УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ
DEVICE FOR SURFACE CLEANING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящая заявка является американской заявкой национальной фазы в соответствии с 35 U.S.C. §371 международной заявки № PCT/EP2013/076510, поданной 13 декабря 2013 г., которая испрашивает приоритет международной заявки № 12198327.4, поданной 20 декабря 2012 г. Эти заявки тем самым являются включенными в настоящий документ посредством ссылки.
Настоящее изобретение относится к устройству для очистки поверхности, и в частности к конструкции насадки для такого устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Очистка твердого пола в настоящее время выполняется в первую очередь с помощью уборки пола пылесосом с последующим мытьем шваброй. Уборка пылесосом удаляет грубую грязь, в то время как мытье шваброй удаляет пятна. Из уровня техники известно много устройств, специально предназначенных для профессиональной очистки, претендующих на возможность чистки пылесосом и мытья шваброй одновременно. Устройства для профессиональной очистки обычно предназначены для больших площадей и совершенно плоских полов. В них используются жесткие щетки и мощность всасывания для собирания воды и грязи с пола. В устройствах для домашнего бытового использования часто используется комбинация жесткой щетки и насадки с двумя резиновыми скребками. Так же, как и в устройствах для профессиональной очистки, в этих изделиях используется щетка для удаления пятен и резиновые валики при пониженном давлении для захвата грязи с пола.
Элементы резинового скребка обычно выполнены в виде гибкого резинового выступа, соединенного с нижней частью устройства для очистки, с возможностью скольжения по очищаемой поверхности, для смещения или стирания частиц грязи и жидкости с очищаемой поверхности. Пониженное давление обычно генерируется вакуумным устройством, выполненным с возможностью приема собранных частиц грязи и жидкости внутрь устройства.
Во многих известных пылесосах предшествующего уровня техники используется щетка, выполненная с возможностью вращения (также называемую адьютатор) с жесткой щетиной для подметания пола. Эта жесткая щетина демонстрирует довольно хороший эффект отскребания, позволяющий использование щетки в частности для удаления пятен. Однако, эффективность сушки пола является довольно низкой, так как такая вращающаяся щетка не выполнена с возможностью захвата жидкости с пола. Таким образом посредством этих устройств недостаточно удовлетворительно решается задача одновременной уборки пылесосом и мытья шваброй пола с активным распылением воды.
В заявке WO 2010/041184 A1, зарегистрированной настоящим заявителем, раскрывается альтернативное устройство для очистки, выполненное с возможностью одновременного захвата грязи и жидкость с пола. В раскрытом в этой заявке устройстве для чистки используются две отдельные щетки, выровненные параллельно друг другу. Эти щетки выполнены с возможностью вращения с высокими скоростями, одна по часовой стрелке, а другая против часовой стрелки. Таким образом, соседние поверхности движутся одновременно с достаточно высокой скоростью для вбрасывания частицы грязи и/или жидкости вертикально вверх со значительной силой в форме по существу плоской струи. В отличие от устройств предшествующего уровня техники, упомянутых выше, используемые две щетки выполнены не в виде вращающихся щеток с жесткой щетиной, но снабжены гибкими мягкими щетинками.
Было обнаружено, что при вращении такие две щетки выполнены с возможностью генерирования нежелательного турбулентного потока воздуха снаружи корпуса насадки, в результате отклонения/смещения мягких щеток очищаемой поверхностью. Таким образом, эти щетки представляют собой своего рода шестеренчатый насос, перекачивающий воздух из внутренней части насадки наружу. За счет этого эффекта выдувания воздуха щетками частицы грязи и/или жидкости являются сдуваемыми со щеток за пределы их досягаемости вплоть до невозможности всасывания частиц пылесосом.
В заявке WO 2010/041184 A1 предложено решение для компенсации этого нежелательного эффекта выдувания. Для этого используются два дефлектора, по одному для каждой щетки. Эти дефлекторы выполнены с возможностью отклонения/сгибания щетинок щетки в положение, при взгляде в направлении вращения, для приведения щетинок в контакт с очищаемой поверхностью. Эти дефлекторы имеют функцию сжатия щетинок вместе за счет их отклонения. Таким образом, воздух, присутствующий в пространстве между щетинками, выдавливается из этого пространства. При повторном удалении щетинок друг от друга, при прекращении контакта с дефлекторами, пространство между щетинками увеличивается, для всасывания воздуха в щетку, в которой создается пониженное давление, посредством которого всасываются частицы грязи и/или жидкости. Это пониженное давление компенсирует воздушный поток, генерируемый вращающимися щетками.
В US 1209384 A раскрывается машина для подметания улиц, включающая в себя единственную щетку, выполненную с возможностью ее вращения и загнутый вверх кожух из листового металла, установленный над верхней передней частью щетки для облегчения захвата грязи щеткой и управления сбросом грязи из щетки.
В US 4310944 A раскрывается механическая подметальная машина, особенно подходящая для эффективного удаления легкого и тяжелого мусора с поверхностей, таких как автостоянки, складские полы и т.п. Эта машина включает в себя основную раму, несущую кузов и механическую щетку. Щетка выполнена с возможностью ее работы через отверстие в нижней стороне кожуха щетки. Кузов подразделяется на отделение для приема мусора и отделение фильтра. Воздушный вентилятор и связанный с ним канал обеспечивают рециркуляцию воздуха от дальнего конца отделения для мусора к зоне, смежной со щеткой.
В AU 29608 89 A раскрывается еще одно промышленное устройство для подметания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является предоставление конструкции насадки, обеспечивающей высокоэффективную очистку и при этом предпочтительно имеющей небольшой размер, удобной и менее дорогостоящей для пользователя. При этом, предпочтительно, вышеупомянутый эффект выдувания воздуха щеткой компенсируется еще более эффективным способом. Настоящее изобретение определяется независимыми пунктами формулы изобретения.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предоставляется конструкция насадки, содержащая:
- щетку, выполненную с возможностью ее вращения вокруг оси щетки и снабженную гибкими элементами щетки, имеющими концевые части для контакта с очищаемой поверхностью и захвата частиц грязи и/или жидкости с поверхности при вращении щетки, причем щетка, по меньшей мере, частично окружена корпусом насадки и выступает, по меньшей мере, частично, из нижней стороны корпуса насадки,
- блок привода для приведения щетки во вращение,
- элемент резинового скребка, расположенный на расстоянии от щетки и прикрепленный к нижней стороне корпуса насадки с первой стороны щетки, с которой элементы щетки входят в корпус насадки при вращении щетки, причем элемент резинового скребка выполнен с возможностью стирания частиц грязи и/или жидкости с очищаемой поверхности при перемещении устройства для очистки,
- дефлектор для контакта со щеткой и отклонения элементов щетки при вращении щетки, и
- ограничительный элемент для, по меньшей мере, частичного ограничения всасывания воздуха в корпус насадки со второй стороны щетки, с которой элементы щетки покидают корпус насадки,
причем ограничительный элемент, при взгляде в направлении вращения щетки, расположен сзади дефлектора, для вхождения элементов щетки в контакт с дефлектором, до прохождения ими ограничительного элемента и до их последующего прохода из корпуса насадки с нижней стороны при вращении щетки, и при этом ограничительный элемент содержит механически гибкий элемент, выполненный, благодаря его гибкости, с возможностью принятия им формы, по существу, соответствующей форме наружной поверхностью щетки и с возможностью контакта с концевыми частями при вращении щетки.
Вышеупомянутая цель, кроме того, в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, достигается с помощью устройства для очистки, содержащего вышеупомянутую конструкцию насадки и вакуумное устройство для создания пониженного давления в области всасывания между корпусом насадки и щеткой.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленная конструкция насадки имеет предпочтительные варианты осуществления, подобные и/или идентичные заявленному устройству для очистки, как это определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Аналогично тому, что предложено в WO 2010/041184 A1, щетка, используемая в соответствии с настоящим изобретением, снабжена тонкими гибкими щетинками, называемыми здесь гибкими элементами щетки. Благодаря этим гибким элементам данная щетка, в отличие от вращающихся щеток с твердыми/жесткими элементами щетки, выполнена с возможностью захвата не только частиц грязи, но и жидкости.
В отличие от решения, предложенного в WO 2010/041184 A1, в соответствии с настоящим изобретением предоставляется только одна единственная щетка (а не две противоположно вращающихся щетки). В дополнение к этому устройство для очистки в соответствии с настоящим изобретением снабжено элементом резинового скребка, который также можно назвать резиновым скребком. Элемент резинового скребка предпочтительно выполнен в виде гибкого резинового выступа с возможностью его скольжения по очищаемой поверхности и таким образом стирания частиц грязи и/или жидкости с пола при перемещении устройства. Комбинация одиночной щетки с гибкими щетинками, выполненной с возможностью ее вращения, резинового скребка и вакуумного устройства для создания пониженного давления в корпусе насадки обеспечивает одновременное беспрепятственное всасывание частиц грязи и/или жидкости. С помощью такого устройства для очистки поверхность может, таким образом, одновременно очищаться от твердых частиц грязи и промываться жидкостью.
Элемент резинового скребка предпочтительно расположен с первой стороны щетки, с которой элементы щетки входят в корпус насадки при вращении щетки. Элемент резинового скребка, таким образом, расположен с той стороны щетки, с которой частицы грязи и капельки жидкости сбрасываются со щетки. Элементы щетки, благодаря их гибкости, выполнены с возможностью их действия в качестве своего рода хлыстов, сбрасывающих частицы грязи и/или жидкости, при их выходе из контакта с очищаемой поверхностью при вращении щетки. Это основано на том, что гибкие элементы щетки выполнены с возможностью их сгибания или смещения, при их вхождении в контакт с очищаемой поверхностью, и выпрямления, при их выходе из контакта с полом. Этот принцип будет подробно объяснен ниже.
Благодаря положению элемента резинового скребка частицы грязи и/или жидкости, высвобождаемые/сбрасываемые из щетки, ударяются об элемент резинового скребка, отскакивают вперед и назад между резиновым скребком и щеткой, и, наконец, всасываются вакуумным устройством. Однако некоторые частицы грязи и/или жидкости повторно распыляются на пол. Этот эффект повторного распыления компенсируется в соответствии с настоящим изобретением, так как элемент резинового скребка выполнен в виде своего рода обтирочного устройства, выполненного с возможностью собирания повторно распыленных частицы для всасывания этих частиц вакуумным агрегатом.
Одним из основных признаков устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением является использование дефлектора и ограничительного элемента. Аналогично тому, что предложено в WO 2010/041184 A1, дефлектор выполнен с возможностью его вхождения в контакт со щеткой и отклонения элементов щетки при вращении щетки. Дефлектор, аналогично тому, что предложено в WO 2010/041184 A1, выполнен с возможностью сжатия вместе элементов щетки путем их сгибания. Таким образом, воздух, присутствующий в пространстве между элементами щетки, выталкивается из этого пространства. При отдалении элементов щетки друг от друга при их выходе из контакта с дефлектором, пространство между элементами щетки увеличивается, обеспечивая возможность всасывания воздуха в щетку, в которой создается пониженное давление, для всасывания частиц грязи и/или жидкости. Следовательно, дефлектор выполнен с возможностью компенсирования эффекта выдувания воздуха щеткой, образующегося за счет вращения щетки в том положении, в котором она покидает корпус насадки непосредственно перед вхождением в контакт с полом.
В отличие от решения, предложенного в WO 2010/041184 A1, в дополнение к дефлектору предусматривается ограничительный элемент. Этот ограничительный элемент выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного ограничения всасывания воздуха в корпус насадки со второй стороны щетки, с которой элементы щетки покидают корпус насадки. Вторая сторона щетки является противоположной первой стороне щетки, с которой расположен элемент резинового скребка. Со второй стороны щетки необходимо предотвращение всасывания слишком большого количества воздуха в корпус насадки, для предотвращения увеличения пониженного давления, то есть увеличения абсолютного давления в пределах области всасывания в корпусе насадки. Следовательно, путем, по меньшей мере, частичного ограничения всасывания воздуха в корпус насадки со второй стороны щетки ограничительный элемент выполнен с возможностью предотвращения потери пониженного давления в тех областях корпуса насадки, в которых пониженное давление необходимо для всасывания частиц грязи и/или жидкости.
Следовательно, ограничительный элемент выполнен с возможностью его работы в качестве уплотнения со второй стороны щетки, тем самым сводя к минимуму требования к вакуумному устройству. Следовательно, может использоваться относительно небольшое вакуумное устройство для создания достаточно значительного пониженного давления внутри корпуса насадки. Такие небольшие вакуумные устройства не только занимают меньше пространства, но также являются и более дешевыми, так что можно соответственно снизить издержки производства. Кроме того, небольшие вакуумные устройства являются менее шумными по сравнению с большими и мощными вакуумными устройствами.
В связи с этим, конечно, было бы оптимально почти полностью герметизировать корпус насадки со второй стороны щетки, с которой элементы щетки покидают корпус насадки. Однако, в этом случае эффект выдувания воздуха, вызываемый сгибанием щетки во время ее контакта с полом, компенсировать невозможно, так как в этом случае в корпус насадки с этой стороны (со второй стороны щетки) не входит воздух, противодействующий эффекту выдувания.
С другой стороны, предоставление только лишь дефлектора, как предложено в WO 2010/041184 A1, не может обеспечить, в случае комбинации одной щетки и резинового скребка (как предложено в настоящем документе), вышеупомянутых герметизирующих свойств, для предотвращения нежелательной потери пониженного давления в корпусе насадки. Без дополнительного ограничительного элемента дефлектор, с одной стороны, может обеспечить всасывание достаточного количества воздуха в корпус насадки со второй стороны щетки для устранения нежелательного выдувания, но при значительной потере пониженного давления внутри корпуса насадки, с другой стороны. Один лишь ограничительный элемент может служить для решения упомянутой проблемы, но не может компенсировать нежелательный эффект выдувания. Таким образом, именно комбинация дефлектора и ограничительного элемента делает устройство для очистки в соответствии с настоящим изобретением очень полезным.
В отличие предоставления только дефлектора, когда воздух может сразу же входить в щетку после ее отклонения/сгибания дефлектором, ограничительный элемент образует ограничительную стенку, по форме, по существу, повторяющую форму распрямляющихся элементов щетки, и выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичной герметизации корпуса насадки в этой области. Таким образом создается локальное пониженное давление в области прохождения щеткой ограничительного элемента. За счет пониженного давления воздух входит в щетку, поскольку ограничительная стенка заканчивается до вхождения элементов щетки в контакт с полом. За счет пониженного давления создается воздушный поток, компенсирующий эффект выдувания воздуха щеткой.
Из вышеизложенного очевидно, что для правильной работы устройства для очистки необходимо расположение ограничительного элемента сзади дефлектора, при взгляде в направлении вращения щетки. Таким образом, предусматривается вхождение элементов щетки в контакт с дефлектором до прохождения ими ограничительного элемента и до последующего прохода из корпуса насадки с нижней стороны при вращении щетки.
Использование ограничительного элемента имеет некоторый дополнительный положительный эффект. Ограничительный элемент также выполнен с возможностью стабилизирования потока, для поддержания постоянной скорости потока воздуха, входящего в корпус насадки.
В основном частицы грязи и/или жидкости захватываются и всасываются с поверхности с первой стороны щетки, то есть между щеткой и элементом резинового скребка. Эта первая сторона щетки в настоящем документе также называется отверстием всасывания. За счет элемента резинового скребка свойство стабилизации потока является особенно важным. Функции элемента резинового скребка различаются в зависимости от направления перемещения устройства для очистки. Это объясняется ниже.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения элемент резинового скребка содержит блок переключения для переключения элемента резинового скребка в закрытое положение, в котором элемент резинового скребка выполнен с возможностью перемещения или стирания частиц грязи и/или жидкости с очищаемой поверхности, при перемещении устройства для чистки по этой поверхности в направлении вперед, в котором элемент резинового скребка, при взгляде в направлении перемещения устройства для очистки, расположен сзади щетки, а также для переключения элемента резинового скребка в открытое положение, в котором частицы грязи и/или жидкости с пола могут с очищаемой поверхности войти в область всасывания через отверстие между элементом резинового скребка и очищаемой поверхностью, при перемещении устройства для очистки по поверхности в направлении назад, в котором элемент резинового скребка, при взгляде в направлении перемещения устройства для очистки, расположен перед щеткой.
Возможность переключения элемента резинового скребка из открытого в закрытое положение в зависимости от направления перемещения устройства для очистки обеспечивает хороший результат очистки как при перемещении насадки как вперед, так и назад. Открытое положение служит для вхождения частиц грязи в устройство при приближении резинового скребка к грязи и жидкости на полу перед щеткой. В закрытом положении резиновый скребок выполнен с возможностью закрытия зазора с полом, или, другими словами, с возможностью отскребания или скольжения по поверхности, при приближении щетки к грязи или жидкости на полу перед резиновым скребком.
Для гарантированного режима переключения, элемент резинового скребка предпочтительно выполнен в виде гибкого резинового выступа, который в зависимости от направления перемещения устройства для очистки выполнен с возможностью сгибания в продольном направлении резинового выступа. Этот резиновый выступ предпочтительно содержит, по меньшей мере, один шип, расположенный около нижнего конца резинового выступа, для касания этим концом резинового выступа очищаемой поверхности. По меньшей мере, один шип выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного поднятия резинового выступа над поверхностью, при перемещении устройства для очистки по этой поверхности в направлении назад, в котором резиновый выступ, при взгляде в направлении перемещения устройства для очистки, расположен перед щеткой. Посредством подъема резинового выступа при перемещении насадки назад обеспечивается вхождение твердых частиц грязи через отверстие, создаваемое между элементом резинового скребка и очищаемой поверхностью. При перемещении устройства для очистки по поверхности в направлении вперед шип не контактирует с полом, обеспечивая свободное скольжение резинового выступа по полу для захвата частиц грязи и воды с пола.
Очевидно, что благодаря переключению резинового скребка скорость потока воздуха, входящего в отверстие всасывания, отличается при перемещении и насадки вперед и назад. При перемещении вперед резиновый скребок выполнен с возможностью почти полного закрытия отверстия всасывания, для уменьшения скорости потока и создания более пониженного давления в корпусе насадки (то есть уменьшения абсолютного давления в корпусе насадки). При перемещении назад резиновый скребок выполнен с возможностью его подъема с противоположной стороны, для открывания отверстия всасывания с другой стороны для увеличения скорости потока воздуха, всасываемого в корпус насадки в этой области. Другими словами, обеспечивается довольно большая утечка воздуха, для дополнительного входа воздуха в отверстие всасывания через отверстия, создаваемые между резиновым скребком и полом. В результате пониженное давление внутри корпуса насадки повышается (то есть абсолютное давление в пределах корпуса насадки увеличивается).
Вышеупомянутый ограничительный элемент выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичной герметизации корпуса насадки со второй стороны щетки, способствуя постоянной скорости воздушного потока, входящего в отверстие всасывания (между щеткой и резиновым скребком) независимо от направления перемещения устройства для очистки. В случае использования только лишь дефлектора (без ограничительного элемента), герметизация со второй стороне щетки была бы недостаточной, особенно при ее перемещении вперед, при котором перепад давлений на дефлекторе является относительно высоким. Относительно короткий путь ограничения, обеспечиваемый дефлектором, не является достаточно длинным для ограничения входа воздуха. Следовательно, небольшие и маломощные вакуумные устройства не могут в таком случае использоваться для создания необходимого пониженного давления внутри корпуса насадки.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения ограничительный элемент включает в себя механически гибкий элемент. Альтернативно ограничительный элемент может быть выполнен в виде механически гибкого элемента. Механически гибкий элемент, благодаря его гибкости, выполнен с возможностью принятия им формы, по существу, соответствующей форме наружной поверхностью щетки и с возможностью контакта с концевыми частями щетки при вращении щетки.
Благодаря пониженному давлению, создаваемому в корпусе насадки, механически гибкий ограничительный элемент почти автоматически присасывается к щетке. В отличие от дефлектора, выполненного с возможностью активного отклонения/сгибания элементов щетки, элементы щетки не сгибаются при контакте с гибким ограничительным элементом. Поскольку ограничительный элемент выполнен с возможностью активного присасывания к наружной поверхности щетки, обеспечивается хорошая герметизация ограничительного элемента и щетки.
Механическая гибкость ограничительного элемента также имеет некоторое дополнительное преимущество. Так как он выполнен с возможностью контакта только с концевыми частями щетки очень мягким образом, трение, создаваемое между щеткой и ограничительным элементом, является минимальным. В противном случае, при отсутствии низкого трения, было бы необходимо использовать более крупные и более мощные двигатели (блок привода) для приведения щетки во вращение с достаточно высоким ускорением.
Для получения ограничительного элемента, выполненного с возможностью принятия им формы, по существу, соответствующей форме наружной поверхности щетки, ограничительный элемент в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения выполнен из листа тканевого материала, резины или пластмассы. Такой очень тонкий лист тканевого материала, резины или пластмассы не только благодаря своей механической гибкости, но также и благодаря своему низкому весу, выполнен с возможностью принятия им формы, по существу, соответствующей форме наружной поверхности щетки, при приложении пониженного давления. При этом почти отсутствует трение. Примерными тканевыми материалами, для использования с упомянутой целью, являются нейлон, полиэстер и т.д.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения дефлектор также выполнен из механически гибкого материала. Однако дефлектор не должен быть столь же гибким, как ограничительный элемент, так как он должен быть выполнен с возможностью отклонения/сгибания элементов щетки, как было упомянуто выше. Причем слишком жесткий дефлектор может повредить элементы щетки и таким образом увеличить износ щетки. Следовательно, дефлектор может также быть выполнен из резины, для максимального сведения к минимуму износа элементов щетки.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления ограничительный элемент содержит множество разрезов, расположенных параллельно друг другу и перпендикулярно к оси щетки. Эти разрезы являются малыми продольными отверстиями внутри ограничительного элемента. Они способствуют контакту частиц грязи и жидкости на полу со щеткой через ограничительный элемент. Ограничительный элемент в этом случае имеет несколько гибких полос или клапанов, отделенных друг от друга посредством очень тонких разрезов. Эти гибкие полосы ограничительного элемента также выполнены с возможностью перекрывания друг друга. В любом случае необходимы не слишком большие разрезы, для предотвращения потери пониженного давления внутри корпуса насадки.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения ограничительный элемент соединен с дефлектором, а дефлектор соединен с корпусом насадки. Дефлектор может быть, например, неподвижно расположен во внутренней части корпуса насадки, а ограничительный элемент может быть соединен непосредственно с дефлектором. Однако следует отметить, что дефлектор и ограничительные элементы также могут быть выполнены в виде отдельных частей, каждая из которых соединена с внутренней частью корпуса насадки. В любом случае предпочтительно очень близкое расположение ограничительного элемента к дефлектору, для достижения вышеупомянутых свойств комбинации ограничительного элемента и дефлектора. В соответствии с другим вариантом осуществления дефлектор и ограничительный элемент могут быть индивидуально соединены с корпусом насадки, а гибкий ограничительный элемент выполнен с возможностью покрывания дефлектора. Первая часть ограничительного элемента, покрывающая дефлектор, в этом случае имеет функцию дефлектора, тогда как другая часть ограничительного элемента (не покрывающая дефлектор) служит для ограничения входа воздуха.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения ограничительный элемент и дефлектор расположены со второй стороны щетки, с которой элементы щетки покидают корпус насадки при вращении щетки, причем вторая сторона является противоположной первой стороне относительно оси щетки.
Первая сторона является той стороной, с которой расположен резиновый скребок. Это означает, что резиновый скребок расположен с одной стороны щетки (с первой стороны), а дефлектор и ограничительный элемент расположены с другой стороны щетки (со второй стороны). Все три элемента (элемент резинового скребка, дефлектор и ограничительный элемент) предпочтительно расположены на внутренней части корпуса насадки. Первая сторона щетки, то есть пространство между щеткой и резиновым скребком, является той стороной, с которой расположено отверстие всасывания, то есть той стороной, с корой частицы грязи и/или жидкости, захваченные щеткой, поднимаются и всасываются.
Далее будут подробно объяснены конкретные свойства щетки, позволяющие ей одновременно захватывать частицы грязи и/или жидкости (в отличие от обычной щетки, выполненной с возможностью вращения).
В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения линейная массовая плотность множества элементов щетки, по меньшей мере, в концевых частях, составляет менее 150 г / 10 км, предпочтительно менее 20 г / 10 км.
В отличие от щеток, часто используемых в соответствии с предшествующим уровнем техники, используемых только для удаления пятен (так называемых адьютаторов), мягкая щетка с гибкими элементами щетки, представленная здесь, выполнена с возможностью захвата воды с пола. Благодаря гибким волоскам из микроволокна, предпочтительно используемым в качестве элементов щетки, частицы грязи и жидкость являются захватываемыми с пола, при вхождении элементов щетки/ волосков из микроволокна в контакт с полом при вращении щетки. Способность щетки к захвату воды обусловлена главным образом капиллярными и/или другими силами адгезии, возникающими благодаря выбранной линейной массовой плотности элементов щетки. Щетка за счет очень тонких волосков из микроволокна дополнительно выполнена с возможностью захвата твердых частиц грязи. Волоски из микроволокна также имеют то преимущество, что они выполнены с возможностью ограничения потока при прохождении ограничительного элемента. Жесткие волоски адьютатора не в состоянии выполнить такую функцию.
Следует отметить, что упомянутая линейная массовая плотность, то есть линейная массовая плотность в граммах на 10 км, также обозначается как значение Dtex. Очень низкое значение Dtex вышеупомянутого вида гарантирует, что, по меньшей мере, на концевых частях элементы щетки являются достаточно гибкими для эффекта сгибания, и выполнены с возможностью захвата частиц грязи и капелек жидкости с очищаемой поверхности. Кроме того, степень износа элементов щетки, по-видимому, является приемлемой в пределах этого диапазона линейной массовой плотности.
Эксперименты, выполненные заявителем, доказали, что значение Dtex в вышеупомянутом диапазоне, по-видимому, технически возможно, и что с таким значением могут быть получены хорошие результаты очистки. Однако эти эксперименты также показали, что результаты очистки могут быть дополнительно улучшены путем применения элементов щетки с еще более низким верхним пределом величины Dtex, такой как величина Dtex 125, 50, 20 или даже 5 (в г/10 км).
2
2
2
В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения блок привода выполнен с возможностью осуществления центробежного ускорения на концевых частях элементов щетки, составляющее, в частности во время периода сброса грязи, при отсутствии контакта элементов щетки с поверхностью при вращении щетки, по меньшей мере, 3000 м/с, более предпочтительно по меньшей мере 7000 м/с, и наиболее предпочтительно 12000 м/с.
2
Следует отметить, что минимальная величина 3000 м/с относительно ускорения, преобладающего на концевых частях по меньшей мере во время периода сброса грязи, при отсутствии контакта элементов щетки с поверхностью при вращении щетки, также подтверждена результатами экспериментов, которые были выполнены применительно к настоящему изобретению. Эти эксперименты показали, что эффективность очистки устройством в соответствии с настоящим изобретением улучшается с увеличением угловой скорости щетки, что подразумевает увеличение ускорения на концевых частях элементов щетки при вращении щетки.
При выполнении блока привода с возможностью осуществления центробежного ускорения элементов щетки в вышеупомянутых диапазонах, капельки жидкости, прилипающие к элементам щетки, сбрасываются в виде тумана из капелек при отсутствии контакта между элементами щетки с очищаемой поверхностью.
Комбинация вышеупомянутых параметров линейной массовой плотности гибких элементов щетки с параметрами ускорения кончиков элементов щетки обеспечивает оптимальную эффективность очистки посредством щетки, выполненной с возможностью ее вращения, для захвата элементами щетки практически всех частиц грязи и пролитой жидкости, встречаемых щеткой, и их сброса в положении элементов щетки внутри корпуса насадки.
2
Хорошая комбинация линейной массовой плотности и центробежного ускорения на концевых частях элементов щетки обеспечивает верхний предел значения Dtex, равный 150 г/10 км, и нижний предел центробежного ускорения, равный 3000 м/с. Было показано, что эта комбинация параметров обеспечивает превосходные результаты очистки, при которой поверхность практически одновременно очищается от частиц и сушится. Было показано также, что эта комбинация параметров приводит к очень хорошим свойствам удаления пятен. Способность к захвату жидкости/воды щеткой обуславливается главным образом капиллярными и/или другими силами адгезии, возникающими благодаря выбранной линейной массовой плотности элементов щетки и высоким скоростям вращения щетки.
Комбинация вышеупомянутых параметров линейной массовой плотности и осуществляемого центробежного ускорения на концевых частях элементов щетки не находится на основе знаний предшествующего уровня техники. Предшествующий уровень техники даже не касается возможности автономной, оптимальной работы только одной щетки, выполненной с возможностью вращения, используемой для очистки поверхности, а также для захвата грязи и жидкости.
Для осуществления центробежных ускорений на концевых частях элементов щетки, блок привода в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения выполнен с возможностью осуществления угловой скорости щетки, находящейся при работе устройства я в диапазоне от 3000 до 15000 об/мин, более предпочтительно в диапазоне от 5000 до 8000 об/мин. Эксперименты заявителя показали, что оптимальные результаты очистки могут быть получены, при вращении щетки с угловой скоростью, составляющей по меньшей мере 6000 об/мин.
Однако желаемое ускорение на концевых частях элементов щетки зависит не только от угловой скорости, но также и от радиуса, и соответственно от диаметра щетки.
Следовательно, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения предпочтительно, что щетка имеет диаметр, находящийся в диапазоне от 10 до 100 мм, более предпочтительно в диапазоне от 20 до 80 мм, и наиболее предпочтительно в диапазоне от 35 до 50 мм, при нахождении элементов щетки в полностью выпрямленном состоянии. Длина элементов щетки находится предпочтительно в диапазоне от 1 до 20 мм, более предпочтительно в диапазоне от 8 до 12 мм, при нахождении элементов щетки в полностью выпрямленном состоянии.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления вакуумное устройство выполнено с возможностью создания пониженного давления внутри области всасывания в диапазоне от 3 до 70 мбар, предпочтительно в диапазоне от 4 до 50 мбар, и наиболее предпочтительно в диапазоне от 5 до 30 мбар.
В отличие от вышеупомянутых диапазонов давлений, создаваемых вакуумным устройством, в пылесосах предшествующего уровня техники необходимы более значительные пониженные давления для достижения приемлемых результатов очистки. Однако, благодаря вышеупомянутой комбинации специальной щетки с гибкими элементами щетки, элемента резинового скребка, дефлектора и ограничительного элемента могут быть достигнуты очень хорошие результаты очистки в вышеупомянутых диапазонах давления. Таким образом, могут использоваться менее мощные вакуумные устройства. Это увеличивает свободу выбора вакуумного насоса.
Представляемое устройство для очистки может дополнительно включать в себя блок позиционирования для позиционирования оси щетки на расстоянии от очищаемой поверхности, меньшем, чем радиус щетки, при полностью выпрямленных элементах щетки, для сгибания части щетки, входящей в контакт с очищаемой поверхностью во время работы, причем сгибание находится в диапазоне от 2% до 12% от диаметра щетки.
Т.е. элементы щетки выполнены с возможностью их сгибания при нахождении щетки в контакте с полом. Следовательно, при вхождении элементов щетки в контакт с полом при вращении щетки, внешний вид элементов щетки изменяется с выпрямленного на согнутый, а при прекращении контакта элементов щетки с полом при вращении щетки, внешний вид элементов щетки изменяется с согнутого на выпрямленный. То же самое происходит, при контакте концевых частей щетки с первой отклоняющей поверхностью первого отклоняющего элемента.
Практически, диапазон сгибания щетки составляет от 2% до 12% диаметра щетки, при полностью выпрямленных элементах щетки. В практических ситуациях диаметр щетки может быть измерен, например путем использования камеры для скоростной съемки или стробоскопа, работающего на частоте вращения щетки.
Деформация элементов щетки, или, говоря более точно, скорость, при которой может иметь место деформация, также зависит от линейной массовой плотности элементов щетки. Кроме того, линейная массовая плотность элементов щетки влияет на мощность, необходимую для проведения щетки во вращение. При относительно низкой линейной массовой плотности элементов щетки, их гибкость является относительно высокой, и мощность, необходимая для сгибания элементов щетки при их вхождении в контакт с очищаемой поверхностью или с первой отклоняющей поверхностью, является относительно низкой. Это также означает, что сила трения, создаваемого между элементами щетки и полом или первой отклоняющей поверхностью, является низкой, для предотвращения повреждений. Другими преимуществами относительно низкой линейной массовой плотности элементов щетки являются их относительно высокое сопротивление износу, относительно малая вероятность повреждения острыми предметами и т.п., а также способность повторения формы очищаемой поверхностью для сохранения таким образом контакта даже при наличии существенных шероховатостей пола.
2
Фактором, который может играть дополнительную роль в очищающей функции щетки, выполненной с возможностью вращения, является плотность упаковки элементов щетки. При достаточно большой плотности упаковки, между элементами щетки могут образовываться капиллярные эффекты, улучшающие быстрое удаление жидкости с очищаемой поверхности. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения плотность упаковки элементов щетки составляет по меньшей мере 30 пучков элементов щетки на см, при количестве элементов щетки в одном пучке, составляющем по меньшей мере 500.
Формирование пучков элементов щетки обеспечивает образование дополнительных капиллярных каналов, увеличивая тем самым капиллярные силы щетки для захвата частиц грязи и капелек жидкости с очищаемой поверхности.
Как было упомянуто выше, представленное устройство для очистки способно показать очень хорошие результаты очистки. Эти результаты очистки могут быть дополнительно улучшены за счет активного увлажнения очищаемой поверхности. Это особенно выгодно в случае удаления пятен. Жидкость, используемая в процессе улучшения адгезии частиц грязи с элементами щетки, может предоставляться различными способами. Прежде всего, щетка, выполненная с возможностью ее вращения, и гибкие элементы щетки могут быть увлажняемыми жидкостью, присутствующей на очищаемой поверхности. Примером такой жидкости является вода или смесь воды и мыла. Альтернативно, жидкость может обеспечиваться для гибких элементов щетки путем активной подачи очищающей жидкости к щетке, например, путем выдавливания жидкости на щетку, или путем инжекции жидкости в полый стержневой элемент щетки.
Поэтому в соответствии с одним вариантом осуществления предпочтительно, что чистящее устройство включает в себя блок подачи жидкости к щетке со скоростью менее 6 мл/мин на один сантиметр ширины щетки, по которой проходит ось щетки. По-видимому, нет никакой необходимости в подаче жидкости с более высокой скоростью, и что вышеупомянутой скорости достаточно для выполнения жидкостью функции средства переноса/транспортировки частиц грязи. Таким образом, способность к удалению пятен с очищаемой поверхности может быть значительно улучшена. Преимущество использования лишь небольшого количества жидкости заключается в возможности обработки деликатных поверхностей, даже поверхностей, чувствительных к жидкости, такой как вода. Кроме того, при некотором данном размере резервуара, содержащего жидкость, подаваемую к щетке, время автономной работы увеличивается, то есть требуется больше времени для опустошения резервуара, и его заполнение можно производить реже.
Следует отметить, что вместо использования выбранную и активно подаваемую из резервуара жидкость, также можно использовать пролитую жидкость, то есть жидкость, подлежащую удалению с очищаемой поверхности. Примерами такой жидкости являются пролитый кофе, молоко, чай, и т.п. Это возможно благодаря тому, что элементы щетки, как было упомянуто выше, выполнены с возможностью захвата жидкости с очищаемой поверхности, и что жидкость может сбрасываться с элементов щетки под влиянием центробежных сил, как было описано ранее.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут объяснены и станут очевидными из ссылок на вариант (варианты) осуществления, описанные далее. На следующих чертежах
На фиг. 1 схематично показано поперечное сечение конструкции насадки первого варианта осуществления устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
На фиг. 2 схематично показано поперечное сечение конструкции насадки первого варианта осуществления, показанной на Фиг. 1, во втором рабочем положении;
На фиг. 3 схематично показано поперечное сечение конструкции насадки второго варианта осуществления устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
На фиг. 4 схематично показано поперечное сечение конструкции насадки второго варианта осуществления, показанной на Фиг. 3, во втором рабочем положении;
На фиг. 5 схематично показано поперечное сечение конструкции насадки третьего варианта осуществления устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 6 схематично проиллюстрирован принцип работы дефлектора и ограничительного элемента, используемых в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 7 схематично показаны вид сверху (Фиг. 7a) и поперечное сечение (Фиг. 7b) элемента резинового скребка устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
На фиг. 8 схематично показаны вид сверху (Фиг. 8a) и поперечное сечение (Фиг. 8b) элемента резинового скребка, показанного на Фиг. 7, во втором рабочем положении;
На фиг. 9 схематично показано поперечное сечение устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением во всей его полноте;
На фиг. схематично 10 показано поперечное сечение щетки дополнительного варианта осуществления, используемой в устройстве для очистки в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 11 показан график, который служит для иллюстрации соотношения между угловой скоростью щетки и способностью щетки к самоочищению; и
На фиг. 12 показан график, который служит для иллюстрации соотношения между центробежным ускорением щетки и способностью щетки к самоочищению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 схематично показано поперечное сечение конструкции 10 насадки чистящего устройства 100 первого варианта осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Конструкция 10 насадки содержит щетку 12, выполненную с возможностью ее вращения вокруг оси 14 щетки. Щетка 12 снабжена гибкими элементами 16 щетки, предпочтительно выполненными в виде тонких волосков из микроволокна. Гибкие элементы 16 щетки содержат концевые части 18, выполненные с возможностью контакта с очищаемой поверхностью 20 при вращении щетки и с возможностью захват частиц 22 грязи и/или частиц 24 жидкости с поверхности 20 (пола 20) во время периода захвата, при вхождении элементов 16 щетки в контакт с поверхностью 20.
2
Кроме того, конструкция 10 насадки содержит блок привода, например двигатель (не показан), для приведения щетки 12 во вращение в заданном направлении 26 вращения. Блок привода предпочтительно выполнен с возможностью осуществления центробежного ускорения на концевых частях 18 элементов 16 щетки, составляющего, в частности во время периода сброса частиц грязи, при отсутствии контакта элементов 16 щетки с поверхностью 20 при вращении щетки 12, по меньшей мере 3000 м/с.
Щетка 12 по меньшей мере частично окружена корпусом 28 насадки. Установка щетки 12 внутри корпуса 28 насадки предпочтительно выбрана таким образом, что щетка 12, по меньшей мере, частично выступает из нижней стороны 30 корпуса 28 насадки. При использовании устройства 100 нижняя сторона 30 корпуса 28 обращена к очищаемой поверхности 20.
Также к нижней стороне 30 корпуса 28 насадки прикреплен элемент 32 резинового скребка. Элемент 32 резинового скребка расположен с возможностью его вхождения в контакт с очищаемой поверхностью 20 при использовании устройства 100. Резиновый скребок выполнен с возможностью его использования в качестве своего рода обтирочного устройства для перемещения или стирания частиц 22 грязи и/или частиц жидкости с поверхности 20, при перемещении устройства 100 для очистки. Резиновый скребок 32 проходит по существу параллельно оси 14 щетки. Корпус 28 насадки, резиновый скребок 32 и щетка 12 совместно ограничивают область 34 всасывания, расположенную внутри корпуса 28 насадки. Следует отметить, что область 34 всасывания применительно к настоящему изобретению не только является областью между щеткой 12, резиновым скребком 32 и корпусом 28 насадки, но также и является пространством между элементом 16 щетки при нахождении элементов 16 щетки внутри корпуса 28 насадки при вращении щетки 12. Область 34 всасывания также является областью, ограниченной резиновым скребком 32 и щеткой 12. Последняя область далее также называется отверстием 36 всасывания, открывающимся в область 34 всасывания.
Вакуумное устройство 38, показанное схематично на чертежах, создает пониженное давление в области 34 всасывания для всасывания частиц 22 грязи и частиц 24 жидкости, встречаемых и захватываемых щеткой 12 и резиновым скребком 32. В соответствии с настоящим изобретением пониженное давление предпочтительно составляет от 3 до 70 мбар, более предпочтительно от 4 до 50 мбар, и наиболее предпочтительно от 5 до 30 мбар. Это пониженное давление является относительно незначительным по сравнению с обычными пылесосами, в которых используется пониженное давление величиной приблизительно 70 мбар. Однако, благодаря свойствам щетки 12, поясняемым ниже, очень хорошие результаты очистки могут быть достигнуты даже в вышеупомянутых диапазонах давления. Таким образом, также могут использоваться меньшие вакуумные устройства 38. Это увеличивает свободу выбора вакуумного насоса.
При вращении щетки 12 частицы 22, 24 грязи и/или жидкости захватываются с поверхности 20 и сбрасываются либо во внутреннюю часть корпуса 28 насадки, либо к резиновому скребку 32. При сбрасывании частиц 22, 24 к резиновому скребку 32, они отражаются от него. Отражаемые частицы 22, 24 снова достигают щетки 12 и снова отбрасываются. Таким образом, частицы 22, 24 отскакивают вперед и назад между щеткой 12 и резиновым скребком 32 более или менее зигзагообразным образом, пока они, наконец, не будут всосаны вакуумным агрегатом 38. Некоторые из частиц 22, 24 грязи и/или жидкости, однако, отбрасываются от поверхности 20 в виде плоской струи, при их повторном распылении обратно на поверхность 20 в области между щеткой 12 и резиновым скребком 32. Поскольку резиновый скребок 32 выполнен возможностью его работы в качестве своего рода обтирочного устройства, эти частицы 22, 24 не выбрасываются повторно из корпуса 28 насадки. Благодаря пониженному давлению, создаваемому вакуумным устройством 38, повторно распыляемые частицы 22, 24 затем также всасываются вакуумным агрегатом 38.
На фиг. 1 дополнительно проиллюстрирован один из основных признаков устройства 100 для очистки в соответствии с настоящим изобретением. Дефлектор 25 расположен со второй стороны 29 щетки 12 в той области, в которой элементы 16 щетки покидают корпус 28 насадки при вращении щетки. Дефлектор 25 выполнен с возможностью контакта со щеткой 12 и сгибания элементов 16 щетки при вращении щетки 12. Дефлектор 25 иногда также называется спойлером. Дефлектор 25 выступает из внутренности корпуса 28 насадки в направлении к щетке 12. Дефлектор 25 предпочтительно соединен с корпусом 28 насадки. Это соединение может быть разъемным или неразъемным соединением.
Дефлектор 25 выполнен с возможностью предотвращения нежелательного выдувания воздуха щеткой 12 со второй стороны 29, с которой элементы 16 щетки покидают насадку 28 во время вращения щетки 12. Без дефлектора 25 щетка 12 работала бы как своего рода шестеренчатый насос, перекачивающий воздух из внутренней части корпуса 28 насадки к внешней стороне. За счет выдувания воздуха частицы 22, 24 грязи и/или жидкости уносились бы, так что щетка 12 больше не могла бы их собрать (см. Фиг. 2). Дефлектор 25 выполнен с возможностью сжатия элементов 16 щетки друг с другом и их сгибания, при их соударении с дефлектором 25. Таким образом, воздух, присутствующий в пространстве между элементами 16 щетки, является выталкиваемым из этого пространства. Этот принцип схематично проиллюстрирован на фиг. 6. На этом чертеже стрелка 33 указывает воздух, выталкиваемый из щетки 12 благодаря дефлектору 25. Следовательно, положение, в котором воздух выдувается из щетки 12, изменяется с положения снаружи корпуса 28 насадки на положение внутри корпуса 28 насадки. В той области, в которой элементы 16 щетки покидают корпус 28 насадки, больше не наблюдается нежелательного выдувания воздуха.
При наличии только дефлектора 25, элементы 16 щетки двигались бы отдельно друг от друга сразу после покидания дефлектора 25. Пространство между элементами 16 щетки тогда немедленно увеличилось бы, так что воздух всасывался бы в щетку 12 сразу после той точки, в которой элементы 16 щетки покидают дефлектор 25. Этот воздушный поток схематично обозначен стрелкой 33' на Фиг. 6. Следует отметить, что воздушный поток 33' не только следует из упомянутого выше эффекта, но является также результатом перепада давления внутри корпуса 28 насадки по сравнению с давлением снаружи.
Однако было обнаружено, что слишком сильный воздушный поток 33' со второй стороны 29 щетки 12 может противодействовать некоторым другим выгодным свойствам устройства 100 для очистки. При слишком большом воздушном потоке 33', слишком много воздуха всасывается в корпус 28 насадки со второй стороны 29. Это ведет к потере пониженного давления внутри области 34 всасывания, то есть увеличению абсолютного давления внутри области 34 всасывания. В этом случае создания достаточно значительного пониженного давления внутри области 34 всасывания необходимо было бы использовать очень мощный вакуумное устройство 38. Однако, изобретатели нашли способ решения этой проблемы.
Как показано на фиг. 1, конструкция 10 насадки дополнительно содержит ограничительный элемент 27. Ограничительный элемент выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного ограничения всасывания воздуха в корпус 28 насадки со второй стороны 29 щетки 12. Ограничительный элемент 27 служит своего рода уплотнением сразу за дефлектором 25.
В отличие от ситуации, схематично проиллюстрированной на фиг. 6, таким образом предотвращается всасывание воздуха в щетку 12 сразу после прохождения дефлектора 25 элементами 16 щетки. В отличие от ситуации, схематично проиллюстрированной на фиг. 6, ограничительный элемент 27 образует своего рода ограничительную стенку, повторяющую по форме формуза выпрямляющихся элементов 16 щетки после их сгибания дефлектором 25. Ограничительный элемент 27 таким образом выполнен с возможностью создания более длинного пути для воздуха, входящего в насадку. Это приводит к более высокому сопротивлению/ограничению, для снижения количества воздуха, входящего в переднюю сторону насадки. Следовательно, локальное пониженное давление создается между элементами 16 щетки в той области, которая на фиг. 1 обозначена ссылочной позицией 35. Из-за пониженного давления воздух входит в щетку 12 по окончании ограничительной стенки 27. За счет результирующего потока устраняется выдувание воздуха щеткой 12.
Из вышеизложенного очевидно, что именно комбинация дефлектора 25 и ограничительного элемента 27 позволяет с одной стороны устранить нежелательное выдувание воздуха щеткой 12, а с другой стороны служит для достаточной герметизации с той стороны щетки 12, с которой элементы 16 щетки покидают корпус 28 насадки при вращении щетки.
Дефлектор 25, а также ограничительный элемент 27 предпочтительно выполнены из механически гибкого материала. Так как дефлектор 25 выполнен с возможностью отклонения/сгибания элементов 16 щетки, дефлектор 25 предпочтительно является более жестким, чем ограничительный элемент 27. Дефлектор 25 может быть, например, выполнен из резины. Однако возможно использование других материалов. У относительно мягкого материала есть то преимущество, что он не повреждает элементы 16 щетки, отклоняя их.
Ограничительный элемент 27 предпочтительно выполнен из тонкого листа тканевого материала, резины или пластмассы. Такой гибкий ограничительный элемент, благодаря его гибкости, выполнен с возможностью принятия им формы, по существу, соответствующей форме наружной поверхности щетки 12, и с возможностью контакта с концевыми частями 18 элементов 16 щетки. Благодаря создаваемому пониженному давлению ограничительный элемент 27 таким образом выполнен с возможностью присасывания к щетке 12 для образования гибкой ограничительной стенки, выполненной с возможностью принятия ею формы, по существу соответствующей форме элементов 16 щетки при их сгибании дефлектором 25. Благодаря своей гибкости ограничительный элемент 27 таким образом выполнен с возможностью принятия им формы, по существу, соответствующей форме внешних контуров щетки 12. Также было показано, что очень легкие материалы (ткани, резина или пластмасса), используемые для выполнения ограничительного элемента 27, обусловливают минимальное трение между щеткой 12 и ограничительным элементом 27. Это является особенно выгодным, так как слишком высокое трение между ними противодействовало бы блоку привода, выполненному с возможностью ускорения щетки 12. Это означало бы необходимость использования более крупных двигателей, расходующих намного больше энергии, что является нежелательным.
Также следует отметить, что ограничительный элемент 27 на всех чертежах показан принимающим форму, по существу, соответствующую внешним контурам щетки 12. Однако это справедливо только при вращении щетки 12 и приложении пониженного давления внутри области 34 всасывания. При выключенном устройстве и отсутствии пониженного давления гибкий ограничительный элемент 27 просто свободно висит.
Кроме того ограничительный элемент 27 выполнен с возможностью выравнивания потока. Это способствует постоянной скорости воздушного потока, входящего со стороны 29 корпуса 28 насадки, с которой элементы 16 щетки покидают корпус 28 насадки. Постоянная скорость потока является особенно важной, поскольку элемент 32 резинового скребка выполнен с возможностью его переключения из одного положения в другое в зависимости от направления 40 перемещения насадки 10 между открытым и закрытым положением. Это будет объяснено ниже.
Для гарантированного результата очистки при перемещении насадки 10 назад (показанном на фиг. 1), а также при перемещении насадки 10 вперед (показанном на фиг. 2), элемент 32 резинового скребка содержит один или более шипов 50 для переключения резинового скребка 32 из открытого в закрытое положение и наоборот, в зависимости от направления перемещения 40 насадки 10 относительно поверхности 20. При перемещении насадки 10 вперед (показанном на фиг. 2), при котором резиновый скребок, при взгляде в направлении перемещения 40, расположен сзади щетки 12, резиновый скребок 32 находится в закрытом положении. В этом закрытом положении резиновый скребок 32 выполнен с возможностью перемещения или стирания частиц 22, 24 грязи и/или жидкости с поверхности 20, при его скольжении по поверхности 20. При перемещении вперед резиновый скребок 32 выполнен с возможностью его работы в качестве своего рода обтирочного устройства, собирающего оставшуюся воду с поверхности 20, не захваченную или распыленную обратно со щетки 12 к поверхности 20. Оставшаяся вода 24, собираемая резиновым скребком, может затем всасываться посредством приложения пониженного давления.
С другой стороны, резиновый скребок 32 находится в своем открытом положении, при перемещении насадки 10 назад (показанном на фиг. 1), при котором резиновый скребок, при взгляде в направлении перемещения 40, расположен перед щеткой, для его контакта с частицами 22, 24 грязи и/или жидкости на поверхности до контакта с ними щетки 12. При перемещении назад шипы 50 переключают резиновый скребок 32 в его открытое положение. В открытом положении скребка частицы 22, 24 грязи и/или жидкости могут входить в отверстие 36 всасывания через отверстия, образуемые между резиновым скребком 32 и очищаемой поверхностью 20.
При отсутствии переключения резинового скребка 32 в открытое положение, только очень малые частицы 22 грязи могли бы достичь отверстия 36 всасывания в то время как большинство частиц 22, 24 грязи и/или жидкости было бы собрано резиновым скребком 32 и перемещалось по поверхности 20, не имея возможности войти в отверстие 36 всасывания. Это привело бы к плохому результату очистки и сушки.
Для гарантированного переключения резинового скребка 32 в зависимости от направления его перемещения, резиновый скребок 32 предпочтительно содержит гибкий резиновый выступ 46, выполненный, в зависимости от направления 40 перемещения, с возможностью его сгиба относительно его продольной оси. Увеличенное схематичное изображение резинового скребка 32 показано на фиг. 7 и фиг. 8 на виде спереди и на виде сбоку, соответственно. На фиг. 7 показан резиновый скребок в его закрытом положении, тогда как на фиг. 8 показан резиновый скребок 32 в его открытом положении.
Шипы 50, расположенные около нижнего конца резинового выступа 46, для касания резиновым скребком 32 поверхности 20, выполнены с возможностью, по меньшей мере, частичного поднятия резинового выступа 46 над поверхностью 20, при перемещении устройства для очистки по поверхности 20 в направлении 40 назад (как показано на фиг. 1 и фиг. 8). В этом случае резиновый выступ 46 является поднятым, главным образом благодаря естественному трению между поверхностью 20 и шипами 50. Кроме того шипы 50 выполнены с возможностью их действия в качестве стопоров, замедляющих резиновый выступ 46, и с возможностью переключения выступа 46 из одного положения в другое относительно выступов 50. Таким образом резиновый скребок 32 выполнен с возможностью его скольжения на шипах 50, при этом резиновый выступ 46 является поднимаемым шипами 50, с образованием в пространстве между резиновым выступом 46 и поверхностью 20 отверстий 44 (см. фиг. 8a, b).
Очевидно, отверстия 44 не только позволяют частицам 22, 24 грязи и/или жидкости входить в отверстие 36 всасывания. При этом намного больше воздуха всасывается через отверстия 44 в область 34 всасывания по сравнению с перемещением насадки 10 вперед, при нахождении резинового скребка 32 в его закрытом положении. Это означает, что есть разница в характеристиках потока в зависимости перемещения насадки 10 вперед (как показано на фиг. 2) или назад (как показано на фиг. 1). Пониженное давление внутри области 34 всасывания, таким образом, является более значительным при перемещении вперед (показанном на фиг. 2), чем при перемещении назад (показанном на фиг. 1).
С другой стороны, это означает, что перепад давлений на дефлекторе 25 и ограничительном элементе 27 является относительно небольшим при перемещении насадки назад, тогда как перепад давлений является относительно высоким при перемещении насадки вперед. Без ограничительного элемента 27 герметизация со второй стороны 29 корпуса 28 насадки была бы недостаточной, особенно при перемещении насадки вперед. Даже при том, что дефлектор 25 без ограничительного элемента 27 не устраняет нежелательное выдувание воздуха щеткой 12, при этом большое количество воздуха может всасываться в область 34 всасывания со второй стороны 29 щетки 12 из-за высокого перепада давлений с этой стороны насадки. В этом случае достаточное пониженное давление в пространстве между резиновым скребком 32 и щеткой 12 (в отверстии 36 всасывания) при перемещении насадки 10 вперед может создаваться только с помощью большого и потребляющего большое количество энергии вакуумного устройства. Однако предложенный здесь ограничительный элемент 27 компенсирует вышеупомянутый недостаток, и выполнен с возможностью достаточно хорошей герметизации, в силу этого сводя к минимуму требования к вакуумному устройству 38.
На фиг. 3 и фиг. 4 показан второй вариант осуществления конструкции 10 насадки. Эти чертежи иллюстрируют, что положения дефлектора 25 и ограничительного элемента 27 могут поменяться с положением 32 резинового скребка относительно щетки 12. Однако, при сравнении фиг. 3 и фиг. 4 с фиг. 1 и фиг. 2 можно заметить, что дефлектор 25 и ограничительный элемент 27 все еще расположены со второй стороны 29 щетки 12, с которой элементы 16 щетки покидают корпус 28 насадки. Аналогичным образом резиновый скребок 32 расположен с первой стороны 31 щетки 12, с которой элементы 16 щетки входят в корпус 28 насадки при вращении щетки.
Как можно заметить на фиг. 3, резиновый скребок 32 должен быть в открытом положении, при перемещении насадки 10 вперед, при котором насадка 10 перемещается в направлении 40, в котором резиновый скребок 32, при взгляде в направлении перемещения 40, расположен перед щеткой 12. В противном случае частицы 22, 24 грязи и/или жидкости не могли бы входить в отверстие 36 всасывания.
С другой стороны, резиновый скребок 32 находится в своем закрытом положении, при перемещении насадки назад в соответствии с этим вариантом осуществления, как показано на киг. 4, при котором щетка 12, при взгляде в направлении перемещения 40, расположена перед резиновым скребком 32 и первой встречается с частицами 22, 24 грязи и/или жидкости. Резиновый скребок 32 в этом случае выполнен с возможностью его работы в качестве обтирочного устройства, скользящего по поверхности 20 и собирающего оставшиеся частицы 22, 24 грязи и/или жидкости с поверхности 20.
В обоих вариантах дефлектор 25 и ограничительный элемент 27 находятся со второй стороны 29, с которой элементы 16 щетки покидают корпус 28 насадки.
На фиг. 5 показан третий вариант осуществления. Отличием третьего варианта осуществления является то, что дефлектор 25' и ограничительный элемент 27' выполнены в виде отдельных частей. В отличие от вариантов осуществления, показанных на фиг. 1 - 4, ограничительный элемент 27' не прикреплен непосредственно к дефлектору 25'. В соответствии с этим вариантом осуществления ограничительный элемент 27' непосредственно соединен с корпусом 28 насадки, отдельно от дефлектора 25'. Однако, для достижения свойств, упомянутых выше, ограничительный элемент 27', расположен очень близко к дефлектору 25'. Во всех вариантах осуществления ограничительный элемент 27, 27', при взгляде в направлении 26 вращения щетки 12, расположен сзади дефлектора 25, 25', так что элемент 16 щетки выполнен с возможностью его вхождения в контакт с дефлектором 25, 25' до прохождения им ограничительного элемента 27, 27' и до его последующего прохода из корпуса 28 насадки с нижней стороны.
Далее будут описаны дополнительные свойства щетки 12 и угловая скорость вращения щетки 12. Щетка 12 предпочтительно имеет диаметр, находящийся в диапазоне от 20 до 80 мм, и блок привода выполнен с возможностью вращения щетки 12 с угловой скоростью, составляющей по меньшей мере 3000 об/мин, предпочтительно с угловой скоростью приблизительно 6000 об/мин и выше. Ширина щетки 12, то есть размер щетки 12 в направлении прохождения оси 14 вращения щетки 12, может составлять например около 25 см.
2
На внешней поверхности центрального элемента 52 щетки 12 предусматриваются пучки 54. Каждый пучок 54 включает в себя сотни волоконных элементов, упоминаемых как элементы 16 щетки. Например, элементы 16 щетки выполнены из полиэстера или нейлона диаметром приблизительно 10 мкм, и величиной Dtex, составляющей менее 150 г на 10 км. Плотность упаковки элементов 16 щетки может составлять по меньшей мере 30 пучков 54 на см внешней поверхности центрального элемента 52 щетки 12.
Элементы 16 щетки могут быть расположены хаотично, то есть не на фиксированных взаимных расстояниях. Кроме того, следует отметить, что внешняя поверхность 56 элементов 16 щетки может быть неровной, увеличивая способность элементов 16 щетки к улавливанию капель 24 жидкости и частиц 22 грязи. В частности, элементы 16 щетки могут быть так называемыми микроволокнами, не имеющими гладкой и более или менее круговой наружной поверхности, но имеющими шероховатую и более или менее звездообразную наружную поверхность с бороздками и углублениями. Элементы 16 щетки не обязательно являются идентичными, но предпочтительно, линейная массовая плотность большинства элементов 16 щетки 12 составляет ниже, чем 150 г на 10 км, по меньшей мере на концевых частях 18.
Посредством вращающейся щетки 12, в частности посредством элементов 16 вращающейся щетки 12, частицы 22 грязи и жидкость 24 захватываются с поверхности 20 и транспортируются к положению сбора внутри устройства 100 для очистки. Благодаря вращению щетки 12 наступает момент, в котором первый контакт с поверхностью 20 осуществляется в первом положении. Сила контакта увеличивается до тех пор, пока элементы 16 щетки не согнутся таким образом, что концевые части 18 элементов 16 щетки выйдут из контакта с поверхностью 20. Концевые части 18, как было упомянуто ранее, выполнены с возможностью их скольжения по поверхности 20 и в процессе этого встречают частицы 22 грязи и жидкость 24, что может привести к ситуации, в которой некоторое количество жидкости 24 и/или частиц 22 грязи удаляются с очищаемой поверхности 20 и захватываются элементами 16 щетки за счет сил адгезии.
В этом процессе элементы 16 щетки могут действовать более или менее как хлысты для улавливания и увлечения частиц 22, 24, замыкаемых за счет силы и способных к удерживанию частиц 22, 24 действуя как ленточный тормоза. Кроме того, захватываемая жидкость 24 может увлекать с собой немного жидкости, причем струйка жидкости остается в воздухе и удаляется с поверхности 20. Ускорение, создаваемое на концевых частях 18 элементов 16 щетки, заставляет частицы 22 грязи и капельки 24 жидкости автоматически сбрасываться из щетки 12, при выходе элементов щетки выходят из контакта с полом 20 при их вращении. Поскольку не все частицы 22 грязи и капельки 24 жидкости могут быть непосредственно всосаны вакуумным агрегатом 38, небольшое количество грязи и жидкости отбрасывается назад на поверхность 20 в область, в которой элементы 16 щетки выходят из контакта с поверхностью 20. Однако эффект обратного распыления на поверхность 20 компенсируется элементом 32 резинового скребка, выполненным с возможностью собирания повторно распыленной жидкости и грязи, действуя как обтирочное устройство, так что оставшаяся жидкость 24 и грязь 22 могут всасываться благодаря прикладываемому пониженному давлению. Жидкость 24 и грязь 22 поэтому не покидают область 34 всасывания и являются всасываемыми.
Благодаря выбранным техническим параметрам, элементы 16 щетки производят эффект мягкого отскребания поверхности 20, способствуя противодействию адгезии жидкости 24 и частиц 22 грязи к поверхности 20.
2
При вращении щетки 12, перемещение элементов 16 щетки по поверхности 20 продолжается до того момента, пока контакт с поверхностью в конечном счете не будет потерян. При выходе из контакта элементы 16 щетки стремятся принять исходное, выпрямленное состояние под влиянием центробежных сил, действующих на элементы 16 щетки в результате вращения щетки 12. Поскольку элементы 16 щетки являются согнутыми в момент стремления снова принять выпрямленное состояние, дополнительное выпрямляющее ускорение присутствует в концевых частях 18 элементов 16 щетки, причем элементы 16 щетки со свистом рассекают воздух от согнутого состояния до выпрямленного состояния, при этом перемещение элементов 16 щетки сопоставимо с ударом хлыста. Ускорение на концевых частях 18 в то время, когда элементы 16 щетки снова почти приняли выпрямленное состояние, соответствует по меньшей мере 3000 м/с.
Под влиянием сил, действующих на концевых частях 18 элементов 16 щетки во время описанного перемещения, частицы 22 грязи и жидкость 24 сбрасываются с элементов 16 щетки, поскольку эти силы являются намного более значительными, чем силы адгезии. Следовательно, жидкость 24 и частицы 22 грязи улетают в направлении от поверхности 20. Большая часть жидкости 24 и частиц 22 грязи затем всасывается вакуумным агрегатом. С помощью элемента 32 резинового скребка и пониженного давления, создаваемого в области 34 всасывания, как было объяснено выше, также обеспечивается собирание и всасывание оставшейся части жидкости 24 и грязи 22, распыленной от щетки 12 обратно к поверхности 20.
Под влиянием ускорения жидкость 24 может быть удалена в виде маленьких капель. Это целесообразно для дальнейших процессов разделения, выполняемых вакуумным устройством 38, в частности центробежным вентилятором вакуумного устройства 38, выполненным с возможностью его работы в качестве вращающегося сепаратора воздуха и грязи. Следует отметить, что силы всасывания, такие как силы, прикладываемые центробежным вентилятором, не играют роли в вышеописанном процессе захвата жидкости и грязи посредством элементов 16 щетки. Однако, силы всасывания необходимы для захвата грязи и жидкости, собранных резиновым скребком.
Кроме работы каждого элемента 16 щетки, как было описано выше, может действовать другой эффект, способствующий процессу захвата частиц 22 грязи и жидкости 24, а именно капиллярный эффект между элементами 16 щетки. В этом отношении щетку 12 с элементами 16 щетки можно сравнить со щеткой 12, опускаемой в некоторое количество краски, причем краска абсорбируется щеткой 12 на основе капиллярных сил.
Из вышеизложенного следует, что щетка 12 в соответствии с настоящим изобретением обладает следующими свойствами:
- мягкие пучки 54 с гибкими элементами 16 щетки являются выпрямляемыми за счет центробежных сил во время бесконтактной части вращения щетки 12;
- щетка 12 выполнена с возможностью приема ею формы, по существу, соответствующей форме очищаемой поверхности 20, поскольку мягкие пучки 54 сгибаются всякий раз при касании поверхности 20, и выпрямляются при первой возможности под влиянием центробежных сил;
- щетка 12 выполнена с возможностью ее постоянного самоочищения благодаря достаточно высоким силам ускорения, что гарантирует постоянный результат очистки;
- генерирование тепла между поверхностью 20 и щеткой 12 является минимальным благодаря очень низкой изгибной жесткости пучков 54;
- возможно осуществление равномерного захвата жидкости с поверхности 20 и достижение постоянного результата очистки даже в том случае, если на поверхности 20 присутствуют складки или выбоины, благодаря тому, пучки 54 выполнены с возможностью захвата жидкости 24 ими, а не воздушный поток, как во многих обычных устройствах; и
- грязь 22 удаляется с поверхности 20 мягким, но эффективным образом посредством пучков 54, причем наиболее эффективное использование энергии обеспечивается за счет низкой жесткости элементов 16 щетки.
Благодаря относительно низкому значению линейной массовой плотности элементы 16 щетки могут иметь очень низкую изгибную жесткость, и при упаковке в пучки 54 неспособны оставаться в их первоначальной форме. В обычных щетках элементы щетки пружинят назад при освобождении. Однако элементы 16 щетки, имеющие, как было упомянуто, очень низкую изгибную жесткость, неспособны к этому, поскольку упругие силы настолько малы, что они не могут превысить силы внутреннего трения, присутствующие между индивидуальными элементами 16 щетки. Следовательно, пучки 54 остаются смятыми после деформации, и выпрямляются только при вращении щетки 12.
По сравнению с обычными устройствами, включающими в себя жесткие щетки (обычные вращаемые щетки) для контакта с очищаемой поверхностью, щетка 12, используемая в соответствии с настоящим изобретением, выполнена с возможностью достижения значительно лучших результатов очистки благодаря принципу работы, согласно которому элементы 16 щетки используются для захвата а и удаления жидкости 24 грязи 22 с очищаемой поверхности 20, причем жидкость 24 и грязь 22 сбрасываются элементами 16 щетки до повторного вхождения в контакт с поверхностью 20 при следующем обороте. Волоски микроволокна, используемые в качестве элементов 16 щетки, также имеют то преимущество, что они выполнены с возможностью ограничения потока при прохождении ограничительного элемента 27. Поэтому щетка 12 обладает очень хорошим герметизирующим действием. Жесткие волоски обычной вращаемой щетки не способны к такой герметизации.
На фиг. 9 показан вид устройства 100 для очистки в соответствии с настоящим изобретением во всей его полноте. В соответствии с этой схематически представленной конструкцией устройство 100 для очистки содержит корпус 28 насадки, в котором щетка 12 устанавливается с возможностью ее вращения вокруг оси 14 щетки. Блок привода, который может быть выполнен в виде обычного двигателя, такого как, например, электродвигатель (не показан), предпочтительно соединен со щеткой или даже расположен на оси 14 щетки с целью приведения щетки 12 во вращение. Следует отметить, что двигатель также может быть расположен в любом другом подходящем положении внутри устройства 100 для очистки.
В корпусе 28 насадки, расположено средство, такое как колеса (не показаны), для поддержания оси 14 вращения щетки 12 на заданном расстоянии от очищаемой поверхности 20.
Как уже было объяснено выше, элемент 32 резинового скребка находится на расстоянии от щетки 12 и прикреплен к нижней стороне 30 корпуса 28 насадки. Он проходит по существу параллельно оси 14 щетки, ограничивая тем самым область 34 всасывания внутри корпуса 28 насадки между элементом 32 резинового скребка и щеткой 12, причем область 34 всасывания содержит отверстие 36 всасывания, расположенное на нижней стороне 30 корпуса 28 насадки и обращенное к очищаемой поверхности 20.
Помимо корпуса 28 насадки, щетки 12 и элемента 32 резинового скребка устройство 100 для очистки предпочтительно содержит следующие компоненты:
- ручку 64, позволяющую пользователю легко манипулировать устройством 100 для очистки;
- резервуар 66 для очищающей жидкости 68, такой как вода;
- контейнер 70 для сбора мусора для приема жидкости 24 и частиц 22 грязи, захватываемых с очищаемой поверхности 20;
- канал для потока в форме, например, полой трубы 72, соединяющей контейнер 70 для сбора мусора с областью 34 всасывания, содержащей отверстие 36 всасывания с нижней стороны 30 насадки 10. Следует отметить, что применительно к настоящему изобретению канал для потока, включающий в себя полую трубу 72, может быть также называться областью 34 всасывания, к которой прикладывается пониженное давление посредством вакуумного устройства 38; и
- вакуумное устройство 38, содержащее центробежный вентилятор 38’, расположенный со стороны контейнера 70 для сбора мусора, противоположной той стороне, где расположена труба 72.
Для полноты следует отметить, что в области охвата настоящего изобретения возможны также другие и/или дополнительные конструкционные детали. Например, может быть предусмотрен элемент для отклонения мусора 22, 24, направляемого вверх, так, что мусор 22, 24 сначала отклоняется до достижения в конечном счете контейнера 70 для сбора мусора. Кроме того, вакуумное устройство 38 может быть расположен с другой стороны контейнера 70 для сбора мусора, чем сторона, противоположная той стороне, с которой расположена труба 72.
В соответствии с одним вариантом осуществления, который показан на фиг. 10, щетка 12 содержит центральный элемент 52. Центральный элемент 52 выполнен в виде полой трубки, снабженной множеством каналов 74, проходящих через стенку 76 центрального элемента 52. Для транспортировки очищающей жидкости 68 от резервуара 66 к внутренней части полого центрального элемента 52 щетки 12 может быть предусмотрена, например гибкая трубка 78, ведущая внутрь центрального элемента 52.
В соответствии с этим вариантом осуществления очищающая жидкость 68 может подаваться к полому центральному элементу 52, в котором во время вращения щетки 12 жидкость 68 покидает полый центральный элемент 52 через каналы 74 и увлажняет элементы 16 щетки. Таким образом, жидкость 68 также разбрызгивается или падает на очищаемую поверхность 20. Таким образом, очищаемая поверхность 20 является смачиваемой очищающей жидкостью 68. Это дополнительно увеличивает адгезию частиц 22 грязи с элементами 16 щетки и поэтому улучшает способность к удалению пятен с очищаемой поверхности 20.
В соответствии с настоящим изобретением скорость, с которой жидкость 68 подается к полому центральному элементу 52, может быть довольно низкой, причем максимальная скорость может составлять, например, 6 мл/мин на 1 см ширины щетки 12.
Однако, следует отметить, что активная подача воды 68 к очищаемой поверхности 20 с использованием полых каналов 74 внутри щетки 12 не является необходимой. Альтернативно очищающая жидкость может подаваться путем распыления на щетку 12 снаружи или путем простого погружения щетки 12 в очищающую воду перед использованием. Вместо использования специально выбранной жидкости, также можно использование уже пролитой жидкости, то есть жидкости, подлежащей удалению с очищаемой поверхности 20.
Захват очищающей воды 68 с пола, как уже упоминалось выше, либо осуществляется посредством элемента 32 резинового скребка, выполненного с возможностью собирания воду, действующего как своего рода обтирочное устройство, транспортирующее жидкость к области 34 всасывания, в которой она всасывается за счет пониженного давления, создаваемого вакуумным агрегатом 38, либо вода непосредственно захватывается с пола щеткой 12. По сравнению с обычными устройствами, содержащими жесткие щетки, не способные к захвату воды, щетка 12, используемая в соответствии с настоящим изобретением, выполнена с возможностью захвата ею воды. Таким образом, обеспечиваются значительно лучшие результаты очистки.
Технические параметры щетки 12, элементов 16 щетки и блока привода получены из экспериментов, выполненных в контексте настоящего изобретения.
Далее описывается один из экспериментов и его результаты. Испытываемые щетки были снабжены волоконными материалами различных типов, используемых для элементов 16 щетки, включая относительно толстые волокна и относительно тонкие волокна. Кроме того, различались плотность упаковки, а также значения Dtex. Характеристики различных щеток приведены в следующей таблице.
Плотность упаковки (кол-во пучков/см<sup>2</sup>)
волокон на пучок
Значение Dtex (г/10 км)
Материал волокна
Длина волокна (мм)
Внешний вид волокна
щетка 1
160
9
113,5
нейлон
10
упругое, прямое
щетка 2
25
35
31,0
нейлон
11
довольно жесткое, закрученное
щетка 3
40
90
16,1
-
11
очень мягкое, витое
щетка 4
50
798
0,8
полиэстер
11
очень мягкое, витое
Этот эксперимент включал в себя вращение щетки при одинаковых условиях и оценку результатов очистки, износа и мощности на единицу поверхности 20, подвергаемой обработке щеткой 12. Эксперимент также подтвердил факт генерирования тепла, на поверхности 20. Результаты эксперимента отражены в следующей таблице, в которой оценка 5 используется для указания лучших результатов, а более низкие оценки используются для указания более слабых результатов.
удаление пятен
забор воды
износ
мощность на единицу поверхности
щетка 1
5
3
3
3
щетка 2
5
3
1
4
щетка 3
5
4
4
5
щетка 4
5
5
5
5
Среди прочего, этот эксперимент доказывает, что возможно иметь элементы 16 щетки с линейной массовой плотностью в диапазоне от 100 до 150 г на 10 км и получать полезные результаты очистки, хотя оказалось, что захват воды, износ и потребление энергии не очень хороши. Можно сделать вывод, что соответствующее предельное значение для линейной массовой плотности составляет 150 г на 10 км. Однако очевидно, что при гораздо более низкой линейной массовой плотности результаты очистки и все другие результаты являются очень хорошими. Следовательно, предпочтительны нижние 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. Для значений последнего порядка гарантированы превосходные результаты очистки, оптимальный захват воды, минимальный износ, а также достаточно низкое потребление энергии и генерирование тепла на поверхности 20.
2
Следует отметить, что минимальное значение 3000 м/с для ускорения, преобладающего на концах 18 элементов 16 щетки в течение некоторого времени одного оборота щетки 12, в частности в течение некоторого времени во время периода сброса грязи, при отсутствии контакта между элементами 16 щетки и поверхностью 20, подтверждается результатами экспериментов, которые были выполнены в контексте настоящего изобретения.
Далее будет описан один из этих экспериментов и его результаты. В этом эксперименте использовались следующие условия:
2
1) Щетка 12, имеющая диаметр 46 мм, ширину приблизительно 12 см, и элементы 16 щетки из полиэстера с линейной массовой плотностью приблизительно 0,8 г на 10 км, собранные в пучки 54 приблизительно из 800 элементов 16 щетки каждый, с плотностью приблизительно 50 пучков 54 на 1 см, устанавливается на вал двигателя.
2) Определяется вес щетки 12 и двигателя в сборке.
3) Источник питания двигателя соединяется с таймером для остановки двигателя после периода работы, равного 1 с или периода работы, равного 4 с.
4) Щетка 12 погружается в воду для ее полного насыщения водой. Следует отметить, что используемая щетка 12, по-видимому, выполнена с возможностью поглощения приблизительно 70 г общего веса воды.
5) Щетка 12 вращается с угловой скоростью 1950 об/мин и останавливается после 1 с или 4 с.
6) Определяется вес щетки 12 и двигателя в сборке, и вычисляется разность с весом в сухом состоянии, который был определен на этапе 2).
7) Этапы 4) - 6) повторяются для других значений угловой скорости, в частности для значений, приведенных в следующей таблице, которая дополнительно содержит значения веса воды, оставшейся в щетке 12 после остановки через 1 с и 4 с, и значения соответствующего центробежного ускорения, вычисляемого согласно следующему уравнению:
2
a=(2*π*f)*R
в котором:
2
a = центробежное ускорение (м/с)
f = частота вращения щетки (Гц)
R = радиус щетки 12 (м)
Угловая скорость (об/мин)
Вес воды, присутствующей после 1 с (г)
Вес воды, присутствующей после 4 с (г)
Центробежное ускорение (м/с<sup>2</sup>)
1950
8,27
7,50
959
2480
5,70
4,57
1551
3080
3,70
3,11
2393
4280
2,52
1,97
4620
5540
1,95
1,35
7741
6830
1,72
1,14
11,65
7910
1,48
1,00
15780
9140
1,34
0,94
21069
Найденное соотношение между угловой скоростью и весом воды для двух различных моментов остановки изображено на графике на фиг. 11, а найденное соотношение между центробежным ускорением и весом воды для двух различных моментов остановки изображено на графике на фиг. 12, причем вес воды указан по вертикальной оси каждого из графиков. Из графика, показанного на фиг. 11, видно, что сброс воды щеткой 12 сильно уменьшается, при угловой скорости меньшей, чем приблизительно 4000 об/мин. Кроме того, сброс щеткой воды довольно устойчив при угловых скоростях выше, чем 6000 об/мин и до 7000 об/мин.
2
2
Переход в сбросе воды щеткой 12 обнаруживается при угловой скорости 3500 об/мин, соответствующей центробежному ускорению, равному 3090 м/с. Для иллюстрации этого факта графики, изображенные на Фиг. 11 и Фиг. 12, содержат вертикальную линию, указывающую значения 3500 об/мин и 3090 м/с, соответственно.
2
На основе результатов эксперимента, как было объяснено выше, можно прийти к заключению, что значение ускорения 3000 м/с на концевых частях 18 элементов 16 щетки во время периода отсутствия контакта является реалистичной минимальной величиной, с учетом способности элементов 16 щетки к самоочищению, отвечающей требуемой линейной массовой плотности менее чем 150 г на 10 км, по меньшей мере на концевых частях 18. Должная эффективность самоочищения является важной для получения хороших результатов очистки, как уже было объяснено выше.
2
2
Для полноты следует отметить, что в устройстве 100 для очистки в соответствии с настоящим изобретением центробежное ускорение может быть меньше, чем 3000 м/с. Причина этого заключается в том, что ускорение, создаваемое на концевых частях 18 элементов 16 щетки, при выпрямлении элементов 16 щетки, может быть более высоким, чем нормальное центробежное ускорение. Этот эксперимент показывает, что минимальное значение 3000 м/с справедливо для ускорения, являющегося нормальным центробежным ускорением в эксперименте, и которое может быть более высоким ускорением, вызываемым конкретным поведением элементов 16 щетки, по завершении периода захвата грязи, и есть место для выпрямления в фактическом устройстве 100 для очистки в соответствии с настоящим изобретением есть место для их выпрямления, что оставляет возможность использования более низкого нормального центробежного ускорения во время других периодов вращения (например, во время периода захвата грязи).
Даже притом, что в соответствии с настоящим изобретением предпочтительной является одиночная щетка, понятно, что дополнительные щетки также могут использоваться без выхода из области охвата настоящего изобретения.
Специалисту в данной области техники понятно, что область охвата настоящего изобретения не ограничивается примерами, обсужденными выше, и что возможны его различные модификации и изменения без отклонений от области охвата настоящего изобретения, определяемой прилагаемой формулой изобретения. В то время как настоящее изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в чертежах и в описании, их следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничительными. Настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
2
Для ясности следует отметить, что полностью выпрямленное состояние элементов 16 щетки является состоянием, в котором элементы 16 щетки полностью вытянуты в радиальном направлении относительно оси 14 вращения щетки 12, в котором нет никаких загнутых концевых частей в элементах 16 щетки. Это состояние может быть реализовано, при вращении щетки 12 с нормальной рабочей скоростью, при которой может быть реализовано ускорение 3000 м/с на концевых частях 18 элементов 16 щетки. Только часть элементов 16 щетки 12 может находиться в полностью выпрямленном состоянии, в то время как другая часть, благодаря преградам, с которыми сталкиваются элементы 16 щетки, не может быть в таком состоянии. Обычно диаметр D щетки 12 определяется, когда все элементы 16 щетки находятся в полностью выпрямленном состоянии.
Концевые части 18 элементов 16 щетки представляют собой внешние части элементов 16 щетки, при взгляде в радиальном направлении, то есть части, являющиеся самыми отдаленными от оси 14 вращения. В частности, концевые части 18 представляют собой части, используемые для захвата частиц 22 грязи и жидкости, и выполненные с возможностью скольжения вдоль очищаемой поверхности 20. При сгибании щетки 12 относительно поверхности 20, длина концевой части приблизительно равна величине сгибания.
В то время как настоящее изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в чертежах и предшествующем описании, их следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничительными; настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие модификации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и сделаны при осуществлении заявленного изобретения специалистами в данной области техники на основе изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слова «включающий в себя» не исключают других элементов или этапов, а неопределенный артикль «а» или «аn» не исключает множественного числа. Единственный элемент или другой блок могут выполнять функции нескольких элементов, упомянутых в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые меры приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимуществ. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения.