EP3282914B1

EP3282914B1 - Reinungsgerät mit einer um eine drehachse rotierbaren reinigunswalze

Info

Publication number: EP3282914B1
Application number: EP16715552.2A
Authority: EP
Inventors: Matthias Pfeiffer; Christian Stehl
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2036-04-12
Also published as: TW201700057A; CN107405038A; JP2018511360A; DE102015115151A1; ES2743793T3; EP3282914A1; WO2016166075A1; TWI692339B

Description

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsgerät, insbesondere ein Bodenreinigungsgerät, mit einer um eine Drehachse rotierbaren Reinigungswalze zur Bearbeitung einer zu reinigenden Fläche, wobei die Reinigungswalze zumindest teilweise als flüssigkeitsdurchlässiger Hohlkörper mit einem innenliegenden Flüssigkeitsraum ausgebildet ist, wobei der Hohlkörper Öffnungen zum Austritt von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum an die Oberfläche des Hohlkörpers aufweist.
Reinigungsgeräte der vorgenannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Die Druckschrift DE 20 2007 017 026 U1 offenbart bspw. ein Bodenreinigungsgerät mit einer als Wischwalze ausgebildeten Reinigungswalze, welche von innen her mit Reinigungsflüssigkeit versorgt wird. Dazu weist die Reinigungswalze einen flüssigkeitsdurchlässigen Hülsenkörper auf. Dieser ist zur Befeuchtung eines außen auf die Reinigungswalze aufgebrachten Reinigungstuches mit Durchtrittsöffnungen versehen, bspw. in der Form von Löchern, Schlitzen, Bohrungen und anderen. Das Reinigungstuch und/oder ein ggf. zwischen dem Hülsenkörper und dem Reinigungstuch angeordneter Schwammkörper ist saugfähig ausgebildet, so dass permanent Flüssigkeit aus dem Hülsenkörper durch die Öffnungen angesaugt wird. Durch den Anpressdruck bei einer Verschiebung des Reinigungsgerätes auf der zu reinigenden Fläche wird die Flüssigkeit von dem Reinigungstuch bzw. dem Schwammkörper auf die zu reinigende Fläche übertragen.
Nachteilig dabei ist, dass aus dem Flüssigkeitsraum der Reinigungswalze permanent Flüssigkeit an die Oberfläche des Hohlkörpers, d.h. auch das Reinigungstuch und/oder den Schwammkörper, abgegeben wird. Somit wird Flüssigkeit auch dann abgegeben, wenn die Reinigungswalze gerade nicht für einen Reinigungsvorgang verwendet wird, sondern bspw. nur transportiert wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Reinigungsgerät zu schaffen, bei welchem Flüssigkeit nur unter bestimmten Bedingungen aus dem Flüssigkeitsraum an die Oberfläche des Hohlkörpers gefördert wird, so dass es nicht zu einem ungewünschten Austritt oder Abtropfen kommen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Reinigungswalze ausgebildet ist, unterhalb einer durch ein Kräftegleichgewicht zwischen einer an der Flüssigkeit angreifenden Kapillarkraft und Zentrifugalkraft bestimmten Mindestdrehzahl einen Austritt von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum zu sperren, und ab Erreichen der Mindestdrehzahl einen Austritt von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum freizugeben.
Das Reinigungsgerät kann zunächst im Sinne eines handgeführten, vorzugsweise über einen Stiel geführtes Reinigungsgerät ausgebildet sein. Es kann sich auch alternativ oder ergänzend um ein Bodenpflegegerät handeln. Insbesondere kann das Bodenpflege- bzw. Bodenreinigungsgerät auch als selbstfahrendes Gerät ausgebildet sein. Als solches kann es vorprogrammiert oder durch selbstständige Findung eines Reinigungsweges eine Reinigung einer Fläche oder eines Raumes vornehmen. Es kann sich etwa auch um ein Fensterreinigungsgerät handeln. Im Falle einer Ausbildung als selbstfahrendes Gerät kann das Gerät eine Orientierungseinrichtung, etwa in Form eines Laserscanners, aufweisen oder hiermit zusammenwirken. Es kann auch eine Steuerungseinrichtung, insbesondere einen Mikrocomputer zur Speicherung und/oder Ausführung von Steuerungsprogrammen aufweisen.
Gemäß der Erfindung hängt es von der aktuellen Drehzahl der Reinigungswalze ab, ob Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum an die Oberfläche des Hohlkörpers abgegeben wird oder nicht. Dabei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auf die in dem Flüssigkeitsraum befindliche Flüssigkeit zum einen die Kapillarkraft wirkt, und zum anderen - bei Rotation der Reinigungswalze - eine Zentrifugalkraft. Die Kapillarkraft bewirkt, dass die in dem Flüssigkeitsraum befindliche Flüssigkeit unter bestimmten Bedingungen in die als Kapillaren ausgebildeten Öffnungen des Hohlkörpers aufsteigt und somit an die Oberfläche des Hohlkörpers gelangen kann. Dieser Effekt wird durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und die Grenzflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und der Innenwandung der Öffnung hervorgerufen. Bei Flüssigkeiten, die das Material der Oberfläche benetzen, steigt die Flüssigkeit innerhalb der Kapillare auf und bildet dabei eine konkave Grenzfläche (Meniskus). Dieses Verhalten ist auf die Adhäsionskraft zurückzuführen. Demgegenüber existieren auch Flüssigkeit-Oberfläche-Kombinationen, bei welchen die Flüssigkeit die Oberfläche nicht benetzt. In diesem Fall bildet die Flüssigkeit in der Kapillare eine konvexe Oberfläche aus. Die Kapillarkraft hängt von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, dem Durchmesser der Kapillare und dem Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und der Innenwandung der Kapillare ab. Dies kann durch die Formel $F_{K} = σ \times π \times d \times \cos (θ)$
beschrieben werden, wobei σ die Oberflächenspannung des Wassers, d der Durchmesser der Kapillare und θ der Kontaktwinkel sind.
Darüber hinaus wirkt bei einer Rotation der Reinigungswalze um die Drehachse ebenfalls eine Zentrifugalkraft auf die innerhalb des Flüssigkeitsraumes befindliche Flüssigkeit. Die Zentrifugalkraft wirkt dabei radial von der Rotationsachse nach außen, d.h. in Richtung der Öffnungen des Hohlkörpers, so dass die Flüssigkeit unter bestimmten Bedingungen aus dem Flüssigkeitsraum an die Oberfläche austreten kann. Die Zentrifugalkraft hängt hier von dem Durchmesser d der Öffnung, dem Wasserstand h innerhalb des Flüssigkeitsraums (bei Rotation), der Dichte ρ der Flüssigkeit, der Rotationsgeschwindigkeit v und dem Schwerpunktradius r der Flüssigkeit ab. Unter der Maßgabe, dass hier nur der Flüssigkeitsstand unter der Öffnung betrachtet wird, ergibt sich die Zentrifugalkraft $F_{Z} = π \times \frac{d^{2}}{4} \times h \times ρ \times \frac{v^{2}}{r} .$
Bei Flüssigkeiten, die das Material des Hohlkörpers benetzen, weisen die Kapillarkraft und die Zentrifugalkraft in die gleiche Richtung, d.h. radial nach außen. Sofern die Flüssigkeit das Material des Hohlkörpers jedoch nicht benetzt, stehen sich die Kapillarkraft und die Zentrifugalkraft entgegen, so dass anhand des Kräftegleichgewichtes zwischen der Kapillarkraft und der Zentrifugalkraft eine Mindestdrehzahl errechnet werden kann, welche erforderlich ist, damit die Zentrifugalkraft die nach radial innen wirkende Kapillarkraft übersteigt und die Flüssigkeit somit aus dem Flüssigkeitsraum an die Oberfläche des Hohlkörpers gelangen kann.
Hierzu wird die Gleichung F_K = Fz nach der Geschwindigkeit v aufgelöst. Hierdurch ergibt sich $v = \sqrt{\frac{σ \times π \times d \times \cos (θ) \times r}{\frac{1}{4} \times d^{2} \times π \times h \times ρ}} .$
Die ermittelte Geschwindigkeit v steht durch folgende Gleichung in Beziehung mit der Drehzahl n: $v = 2 \times π \times n \times r .$
Somit lässt sich abhängig von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, dem Durchmesser der Öffnung, dem Kontaktwinkel, dem Schwerpunktradius der Flüssigkeit innerhalb des Flüssigkeitsraumes, dem Flüssigkeitsstand innerhalb des Flüssigkeitsraumes (bei Rotation der Reinigungswalze) sowie der Dichte der Flüssigkeit für jede Konstellation eine Mindestdrehzahl der Reinigungswalze berechnen, ab deren Erreichen ein Austritt von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum möglich ist. Sofern diese Mindestdrehzahl nicht erreicht ist, d.h. die Reinigungswalze mit einer geringeren Drehzahl rotiert, kann die Flüssigkeit nicht aus dem Flüssigkeitsraum an die Oberfläche des Hohlkörpers gelangen. Somit kann über die Drehzahleinstellung der Reinigungswalze gezielt gesteuert werden, wann Flüssigkeit austritt und wann nicht. Während eines bloßen Transports des Reinigungsgerätes, bei welchem sich die Reinigungswalze in der Regel nicht dreht, kann der Austritt von Flüssigkeit somit wirksam verhindert werden. Demgegenüber wird die Reinigungswalze für einen Reinigungsvorgang, der die Verwendung von Flüssigkeit erfordert, mit einer die Mindestdrehzahl übersteigenden Drehzahl rotiert, so dass die Zentrifugalkraft die Kapillarkraft übersteigt und Flüssigkeit an die zu reinigende Fläche abgegeben werden kann.
Im Sinne der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und einer Innenwandung der Öffnung größer als 90° bis hin zu 270° ist. Der Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und der Innenwandung der Öffnung ist maßgeblich für den Austritt der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum. Sofern der Kontaktwinkel größer als 90° ist, wird der die Kapillarkraft beeinflussende Cosinus des Kontaktwinkels negativ. Dies bedeutet, dass die Flüssigkeit nicht in die Öffnung aufsteigt, sondern vielmehr Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung verdrängt, so dass die Kapillarkraft der Zentrifugalkraft entgegensteht. Diesen Effekt macht sich die Erfindung dadurch zunutze, dass gezielt Materialkombinationen für die Flüssigkeit und den Hohlkörper gewählt werden, die zu einem Kontaktwinkel größer als 90° bis hin zu 270° führen. In diesem Fall wirkt die Kapillarkraft entsprechend entgegen der Zentrifugalkraft der Flüssigkeit. Sofern die Drehzahl der Reinigungswalze groß genug ist, so dass die Zentrifugalkraft die Kapillarkraft übersteigt, tritt Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum aus. Insgesamt kann der Flüssigkeitsaustritt somit durch die Wahl der Materialien, die Drehzahl und den Durchmesser der Öffnungen reguliert werden. Es wurde folglich keine Pumpe, Ventile, fliehkraftabhängige Klappen oder ähnliches gebraucht.
Es wird vorgeschlagen, dass die Flüssigkeit Wasser ist und der Hohlkörper ein hydrophobes Material, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist. Das PTFE kann dabei eine Beschichtung des Hohlkörpers, insbesondere der Öffnungen, sein. Die hydrophobe Eigenschaft des Hohlkörpers führt dazu, dass das Wasser innerhalb der Öffnungen einen Kontaktwinkel größer als 90° aufweist, so dass die Kapillarkraft in Richtung des Flüssigkeitsraumes gewandt ist und somit der Zentrifugalkraft entgegensteht. Somit kann es zu dem zuvor erläuterten Kräftegleichgewicht zwischen der Kapillarkraft und der Zentrifugalkraft kommen. Neben PTFE sind auch andere hydrophobe Materialien denkbar, bspw. Wachs oder Paraffin. Dabei kann der Hohlkörper vollständig aus dem hydrophoben Material bestehen, oder zumindest innerhalb des Flüssigkeitsraumes, insbesondere der Öffnungen, eine Beschichtung aus diesem hydrophoben Material aufweisen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Öffnungen einen Durchmesser von 0,5 µm bis 2 mm aufweisen. Dieser Durchmesser ist ausreichend klein, damit die innerhalb des Flüssigkeitsraumes befindliche Flüssigkeit nicht alleine auf Grund der Gravitationskraft durch die Öffnungen aus dem Flüssigkeitsraum gelangen kann. Zudem weisen Öffnungen mit einem solchen Durchmesser einen ausreichend starken Kapillareffekt, d.h. eine ausreichende Steighöhe der Flüssigkeit innerhalb der Öffnung, auf, um die erfindungsgemäße Funktionsweise zu ermöglichen. Die Öffnungen können vorteilhaft Kapillaren sein, welche in das Material des Hohlkörpers gebohrt wurden. Alternativ eignen sich gegebenenfalls auch Hohlkörper, welche aus einem Kapillaren enthaltenden Material bestehen. Im letztgenannten Fall ist es im Sinne der Erfindung jedoch Voraussetzung, dass die Durchmesser der Öffnungen in etwa gleich groß sind oder jeweils eine klar abgrenzbare Mindestgröße aufweisen, so dass eine gemeinsame Mindestdrehzahl für den Austritt von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum bestimmt werden kann.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Hohlkörper unterschiedlich große Öffnungen mit voneinander abweichenden Durchmessern aufweist, wobei einer Öffnung mit einem ersten Durchmesser eine erste Mindestdrehzahl zugeordnet ist, und wobei einer Öffnung mit einem zweiten Durchmesser eine zweite Mindestdrehzahl zugeordnet ist. Gemäß dieser Ausgestaltung können zwei Drehzahlen der Reinigungswalze definiert werden, ab welchen die jeweiligen Öffnungen für einen Austritt von Flüssigkeit freigegeben werden. Dadurch sind bspw. Öffnungen mit einem zweiten, größeren Durchmesser zunächst, auch bei Erreichen der ersten Mindestdrehzahl, gesperrt, und werden erst bei Erreichen der zweiten Mindestdrehzahl für einen Austritt von Flüssigkeit freigegeben. Somit sind zwei oder mehr Gruppen von Öffnungen mit unterschiedlichen Durchmessern möglich, welche drehzahlabhängig nur eine bestimmte Durchfeuchtung der Reinigungswalze zulassen und erst bei erhöhter Drehzahl vermehrt Wasser austreten lassen.
Es wird vorgeschlagen, dass das Reinigungsgerät ein Trockenreinigungsgerät ist, wobei die Reinigungswalze ausgebildet ist, bei einer einer Flächenbearbeitung mittels der Reinigungswalze entsprechenden ersten Drehzahl einen Austritt von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum des Hohlkörpers zu sperren und bei einer einer Selbstreinigung der Reinigungswalze entsprechenden zweiten, höheren Drehzahl einen Austritt von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum freizugeben. Die Erfindung ist somit keinesfalls auf Feuchtreinigungsgeräte beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung auch besonders vorteilhaft bei Trockenreinigungsgeräten Anwendung finden. Das Reinigungsgerät ist dabei so ausgebildet, dass die für eine übliche Bearbeitung der zu reinigenden Fläche verwendete Drehzahl geringer ist als eine zum Austritt von Flüssigkeit erforderliche Mindestdrehzahl. Somit kann mittels der Reinigungswalze eine Trockenreinigung bei einer ersten Drehzahl durchgeführt werden, ohne dass ungewollt Flüssigkeit aus dem Hohlkörper austritt. Erst bei Erreichen der Mindestdrehzahl der Reinigungswalze wird Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum freigegeben. Diese Mindestdrehzahl bzw. eine höhere Drehzahl kann bspw. zur Rotation der Reinigungswalze eingestellt werden, wenn eine Selbstreinigung der Reinigungswalze stattfinden soll. Dabei wird die Reinigungswalze mit Flüssigkeit durchspült, so dass auf der Oberfläche der Reinigungswalze anhaftender Schmutz gelöst werden kann und die Reinigungswalze nach anschließender Trocknung für einen erneuten, trockenen Reinigungsvorgang zur Verfügung steht. Die Erfindung lässt sich somit auch ganz hervorragend bei Trockenreinigungsgeräten mit einer Selbstreinigungseinrichtung für die Reinigungswalze verwenden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Reinigungsgerät ein Feuchtreinigungsgerät ist, wobei die Reinigungswalze ausgebildet ist, bei einer einer Flächenbearbeitung mittels der Reinigungswalze entsprechenden ersten Drehzahl einen Austritt einer ersten Menge von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum des Hohlkörpers freizugeben und bei einer einer Selbstreinigung der Reinigungswalze entsprechenden, insbesondere höheren, zweiten Drehzahl einen Austritt einer zweiten Menge von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum freizugeben. Das Feuchtreinigungsgerät weist dabei zwei unterschiedliche Drehzahlstufen für die Rotation der Reinigungswalze auf. Während einer Flächenbearbeitung mittels der Reinigungswalze rotiert die Reinigungswalze mit einer ersten Drehzahl, woraufhin eine dem aktuellen Kräftegleichgewicht entsprechende Menge Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum abgegeben wird. Unabhängig von der Feuchtbearbeitung der Fläche kann erfindungsgemäß eine zweite Drehzahlstufe zur Selbstreinigung der Reinigungswalze vorgesehen sein, welche eine zweite, höhere Drehzahl vorsieht, bei welcher vermehrt Flüssigkeit zur Durchspülung der Reinigungswalze aus dem Flüssigkeitsraum austreten kann. Im Übrigen gilt auch bei dieser Ausführung, dass alleine durch Transportieren des Reinigungsgerätes ohne Rotation der Reinigungswalze kein Austritt von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum möglich ist. Ein unerwünschtes Abtropfen wird somit optimal verhindert.
Es wird vorgeschlagen, dass die Mindestdrehzahl der Reinigungswalze mindestens 150 Umdrehungen pro Minute bis hin zu 3.000 Umdrehungen pro Minute beträgt. Die angegebene Mindestdrehzahl von 150 Umdrehungen pro Minute hebt sich dabei deutlich von einer nur zufälligen Rotation der Reinigungswalze während eines Transports des Reinigungsgerätes ab. Ebenso übersteigt diese Mindestdrehzahl auch die Drehzahl der Reinigungswalze bei einem bloßen Verschieben des Reinigungsgerätes über die zu reinigende Fläche. Vielmehr entspricht der angegebene Drehzahlbereich von 150 Umdrehungen pro Minute bis 3.000 Umdrehungen pro Minute üblichen Rotationsdrehzahlen der Reinigungswalze während eines Bearbeitungsvorgangs zum Reinigen der Fläche bzw. für eine Selbstreinigung der Reinigungswalze von anhaftendem Schmutz. Die erforderliche Mindestdrehzahl zum Austritt von Flüssigkeit aus dem Hohlkörper wird dabei durch die zuvor genannten Parameter bestimmt, welche die Zentrifugalkraft bzw. die Kapillarkraft beeinflussen.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass der Hohlkörper mit einem Schwammkörper ummantelt ist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Hohlkörper und/oder der Schwammkörper mit einem Reinigungstuch, insbesondere einem Mikrofasertuch, ummantelt ist. Die Oberfläche der Reinigungswalze ist dabei durch einen Schwammkörper und/oder ein Reinigungstuch belegt. Beispielsweise kann es sich um ein textiles Reinigungstuch handeln, in welchem der von der zu reinigenden Fläche gelöste Schmutz gebunden wird. Als besonders vorteilhaft erweist sich in diesem Zusammenhang die Ausbildung des Reinigungstuches als Mikrofasertuch. Dies ist insbesondere hinsichtlich des Schmutzabtrags von der zu reinigenden Fläche vorteilhaft. Das Reinigungstuch bzw. der Schwammkörper ist vorteilhaft saugfähig, so dass eine bestimmte Menge Flüssigkeit gespeichert werden kann. Anstatt des Reinigungstuches oder alternativ zwischen dem Hohlkörper und dem Reinigungstuch kann ein Schwammkörper vorgesehen sein. Der Schwammkörper dient insbesondere als Zwischenspeicher für die Flüssigkeit. Er saugt die Flüssigkeit, welche durch die Öffnungen des Hohlkörpers austritt, auf und gibt diese an das Reinigungstuch bzw. die zu reinigende Fläche ab.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1:: ein erfindungsgemäßes Reinigungsgerät,
Figur 2:: eine erfindungsgemäße Reinigungswalze,
Figur 3:: einen Schnitt der Reinigungswalze mit einer Definition von Parametern,
Figur 4:: die Reinigungswalze in einer Querschnittsansicht.

Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu Figur 1 ein Reinigungsgerät 1 in Form eines Feuchtreinigungsgerätes zur Feuchtreinigung einer zu reinigenden Fläche. Das Reinigungsgerät 1 weist ein Vorsatzgerät 11 auf, welches bei einem Reinigungsvorgang in Kontakt mit der zu reinigenden Fläche steht. Das Vorsatzgerät 11 weist hier zwei Reinigungswalzen 2 auf, welche von innen mit Flüssigkeit 6 beaufschlagt werden können. Hierzu weist das Vorsatzgerät 11 einen Tank (nicht dargestellt) auf, welcher durch eine Einfüllöffnung 12 mit Flüssigkeit 6 beaufschlagt werden kann. Die Flüssigkeit 6 gelangt über Flüssigkeitsleitungen (nicht dargestellt) von dem Tank zu den Reinigungswalzen 2. Das Reinigungsgerät 1 stützt sich über die beiden Reinigungswalzen 2 auf der zu reinigenden Fläche ab. Die Reinigungswalzen 2 erstrecken sich quer zu einer üblichen Verfahrrichtung r des Reinigungsgerätes 1, welche aus der üblichen Arbeitsbewegung eines Nutzers des Reinigungsgerätes 1 resultiert, nämlich generell abwechselnd vor und zurück, dies ggf. weiter unter leichtem Ausweichen in eine nächstliegende Reinigungsbahn. Die Reinigungswalzen 2 erstrecken sich annähernd über die gesamte quer zur Verfahrrichtung r stehende Breite des Reinigungsgerätes 1. Entsprechend der gezeigten Anordnung ist jeweils eine Reinigungswalze 2 bei einer Bewegung des Reinigungsgerätes 1 in Verfahrrichtung r vorne bzw. hinten an dem Vorsatzgerät 11 angeordnet. Die Reinigungswalzen 2 sind über einen Elektromotor (nicht dargestellt) antreibbar, d.h. um eine Drehachse x rotierbar. Während eines üblichen Verfahrvorgangs des Reinigungsgerätes 1, ohne Bearbeitung einer zu reinigenden Fläche, sind die Reinigungswalzen 2 nicht aktiv angetrieben. Vielmehr ergibt sich alleine auf Grund des Reibschlusses zu der zu reinigenden Fläche eine passive Rotation der Reinigungswalzen 2. Während eines Reinigungsvorgangs der Fläche mittels der Reinigungswalzen 2 und/oder während einer Selbstreinigung der Reinigungswalzen 2 werden die Reinigungswalzen 2 hingegen aktiv mittels des Motors rotiert. Während des Reinigungsvorgangs stellt sich eine Wischkante entlang der Berührungslinie zwischen der Reinigungswalze 2 und der zu reinigenden Fläche ein. Diese Wischkante übernimmt die Reinigung der Fläche durch die Bewegung dieser temporären Wischkante relativ zu der Fläche, wodurch Schmutz gelöst wird. Die Reinigungswalzen 2 sind zur Feuchtreinigung mit einer Flüssigkeit 6 versorgt. Diese ist vorteilhaft Wasser, ggf. zusätzlich mit einem Reinigungsmittel versehen. Diese Flüssigkeit 6 liegt zunächst bevorratet in dem Tank des Vorsatzgerätes 11. Über diesen Tank werden die Reinigungswalzen 2 anschließend mit Flüssigkeit 6 versorgt. Dazu weist jede Reinigungswalze 2 Schlauchleitungen in einem axialen Stirnbereich der Reinigungswalze 2 auf. Ein freier Endbereich einer Schlauchleitung erstreckt sich somit parallel zu der Drehachse x der Reinigungswalze 2.
Fig. 2 zeigt eine Detailansicht der Reinigungswalze 2. Die Reinigungswalze 2 ist dabei hinsichtlich ihrer verschiedenen Ummantelungen explosionsartig dargestellt. Die Reinigungswalze 2 ist grundsätzlich als stirnseitig verschlossener zylindrischer Hohlkörper 3 ausgebildet, wobei zur besseren Anschauung der stirnseitige Verschluss nicht dargestellt ist. Der Hohlkörper 3 besteht aus einem Hartkunststoffmaterial und ist hier mit einem hydrophoben Material, nämlich PTFE, beschichtet. Der Hohlkörper 3 ist flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet, indem dieser eine Vielzahl von sich über die Oberfläche 7 erstreckenden als Kapillaren ausgebildeten Öffnungen 5 aufweist. Innerhalb des Hohlkörpers 3 ist ein ebenfalls zylindrischer Flüssigkeitsraum 4 ausgebildet, welcher der Aufnahme von Flüssigkeit 6 dient. Durch die Öffnungen 5 kann Flüssigkeit 6 unter bestimmten Bedingungen aus dem Flüssigkeitsraum 4 an die Oberfläche 7 des Hohlkörpers 3 gelangen. Die Öffnungen 5 weisen eine Innenwandung 8 auf, welche ebenfalls mit einem hydrophoben Material beschichtet ist. Der Hohlkörper 3 ist von einem drehfest an diesem angeordneten Schwammkörper 9 umgeben. Der Schwammkörper 9 ist offenporig ausgestaltet und besitzt die Fähigkeit einer Zwischenspeicherung von Flüssigkeit 6. Der Schwammkörper 9 ist von einem Reinigungstuch 10 überzogen, hier in der Form eines Mikrofasertuches. Das Reinigungstuch 10, der Schwammkörper 9 und der Hohlkörper 3 sind drehfest miteinander verbunden und gemeinsam um die Drehachse x drehbar. Der Flüssigkeitsraum 4 des Hohlkörpers 3 dient als Speicher für die Flüssigkeit 6. Dieser Speicher wird über den zuvor beschriebenen Tank und die Schlauchleitungen nachgefüllt. Sobald der Schwammkörper 9 und/oder das Reinigungstuch 10 mit Flüssigkeit 6 beaufschlagt sind, geben diese unter Druck, welcher durch eine Verschiebung des Reinigungsgerätes 1 auf der zu reinigenden Fläche entsteht, Flüssigkeit 6 auf die zu reinigende Fläche ab. Es kommt hierbei zu einem Austritt von Flüssigkeit 6 im Bereich der Wischkante. Die Flüssigkeit 6 wird dabei aus dem Schwammkörper 9 und/oder dem Reinigungstuch 10 ausgequetscht und über das Reinigungstuch 10 auf die zu reinigende Fläche aufgetragen. Bei weitergehender Rotation der Reinigungswalze 2 in Verfahrrichtung r des Reinigungsgerätes 1 wird Schmutz von der zu reinigenden Fläche gelöst und auf das Reinigungstuch 10 übertragen.
Der Austritt von Flüssigkeit 6 aus dem Flüssigkeitsraum 4 an die Oberfläche 7 des Hohlkörpers 3 hängt von der durch die Rotation der Reinigungswalze 2 entstehenden Kapillarkraft F_K und der Zentrifugalkraft Fz ab. Erst bei Überschreiten einer Mindestdrehzahl n_min der Reinigungswalze 2 kommt es zu einem Übersteigen der Kapillarkraft F_K durch die Zentrifugalkraft Fz. Dadurch kann die auf Grund der hydrophoben Eigenschaft der Innenwandung 8 der Öffnungen 5 nach radial innen gerichteten Kapillarkraft F_K überwunden werden.
In Figur 3 ist ein schematischer Schnitt einer Reinigungswalze 2 mit den zur Bestimmung der Kapillarkraft F_K bzw. der Zentrifugalkraft Fz benötigten Parametern dargestellt. Gezeigt ist eine Reinigungswalze 2, welche einen Hohlkörper 3 aufweist. Der Hohlkörper 3 weist eine Oberfläche 7 mit einer Vielzahl von Öffnungen 5 auf, welche einen Flüssigkeitsraum 4 zur Aufnahme von Flüssigkeit 6 umschließt. In der Figur ist lediglich zu Anschauungszwecken nur eine einzige Öffnung 5 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die Reinigungswalze 2 eine Vielzahl von regelmäßig oder unregelmäßig angeordneten Öffnungen 5 aufweisen kann, durch welche Flüssigkeit 6 aus dem Flüssigkeitsraum 4 auf die Oberfläche 7 des Hohlkörpers 3 gelangen kann. Die Reinigungswalze 2 ist hier ohne einen Schwammkörper 9 bzw. ein Reinigungstuch 10 dargestellt. Dies dient insbesondere der besseren Anschaulichkeit und ist in keiner Weise limitierend für das Ausführungsbeispiel. Die Öffnung 5 weist eine mit einem hydrophoben Material beschichtete Innenwandung 8 auf. In dem in der Figur idealisiert dargestellten Zustand bildet die innerhalb des Flüssigkeitsraumes 4 befindliche Flüssigkeit 6 durch die Rotation der Reinigungswalze 2 um die Drehachse x einen regelmäßigen Flüssigkeitsring aus. Dieser Ring weist einen Schwerpunktradius r ausgehend von der Drehachse x sowie einen Wasserstand h auf, welcher der Breite des Flüssigkeitsrings entspricht. Die Öffnung 5 weist einen Durchmesser d auf. Auf Grund der hydrophoben Beschichtung des Hohlkörpers 3 und insbesondere der Innenwandung 8 der Öffnung 5 weist die Kapillarkraft F_K eine radial nach innen weisende Richtung auf. Damit steht sie der radial nach außen gerichteten Zentrifugalkraft Fz, welche durch die Rotation der Reinigungswalze 2 entsteht, entgegen.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform einer Reinigungswalze 2 mit einer Vielzahl von Öffnungen 5, deren Innenwandung 8 hydrophob mit PTFE beschichtet ist. Durch die hydrophobe Beschichtung kann die Flüssigkeit 6, hier Wasser, die Innenwandung 8 der Öffnung 5 nicht benetzen. Dadurch kommt es zu einem konvexen Flüssigkeitspegel innerhalb der Öffnung 5. Der Kontaktwinkel θ zwischen der Innenwandung 8 und der Flüssigkeit 6 innerhalb der Öffnung 5 ist dadurch größer als 90°. Bedingt dadurch wird die Kapillarkraft F_K, welche definiert ist als $F_{K} = σ \times π \times d \times \cos (θ)$
negativ, so dass diese der radial von der Drehachse x nach außen weisenden Zentrifugalkraft Fz entgegensteht. Dabei ist $F_{Z} = π \times \frac{d^{2}}{4} \times h \times ρ \times \frac{v^{2}}{r} .$
Im Einzelnen hängt die Rotationsgeschwindigkeit v - und damit auch die Drehzahl n - der Reinigungswalze 2 um die Drehachse x, bei welcher sich die Kapillarkraft F_K und die Zentrifugalkraft Fz ausgleichen, von mehreren Parametern ab, nämlich
der Oberflächenspannung der Flüssigkeit: σ,
dem Durchmesser der Öffnung 5: d,
dem Schwerpunktradius der Flüssigkeit 6: r,
dem Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit 6 und der Innenwandung 8: θ,
dem Flüssigkeitsstand: h,
der Dichte der Flüssigkeit 6: ρ.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Flüssigkeit 6 Wasser ist, und die Innenwandung 8 mit PTFE beschichtet ist, ergeben sich folgende Zahlenwerte: $σ = 72,75 \times 10^{- 3} \frac{N}{m},$
$d = 1 \times 10^{- 3} m,$
$r = 15 \times 10^{- 3} m,$
$θ = 110 °;$
$h = 1 \times 10^{- 2} m,$
$ρ = 999,97 \frac{kg}{m^{3}} .$
Die Geschwindigkeit v berechnet sich mit diesen Zahlenwerten gerundet zu $v = 0,66 \frac{m}{s},$
was einer Drehzahl von ungefähr n = 423,3 Umdrehungen/min ent-spricht.
Die Mindestdrehzahl n_min ist dabei die Drehzahl n, welche überschritten werden muss, damit Flüssigkeit 6 durch die Öffnungen 5 aus dem Flüssigkeitsraum 4 austreten und an die Oberfläche 7 gelangen kann, wo diese gegebenenfalls von einem Schwammkörper 9 und/oder einem Reinigungstuch 10 aufgenommen wird.

Sofern das Reinigungsgerät 1 bspw. gar nicht in Kontakt mit der zu reinigenden Fläche steht, sondern bspw. transportiert wird, ist die Drehzahl n der Reinigungswalze 2, Null, so dass die Mindestdrehzahl n_min nicht überschritten wird und keine Flüssigkeit 6 aus dem Flüssigkeitsraum 4 austreten kann. Wenn die Reinigungswalze 2 hingegen für einen Reinigungsvorgang mit einer Drehzahl n von bspw. 424 Umdrehungen pro Minute rotiert, kann die Flüssigkeit 6 durch die Öffnungen 5 aus dem Flüssigkeitsraum 4 austreten und für den Reinigungsvorgang verwendet werden. Je nach der gewünschten Ausführung des Reinigungsgerätes 1 kann der Hohlkörper 3 auch verschieden große Öffnungen 5, welchen unterschiedliche Mindestdrehzahlen n_min zugeordnet sind, aufweisen. Beispielsweise kann eine erste Mindestdrehzahl n_min vorgesehen sein, um Flüssigkeit 6 für einen Reinigungsvorgang der zu reinigenden Fläche bereitzustellen und eine zweite Mindestdrehzahl n_min, um Flüssigkeit 6 für einen Selbstreinigungsvorgang der Reinigungswalze 2 zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Reinigungswalze 2 schneller rotiert, als während der Flächenbearbeitung.

Bezugszeichenliste:

1	Reinigungsgerät	x	Drehachse
2	Reinigungswalze	r	Verfahrrichtung
3	Hohlkörper	d	Durchmesser
4	Flüssigkeitsraum	n	Drehzahl
5	Öffnung	n_min	Mindestdrehzahl
6	Flüssigkeit	h	Wasserstand
7	Oberfläche	r	Schwerpunktradius
8	Innenwandung	F_Z	Zentrifugalkraft
9	Schwammkörper	F_K	Kapillarkraft
10	Reinigungstuch	σ	Oberflächenspannung
11	Vorsatzgerät	θ	Kontaktwinkel
12	Einfüllöffnung	ρ	Dichte
		v	Geschwindigkeit

Claims

Reinigungsgerät (1), insbesondere Bodenreinigungsgerät, mit einer um eine Drehachse (x) rotierbaren Reinigungswalze (2) zur Bearbeitung einer zu reinigenden Fläche, wobei die Reinigungswalze (2) zumindest teilweise als flüssigkeitsdurchlässiger Hohlkörper (3) mit einem innenliegenden Flüssigkeitsraum (4) ausgebildet ist, wobei der Hohlkörper (3) Öffnungen (5) zum Austritt von Flüssigkeit (6) aus dem Flüssigkeitsraum (4) an die Oberfläche (7) des Hohlkörpers (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungswalze (2) ausgebildet ist, unterhalb einer durch ein Kräftegleichgewicht zwischen einer an der Flüssigkeit angreifenden Kapillarkraft (F_K) und Zentrifugalkraft (F_Z) bestimmten Mindestdrehzahl (n_min) einen Austritt von Flüssigkeit (6) aus dem Flüssigkeitsraum (4) zu sperren und ab Erreichen der Mindestdrehzahl (n_min) einen Austritt von Flüssigkeit (6) aus dem Flüssigkeitsraum (4) freizugeben und dass ein Kontaktwinkel (θ) zwischen der Flüssigkeit (6) und einer Innenwandung (8) der Öffnung (5) größer als 90° bis hin zu 270° ist.
Reinigungsgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (6) Wasser ist und der Hohlkörper (3) ein hydrophobes Material, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist.
Reinigungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (5) einen Durchmesser (d) von 0,5 Mikrometer bis 2 Millimeter aufweisen.
Reinigungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) unterschiedlich große Öffnungen (5) mit voneinander abweichenden Durchmessern (d) aufweist, wobei einer Öffnung (5) mit einem ersten Durchmesser (d) eine erste Mindestdrehzahl (n_min) zugeordnet ist, und wobei einer Öffnung (5) mit einem zweiten Durchmesser (d) eine zweite Mindestdrehzahl (n_min) zugeordnet ist.
Reinigungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsgerät (1) ein Trockenreinigungsgerät ist, wobei die Reinigungswalze (2) ausgebildet ist, bei einer einer Flächenbearbeitung mittels der Reinigungswalze (2) entsprechenden ersten Drehzahl (n) einen Austritt von Flüssigkeit (6) aus dem Flüssigkeitsraum (4) des Hohlkörpers (3) zu sperren und bei einer einer Selbstreinigung der Reinigungswalze (2) entsprechenden zweiten, höheren Drehzahl (n) einen Austritt von Flüssigkeit (6) aus dem Flüssigkeitsraum freizugeben.
Reinigungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsgerät (1) ein Feuchtreinigungsgerät ist, wobei die Reinigungswalze (2) ausgebildet ist, bei einer einer Flächenbearbeitung mittels der Reinigungswalze (2) entsprechenden ersten Drehzahl (n) einen Austritt einer ersten Menge von Flüssigkeit (6) aus dem Flüssigkeitsraum (4) des Hohlkörpers (3) freizugeben und bei einer einer Selbstreinigung der Reinigungswalze (2) entsprechenden, insbesondere höheren, zweiten Drehzahl (n) einen Austritt einer zweiten Menge von Flüssigkeit (6) aus dem Flüssigkeitsraum freizugeben.
Reinigungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestdrehzahl (n_min) der Reinigungswalze (2) mindestens 150 Umdrehungen/ min bis hin zu 3000 Umdrehungen/ min beträgt.
Reinigungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) mit einem Schwammkörper (9) ummantelt ist.
Reinigungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) und/oder der Schwammkörper (9) mit einem Reinigungstuch (10), insbesondere einem Mikrofasertuch, ummantelt ist.