CN102905600A - 包括至少一个可旋转刷子的用于清洁表面的设备 - Google Patents

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Abstract

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)，该可旋转刷子具备用于在该刷子(3、4)的每个旋转的污物拾取周期期间接触要清洁的表面(11)并且拾取出现在该表面(11)上的污物颗粒(10)和液体的柔性刷子元件(18)以及用于驱动该刷子(3、4)的装置。至少在尖端部分，将柔性刷子元件(18)的线质量密度选择为低于50克每10千米，并且在该刷子(3、4)的每个旋转的除了该污物拾取周期之外的另一个周期即该刷子元件(18)与该表面(11)无接触的周期期间的某时间，将该刷子元件(18)的尖端处的加速度设置为至少3000m/sec2。

Description

包括至少一个可旋转刷子的用于清洁表面的设备
技术领域
本发明涉及用于清洁表面的设备，包括至少一个可旋转刷子，该可旋转刷子具备用于在该刷子的每转的污物拾取周期期间接触要清洁的表面并且拾取出现在该表面上的污物颗粒和液体的柔性刷子元件以及用于驱动该刷子的装置。
背景技术
US 1,694,937公开了一种擦地机，其能够由两个并行布置并且靠在一起并且高速旋转的圆柱形地板刷从地面拾取污物和水，其中一个地板刷顺时针运行并且另一个地板刷逆时针运行，相邻的外围共同行进并且速度足以利用相当大的力以基本上扁平射流的形式将污物和水垂直地向上投递。在刷子之上提供偏转或折流装置，凭借其来在摆脱刷子抬升之后向上射流被阻挡并且被转移到污物容器。
关于在该擦地机中的污物和水的向上传递的动作如下。由来自刷子的外围的离心力释放的污物和水的单独的块要么撞击相对的刷子的外围并且被再次向上推进，要么它们与从另一个刷子抛掷的类似的块碰撞，导致污物和水以基本上扁平射流的形式摆脱刷子垂直向上投射。实际上，在第一半个旋转期间从刷子抛掷全部污物和水。按照所述方式配置并且进行操作的刷子在没有附加抽吸装置或任意提升设备的情况提起水。
其声明该高速刷子实际上从地面去除全部的水。但是有可能剩下少量的水。为了收集该少量的水，该擦地机装配抹布或扫帚。
EP 0169850公开了一种具有与从US 1,694,937已知的擦地机共同的方面的装置。具体而言，EP 0169850公开了一种用于优选坚硬的表面如地面、楼梯等等的清洁的装置。该装置具有两个相对彼此旋转并且基本上圆柱形的刷子，该装置通过该刷子支撑在地面上，以及用于将液体去污剂提供到刷子的装置，其中，该刷子被配置为借助它们在它们之间的旋转来将污物颗粒传输到至少一个容器。
该装置以其刷子以这样一种方式对着要清洁的地面而搁着，使得当刷子旋转时它们的刷毛在与表面的接触处被变形。该刷毛被打湿，并且当刷毛变得与表面接触时，将液体去污剂带到该表面上并且黏着污物颗粒，该污物颗粒一定程度上还粘住刷毛。在与表面接触时，刷毛被向后弯曲。结果，实现面接触而不是线接触。当在继续旋转期间刷毛与表面失去接触时刷毛的弯曲结束，因而由于刷毛的快速伸直而在切线方向中抛掷污物颗粒。应用刮垢边缘以便确保残留在刷毛上的污物颗粒将被刮掉并且落到该表面上以便下次被刷毛向上抛掷。
从前文看来，使用两个反向旋转的刷子来清洁地面是本领域已知的。此外，看来还使用附加装置以便实现可接受的清洁结果。在从US 1,694,937已知的擦地机中，除了刷子另外应用抹布或扫帚以便得到干的地面。在从EP 0169850已知的装置中，应用刮垢边缘以便确保装置中的刷子的合适的继续清洁，其中污物颗粒落到要清洁的表面上。需要再次拾取这些污物颗粒。其中，存在它们再次粘在刷子上并且再次掉到要清洁的表面上的风险。其他缺点在于刮垢边缘的使用增加了旋转刷子所需要的功率的事实，其中，也增加了刷子遭受磨损和破损的速率，并且事实上在刷子与要清洁的表面的接触期间，在该表面上施加由单独的刷毛生成的力如弹性力，结果生成了摩擦力和热，这可能导致表面的损坏。
本发明的一个目的在于实现至少一个可旋转刷子用于利用最佳的操作参数组合即确保刷子的最佳清洁功能的操作参数组合的清洁表面，其中，除了刷子之外无需用于在表面上执行清洁动作的附加装置或者用于在操作期间保持刷子干净的附加装置。换句话说，本发明的一个目的在于找到用于刷子的最佳操作参数组合，其中其能够仅通过使用刷子的功能来清洁并且干燥表面。
发明内容
通过一种用于清洁表面的设备实现本发明的目的，其包括至少一个可旋转刷子，该可旋转刷子具备用于在该刷子的每个旋转的污物拾取周期期间接触要清洁的表面并且拾取出现在该表面上的污物颗粒和液体的柔性刷子元件以及用于驱动该刷子的装置，其中，至少在该刷子元件的用于拾取污物颗粒和液体的尖端部分，该刷子的该刷子元件的总数的大部分的线质量密度低于150克每10千米，并且其中，用于驱动该刷子的装置被适配为至少在该刷子的每个旋转的除了该污物拾取周期之外的另一个周期即该刷子元件与该表面无接触，并且首先从该表面移除并且随后再次向该表面移动的周期期间的某个时间，在该刷子的该刷子元件的尖端处实现至少3000m/sec2的加速度。
可以看出，利用所述参数的组合即柔性刷子元件的线质量密度具有150克每10千米的上限，至少在该刷子元件的用于拾取污物颗粒和液体的尖端部分，以及在无接触周期中在该刷子的该刷子元件的尖端处具有至少3000m/sec2的加速度下限，能够实现优异的清洁结果，其中，一次性使得要清洁的表面实际上无污染颗粒并且干燥。因此，当使用根据本发明的设备时，不再有常规的问题如对于用于清洁表面的擦拭装置和/或抽吸/真空装置以及/或者用于保持刷子干净的刮垢装置的附加使用的需要不再适用。此外，刷子一直保持干净，因而没有将污物撒到要清洁的表面的风险。
基于现有技术的知识找不到该参数的组合，因为从涉及所述用于清洁目的的两个可旋转刷子的应用的现有技术文件的两个实例的前文的描述看来，现有技术甚至不涉及用于清洁表面的至少一个可旋转刷子的自主最佳机能的可能性。
当如本发明所述地提供并且操作至少一个可旋转刷子时，确保可以从要清洁的表面有效地去除液体，并且这同样适用于污物颗粒，可以由该刷子的该刷子元件捕获污物颗粒并且/或者与液体一起带走。借助刷子执行的清洁过程特别适用于坚硬的表面并且具有各种方案，这些方案的全部单独并且/或者与其他方案组合有助于清洁过程的效果。坚硬的表面的实例是坚硬地面、窗户、墙壁、桌面、坚硬材料的板子、人行道等等。
在刷子的旋转期间，在该刷子的该刷子元件上施加加速度力如离心力。除了所述离心力之外，可以出现其他加速度力，特别是由于柔性刷子元件的变形导致的加速度力。此外，该变形可以发生在柔性刷子元件一遇到液体或污物颗粒之后。同样，根据本发明的设备能够包括用于设置刷子的缩进的装置，例如通过以相对要清洁的表面的距离小于与刷子元件的完全伸直状态相关的刷子的半径来定位刷子的中心轴，结果当刷子与表面接触时刷子元件弯曲。因此在该情况中，在刷子的旋转期间一旦刷子元件与表面接触，刷子元件的外观从伸直外观改变成弯曲外观，并且在刷子的旋转期间一旦该刷子元件与表面失去接触，刷子元件的外观从弯曲外观改变成伸直外观。刷子的缩进的实际范围是从与刷子元件的完全伸直状态相关的刷子的直径的2％到12％的范围。在实际情况中，可以通过执行合适的测量例如通过使用高速照相机或者以刷子的旋转频率操作的频闪观测仪来确定所述刷子的直径。
刷子元件的变形，或者更准确地说变形可以发生的速度还受到刷子元件的线质量密度的影响。此外，刷子元件的线质量密度影响旋转刷子所需要的功率。当刷子元件的线质量密度相对低时，柔性相对高，并且当与要清洁的表面接触时导致刷子元件弯曲所需要的功率相对低。这还意味着在刷子元件与表面之间的摩擦能量低，因而防止表面加热和表面的相关损坏。刷子元件的相对低的线质量密度的其他有利的效果是相对高的抗磨损，相对小的被坚硬物体等等损坏的机会以及能够按照这样一种方式贴合表面，其中在该方式中即使当遇到表面的实质性的不平坦时也维持接触。
当刷子元件与污物颗粒或液体接触时，或者在设置刷子相对于要清洁的表面的缩进的情况中，利用所述表面，刷子元件弯曲。一旦粘附了污物颗粒或液体的刷子元件与表面失去接触，刷子元件伸直，其中在由于刷子的旋转导致的正常离心加速度上，以相对高的加速度移动特别是刷子元件的尖端。结果，从刷子元件发射粘附到刷子元件的液体微滴和污物颗粒，只要加速度力高于粘附力。由各种因素确定加速度力的值，包括上述的变形和线质量密度以及用于驱动刷子的速度。
根据本发明，如前文所定义的，用于驱动该刷子的装置被适配为至少在该刷子的每个旋转的除了该污物拾取周期之外的另一个周期即该刷子元件与该表面无接触，并且首先从该表面移除并且随后再次向该表面移动的周期期间的某个时间，在该设备的该刷子元件的尖端处实现至少3000m/sec2的加速度。所述加速度的优选最小值7000m/sec2，并且所述加速度的更优选最小值是12000m/sec2。实验已经显示，根据本发明的设备的清洁性能随着刷子的角速度的增加而提高，这意味着加速度的增加。
可以用各种方式提供用于增加污物颗粒对刷子元件的粘附的过程中使用的液体。首先，可以由出现在要清洁的表面上的液体打湿可旋转刷子和柔性刷子元件。该液体的一个实例是水或水与肥皂的混合。可选择地，可以通过向设备中的刷子供应液体来向柔性刷子元件提供液体，例如通过在刷子上渗出液体或通过将液体注射到刷子的中空核心元件中。还能够使用溅撒液体即从要清洁的表面去除的液体来代替使用有意选择的液体。其实例是溅撒的咖啡、牛奶、茶等等。鉴于刷子元件能够从要清洁的表面总体去除液体并且可以在前文所述的离心力的影响下从刷子元件去除液体的事实，这是可能的，其中，在具有该刷子作为其一部分的设备中可以在合适的收集空间中接收液体。当实现刷子元件的尖端处的例如至少3000m/sec2的加速度时，在刷子的每个旋转的周期的至少一些时间中刷子元件与要清洁的表面无接触并且首先从该表面移除并且随后再次向该表面移动，特别是在刷子元件被弯曲之后随后运动回到伸展状态的那些时候，粘附在刷子元件上的液体微滴有可能作为微滴的薄雾从刷子元件排出，鉴于非常有可能收集该微滴的事实，这是有利的，如本申请人署名的、标题为“Hard floor wet cleaning appliance”的EP10150263.1中所述的。
刷子元件的线质量密度与刷子元件的尖端处的加速度的组合，即至少在刷子元件的用于拾取污物颗粒或液体的尖端部分处低于150克每10千米的线质量密度与在无接触周期中至少3000m/sec2的加速度的组合是产生可旋转刷子的最佳清洁性能的组合，其中，当利用所述参数来操作时，实际上由刷子元件拾取并且在具有该刷子元件作为它的一部分的设备内部的某个位置中排放由刷子遇到的全部污物颗粒或溢出液体。自然地，当开始清洁时，颗粒和液体的有效的拾取是有利的，其中实现污物去除和干燥过程。鉴于避免了污物再次引入到表面的事实，有效的后续排放过程是有利的。利用根据本发明的刷子和用于实现上述操作参数的装置，甚至能够捕获在所谓HEPA范围中的颗粒，即相对小并且具有小于1微米的直径的颗粒。
当应用本发明时得到的清洁结果是极好的。本发明的实现在于选择因素的集合因而实现即使要清洁的表面在一些位置不平坦在清洁动作期间刷子元件也可以一直与要清洁的表面接触，其中，刷子元件的接触面积足够大以实际上拾取污物颗粒和液体，并且其中，刷子元件与表面之间的接触的周期足够长以实现污物颗粒和液体的完全去除，同时避免污物的重新引入或者仅仅在表面上移动污物，因为刷子能够进行有效的自清洁动作，在该自清洁动作中在强于粘附力的加速度力的影响之下从刷子元件排放污物颗粒和液体。
在可旋转刷子的清洁功能中可以扮演附加角色的因素是该刷子元件的捆扎密度。当捆扎密度足够大时，在该刷子元件之间可以发生毛细管效应，其提高液体从要清洁的表面的快速去除。例如，该刷子元件的捆扎密度可以为至少每平方厘米30簇刷子元件，其中，每簇的刷子元件的数量可以至少是500。
可以在刷子的至少6000转每分钟的角速度上实现用于从刷子元件排放污物颗粒和液体所需要的加速度，其中，当刷子处于完全伸展状态中时刷子的直径可以在20到80mm的范围内。
如前文所述，能够设置刷子相对于要清洁的表面的缩进。当考虑刷子关于处于完全伸展状态中的刷子元件的尖端接触该表面的情况的移动时，测量刷子的该缩进。基于缩进，确保在刷子的每个旋转期间刷子元件在接触要清洁的表面达一定时间，并且一旦刷子元件有空间从弯曲状态运动到伸展状态刷子元件将将立即这么做，从而可以投掷拾取的污物颗粒和液体。
刷子元件可以由塑料材料制造，其中，聚酯是合适的实例。在任意情况中，至少在该刷子元件的尖端部分，刷子元件的线质量密度低于150克每10千米，其中，确保至少该刷子元件的尖端部分足够柔性以经受弯曲效应并且拾取液体和污物，并且刷子元件的磨损和破损的程度可以接受。当材料是塑料时，所述线质量密度即以克每10千米为单位的线质量密度还被表示为Dtex值。
线质量密度的优选上限是20克每10千米，并且线质量密度的最优选的上限是5克每千米。线质量密度的最低值的一个重要的优点在于刷子元件的磨损和破损最小。在任意情况中，利用所定义的线质量密度，可以将该刷子元件分类为非常软并且有柔性，与如EP0169850中所述的情况的现有技术已知的许多情况相反，在该情况中通过配置在装置中的刷子将装置支撑在要清洁的表面上。
在前文中提到具有该刷子作为它的一部分的设备可以装配有向该刷子供应液体的装置。该刷子不需要太多液体，并且液体的供应可能以低于6毫升每分钟每厘米刷子宽度(即刷子的旋转轴延伸的方向中的刷子尺寸或者在两个或更多个刷子的情况中刷子的组装的宽度)的速度发生。看来没必要以更高的速率进行液体的供应，并且该速率对液体而言足以完成作为用于污物颗粒的携带/传输装置的功能，并且在松散污点中起作用。仅使用一点液体的优点在于能够处理精细的表面，甚至被指示为对诸如水的液体敏感的表面。此外，对于用于容纳要被提供给刷子的液体的储液器的给定尺寸而言，自治时间更长即需要更多时间才能清空并且需要再次填满储液器。
因此可以将污物颗粒吹得远离用该刷子来拾取这些颗粒的区域，特别是当使用两个反向旋转的刷子时。为了避免该不利的效果，可以应用用于在该刷子接触该要清洁的表面的区域中生成气流的装置，因而补偿在刷子的操作期间由刷子导致的气流。
可选择地，具有至少一个可旋转的该刷子作为它的一部分的设备可以装配有用于在该刷子接触该要清洁的表面之前在一个位置上直接缩进该刷子的装置。当出现该缩进装置时，可以实现在除了该要清洁的表面的位置之外的另一个位置处获得吹风效果，因而当在污物颗粒和液体所位于的表面上移动该刷子时该污物颗粒和液体停留在原地。
根据本发明所使用的刷子可以是螺旋形刷子即具有以螺旋形的形式排列在刷子上的簇的刷子。当使用真空源等作为用于生成气流的装置并且因而避免当刷子经过时污物颗粒和溢出液体仅仅移位的情况时，簇的螺旋配置显著地降低所需要的抽吸功率。总体上在该上下文中如果簇以适中的间隔成行排列是有利的。
通过参考具有两个用于从要清洁的表面拾取污物颗粒和液体的可旋转刷子的清洁设备的下文的详细描述，本发明的上述和其他方面将变得显而易见。
附图说明
现在将参考附图更详细地解释本发明，其中由相同的附图标记指示相同的或类似的部分，其中：
图1是根据本发明的清洁设备的示意性横截面；
图2在放大视图中显示了图1的一部分；
图3是图1中所示的清洁设备的刷子的示意性横截面；
图4示意性地显示了图1中所示的清洁设备的两个刷子的透视图；
图5显示了用于说明刷子的角速度与刷子的自清洁能力之间的关系的图；以及
图6显示了用于说明刷子的离心力加速度与刷子的自清洁能力之间的关系的图。
具体实施方式
图1-4涉及根据本发明的清洁设备1，其中，图1提供清洁设备1的完整视图。清洁设备1包括外壳2，在外壳2中可旋转地装配两个刷子3、4，其中，刷子3、4适用于接触要清洁的表面11。如图1、2和4中借助箭头所示的，刷子3、4可在相反方向中旋转即刷子3、4中的一个刷子在顺时针方向中旋转并且刷子3、4中的另一个刷子在逆时针方向中旋转。为了驱动刷子3、4，清洁设备1可以包括任意合适的装置例如位于设备1中的合适位置处的电机(未显示)。
刷子3、4可以具有范围在20到80mm之内的直径，并且该驱动装置可以能够以至少6000转每分钟的角速度旋转刷子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延伸的方向中的尺寸可以处于例如25cm的量级。
在外壳2中，配置诸如轮子的装置(未显示)以便使刷子3、4的旋转轴线5、6与要清洁的表面11相距预先确定的距离，其中，该距离被选择为使得刷子3、4缩进。优选地，该缩进的范围为关于刷子元件的完全伸展状态的刷子3、4的直径的2％到12％。因此当直径处于50mm的量级时，缩进的范围可以从1到6mm。除了外壳2和刷子3、4之外，清洁设备1具备以下组件：
-把手7，其允许用户轻易地操作清洁设备1；
-储水池8，用于容纳清洁液体如水；
-碎片收集容器9，用于接收从要清洁的表面11收拾的液体和颗粒10；
-例如中空管12形式的流动通道，用于将碎片收集容器9连接到刷子3、4之间的开口13，其中开口13构成清洁设备1的入口；以及
-真空风扇聚合器14，其包括配置在碎片收集容器9的与配置管12的侧相对的一侧的离心力风扇14’。
为了完整起见，注意到在本发明的范围中，其他和/或附加结构细节是可能的。例如可以提供一个用于偏转向上洒的碎片的元件，从而碎片在它们最终到达碎片收集容器9之前首先经历偏转。并且可以将真空风扇聚合器14配置在碎片收集容器9的另一侧而不在与配置管12的侧相对的一侧。
刷子3、4包括核心元件15。在刷子3、4的至少一个刷子中，核心元件15具有中空管的形式，该中空管具有经过核心元件15的壁延伸的多个通道16。在刷子3、4的核心元件15的外表面上，提供簇17。每个簇17包括数百个纤维元件18，其被称为刷子元件18。刷子元件18例如由直径处于大约10微米量级并且具有低于150克每10千米的Dtex值的聚酯制造。在刷子3、4的核心元件15的外表面上，刷子元件18的捆扎密度可以为每平方厘米至少30个簇17。
可以相当混乱地排列刷子元件18即没有固定的相互距离。此外，提到刷子元件18的外表面可以是不平坦的，这增强了刷子元件18捕获液体微滴和污物颗粒10的能力。具体而言，刷子元件18可以是所谓的微纤维，其不具有平滑的或者或多或少圆形的周围，而是其具有粗糙的并且或多或少星形的带切口或凹槽的周围。刷子元件18不需要相同，只要刷子3、4的刷子元件18的总数的大部分的线质量密度至少在尖端部分满足低于150克每10千米的要求。
为了将清洁液体从储水池8传输到刷子3、4之一的中空核心元件15的内部，可以提供柔性管19。在清洁设备1的操作期间，向所述核心元件15提供清洁液体，其中液体经由通道16离开中空核心元件15并且打湿刷子元件18，并且还滴落或掉落到要清洁的表面11上。因此，要清洁的表面11变得被清洁液体打湿。根据本发明，向中空核心元件15提供液体的速率可以相当低，其中最大速率可以是例如在刷子3的宽度上6毫升每分钟每厘米。注意可以对两个刷子3、4提供液体，但是优选地在打湿过程中仅使用刷子3、4中的一个刷子，因为这更易于实现。此外，在刷子3、4中的该一个刷子是被配置在靠后位置的刷子4的情况中，留下更干的表面11，假设这样一种正常操作方式，在该操作方式中由用户利用清洁设备1执行的上一个动作是向后动作。
借助刷子3、4具体而言借助刷子3、4的刷子元件18，从表面11拾取污物颗粒10和液体，并且将其传输到清洁设备1中的收集位置。在该事实的以下解释中，考虑单个刷子元件18，其中假设刷子元件18最初与表面11无接触。由于具有刷子元件18作为它的一部分的刷子3、4的旋转，发生了实现与表面11的首次接触的时刻。接触的程度增加直到刷子元件18以这样一种方式弯曲为止，其中在该方式中刷子元件18的尖端部分与表面11接触。所述尖端部分在表面11上滑过并且在该过程中遇到污物颗粒10和液体，其中该遇到可以导致这样一种情况，在该情况中从表面11移除一定数量的液体和/或污物颗粒10并且基于粘附力被刷子元件18带走。在该过程中，刷子元件18可以或多或少地像抹布那样捕获并且拖拽颗粒10，其是力封闭的并且能够基于这样一种机理保持在颗粒上，其中该功能与带闸的机理类似。此外，拾取的液体可能随之拖动一点液体，其中，在空中留下离开表面11移动的液体的线。同样，刷子元件18在表面11上具有轻柔的刮垢效果，这助于抵抗液体和颗粒10对表面11的粘附。
随着刷子3、4旋转，刷子元件18在表面11上的移动继续直到最终失去接触的时刻发生为止。当不再存在接触情况时，在由于刷子3、4的旋转而导致作用在刷子元件18上的离心力的影响之下，推动刷子元件18呈现原始伸展状态。随着在迫切再次呈现伸展状态的时刻刷子元件18弯曲，在刷子元件18的尖端出现附加的伸展加速度，其中，刷子元件18从弯曲状态挥动到伸展状态，其中，刷子元件18的移动与被挥动的鞭子相似。刷子元件18几乎再次呈现伸展状态的时刻在尖端的加速度满足至少3000m/s2的要求。
在所述移动期间作用在刷子元件18的尖端的力的影响之下，从刷子元件18排放出大量污物颗粒10和液体，因为这些力远高于粘附力。因此迫使在远离表面11的方向中甩飞液体和污物。通过具有用于收集液体和污物的装置并且将这些装置配置在清洁设备1中的合适的位置上，确保液体和污物不能再次到达表面11。在所示实例中，朝向管子12投掷液体和污物，管子12被适配为朝向碎片收集容器9导向液体和污物。
在加速度的影响下，可以以微滴形式排放液体。这对于例如由作为可旋转空气污物分离器的真空风扇聚合器14特别是真空聚合器的离心力风扇14’执行的进一步分离过程而言是有利的。注意到抽吸力例如由离心力风扇14’施加的力在借助刷子元件18拾取液体和污物的上述过程中不起作用，而是仅可用于除了用于防止污物颗粒10被从用刷子3、4来拾取这些颗粒10的区域吹走的过程之外的用于在清洁设备1内部的某地方处(即不在被清洁的表面11上)接收并且收集液体和污物的进一步的过程。
除了如前文关于单个刷子元件18所述的每个刷子元件18的机理之外，可以产生助于用于拾取污物颗粒10和液体的过程的另一个效应，即刷子元件18之间的毛细管效应。就这点而言，具有刷子元件18的刷子3、4相当于浸入大量涂料的刷子，其中，由刷子3、4基于毛细管力吸收涂料。
从前文看出，根据本发明的清洁设备1具有以下特性：
-在刷子3、4的旋转的无接触部分期间，将由离心力伸展具有柔性刷子元件18的软簇17；
-在刷子3、4与要清洁的表面11之间可能具有完美的配合，因为每当软簇17接触表面11时软簇17将弯曲并且每当有可能受到离心力的影响时伸直；
-由于足够高的离心力，刷子3、4持续清洁其自身，这确保持续的清洁结果；
-由于簇17的非常低的弯曲刚度，表面11与刷子3、4之间的热生成最小；
-基于由簇17而不是如许多常规设备中那样由空气流收拾液体的事实，即使在表面11中出现褶皱或凹陷，也可以实现从表面11的非常平稳的液体收拾和非常平稳的总体清洁结果；以及
-借助簇17，以轻柔但有效的方式从表面去除污物，其中基于刷子元件18的低硬度可以实现最有效的能量使用。
基于线质量密度的相对低的值，其还可以使得刷子元件18具有非常低的弯曲刚度，并且当被捆扎在簇17中时不能够保持它们的原始形状。在常规刷子中，刷子元件在释放后就弹回。但是如上所述具有非常低的弯曲刚度的刷子元件18将不会这么做，因为弹性力太小以至于它们不能超过出现在各个刷子元件18之间的内部摩擦力。因此，簇17将在变形之后保持变形，并且将仅在刷子3、4旋转时伸展。
与包括用于接触要清洁的表面的硬刷子并且使用抽吸力和/或吸嘴的常规设备相比，根据本发明所述的设备1能够实现明显更好的清洁结果，这是因为这样一种工作原理，其中根据该工作原理来使用刷子元件18拾取液体和污物，刷子元件18将液体和污物从表面11去掉，其中在液体和污物在下一个循环中再次接触表面11之前由刷子元件18甩走液体和污物。
注意到，在本发明的上下文中已经进行的实验的结果支持了至少在用于拾取污物颗粒和液体的刷元件18的尖端部分的关于刷子3、4的刷元件的总数的大部分的线质量密度为150克每10千米的最大值。
在下文中，将描述其中一个实验和实验结果。测试了包括不同类型的纤维的刷子3、4，包括相对厚的纤维和相对薄的纤维。在下文的表格中给出了各种刷子的细节。
Figure BPA00001641731300131
Figure BPA00001641731300141
该实验包括在相似的条件下旋转刷子3、4并且评价对于利用刷子3、4来处理的表面11的清洁结果、磨损和功率。这提供了表面11上的热生成的指示。在下文的表格中反映该实验的结果，其中使用标记5来指示最好的结果并且使用较低的标记来指示较差的结果。
Figure BPA00001641731300142
此外，该实验证明能够使刷子元件18具有在100到150克每10千米范围内的线质量密度，并且获得有用的清洁结果，虽然看起来水拾取、磨损行为和功耗不那么好，其中，存在损坏表面11的风险。结论是线质量密度合适的极限值是150克每10千米。但是，显然利用更小得多的线质量密度，清洁结果和全部其他结果也非常好。因此，优选应用更低的极限值，如125克每10千米、50克每10千米、20克每10千米或甚至5克每10千米。利用后一个量级的值，确保清洁结果杰出，水拾取最佳、磨损最小并且功耗和表面11上热生成足够低。
注意到，在本发明的上下文中已经进行的实验的结果支持了在刷子3、4的每转的某时间期间，具体而言在除了用于从表面11拾取污物和液体的周期之外的另一个周期中，刷子元件18的尖端部分处所处的加速度的最小值3000m/sec2，其中在该其他周期中在刷子元件18与表面11之间无接触。
在下文中，将描述其中一个实验和该实验的结果。下文的条件可应用于该实验：
1)具有46mm直径、近似12cm宽度并且具有线质量密度大约0.8克每10千米，排列在具有大约800个刷子元件18的簇17中的聚合物刷子元件18，并且具有近似50个簇17每平方厘米的刷子3、4被装配在马达轴上。
2)确定刷子3、4与马达的组装的重量。
3)将马达的电源连接到用于在1秒钟的操作周期或4秒钟的操作周期之后停止马达的定时器。
4)将刷子3、4浸入水中，从而刷子3、4完全被水浸透。注意到所使用的刷子3、4看起来能够吸收总重量近似70克的水。
5)以1950转每分钟的角速度旋转刷子3、4并且在1或4秒钟之后停止刷子3、4。
6)确定刷子3、4与马达的组装的重量，并且计算与在步骤2)中确定的干燥重量的差。
7)对于其他角速度值，具体而言对于下文的表格中指示的值重复步骤4)到6)，该表格进一步包括在1秒钟和4秒钟之后停止时刷子3、4中仍然出现的水的重量的值，以及可以根据下文的方程式计算的相关离心加速度的值：
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)
在图5的图表中描述了对于两个不同的停止在角速度与水的重量之间找到的关系，在图6的图表中描述了对于两个不同的停止在离心加速度与水的重量之间的找到的关系，其中，在每个图表的垂直轴指示水的重量。从图5的图表看来，当角速度低于4000rpm时刷子3、4释放的水严重减小。并且在高于6000rpm到7000rmp的角速度上看起来相当稳定。
在与离心加速度3090m/s2相对应的角速度3500rpm上找到由刷子释放的水的临界点。为了该事实的说明，图5和图6的图表分别包括用于指示值3500rpm和3090m/s2的垂直线。
基于前文中解释的实验的结果，可以推断在无接触周期期间关于刷子元件18的尖端处的加速度的值3000m/s2是实际最小值，只要考虑到刷子元件18的自清洁能力，该能力满足至少在尖端部分18处线质量密度低于150克每10千米的要求。对于获得良好的清洁结果而言，自清洁功能的合适的性能是重要的，如前文已经解释的。
为了完整起见，注意到在根据本发明的清洁设备1中，离心加速度可以低于3000m/s2。原因在于当刷子元件18被拉直时发生在刷子元件18的尖端部分的加速度可能预计高于正常离心加速度。该实验显示，关于加速度有效的最小值是3000m/s2，这是在该实验的情况中的正常离心加速度，并且其可以是当污物拾取周期已过去并且在根据本发明的实际清洁设备1中有拉直的空间时由刷子元件18的具体行为导致更高的加速度，这使得设备1中的正常离心加速度更低的可能。
由于刷子3、4被要清洁的表面11缩进的事实，刷子3、4像一种齿轮泵一样运作，该齿轮泵从清洁设备1的内部向外部抽吸空气。这是不利的效应，因为污物颗粒被吹走并且在刷子3、4无法触及的位置上形成液体微滴，并且可能在清洁过程期间在无法预料的时刻掉落。为了补偿所述抽吸效应，建议具有用于在刷子3、4接触表面11的区域中生成气流的装置，其中，该气流用于补偿由刷子3、4生成的气流。就这点而言，优选刷子3、4具有在刷子3、4上按行排列的簇17，因而将显著地降低必要的抽吸功率。还有可能使用用于在刷子3、4接触表面11之前在某位置上直接缩进刷子3、4的装置，因而不再在表面11附近而是在清洁设备1内部引起气流，其中可以用希望的方式处置该气流。在本申请人署名的PCT/IB2009/054333和PCT/IB2009/054334中找到所述装置的实例。
可以使用以下方程式计算对于每个刷子3、4需要补偿的空气流：
Φc＝π*f*W*F*(D*I-I2)
其中：
Φc＝需要补偿的空气流(m3/s)
f＝刷子频率(Hz)
W＝刷子3、4的宽度(m)
F＝刷子补偿因子(-)
D＝刷子3、4的直径(m)
I＝刷子3、4被表面11的缩进(m)
在实际实例中，f＝133Hz、W＝0.25m、D＝0.044m并且I＝0.003m。关于刷子补偿因子要注意到，基于具有所述实际实例的特征的刷子3、4的实验来确定该因子，并且发现其是0.4。利用所述的值，找到下面的补偿流：
Φc＝π*133*0.25*0.4*(0.044*0.003-0.0032)＝0.005015m3/s
因此在该实例中，对于每个刷子3、4具有大约5升每秒的补偿空气流是有利的。在实践中可以非常良好地实现该气流，因而实际上可以消除两个反向旋转的刷子3、4的不利的抽吸效应。
对于本领域的熟练技术人员而言显然本发明的范围不限于前文所讨论的实例，而是在不脱离如所附权利要求所定义的本发明的范围的前提下可以对其作出许多变更和修改。虽然已经在附图和说明书中详细说明并且描述本发明，但是该说明和描述应该被认为仅仅是说明性的或示例性的而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施方式。
通过学习附图，在实施所要求的发明时，本领域的熟练技术人员可以理解并且实现对于所公开的实例的其他变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的权利要求中阐述特定措施的简单事实并不是指示不可以有利地使用这些措施的组合。不应将权利要求中的任意附图标记解释为限制本发明的范围。
为了清楚起见，要注意到刷子元件18的完全伸展状态是这样一种状态，在该状态中刷子元件18在关于刷子3、4的旋转轴14的径向方向中完全延伸，其中在刷子元件18中不存在弯曲尖端部分。当刷子3、4以正常操作速度旋转时可以实现该状态，其中，在该正常操作速度上可以在刷子元件18尖端部分上实现3000m/ses2的加速度。可以仅有刷子3、4的刷子元件18的一部分处于完全伸展状态，而其他部分由于刷子元件18遇到的障碍物不处于完全伸展状态。通常，利用处于完全伸展状态的全部刷子元件18来确定刷子3、4的直径D。
刷子元件18的尖端部分是在径向方向中看来刷子元件18的外部部分即最远离旋转轴的部分。具体而言，尖端部分是用于拾取污物颗粒10和液体的部分，并且其被制造成沿要清洁的表面11滑动。在刷子3、4关于表面11缩进的情况中，尖端部分的长度与缩进I近似相同。
可以将本发明概括如下。用于清洁表面11的设备1包括至少一个可旋转刷子3、4，该可旋转刷子具备用于在该刷子3、4的每个旋转的污物拾取周期期间接触要清洁的表面11并且拾取出现在该表面11上的污物颗粒10和液体的柔性刷子元件18以及用于驱动该刷子3、4的装置。通过有效地从要清洁的表面11去除污物颗粒10和液体获得极好的清洁结果，其中提供具有以下操作参数组合来实际实现：至少在用于拾取污物颗粒和液体的尖端部分，该柔性刷子元件18的线质量密度低于0.01至150克每10千米，至少在该刷子3、4的每转的除了该污物拾取周期之外的另一个周期即该刷子元件18与该要清洁的表面11无接触并且首先从该表面11移除并且随后再次向该表面11移动的周期期间的某个时间，在该刷子元件的尖端处的至少3000m/sec2的加速度。
基于本发明的前文描述，注意到本发明还涉及一种用于清洁表面11的设备1的设计的方法，包括至少一个可旋转刷子3、4，该可旋转刷子具备用于在该刷子的每转的污物拾取周期期间接触要清洁的表面11并且拾取出现在该表面11上的污物颗粒10和液体的柔性刷子元件18以及用于驱动该刷子3、4的装置，其中清洁设备1的优化是通过：至少在用于拾取污物颗粒10和液体的尖端部分，对于刷子元件18的总数的大部分，选择该刷子元件18的线质量密度低于150克每10千米，并且选择用于驱动该刷子3、4的装置的特性以至少在该刷子3、4的每转的除了该污物拾取周期之外的另一个周期即该刷子元件18与该表面11无接触并且首先从该表面11移除并且随后再次向该表面11移动的周期期间的某个时间，使该装置实现在该刷子元件18的尖端处至少3000m/sec2的加速度。
用于执行清洁设备1的设计的方法的优选方式旨在在本发明的可能的范围内附加地实现前文所述的其他操作参数和结构措施的范围和/或限制中的至少一个。
此外，注意到本发明还涉及一种用于清洁表面11的方法，其中，应用具备柔性刷子元件18的至少一个刷子3、4，至少在尖端部分，刷子元件18的总数的大部分具有低于150克每10千米的线质量密度，其中，旋转刷子3、4，并且其中，使得刷子3、4的刷子元件18在刷子3、4的每个旋转的拾取周期期间与要清洁的表面11接触并且拾取出现在表面11上的污物颗粒10和液体，其中，至少在该刷子3、4的每个旋转的除了该污物拾取周期之外的另一个周期即该刷子元件18与该表面11无接触并且首先从该表面11移除并且随后再次向该表面11移动的周期期间的某个时间，使得刷子元件18的尖端处以至少3000m/sec2的加速度加速。
关于前文所定义的方法中所存在的优选选项包括以下：
-利用缩进I来缩进刷子3、4，其中缩进I处于关于刷子元件18的完全伸展状态的刷子3、4的直径的2％到12％的范围中；
-以至少6000转每分钟的角速度驱动刷子3、4；
-刷子3、4接触要清洁的表面11的区域中生成气流；
-在刷子3、4接触要清洁的表面11之前直接缩进刷子3、4；并且
-以低于6毫升每分钟每厘米该刷子3、4宽度W(即该刷子3、4的旋转轴5、6延伸的方向中的该刷子3、4的尺寸)的速度向该刷子3、4供应液体。
用于执行清洁设备1的方法的其他优选方式旨在在本发明的可能的范围内附加地实现前文所述的其他操作参数和结构措施的范围和/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)，所述可旋转刷子具备用于在所述刷子(3、4)的每个旋转的污物拾取周期期间接触要清洁的表面(11)并且拾取出现在所述表面(11)上的污物颗粒(10)和液体的柔性刷子元件(18)以及用于驱动所述刷子(3、4)的装置，其中，至少在所述刷子元件(18)的用于拾取污物颗粒(10)和液体的尖端部分，所述刷子(3、4)的所述刷子元件(18)的总数的大部分的线质量密度低于150克每10千米，并且其中，用于驱动所述刷子(3、4)的装置被适配为至少在所述刷子(3、4)的每个旋转的除了所述污物拾取周期之外的另一个周期期间的某个时间，实现在所述设备(1)中的所述刷子元件(18)的尖端处至少3000m/sec2的加速度，该另一个周期即所述刷子元件(18)与所述表面(11)无接触并且首先从所述表面(11)离开并且随后再次向所述表面(11)移动的周期。
2.如权利要求1所述的设备(1)，还包括用于设置所述刷子(3、4)的缩进(I)的装置，其中，所述装置被适配为实现范围从与刷子元件(18)的完全伸展状态相关的刷子的直径的2％到12％的缩进(I)。
3.如权利要求1所述的设备(1)，其中，所述刷子元件(18)的捆扎密度是每平方厘米至少30簇(17)刷子元件(18)，并且其中，每簇(17)的刷子元件(18)的数量至少是500。
4.如权利要求1所述的设备(1)，其中，至少在所述刷子元件(18)的用于拾取污物颗粒(10)和液体的尖端部分，所述刷子(3、4)的所述刷子元件(18)的总数的大部分的线质量密度低于20克每10千米。
5.如权利要求1所述的设备(1)，其中，至少在所述刷子元件(18)的用于拾取污物颗粒(10)和液体的尖端部分，所述刷子(3、4)的所述刷子元件(18)的总数的大部分的线质量密度低于5克每10千米。
6.如权利要求1所述的设备(1)，其中，用于驱动所述刷子(3、4)的装置被适配为至少在所述刷子(3、4)的每个旋转的除了所述污物拾取周期之外的另一个周期期间的某个时间，在所述设备(1)的所述刷子元件(18)的尖端处实现至少7000m/sec2的加速度，该另一个周期即所述刷子元件(18)与所述表面(11)无接触并且首先从所述表面(11)离开并且随后再次向所述表面(11)移动的周期。
7.如权利要求1所述的设备(1)，其中，用于驱动所述刷子(3、4)的装置被适配为至少在所述刷子(3、4)的每个旋转的除了所述污物拾取周期之外的另一个周期期间的某个时间，在所述设备(1)的所述刷子元件(18)的尖端处实现至少12000m/sec2的加速度，该另一个周期即所述刷子元件(18)与所述表面(11)无接触并且首先从所述表面离开并且随后再次向所述表面移动的周期。
8.如权利要求1所述的设备(1)，其中，用于驱动所述刷子(3、4)的装置被适配为在所述设备(1)的操作期间实现所述刷子(3、4)的至少6000转每分钟的角速度。
9.如权利要求1所述的设备(1)，其中所述刷子(3、4)具有当所述刷子元件(18)处于完全伸展状态中时范围在20到80mm中的直径(D)。
10.如权利要求1所述的设备(1)，包括用于以低于6毫升每分钟每厘米所述刷子(3、4)宽度(W)的速度，向所述刷子(3、4)供应液体的装置(19)，所述宽度(W)即所述刷子(3、4)的旋转轴(5、6)延伸的方向中的所述刷子(3、4)的尺寸。
11.如权利要求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)与要清洁的所述表面(11)接触的区域中生成气流的装置。
12.如权利要求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)与要清洁的所述表面(11)接触之前在某位置上直接缩进所述刷子(3、4)的装置。
13.如权利要求1所述的设备(1)，所述刷子(3、4)是螺旋形刷子(3、4)，即具有以螺旋形的形式排列在所述刷子(3、4)上的簇(17)的刷子(3、4)。
14.如权利要求1所述的设备(1)，包括两个具备用于接触要清洁的表面(11)的柔性刷子元件(18)的可旋转刷子(3、4)，其中，所述刷子(3、4)的旋转轴(5、6)基本上是平行的，并且其中，所述刷子(3、4)中的一个刷子的旋转方向与所述刷子(3、4)中的另一个刷子的旋转方向相反。
15.如权利要求14所述的设备(1)，包括用于仅向所述刷子(3、4)中的供应液体的装置(19)，该一个刷子即设置在设备(1)的后面位置的刷子(4)。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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