которая позволяет пользователю легко манипулировать очистительным устройством 100;
- Резервуаром 66 для чистки, содержащим жидкость 68, например, воду;
- Мусоросборным контейнером 70 для приемки жидкости 24 и частиц 22 грязи, собранных с поверхности 20 для очистки;
- Проточным каналом в виде, например, полой трубки 72, соединяющей 30 мусоросборный контейнер 70 с областью 34 всасывания, при этом область 34 всасывания образует всасывающий входной канал 36 на нижней стороне 30 насадки 10. В контексте настоящего изобретения следует отметить, что проточный канал, включающий в себя полую трубку 72, может быть также обозначен как область 34 всасывания, в которой вышеупомянутый вакуум создается вакуумным агрегатом 38; а также
- Вентилятором вакуумного агрегата 38, содержащим центробежный вентилятор 38', расположенный на стороне мусоросборной камеры 70, противоположной стороне, где расположена трубка 72.
Для полноты следует отметить, что в пределах объема настоящего изобретения, возможны другие и/или дополнительные конструкционные детали. Например, может быть предусмотрен элемент для отклонения отбрасываемого вверх мусора 22 и 24, так что мусор 22 и 24 сначала претерпевает отклонение, прежде чем, в конечном счете, достигнет мусоросборной камеры 70. Кроме того, вентилятор вакуумного агрегата 38 может быть расположен на другой стороне мусоросборной камеры 70, а не на стороне, противоположной той стороне, где расположена трубка 72.
В соответствии с вариантом осуществления, который показан на фиг. 9, щетка 12 содержит стержневой элемент 52. Этот стержневой элемент 52 выполнен в виде полой трубки, снабженной несколькими каналами 74, проходящими через стенку 76 стержневого элемента 52. Для целей транспортировки чистящей жидкости 68 из резервуара 66 на внутреннюю часть полого стержневого элемента 52 щетки 12, может быть предусмотрена, например, гибкая трубка 78, ведущая внутрь стержневого элемента 52.
Согласно этому варианту осуществления чистящая жидкость 68 может подаваться в полый стержневой элемент 52, причем при вращении щетки 12 жидкость 68 выходит из полого стержневого элемента 52 через каналы 74 и смачивает щеточные элементы 16. Таким образом, жидкость 68 также распрыскивается или падает на очищаемую поверхность 20. Таким образом, очищаемая поверхность 20 становится мокрой от очищающей жидкости 68. Это особенно усиливает прилипание частиц 22 грязи к щеточным элементам 16 и тем самым способствует удалению пятен с очищаемой поверхности 20.
В соответствии с настоящим изобретением, скорость, с которой жидкость 68 подают в полый стержневой элемент 52, может быть довольно низкой, при этом максимальная скорость может составлять, к примеру, 6 мл в минуту на см ширины щетки 12.
Тем не менее, следует отметить, что признак активно подаваемой воды 68 на очищаемую поверхность 20 с использованием полых каналов 74 в щетке 12 не является необходимым признаком. В качестве альтернативного варианта, чистящую жидкость могут подавать опрыскиванием щетки 12 снаружи, или просто погружая щетку 12 в очищающую воду перед употреблением. Вместо использования специально подобранной жидкости, можно также использовать жидкость, которая уже была разлита, т.е. жидкость, которая должна быть удалена с очищаемой поверхности 20.
Сбор очищающей воды 68 с поверхности, как уже упоминалось выше, выполняют либо скребковым элементом 32, который собирает воду, действуя как своего рода обтирочное приспособление, переносящее жидкость в область 34 всасывания, где она поглощается под воздействием вакуума, создаваемого вакуумным агрегатом 38, либо воду убирают с поверхности непосредственно щеткой 12. По сравнению с обычными устройствами, содержащими жесткие щетки, которые не в состоянии собирать воду, щетка 12, используемая в соответствии с настоящим изобретением, способна собирать воду. Таким образом, полученные результаты очистки значительно улучшаются.
Вышеупомянутые технические параметры, относящиеся к щетке 12, щеточным элементам 16 и приводному средству, выведены в результате экспериментов, проведенных в контексте настоящего изобретения.
Далее будет описан один из экспериментов и результатов эксперимента. Тестируемые щетки были оснащены различными типами волокнистых материалов, используемых для щеточных элементов 16, в том числе относительно толстыми волокнами и относительно тонкими волокнами. Кроме того, плотность компоновки, а также величины Dтекс были разными. Подробные сведения о различных щетках приведены в следующей таблице.
Плотность компоновки(# пучков/см<sup>2</sup>)
Волокон в пучке
Значение Dтекс(г/10км)
Волоконный материал
Длина волокна(мм)
Внешний вид волокон
Щетка 1
160
9
113,5
нейлон
10
Пружинящие, прямые
Щетка 2
25
35
31,0
нейлон
11
Слегка жесткие, переплетенные
Щетка 3
40
90
16,1
-
11
Очень мягкие, скрученные
Щетка 4
50
798
0,8
полиэстер
11
Очень мягкие, скрученные
Эксперимент включает в себя вращающуюся щетку в сходных условиях и оценку результатов очистки, износ, а также воздействие на поверхность 20, подвергнутую обработке с помощью щетки 12. Это обеспечивает индикацию выработки тепла на поверхности 20. Итог эксперимента отражен в следующей таблице, где оценка 5 использована для указания лучших результатов, а более низкие оценки использованы для указания более посредственных результатов.
Удаление пятен
Сбор воды
Износ
Воздействие на поверхность
Щетка 1
5
3
3
3
Щетка 1
5
3
1
4
Щетка 1
5
4
4
5
Щетка 1
5
5
5
5
Помимо прочего, эксперимент доказывает, что можно иметь щеточные элементы 16 с линейной массовой плотностью в диапазоне от 100 до 150 г на 10 км, и получить полезные результаты очистки, хотя кажется, что сбор воды, состояние износа и расход энергии не так хороши. Сделан вывод, что соответствующая предельная величина для линейной массовой плотности составляет 150 г на 10 км. Тем не менее, понятно, что при гораздо более низкой линейной массовой плотности результаты очистки и все другие результаты очень хороши. Кроме того, вышеупомянутый эффект герметизации увеличивается с уменьшением величины Dтекс. Таким образом, предпочтительно применять более низкие предельные значения, такие как 125 г на 10 км, 50 г на 10 км, 20 г на 10 км, или даже 5 г на 10 км. При значениях последнего порядка обеспечивается то, что результаты очистки будут отличными, сбор воды оптимальным, износ минимальным, а потребление электрической и тепловой энергии на поверхности 20 достаточно низким.
2
Следует отметить, что минимальное значение 3000 м/с ускорения, преобладающее на кончиках 18 щеточных элементов 16 в течение некоторого времени за один оборот щетки 12, в частности, некоторое время в течение периода выпуска грязи, когда нет контакта между щеточными элементами 16 и поверхностью 20, поддерживается результатами экспериментов, которые были проведены в контексте настоящего изобретения.
Далее будут описаны один из экспериментов и результаты эксперимента. К эксперименту применимы следующие условия:
2
1) Щетка 12, имеющая диаметр 46 мм, ширину около 12 см, и щеточные элементы 16 из полиэстера с линейной массовой плотностью около 0,8 г на 10 км, собранные в пучки 54, всего около 800 щеточных элементов 16, с компоновкой приблизительно 50 пучков 54 на см, смонтированная на валу двигателя.
2) Вес узла щетки 12 и двигателя определен.
3) Источник питания электродвигателя соединен с таймером для остановки двигателя после периода работы в 1 секунду, или периода работы в 4 секунды.
4) Щетку 12 погружают в воду, так что щетка 12 полностью насыщена водой. Следует отметить, что используемая щетка 12 оказывается способной поглотить общую массу воды около 70 г.
5) Щетка 12 вращается с угловой скоростью 1950 оборотов в минуту, и ее останавливают через 1 секунду или 4 секунды.
6) Определяют вес узла щетки 12 и двигателя, и высчитывают разницу относительно веса в сухом состоянии, который определяют на этапе 2.
7) Повторяют этапы 4-6 для других значений угловой скорости, в частности, значений, указанных в следующей таблице, которая дополнительно содержит значения веса воды, все еще присутствующей в щетке 12 при остановках после 1 секунды и 4 секунд, а также значения соответствующего центробежного ускорения, которое может быть вычислено по 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>)
1,950
8,27
7,50
959
2,480
5,70
4,57
1,551
3,080
3,70
3,11
2,393
4,280
2,52
1,97
4,620
5,540
1,95
1,35
7,741
6,830
1,72
1,14
11,765
7,910
1,48
1,00
15,780
9,140
1,34
0,94
21,069
Соотношение между угловой скоростью и массой воды для двух различных остановок изображено на диаграмме на фиг. 10, а соотношение между центробежным ускорением и массой воды для двух различных остановок изображено на диаграмме на фиг. 11, при этом масса воды указана на вертикальной оси каждого из графиков. Как видно из диаграммы на фиг. 10, выпуск воды щеткой 12 сильно уменьшается, когда угловая скорость ниже примерно 4000 оборотов в минуту. Кроме того, это кажется довольно стабильным при угловых скоростях, превышающих 6000-7000 оборотов в минуту.
2
2
Переходную точку в том, что касается выпуска воды щеткой 12, можно найти при угловой скорости 3500 оборотов в минуту, что соответствует центробежному ускорению 3090 м/с. Для наглядности этого факта диаграммы фиг. 10 и 11 содержат вертикальную линию, указывающую на значения 3500 оборотов в минуту и 3090 м/с, соответственно.
2
На основании результатов эксперимента, как описано выше, можно сделать вывод, что значение 3000 м/с в отношении ускорения на кончиках 18 щеточных элементов 16 в течение бесконтактного периода является реалистичным минимальным значением в том, что касается способности к самоочищению щеточных элементов 16, отвечающей требованию иметь линейную массовую плотность, составляющую менее 150 г на 10 км, по меньшей мере, на концевых участках 18. Как уже было описано выше, надлежащее исполнение функции самоочистки важно для достижения хороших результатов очистки.
2
2
Для полноты следует отметить, что в очистительном устройстве 100 в соответствии с настоящим изобретением, центробежное ускорение может быть ниже 3000 м/с. Причина в том, что ускорение, которое возникает на кончиках 18 щеточных элементов 16, когда щеточные элементы 16 распрямлены, как можно ожидать, будет выше, чем обычное центробежное ускорение. Эксперимент показывает, что минимальное значение 3000 м/с действует в отношении ускорения, которое является обычным центробежным ускорением в случае эксперимента, и которое может представлять собой большее ускорение, вызванное спецификой поведения щеточных элементов 16, когда период сбора грязи прошел, и есть место для распрямления в реальном очистительном устройстве 100 в соответствии с настоящим изобретением, что оставляет возможность иметь меньшее нормальное центробежное ускорение во время других периодов вращения (например, периода сбора грязи).
Даже если предпочтительно иметь одну щетку согласно настоящему изобретению, понятно, что могут быть использованы также и дополнительные щетки в пределах объема настоящего изобретения.
Специалисту в данной области понятно, что объем настоящего изобретения не ограничивается вышеописанными примерами, и что возможно внесение многих изменений и модификаций в пределах объема настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться только как иллюстративные или примерные, и не имеющие ограничительного характера. Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления.
2
Для ясности следует отметить, что полностью распрямленное состояние щеточных элементов 16 представляет собой состояние, в котором щеточные элементы 16 пролегают полностью в радиальном направлении относительно оси 14 вращения щетки 12, при этом нет согнутых концевых участков щеточных элементов 16. Это условие может быть реализовано, когда щетка 12 вращается на нормальной рабочей скорости, представляющей собой скорость, при которой может быть достигнуто ускорение в 3000 м/сна кончиках 18 щеточных элементов 16. Это возможно только для части щеточных элементов 16 щетки 12, находящихся в полностью распрямленном состоянии, в то время как для другой части это невозможно из-за препятствий, с которые встречаются щеточные элементы 16. Как правило, диаметр D щетки 12 определяют по всем щеточным элементам 16 в полностью распрямленном состоянии.
Концевые участки 18 щеточных элементов 16 представляют собой наружные участки щеточных элементов 16, если смотреть в радиальном направлении, т.е. участки, которые являются наиболее удаленными от оси 14 вращения. В частности, концевые участки 18 являются участками, которые используют для сбора частиц 22 грязи и жидкости, и которые должны скользить по очищаемой поверхности 20. В случае если щетка 12 прогибается относительно поверхности 20, длина концевого участка является приблизительно такой же, что и прогиб.
Кроме того, следует отметить, что контакт между щеткой 12 и поверхностью может представлять собой либо линейный контакт, либо контакт по площади. Таким образом, второе положение 35 может быть либо отличительной точкой, либо линией, либо площадью.
Притом, что изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные и не имеющие ограничительного характера; изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления. Другие версии раскрытых вариантов осуществления могут быть восприняты и осуществлены специалистами в данной области техники при внедрении заявленного изобретения, путем изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а неопределенный артикль «а» или «an» не исключает множество. Один элемент или другой узел могут выполнять функции нескольких узлов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что не может быть использовано предпочтительно сочетание этих мер.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограничивающие объем.