CN102247110A - 用于清洁表面且包括至少一个可旋转刷子的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于清洁表面(11)的设备，该设备包括：至少一个可旋转刷子(3、4)，该刷子(3、4)配备有用于在刷子(3、4)的每次回转的灰尘拾取阶段期间与表面(11)接触并且拾取存在于表面(11)上的灰尘颗粒(10)和液体的柔性刷元件(18)；以及用于驱动刷子(3、4)的装置。选择所述柔性刷元件(18)的线质量密度，使得该线质量密度至少在尖端部分处低于150g每10km，并且设置刷元件(18)的尖端处的加速度，使得该加速度至少在所述刷子(3、4)的每次回转的除了所述灰尘拾取阶段以外的其他阶段(亦即所述刷元件(18)与所述表面(11)脱离接触的阶段)期间的某些时间中至少为3,000m/sec²。

Description

用于清洁表面且包括至少一个可旋转刷子的设备

技术领域

本发明涉及一种用于清洁表面的设备，该设备包括：至少一个可旋转刷子，该刷子配备有用于在刷子每次回转的灰尘拾取期间与待清洁表面接触并且拾取存在于表面上的灰尘颗粒和液体的柔性刷元件；以及用于驱动该刷子的装置。

背景技术

US 1,694,937公开了一种地板擦洗机，该地板擦洗机能够通过平行靠拢布置并且高速旋转的两个圆筒形地板刷来从地板上拾取灰尘和水，这两个圆筒形地板刷中的一个顺时针运转而另一个逆时针运转，相邻边缘一起运动并且具有足以通过相当大的力以基本上扁平射流的形式将灰尘和水垂直向上投射的速度。在刷子上面提供了偏转或阻碍装置，据此使向上射流在已上升脱离刷子之后受到阻止并被转向灰尘容器。

下文示出了与在擦洗机中对灰尘和水的向上递送有关的动作。通过离心力从刷子边缘排出的灰尘和液体的各个片块，要么碰到对面刷子的边缘并再次被向上抛起，要么与从另一刷子甩开的类似片块碰撞，从而使得灰尘和水以基本上扁平的射流的形式脱离刷子并垂直向上射出。几乎所有灰尘和水都在头半个回转期间从刷子甩开。以所述方式布置和操作的刷子可以提起水而不需要附加抽吸装置或任何提升设备。

据宣称，高速刷子能从地板移除几乎所有的水。然而，有可能会有少量残留。为了收集这样的少量残留，擦洗机配备了擦拭器或擦刷器。

EP 0 169 850公开了一种在许多方面与从US 1,694,937了解到的擦洗机一样的装置。具体地，EP 0 169 850公开了一种优选用于清洁硬表面(如地板、楼梯等)的装置。该装置具有：两个彼此相对旋转、基本上为圆筒形的刷子，该装置通过上述刷子支撑在表面上；以及用于向刷子供应液体清洁剂的装置；其中刷子布置用于通过它们之间的旋转将灰尘颗粒运送到至少一个容器。

装置以这样的方式将其刷子置于待清洁的表面：使得当刷子旋转时其刷毛在与表面接触之处变形。刷毛是沾湿的，并且当刷毛与表面接触时，液体清洁剂被带至表面并且粘附在一定程度上也粘在刷毛上的灰尘颗粒。在与表面接触之处，刷毛向后弯曲。因此，实现了面接触而不是线接触。当刷毛在连续旋转的过程中失去与表面的接触时刷毛的弯曲结束，由此使灰尘颗粒因刷毛的快速挺直而以正切方向被抛出。应用刮棱来确保将可能残留在刷毛上的灰尘颗粒刮掉并且使其落到表面上以便下次由刷毛抛起。

从上文所述容易看出，使用两个反向旋转的刷子来清洁地板在本领域是已知的。此外，容易看出还使用了附加装置以便达到可接受的清洁效果。在从US 1,694,937获知的擦洗机中，除了刷子还应用了擦拭器或擦刷器以便获得擦干的地板。在从EP 0 169 850获知的装置中，应用了刮棱来确保装置中刷子的正常连续清洁，其中灰尘颗粒落到待清洁的表面上。这些灰尘颗粒需要被再次拾取，其中存在灰尘颗粒再次粘到刷子上并且再次落到待清洁表面上的风险。其他缺点在于刮棱的使用增加了转动刷子所需的功率，其中还增加了刷子遭受磨损和撕破的速率，以及在于在刷子与待清洁表面接触期间，由单个刷毛所产生的诸如弹力之类的力被施加到该表面上，从而产生可能导致表面损坏的摩擦力和热量。

发明内容

本发明的一个目标为通过操作参数的最佳组合(即，确保刷子的最佳清洁功能的操作参数组合)来实现使用至少一个用于清洁表面的可旋转刷子，其中除所述刷子之外不需要用于在表面上执行清洁动作的附加装置，也不需要用于在操作期间保持刷子清洁的附加装置。换言之，本发明的一个目标为找到针对刷子的操作参数的最佳组合，其中有可能仅通过使用刷子的功能来清洁和擦干表面。

本发明的目标通过用于清洁表面的设备来实现，该设备包括至少一个可旋转刷子，该可旋转刷子配备有用于在刷子每次回转的灰尘拾取期间与待清洁表面接触并且拾取存在于表面上的灰尘颗粒和液体的柔性刷元件，以及用于驱动该刷子的装置，其中刷子的刷元件的总数中的大多数至少在刷元件用于拾取灰尘颗粒和液体的尖端部分的线质量密度低于150g每10km，并且其中用于驱动刷子的装置适于至少在刷子每次回转的除了灰尘拾取阶段之外的另一阶段(亦即，刷元件与表面脱离接触并且首先从表面移开随后再次向表面移动的阶段)期间的某些时间中，在设备中刷元件的尖端处实现至少3,000m/sec²的加速度。

应当理解，通过如上文提到的参数组合，即通过柔性刷元件至少在刷元件用于拾取灰尘颗粒和液体的尖端部分处的具有150g每10km的上限的线质量密度，以及在无接触阶段中在刷元件尖端处的具有3,000m/sec²的下限的加速度，有可能实现优异的清洁效果，其中一次清洁就可以使待清洁表面几乎没有灰尘颗粒并且被擦干。因此，当使用根据本发明的设备时，比如对于额外使用擦拭装置和/或抽吸/真空装置来清洁表面以及/或者额外使用刮棱装置来保持刷子清洁的需要之类的常规问题将不复存在。此外，刷子总是保持清洁，因而不存在在待清洁表面上散布灰尘的风险。

从上文提到的涉及以清洁为目而应用两个可旋转刷子的现有技术文件的两个示例的前文描述中容易看出，参数的组合并不是基于现有技术的知识而发现的，因为现有技术甚至没有考虑过拥有用于清洁表面的至少一个可旋转刷子的自主的、最佳的功能的可能性。

当按本发明的描述提供并操作至少一个可旋转刷子时，确保了液体可以从待清洁表面有效地移除，并且对于灰尘颗粒而言亦是如此，这些灰尘颗粒可以由刷子的刷元件捕获并且/或者与液体一起被带走。通过刷子执行的清洁过程尤其适于应用到硬表面，并且具有各种方面，所有这些方面单独地以及/或者与其他方面相结合，有助于有效地进行清洁过程。硬表面的示例有硬地板、窗户、墙壁、桌面、硬材料板、人行道等。

在刷子旋转期间，诸如离心力之类的加速力施加在刷子和刷元件上。除了上文提到的离心力，还可以存在其他加速力，尤其是由于柔性刷元件的形变而产生的加速力。此外，这样的形变可以在柔性刷元件一遇到液体或灰尘颗粒就发生。并且，根据本发明的设备有可能包括用于设置刷子的凹进的装置，例如，通过将刷子的中心轴置于相对于待清洁表面比在刷元件完全伸展状态下刷子半径更短的距离，从而使得当刷子与表面接触时刷元件弯曲。因此，在这种情况下，在刷子旋转期间刷元件一与表面接触，刷元件的外形就从伸展外形变为弯曲外形，并且在刷子旋转期间刷元件一与表面失去接触，刷元件的外形就从弯曲外形变为伸展外形。刷子凹进的实际范围是从刷元件完全伸展状态下刷子直径的2％到12％的范围。在实际情况下，上文提到的刷子直径可以通过执行适当的测量来确定，例如，通过使用高速照相机，或者使用工作在刷子的旋转频率上的频闪仪。

刷元件的形变，或者更准确而言，形变可以发生的速度，还受刷元件的线质量密度的影响。此外，刷元件的线质量密度影响转动刷子所需的功率。当刷元件的线质量密度相对较低时，柔性相对高，并且使刷元件在刷元件与待清洁表面接触时弯曲所需的功率相对较低。这还意味着在刷元件与表面之间产生的摩擦功率较低，由此防止了表面的升温以及相关的表面损坏。刷元件的相对较低的线质量密度的其他有利效果在于：相对高的耐磨性，相对较小的被尖锐物体等损坏的机会，以及以即使在遇到相当不平坦的表面时仍保持接触的方式来遵循表面的能力。

当刷元件与灰尘颗粒或液体接触时，或者在设置了刷子相对于待清洁表面的凹进的情况下与上述表面接触时，刷元件会弯曲。其上粘附有灰尘颗粒和液体的刷元件一与表面失去接触，刷元件就伸直，其中特别是刷元件的尖端以叠加在因刷子的旋转而产生的正常离心加速度之上的相对高的加速度移动。其结果是，由于加速力高于粘附力，粘附在刷元件上的液滴和灰尘颗粒从该刷元件射出。加速力的值由各种因素确定，这些因素不仅包括上述形变和线质量密度，还包括驱动刷子的速度。

根据本发明，如前面所定义的，用于驱动刷子的装置适于至少在刷子每次回转的除了灰尘拾取阶段之外的另一阶段(亦即，刷元件与表面脱离接触并且首先从表面移开随后再次向表面移动的阶段)期间的某些时间中，在设备中刷元件的尖端处实现至少3,000m/sec²的加速度。上述加速度的优选最小值为7,000m/sec²，并且上述加速度的更优选最小值为12,000m/sec²。实验已表明，根据本发明的设备的清洁性能通过增加刷子的角速度(这意味着加速度的增大)而得以提高。

在增强灰尘颗粒对刷元件的粘附的过程中使用的液体可以通过各种方式提供。首先，可旋转刷子和柔性刷元件可以由存在于待清洁表面上的液体润湿。这样的液体的一种示例为水，或者水与肥皂的混合物。备选地，可以通过将液体供应给设备中的刷子，例如通过将液体渗至刷子上，或者通过将液体喷射至刷子的空芯元件中，来向柔性刷元件提供液体。除了使用有意选择的液体，还可能使用无意中溅出的液体，即，要从待清洁表面移除的液体。这种示例有溅出的咖啡、奶、茶等。这鉴于以下事实而成为可能，即：刷元件能够从待清洁表面完全移除液体，并且在前面所述离心力的作用下可将液体从刷元件移除，其中液体可以被收纳到有所述刷子作为其组成部分的设备中的适当收集空间中。当刷元件尖端处的加速度至少在刷子每次回转的在其中刷元件与待清洁表面脱离接触并且首先从表面移开随后再次向表面移动的阶段期间的某些时间中(特别是在刷元件在被弯曲之后移回伸展状态的那些时刻)实现为诸如至少3,000m/sec²时，粘附到刷元件的液滴可能作为液滴雾从刷元件排出，鉴于非常有可能收集这样的液滴(如本申请人名下的标题为“Hardfloor wet cleaning appliance”的申请EP 10150263.1中所述)，这会是有益的。

刷元件的线质量密度和刷元件尖端处的加速度的组合，即其中至少在刷元件用于拾取灰尘颗粒和液体的尖端部分处线质量密度低于150g每10km并且在无接触期间加速度为至少3,000m/sec²的组合是产生可旋转刷子的最佳清洁性能的组合，其中当刷子以上述参数进行操作时所遇到的几乎所有灰尘颗粒和溅出的液体均被刷元件拾取并且排出在有所述刷子作为其组成部分的设备内的位置。自然地，当清洁时，对颗粒和液体的有效拾取是有利的，其中同时实现了灰尘移除和擦干过程。鉴于避免了将灰尘再次引入待清洁表面的事实，有效地后续排出过程是有利的。使用根据本发明的刷子，以及用于实现上述操作参数的装置，甚至有可能捕获处于被称作HEPA范围中的颗粒，即相对较小，具有可能小于1微米直径的颗粒。

当应用了本发明时所获得的清洁效果是优异的。本发明的成果基于以下事实：选择一组因素，以此来实现在清洁动作期间，刷元件可以总是与待清洁表面接触，即使当表面在某些位置不平坦时亦如此，其中刷元件的接触面积大至足以真正拾取灰尘颗粒和液体，并且其中刷元件与表面之间的接触时间长至足以实现完全移除灰尘颗粒和液体，同时由于刷子能够执行有效的自清洁动作(在该动作期间灰尘颗粒和液体在比粘附力更强的加速力的作用下从刷元件排出)而避免再次引入灰尘或者仅是在表面上将灰尘移位。

在可旋转刷子的清洁功能中可能发挥额外作用的一个因素为刷元件的塞装密度。当塞装密度足够大时，毛细管效应可能会在刷元件之间发生，这增强了液体从待清洁表面的快速移除。例如，刷元件的塞装密度可以是每cm²至少30簇刷元件，其中每簇刷元件数目可以是至少500个。

从刷元件排出灰尘颗粒和液体所需的加速度可以在刷子每分钟至少6,000转时的角速度上实现，其中当刷元件处于完全伸展状态下时刷子的直径可以在20mm至80mm的范围内。

如已在前文所提及，可以设置刷子相对于待清洁表面的凹进。在考虑到刷子相对于在其中处于完全伸展状态下的刷元件的尖端触及表面的情况的位移时，测量刷子的这种凹进。基于凹进，确保了在刷子的每次回转期间刷元件都与待清洁表面接触一定时间，并且一旦存在刷元件从弯曲状态移到伸展状态的空间，刷元件就突然这么做，从而使得所拾取的灰尘颗粒和液体可以被抛掉。

刷元件可以由塑料材料制成，其中聚酯是适当的例子。在任何情况下，刷元件至少在刷元件尖端部分的线质量密度都低于150g每10km，其中这样确保了刷元件的至少尖端部分足够柔韧以经受弯曲效应并且拾取液体和灰尘，并且刷元件磨损和撕破的程度是可接受的。当材料为塑料时，上述线质量密度(即，以克每10千米为单位的线质量密度)还被称作Dtex值。

线质量密度的优选上限为20g每10km，并且线质量密度的最优选上限为5g每km。最低的线质量密度值的一个重要优势在于刷元件的磨损和撕破是最小的。在任何情况下，通过所限定的线质量密度，刷元件可以被分类为非常柔软和柔性的，这与本领域中已知的许多情况(诸如EP 0 169 850中描述的情况)相反，在这些情况中装置是通过布置在该装置中的刷子支撑在待清洁表面上的。

前面提到有刷子作为其组成部分的设备可以配备有用于向所述刷子供给液体的装置。刷子并不需要很多液体，并且液体的供给可以以低于刷子宽度每cm每分钟6ml的速度进行，该宽度即刷子在刷子的旋转轴的延伸方向上的尺寸，或者在两个或更多个刷子的情况下，为刷子的组装件的宽度。应当理解没有必要以更高的速率进行液体供给，并且该速率足够液体履行载携/运输灰尘颗粒的功能，并且在去除污点方面起作用。只使用少量液体的优势在于可以对脆弱的表面进行处理，即便表面被指出对诸如水之类的液体敏感。此外，在给定了用于容纳待向刷子供给的液体的储液器的尺寸的情况下，自主时间可以更长，即在储液器变空并且需要再次填充之前有更多的时间。

有可能灰尘颗粒被从使用刷子来拾取这些颗粒的区域吹走，特别是在使用两个反向旋转的刷子时尤为如此。为了避免这种不利效果，可以应用用于在刷子与待清洁表面接触的区域形成空气流的装置，使得在刷子操作期间由刷子产生的空气流得到抵偿。

备选地，有至少一个可旋转刷子作为其组成部分的设备可以配备有用于在刷子即将与待清洁表面接触的位置处缩进刷子的装置。当存在这样的缩进装置时，可以实现在与待清洁表面的位置不同的另一位置处获得吹气效果，使得当刷子在有灰尘颗粒和液体存在于其上的表面上移动时灰尘颗粒和液体保持不动。

根据本发明使用的刷子可以是螺旋刷，即具有以螺旋状图案在该刷子上布置的簇的刷子。当真空源等被用作用于产生空气流的装置并且由此避免了其中当刷子经过时仅使灰尘颗粒和溅出的液体发生移位的情况时，簇的螺旋配置显著地减少了所需的吸力。一般而言，就此而言，如果簇是以具有中间间隔的行进行布置的，则将会是有利的。

参考以下对具有用于从待清洁表面拾取灰尘颗粒和液体的两个可旋转刷子的清洁设备的详细描述，容易理解和阐明本发明的上述方面及其他方面。

附图说明

现在将参考附图更详细地解释本发明，在附图中等同或相似部分由相同的参考标记表示，并且其中：

图1是根据本发明的清洁设备的示意截面图；

图2以放大视图示出了图1的一部分；

图3是图1中所示清洁设备的刷子的示意截面图；

图4示意性示出了图1中所示清洁设备的两个刷子的透视图；

图5示出了用于说明刷子的角速度与刷子的自清洁能力之间关系的曲线图；以及

图6示出了用于说明刷子的离心加速度与刷子的自清洁能力之间关系的曲线图。

具体实施方式

图1至图4涉及根据本发明的清洁设备1，其中图1提供了清洁设备1的整体视图。清洁设备1包括外壳2，其中可旋转地安装了两个刷子3、4，该刷子3、4旨在与待清洁表面11接触。如图1、图2和图4中通过箭头所指示，刷子3、4可以以相反方向旋转，即刷子3、4中的一个可以在顺时针方向上旋转，而刷子3、4中的另一个可以在逆时针方向上旋转。为了驱动刷子3、4的目的，清洁设备1可以包括位于设备1中适当位置的诸如电机(未示出)之类的任何适当装置。

刷子3、4可以具有在20mm到80mm范围内的直径，并且驱动装置能够以每分钟至少6,000转的角速度转动刷子3、4。刷子3、4的宽度(即刷子3、4在刷子3、4的旋转轴5、6的延伸方向上的尺寸)例如可以为25cm左右。

在外壳2中，诸如轮子之类的装置(未示出)布置用于将刷子3、4的旋转轴5、6与待清洁表面11保持预定距离，其中选定该距离使得刷子3、4凹进。优选地，凹进的范围在与刷元件的完全伸展状态相关的刷子3、4的直径的2％到12％。因此，当直径在50mm左右时，凹进的范围可从1mm到6mm。除了外壳2和刷子3、4之外，清洁设备1配备有以下组件：

-把手7，允许用户容易地对清洁设备1进行操纵；

-储液器8，用于容纳诸如水之类的清洁液；

-碎片收集容器9，用于接收从待清洁表面11拾取的液体和颗粒10；

-流道，形式例如为中空管12，其将碎片收集容器9与刷子3、4之间的开口13连接起来，该开口13构成清洁设备1的入口；以及

-真空扇聚集体14，包括离心扇14’，布置在碎片收集室9的与布置有管12的一侧相对的一侧上。

为了完整起见，应当注意，在本发明的范围内，可能存在其他和/或附加的构造细节。例如，可以提供元件用于偏转向上抛起的碎片，使得碎片在其最终到达碎片收集室9之前首先经历偏转。并且，真空扇聚集体14可以布置在碎片收集室9的与布置有管12的一侧相对的一例不同的另一侧上。

刷子3、4包括芯体元件15。在刷子3、4中的至少一个中，芯体元件15的形式为配备有延伸通过芯体元件15的壁的多个通道16的中空管。在刷子3、4的芯体元件15的外表面上提供有簇17。每个簇17包括数百个纤维元件18，该纤维元件18被称作刷元件18。例如，该刷元件18是由具有大约10微米的直径的聚酯制成的，并且具有低于150g每10km的Dtex值。在刷子3、4的芯体元件15的外表面上，刷元件18的塞装密度可以是每cm²至少30个簇17。

刷元件18可以是相当混乱地布置，即没有固定的相互距离。此外，上文提到刷元件18的外表面可以是不平坦的，这增强了刷元件18捕获液滴和灰尘颗粒10的能力。具体地，刷元件18可以是所谓的微纤维，其不具有平滑并且差不多为圆形的周缘，而是相反地具有布设有凹槽和沟槽的崎岖并且差不多为星形的周缘。刷元件18不需要是相同的，只要刷子3、4的刷元件18的总数中的大多数的线质量密度至少在尖端部分满足低于150g每10km的要求。

为了将清洁液从储液器8运输到刷子3、4之一的芯体元件15的内部而提供了柔性管19。在清洁设备1的操作期间，清洁液如上所述地供给给芯体元件15，其中液体经由管道16离开中空芯体元件15，并且润湿刷元件18，以及还洒落或下落在待清洁表面11上。因此，待清洁表面11由于清洁液而变得湿润。根据本发明，向中空芯体元件15供给液体的速率可以相当缓慢，其中最大速率例如可以为刷子3的宽度的每cm每分钟6ml。注意，可以向两个刷子3、4供给液体，但是在润湿过程中优选只使用一个刷子3、4，因为这样更易于实现。此外，假设由用户通过清洁设备1执行的最后动程的正常操作方式总是向后动程，则在一个刷子3、4是布置在后面位置处的刷子4的情况下这样会留下较干的表面11。

通过转动刷子3、4，具体地通过转动刷子3、4的刷元件18，可将灰尘颗粒10和液体从表面11拾取，并且将其运输到清洁设备1内部的收集位置。在以下对该事实的解释中，考虑单个刷元件18，其中假设刷元件18最初与表面11无接触。由于有刷元件18作为其组成部分的刷子3、4的旋转，实现了与表面11的第一次接触。接触的程度增加直到刷元件18以如下方式弯曲：使得刷元件18的尖端部分与表面11接触。上文提到的尖端部分从表面11滑过并且在该过程中遭遇到灰尘颗粒10和液体，其中遭遇可能导致以下情况：其中一定量的液体和/或灰尘颗粒10从表面11移除并且基于粘附力由刷元件18带走。在该过程中，刷元件18可以或多或少地充当用于捕获和拖拽颗粒10的鞭子，其是强制闭合的并且能够基于可与带式制动功能相比的功能来留住颗粒。此外，拾取的液体可以随其拉起一点液体，其中在空气中留下液体线，该液体线将从表面11移开。并且，刷元件18在表面11上具有柔和擦拭效果，其有利于抵消液体和颗粒10与表面11的粘合。

随着刷子3、4的旋转，刷元件18在表面11上持续移动，直到出现接触最终消失的时刻。当不再存在接触的情况时，刷元件18马上在离心力的影响下呈现原始的、伸展的状态，该离心力由于刷子3、4的旋转而作用于刷元件18上。由于在刷元件18再次在马上要呈现伸展状态的时候是弯曲的，在刷元件18的尖端处存在附加的、伸展的加速度，其中刷元件18从弯曲状态变换到伸展状态，其中刷元件18的移动可与挥动的鞭子相比。在刷元件18几乎已再次呈现伸展状态时，在尖端处的加速度满足至少3,000m/sec²的要求。

在上文所述的移动期间，在作用于刷元件18的尖端的力的作用下，大量灰尘颗粒10和液体从刷元件18排出，这是因为这些力显著高于粘附力。因此，液体和灰尘被强制以远离表面11的方向飞走。通过具有用于收集液体和灰尘的装置，并且使这些装置布置在清洁设备1中的适当位置，确保了液体和灰尘无法再次到达表面11。在所示示例中，液体和灰尘被抛向管12，该管12适于向碎片收集容器9引导液体和灰尘。

在加速度的作用下，液体可以以小液滴的形式被排出。这有利于诸如由真空扇聚集体14(特别是真空聚集体的离心扇14’)执行的进一步分离处理，该聚集体作为可旋转空气灰尘分离器。注意，抽吸力(诸如由离心扇14’施加的力)没有在上文描述的通过刷元件18拾取液体和灰尘的过程中起作用，而只适用于除了防止灰尘颗粒10被从使用刷子3、4来拾取这些颗粒10的区域吹走的过程之外的、在清洁设备1内部某处的位置上(即，不在经清洁的表面11上)接收并收集液体和灰尘的进一步过程。

除了每个刷元件18的功能，如前文关于单个刷元件18所述，还可能发生有助于拾取灰尘颗粒10和液体的过程的其他效应，亦即，刷元件18之间的毛细管效应。在这方面，具有刷元件18的刷子3、4可与沾有一定量涂料的刷子相比，其中涂料基于毛细力而被刷子3、4吸收。

通过前面所述容易理解，根据本发明的清洁设备1具有以下属性：

-在刷子3、4的回转的无接触部分期间，具有柔性刷元件18的软簇17将由离心力伸展；

-刷子3、4与待清洁表面11之间可能完美符合，这是因为每当软簇17触及表面11时其都会弯曲，并且在离心力的作用下每当有可能时都会伸展；

-刷子3、4不断地自我清洁，这归因于足够高的加速力，这种加速力确保了恒定的清洁效果；

-表面11与刷子3、4之间生成的热量是最小的，这是因为簇17非常低的弯曲刚度；

-即便表面11上存在折痕和凹痕，基于液体是由簇17而不是由如许多常规设备中的空气流来拾取的事实，可以实现从表面11对液体的非常均匀的拾取以及非常均匀的整体清洁效果；以及

-通过簇17将灰尘以温和而有效的方式从表面移除，其中基于刷元件18的低刚度可以实现能量的最高效使用。

基于相对较低的线质量密度值，可以使得刷元件18具有非常低的弯曲刚度，并且当以簇17塞装时，不能够保持它们原来的形状。在常规的刷子中，刷元件一旦释放就会回弹。然而，具有上文所述的非常低的弯曲刚度的刷元件18不会是这样，这是因为弹力如此之小以至于无法超过存在于单个刷元件18之间的内部摩擦力。因此，簇17在形变之后仍保持压扁状态，并且只有当刷子3、4旋转时才会伸展。

与包括用于接触待清洁表面的硬刷并且使用抽吸力和/或擦刷器的常规设备相比，根据本发明的设备1能够实现明显更好的清洁效果，这归因于使用刷元件18来拾取液体和灰尘并从待清洁表面11将液体和灰尘带走所依据的工作原理，其中液体和灰尘在刷元件18在下一圈再次与表面11接触之前即由刷元件18抛走。

注意，关于刷子3、4的刷元件18的总数中的大多数的线质量密度而言的、在刷元件18的用于拾取灰尘颗粒和液体的尖端部分处的150g每10km的最大值由在本发明背景下进行的试验结果所支持。

在下文中，将描述试验中的一个以及该试验的结果。测试了具有不同类型纤维的刷子3、4，包括相对粗的纤维和相对细的纤维。下表中给出了各种刷子的详细情况。

试验包括在相似条件下转动刷子3、4和评定清洁效果、磨损和对经受刷子3、4处理的表面11的功率(这提供了对表面11上的生热的指示)。试验的结果反映在下表中，其中5分用于指示最佳结果，而较低的得分用于指示较差的结果。

	去污	水拾取	磨损	对表面的功率
					刷子1	5	3	3	3
刷子2	5	3	1	4
					刷子3	5	4	4	5
刷子4	5	5	5	5

此外，试验证明了：可以得到线质量密度在100至150g每10km范围内的刷元件18，并且获得有用的清洁效果，尽管水拾取、磨损性能和功耗看起来不是很好(其中存在损坏表面11的风险)。结论是，线质量密度的适当限值为150g每10km。然而，很显然，使用低得多的线质量密度，清洁效果及所有其他效果都非常好。因此，优选应用较低的限值，诸如125g每10km、50g每10km、20g每10km乃至5g每10km。使用次序在后的值，确保了清洁效果优异、水拾取最佳、磨损最小并且功耗和表面11上生成的热量足够低。

注意，就加速度而言，在刷子3、4的每次回转的某些时间期间，特别是在与从表面11拾取灰尘和液体的阶段不同的另一阶段(在该另一阶段中不存在刷元件18与表面11之间的接触)期间的某些时间中，处于刷元件18的尖端处的3,000m/sec²的最小值由在本发明背景下进行的试验结果所支持。

在下文中，将描述试验中的一个以及该试验的结果。以下条件适用于该试验：

1)在电机轴上安装刷子3、4，该刷子3、4具有46mm的直径、约12cm的宽度以及线质量密度大约为0.8g每10km、以大约800个刷元件18的簇17布置、每cm²具有约50个簇17的聚酯刷元件18。

2)确定刷子3、4和电机的组装件的重量。

3)电机的电源连接到用于在1秒操作时段或4秒操作时段之后停止电机的计时器。

4)刷子3、4浸入水中，以便刷子3、4完全被水饱和。注意，所使用的刷子3、4显现出能够吸收总重量约为70g的水。

5)刷子3、4以每分钟1,950转的角速度旋转，并且在1秒或4秒之后停止。

6)确定刷子3、4和电机的组装件的重量，并且计算相对于干重(由步骤2)确定)的差。

7)针对角速度的其他值(具体地如下表中所指示的值)重复步骤4)至6)，下表还包含刷子3、4在1秒和4秒之后停止时仍存在于刷子3、4中的水的重量的值，以及相关联的离心加速度的值，所述离心加速度的值可以根据以下公式进行计算：

a＝(2*π*f)²*R

其中：

a＝离心加速度(m/s²)

f＝刷子频率(Hz)

R＝刷子3、4的半径(m)

图5的曲线图中针对两个不同的停止时间描绘了在角速度与水的重量之间发现的关系，以及图6的曲线图中针对两个不同的停止时间描绘了在离心加速度与水的重量之间发现的关系，其中在每个曲线图的垂直轴上指示水的重量。从图5的曲线图中容易看出，当角速度低于大约4,000rpm时刷子3、4对水的释放显著减少。并且，在角速度高于6,000rpm至7,000rpm时对水的释放比较稳定。

在刷子释放水的过程中的转变发生在3,500rpm的角速度上，其对应于3,090m/s²的离心加速度。为了说明该事实，图5和图6的曲线图分别包含了指示3,500rpm和3,090m/s²的值的垂直线。

基于前面解释的试验的结果，可以得出结论：在考虑满足至少在尖端部分具有低于150g每10km的线质量密度的要求的刷元件18的自清洁能力的范围内，关于在无接触阶段期间在刷元件18的尖端处的加速度而言的3,000m/s²是的值是切合实际的最小值。如在前文中已解释过的那样，自清洁功能的恰当性能对于获得好良的清洁效果是非常重要的。

为了完整起见，注意在根据本发明的清洁设备1中，离心加速度可以低于3,000m/s²。原因在于，可以预期当刷元件18伸展时在刷元件18的尖端发生的加速度会高于正常离心加速度。试验表明，就加速度而言，3,000m/s²的最小值是有效的，该加速度是在该试验情况下的正常的离心加速度，并且该加速度可以是由刷元件18在灰尘清理期间过后并且在根据本发明的实际清洁设备1中存在用于伸展的空间时的特定行为所引起的更高的加速度，而这留下了使设备1中的正常离心加速度更低的可能性。

作为刷子3、4被待清洁表面11缩进的结果，刷子3、4表现得像一种齿轮泵，该齿轮泵将空气从清洁设备1的内部泵到外部。这是不利的效应，因为灰尘颗粒被吹走并且液滴被形成在刷子3、4无法到达的位置，并且在清洁过程期间可能在不期望的时刻掉落。为了抵偿上述泵效应，提出了具有用于在刷子3、4接触表面11的区域中生成空气流的装置，该空气流用于抵偿由刷子3、4产生的空气流。就此而言，刷子3、4优选地应具有以行布置在刷子3、4上的簇17，从而使得必要的抽吸力将显著减小。还可以使用用于在刷子3、4即将接触表面11的位置处缩进刷子3、4的装置，从而使得空气流不再产生于靠近表面11之处，而是在清洁设备1的内部产生，在其中能够以期望的方式对空气流进行处理。上述装置的示例见于PCT/IB2009/054333和PCT/IB2009/054334之中，这两个文件均在本申请人名下。

可以使用以下公式计算需要对每个刷子3、4进行抵偿的空气流：

Φ_c＝π*f*W*F*(D*I-I²)

其中：

Φ_c＝需要进行抵偿的空气流(m³/s)

f＝刷子频率(Hz)

W＝刷子3、4的宽度(m)

F＝刷子抵偿因子(-)

D＝刷子3、4的直径(m)

I＝表面11对刷子3、4的缩进(m)

在一个实际示例中，f＝133Hz、W＝0.25m、D＝0.044m且I＝0.003m。就刷子抵偿因子而言，注意该因子是基于对具上述实际示例的特征的刷子3、4进行的实验而确定的，并且发现该因子为0.4。使用以上所述的值，找到以下抵偿流：

Φ_c＝π*133*0.25*0.4*(0.044*0.003-0.003²)＝0.005015m³/s

因此，在该示例中，具有针对每个刷子3、4的大约5升每秒的抵偿空气流是有利的。在实践中这样的空气流可以非常好地实现，从而使得两个反向旋转的刷子3、4的不利泵效应可以实际地被消除。

本领域技术人员容易理解，本发明的范围并不限于前面讨论的示例，相反，还可以在不脱离随附权利要求书所限定的本发明范围的情况下对本发明进行若干修改和改进。虽然本发明已经在附图和描述中进行了详细说明和描述，但是这样的说明和描述应当理解为只是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明并不限于所公开的实施方式。

通过研究附图、描述和所附权利要求书，本领域技术人员在实践本发明时可以理解和实现对所公开实施方式的各种改变。在权利要求书中，词语“包括”等并不排除其他步骤或元件，并且量词“一个”等不排除多个。仅凭某些措施在互不相同的从属权利要求中列举的这一事实并不表示不能够对这些措施的组合加以利用。权利要求书中的任何参考标记均不应当理解为限制本发明的范围。

为了清楚起见，注意刷元件18的完全伸展状态是刷元件18在相对于刷子3、4的旋转轴的径向方向上完全延伸的状态，其中在刷元件18中没有弯曲的尖端部分。当刷子3、4以正常操作速度旋转时可以实现这一状态，该正常操作速度为可在刷元件18的尖端处实现3,000m/sec²的加速度的速度。由于刷元件18遇到的阻碍物，有可能只有刷子3、4的刷元件18的一部分处于完全伸展状态，而另一部分则不处于该状态。通常，在所有的刷元件18均处于完全伸展状态时确定刷子3、4的直径D。

刷元件18的尖端部分是刷元件18在径向方向上所见的外面部分，即，最远离旋转轴的部分。具体地，尖端部分是用于拾取灰尘颗粒10和液体并且被制成沿待清洁表面11滑动的部分。在刷子3、4相对于表面11被缩进的情况下，尖端部分的长度与凹进I大致相同。

本发明可以概括如下。一种用于清洁表面11的设备1，包括至少一个可旋转刷子3、4，该可旋转刷子配备有用于在所述刷子的每次回转的灰尘拾取阶段期间与待清洁表面11接触并且拾取存在于所述表面上的灰尘颗粒和液体的柔性刷元件18，以及用于驱动所述刷子3、4的装置。优异清洁效果可以通过最有效地从待清洁表面11移除灰尘颗粒10和液体来获得，这实际上是通过具有以下操作参数组合来实现的：柔性刷元件18至少在用于拾取灰尘颗粒和液体的尖端部分处的低于0.01至150g每10km的线质量密度；以及至少在刷子3、4的每个回转的除了灰尘拾取阶段之外的另一阶段(亦即，刷元件18与待清洁表面11脱离接触并且首先从表面11移开随后再次向表面11移动的阶段)期间的某些时间中，在刷元件18的尖端处的至少为3,000m/sec²加速度。

基于本发明的前文所述，指出本发明还涉及对用于清洁表面11的设备1进行设计的方法，包括至少一个可旋转刷子3、4，该可旋转刷子3、4配备有用于在所述刷子的每次回转的灰尘拾取期间与待清洁表面11接触并且拾取存在于所述表面上的灰尘颗粒和液体的柔性刷元件18，以及用于驱动所述刷子3、4的装置，其中清洁设备1的优化通过如下途径进行：针对刷元件18的总数的大多数，选择刷元件18至少在用于拾取灰尘颗粒10和液体的尖端部分处的线质量密度，使该线质量密度低于150g每10km；以及选择用于驱动刷子3、4的装置的特性，该特性使装置能够至少在刷子3、4的每个回转的除了灰尘拾取阶段之外的另一阶段(亦即，刷元件18与待清洁表面11脱离接触并且首先从表面11移开随后再次向表面11移动的阶段)期间的某些时间中，在刷元件18的尖端处实现至少3,000m/sec²的加速度。

实现对用于清洁设备1的设计方法的优选方式力图额外实现在前面描述过的作为本发明范围中存在的可能性的其他操作参数和构造措施的范围和/或限制中的至少一个。

此外，指出本发明还涉及用于清洁表面11的方法，其中应用了配备有柔性刷元件18的至少一个可旋转刷子3、4，刷元件18的总数中的大多数至少在尖端部分处具有低于150g每10km的线质量密度，其中刷子3、4被旋转，并且其中刷子3、4的刷元件18被制成在所述刷子3、4的每次回转的灰尘拾取阶段期间与待清洁表面11接触并且拾取存在于所述表面11上的灰尘颗粒10和液体，其中刷元件18的尖端被制成至少在刷子3、4的每个回转的除了灰尘拾取阶段之外的另一阶段(亦即，刷元件18与待清洁表面11脱离接触并且首先从表面11移开随后再次向表面11移动的阶段)期间的某些时间中以至少3,000m/sec²的加速度进行加速。

针对前面定义的方法存在的优选选项包括以下所列：

-以处于刷子3、4与刷元件18的伸展状态相关的直径的2％到12％的范围中的凹进I来缩进刷子3、4；

-以至少每分钟6,000转的角速度驱动刷子3、4；

-在刷子3、4与待清洁表面11接触的区域中产生空气流；

-在刷子3、4即将与待清洁表面11接触之处缩进刷子3、4；

-以低于刷子3、4宽度W的每cm每分钟6ml的速率向刷子3、4供给液体，该宽度即刷子3、4在刷子3、4的旋转轴5、6的延伸方向上的尺寸。

用于实现清洁表面11的方法的其他优选方式力图额外实现同样在前面描述过的作为本发明范围中存在的可能性的其他操作参数和构造措施的范围和/或限制中的至少一个。

Claims (15)

1.一种用于清洁表面(11)的设备(1)，包括至少一个可旋转刷子(3、4)，该可旋转刷子(3、4)配备有用于在所述刷子(3、4)的每次回转中的灰尘拾取阶段期间与待清洁表面(11)接触并且拾取存在于所述表面(11)上的灰尘颗粒(10)和液体的柔性刷元件(18)，以及用于驱动所述刷子(3、4)的装置，其中所述刷子(3、4)的刷元件(18)的总数中的大多数的线质量密度至少在所述刷元件(18)用于拾取灰尘颗粒(10)和液体的尖端部分处低于150g每10km，并且其中用于驱动所述刷子(3、4)的装置适于至少在所述刷子(3、4)的每次回转的与所述灰尘拾取阶段不同的另一阶段期间的一些时间中在所述设备(1)中所述刷元件(18)的尖端处实现至少3,000m/sec²的加速度，所述另一阶段亦即在其中所述刷元件(18)与所述表面(11)脱离接触并且首先从所述表面(11)移开随后再次向所述表面(11)移动的阶段。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，进一步包括用于设置所述刷子(3、4)的凹进(I)的装置，该装置适于实现在所述刷子(3、4)的与所述刷元件(18)的完全伸展状态相关的直径的2％到12％的范围内的凹进(I)。

3.根据权利要求1所述的设备(1)，其中所述刷元件(18)的塞装密度为每cm²至少30簇(17)刷元件(18)，并且其中每簇(17)的刷元件(18)的数量为至少500个。

4.根据权利要求1所述的设备(1)，其中所述刷子(3、4)的所述刷元件(18)的总数中的大多数的线质量密度至少在所述刷元件(18)用于拾取灰尘颗粒(10)和液体的尖端部分处低于20g每10km。

5.根据权利要求1所述的设备(1)，其中所述刷子(3、4)的所述刷元件(18)的总数中的大多数的线质量密度至少在所述刷元件(18)用于拾取灰尘颗粒(10)和液体的尖端部分处低于5g每10km。

6.根据权利要求1所述的设备(1)，其中用于驱动所述刷子(3、4)的装置适于至少在所述刷子(3、4)的每次回转的与所述灰尘拾取阶段不同的另一阶段期间的一些时间中，在所述设备(1)中所述刷元件(18)的尖端处实现至少7,000m/sec²的加速度，所述另一阶段亦即在其中所述刷元件(18)与所述表面(11)脱离接触并且首先从所述表面(11)移开随后再次向所述表面(11)移动的阶段。

7.根据权利要求1所述的设备(1)，其中用于驱动所述刷子(3、4)的装置适于至少在所述刷子(3、4)的每次回转的与所述灰尘拾取阶段不同的另一阶段期间的一些时间中，在所述设备(1)中所述刷元件(18)的尖端处实现至少12,000m/sec²的加速度，所述另一阶段亦即在其中所述刷元件(18)与所述表面(11)脱离接触并且首先从所述表面(11)移开随后再次向所述表面(11)移动的阶段。

8.根据权利要求1所述的设备(1)，其中用于驱动所述刷子(3、4)的装置适于在所述设备(1)的操作期间实现所述刷子(3、4)的至少每分钟6,000转的角速度。

9.根据权利要求1所述的设备(1)，其中当所述刷元件(18)处于完全伸展状态下时所述刷子(3、4)具有在20mm至80mm的范围内的直径(D)。

10.根据权利要求1所述的设备(1)，包括用于以低于所述刷子(3、4)的宽度(W)的每cm每分钟6ml的速率向所述刷子(3、4)供给液体的装置(19)，所述宽度(W)即所述刷子(3、4)在所述刷子(3、4)的旋转轴(5、6)的延伸方向上的尺寸。

11.根据权利要求1所述的设备(1)，包括用于在所述设备(1)的操作期间在所述刷子(3、4)与所述待清洁表面(11)接触的区域产生空气流的装置。

12.根据权利要求1所述的设备(1)，包括用于在所述设备(1)的操作期间在所述刷子(3、4)即将与所述待清洁表面(11)接触的位置处缩进所述刷子(3、4)的装置。

13.根据权利要求1所述的设备(1)，其中所述刷子(3、4)是螺旋刷子(3、4)，即具有以螺旋状图案布置在所述刷子(3、4)上的簇(17)的刷子(3、4)。

14.根据权利要求1所述的设备(1)，包括两个可旋转刷子(3、4)，所述刷子(3、4)配备有用于与所述待清洁表面(11)接触的柔性刷元件(18)，其中所述刷子(11)的旋转轴(5、6)基本上平行，并且其中所述刷子(3、4)中的一个的旋转方向与所述刷子(3、4)中的另一个的旋转方向相反。

15.根据权利要求14所述的设备(1)，包括用于只向所述刷子(3、4)中的一个刷子，亦即布置在所述设备(1)中后面位置的刷子(4)，供给液体的装置(19)。

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