УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ
DEVICE FOR SURFACE CLEANING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для очистки для очистки поверхности. Кроме того, настоящее изобретение относится к узлу насадки для такого устройства для очистки.
Предпосылки изобретения
В настоящее время электрические устройства для очистки пола могут быть разделены на три группы. Первая группа устройств для очистки пола использует исключительно воздушный поток/пониженное давление для всасывания загрязняющих частиц непосредственно с пола, например с ковра. Вторая группа устройств для очистки пола использует сочетание воздушного потока и вращающейся щетки. Они в основном основаны на жестких щетках для рассеивания загрязняющих частиц. Вследствие вращения щетки загрязняющие частицы будут переноситься воздухом с пола и после этого собираться.
В соответствии с известным уровнем техники известны две разные идеи для сбора рассеянных загрязняющих частиц. Первая известная идея направлена на сбор загрязняющих частиц в так называемый пылесборник, который расположен на полу. Для этой цели пылесборник расположен на стороне щетки, где загрязняющие частицы отделяются от щетки, т.е. на стороне, где рассеиваются загрязняющие частицы. Однако, эта идея имеет основной недостаток, поскольку загрязняющие частицы могут только проходить в щетку с одного направления, т.е. с противоположной стороны пылесборника. Таким образом, эти устройства всегда должны перемещаться в направлении вперед, в котором щетка, если смотреть в направлении перемещения устройства, расположена спереди пылесборника. Перемещение устройства в противоположном направлении назад не привет к сбору загрязняющих частиц, поскольку загрязняющие частицы не будут достигать щетки с этой стороны. Это снова приведет к неудовлетворительной ограниченной рабочей способности.
Вторая идея, известная из известного уровня техники для сбора загрязняющих частиц, которые рассеиваются вращающейся щеткой, заключается в использовании внешнего источника вакуума. Эти изделия используют щетку для рассеивания загрязняющих частиц в сочетании с воздушным потоком, создаваемым вакуумным устройством для подъема рассеиваемых загрязняющих частиц. Такой тип устройства известен для примера из WO 2005/074779 A1. Это устройство включает в себя вакуумное устройство для создания пониженного давления во всасывающей камере, которая ограничена на своей передней и задней стороне ограничивающими элементами, такими как направляющие. Вращающаяся щетка расположена внутри всасывающей камеры. Щетка используется для подметания пола и рассеивания пыли, которая затем всасывается источником вакуумного потока. Два ограничивающих элемента, которые предложены в соответствии с данным решением, предназначены для вертикального перемещения, так что они могут подниматься в зависимости от перемещения вперед или назад насадки. Эти ограничивающие элементы имеют функцию для стабилизации пониженного давления в всасывающей камере для приема постоянного всасывающего потока (постоянного пониженного давления) внутри всасывающей камеры, не зависящего от направления перемещения насадки.
Однако устройство, предложенное в WO 2005/074779 A1, включает в себя несколько недостатков. Прежде всего, конструкция, включающая в себя два ограничивающих элемента, является довольно сложной и подверженной столкновениям. Во-вторых, щетка, которая используется в этом пылесосе, является встряхивателем (также обозначенным как adjutator) с жесткими ворсинками щетки для встряхивания пола. Однако узел, включающий в себя такой встряхиватель, требует большой всасывающей силы для получения удовлетворительного результата очистки особенно на твердых поверхностях. Следовательно, необходимо использовать большие вакуумные устройства, что снова приводит к большой розничной цене устройства.
Третья группа электрических устройств для очистки пола использует две отдельные щетки, которые расположены параллельно друг другу. Эти щетки вращаются с высокими скоростями, одна вращается по часовой стрелке, другая против часовой стрелки. Однако для всасывания загрязняющих частиц, которые поднимаются щетками, большая часть устройств нуждается во внешнем источнике потока, что снова делает устройство очень дорогим. Кроме того, использование двух отдельных щеток делает насадку довольно громоздкой, что заканчивается неудовлетворительной свободой действия потребителя.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства для очистки, которое по сравнению с известным уровнем техники показывает повышенную эффективность очистки, одновременно, имеет насадку небольшого размера, удобную в использовании и менее дорогостоящую для пользователя. Особенно, целью является создание устройства для очистки, которое показывает повышенную эффективность очистки без необходимости во внешнем источнике вакуума, так что затраты на источник вакуума могут быть сэкономлены без ограничения эффективности очистки.
Эта цель достигнута за счет устройства для очистки для очистки поверхности с узлом насадки, содержащим
- щетку, вращающуюся вокруг оси щетки, причем упомянутая щетка содержит элементы, имеющие концевые участки для контакта с поверхностью, подлежащей очистке, и захвата загрязняющих частиц и/или жидкости с поверхности во время вращения щетки,
- приводное средство для приведения во вращение щетки,
- отражающий элемент, содержащий отражающую поверхность, которая выполнена с возможностью позволения загрязняющим частицам/жидкости, которые отделяются от щетки во время вращения, отскакивать к щетке, причем упомянутая отражающая поверхность расположена на расстоянии от щетки и проходит, по существу, параллельно оси щетки, и
- регулировочное средство для регулировки положения отражающего элемента относительно поверхности в зависимости от направления перемещения устройства, причем регулировочное средство выполнено с возможностью расположения отражающего элемента в первом положении, в котором отражающий элемент имеет первое расстояние d1 до поверхности, когда устройство для очистки перемещается в направлении вперед, в котором отражающий элемент, если смотреть в направлении перемещения устройства, расположен за щеткой, и расположения отражающего элемента во втором положении, в котором отражающий элемент имеет второе расстояние d2 до поверхности, когда устройство для очистки перемещается в противоположном направлении назад, причем d2 больше d1 и равно d3×tan(α), причем d3 является расстоянием между отражающим элементом и положением щетки, в котором концевые участки теряют контакт с поверхностью во время вращения щетки, и α является углом, который равен или меньше 20°.
Кроме того, вышеупомянутая цель в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения достигнута за счет соответствующего узла насадки для использования в устройстве для очистки, как упомянуто выше.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный узел насадки имеет подобные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, как и заявленное устройство для очистки, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на идеи, в соответствии с которой установлен отражающий элемент. Этим отражающим элементом может быть упругий элемент, который, например, выполнен из резины или пластмассы. Этот отражающий элемент содержит отражающую поверхность, от которой загрязняющие частицы и/или жидкость, которые собраны щеткой и отделены от щетки во время ее вращения, могут отскакивать обратно к щетке и снова переноситься по воздуху вращающейся щеткой. Таким образом, загрязняющие частицы и/или жидкость захватываются щеткой, отскакивают вперед и назад между щеткой и отражающим элементом/отражающей поверхностью зигзагообразно и поднимаются с пола, таким образом, без необходимости во внешнем источнике вакуума.
В отличие от устройств известного уровня техники вышеописанная регулировка отражающего элемента, которая зависит от направления перемещения насадки, обеспечивает очень хороший захват загрязняющих частиц при переднем ходе, а также при заднем ходе без необходимости в дополнительном источнике вакуума.
Изобретатели установили, что захваченные загрязняющие частицы и жидкость отделяются от щетки под определенным углом, имея определенную скорость, как только концевые участки теряют контакт с поверхностью во время вращения щетки. На основании экспериментов было установлено, что этот угол α отделения, при котором загрязняющие частицы и/или жидкость отделяются от щетки, относительно поверхности, зависит от скорости вращения щетки, размера и свойств загрязняющих частиц и от направления, в котором загрязняющие частицы проходят во вращающуюся щетку. Другими словами, угол отделения не только зависит от скорости вращения щетки и свойств загрязняющих частиц, но также от того, что проходят ли загрязняющие частицы в щетку в направлении вращения щетки или против направления вращения щетки. Это означает, что угол α отделения загрязняющих частиц является другим при переднем ходе насадки, чем при заднем ходе насадки.
Эксперименты показали, что в зависимости от свойств загрязняющих частиц (размера и веса), загрязняющие частицы удаляются со щетки под углом около 0-25° относительно пола, когда загрязняющие частицы проходят в щетку одновременно с вращением щетки. В отличие от этого было установлено, что угол α отделения находится в диапазоне около 10-60°, когда загрязняющие частицы проходят в щетку против вращения щетки. Это означает, что ситуация отличается при переднем хода по сравнения с задним ходом.
Для учета этого эффекта обеспечено регулировочное средство для регулировки положения отражающего элемента относительно поверхности в зависимости от направления перемещения устройства. Регулировочное средство выполнено с возможностью расположения отражающего элемента в первом положении, в котором отражающий элемент имеет первое расстояние d1 до поверхности, когда устройство для очистки перемещается в направлении вперед, в котором отражающий элемент, если смотреть в направлении перемещения устройства, расположен за щеткой. Расстояние d1 здесь означает вертикальное расстояние между нижней поверхностью отражающего элемента и поверхностью, подлежащей очистке (полом).
Отражающий элемент в соответствии с настоящим изобретением расположен на стороне щетки, где загрязняющие частицы/жидкость отделяются от щетки. Это обеспечивает то, что отделенные загрязняющие частицы/жидкость в любом случае отскакивают от отражающего элемента после отделения от щетки. Другими словами, это означает то, что при вышеописанном переднем ходе устройства (в направлении вперед), загрязняющие частицы сталкиваются со щеткой одновременно с вращением щетки. Таким образом, расстояние d1 между отражающим элементом и поверхностью должно быть предпочтительно меньше, поскольку загрязняющие частицы отделяются довольно плоско (α составляет около 0-25°).
С другой стороны, отражающий элемент расположен в своем втором положении на расстоянии d2 от поверхности, когда устройство для очистки перемещается в противоположном направлении назад, в котором отражающий элемент, если смотреть в направлении перемещения устройства, расположен спереди щетки. Расстояние d2 должно быть достаточно большим, чтобы позволить загрязняющим частицам/жидкости проходить в насадку для столкновения с щеткой. Другими словами, должен быть образован зазор между нижней поверхностью отражающего элемента и поверхностью, который является достаточно большим, чтобы загрязняющие частицы/жидкость проходили в щетку. С другой стороны, вертикальная высота этого зазора (означает высоту, перпендикулярную к поверхности, подлежащей очистке) не может быть слишком большой, поскольку загрязняющие частицы, которые отделены от щетки во время ее вращения, затем будут выталкиваться из насадки, т.е. выходить из насадки через зазор между отражающим элементом и полом.
Следовательно, d2 (задний ход) должен быть больше d1 (передний ход), но достаточно малым для обеспечения того, чтобы отделенные загрязняющие частицы сталкивались с отражающим элементом для обеспечения вышеописанного эффекта отражения, т.е. чтобы загрязняющие частицы прыгали вперед и назад между отражающим элементом и щеткой и поднимались, таким образом, с пола.
Поскольку вышеописанные эксперименты показали, что угол α отделения находится в диапазоне 10-60°, когда загрязняющие частицы/жидкость проходят в щетку против ее вращения при заднем ходе, было установлено, что хорошим решением является расположение отражающего элемента в этой ситуации на расстоянии d2 от поверхности, при этом d2=d3×tan(α), причем α имеет максимальное значение 20°. Здесь d3 означает расстояние между отражающим элементом и положением щетки, в котором верхние участки теряют контакт с поверхностью во время вращения щетки. Другими словами, расстоянием d3 является расстояние, измеренное параллельно поверхности, подлежащей очистке, от точки, в которой загрязняющие частицы/жидкость отделяются от щетки, до первой точки, в которой они отскакивают от отражающей поверхности.
