УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ
DEVICE FOR SURFACE CLEANING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству для чистки поверхности, предназначенному для чистки таких поверхностей, как, например, полы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В WO 2007/144067 раскрыто устройство для подметания пола, в частности приспособление для чистки ковров, имеющее по меньшей мере один щеточный валик, который в процессе подметания вращается вокруг оси, параллельной подметаемому полу, и которое имеет по меньшей мере три вращательных скользящих элемента, каждый из которых в процессе подметания совершает вращение вокруг своей собственной оси, расположенной под 90 градусов к подметаемому полу. Устройство для подметания пола можно легко направлять по подметаемой поверхности во всех направлениях. Устройство для подметания пола может иметь многогранную форму, например треугольную или квадратную. В одном варианте осуществления имеется треугольная форма, имеющая 3 вращательных скользящих элемента в каждом углу и 3 щеточных валика между углами. Приводной двигатель в первую очередь приводит в движение щеточные валики, а приведенные в движение щеточные валики приводят в движение скользящие элементы через трансмиссию, в частности зубчатую передачу.
Данное известное устройство имеет подметательную щетку, расположенную внутри корпуса, имеет относительно короткие волокна и прямые кромки.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения, в частности, заключается в создании более гибкого и менее сложного устройства для чистки поверхности. Изобретение определяется независимыми пунктами формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно одному аспекту изобретения предложено устройство для чистки поверхности, содержащее щетку, которая является изогнутой (или согнутой) по меньшей мере частично вокруг центральной части устройства для чистки поверхности, при этом способность щетки к деформации определяет способность к деформации внешней периферийной части устройства для чистки поверхности. Изогнутая щетка имеет ось вращения в центре сечения изогнутой щетки, которая является изогнутой по меньшей мере частично вокруг центральной части устройства для чистки поверхности. Ось вращения параллельна поверхности.
Щетка предпочтительно изогнута полностью вокруг центральной части устройства для чистки поверхности, что приводит к образованию по существу непрерывной периферийной части устройства (разрывы могут существовать, например, там, где щетка крепится к центральной части, например, там, где она приводится в движение, а также в любых местах перехода между элементами щетки, если щетка образована множеством элементов щетки). Если устройство для чистки поверхности имеет круглую форму, щетка будет иметь тороидальную форму.
Устройство для чистки поверхности может иметь электрический двигатель для приведения щетки в движение. Центральная часть может содержать контейнер для сбора грязи, сметенной с поверхности щеткой. Центральная часть может иметь кромку для сгибания нитей/пучков нитей щетки, при этом грязь высвобождается из щетки на конце кромки, где нити/пучки нитей щетки переходят в ненапряженное состояние. Центральная часть может иметь верхний край для удерживания щетки на своем месте. Длина волокон щетки от оси вращения щетки предпочтительно составляет по меньшей мере около 0,4, более предпочтительно по меньшей мере около 0,6 радиуса недеформируемой сердцевины устройства для чистки поверхности, что приводит к образованию сердцевины изогнутой щетки с длинными пучками нитей, чтобы создать гибкий круглый внешний край устройства для чистки поверхности, что позволит устройству для чистки поверхности легко перемещаться вдоль объектов и между ними. Устройство для чистки поверхности может дополнительно содержать вентилятор для получения воздушного потока, не превышающего 6 л/с, предпочтительно 3 л/с, более предпочтительно 1,5 л/с.
Варианты осуществления изобретения, в которых имеется единственная торообразная щетка, обеспечивают преимущество в том, что для обеспечения того, чтобы другая щетка также вращалась, не требуется трансмиссии или зубчатой передачи.
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными из нижеописанных вариантов осуществления и будут пояснены со ссылкой на них.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет сечение устройства для чистки поверхности по первому варианту осуществления согласно изобретению;
Фиг. 2 иллюстрирует, как устройство для чистки поверхности по первому варианту осуществления может перемещаться вокруг ножки стула или ножки стола;
Фиг. 3A-3D представляют различные возможности, как двигатель может приводить в движение вращающуюся торообразную щетку по первому варианту осуществления;
Фиг. 4A-4B представляют варианты осуществления перемещаемого вручную устройства для чистки поверхности и робота-устройства для чистки поверхности согласно изобретению;
Фиг. 5 иллюстрирует, как устройство для чистки поверхности по одному варианту осуществления может перемещаться между ножками стула и ножками стола, разнесенными на меньшее расстояние, чем внешняя периферийная часть круглой щетки;
Фиг. 6 иллюстрирует, как торообразная щетка способна очищать углы комнаты;
Фиг. 7 иллюстрирует часть альтернативной торообразной щетки.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В вариантах осуществления предложено электрическое подметательное устройство, которое осуществляет уборку в каждом направлении, для использования в роботизированном приспособлении для чистки поверхности или ручном гибком устройстве для уборки. Путем создания блока с круглой поверхностью, имеющего вращающуюся торообразную щетку с микроволоконными «пальцами» по своему периметру, можно обеспечить быструю уборку поверхности, сопоставимую с уборкой пола шваброй. Торообразная щетка непрерывно вращается и захватывает грязь внутрь. Это создает быстрое всенаправленное взаимодействие, обеспечивает быструю и тщательную уборку вокруг предметов (например, ножек стула), и позволяет добиться чистоты в каждом направлении, в котором поверхностный блок используется. Кроме того, весь периметр поверхностного блока теперь является мягким и не повреждает мебель.
На Фиг. 1 показано сечение устройства для чистки поверхности по первому варианту осуществления согласно изобретению. Данное сечение устройства для чистки поверхности демонстрирует два сечения единственной щетки B, изогнутой вокруг центральной части CP устройства для чистки поверхности, сама же единственная щетка B имеет единственную ось A, проходящую вокруг центральной части CP. Базовую конструкцию данного первого варианта осуществления с круглой щеткой B, расположенной вокруг центральной части CP, можно также ясно понять из видов сверху по Фиг. 2-3 и 5-6.
В вариантах осуществления обеспечена щетка B из шениллового микроволокна, прикрепленная к гибкой оси A, например натяжной пружине, изогнутой вокруг контейнера DC для грязи в центральной части CP устройства. Шенилловое микроволокно, например, может быть подобно материалу, используемому компанией Microfiber Wholesale (Риверсайд, Калифорния) для своего изделия Chenille Microfiber High Duster Cover, или материалу, используемому компанией ATESCO Industrial Hygiene ltd для своего изделия Chenille Microfiber Overhead Pipe (MF115353) (для стирания пыли с труб верхней разводки). Шенилловые «пальцы» щетки B переносятся волоком по поверхности, захватывая грязь и высвобождая его в контейнер DC для грязи, как показано в сечении по Фиг. 1. Контейнер DC для грязи в центральной части CP может быть жестким. Нижний скат для направления грязи в контейнер DC для грязи может быть выполнен слегка гибким (например, путем добавления щетины), чтобы поддерживать гибкую работу устройства. Центральная часть CP имеет кромку E для сгибания торообразной щетки B, при этом грязь высвобождается из торообразной щетки B на конце кромки E, где торообразная щетка B переходит в ненапряженное состояние. Центральная часть CP имеет верхний край R, чтобы удерживать торообразную щетку B на своем месте. Не требуется, чтобы щетка B раскрывалась в самом устройстве. Например, устройство может иметь высоту 60 мм, в то время как щетка B имеет диаметр 80 мм. Щетка B может по-прежнему умещаться внутри центральной части CP, поскольку щетка B может деформироваться при ее вхождении в центральную часть CP, и увеличиваться в длину, когда она покидает центральную часть CP.
Сердцевина щетки B предпочтительно выполнена из гибкого материала. В одном варианте осуществления сердцевина щетки B выполнена из винтовой пружины, работающей на растяжение, поскольку винтовая пружина, работающая на растяжение, обладает высокой податливостью на изгиб, сохраняя при этом жесткость в направлении скручивания. В одном варианте осуществления используемая пружина имеет следующие размеры: диаметр пружины - 6 мм, диаметр проволоки - 0,8 мм. Могут использоваться различные пружины, если только они обладают достаточной гибкостью в направлении изгиба и способны выдерживать требуемый крутящий момент. Жесткость на изгиб не более 15 Нм/рад будет достаточной, при этом жесткость на изгиб не более 1,5 Нм/рад будет лучше, а еще меньшая жесткость на изгиб, составляющая не более 0,15 Нм/рад, будет предпочтительной. В отношении сопротивления сердцевины кручению: щетка должна быть способна выдерживать крутящий момент, прикладываемый щеткой. Гибкие сердцевины проявляют тенденцию к выгибанию под воздействием крутящего момента. Авторы изобретения определили, что при максимальном крутящем моменте Tmax, составляющем около 1,5 Нм, сердцевина должна сохранять устойчивость (т.е. не выгибаться в результате приложения слишком высокого крутящего момента).
Чистящие элементы-пальцы могут быть пришиты к тканевой подкладке, которая в свою очередь может быть обернута вокруг пружины, используемой в качестве оси A. Сердцевина соединена непосредственно с остовом на приводной оси. Приводная ось может быть соединена c обеих сторон (замыкая кольцо). В одном варианте осуществления щетка B удерживается на месте ее корпусом, т.е. верхнего края R центральной части CP. Другой возможный вариант удерживания щетки на месте, в том числе при поднятии, - посредством опорных пластин (перпендикулярных локальному вектору вращения сердцевины щетки), в которых образовано отверстие под подшипник, взаимодействующее с несущим элементом на сердцевине. Система обладает наилучшими субъективно оцениваемыми рабочими характеристиками, когда элементы щетки являются очень гибкими и имеют некоторый объем. Подходящий материал - микроволокно, вшитое в пальцеобразные элементы. Существует также возможность использовать материалы наподобие метелки из перьев для удаления пыли. Многие микроволоконные материалы выполнены из полиэфира.
Вращающиеся шенилловые волокна могут легко осуществлять уборку вокруг ножки стула/ножки L стола просто путем передвижения блока с одной стороны, как показано на Фиг. 2.
Ось A щетки приводится в движение электрическим двигателем M, как и в обычных электрических подметательных устройствах. Мощность может передаваться на ось A посредством цепной или ременной передачи, либо зубчатой передачи, см. Фиг. 3A-3C. В качестве альтернативы электрический двигатель M может быть установлен на одной линии с гибкой осью A и прикрыт нитями щетки B, см. Фиг. 3D.
Изобретение может применяться одновременно в роботах-уборщиках и гибких устройствах для уборки. В случае гибких устройств для уборки должен присутствовать универсальный шарнир, обладающей свободой вращения в плоскости XY (как широко известный карданный шарнир), а также штанга S сверху поверхностного блока, как показано на Фиг. 4A. Благодаря наличию поворотного шарнира, например, снабженного подшипниками, блок может легко передвигаться вокруг ножки L стула, как показано на Фиг. 2. В роботе-уборщике в центральной части CP блока должны располагаться приводная передача и колеса W, находящиеся в нижней части контейнера DC для грязи, как показано на Фиг. 4B.
Фиг. 5 иллюстрирует, как устройство для чистки поверхности по одному варианту осуществления может перемещаться между ножками стула и ножками L стола, разнесенными на меньшее расстояние, чем внешняя периферийная часть торообразной щетки B. В зависимости от гибкости оси A (например, винтовая пружина является гибкой) устройство по-прежнему способно осуществлять уборку между ножками L, разнесенными на расстояние, которое меньше диаметра оси A вокруг центральной части CP, однако очевидно, что устройство не может перемещаться между ножками L, разнесенными на расстояние менее диаметра центральной части CP.
Фиг. 6 иллюстрирует, как торообразная щетка B способна очищать углы комнаты, в которой имеются стены W. Для этого торообразная щетка B должна иметь нити, которые являются достаточно длинными, чтобы достичь угла, когда щетка проталкивается в угол. В частности,
Rbrush ≥ 0,414*Rnozzle, где
Rbrush - длина нитей щетки, а
Rnozzle - радиус твердой недеформируемой центральной части устройства.
Rnozzle представляет собой радиус центральной части CP, если ось A щетки является гибкой, и радиус оси A щетки, если ось A щетки с трудом поддается деформированию.
Чтобы в действительности очистить поверхность, волокна должны быть даже еще длинней, чтобы позволить волокнам щетки достичь угла на уровне поверхности:
Rbrush ≥ 0,586*Rnozzle.
Фиг. 7 иллюстрирует часть альтернативной торообразной щетки, в которой сердцевина щетки выполнена из множества (например по меньшей мере 20, предпочтительно по меньшей мере 30) жестких центровых элементов, взаимодействующих в качестве хомутов, при этом каждый хомут имеет свои собственные элементы щетки. Чем больше имеется хомутов, тем более гибкой будет щетка.
Устройство для чистки поверхности по одному варианту осуществления может чистить поверхность при входной мощности, составляющей всего лишь 9 В * 2,1 А = 19 Вт. Круглая щетка потребляет больше энергии, чем прямолинейная, однако 19 Вт - все же действительно малая величина по сравнению с пылесосами со штангой, которые обычно потребляют около 140 Вт. В данном предпочтительном варианте осуществления не требуется использовать мощность всасывания. В одном варианте осуществления скорость вращения может быть довольно низкой: 200 об/мин (оборотов в минуту) представляется достаточной. В процессе хождения и проведения уборки скорость микроволокна, переносимого по поверхности, должна быть чуть выше, чем в случае передвижения устройства для чистки поверхности по поверхности.
Задача уборки устройством для чистки поверхности согласно настоящему изобретение предпочтительно может быть выполнена при наличии лишь вращающейся изогнутой щетки B. Это приводит к решению, требующему лишь минимального количества энергии, так что будет достаточно использовать малую батарейку, либо можно будет легко осуществить уборку относительно больших площадей, не прибегая к необходимости перезарядки батарейки. Однако для решения проблемы, заключающейся в том, что только лишь чистка поверхности щеткой может привести к образованию небольшого облака пыли, если имеет место мелкая пыль, можно добавить небольшой вентилятор и дополнительный фильтр. Это создаст небольшой воздушный поток, направленный внутрь, чтобы не допустить образования облака пыли. Это существенно повысит субъективно оцениваемые рабочие характеристики устройства. Примеры некоторых величин: обычные пылесосы со штангой создают воздушный поток около 15 л/с. Роботы-пылесосы создают воздушный поток около 6 л/с, что служит хорошей отправной точкой. Более предпочтителен воздушный поток, не превышающий 3 л/с, поскольку чем меньше воздушный поток, тем меньше образуется шума и тем меньше может быть фильтр. Наиболее предпочтительный воздушный поток не превышает 1,5 л/с, поскольку при таком потоке даже высокоэффективный сухой воздушный фильтр может иметь малые размеры, при этом устройство будет запитываться, имея в своем составе относительно небольшой вентилятор, потребляющий лишь малое количество энергии. Также при наличии вентилятора пыль предпочтительно собирается в центральной части CP, например, как это сделано в роботе-пылесосе.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, при этом специалисты в данной области техники смогут разработать множество альтернативных вариантов осуществления без отступления от объема притязаний прилагаемой формулы изобретения. Например, торообразная щетка B может не полностью представлять собой тор, а быть лишь изогнутой щеткой, которая только частично окружает центральную часть CP. Щетке B не требуется иметь форму (частичного) кольца вокруг центральной части CP, и она может иметь форму (частичного) овала вокруг центральной части CP, сама же центральная часть CP в этом случае также имеет периферийную часть по меньшей мере частично в форме овала, при этом выражение “(частично) вокруг”, таким образом, не следует толковать как подразумевающее (частично) круглую форму. Другие альтернативные варианты осуществления могут содержать множество торообразных щеток, расположенных, например, как головки бритвы в роторных бритвах с двумя головками или тремя головками. Ось A вращения не должна быть на 100% параллельна поверхности, подлежащей чистке; она может располагаться под небольшим углом относительно этой поверхности. В формуле изобретения ни одну из ссылочных позиций, помещенных в скобки, не следует толковать как ограничивающую формулу изобретения. Термин "содержащий" не исключает наличия элементов или этапов, отличных от перечисленных в формуле изобретения. Неопределенный артикль, предшествующий элементу, не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано с помощью аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов. В пункте формулы изобретения на устройство, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы с помощью одного и того же элемента аппаратных средств. Сам по себе тот факт, что некоторые критерии излагаются в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что совокупность этих критериев не может использоваться с пользой.