УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ПОДВИЖНО РАСПОЛОЖЕННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕКРАЩЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА
DEVICE COMPRISING MOVABLE FUNCTIONAL ELEMENT AND SAFETY MECHANISM FOR TERMINATING MOVEMENT OF FUNCTIONAL ELEMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для осуществления действия на поверхности, содержащему, по меньшей мере, один подвижно расположенный функциональный элемент сбоку от устройства, предназначенный для обращения к поверхности, приводной механизм для приведения в действие функционального элемента и предохранительный механизм для отсоединения приводного механизма от функционального элемента, когда нагрузка, приложенная к функциональному элементу в направлении приводного механизма под действием сил сопротивления, испытываемых функциональным элементом, превышает заданное максимальное значение.
Предпосылки изобретения
Устройство, как упомянуто, известно из US 2003/196294. В случае, описанном в данном документе, устройством является устройство для очистки поверхности, функциональным элементом является щетка для удаления загрязняющих частиц с поверхности, и предохранительный механизм содержит магнитную муфту, которая расположена в механическом приводе, соединяющем щетку с электродвигателем для приведения в действие щетки.
В соответствии с идеей US 2003/196294 иногда может оказаться, что когда используется устройство для очистки и щетка осуществляет вращательное движение, щетка опутывается инородными предметами, которые заставляют щетку замедлять скорость или полностью останавливаться. В таких случаях инородный предмет может повредиться за счет усилия, приложенного к предмету вращающейся щеткой, когда щетка застревает. В качестве альтернативы или в дополнение, электродвигатель для приведения в движение щетки может повредиться. Например, если двигателем является электродвигатель, двигатель может перегреваться за счет потребления чрезмерного тока вследствие застревания щетки.
За счет использования магнитной муфты можно прекратить вращение щетки, если щетка застряла. Этот тип муфты содержит два элемента, такие как противоположные пластины, которые содержат магниты. При нормальных условиях силы притяжения между магнитами на противоположных пластинах будут соединять магнитным способом пластины вместе. Соответственно, поворот одной пластины будет заставлять поворачиваться другую пластину. Однако, так как пластины не соединены физически, если заданная величина крутящего момента приложена к одной из пластин, что происходит, когда щетка застревает, пластины будут разъединяться магнитным способом.
Следовательно, непрерывное вращение одной из пластин не будет заставлять вращаться противоположную пластину, в результате чего повреждение щетки, любого предмета, запутанного в щетке, а также электродвигателя для приведения в движение щетки предотвращено.
Практическим примером постороннего предмета, который может заставить щетку перестать вращаться, является электрический шнур, лежащий на поверхности, подлежащей очистке. Когда это происходит, может возникнуть очень опасная ситуация, когда щетка не отсоединена от электродвигателя. Все дело в том, что щетка и шнур могут взаимодействовать таким образом, что шнур отделяется от своего изоляционного слоя, оголяя медь шнура, что может вызвать или короткое замыкание и, таким образом, возможный пожар, или удар током пользователя при попытке вытащить шнур рукой.
На практике оказывается, что использование муфты для отсоединения щетки от электродвигателя не гарантирует, что не произойдет повреждение электрического шнура. Особенно, когда щетка сталкивается с относительно толстым шнуром. Может оказаться, что шнур не наматывается вокруг щетки вследствие своей негибкости, так что щетка трется о шнур, в то время как трение не является достаточным для достижения уровня крутящего момента, при котором муфта отсоединяется. Ввиду возможности такой ситуации целью настоящего изобретения является усовершенствование предохранительного механизма устройства, содержащего, по меньшей мере, один подвижно расположенный функциональный элемент, который используется при осуществлении действия на поверхности, такой как щетка, который используется при осуществлении очищающего действия, как описано в вышеизложенном.
Краткое описание изобретения
Цель настоящего изобретения достигается с помощью устройства для осуществления действия на поверхности, содержащего, по меньшей мере, один подвижно расположенный функциональный элемент на боковой стороне от устройства, предназначенный для обращения к поверхности, приводное средство для приведения в движение функционального элемента, основное предохранительное средство для отсоединения приводного средства от функционального элемента, когда нагрузка, приложенная к функциональному элементу в направлении приводного средства под действием сил сопротивления, испытываемых функциональным элементом, превышает заданное максимальное значение, и дополнительное предохранительное средство, которое подвижно расположено в окрестности функционального элемента, и которое может прикладывать нагрузки к основному предохранительному средству в разных степенях в разных положениях на боковой стороне основного предохранительного средства, соединенного с функциональным элементом.
Как упомянуто в вышеизложенном, устройством может быть устройство для осуществления очищающего действия на полу или другом типе поверхности, и функциональный элемент может содержать, например щетку, причем щетка имеет цилиндрическую форму, которая может вращаться вокруг продольной оси цилиндра. Кроме того, основное предохранительное средство может содержать муфту, например, магнитную муфту, как известно из US 2003/196294, в этом случае отсоединяющее действие включает в себя проскальзывание муфты, или муфту, имеющую один или более смещающих элементов. Муфта может быть расположена в любом подходящем положении для отсоединения приводного средства от функционального элемента, причем возможно, чтобы муфта была встроена в функциональном элементе по желанию для ссылки на пример положения. При этом следует отметить, что когда функциональный элемент содержит щетку, действительно, подходящим положением отсоединяющего действия основного предохранительного средства является положение между приводным средством и щетинками щетки, причем основное предохранительное средство может быть расположено таким образом, чтобы вызывать, например, повреждение выходного вала приводного средства, или может быть расположено на другом конце возможного предела, то есть, например, для отсоединения несущего элемента, поддерживающего щетинки щетки, от стержня щетки.