Необходимо отметить, что значение 20° для α не является случайно выбранным значением. Максимальное значение 20° для α было получено на основании вышеупомянутых экспериментальных результатов. Было показано, что загрязняющие частицы отделяются в виде равномерного распределения в вышеупомянутом угловом диапазоне. Это означает то, что при заднем ходе, при котором загрязняющие частицы сталкиваются со щеткой против направления вращения, количество загрязняющих частиц, которые отделены под определенным углом, распределены равномерно в пределах вышеупомянутого углового диапазона 10-60°, означая то, что приблизительно такое же количество загрязняющих частиц отделяется от щетки под углом 60° относительно поверхности, что и количество, которое отделяется от щетки по углом 10° относительно поверхности.
Таким образом, максимальный угол α=20° приводит к так называемому показателю захвата загрязняющих частиц (dpu) около 80%, означая то, что поверхность освобождена приблизительно от 80% загрязняющих частиц, которые расположены на ней. Конечно, меньшие значения для α приводят к даже более высокому dpu. Однако, значение 80% dpu уже выше, чем у обычных пылесосов, таких как, например, пылесосы, которые были описаны в начальных абзацах предпосылок изобретения настоящего изобретения, которые обеспечивают dpu 75%. Имея в виду, что эти обычные пылесосы должны использовать внешний источник вакуума, тогда как устройство в соответствии с настоящим изобретением имеет dpu 80% без необходимости в источнике вакуума (только используя вышеупомянутый эффект отражения между щеткой и отражающим элементом), это является очень хорошим результатом.
Уменьшение максимального значения α увеличивает вышеупомянутый показатель dpu, поскольку в соответствии с данной геометрической зависимостью это также уменьшает d2 (зазор между отражающим элементом и поверхностью, или другими словами, зазор выхода, чтобы загрязняющие частицы снова выходили из корпуса насадки). Уменьшение максимального значения α, таким образом, также уменьшает вероятность того, чтобы загрязняющие частицы, которые были захвачены щеткой, снова выходили из корпуса насадки и не сталкивались с отражающим элементом для подъема вышеупомянутым способом.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения α равен или меньше 15°, предпочтительно равен или меньше 12°, более предпочтительно, в диапазоне 9-11°, и, наиболее предпочтительно, равен 10°.
Допуская вышеупомянутое равномерное распределение отделения загрязняющих частиц, угол α=15° приводит к показателю dpu 90%. Угол α=12° даже приводит к показателю dpu 96%. Как оказалось, угол около 10° приводит к почти полному удалению загрязняющих частиц с поверхности (показатель dpu около 100%).
Угол 10° получается их экспериментов, в которых использовался рис в качестве испытуемых загрязняющих частиц. Рис особенно имеет неблагоприятные свойства материала, которые изрядно усложняют удаление щеткой. Однако было показано, что также рис отделяется от щетки при минимальном угле около 10° при прохождении в щетку против ее вращения при заднем ходе устройства. Эксперименты также показали, что этот минимальный угол отделения не изменяется слишком сильно в зависимости от скорости вращения щетки. Во время экспериментов минимальный угол отделения оставался почти постоянным, когда скорость вращения щетки изменялась между 4000-8000 об/мин и выше. Таким образом, оптимальные результаты очистки, обеспечивающие dpu около 100%, могут быть достигнуты при выборе α более или менее равным 10°.
Другими словами, оптимальный результат очистки был получен, когда отражающий элемент был расположен на расстоянии d2 от поверхности, причем d2 выбран равным около tan(10°)×d3. Это значение относится к заднему ходу, тогда как расстояние d1 отражающего элемента от поверхности предпочтительно меньше при переднем ходе, поскольку загрязняющие частицы удаляются со щетки под меньшим углом при прохождении в щетку одновременно с ее вращением.
Необходимо отметить, что термины передний и задний ход или перемещение вперед и назад являются только определениями, которые используются здесь для облегчения понимания. Однако эти два определения могут взаимозаменяться без отхода от объема настоящего изобретения, при условии что зависимость между щеткой и отражающим элементом и их положением относительно друг друга остаются, как определено выше. В любом случае независимо от переднего и заднего хода отражающий элемент всегда должен быть расположен на стороне щетки, где загрязняющие частицы/жидкость удаляются со щетки.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения регулировочное средство выполнено с возможностью расположения отражающего элемента в первом положении на расстоянии d1=0, в котором отражающий элемент касается поверхности. Расположение отражающего элемента, таким образом, чтобы он касался поверхности (расстояние d1=0), обеспечивает наилучший возможный результат очистки также при переднем ходе, при котором отражающий элемент, если смотреть в направлении перемещения устройства, расположен за щеткой.
Поскольку в этой ситуации, как было установлено, загрязняющие частицы отделялись от щетки в пределах углового диапазона 0-25° относительно пола, обеспечено то, что все загрязняющие частицы, также загрязняющие частицы, которые подняты параллельно полу, сталкиваются с отражающим элементом, отскакивают к щетке, переносятся воздухом снова при столкновении с элементами щетки и поднимаются способом, объясненным выше за счет зигзагообразного отскока вперед и назад между щеткой и отражающей поверхностью.
Если расстояние d1 выбрано равным нулю, отражающий элемент может выполнять функцию резинового валика. Отражающий элемент может, например, быть выполнен за счет гибкого резинового выступа, который закреплен на нижней стороне корпуса насадки устройства для очистки. Этот гибкий резиновый выступ выполнен с возможностью сгиба вокруг своего продольного направления в зависимости от направления перемещения устройства для очистки.
В соответствии с данным вариантом осуществления упомянутый резиновый выступ предпочтительно содержит, по меньшей мере, один или множество шипов, которые расположены рядом с нижним концом резинового выступа, где резиновый выступ должен касаться с поверхностью, подлежащей очистке. В данном варианте осуществления шипы могут рассматриваться как регулировочное средство для регулировки положения отражающего элемента. Упомянутый, по меньшей мере, один шип выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного подъема резинового выступа с поверхности, когда устройство для очистки перемещается по поверхности в вышеописанном направлении назад, в котором резиновый выступ, если смотреть в направлении перемещения устройства для очистки, расположен спереди щетки. В этом случае резиновый выступ поднят, что происходит в основном вследствие естественного трения, которое возникает между поверхностью и шипами, которые выполняют функцию ограничителя, который тормозит резиновый выступ и заставляет его поворачивать шипы на 180°. Резиновый валик, таким образом, принудительно скользит по шипам, причем резиновый выступ поднимается шипами, и зазор возникает в пространстве между резиновым выступом и поверхностью. Вышеупомянутое расстояние d2 между отражающим элементом/резиновым выступом и поверхностью может быть получено посредством регулирования размера шипов, так что шипы поднимают резиновый выступ соответственно на расстояние d2 от поверхности. В этом случае вышеупомянутая геометрическая зависимость (d2= d3×tan(α)) также обеспечена.
При использовании вышеописанного резинового выступа в качестве отражающего элемента упомянутые шипы не контактируют с полом, когда устройство для очистки перемещается по поверхности в противоположном направлении вперед. Таким образом, резиновый выступ свободно скользит по полу и, таким образом, сметает и захватывает загрязняющие частицы/жидкость с упомянутого пола.
Как объяснено выше, возникающие ускорения на верхних участках элементов щетки заставляют загрязняющие частицы автоматически отделяться от щетки, когда элементы щетки теряют контакт с полом во время их вращения. Поскольку не все загрязняющие частицы и капельки жидкости могут непосредственно подниматься вышеупомянутым способом (зигзагообразное отражение между щеткой и отражающим элементом), небольшое количество загрязняющих частиц и/или капелек жидкости будет обратно отправляться на поверхность в области, где элементы щетки теряют контакт с поверхностью. Этот эффект повторного распыления на поверхность устранен за счет отражающего элемента, который выполняет функцию резинового валика и захватывает повторно распыленные загрязняющие частицы и/или жидкость посредством выполнения функции скребка.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения регулировочное средство выполнено с возможностью расположения прыгающего элемента во втором положении со вторым расстоянием d2 до поверхности, причем d2 находится в диапазоне 0,3-7 мм, предпочтительно, в диапазоне 0,5-5 мм и, наиболее предпочтительно, в диапазоне 1-3 мм. Данная ситуация снова относится к вышеупомянутому обратному ходу, при котором отражающий элемент, если смотреть в направлении перемещения устройства, расположен спереди щетки.
В этом случае зазор (d2) между отражающим элементом и поверхностью, подлежащей очистке, должен быть достаточно большим, чтобы позволить большей части загрязняющих частиц, предпочтительно, всем загрязняющим частицам, проходить в узел насадки и сталкиваться со щеткой. Необходимо отметить, что указанные диапазоны расстояний также выбраны не случайно, а являются результатом экспериментов заявителя.
Прежде всего, было показано, что за счет образования зазора 7 мм, даже самые большие обычные загрязняющие частицы могут проходить в узел насадки. С другой стороны, как можно видеть из вышеупомянутой геометрической зависимости между d3 и d2 (d2=d3×tan(α)), увеличение расстояния d2 между отражающим элементом и поверхностью также увеличивает расстояния d3 между отражающим элементом и щеткой при предположении, что угол α отделения остается постоянным. Однако, расстояние d3 между щеткой и отражающим элементом не должно быть слишком большим, поскольку это расстояние ограничено кинетической энергией загрязняющих частиц. При перемещении от щетки к отражающему элементу кинетическая энергия загрязняющих частиц будет теряться за счет сопротивления загрязняющих частиц воздуху. Поскольку должно оставаться достаточно энергии для отскакивания обратно от отражающей поверхности к щетке, d3 не должно превышать значение около 3-4 см. Принимая во внимание это ограничение для d3, ограничение для d2 приводит к вышеупомянутым диапазонам расстояний.
Было показано, что расстояния d2 между отражающим элементом и поверхностью около 1-3 мм являлось преимуществом, причем, по-прежнему, большая часть загрязняющих частиц может проходить в насадку, и расстояния d3 между отражающим элементом и щеткой является достаточно малым, чтобы обеспечить вышеупомянутый эффект отражения и, таким образом, получить очень хороший результат очистки.
Для дополнительного улучшения результата очистки отражающая поверхность отражающего элемента в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения наклонена относительно вертикальной оси, которая перпендикулярна к поверхности. Другими словами, отражающая поверхность наклонена относительно вертикальной оси. Имея этот наклон, отражающая поверхность больше не расположена перпендикулярно к поверхности, подлежащей очистке (полу), а обращена вверх от пола. Это обеспечивает более легкий подъем загрязняющих частиц, которые отскакивают от отражающей поверхности, поскольку вследствие наклона отражающей поверхности загрязняющие частицы автоматически отклоняются в направлении вверх. Особенно, в случае, если загрязняющие частицы отделяются от щетки под углом отделения, равным 0° (параллельно полу), загрязняющие частицы будут отскакивать обратно от отражающей поверхности под углом наклона, таким образом, поднимаясь быстрее.
