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Die Erfindung betrifft eine Trockenreinigungseinrichtung für ein Haushaltsreinigungssystem, mit einem Reinigungskörper, der eine Haftfähigkeit für Schmutzpartikel aufweisende Haftstrukturen aufweist, an denen beim in Kontakt treten mit einer zu reinigenden Oberfläche die Schmutzpartikel anhaften und mit einer Transporteinrichtung, um die an den Haftstrukturen anhaftenden Schmutzpartikel nach deren Ablösung davon vom Reinigungskörper zu entfernen.
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Eine Trockenreinigungseinrichtung in Form einer Düse für ein Haushaltsreinigungssystem, nämlich einen Staubsauger, beschreibt die
DE 10 2012 100 457 A1 . Mittels einer Bürstenwalze werden Schmutzpartikel von einer zu reinigenden Oberfläche abgenommen und durch einen Luftstrom, der von einem Sauggebläse eines Staubsaugers erzeugt wird, in einen Staubsammelbeutel transportiert.
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Die
WO 03/099951 A2 beschreibt eine mikrostrukturierte Oberfläche, deren Adhäsionsfähigkeit durch eine Oberflächenmodifizierung erhöht beziehungsweise vermindert werden kann. Die Oberfläche besitzt eine Vielzahl von zapfenartigen Vorsprüngen, die parallel zueinander angeordnet sind und einen Neigungswinkel gegenüber einer Basisfläche besitzen. Durch Veränderung des Neigungswinkels kann die Adhäsionskraft verändert werden, die die Stirnfläche der Vorsprünge auf eine Oberfläche eines anderen Körpers ausübt.
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Die
WO 2008/049517 A1 beschreibt die Herstellung einer derartig strukturierten Oberfläche aus Polymermaterialien mit einem vernetzten permanenten Zustand und einem semikristallinen transienten Zustand oder aus einer gemischten Polymerzusammensetzung sowie ein Verfahren, um die Haftfähigkeit der Haftstrukturen zu modifizieren, bei dem die Temperatur geändert wird, elektrische oder magnetische Felder verwendet werden oder die Haftstrukturen mechanisch beeinflusst werden.
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Die
WO 2011/082779 A2 beschreibt die Beeinflussung der Haftfähigkeit von Haftstrukturen durch Aufbringung eines mechanischen Drucks.
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Bei Trockenreinigungssystemen werden Reinigungskörper, wie Staublappen, Staubwedel oder Bürsten, verwendet, die Schmutzpartikel stärker an sich selbst binden als die Schmutzpartikel an der Oberfläche gebunden sind, von der sie entfernt werden sollen. Der Schmutz wird somit von der zu reinigenden Oberfläche dadurch gelöst, dass er am Reinigungsmittel stärker anhaftet als an der zu reinigenden Oberfläche. Soll das Reinigungsmittel, also der Reinigungskörper, nicht nach seiner Verwendung entsorgt werden, sondern wiederverwendbar sein, müssen die Schmutzpartikel mit einer überlegenen Reinigungsmethode vom Reinigungskörper entfernt werden. Dies kann mechanisch oder mit Lösungsmitteln erfolgen. Reinigungsmittel, bei denen beispielsweise die Schmutzpartikel an einer stark adhäsiven, beispielsweise klebenden Oberfläche anhaften, haben nur eine begrenzte Standzeit. Sie werden als Einwegartikel entsorgt oder als Mehrwegartikel gereinigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trockenreinigungseinrichtung gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden, insbesondere ihre Wirksamkeit zu erhöhen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist die Haftfähigkeit der Haftstrukturen veränderbar. Sie ist zum Ablösen der Schmutzpartikel verminderbar. Es werden insbesondere solche Haftstrukturen verwendet, wie sie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben werden, wobei die Haftfähigkeit durch die dort beschriebene Beeinflussung der Haftstrukturen verminderbar ist. Bevorzugt wird die Haftfähigkeit durch Aufbringen einer Anpresskraft vermindert. Der Reinigungskörper wird bevorzugt von einer Reinigungswalze ausgebildet, die mit einem Umfangsabschnitt aus einem Gehäuse der Trockenreinigungseinrichtung herausragt, um mit diesem Umfangsabschnitt über die zu reinigende Oberfläche gerollt zu werden. Hierzu kann die Reinigungswalze von einem Motor drehangetrieben werden. Es ist aber auch möglich, dass die Walze passiv über die Bewegung der Trockenreinigungseinrichtung über die zu reinigende Oberfläche drehangetrieben wird. An einer anderen Umfangsstelle der Reinigungswalze, die sich vorzugsweise innerhalb des Gehäuses der Trockenreinigungseinrichtung befindet, werden die Haftstrukturen magnetisch, elektrisch, thermisch oder bevorzugt mechanisch derart beeinflusst, dass sich ihre Haftfähigkeit vermindert. Die beim Abrollen der Reinigungswalze über die zu reinigende Oberfläche an den Haftstrukturen anhaftenden Schmutzpartikel können in dem Umfangsbereich, in dem die Haftfähigkeit vermindert ist, von den Haftstrukturen abgelöst werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Haftstrukturen durch eine Druckwalze mechanisch verformt. Diese mechanische Verformung hat die Verminderung der Haftfähigkeit zur Folge. Im Spalt zwischen der achsparallel zur Reinigungswalze angeordneten Druckwalze und der Reinigungswalze lösen sich somit die Schmutzpartikel von der Reinigungswalze. Sie können mittels eines Luftstroms von der Oberfläche der Reinigungswalze entfernt werden. Hierzu liegt das Walzenpaar in einem Strömungskanal, durch den ein Luftstrom hindurchströmt. Der Luftstrom wird von einem Haushaltsstaubsauger erzeugt, der hierzu einen elektrisch angetriebenen Sauggebläsemotor aufweist. Die Trockenreinigungseinrichtung ist vorzugsweise als Vorsatzgerät eines Haushaltsstaubsaugers ausgebildet.
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Die Haftstrukturen werden von Vorsprüngen ausgebildet, die in einem großen Neigungswinkel von einem Basiskörper, nämlich dem Reinigungskörper abragen. Die Vorsprünge sind durch Zwischenräume voneinander getrennt, so dass der Neigungswinkel der Vorsprünge gegenüber dem Basiskörper verändert werden kann. Es handelt sich bevorzugt um stäbchen- oder zapfenförmige Vorsprünge, deren Länge um ein Mehrfaches größer ist als ihr Durchmesser. Die aus einem Polymer bestehenden Vorsprünge können einen Durchmesser im Bereich zwischen 5 und 20 μm und eine Länge im Bereich von 20 bis 100 μm aufweisen. Bei der Berührung der Stirnflächen der Vorsprünge mit einem Schmutzpartikel bilden sich monokulare Wechselwirkungskräfte aus. Es handelt sich dabei im Wesentlichen um van der Waals-Kräfte, aber auch um elektrostatische oder Kapillarkräfte. Die Stärke dieser Adhäsionskräfte wird von der wirksamen Oberfläche der Haftstrukturen beeinflusst. Die wirksame Oberfläche ist die Oberfläche, die in der Lage ist, aufgrund ihrer Ausrichtung in einen Kontakt mit dem Staubpartikel zu treten. Durch eine Veränderung der Neigungsstellung der Vorsprünge wird die wirksame Oberfläche vergrößert. Eine Verminderung des Neigungswinkels führt zu einer Vergrößerung der Oberfläche eines einzelnen Vorsprungs, die aufgrund ihrer Ausrichtung in der Lage ist, mit einem Schmutzpartikel in Kontakt zu treten. Bei aufrecht stehenden Vorsprüngen tritt im Wesentlichen nur die Stirnfläche in Kontakt zu den Schmutzpartikeln. Bei den geneigten Vorsprüngen treten auch an die Stirnfläche angrenzende Oberflächenabschnitte der Seitenwand in Kontakt zu den Schmutzpartikeln einhergehend mit einer Verminderung der Adhäsionskraft. Die Vorsprünge können mit den bekannten Methoden der Mikro- oder Nanolithografie einer Trägerschicht aus einem Polymermaterial hergestellt werden. Es ist beispielsweise möglich, eine derart strukturierte ebene Folie zu fertigen, die auf einer Walzenoberfläche aufgebracht wird. Mit der oben genannten Druckwalze wird auf die in einem ersten Neigungswinkel von der Umfangsfläche der Reinigungswalze abragenden, die Haftstrukturen ausbildenden stäbchenförmigen Haftstrukturen eine Kraft in Radialrichtung der Reinigungswalze aufgebracht. Dies hat eine Verminderung des Neigungswinkels zur Folge. Die elastisch verbiegbaren Vorsprünge vergrößern dabei ihre wirksame Oberfläche, so dass die Adhäsionskraft reduziert wird. Mittels des Luftstroms können die nun weniger stark an die Walzenoberfläche gebundenen Schmutzpartikel von der Walzenoberfläche abgelöst und abtransportiert werden. Nach der Druckbeaufschlagung kehren die federelastischen Vorsprünge selbsttätig in die Ausgangslage zurück. Dies erfolgt trägheitsbedingt, aber auch strukturbedingt zeitlich verzögert, so dass ein Partikelabtransport von der Reinigungswalze – bezogen auf die Drehrichtung der Walze – auf der rückwärtigen Seite des Walzenspaltes stattfindet. Die Oberfläche der Druckwalze kann glatt sein. Sie kann aber auch eine Mikrostrukturierung, beispielsweise Nuten und Rippen aufweisen. Letztere können sich parallel zur Drehachse erstrecken.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus die Verwendung eines Reinigungskörpers, der Haftstrukturen aufweist, dessen Haftfähigkeit zum Ablösen der Schmutzpartikel verminderbar ist, in einer Trockenreinigungseinrichtung für ein Haushaltsreinigungssystem, bei dem die vom Reinigungskörper abgelösten Schmutzpartikel durch einen Luftstrom abtransportiert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch in einer Schnittdarstellung ein Vorsatzgerät für einen Haushaltsstaubsauger mit einer Reinigungswalze 3,
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2 stark vergrößert einen Oberflächenabschnitt der Reinigungswalze 3,
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3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in 2 durch den stark vergrößerten Oberflächenabschnitt und
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4 eine Darstellung gemäß 3, wobei auf dem in 3 dargestellten Oberflächenabschnitt mittels einer Druckwalze 4 im Bereich einer Druckzone 5 eine Verformung der Haftstruktur 9 bewirkt wird.
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Die in der 1 schematisch dargestellte Trockenreinigungseinrichtung ist ein Vorsatzgerät für einen Haushaltsstaubsauger. Das Vorsatzgerät 1 besitzt ein Gehäuse 2, in dem eine Reinigungswalze 3 drehbar gelagert ist. Die Walze 3 kann aktiv, beispielsweise von einem im Gehäuse 2 angeordneten Elektromotor drehangetrieben werden. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Reinigungswalze 3 beim Verschieben des Vorsatzgerätes 1 auf einer zu reinigenden Oberfläche 11 passiv mitdreht.
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Die Reinigungswalze 3 ragt mit einem Oberflächenabschnitt aus einer Öffnung eines Saugkanales 8 aus der Unterseite des Gehäuses 2 heraus, um mit diesem Abschnitt über die zu reinigende Oberfläche 11 gerollt zu werden.
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Innerhalb des Gehäuses 2 befindet sich eine Druckwalze 4. Die Achse der Druckwalze 4 und die Achse der Reinigungswalze 3 verlaufen parallel zueinander. In einer Druckzone 5 übt die Druckwalze 4 einen mechanischen Druck in Radialrichtung auf die Oberfläche der Reinigungswalze 3 aus, der eine Verformung von Oberflächenstrukturen 9 der Reinigungswalze 3 zur Folge hat.
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Das Walzenpaar 3, 4 ist derart im Saugkanal 8 angeordnet, dass sich um das Walzenpaar 3, 4 Strömungskanäle 6, 7 ausbilden. Die Strömungskanäle 6, 7 verlaufen beidseitig der Druckzone 5, also in der jeweiligen Drehrichtung der Reinigungswalze 3 vor der Druckzone 5 (Walzenspalt) beziehungsweise hinter der Druckzone 5 (Walzenspalt).
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Der durch den Saugkanal 8 beziehungsweise durch die Strömungskanäle 6, 7 strömende Luftstrom wird von einem Sauggebläsemotor eines Haushaltsstaubsaugers erzeugt, der an den Saugkanal 8 angeschlossen ist.
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Die Oberfläche der Reinigungswalze 3 besitzt eine mikrostrukturierte Haftoberfläche, die aus einer Vielzahl von stäbchenförmigen Vorsprüngen 9 besteht. Benachbarte Vorsprünge 9 sind durch einen Zwischenraum 10 voneinander beabstandet. Die stäbchenförmigen Vorsprünge 9 ragen im unbelasteten Zustand in einem Winkel zwischen 60 und 80°, gegebenenfalls aber auch rechtwinklig von der Walzenoberfläche ab. Die Walzenoberfläche ist mit einem Basiskörper 11 beschichtet, der die von den Vorsprüngen 9 ausgebildete Haftstruktur aufweist. Die stäbchenförmigen Vorsprünge 9 haben eine schlanke Gestalt. Sie können eine kreisscheibenförmige, quadratische oder anderweitig polygone Querschnittsfläche besitzen. Der größte Durchmesser dieser Querschnittsfläche liegt im Bereich zwischen 25 μm. Die Vorsprünge sind um ein Vielfaches länger als ihr größter Durchmesser. Ihre Länge beträgt typischerweise 20 bis 100 μm. Die Abstände zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 9 liegt ebenfalls im Bereich zwischen 5 und 20 μm.
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Die Druckwalze 4 besitzt eine glattwandige Oberfläche und ist in der Lage, in der Druckzone 5 die stäbchenförmigen Vorsprünge 9 in die in 4 dargestellt Stellung zu verformen. Dabei vermindert sich der Neigungswinkel, mit dem die Vorsprünge 9 vom Basiskörper 12 abragen, auf Werte zwischen 20 und 40°. Die Vorsprünge 9 können sich dabei berühren.
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Nach Aufheben der Druckbeaufschlagung in Richtung des Pfeiles A stellen sich die Vorsprünge 9 aufgrund ihrer federelastischen Eigenschaften selbsttätig, gegebenenfalls zeitverzögert zurück in die in der 3 dargestellte Stellung. In dieser Stellung treten die Stirnflächen 9' in berührende Anlage an die zu reinigende Oberfläche 11. Schmutzpartikel, die an der zu reinigenden Oberfläche 11 anhaften, werden aufgrund adhäsiver Kräfte von den Stirnflächen 9' aufgenommen. Die Adhäsionskraft, die die Stirnflächen 9' auf die Schmutzpartikel ausübt, ist größer als die Kraft, mit der die Schmutzpartikel an die zu reinigende Oberfläche 11 gebunden sind. Durch die Drehung der Walze 3 werden die an der Walzenoberfläche anhaftenden Schmutzpartikel in die Druckzone 5 transportiert. Die in Radialrichtung wirkende effektive Oberfläche der Haftstrukturen 9 wird durch die Änderung ihrer Neigungslage vergrößert. Die effektive Oberfläche wird jetzt nicht nur von Abschnitten der Stirnflächen 9' ausgebildet, sondern auch von Abschnitten der sich daran anschließenden Oberfläche 9'' der Längsseiten der Vorsprünge 12. Die in den Zeichnungen dargestellten Schmutzpartikel haften jetzt an größeren Oberflächenabschnitten 9'' an. Dies führt zu einer Verminderung der Adhäsionskraft, mit der die Schmutzpartikel an die Haftstrukturen 9 gebunden sind. Die Adhäsionskraft wird dabei derart vermindert, dass die Schmutzpartikel mittels des durch die Strömungskanäle 6, 7 strömenden Luftstroms abgelöst und abtransportiert werden können. Die in der Druckzone 5 erfolgte Deformation der Haftstruktur 9 führt somit zu einer mechanischen Lösbarkeit der Schmutzpartikel.
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Die Vorsprünge 9 bestehen aus einem Kunststoffmaterial. Es handelt sich um ein Polymer mit federelastischen Eigenschaften. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser eines der vielen parallel zueinander sich erstreckenden Vorsprünge 9 etwa 10 μm. Die Länge eines der vielen Vorsprünge 9 beträgt etwa 50 μm. Der Abstand 10 zwischen den Vorsprüngen 9 ist von der Größenordnung des Durchmessers eines Vorsprungs. Die Vorsprünge 9 können aber auch versetzt zueinander angeordnet sein, wie es die 2 zeigt. Die von den Vorsprüngen 9 eingenommene Fläche ist dann geringer, als die von den Freiräumen 10 eingenommene Fläche.
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Beim Ausführungsbeispiel ragen die Vorsprünge 9 in einem Winkel von etwa 60 bis 70° von einem Basiskörper 12 ab. Bei dem Basiskörper kann es sich um eine dünne, ebene Folie handeln, bei der die Oberflächenstrukturierung durch Prägen oder durch Ätzen oder anderweitig erzeugt ist. Eine derartige biegeelastische, gegebenenfalls sogar gummielastische Folie wird auf der Außenoberfläche des Grundkörpers der Reinigungswalze 3 aufgebracht.
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Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils eigenständig weiterbilden, nämlich:
Eine Trockenreinigungseinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Haftfähigkeit der Haftstrukturen 9 zum Ablösen der Schmutzpartikel verminderbar ist.
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Eine Trockenreinigungseinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Haftfähigkeit durch Aufbringen einer Anpresskraft verminderbar ist.
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Eine Trockenreinigungseinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Reinigungskörper eine Reinigungswalze 3 ist.
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Eine Trockenreinigungseinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anpresskraft A von einer Druckwalze 4, die insbesondere achsparallel zur Reinigungswalze 3 gelagert ist, aufgebracht wird.
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Eine Trockenreinigungseinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Transporteinrichtung einen Strömungskanal 6, 7 aufweist zum Durchströmen eines an der Kontaktstelle der Druckwalze 4 an der Reinigungswalze 3 vorbeiströmenden Luftstrom zum Abtransport der Schmutzpartikel.
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Eine Trockenreinigungseinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Haftstrukturen 9 durch Zwischenräume 10 voneinander getrennte, insbesondere stäbchen- oder zapfenförmige Vorsprünge aufweisen, die in einem ersten Neigungswinkel zu einem Basiskörper 12 eine erste Adhäsionskraft auf die Schmutzpartikel ausüben und die in einem zweiten Neigungswinkel zum Basiskörper 12, der kleiner ist als der erste Neigungswinkel, eine zweite Adhäsionskraft auf die Schmutzpartikel ausüben, die geringer ist als die erste Adhäsionskraft.
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Eine Trockenreinigungseinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Neigungswinkel der insbesondere zapfenförmigen Vorsprünge 9 durch Aufbringen der Anpresskraft A verminderbar ist, wozu die Vorsprünge aus einem biegeelastischen Werkstoff, insbesondere aus einem Polymer bestehen.
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Eine Verwendung einer Trockenreinigungseinrichtung der zuvor beschriebenen Art.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorsatzgerät
- 2
- Gehäuse
- 3
- Reinigungskörper, -walze
- 4
- Druckwalze
- 5
- Druckzone
- 6
- Strömungskanal
- 7
- Strömungskanal
- 8
- Saugkanal
- 9
- Oberflächenstruktur, Haftstruktur
- 9'
- Stirnfläche
- 9''
- Oberflächenabschnitt
- 10
- Zwischenraum, Abstand
- 11
- Oberfläche, Basiskörper
- 12
- Basiskörper
- A
- Anpresskraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012100457 A1 [0002]
- WO 03/099951 A2 [0003]
- WO 2008/049517 A1 [0004]
- WO 2011/082779 A2 [0005]