Конкретным признаком устройства в соответствии с настоящим изобретением является дополнительное предохранительное средство. Как указано в вышеизложенном, это средство является подвижным, может прикладывать нагрузки к основному предохранительному средству в разных степенях в разных положениях на боковой стороне основного предохранительного средства, соединенного с функциональным элементом. Будет объяснено, как такое средство может фактически обеспечивать уровень безопасности в устройстве. На основании его подвижного расположения и его способности изменять степень, при которой оно прикладывает нагрузки к основному предохранительному средству, можно иметь как положение по умолчанию дополнительного предохранительного средства, в котором оно прикладывает только минимальную нагрузку к основному предохранительному средству, так что основное предохранительное средство не приводится в действие для осуществления отсоединяющего действия под действием дополнительного предохранительного средства, так и активированное положение дополнительного предохранительного средства, в котором оно прикладывает нагрузку к основному предохранительному средству, которая значительно больше минимальной нагрузки, так что может быть получено значительное увеличение общей нагрузки, испытываемой основным предохранительным средством в направлении приводного средства, причем общая нагрузка может быть достаточно большой для вызывания отсоединяющего действия основного предохранительного средства. В соответствии с практическим вариантом дополнительное предохранительное средство может быть выполнено с возможностью приложения нагрузок к основному предохранительному средству косвенным способом, то есть через другой элемент устройства для осуществления действия на поверхности. Например, дополнительное предохранительное средство может быть выполнено с возможностью приложения нагрузок к основному предохранительному средству через функциональный элемент. В частности, в этом случае дополнительное предохранительное средство может контактировать с функциональным элементом и, таким образом, прикладывать силы сопротивления к функциональному элементу в разных степенях в разных положениях. Положением по умолчанию является положение, в котором контакт дополнительного предохранительного средства с функциональным элементом находится на минимальном уровне, так что перемещение функционального элемента не затруднено во время работы устройства, и активированным положением является положение, в котором контакт, как упомянуто, осуществляется на значительно более высоком уровне, в результате чего функциональный элемент передает нагрузку приводному средству. Дополнительное предохранительное средство расположено в окрестности функционального элемента, причем местоположение этого средства может быть таким, что когда функциональный элемент сталкивается с посторонним предметом, это средство также сталкивается с этим предметом и перемещается из положения по умолчанию в активированное положение в результате этого. Таким образом, возникает ситуация, в которой, во-первых, нагрузка, приложенная функциональным элементом в направлении приводного средства, увеличена под действием контакта между функциональным элементом и посторонним предметом и, во-вторых, даже дополнительно увеличена под действием контакта между функциональным элементом и дополнительным предохранительным средством. Следовательно, даже когда первый фактор является недостаточным для принудительного осуществления основным предохранительным средством его функции отсоединения, что может иметь место, когда, например, посторонним предметом является относительно толстый электрический шнур, второй фактор определенно является достаточным, так что функция отсоединения основного предохранительного средства гарантирована, и повреждение постороннего предмета, функционального элемента и/или приводного средства предотвращено.
При использовании настоящего изобретения обеспечено повышение известных мер безопасности, которые включают в себя использование муфты, на основании того факта, что силы сопротивления, испытываемые функциональным элементом при столкновении с посторонним предметом, дополняются нагрузкой, получаемой от приведения в действие дополнительного предохранительного средства, что может быть вызвано контактом между дополнительным предохранительным средством и посторонним предметом, как объяснено в вышеизложенном. Без использования дополнительного предохранительного средства может возникнуть ситуация, в которой силы сопротивления, приложенные посторонним предметом к функциональному элементу, не являются достаточно большими для приведения в действие основного предохранительного средства для отсоединения функционального элемента от приводного средства, хотя являются достаточными и действующими достаточно долго, чтобы вызвать повреждение, и ситуация может оказаться очень опасной для пользователя, особенно когда посторонним предметом является электрический шнур или ему подобное. Для ясности, следует отметить, что следует понимать, что силы сопротивления означают силы, противодействующие перемещению функционального элемента, такие как силы сопротивления, возникающие вследствие контакта. Другой пример сил сопротивления используется в ситуации, в которой функциональный элемент содержит щетку, когда сопротивление вызвано не только трением, но и столкновением с посторонним предметом щетинок щетки и воздуха, приводимого в движение щеткой.
В практическом варианте осуществления дополнительное предохранительное средство может содержать элемент для осуществления функции контакта с функциональным элементом, причем элемент перемещается между, по меньшей мере, одним положением, в котором уровень контакта между элементом и функциональным элементом находится на минимуме, причем может даже не быть контакта совсем, и, по меньшей мере, другим положением, в котором элемент контактирует с функциональным элементом в гораздо большей степени. В соответствии с одним вариантом, существующим в пределах объема настоящего изобретения, элементом может быть элемент, который вращается вокруг оси вращения и который имеет различные радиальные размеры относительно оси вращения. В случае различных радиальных размеров можно иметь, по меньшей мере, одно положение, связанное с относительно малым радиусом, в котором осуществляется минимальный контакт с функциональным элементом, и, по меньшей мере, одно положение, связанное с относительно большим радиусом, в котором осуществляется повышенный уровень контакта с функциональным элементом.
Особенно, если функциональный элемент содержит щетку или ей подобное, имеющую цилиндрическую форму, очень практично, чтобы дополнительное предохранительное средство содержало стержень, который вращается вокруг своей продольной оси и который имеет некруглую площадь поперечного сечения. В таком случае стержень и функциональный элемент могут быть расположены таким образом, чтобы проходить, по существу, параллельно друг другу. Когда положение стержня является таким, что участок стержня, имеющего относительно малый радиус, обращен к функциональному элементу, может возникнуть ситуация, в которой осуществляется минимальный контакт стержня с функциональным элементом, и когда положение стержня является таким, что участок стержня, имеющего относительно большой радиус, обращен к функциональному элементу, может возникнуть ситуация, в которой обеспечен повышенный уровень контакта стержня с функциональным элементом. Первое положение может быть выбрано как положение по умолчанию стержня. Когда с посторонним предметом сталкивается функциональный элемент и стержень, осуществляется вращение стержня вокруг своей продольной оси, так как предмет, с одной стороны, и функциональный элемент и стержень, с другой стороны, перемещаются относительно друг друга, что заставляет стержень контактировать более интенсивно с функциональным элементом, так что дополнительные силы сопротивления приложены к функциональному элементу и в результате чего приводится в действие основное предохранительное средство.
Площадью некруглого поперечного сечения стержня может быть, например, площадь ромбовидного поперечного сечения. Ясно, что такой стержень имеет наименьший размер, то есть вдоль короткой оси ромбовидной формы, и наибольший размер, то есть вдоль длинной оси ромбовидной формы. В соответствии с другим вариантом стержень может содержать прямоугольный центральный участок и два треугольных участка, расположенных на противоположных сторонах центрального участка. В соответствии с еще одним вариантом стержень может иметь прямоугольную площадь поперечного сечения. В последнем случае стержень является очень устойчивым к ложным запускам, но не является очень чувствительным к посторонним предметам, таким как шнуры. В случае ромбовидной формы это происходит более или менее, наоборот, т.е устойчивость к ложным запускам является относительно низкой, а чувствительность к посторонним предметам является относительно высокой. Когда стержень имеет прямоугольный центральный участок и два треугольных участка, расположенных на противоположных сторонах центрального участка, это является фактически сочетанием прямоугольной формы и ромбовидной формы, причем можно добиться как высокой устойчивости к ложным запускам, так и высокой чувствительности к посторонним предметам.
Другим фактором, влияющим на устойчивость вращающегося стержня, является расположение продольной оси стержня относительно оси, вокруг которой вращается функциональный элемент, в ситуации, в которой подвижное расположение функционального элемента является вращательным расположением. Предпочтительно обеспечить толщину стержня и/или установить стержень со сдвигом, т.е. дать возможность продольной оси стержня проходить на другом уровне в устройстве, чем ось, вокруг которой вращается функциональный элемент, причем каждый уровень находится на разном расстоянии относительно поверхности, подлежащей обработке с помощью устройства в рабочем положении устройства относительно поверхности. В частности, поскольку рассмотрен вариант установки со сдвигом, предпочтительно, когда продольная ось стержня проходит на уровне в устройстве, при котором стержень расположен дальше наружу, чем ось, вокруг которой вращается функциональный элемент, т.е. на уровне, при котором продольная ось стержня находится ближе к поверхности, подлежащей обработке с помощью устройства, чем ось, вокруг которой функциональный элемент вращается в рабочем положении устройства относительно поверхности, что и в таком случае устойчивость стержня может быть наибольшей. Фактически, когда выбран вариант со сдвигом наружу, оптимальное расположение стержня может быть осуществлено за счет оптимального сочетания устойчивости и функциональности, причем последняя включает в себя отсутствие контакта с функциональным элементом в положении по умолчанию и контакт с функциональным элементом в активированном положении.
Устройство может содержать более одного функционального элемента, например два функциональных элемента. В таком случае, преимущественно, если дополнительное предохранительное средство расположено в положении между элементами, так что дополнительное предохранительное средство может контактировать с обоими функциональными элементами, если они сталкиваются с посторонним предметом и перемещаются этим предметом. Когда имеется два функциональных элемента, основное предохранительное средство может содержать одну муфту для обоих функциональных элементов или две муфты, причем каждая из муфт соединена с другим из функциональных элементов. Какой бы не была ситуация, за счет использования дополнительного предохранительного средства в варианте осуществления, в котором оно может контактировать с функциональными элементами, достигнуто то, что дополнительные силы сопротивления приложены к функциональным элементам, так что основное предохранительное средство эффективно приводится в действие, причем повреждение любого вида и опасность для пользователя предотвращены.
Предпочтительно, если предприняты меры для предотвращения ситуации, в которой пользователь может просто повторно включить устройство без предварительного удаления постороннего предмета. При этом устройство может содержать средство определения для определения отсоединяющего действия основного предохранительного средства во время работы устройства и выдачи управляющего сигнала, если происходит отсоединяющее действие, и средство управления для приема управляющего сигнала, завершения работы приводного средства после приема сигнала и запрашивания ручной повторной установки от пользователя устройства до того, как приводное средство сможет быть снова приведено в действие. Другим вариантом является то, что средство определения выполнено с возможностью определения перемещения дополнительного предохранительного средства во время работы устройства и выдачи управляющего сигнала, если перемещение больше заданного максимального значения. Если дополнительное предохранительное средство содержит стержень, как описано в вышеизложенном, заданное максимальное значение перемещения дополнительного предохранительного средства может быть, например, поворотом стержня на 40 градусов.
Настоящее изобретение применяется в различных случаях. Конкретным случаем является случай, в котором функциональный элемент содержит щетку, имеющую мягкие и гибкие щетинки, причем линейная плотность массы щетинок щетки ниже 150 г на 10 км. При использовании такой щетки при столкновении с посторонним объектом объект может легко достигать участка стержня щетки. Когда объектом является электрический шнур, контакт между шнуром и участком стержня щетки вызывает отделение шнура от его изоляционного слоя в течение очень короткого периода времени, если щетка не отсоединяется от приводного средства как можно быстро. На основании функциональности дополнительного предохранительного средства в соответствии с настоящим изобретением гарантировано, что нагрузка, приложенная к основному предохранительному средству, почти сразу увеличивается до такого уровня, что осуществляется приведение в действие основного предохранительного средства.
2
Что касается устройства, имеющего щетку с мягкими и гибкими щетинками, как упомянуто, следует отметить, что такое устройство пригодно для использования в качестве устройства для очистки, которое может содержать средство для создания всасывающей силы в рабочей части устройства, где расположена щетка, подобно пылесосу, но которое также может быть выполнено без такого средства. В любом случае при использовании конкретного типа щетки, как упомянуто, очищающее действие относительно поверхности не осуществляется посредством терки поверхности, как обычно можно ожидать при использовании щетки, но посредством поочередного введения щетинок щетки в контакт и выведения из контакта с поверхностью во время вращения щетки. В частности, во время одного оборота щетки щетинки щетки удаляют частицы и/или капельки жидкости с загрязненной поверхности на основании того, что частицы и/или капельки прилипают к щетинкам щетки или, по меньшей мере, перемещаются из своего исходного местоположения щетинками щетки и отбрасывают частицы и/или капельки, когда они достигают положения, в котором они не контактируют с поверхностью и в котором они полностью могут выпрямляться. Преимущественно, в рабочей части устройства для очистки расположено средство для приема частиц и/или капелек и для возможного перемещения частиц и/или капелек в отделение, где они собираются. Для осуществления эффективного процесса отбрасывания частиц и/или капелек, которые были удалены с поверхности, вращение щетки должно происходить с конкретной угловой скоростью. Угловая скорость щетки может быть выбрана такой, чтобы ускорение на концах щетинок щетки могло быть выше 3000 м/сек в некоторый момент времени, что может иметь место, когда угловая скорость составляет, по меньшей мере, 6000 об/мин и диаметр щетки находится в диапазоне 20-80 мм, когда щетинки щетки полностью вытянуты, например. Кроме того, возможно, чтобы устройство для очистки подавало очищающую жидкость во вращающуюся щетку для ускорения прилипания частиц к щетинкам щетки и/или для осуществления дополнительного очищающего эффекта на поверхности, подлежащей очистке, но это не является необходимым.
Вышеописанные и другие аспекты настоящего изобретения станут понятными и будут объяснены со ссылкой на нижеследующее подробное описание устройства, которое пригодно для использования для очистки поверхностей, таких как полы, и которое содержит две вращающиеся щетки и предохранительный механизм для остановки щеток при столкновении с посторонним предметом, таким как электрический шнур, причем предохранительный механизм содержит стержень, который расположен с возможностью вращения в окрестности щеток, кроме того, муфты для отсоединения щеток от электродвигателя для приведения их в движение.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет объяснено более подробно со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые или подобные части обозначены одними и теми же ссылочными позициями, и на которых:
фиг.1 - схематичный вид в разрезе рабочей части устройства для очистки, содержащего две вращающиеся щетки;
фиг.2 показывает, как относительно тонкий электрический шнур может быть намотан вокруг одной из щеток при столкновении с ним рабочей части устройства для очистки;
фиг.3 показывает, как относительно тонкий электрический шнур может быть протолкнут на участок стержня одной из щеток при столкновении с ним рабочей части устройства для очистки;
фиг.4 - блок-схема ряда элементов устройства для очистки, в частности, щеток, электродвигателя для приведения в движение щеток, муфт, расположенных между каждой из щеток и электродвигателем, предохранительного стержня;
фиг.5 показывает применение предохранительного стержня в устройстве для очистки в положении между щетками, причем показаны четыре стадии поворота предохранительного стержня вокруг своей продольной оси;
фиг.6 - перспективный вид предохранительного стержня; и
фиг.7 - предпочтительная форма площади поперечного сечения предохранительного стержня.
Подробное описание вариантов осуществления
На фиг.1 изображена рабочая часть 10 устройства 1 для очистки, вмещающая две вращающиеся щетки 21, 22. Устройство 1 для очистки пригодно для использования для очистки поверхностей, таких как полы, в котором щетки 21, 22 предназначены для контакта с поверхностями, подлежащими очистке, и для этой цели расположены на открытой стороне рабочей части 10, вмещающей щетки. Для полноты следует отметить, что на фиг.1 изображена рабочая часть 10, вмещающая щетки, в нормальном функциональном положении для очистки горизонтальной поверхности 2, и направления, в которых щетки 21, 22 вращаются во время работы устройства, указаны с помощью изогнутых стрелок.
Щетки 21, 22 являются такими же мягкими, как валики для нанесения краски, и содержат множество очень гибких щетинок, которые могут подхватывать частицы и/или капельки с поверхности 2 на основании эффектов прилипания и, кроме того, которые могут освобождать подхваченные частицы и/или капельки в положении внутри рабочей части 10, вмещающей щетки. Фактически, при вращении щеток 21, 22 щетинки щетки подхватывают частицы и/или капельки в одной части каждого оборота и отбрасывают частицы и/или капельки в другой части каждого оборота. Предпочтительно, чтобы щетки 21, 22 оставались в положении относительно поверхности 2, в котором, как предполагается, щетки 21, 22 находятся на стороне, где находится поверхность 2, так как длина, вдоль которой щетинки щетки контактируют с поверхностью 2, увеличена таким образом, и эффект освобождения захваченных частиц и капелек повышается во время стадии, на которой щетинки щетки перемещаются из предполагаемого для использования состояния в вытянутое состояние. Очищающее действие, осуществляемое с помощью щеток 21, 22, более или менее сравнимо с очищающим действием мытья машины.
Устройство 1 для очистки содержит средство (не показано) для создания всасывающей силы в рабочей части 10, вмещающей щетки, на основании пониженного давления. Под воздействием всасывающей силы частицы и/или капельки, освобожденные щетками 21, 22, переносятся далее в образованное отделение 11 внутри устройства 1 для очистки, как указано с помощью ряда прямых стрелок на фиг.1. Внутри этого отделения 11 происходит отделение загрязняющих частиц от воздуха способом, известным по сути, как указано с помощью изогнутых стрелок, расположенных по кругу на фиг.1, в результате чего достигается то, что частицы и/или капельки остаются в этом отделении 11, в то время как выпускается чистый воздух.
Для полноты следует отметить, что устройство 1 для очистки пригодно как для сухой очистки, так и влажной очистки. Устройство 1 для очистки может иметь средство для подачи очищающей жидкости на поверхность 2 возможно через щетки 21, 22, но это не является необходимым. Также возможно, чтобы устройство 1 для очистки использовало жидкость, которая уже присутствует на поверхности 2. Этой жидкостью даже может быть загрязненная жидкость, так как большая часть жидкости удаляется с поверхности 2 щетинками щеток 21, 22 в конце.
Может оказаться, что на поверхности 2 находится объект. Если пользователь устройства 1 для очистки не замечает своевременно этот объект и не предпринимает соответствующего действия по перемещению его в сторону или перемещению рабочей части 10, вмещающей щетки, рядом с ним вращающиеся щетки 21, 22 сталкиваются с этим объектом. Если объектом является электрический шнур, шнур подхватывается щетками 21, 22 и переносится в рабочую часть 10, вмещающую щетки, при этом возникает большой риск того, что шнур повреждается щетками 21, 22, особенно, с учетом того, что предпочтительно, чтобы щетки 21, 22 вращались с довольно высокой скоростью, чтобы быть эффективными в очищающем действии, например скоростью порядка 7000 об/мин. Ожидается, что щетки 21, 22 трут по изоляционному слою шнура и при этом разрушают его. В результате, получаются неизолированные электрические провода, что является очень опасной ситуацией, которая даже может включать в себя поражение электротоком или пожар.
Фиг.2 служит для иллюстрации того, что происходит, когда рабочая часть 10, вмещающая щетки, сталкивается с относительно тонким электрическим шнуром 31. Когда шнур 31 входит в контакт с одной из щеток 21, 22, щетинки щетки стремятся намотаться вокруг него, более или менее подобно кнуту, и затянуть шнур 31 внутрь рабочей части 10, вмещающей щетки. На этой стадии шнур 31 не повреждается, но эффективно захватывается соответствующей щеткой 21, 22. Однако, так как щетки 21, 22 продолжают вращаться, шнур 31 наматывается вокруг соответствующей щетки 21, 22, таким образом, образуя ленточный тормоз, который прижат к участку стержня щетки 21, 22. В процессе возникают силы трения, так что создается тепло, под воздействием которого изоляционный слой шнура 31 расплавляется, когда не предпринимаются меры безопасности для немедленного прекращения этого процесса. На фиг.2 изображено, как электрический шнур 31 может оборваться в положении, в котором он намотан вокруг одной из щеток 21, 22.
Также возможен обрыв относительно тонкого электрического шнура 31, который наматывается вокруг обеих щеток 21, 22 и отделяется от своего изоляционного слоя. В любом случае, когда с относительно тонким электрическим шнуром 31 сталкивается рабочая часть 10, вмещающая щетки, устройства 1 для очистки во время очищающего действия, по-видимому, происходит то, что шнур 31 крайне интенсивно втягивается в рабочую часть 10, вмещающую щетки, и оголяется в очень короткий период времени, даже менее, чем за секунду, вследствие больших сил трения, действующих между стержнем, по меньшей мере, одной из щеток 21, 22 и шнуром 31.
Фиг.3 служит для иллюстрации того, что происходит, когда рабочая часть 10, вмещающая щетки, сталкивается с относительно толстым электрическим шнуром 32. Относительно толстый электрический шнур 32 является менее гибким, чем относительно тонкий электрический шнур 31, до такой степени, что он не будет наматываться вокруг одной или обеих щеток 21, 22. В основном, можно ожидать, что относительно толстый электрический шнур 32 будет оставаться под одной щеткой 21, 22 и поднят и находиться на другой щетке 21, 22. В результате того, что электрический шнур 32 поднят второй щеткой 21, 22, электрический шнур 32 протолкнут к стержню первой щетки 21, 22. При этом создаются повышенные уровни силы трения и электрический шнур 32 отделяется от своего изоляционного слоя за считанные секунды, когда не используется предохранительное средство для немедленного прекращения этого процесса. Фиг.3 показывает, как электрический шнур 32 может оборваться в положении, в котором он расположен под одной из щеток 21, 22 и поднят другой из щеток 21, 22. Для полноты следует отметить, что на фиг.3 изображен вид сверху щеток 21, 22, так что сторона щеток 21, 22, которая видна на чертеже, является стороной, обращенной от поверхности, где захвачен электрический шнур 32. То же самое применимо к фиг.2. Кроме того, следует отметить, что на обоих фиг.2 и 3 изображены только щетки 21, 22, рама 12 рабочей части 10, вмещающей щетки, окружающая щетки 21, 22, и участок электрического шнура 31, 32.
Фиг.4 схематично изображает ряд элементов устройства 1 для очистки. Кроме щеток 21, 22, устройство 1 для очистки содержит электродвигатель 23 для приведения в движение щеток 21, 22 и муфты 24, 25, расположенные между каждой из щеток 21, 22 и электродвигателем 23. Муфты 24, 25 являются частью предохранительного механизма устройства 1 для очистки и служат для ограничения крутящего момента, который передается щеткам 21, 22. Когда с посторонним предметом, таким как электрический шнур 31, 32, особенно, относительно тонким электрическим шнуром 31, сталкивается щетка 21, 22, сразу возникает относительно большой крутящий момент, в результате чего муфта 24, 25, соединенная с соответствующей щеткой 21, 22, начинает проскальзывать. В случае муфты 24, 25 в состоянии проскальзывания движущая сила больше не передается щетке 21, 22, так что вероятность того, что электрический шнур 31, 32 повредиться, исключена. Для полноты следует отметить, что также возможно оснащение устройства 1 для очистки только одной муфтой 24, 25, при этом обе щетки 21, 22 соединены с этой муфтой 24, 25. Однако преимущественно использовать две муфты 24, 25, поскольку в этом случае предохранительный механизм является более чувствительным к нагрузкам, которые приложены к каждой отдельной щетке 21, 22.
В устройстве 1 для очистки предпочтительно использовать тип муфты 24, 25, который может отсоединять щетки 21, 22 от электродвигателя 23. Например, муфтами 24, 25 могут быть магнитные муфты 24, 25, которые противодействуют крутящему моменту до определенного уровня. Если этот уровень превышен, муфты 24, 25 будут проскальзывать и, таким образом, осуществлять функцию отсоединения.
В соответствии с настоящим изобретением предохранительный механизм устройства 1 для очистки содержит не только, по меньшей мере, одну муфту 24, 25, но также содержит предохранительный стержень 40, который расположен таким образом, чтобы вращаться вокруг своей продольной оси 41 и который расположен в положении между щетками 21, 22. В более общей формулировке, можно сказать, что предохранительный механизм содержит основное предохранительное средство 24, 25 для отсоединения электродвигателя 23 от одной щетки 21, 22 или обеих щеток 21, 22, когда крутящий момент, приложенный щеткой 21, 22 или щетками 21, 22, в направлении электродвигателя 23 под действием сил сопротивления, испытываемых щеткой 21, 22 или щетками 21, 22, превышает заданное максимальное значение, и дополнительное предохранительное средство 40, которое подвижно расположено в окрестности, по меньшей мере, одной щетки 21, 22 и которое может контактировать со щеткой 21, 22 и, таким образом, прикладывать силы сопротивления к щетке 21, 22 в разных степенях в разных положениях. В случае предохранительного стержня 40 способность, как упомянуто, может быть достигнута, когда предохранительный стержень 40 имеет площадь некруглого поперечного сечения.
Работа предохранительного стержня 40 увеличивает крутящий момент, когда электрический шнур 31, 32 проходит в рабочую часть 10, вмещающую щетки. Без предохранительного стержня 40 только электрический шнур 31, 32 может создавать крутящий момент на, по меньшей мере, одной из щеток 21, 22. Практически, оказывается, что это работает довольно хорошо с относительно тонкими шнурами 31, что и в этом случае создается эффект ленточного тормоза со щеткой 21, 22, как объяснено в вышеизложенном. Однако оказывается, что это не работает надежно с более толстыми шнурами 32. За счет использования предохранительного стержня 40, который расположен таким образом, чтобы вращаться вокруг своей продольной оси 41 под действием контакта со шнуром 31, 32 или ему подобным и, таким образом, создавать повышенный уровень контакта со щетками 21, 22, эта проблема решена. Повышенный уровень контакта предохранительного стержня 40 со щеткой 21, 22 автоматически включает в себя повышенный уровень сил сопротивления, действующих на щетку 21, 22, так что основное предохранительное средство, т.е., по меньшей мере, одна муфта 24, 25, надежно приводится в действие для отсоединения щетки 21, 22 от электродвигателя 23.
Работа предохранительного стержня 40 будет дополнительно объяснена на основании фиг.5, на которой показано, как предохранительный стержень 40 может быть расположен относительно двух щеток 21, 22, и как предохранительный стержень 40 может поворачиваться из одного положения в другое в случае столкновения с электрическим шнуром 31, 32. Для ясности, однако, входящий электрический шнур 31, 32 не показан на фиг.5, и то же самое относится к электродвигателю 23 для приведения в движение щеток 21, 22 и муфтам 24, 25, расположенным между щетками 21, 22 и электродвигателем 23. В изображенном примере площадь поперечного сечения предохранительного стержня 40 является постоянной по своей длине и имеет ромбовидную форму. Перспективный вид предохранительного стержня 40 изображен на фиг.6, на котором продольная ось 41 предохранительного стержня 40 обозначена штрихпунктирной линией, что также имеет место на фиг.4. Длина предохранительного стержня 40 может быть практически такой же, что и длина щеток 21, 22, чтобы быть наиболее эффективной, но также возможно, чтобы предохранительный стержень 40, с одной стороны, и щетки 21, 22, с другой стороны, имели разные длины. На фиг.5 направления вращения щеток 21, 22 обозначены с помощью изогнутых стрелок. В верхней части фиг.5 все щетки 21, 22 и предохранительный стержень 40 изображены с предохранительным стержнем 40 в исходном положении, т.е. положении, которое связано с нормальной рабочей ситуацией устройства 1 для очистки, в которой нет постороннего предмета внутри рабочей части 10, вмещающей щетки. В изображенном примере предохранительный стержень 40 расположен таким образом, чтобы только контактировать со щетками 21, 22 в минимальной степени. С этой целью размер короткой оси ромбовидной формы выбран таким образом, чтобы не был больше, чем расстояние между щетками 31, 32 в области, где расположен предохранительный стержень 40.
Когда предохранительный стержень 40 находится в исходном положении и электрический шнур 31, 32 проходит в рабочую часть 10, вмещающую щетки, возникает ситуация, в которой шнур 31, 32 давит или трется о нижнюю половину предохранительного стержня 40, заставляя предохранительный стержень 40 наклоняться. Начинается наклон, который оказывает воздействие на щетки 21, 22, как только предохранительный стержень 40 находится в положении, которое можно видеть на втором изображении совокупности щеток 21, 22 и предохранительного стержня 40. В этом положении щетинки щетки 21, изображенной на левой стороне, находятся под активным углом атаки с предохранительным стержнем 40, в результате чего локальный ленточный тормоз создается на остром конце 42 предохранительного стержня 40. Этот эффект происходит вдоль всей длины щетки 21 и увеличивается за счет того, что конец 42 предохранительного стержня 40 проталкивается все больше и больше в щетку 21 входящим шнуром 31, 32 под воздействием вращательного движения щеток 21, 22. Сочетание массы предохранительного стержня 40 (которая вызывает начальное сопротивление наклону на основании явления инерции и, таким образом, способствует внезапному увеличению крутящего момента, так как предохранительный стержень 40 начинает зацепляться со щеткой 21), воздействия ленточного тормоза на конец 42 предохранительного стержня 40 и дополнительного усилия на предохранительный стержень 40, которое создается щеткой 22, изображенной на правой стороне, будет зацеплять муфту 24, 25, которая соединена с левой щеткой 21.
Так как предохранительный стержень 40 поворачивается дальше, возникает ситуация, как можно видеть на третьем изображении совокупности щеток 21, 22 и предохранительного стержня 40. В этой ситуации другой острый конец 43 предохранительного стержня 40 находится под активным углом атаки с правой щеткой 22. За счет сочетания факторов, как упомянуто в вышеизложенном относительно левой щетки 21, также приводится в действие муфта 24, 25, соединенная с правой щеткой 22, для выполнения функции отсоединения.
Следовательно, окончательной ситуацией является ситуация, в которой обе щетки 21, 22 прекратили вращение и обе муфты 24, 25 предохранительного механизма находятся в отсоединенном положении, в то время как электродвигатель все еще работает. В нижней части фиг.5 совокупность щеток 21, 22 и предохранительного стержня 40 изображена с предохранительным стержнем 40 в окончательном положении. В этом положении щетки 21, 22 не подвергаются действию крутящего момента, поскольку этому препятствуют муфты 24, 25. Когда электродвигатель 23 выключен пользователем устройства 1 для очистки, скорость электродвигателя 23 уменьшается, и когда электродвигатель 23 вращается с относительно малой частотой около нескольких герц, автоматическая повторная установка предохранительного стержня 40 в положение, в котором контакт между предохранительным стержнем 40 и щетками 21, 23 потерян, т.е. осуществлено положение, которое напоминает положение, которое показано на втором изображении совокупности щеток 21, 22 и предохранительного стержня 40. Это связано с явлением, которое хорошо известно в области муфт как цевочное зацепление, которое включает в себя пульсирующий крутящий момент, на основании которого муфты 24, 25 приводят в движение щетки 21, 22 таким образом, чтобы осуществлять внезапные беспорядочные перемещения в диапазоне низких частот, когда скорость уменьшается. В конечном счете, когда электродвигатель 23 включается снова, предохранительный стержень 40 будет поворачиваться обратно в исходное положение под действием тяговых усилий, приложенных щетинками щетки.
Из вышеизложенного следует, что предохранительный стержень 40 является оптимальным элементом для гарантирования соответствующей работы муфт 24, 25, когда щетки 21, 22 сталкиваются с посторонним предметом, при этом предотвращено повреждение и исключены небезопасные ситуации для пользователя устройства 1 для очистки. Предохранительный стержень 40 не требует дополнительного места в рабочей части 10, вмещающей щетки, является простым в изготовлении и является прочным и надежным. Особенно в случаях, когда посторонний предмет 31, 32 не сможет зацепляться со щетками 21, 22 до такой степени, при которой муфты 24, 25, соединенные со щетками 21, 22, приводятся в действие, при этом случаи могут быть опасными, так как посторонний предмет 31, 32 может все еще повреждаться, предохранительный стержень 40 является пригодным, так как посторонний предмет 31, 32 будет всегда заставлять предохранительный стержень 40 перемещаться из своего исходного положения в положение для надежного зацепления со щетками 21, 22 и, таким образом, после этого приведения в действие муфт 24, 25.
Если предохранительный механизм устройства 1 для очистки приведен в действие, предполагается, что пользователь устройства 1 для очистки извлекает посторонний предмет 31, 32 из рабочей части 10, вмещающей щетки, до повторного включения устройства 1. Таким образом, гарантировано, что посторонний предмет не будет поврежден, что является важным, если предметом является электрический шнур 31, 32, который иначе может отделиться от своего изоляционного слоя, как объяснено в вышеизложенном. Для обеспечения того, чтобы пользователь не имел возможности включить устройство 1 для очистки без удаления, прежде всего, постороннего предмета, предложено использовать механизм, который требует повторной установки после приведения в действие предохранительного механизма. Например, можно установить датчики (не показаны) для контроля вращения муфт 24, 25, которые выполнены с возможностью отключения устройства 1 для очистки и требования повторной установки после того, как муфты 24, 25 начали проскальзывать. В соответствии с другим вариантом предохранительный стержень 40 оснащен датчиком, который отключает устройство 1 для очистки и требует повторной установки после поворота предохранительного стержня 40 на угол, который больше заданного максимального угла, который может составлять, например, 40 градусов.
Практической задачей, связанной с использованием предохранительного стержня 40, является определение должного равновесия между чувствительностью к входящим электрическим шнурам 31, 32 и устойчивость к ложным запускам. При этом геометрия предохранительного стержня 40 имеет большое влияние. Например, предохранительный стержень 40, имеющий площадь прямоугольного поперечного сечения, может быть выполнен с возможностью касания щеток 21, 22 своими длинными сторонами до того, как его (острые) кромки будут контактировать с первой из щеток 21, 22 под активным углом атаки. Таким образом, такой предохранительный стержень 40 является очень устойчивым к ложным запускам, но является менее чувствительным к входящим электрическим шнурам 31, 32. Кроме того, когда используется такой предохранительный стержень 40, маловероятно, что обе муфты 24, 25 смогут зацепляться одновременно, как возможно в случае ромбовидной формы, как описано в вышеизложенном.
Обрезанный предохранительный стержень 40, например предохранительный стержень 40, имеющий площадь поперечного сечения, которая имеет форму, подобную ромбу, как показано на фиг.5, имеет гораздо меньший контакт со щетками 21, 22 вдоль своих сторон. Это уменьшает его устойчивость к ложным запускам, но увеличивает его чувствительность к захвату шнура. В случае ромбовидной формы площади поперечного сечения предохранительного стержня 40, весьма вероятно, что обе муфты 24, 25 зацепляются одновременно вследствие резкого зацепления между предохранительным стержнем 40 и щетками 21, 22.
Преимущественной формой площади поперечного сечения предохранительного стержня 40 является сочетание между прямоугольной формой и ромбовидной формой, как показано на фиг.7. В этом примере предохранительный стержень 40 содержит прямоугольный центральный участок 44 и два треугольных участка 45, 46, расположенные на противоположных сторонах центрального участка 44. Когда предохранительный стержень 40 выполнен таким образом, относительно высокая чувствительность к электрическим шнурам 31, 32, входящих в рабочую часть 10, вмещающую щетки, сочетается с относительно высокой устойчивостью к ложным запускам.
Как известно из мотоциклов и велосипедов, например, предохранительный стержень 40 может быть выполнен более устойчивым за счет обеспечения его сдвига. Когда предохранительный стержень 40 расположен в положении, которое находится ближе к наружной стороне рабочей части 10, вмещающей щетки, чем положение, изображенное на фиг.5, которое является положением, в котором продольная ось 41 предохранительного стержня 40 и оси вращения щеток 21, 22 проходят на одном и том же уровне, устойчивость повышена.
Специалисты в данной области техники должны понимать, что объем настоящего изобретения не ограничивается примерами, описанными в вышеизложенном, и некоторые его изменения и модификации возможны без отхода от объема настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в описании, такие иллюстрации и описание должны рассматриваться только иллюстративными или примерными, а не ограничивающими. Настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
Изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть понятны и осуществлены специалистом в данной области техники при применении на практике заявленного изобретения на основании изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие этапы или элементы, и неопределенный артикль “a” или “an” не исключает множества. Сам по себе тот факт, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих критериев не может быть использовано для получения преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем настоящего изобретения.
Настоящее изобретение описано применительно к устройству 1 для очистки, содержащему, по меньшей мере, одну щетку 21, 22 со щетинками, которые являются очень гибкими, но это не должно истолковываться, например думать, что настоящее изобретение ограничивается данным контекстом. Все дело в том, что настоящее изобретение также применимо к щеткам, имеющим другие типы щетинок. В целом, настоящее изобретение применимо в отношении устройства для осуществления действия на поверхности, содержащего, по меньшей мере, один подвижно расположенный функциональный элемент на боковой стороне устройства, предназначенный для обращения к поверхности. Подвижное расположение функционального элемента может быть вращающимся расположением, но также может быть линейным расположением, например расположение, в котором функциональный элемент может осуществлять возвратно-поступательное движение вдоль прямой линии, когда устройство работает. Устройством может быть устройство 1 для очистки, но может быть устройство, которое, например, пригодно для полировки полов. В любом случае настоящее изобретение применимо, когда существует необходимость в надежном предохранительном механизме в устройстве, имеющем, по меньшей мере, один подвижно расположенный функциональный элемент, который может сталкиваться с посторонними предметами, такими как электрические шнуры 31, 32, во время работы устройства.
Настоящее изобретение может быть кратко изложено следующим образом. Устройство 1 для осуществления действия на поверхности 2 содержит, по меньшей мере, один подвижно расположенный функциональный элемент 21, 22, приводное средство 23 для приведения в движение функционального элемента 21, 22, основное предохранительное средство 24, 25 для отсоединения приводного средства 23 от функционального элемента 21, 22, когда нагрузка, приложенная функциональным элементом 21, 22 в направлении приводного средства 23 под действием сил сопротивления, испытываемых функциональным элементом 21, 22, превышает заданное максимальное значение, и дополнительное предохранительное средство 40, которое подвижно расположено в окрестности функционального элемента 21, 22, и которое может прикладывать нагрузки к основному предохранительному средству 24, 25 в разных степенях в разных положениях, на боковой стороне основного предохранительного средства 24, 25, соединенного с функциональным элементом 21, 22.
В основном, дополнительное предохранительное средство 40 может быть выполнено с возможностью приложения нагрузок к основному предохранительному средству 24, 25 непосредственно или косвенно. В последнем случае дополнительное предохранительное средство 40 расположено таким образом, чтобы действовать на основное предохранительное средство 24, 25 через другой элемент устройства 1, другими словами, таким образом, чтобы заставить другой элемент устройства 1 прикладывать нагрузки к основному предохранительному средству 24, 25. Например, дополнительное предохранительное средство 40 может контактировать с функциональным элементом 21, 22, в результате чего силы сопротивления, действующие на функциональный элемент 21, 22, могут изменяться. В практическом варианте осуществления дополнительное предохранительное средство может содержать стержень 40, который вращается вокруг своей продольной оси, который имеет некруглую площадь поперечного сечения и который расположен таким образом, что может контактировать с функциональным элементом 21, 22 в определенных угловых положениях. В соответствии с другим примером дополнительное предохранительное средство 41 может быть расположено таким образом, чтобы перемещать штырь или ему подобное, который может зацепляться с функциональным элементом 21, 22, основным предохранительным средством 24, 25 или элементом в промежуточном положении.