В соответствии с другим вариантом осуществления узел насадки содержит корпус насадки, который, по меньшей мере, окружает щетку, и, причем отражающий элемент закреплен на упомянутом корпусе. В таком узле щетка, по меньшей мере, частично окружена корпусом насадки и выступает, по меньшей мере, частично от нижней стороны упомянутого корпуса насадки, который во время использования устройства обращен к поверхности, подлежащей чистке, так что элементы щетки контактируют с упомянутой поверхностью на наружной стороне корпуса во время вращения щетки.
Отражающий элемент предпочтительно также закреплен на упомянутой нижней стороне корпуса для контакта с поверхностью, подлежащей очистке (d1=0), когда насадка перемещается по упомянутой поверхности в направлении вперед.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения линейная массовая плотность множества элементов щетки, по меньшей мере, на верхних участках ниже 150 г/10 км, предпочтительно, ниже 20 г/10 км. В отличие от щеток, используемых в соответствии с известным уровнем техники, которые используются только для удаления пятен (так называемые adjutators), мягкая щетка с гибкими элементами щетки, как описано в данном документе, также имеет способность собирать воду с пола. Благодаря микроволоконным щетинкам, которые предпочтительно используется в качестве элементов щетки, загрязняющие частицы и жидкость могут захватываться с пола, когда элементы щетки/микроволоконные щетинки контактируют с полом во время вращения щетки. Способность также собирать воду щеткой, в основном, обусловлена капиллярной и/или другой адгезионной силой, которая возникает вследствие выбранной линейной массовой плотности элементов щетки. Кроме того, очень тонкие микроволоконные щетинки заставляют щетку открываться для крупных загрязняющих частиц.
Следует отметить, что линейная массовая плотность, как упомянуто, т.е. линейная массовая плотность в граммах на 10 км, также обозначена как значение Dtex. Очень низкое значение Dtex вышеупомянутого типа обеспечивает то, что, по меньшей мере, на концевых участках элементы щетки являются достаточно гибкими для подвергания эффекту сгиба и могут подхватывать загрязняющие частицы и капельки жидкости с поверхности, подлежащей очистке. Кроме того, оказывается, что увеличение срока износа элементов щетки допустимо в пределах этого диапазона линейной массовой плотности.
Эксперименты, осуществленные заявителем, подтвердили, что значение Dtex в вышеупомянутом диапазоне оказывается технически возможным, и хорошие результаты очистки могут быть получены при помощи него. Однако было показано, что результаты очистки могут быть дополнительно улучшены за счет использования элементов щетки с даже более низким верхним пределом значения Dtex, такого как значение Dtex 125, 50, 20 или даже 5 (в г/10 км ).
2
2
2
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения приводное средство выполнено с возможностью обеспечения центробежного ускорения на концевых участках элементов щетки, которое составляет, в частности, во время периода отделения загрязняющих частиц, когда элементы щетки не контактируют с поверхностью во время вращения щетки, по меньшей мере, 3000 м/сек, более предпочтительно, по меньшей мере, 7000 м/сек и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 12000 м/сек.
2
Следует отметить, что минимальное значение 3000 м/сек относительно ускорения, которое преобладает на концевых участках, по меньшей мере, во время периода отделения загрязняющих частиц, когда элементы щетки не контактируют с поверхностью во время вращения щетки, также подтверждено результатами экспериментов, которые были осуществлены в рамках настоящего изобретения. Эти эксперименты показали, что эффективность очистки устройства в соответствии с настоящим изобретением повышается при увеличении угловой скорости щетки, что означает увеличение ускорение на концевых участках элементов щетки во время вращения.
Когда приводное средство выполнено с возможностью обеспечения центробежных ускорений элементов щетки в вышеупомянутых диапазонах, по-видимому, капельки жидкости, прилипшие к элементам щетки, выпускаются в виде тумана капелек во время фазы, в которой элементы щетки не контактируют с поверхностью, подлежащей очистке.
Сочетание вышеупомянутых параметров для линейной массовой плотности гибких элементов щетки с параметрами для ускорения концевых участков элементов щетки дает оптимальную эффективность очистки вращающейся щетки, причем практически все загрязняющие частицы и пролитая жидкость, сталкиваемые со щеткой, захватываются элементами щетки и удаляются в положение внутри корпуса насадки. Как объяснено выше, удаленные загрязняющие частицы и/или жидкость отбрасываются от отражающего элемента, отскакивают обратно от отражающей поверхности к щетке и поднимаются вышеупомянутым способом зигзагообразного отражения.
2
Хорошее сочетание линейной массовой плотности и центробежного ускорения на концевых участках элементов щетки обеспечивает верхний предел для значения Dtex 150 г/10 км и нижний предел для центробежного ускорения 3000 м/сек. Это сочетание параметров, как было показано, обеспечивает отличные результаты очистки, причем поверхность практически освобождается от частиц и становится сразу сухой. Использование этого сочетания параметров, как было показано, также приводит к очень хорошему качеству удаления пятен. Способность также собирать жидкость/воду при помощи щетки, в основном, обусловлена капиллярной и/или другой адгезионной силой, которая возникает вследствие выбранной линейной массовой плотности элементов щетки и возникающих высоких скоростей, с которыми вращается щетка.
Сочетание вышеупомянутых параметров, относящихся к линейной массовой плотности и полученного центробежного ускорения на концевых участках элементов щетки не установлено на основании знаний известного уровня техники. Известный уровень техники даже не рассматривает возможность наличия автономной оптимальной работы только одной вращающейся щетки, которая используется для очистки поверхности и также может поднимать загрязняющие частицы и жидкость.
Для обеспечения вышеупомянутых центробежных ускорений на концевых участках элементов щетки приводное средство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения выполнено с возможностью обеспечения угловой скорости щетки, которая находится в диапазоне 3000-1500 об/мин, более предпочтительно, в диапазоне 5000-8000 об/мин во время вращения устройства. Эксперименты заявителя показали, что оптимальные результаты очистки могут быть получены, когда щетка приводится во вращение с угловой скоростью, которая составляет, по меньшей мере, 6000 об/мин.
Однако заданные ускорения на концевых участках элементов щетки не только зависят от угловой скорости, но также от радиуса, соответственно от диаметра щетки. Следовательно, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предпочтительно, чтобы щетка имела диаметр, который находится в диапазоне 10-100 мм, более предпочтительно, в диапазоне 20-80 мм и, наиболее предпочтительно, в диапазоне 35-50 мм, когда элементы щетки находятся в полностью вытянутом состоянии. Длина элементов щетки предпочтительно находится в диапазоне 1-20 мм, более предпочтительно, в диапазоне 8-12 мм, когда элементы щетки находятся в полностью вытянутом состоянии.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения устройство для очистки дополнительно содержит вакуумное устройство для создания пониженного давления в области всасывания, которая образована в зазоре между щеткой и отражающим элементом, для всасывания загрязняющих частиц и жидкости, причем упомянутое пониженное давление, создаваемое вакуумным устройством, находится в диапазоне 3-70 мбар, предпочтительно, в диапазоне 4-50 мбар, наиболее предпочтительно, в диапазоне 5-30 мбар.
Даже если вакуумное устройство, как упомянуто выше, не обязательно требуется в соответствии с настоящим изобретением, дополнительное вакуумное устройство может дополнительно увеличивать эффективность очистки. Особенно так называемый эффект повторного распыления на поверхность может быть уменьшен или устранен за счет обеспечения этого вакуумного устройства. Это будет объяснено ниже.
Возникающие ускорения на концевых участках элементов щетки заставляют загрязняющие частицы и капельки жидкости автоматически отделяться от щетки, когда элементы щетки теряют контакт с полом во время их вращения. Поскольку не все загрязняющие частицы и капельки жидкости могут отбрасываться к отражающему элементу под достаточно большим углом отделения для подъема вышеупомянутым способом отражения, небольшое количество загрязняющих частиц и капелек жидкости будет отскакивать обратно на поверхность в области, где элементы щетки теряют контакт с поверхностью. Однако этот эффект повторного распыления на поверхность устранен за счет отражающего элемента и вакуумного устройства. Отражающий элемент собирает повторно распыленную жидкость и загрязняющие частицы, действуя как скребок, так что оставшаяся жидкость и загрязняющие частицы могут затем всасываться вследствие приложенного пониженного давления, которое создается дополнительным вакуумным устройством. Следовательно, отражающий элемент, действующий как резиновый валик, обеспечивает то, что оставшиеся жидкость и загрязняющие частицы не выходят из области всасывания между отражающим элементом и щеткой, не всасываясь вакуумным устройством. Этот эффект, в основном, возникает, когда устройство перемещается в направлении вперед, в котором отражающий элемент предпочтительно скользит по поверхности.
В отличие от вышеупомянутых диапазонов давления, которые создаются дополнительным вакуумным устройством, пылесосы известного уровня техники требуют приложения более высоких пониженных давлений для получения допустимых результатов очистки. Однако, вследствие вышеупомянутого эффекта отражения, который используется в соответствии с настоящим изобретением и вследствие вышеупомянутых параметров щетки очень хорошие результаты очистки могут уже быть получены в вышеупомянутых диапазонах давления. Таким образом, также могут использоваться небольшие вакуумные устройства. Это повышает свободу выбора вакуумного насоса. Кроме того, необходимо отметить, что вакуумный насос даже не нужен для получения лучших результатов очистки относительно устройств для очистки известного уровня техники.
Представленное устройство для очистки может дополнительно содержать установочное средство для расположения оси щетки на расстоянии от поверхности, подлежащей очистке, которое меньше радиуса щетки с полностью вытянутыми элементами щетки для опускания части щетки, контактирующей с поверхностью во время работы, и эта величина опускания находится в диапазоне 2-12% от диаметра щетки.
В результате элементы щетки согнуты, когда щетка находится в контакте с поверхностью. Следовательно, как только элементы щетки входят в контакт с поверхностью во время вращения щетки, вид элементов щетки изменяется от вытянутого вида до согнутого вида, и как только элементы щетки теряют контакт с поверхностью во время вращения щетки, вид элементов щетки изменяется от согнутого вида до вытянутого вида.
Практический диапазон для опускания щетки составляет 2-12% от диаметра щетки относительно полностью вытянутого состояния элементов щетки. В практических ситуациях диаметр щетки, как упомянуто выше может быть определен за счет выполнения соответствующего измерения, например, за счет использования высокоскоростной камеры или стробоскопа, который работает на частоте вращения щетки.
На деформацию элементов щетки или, более точно, скорость, при которой может происходить деформация, также влияет линейная массовая плотность элементов щетки. Кроме того, линейная массовая плотность элементов щетки влияет на усилие, которое необходимо для вращения щетки. Когда линейная массовая плотность элементов щетки является относительно низкой, гибкость является относительно высокой, и усилие, необходимое для сгиба элементов щетки, когда они водят в контакт с поверхностью, подлежащей очистке, является относительно небольшим. Это также означает, что сила трения, которая создается между элементами щетки и поверхностью, является небольшой, в результате чего предотвращены нагрев поверхности и соответствующее повреждение поверхности. Другими преимущественными эффектами относительно низкой линейной массовой плотности элементов щетки являются относительно высокое сопротивление износу, относительно небольшая вероятность повреждения острыми предметами или им подобным, и способность перемещаться по поверхности таким образом, чтобы контакт поддерживался, даже при столкновении со значительными неровностями на поверхности.
Когда элементы щетки входят в контакт с загрязняющими частицами или жидкостью, или в случае, если задано опускание щетки относительно поверхности, элементы щетки сгибаются. Как только элементы щетки с прилипшими к ним загрязняющими частицами или жидкостью теряют контакт с поверхностью, элементы щетки выпрямляются, причем особенно концевые участки элементов щетки перемещаются с относительно высоким ускорением. В результате центробежное ускорение на верхних участках элементов щетки увеличено. Следовательно, капельки жидкости и загрязняющие частицы, прилипшие к элементам щетки, сметаются с элементов щетки, как бы то ни было, так как силы ускорения выше адгезионных сил, как это было упомянуто в соответствии с вышеупомянутым вариантом осуществления. Величины сил ускорения определяются в соответствии с различными факторами, включая деформацию и линейную массовую плотность, как упомянуто, а также со скоростью, с которой щетка вращается.
2
Фактором, который может играть дополнительную роль для функции очистки вращающейся щетки, является плотность размещения элементов щетки. Когда плотность размещения является достаточно высокой, могут возникнуть капиллярные эффекты между элементами щетки, которые ускоряют удаление жидкости с поверхности, подлежащей очистке. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения плотность размещения элементов щетки составляет, по меньшей мере, 30 пучков элементов щетки на см, причем количество элементов щетки в пучке составляет, по меньшей мере, 500.
Расположение элементов щетки в пучках образует дополнительные капиллярные каналы, таким образом, увеличивая капиллярные силы щетки для захвата загрязняющих частиц и капелек жидкости с поверхности, подлежащей очистке.
Как было упомянуто выше, представленное устройство для очистки имеет способность обеспечивать очень хорошие результаты очистки. Эти результаты очистки могут быть даже улучшены за счет активного смачивания поверхности, подлежащей очистке. Это является особенно преимущественным в случае удаления пятен. Жидкость, используемая в процессе улучшения прилипания загрязняющих частиц к элементам щетки, может подаваться различными способами. Прежде всего, вращающаяся щетка и гибкие элементы щетки могут смачиваться жидкостью, которая находится на поверхности, подлежащей очистке. Примером такой жидкости является вода или смесь воды и мыла. В качестве альтернативы, жидкость может быть подана на гибкие элементы щетки за счет активной подачи промывочной жидкости на щетку, например, за счет просачивания жидкости в щетку или за счет впрыска жидкости в полый стержень щетки.
В соответствии с вариантом осуществления, следовательно, предпочтительно, чтобы устройство для очистки содержало средство для подачи жидкости на щетку с расходом, который ниже 6 мл/мин на см ширины щетки, через которую проходит ось щетки. Оказывается, что не обязательно, чтобы подача жидкости происходила при более высоком расходе, и вышеупомянутый расход является достаточным, чтобы жидкость выполняла функцию несущего/транспортировочного средства для загрязняющих частиц. Таким образом, способность удаления пятен с поверхности, подлежащей очистке, может быть значительно повышена. Преимуществом использования только небольшого количества жидкости является то, что можно обрабатывать тонкие поверхности, даже поверхности, которые указаны как чувствительные к жидкости, такой как вода. Кроме того, при заданном размере резервуара, содержащего жидкость, подлежащую подачи на щетку, автономное время становится длиннее, т.е. требуется больше времени до опустошения резервуара и требуется повторное заполнение.
Следует отметить, что вместо использования намеренно выбранной и активно подаваемой жидкости, также можно использовать пролитую жидкость, т.е. жидкость, которую необходимо удалить с поверхности, подлежащей очистке. Примерами являются пролитые кофе, молоко, чай или им подобное. Это возможно в виду того, что элементы щетки, как упомянуто выше, могут удалять жидкость с поверхности, подлежащей очистке, и жидкость может быть удалена с элементов щетки под действием центробежных сил, как описано в вышеизложенном. Вышеупомянутый эффект повторного распыления на поверхность в области между щеткой и отражающим элементом может быть устранен за счет отражающего элемента, который собирает эти повторно распыленные жидкость и загрязняющие частицы, действуя как скребок (при переднем ходе), так что оставшиеся жидкость и загрязняющие частицы затем могут всасываться, если приложено пониженное давление при помощи дополнительного вакуумного устройства. Сочетание выбранной щетки с отражающим элементом, таким образом, приводит к очень хорошему эффекту очистки и сушки.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут понятны и объяснены со ссылкой на вариант (варианты) осуществления, описанный (описанные) ниже. На нижеследующих чертежах:
фиг.1 - схематичный вид в разрезе первого варианта осуществления узла насадки устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
фиг.2 - схематичный вид в разрезе первого варианта осуществления узла насадки, изображенного на фиг.1, во втором рабочем положении;
фиг.3 - схематичный вид в разрезе второго варианта осуществления узла насадки устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
фиг.4 - схематичный вид в разрезе второго варианта осуществления узла насадки, изображенного на фиг.3, во втором рабочем положении;
фиг.5 - схематичный вид в разрезе третьего варианта осуществления узла насадки устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий другие рабочие положения;
фиг.6 иллюстрирует эффект отражения, который используется в соответствии с настоящим изобретением для сбора загрязняющих частиц и/или жидкости во втором рабочем положении;
фиг.7 иллюстрирует эффект отражения, который используется в соответствии с настоящим изобретением для сбора загрязняющих частиц и/или жидкости в первом рабочем положении;
фиг.8 иллюстрирует эффект отражения, который используется в соответствии с настоящим изобретением для сбора загрязняющих частиц и/или жидкости с использованием прыгающего элемента в соответствии с другим вариантом осуществления;
фиг.9A схематично показывает отделение загрязняющих частиц от щетки в соответствии с настоящим изобретением во втором рабочем положении, в то время как фиг.9B и 9C показывают графики, включающие в себя соответствующие результаты измерения для разных загрязняющих частиц;
фиг.10A схематично показывает отделение загрязняющих частиц от щетки в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении, в то время как фиг.10B показывает график, включающий в себя соответствующие результаты измерения;
фиг.11 - схематичный вид в разрезе всего устройства для очистки в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
фиг.12 - схематичный вид в разрезе щетки устройства для очистки;
фиг.13 показывает график, который служит для иллюстрации зависимости между угловой скоростью щетки и способностью к самоочищению упомянутой щетки; и
фиг.14 показывает график, который служит для иллюстрации зависимости между центробежным ускорением щетки и способностью к самоочищению упомянутой щетки.
Подробное описание вариантов осуществления
Фиг.1 и 2 - схематичные виды в разрезе первого варианта осуществления узла 10 насадки устройства 100 для очистки в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.1 узел 10 насадки изображен в первом рабочем положении, тогда как на фиг.2 узел 10 насадки изображен во втором рабочем положении. Узел 10 насадки содержит щетку 12, которая вращается вокруг оси 14 щетки. Упомянутая щетка 12 содержит гибкие элементы 16 щетки, которые предпочтительно выполнены из тонких микроволоконных щетинок. Гибкие элементы 16 щетки содержат концевые участки 18, которые выполнены с возможностью контакта с поверхностью 20, подлежащей очистке, во время вращения щетки 12 и захвата загрязняющих частиц 22 и/или жидкости 24 с упомянутой поверхности 20 во время периода захвата, когда элементы 16 щетки контактируют с поверхностью 20.
2
Линейная массовая плотность большей части элементов 16 щетки, по меньшей мере, на их концевых участках 18 предпочтительно выбрана ниже 150 г/10 км. Кроме того, узел 10 насадки содержит приводное средство, например двигатель (не показан) для приведения щетки 12 в заданном направлении 26 вращения. Упомянутое приводное средство предпочтительно выполнено с возможностью обеспечения центробежного ускорения на концевых участках 18 элементов 16 щетки, которое, в частности, в течение периода отделения загрязняющих частиц, когда элементы 16 щетки не контактируют с поверхностью 20 во время вращения щетки 12, составляет, по меньшей мере, 3000 м/сек.
Щетка 12, по меньшей мере, частично окружена корпусом 28 насадки. Расположение щетки 12 в корпусе 28 насадки предпочтительно выбрано таким, что щетка 12, по меньшей мере, частично выступает от нижней стороны 30 корпуса 28 насадки, которая во время использования устройства 100 обращена к поверхности 20, подлежащей очистке.
Кроме того, на упомянутой нижней стороне 30 корпуса 28 насадки закреплен отражающий элемент 32. Упомянутый отражающий элемент 32 расположен на расстоянии от щетки 12 и проходит, по существу, параллельно оси 14 щетки. Корпус 28 насадки, отражающий элемент 32 и щетка 12 вместе образуют область 34 всасывания, которая расположена в корпусе 28 насадки. Следует отметить, что область 34 всасывания в значении настоящего изобретения не только означает область между щеткой 12, отражающим элементом 32 и корпусом 28 насадки, но также означает зазор между элементами 16 щетки во время вращения щетки 12, когда элементы 16 щетки находятся внутри корпуса насадки, а также она обозначает область, которая образована между отражающим элементом 32 и щеткой 12. Последняя область ниже будет также обозначена как всасывающее впускное отверстие 36, которое открывается в область 34 всасывания.
Кроме того, следует отметить, что подразумевается, что термин «область всасывания» означает область, в которой загрязняющие частицы 22 и/или жидкость 24 собираются и захватываются с поверхности 20. Это не обязательно означает, что всасывающее/пониженное давление создано в этой области 34, 36.
Основной принцип работы настоящего изобретения схематично проиллюстрирован на фиг.6 и 7. На этих чертежах изображены два положения отражающего элемента 32, причем положения изменяются в зависимости от направления 40 перемещения устройства 100. Когда устройство 100 для очистки перемещается в направлении вперед (как показано на фиг.6), в котором отражающий элемент 32, если смотреть в направлении 40 перемещения, расположен за щеткой 12, отражающий элемент имеет расстояние d1 до поверхности 20. Расстояние d1 предпочтительно выбрано равным нулю. Другими словами, отражающий элемент 32 контактирует с поверхностью 20 в этом положении. В отличие от этого отражающий элемент 32 имеет расстояние d2 до поверхности, когда устройство 100 для очистки перемещается в противоположном направлении назад (как показано на фиг.7), в котором отражающий элемент, если смотреть в направлении 40 перемещения устройства 100, расположен спереди щетки 12. Расстояние d2 должно быть достаточно большим, чтобы позволить загрязняющим частицам 22 проходить в насадку 10 для столкновения со щеткой 12.
Следует отметить, что ситуация, изображенная на фиг.6, соответствует ситуации, изображенной на фиг.2 (обозначенной как передний ход), в то время как ситуация, изображенная на фиг.7 соответствует ситуации, изображенной на фиг.1 (обозначенной как задний ход). Единственное отличие состоит в том, что положения отражающего элемента 32 и щетки 12 являются зеркально перевернутыми. Однако положение отражающего элемента 32 и щетки 12 относительно друг друга остается одним и тем же. Отражающий элемент 32 в каждом случае расположен на стороне щетки, где загрязняющие частицы 22 и/или жидкость 24 удаляются со щетки после столкновения с элементами 16 щетки.
Отражающий элемент 32 содержит отражающую поверхность 33, на которой загрязняющие частицы 22, которые захвачены щеткой 12 и отделены от щетки 12 во время ее вращения, могут отскакивать обратно к щетке 12 и снова переноситься по воздуху вращающейся щеткой 12. Таким образом, загрязняющие частицы 22 захватываются щеткой 12, отскакивают вперед и назад между щеткой и отражающей поверхностью 33 зигзагообразным способом и поднимаются с пола 20, таким образом, без необходимости во внешнем источнике вакуума.
Описанный способ зигзагообразного подъема является результатом того, что загрязняющие частицы 22 отклоняются от отражающей поверхности 33, причем угол падения равен углу выхода на отражающей поверхности 33, так что загрязняющие частицы 22 автоматически перемещаются относительно вверх при отскакивании от отражающей поверхности 33. Сталкиваясь снова с элементами 16 щетки после отскакивания от отражающей поверхности 33, загрязняющие частицы 22 перемещаются дальше вверх вследствие вращения щетки 12, которые в этом положении направлены вверх. После столкновения с отражающей поверхностью 33 и щеткой 12 пару раз загрязняющие частицы 22 автоматически поднимаются в направлении вверх с пола 20 без необходимости в дополнительном источнике вакуума. В любом положении внутри насадки 10, которая находится над полом 20, пылесборник (не показан) может быть расположен рядом с или на одной стороне щетки 12 для сбора поднятых загрязняющих частиц 22.
Для получения хорошего эффекта скольжения и создания только небольшого царапающего усилия отражающий элемент 32 предпочтительно выполнен из гибкой резины.
Причина, почему отражающий элемент 32 располагается в разных положениях в зависимости от направления 40 перемещения, состоит в том, что эксперименты показали, что угол α отделения, при котором загрязняющие частицы 22 отделяются от щетки 12, относительно поверхности 20 не только зависит от скорости вращения щетки 12 и от свойств загрязняющих частиц 22, но также от того, что проходят ли загрязняющие частицы 22 в щетку 12 наряду с направлением вращения щетки (как показано на фиг.6) или против направления вращения щетки (как показано на фиг.7). Это означает, что угол α отделения загрязняющих частиц является другим при переднем ходе насадки 10 (фиг.2 и 6), чем при обратном ходе насадки 10 (фиг.1 и 7). Это явление также можно видеть путем сравнения фиг.9A, на котором изображена ситуация при переднем ходе, и фиг.10A, на котором изображена ситуация при заднем ходе.
Соответствующие экспериментальные результаты показаны на фиг.9B, 9C и 10B. Графики, проиллюстрированные на этих чертежах, показывают зависимость угла α отделения от скорости вращения, с которой щетка 12 вращается. Фиг.9B и 10B показывают эту зависимость для риса, который был использован в качестве испытательных загрязняющих частиц, тогда как фиг.9C показывает соответствующую зависимость для сахара в качестве испытательных загрязняющих частиц. Верхние графики на этих чертежах показывают верхний предел угла α отделения. Нижние графики показывают нижний предел угла α отделения.
Можно видеть, что загрязняющие частицы 22 отделяются от щетки 12 под углом α отделения, который колеблется, по меньшей мере, для риса между 0-25°, когда загрязняющие частицы 22 входят в щетку наряду с вращением щетки (см. фиг.9). С другой стороны, было установлено, что угол α отделения колеблется между 10° и приблизительно 60°, когда загрязняющие частицы 22 входят в щетку против вращения щетки (см. фиг.10). Особенно во втором случае, изображенном на фиг.10, диапазон для угла α отделения является почти постоянным для разных испытательных диапазонов скорости вращения щетки 12. Другими словами, это означает то, что диапазон для угла α отделения более или менее не зависит от скорости вращения, с которой вращается щетка 12, в случае если щетка 12 сталкивается с загрязняющими частицами 22 против вращения щетки при обратном ходе насадки 10. Эта независимость, по меньшей мере, используется в пределах диапазона 4000-8000 об/мин, который был испытан в этом случае.
Представленное устройство учитывает эти разные ситуации посредством регулировки положения отражающего элемента 32 в зависимости от направления 40 перемещения насадки 10. Следовательно, отражающий элемент 32 при переднем ходе, когда загрязняющие частицы 22 входят в щетку 12 наряду с вращением щетки, предпочтительно расположен на расстоянии d1, равном нулю, от поверхности 20. Это означает, что он закрывает всасывающее входное отверстие 36 при переднем ходе, так что загрязняющие частицы 22 не удаляются из области 34 всасывания снова без отскакивания вперед и назад между отражающей поверхностью 33 и щеткой 12 и, таким образом, не поднимаются с поверхности 20. Даже если загрязняющая частица 22 отделяется от щетки 12 под углом α отделения, равным 0° (параллельно поверхности 20), она будет отскакивать от отражающей поверхности 33 и, таким образом, отбрасываться назад к щетке 12. Частица, которая, таким образом, отбрасывается назад к щетке 12, сталкивается со щеткой 12 против вращения щетки, так что возникает подобная ситуация, как это было описано для обратного хода. Полученный в результате угол α отделения, таким образом, будет больше, так что загрязняющая частица 22 может подниматься вышеописанным зигзагообразным способом.
Поскольку, с другой стороны, вышеописанные эксперименты показали, что угол α отделения находится в диапазоне 10-60°, когда загрязняющие частицы 22 проходят в щетку 12 против ее вращения при обратном ходе, было установлено, что преимуществом является расположение отражающего элемента 32 в этой ситуации на расстоянии d2 от поверхности, где d2=d3×tan(α), причем α имеет максимальное значение 20°.
Расстояние d3 обозначает расстояние между щеткой 12 и отражающим элементом 32. Это расстояние измеряется от точки, где концевые участки 18 элементов 16 щетки теряют контакт с поверхностью 20 во время вращения щетки, поскольку это является точкой, где загрязняющие частицы 22 и/или жидкость 24 обычно отделяются от щетки 12. В процессе элементы 16 щетки более или менее действуют как хлыст для захвата и увлечения частиц 22, 24, который принудительно закрыт и может удерживать частицы 22, 24 на основании функционирования, которое сравнимо с функционированием ленточного тормоза. Возникающие ускорения на концевых участках 18 элементов 16 щетки сразу увеличиваются, как только элементы 16 щетки теряют контакт с полом 20 и, следовательно, заставляют загрязняющие частицы 22 и капельки 24 жидкости автоматически отделяться от щетки 12.
Вышеупомянутое максимальное значение для α=20° выбрано в качестве преимущественного значения, как это было объяснено подробно на страницах 5-7 в кратком описании изобретения. Это будет повторено только кратко ниже. Поскольку было показано, что наименьший угол α, который возникает при обратном ходе, равен около 10° (см. фиг.10B), более или менее все загрязняющие частицы отскакивают от отражающей поверхности 33, если отражающий элемент 32 расположен на расстоянии d2=d3×tan(10°) от поверхности 20. Использование вышеупомянутого способа отскакивания будет приводить, таким образом, к показателю (dpu) захвата загрязняющих частиц около 100%. Однако зазор между нижней поверхностью отражающего элемента 32 и поверхностью 20, подлежащей очистке, не должен быть слишком малым. Иначе более крупные загрязняющие частицы 22 не смогут проходить во всасывающее впускное отверстие 36 при обратном ходе. Таким образом, d2 должен находиться в диапазоне 0,3-7 мм, предпочтительно в диапазоне 0,5-5 мм и наиболее предпочтительно в диапазоне 1-3 мм.
Вышеупомянутая геометрическая зависимость для d2, кроме того, зависит от d3. Расстояние d3 между щеткой 12 и отражающим элементом 32 вместе с тем должно быть не слишком большим, поскольку это расстояние d3 ограничено кинетической энергией загрязняющих частиц 22. Другими словами, загрязняющие частицы 22 не смогут достигать отражающего элемента 32, соответственно, отскакивая к щетке 12, когда расстояние d3 становится слишком большим. При перемещении от щетки 12 к отражающему элементу 32 кинетическая энергия загрязняющих частиц 22 будет теряться вследствие сопротивления загрязняющих частиц 22 воздуху. Поскольку должно оставаться достаточно энергии для отскакивания назад от отражающей поверхности 33 к щетке 12, d3 не должно превышать значения около 3-4 см.
Вышеописанные ограничения для d2 и d3 могут быть удовлетворены хорошим способом при выборе d2 равным или менее d3×tan(20°). Если d2 установлено точно равным d3×tan(20°), как было показано, это приведет к dpu около 80%, что сравнимо с устройствами известного уровня техники, которые используют только сочетание щетки и источника вакуума и, кроме того, достигают dpu 75%, по-прежнему лучшего результата очистки. Учитывая, что в настоящем случае этот высокий dpu достигнут без источника вакуума (только используя представленный способ отскакивания), это является даже более неожиданным результатом. Причина, почему угол α=20° по-прежнему приводит к dpu около 80%, состоит в том, что загрязняющие частицы 22 отделяются от щетки 12 при почти равномерном распределении в вышеупомянутом угловом диапазоне 10-60° при обратном ходе устройства 100. Это означает, что приблизительно одно и то же количество загрязняющих частиц 22 удаляется со щетки 12 под углом 60° относительно поверхности 20, что и количество, которое удаляется со щетки 12 под углом 10° относительно поверхности 20 или под любым углом между ними. Таким образом, максимальный угол 20° для α приводит к преимуществу, в результате чего, к довольно хорошим результатам dpu, и который позволяет удовлетворять вышеописанные абсолютные значения расстояния для d2 и d3. Конечно, меньшие углы для α даже приводят к более высоким показателям dpu.
Регулировочное средство 35 для регулировки положения отражающего элемента 32 в зависимости от направления 40 перемещения может быть осуществлено многими способами. В вариантах осуществления, изображенных на фиг.1-4, оно осуществлено при помощи направляющей 35, по которой направляется отражающий элемент 32, и может вертикально перемещаться вверх и вниз в зависимости от направления 40 перемещения устройства 100. Однако это не является единственным возможным способом регулировки отражающего элемента 32.
Как показано на фиг.5, регулировочное средство также может быть осуществлено при помощи средства, которое наклоняет весь узел 10 насадки (указано стрелкой 37) для регулировки положения отражающего элемента 32 относительно поверхности 20. Этот наклон может, например, быть осуществлен путем поворота корпуса 28 насадки вокруг оси вращения. Для того чтобы не поднимать щетку 12 при повороте корпуса 28 насадки упомянутая ось вращения опускается вместе с осью 14 щетки. Для поворота корпуса 28 насадки могут использоваться колеса (не показаны). Ось, по меньшей мере, одного из колес может подниматься относительно поверхности 20 любым типом механического устройства. За счет наклона корпуса 28 насадки, таким образом, положение отражающего элемента 32 (расстояние d2 отражающего элемента от поверхности) также автоматически изменяется (см. фиг.5). Если расстояние d2 изменено вышеупомянутым способом для обеспечения эффекта отражения в зависимости от переднего и заднего хода устройства 100, регулировочное средство 35, таким образом, может быть осуществлено многими способами. Другой возможностью регулировки положения d2 отражающего элемента 32 является выполнение отражающего элемента 32 в виде резинового валика (гибкого резинового выступа), который скользит над поверхностью 20 в направлении вперед и поднимается шипами, которые расположены на нижней стороне резинового выступа, для его принудительного встряхивания и подъема на вышеупомянутое расстояние d2 при перемещении устройства 100 в направлении назад. Это было объяснено подробно выше на стр.7 в кратком описании изобретения.
Дополнительное улучшение вышеупомянутого эффекта отражения изображено на фиг.8. В соответствии с данным вариантом осуществления отражающая поверхность 33 отражающего элемента 32 наклонена под углом β относительно вертикальной оси, которая перпендикулярна поверхности 20. Таким образом, отражающая поверхность 33 наклонена. Имея этот наклон, отражающая поверхность 33 больше не расположена перпендикулярно к поверхности 22 (полу), подлежащей очистке, как это было показано на предыдущих чертежах, но обращена вверх от пола 20. Это обеспечивает более легкий подъем загрязняющих частиц 22, которые отскакивают от отражающей поверхности 33, поскольку вследствие наклона отражающей поверхности 33 загрязняющие частицы 22 автоматически отклоняются в направлении вверх. Особенно в случае если загрязняющие частицы 22 удаляются со щетки 12 под углом отделения 0° (параллельно полу), загрязняющие частицы 22 будут отскакивать назад от отражающей поверхности 33 под углом β наклона, таким образом, поднимаясь быстрее. Это улучшение имеет особенно благоприятный эффект при переднем ходе, при котором загрязняющие частицы 22 отделяются от щетки плоско (см. фиг.9).
Как показано на фиг.3 и 4, иллюстрирующих второй вариант осуществления настоящего изобретения, может быть установлено дополнительное вакуумное устройство 38, которое на этих чертежах изображено схематично. Вакуумное устройство генерирует пониженное давление в области 34 всасывания для всасывания загрязняющих частиц 22 и жидкости 24, которые сталкивались со щеткой 12 и отражающим элементом 32 и собирались щеткой 12 и отражающим элементом 32. Следует отметить, что упомянутое вакуумное устройство 38 не обязательно нужно. Однако дополнительно приложенное пониженное давление может дополнительно повысить эффективность очистки устройства 100. Особенно, загрязняющие частицы 22, которые повторно распыляются со щетки 12 на поверхность 20 и не отскакивают от отражающего элемента 32, в этом случае также могут всасываться.
Пониженное давление, которое генерируется вакуумным устройством 38 в области 34 всасывания, предпочтительно колеблется между 3 и 70 мбар, более предпочтительно между 4 и 50 мбар, наиболее предпочтительно между 5 и 30 мбар. Это пониженное давление по сравнению с обычными пылесосами, которые прикладывают пониженное давление около 70 мбар, является довольно низким. Однако благодаря вышеупомянутому способу отскакивания очень хорошие результаты очистки уже могут быть получены в вышеупомянутых диапазонах давления. Таким образом, также могут использоваться меньшие вакуумные устройства 38. Это увеличивает свободу выбора вакуумного насоса.
Фиг.3 и 4, на которых изображен второй вариант осуществления узла 10 насадки, кроме того, показывают, что положения отражающего элемента 32 и щетки 12 по сравнению с первым вариантом осуществления (изображенным на фиг.1 и 2) могут быть взаимозаменяемыми без отхода от объема настоящего изобретения. В этом случае, отражающий элемент 32 относительно оси 14 щетки расположен на другой стороне корпуса 28 насадки. В этом случае отражающий элемент 32 должен быть расположен на расстоянии d2 от пола 20 при перемещении насадки 10 в направлении 40, как показано на фиг.3, в котором отражающий элемент 32, если смотреть в направлении 40 перемещения, расположен спереди щетки 12 (обозначенном как задний ход). Иначе жидкость 24 и загрязняющие частицы 22 снова не смогут проходить в область 34 всасывания, соответственно, во всасывающее впускное отверстие 36.
С другой стороны, отражающий элемент 32 должен находится в своем закрытом положении, соответственно, расположенном на расстоянии d1 от пола (d1 предпочтительно равен нулю), когда насадка 10 в соответствии с данным вариантом осуществления перемещается при так называемом переднем ходе, как показано на фиг.4, где щетка 12, если смотреть в направлении 40 перемещения, расположена спереди отражающего элемента 32 и первая сталкивается с загрязняющими частицами 22 и жидкостью 24. Отражающий элемент 32 в этом случае действует как резиновый валик или скребок, который скользит по поверхности 20 и собирает оставшиеся загрязняющие частицы 22 и жидкость 24 с поверхности 20.
Посредством сравнения первого варианта осуществления, изображенного на фиг.1 и 2, со вторым вариантом осуществления, изображенным на фиг.3 и 4, следует отметить, что остальная часть узла, т.е. щетка 12, а также параметры корпуса 28 насадки остаются такими же. Кроме того, направление 26 вращения щетки 12 остается таким же, поскольку направление 26 вращения щетки 12 должно быть направлено таким образом, чтобы элементы 16 щетки проходили в корпус 28 насадки на стороне корпуса 28 насадки, на которой также расположен отражающий элемент 32. Или, с другой стороны, отражающий элемент 32 расположен на стороне щетки 12, где загрязняющие частицы 22 и/или жидкость 24 отделяются от щетки 12. Иначе это не будет обеспечивать вышеупомянутое взаимодействие щетки и отражающего элемента 32.
Характеристики щетки 12 могут также оставаться теми же самыми. Результат очистки может быть дополнительно улучшен за счет использования вышеупомянутых параметров относительно линейной массовой плотности элементов 16 щетки и за счет осуществления центробежного ускорения на концевых участках 18 элементов 16 щетки в вышеупомянутом диапазоне. Даже если способ отскакивания может осуществляться с разными типами щеток, характеристики щетки 12 и скорость вращения, с которой щетка 12 приводится в движение, представлены ниже. Предпочтительно, щетка 12 имеет диаметр, который находится в диапазоне 20-80 мм, и приводное средство может обеспечивать вращение щетки 12 с угловой скоростью, которая составляет, по меньшей мере, 3000 об/мин, предпочтительно, с угловой скоростью около 6000 об/мин и выше. Ширина щетки 12, т.е. размер щетки 12 в направлении, в котором проходит ось 14 вращения щетки 12, может составлять, например, порядка 25 см.
2
На наружной поверхности стержня 52 щетки 12 расположены пучки 54. Каждый пучок 54 содержит сотни волоконных элементов, которые называются элементами 16 щетки. Например, элементы 16 щетки выполнены из полиэфира или нейлона с диаметром порядка около 10 мкм и со значением Dtex, которое ниже 150 г на 10 км. Плотность размещения элементов 16 щетки может составлять, по меньшей мере, 30 пучков 54 на см на наружной поверхности стержня 52 щетки 12.
Элементы 16 щетки могут быть расположены довольно хаотично, т.е. не на постоянных взаимных расстояниях. Кроме того, следует упомянуть, что наружная поверхность 56 элементов 16 щетки может быть неровной, что повышает способность элементов 16 щетки захватывать капельки 24 жидкости и загрязняющие частицы 22. В частности, элементами 16 щетки могут быть так называемыми микроволокна, которые не имеют гладкой и более или менее круглой периферии, но которые имеют шероховатую и более или менее звездообразную периферию с пазами и канавками. Элементы 16 щетки не обязательно являются одинаковыми, но предпочтительно линейная массовая плотность большей части от общего количества элементов 16 щетки 12 удовлетворяет требованию, по которому она ниже 150 г на 10 км, по меньшей мере, на концевых участках 18.
При помощи вращающейся щетки 12, в частности при помощи элементов 16 вращающейся щетки 12 загрязняющие частицы 22 и жидкость 24 захватываются с поверхности 20 и переносятся в положение сбора внутри устройства 100 для очистки вышеописанным способом зигзагообразного отскакивания между щеткой 12 и отражающей поверхностью 33. Возникающие ускорения на концевых участках 18 элементов 16 щетки заставляют загрязняющие частицы 22 и капельки 24 жидкости автоматически удаляться со щетки 12, когда элементы 16 щетки теряют контакт с полом 20 во время их вращения. Большая часть частиц затем отскакивает от отражающей поверхности 33 отражающего элемента 32. Поскольку не полностью все загрязняющие частицы 22 и капельки 24 жидкости сталкиваются с отражающей поверхностью 33 и поднимаются вышеупомянутым способом или могут непосредственно всасываться вакуумным устройством 38 (если установлено дополнительное вакуумное устройство 38), небольшое количество загрязняющих частиц и жидкости будет отбрасываться обратно на поверхность 20 в области, где элементы 16 щетки теряют контакт с поверхностью 20. Однако этот эффект повторного распыления на поверхность 20 устранен за счет отражающего элемента 32, который собирает эти повторно распыленные жидкость и загрязняющие частицы, действуя в качестве скребка при переднем ходе, так что оставшиеся жидкость 24 и загрязняющие частицы 22 затем могут всасываться за счет приложенного пониженного давления. Следовательно, жидкость 24 и загрязняющие частицы 22 не удаляются снова из области 34 всасывания без отскакивания вверх или всасывания.
За счет выбранных технических параметров элементы 16 щетки имеют эффект слабого трения по поверхности 20, который обеспечивает противодействие прилипанию жидкости 24 и загрязняющих частиц 22 к поверхности 20.
2
При вращении щетки 12 перемещение элементов 16 щетки по поверхности 20 продолжается до наступления момента, при котором контакт в результате потеряется. Когда больше нет контакта, элементы 16 щетки принимают исходное вытянутое состояние под действием центробежных сил, которые действуют на элементы 16 щетки в результате вращения щетки 12. Так как элементы 16 щетки согнуты в тот момент, когда снова возникает ситуация для принятие вытянутого состояния, дополнительное ускорение вытягивания присутствует на концевых участках 18 элементов 16 щетки, причем элементы 16 щетки рассекают воздух со свистом из согнутого состояния в вытянутое состояние, причем перемещение элементов 16 щетки сравнимо с хлыстом, которым размахивают. Ускорение на концевых участках 18 в тот момент, когда элементы 16 щетки почти приняли вытянутое состояние, предпочтительно составляет, по меньшей мере, 3000 м/сек.
Под влиянием сил, действующих на концевых участках 18 элементов 16 щетки во время перемещения, как описано, множества загрязняющих частиц 22 и жидкости 24 удаляются с элементов 16 щетки, так как эти силы значительно больше сил прилипания. Следовательно, жидкость 24 и загрязняющие частицы 22 принудительно улетают по направлению к отражающему элементу 32.
Под действием ускорения жидкость 24 может удаляться небольшими каплями. Это является преимущественным для дальнейших процессов разделения, например, осуществляемых вакуумным устройством 38 с вентилятором, в частности центробежным вентилятором вакуумного устройства 38, который служит в качестве вращающегося сепаратора воздуха и загрязняющих частиц. Следует отметить, что всасывающие силы, такие как силы, приложенные центробежным вентилятором, не играют роли в вышеописанном процессе захвата жидкости и загрязняющих частиц элементами 16 щетки. Однако эти всасывающие силы могут использоваться для захвата загрязняющих частиц и жидкости, которые были подняты при помощи представленного способа отражения.
Помимо функционирования каждого из элементов 16 щетки, как описано в вышеизложенном, может возникнуть другой эффект, который обеспечивает процесс захвата загрязняющих частиц 22 и жидкости 24, то есть капиллярный эффект между элементами 16 щетки. В этом отношении, щетка 12 с элементами 16 щетки сравнима со щеткой 12, которая погружена в некоторое количество краски, причем краска поглощается щеткой 12 на основании капиллярных сил.
Из вышеизложенного ясно, что щетка 12 в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно имеет следующие свойства:
- мягкие пучки 54 с гибкими элементами 16 щетки будут вытягиваться под действием центробежных сил когда нет контакта с поверхностью во время вращения щетки 12;
- можно иметь идеальную совместимость между щеткой 12 и поверхностью 20, подлежащей очистке, поскольку мягкие пучки 54 будут сгибаться всякий раз, когда они касаются поверхности 20, и выпрямляться во всех возможных случаях под действием центробежных сил;
- щетка 12 постоянно самоочищается вследствие достаточно больших ускоряющих сил, что обеспечивает постоянный результат очистки;
- тепловыделение между поверхностью 20 и щеткой 12 является минимальным из-за очень низкой жесткости при изгибе пучков 54;
- весьма равномерный захват жидкости с поверхности 20, и весьма одинаковый общий результат очистки может быть получен, даже если сгибы и вмятины присутствуют на поверхности 20, на основании того, что жидкость 24 захватывается пучками 54, а не воздушным потоком, как во многих известных устройствах; и
- загрязняющие частицы 22 удаляются с поверхности 20 щадящим, тем не менее, эффективным способом при помощи пучков 54, причем наиболее эффективное использование энергии может быть обеспечено на основании низкой жесткости элементов 16 щетки.
На основании относительно низкого значения линейной массовой плотности, она может быть такой, что элементы 16 щетки имеют очень низкую жесткость при изгибе и при размещении в пучки 54 не могут сохранять свою исходную форму. В известных щетках элементы 16 щетки отскакивают при расцеплении. Однако элементы 16 щетки, имеющие очень низкую жесткость при изгибе, как упомянуто, не будут делать это, поскольку упругие силы являются такими малыми, что они не могут превышать внутренние силы трения, которые присутствуют между отдельными элементами 16 щетки. Следовательно, пучки 54 будут оставаться смятыми после деформации, и будут вытягиваться только при вращении щетки 12.
В сравнении с известными устройствами, содержащими жесткие щетки для контакта с поверхностью, подлежащей очистке, щетка 12, которая предпочтительно используется в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, обеспечивает получение результатов очистки, которые в значительной степени лучше вследствие принципа работы, в соответствии с которым элементы 16 щетки используются для захвата жидкости 24 и загрязняющих частиц 22 и удаления жидкости 24 и загрязняющих частиц 22 с поверхности 20, подлежащей очистке, причем жидкость 24 и загрязняющие частицы 22 отбрасываются элементами 16 щетки до того, как они будут контактировать снова с поверхностью 20 при следующем обороте.
В результате того что щетка 12 опущена к поверхности 20, подлежащей чистке, щетка 12 действует как шестеренный насос, который откачивает воздух из внутренней части корпуса 28 насадки на наружную сторону. Это является неблагоприятным эффектом, так как все загрязняющие частицы 22 сдуваются, и капельки 24 жидкости образуются в положениях, где они не достигают щетки 12 и могут упасть в неожиданные моменты во время процесса очистки.
Для компенсации эффекта выкачивания, как упомянуто, предложено иметь средство для генерации воздушного потока в области, где щетка 12 контактирует с поверхностью 20, при этом воздушный поток используется для компенсации воздушного потока, генерируемого щеткой 12.
Это средство может быть осуществлено различными способами. Возможность первого осуществления показана в первом варианте осуществления, который изображен на фиг.1 и 2, где небольшое отверстие 58 расположено между корпусом 28 насадки и щеткой 12 в положении, где элементы 16 щетки удаляются из корпуса 28 насадки во время вращения щетки 12. Это отверстие 58 образует другое всасывающее впускное отверстие 60 в область 34 всасывания, которое прикладывает пониженное давление в области, где элементы 16 щетки сначала контактируют с поверхностью 20. Это пониженное давление создает воздушный поток, который противодействует нежелательному турбулентному воздушному потоку, который создается спереди щетки 12 вследствие ее вращения во время использования.
Второй возможностью противодействия нежелательному турбулентному воздушному потоку спереди щетки 12 является оснащение щетки 12 пучками 54 элементов 16 щетки, которые расположены рядами на щетке 12, так что необходимая всасывающая сила будет в значительной степени уменьшена.
Кроме того, возможно использование отражателя 62 для вдавливания щетки 12 в положении, если смотреть в направлении 26 вращения, до того как щетка 12 будет контактировать с поверхностью 20, как это показано для примера во втором варианте осуществления, который изображен на фиг.3 и 4. Отражатель 62 имеет функцию сжатия вместе элементов 16 щетки посредством их отклонения. Таким образом, воздух, который присутствует в зазоре между элементами 16 щетки, вытесняется из упомянутого зазора. Когда элементы 16 щетки после выхода с отражателя 62 удаляются друг от друга снова, зазор между элементами 16 щетки увеличивается, так что воздух будет всасываться в щетку 12, причем создается пониженное давление, которое всасывает загрязняющие частицы 22 и жидкость 24. Это снова компенсирует воздушный поток, который создается вращающейся щеткой 12. Примеры отражателей, как упомянуто, указаны в PCT/IB 2009/054333 и PCT/IB 2009/054334, оба от имени заявителя.
Воздушный поток, который необходимо компенсировать, может быть рассчитан при помощи нижеследующего уравнения:
c
2
Ф=π×f×W×F×(D×I-I)
c
3
где Ф-воздушный поток, который необходимо компенсировать (м/сек)
f - частота щетки (Гц)
W - ширина щетки 12 (м)
F - коэффициент компенсации (-)
D - диаметр щетки 12 (м)
I - опущение щетки 12 к поверхности 20 (м)
В практическом примере f=133 Гц, W=0,25 м, D=0,044 м и I=0,003 м.
Относительно коэффициента компенсации щетки необходимо отметить, что этот коэффициент определен на основании экспериментов со щеткой, имеющей признаки, как упомянуто выше, и установлен равным 0,4.
Для величин, как упомянуто, установлен нижеследующий поток для компенсации:
c
2
3
Ф=π×133×0,25×0,4×(0,044×0,003-0,003)=0,005015 м/сек
Следовательно, в этом примере преимущественно иметь компенсирующий воздушный поток около 5 литров в секунду. Такой воздушный поток может очень хорошо быть получен практически за счет одной из возможностей осуществления, для примера описанных выше, так что можно устранить неблагоприятный эффект выкачивания щетки 12.
Фиг.11 - вид в целом устройства 100 для очистки в соответствии с настоящим изобретением. В соответствии с этой схематичной конструкцией устройство 100 для очистки содержит корпус 28 насадки, в котором щетка 12 установлена с возможностью вращения на оси 14 щетки. Приводное средство, которое может быть осуществлено в виде обычного двигателя, такого как, например, электродвигатель (не показан), предпочтительно соединено с осью 14 щетки или даже расположено на оси 14 щетки с целью приведения щетки 12 во вращение. Следует отметить, что двигатель также может быть расположен в любом другом подходящем положении в устройстве 100 для чистки.
В корпусе 28 насадки средство, такое как колеса (не показаны) расположено для удержания оси 14 вращения щетки 12 на заданном расстоянии от поверхности 20, подлежащей очистке, и это расстояние выбрано таким образом, чтобы щетка 12 была опущена. Предпочтительно, диапазон вдавливания составляет 2-12% от диаметра щетки 12 относительно полностью вытянутого состояния элементов 16 щетки. Следовательно, когда диаметр составляет порядка 50 мм, диапазон вдавливания может составлять 1-6 мм. Эти регулировочные колеса могут также наклонять насадку 10 в зависимости от направления 40 перемещения для регулировки положения отражающего элемента 32, как это было объяснено выше со ссылкой на фиг.5.
Помимо корпуса 28 насадки, щетки 12 и отражающего элемента 32 устройство 100 для очистки предпочтительно содержит следующие элементы:
- ручку 64, которая обеспечивает легкую манипуляцию устройством 100 для очистки пользователем;
- резервуар 66 для содержания промывочной жидкости 68, такой как вода;
- емкость 70 для сбора загрязняющих частиц (также называемую пылесборником) для вмещения жидкости 24 и загрязняющих частиц 22, захваченных с поверхности 20, подлежащей очистке;
- проточный канал в форме, например, полой трубки 72, соединяющий емкость 70 для сбора загрязняющих частиц с областью 34 всасывания, причем область 34 всасывания образует всасывающее впускное отверстие 36 на нижней стороне 30 насадки 10. Следует отметить, что в значении настоящего изобретения проточный канал, включающий в себя полую трубку 72, также может называться областью 34 всасывания, в которой вышеупомянутое пониженное давление может быть приложено в случае, если установлено дополнительное вакуумное устройство 38 (не обязательное); и
- вакуумное устройство 38 с вентилятором (не обязательное), содержащее центробежный вентилятор 38', расположенный на стороне емкости 70 для сбора загрязняющих частиц, которая расположена напротив стороны, где расположена трубка 72.
Для полноты следует отметить, что в пределах объема настоящего изобретения возможны другие и/или дополнительные конструктивные элементы. Например, может быть установлен элемент для отклонения загрязняющих частиц 22, 24, которые отбрасываются вверх, так что загрязняющие частицы 22, 24 сначала подвергаются отклонению до того, как они в результате достигнут емкости 70 для сбора загрязняющих частиц. Кроме того, необязательное вакуумное устройство 38 с вентилятором может быть расположено на другой стороне емкости 70 для сбора загрязняющих частиц, чем на стороне, которая находится напротив стороны, где расположена трубка 72.
В соответствии с вариантом осуществления, который изображен на фиг.12, щетка 12 содержит стержень 52. Этот стержень 52 имеет форму полой трубки, содержащий ряд каналов 74, проходящих через стенку 76 стержня 52. С целью перемещения промывочной текучей среды 68 из резервуара 66 во внутреннюю часть полого стержня 52 щетки 12, например, может быть расположена гибкая трубка 78, которая проходит во внутреннюю часть стержня 52.
В соответствии с данным вариантом осуществления промывочная текучая среда 68 может подаваться в полый стержень 52, причем во время вращения щетки 12 жидкость 68 выходит из полого стержня 52 через каналы 74 и смачивает элементы 16 щетки. Таким образом, жидкость 68 также брызгает или падает на поверхность 20, подлежащую очистке. Таким образом, поверхность 20, подлежащая очистке, становится влажной за счет промывочной жидкости 68. Это особенно увеличивает прилипание загрязняющих частиц 22 к элементам 16 щетки и, следовательно, повышает возможность удаления пятен с поверхности 20, подлежащей очистке.
В соответствии с настоящим изобретением скорость, с которой подается жидкость 68 в полый стержень 52, может быть довольно низкой, причем, например, максимальная скорость может составлять 6 мл в минуту на см ширины щетки 12.
Однако следует отметить, что функция активной подачи воды 68 на поверхность 20, подлежащей очистке, при помощи полых каналов 74 внутри щетки 12, является необязательной, а дополнительной функцией. В качестве альтернативы, промывочная жидкость может подаваться посредством разбрызгивания на щетку 12 с наружной стороны или посредством простого погружения щетки 12 в промывочную воду до использования. Вместо использования специально выбранной жидкости также можно использовать жидкость, которая уже была разлита, т.е. жидкость, которую необходимо удалить с поверхности 20, подлежащей очистке.
Захват промывочной воды 68 с пола, как уже упоминалось выше, осуществляется или при помощи отражающего элемента 32 при расположении на расстоянии d1 от поверхности 20, собирающего воду, действуя как скребок, перемещающий жидкость в область 34 всасывания, где она может всасываться вследствие пониженного давления, создаваемого необязательным вакуумным устройством 38, или вода непосредственно захватывается с пола посредством взаимодействия щетки 12 и отражающего элемента 33. В сравнении с известными устройствами, содержащими жесткие щетки, которые не могут захватывать воду, щетка 12, которая может использоваться в соответствии с настоящим изобретением, способна захватывать воду. Таким образом, полученные результаты очистки являются значительно лучше.
Технические параметры, относящиеся к щетке 12, элементам 16 щетки и приводному средству являются результатом экспериментов, которые были осуществлены в рамках настоящего изобретения.
Ниже будут описаны один из экспериментов и результаты эксперимента. Испытуемые щетки были оснащены различными типами волоконных материалов, используемых для элементов 16 щетки, включающих в себя относительно толстые волокна и относительно тонкие волокна. Кроме того, плотность размещения, а также величину Dtex изменяли. Подробные данные различных щеток представлены в нижеследующей таблице.
плотность размещения(#пучки/см<sup>2</sup>)
волокна в пучке
величина Dtex (г/10 км)
волоконный материал
длина волокна(мм)
вид волокна
щетка 1
160
9
113,5
нейлон
10
упругий, прямой
щетка 2
25
35
31,0
нейлон
11
довольно жесткий, закру-ченный
щетка 3
40
90
16,1
-
11
очень мягкий, витой
щетка 4
50
798
0,8
полиэфир
очень мягкий, витой
Эксперимент включает в себя вращение щетки в подобных условиях и оценку результатов очистки, износа и нагрузки на поверхность 20, подвергаемой обработке щеткой 12. Это обеспечивает показание тепловыделения на поверхность 20. Конечный результат эксперимента отражен в нижеследующей таблице, причем отметка 5 используется для обозначения лучших результатов, и более низкие отметки используются для обозначения худших результатов.
удаление пятен
захват воды
износ
нагрузка на поверхность
щетка 1
5
3
3
3
щетка 2
5
3
1
4
щетка 3
5
4
4
5
щетка 4
5
5
5
5
Кроме того, эксперимент доказывает, что можно иметь элементы 16 щетки с линейной массовой плотностью в диапазоне 100-500 г/10 км и получить положительные результаты очистки, хотя оказывается, что захват воды, характеристика износа и расход электроэнергии не являются такими оптимальными. Был сделан вывод, что соответствующее предельное значение для линейной массовой плотности составляет 150 г/10 км. Однако ясно, что при гораздо более низкой линейной массовой плотности результаты очистки и все остальные результаты являются очень хорошими. Следовательно, предпочтительно использовать более низкие предельные значения, такие как 125 г/10 км, 50 г/10 км, 20 г/10 км или даже 5 г/10 км. В случае значений в последнем порядке обеспечено то, что результаты очистки являются отличными, захват воды является оптимальным, износ является минимальным, и расход электроэнергии и тепловыделение на поверхности 20 являются достаточно низкими.
2
Следует отметить, что оптимальное минимальное значение 3000 м/сек относительно ускорения, которое преобладает на концах 18 элементов 16 щетки в течение некоторого времени за один оборот щетки 12, в частности в течение некоторого периода времени в течение периода отделения загрязняющих частиц, в течение которого нет контакта между элементами 16 щетки и поверхностью 20, подтверждено результатами экспериментов, которые были осуществлены в рамках настоящего изобретения.
Ниже будут описаны один из экспериментов и результаты эксперимента. Нижеследующие условия применимы к эксперименту:
2
1) Щетка 12, имеющая диаметр 46 мм, ширину приблизительно 12 см, элементы 16 щетки из полиэфира с линейной массовой плотностью около 0,8 г/10 км, расположенная с пучками 54 из около 800 элементов 16 щетки, с приблизительно 50 пучками 54 на см, установлена на валу двигателя.
2) Определяется вес узла щетки 12 и двигателя.
3) Источник питания двигателя соединен с таймером для остановки двигателя после продолжительности работы 1 секунды или продолжительности работы 4 секунды.
4) Щетка 12 погружена в воду, так что щетка 12 полностью пропитана водой. Следует отметить, что щетка 12, которая используется, оказывается способна поглощать общий вес воды приблизительно 70 г.
5) Щетка 12 вращается с угловой скоростью 1950 об/мин и останавливается спустя 1 секунду или 4 секунды.
6) Определяется вес узла щетки 12 и двигателя и рассчитывается разность относительно веса в сухом состоянии, который определяется на этапе 2).
7) Этапы 4)-6) повторяются для других значений угловой скорости, в частности значений, как указано в нижеследующей таблице, которая дополнительно содержит значения веса воды, все еще находящейся в щетке 12, на остановках остановок спустя 1 секунду и 4 секунды, и значений соответствующего центробежного ускорения, которое может быть рассчитано в соответствии с нижеследующим уравнением:
2
a=(2×π×f)×R,
где
2
a - центробежное ускорение (м/сек)
f - частота щетки (Гц)
R - радиус щетки 12 (м)
угловая скорость (об/мин)
вес присутствующей воды спустя 1 сек (г)
вес присутствующей воды спустя 4 сек (г)
центробежное ускорение (м/сек<sup>2</sup>)
1950
8,27
7,50
959
2480
5,70
4,57
1551
3080
3,70
3,11
2393
4280
2,52
1,97
4620
5540
1,95
1,35
7741
6830
1,72
1,14
11765
7910
1,48
1,00
15780
9140
1,34
0,94
21069
Зависимость, которая установлена между угловой скоростью и весом воды для двух разных остановок показана на графике на фиг.13, и зависимость, которая установлена между центробежным ускорением и весом воды для двух разных остановок показана на графике на фиг.14, причем вес воды указан на вертикальной оси каждого графика. Из графика на фиг.13 следует, что удаление воды щеткой 12 резко уменьшается, когда угловая скорость ниже 4000 об/мин. Кроме того, по-видимому, это является стабильным при угловых скоростях, которые выше 6000-7000 об/мин.
2
2
При угловой скорости 3500 об/мин, которая соответствует центробежному ускорению 3090 м/сек, может быть осуществлен переход к удалению воды щеткой. Для наглядности этого факта графики на фиг.13 и 14 содержат вертикальную линию, указывающую значения 3500 об/мин и 3090 м/сек, соответственно.
2
На основании результатов эксперимента, как объяснено в вышеизложенном, может быть сделан вывод, что значение 3090 м/сек относительно ускорения на концах 18 элементов 16 щетки в течение периода отсутствия контакта является реалистическим минимальным значением, поскольку рассматривается самоочищающая способность элементов 16 щетки, которые удовлетворяют необязательному требованию иметь линейную массовую плотность, которая ниже 150 г/10 км, по меньшей мере, на концевых участках 18. Надлежащее выполнение самоочищающей функции является важным для получения хороших результатов, как уже было объяснено в вышеизложенном.
2
2
Для полноты следует отметить, в устройстве 100 для очистки в соответствии с настоящим изобретением центробежное ускорение может также быть ниже 3000 м/сек. Причина состоит в том, что ускорение, которое возникает на концах 18 элементов 16 щетки, когда элементы 16 щетки выпрямляются, как можно ожидать, становится выше нормального центробежного ускорения. Эксперимент показывает, что минимальное значение 3000 м/сек является подходящим относительно ускорения, которое является нормальным центробежным ускорением в случае эксперимента и которое может быть более высоким ускорением, которое вызвано конкретными функциональными возможностями элементов 16 щетки, когда период захвата загрязняющих частиц истек, и имеется пространство для выпрямления в существующем устройстве 100 для очистки в соответствии с настоящим изобретением, что оставляет возможность, чтобы нормальное центробежное ускорение во время других периодов вращения (например, период захвата загрязняющих частиц) было ниже.
Даже если предпочтительна одна щетка в соответствии с настоящим изобретением, ясно, что могут использоваться также другие щетки без отхода от объема настоящего изобретения. Кроме того, следует отметить, что вышеупомянутые параметры щетки являются только необязательными параметрами, которые могут использоваться для дополнительного повышения эффекта очистки. Однако вышеупомянутый эффект отражения также возникает при использовании других типов щеток.
Специалист в данной области техники должен понимать, что объем настоящего изобретения не ограничивается примерами, раскрытыми в вышеизложенном, и возможны его некоторые изменения и модификации без отхода от объема настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться только иллюстративными или примерными, но не ограничивающими. Настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
2
Для ясности следует отметить, что полностью вытянутое состояние элементов 16 щетки является состоянием, в котором элементы 16 щетки полностью проходят в радиальном направлении относительно оси 14 вращения щетки 12, причем нет согнутого верхнего участка на элементах 16 щетки. Это состояние может быть обеспечено, когда щетка 12 вращается с нормальной рабочей скоростью, которая может быть скоростью, при которой может быть получено ускорение 3000 м/сек на концах 18 элементов 16 щетки. Возможно, чтобы только один участок элементов 16 щетки 12 находился в полностью вытянутом состоянии, в то время как другой участок нет, вследствие препятствий, с которыми сталкиваются элементы 16 щетки. Обычно диаметр D щетки 12 определен, когда все элементы 16 щетки находятся в полностью вытянутом состоянии.
Концевыми участками 18 элементов 16 щетки являются наружные участки элементов 16 щетки, если смотреть в радиальном направлении, т.е. участки, которые являются наиболее удаленными от оси 14 вращения. В частности, концевые участки 18 являются участками, которые используются для подхвата загрязняющих частиц 22, и которые принудительно скользят по поверхности 20, подлежащей очистке. В случае, если щетка 12 опущена относительно поверхности 20, длина концевого участка является приблизительно такой же, что и величина опущения.
Хотя настоящее изобретения проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в вышеизложенном описании, такие иллюстрация и описание должны рассматриваться иллюстративными или примерными, но не ограничивающими. Настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения в раскрытых вариантах осуществления могут быть понятны и осуществлены специалистами в данной области техники при практическом осуществлении заявленного изобретения на основании изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и неопределенный артикль “a” или “an” не исключает множества. Единственный элемент или другой узел может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам по себе тот факт, что определенные меры перечислены во взаимных разных зависимых пунктах, не указывает на то, что сочетание этих мер не может быть использовано для обеспечения преимущества.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем.