щетка стеклоочистителя, прежде всего для стекол транспортных средств, а также способ ее изготовления

Формула изобретения

1. Щетка стеклоочистителя, прежде всего для стекол транспортных средств, имеющая по меньшей мере один держатель (12), резиновую ленту (14) и соединительное устройство (16) для крепления на рычаге (18) стеклоочистителя, при этом указанный держатель (12) представляет собой удлиненную плоскую планку, на которой закреплены резиновая лента (14) и соединительное устройство (16), отличающаяся тем, что держатель (12) имеет поперечный профиль, удовлетворяющий следующему условию:

где - означает прижимное усилие, действующее со стороны рычага (18) стеклоочистителя на щетку, или прижимное усилие, на которое была первоначально рассчитана щетка;

L - означает длину держателя (12);

Е - означает модуль упругости держателя (12);

_- означает момент инерции поперечного профиля относительно оси z, которая ортогональна привязанной к продольной протяженности держателя (12) оси s, а также ортогональна оси у.

2. Щетка по п.1, отличающаяся тем, что

3. Щетка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что держатель (12) имеет в основном прямоугольный поперечный профиль (40) в основном постоянной ширины b и в основном постоянной толщины d.

4. Щетка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что держатель (12) состоит по меньшей мере из двух отдельных планок (42, 44), а сумма значений ширины (b₁, b ₂) отдельных планок (42, 44) равняется общей ширине b держателя.

5. Щетка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что ширину b и толщину d держателя (12) подбирают таким образом, чтобы

6. Щетка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что ширину b и толщину d плоской планки подбирают таким образом, чтобы

7. Щетка стеклоочистителя, прежде всего для стекол транспортных средств, имеющая по меньшей мере один держатель (12), резиновую ленту (14) и соединительное устройство (16) для крепления на рычаге (18) стеклоочистителя, при этом указанный держатель (12) представляет собой удлиненную плоскую планку, на которой закреплены резиновая лента (14) и соединительное устройство (16), прежде всего по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что держатель (12) имеет поперечный профиль (40), который при перемещении щетки по поверхности (26) стекла поперечно ее продольной протяженности и при коэффициенте трения между поверхностью (26) стекла и резиновой лентой (14), равном примерно 1, обеспечивает боковое отклонение или изгиб по меньшей мере одного из концов держателя относительно его продольной протяженности на поверхности (26) стекла на угол <0,5°, прежде всего <0,3°.

8. Щетка стеклоочистителя, прежде всего для стекол (15) транспортных средств, имеющая по меньшей мере один удлиненный держатель (12), резиновую ленту (14) и соединительное устройство (16) для крепления на рычаге (18) стеклоочистителя, прижимающем в рабочем положении щетку (10) к стеклу (15), при этом указанный держатель (12) представляет собой удлиненную плоскую планку, на которой закреплены резиновая лента (14) и соединительное устройство (16) и которая в не прижатом рычагом (18) состоянии имеет определенную кривизну, прежде всего по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанная кривизна вдоль координатной оси (s), привязанной непосредственно к продольной протяженности держателя (12), такова, что вторая производная функции этой кривизны по указанной координатной оси (s) в основном пропорциональна распределению прижимного усилия p(s), возникающему при прижатии щетки (10) к плоскому стеклу (15), а само распределенное прижимное усилие уменьшается в сторону по меньшей мере одного конца щетки.

9. Щетка стеклоочистителя, прежде всего для стекол (15) транспортных средств, имеющая по меньшей мере один удлиненный держатель (12), резиновую ленту (14) и соединительное устройство (16) для крепления на рычаге (18) стеклоочистителя, прижимающем в рабочем положении щетку (10) к стеклу (15), при этом указанный держатель (12) представляет собой удлиненную плоскую планку, на которой закреплены резиновая лента (14) и соединительное устройство (16) и которая в не прижатом рычагом (18) состоянии имеет определенную кривизну, прежде всего по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанная кривизна вдоль координатной оси (s), привязанной непосредственно к продольной протяженности держателя (12), такова, что вторая производная функции этой кривизны по указанной координатной оси (s) за вычетом второй производной функции кривизны стекла (15) уменьшается от среднего участка (40) в сторону концов щетки.

10. Щетка по п.9, отличающаяся тем, что средний участок (40) является местом расположения соединительного устройства (16).

11. Щетка стеклоочистителя, прежде всего для стекол (15) транспортных средств, имеющая по меньшей мере один удлиненный держатель (12), резиновую ленту (14) и соединительное устройство (16) для крепления на рычаге (18) стеклоочистителя, прижимающем в рабочем положении щетку (10) к стеклу (15), при этом указанный держатель (12) представляет собой удлиненную плоскую планку, на которой закреплены резиновая лента (14) и соединительное устройство (16) и которая в не прижатом рычагом (18) состоянии имеет определенную кривизну, прежде всего по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанная кривизна вдоль координатной оси (s), привязанной непосредственно к продольной протяженности держателя (12), обеспечивает такое распределение прижимного усилия p(s) у прижатой к плоскому стеклу (15) щетки (10), при котором его величина на участке (40), расположенном примерно по середине между центром и концом щетки (10), выше, чем у ее конца.

12. Щетка стеклоочистителя, прежде всего для стекол (15) транспортных средств, имеющая по меньшей мере один удлиненный держатель (12), резиновую ленту (14) и соединительное устройство (16) для крепления на рычаге (18) стеклоочистителя, прижимающем в рабочем положении щетку (10) к стеклу (15), при этом указанный держатель (12) представляет собой удлиненную плоскую планку, на которой закреплены резиновая лента (14) и соединительное устройство (16) и которая в не прижатом рычагом (18) состоянии имеет определенную кривизну, прежде всего по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанная кривизна вдоль координатной оси (s), привязанной непосредственно к продольной протяженности держателя (12), обеспечивает такое распределение прижимного усилия p(s) у прижатой к очищаемому стеклу (15) щетки (10), при котором его величина на участке (40), расположенном примерно по середине между центром и концом щетки (10), выше, чем у ее конца.

13. Способ изготовления щетки стеклоочистителя по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что определяют необходимую для очищаемого стекла длину L и согласованное прижимное усилие определяют ширину b и толщину d, определяют кривизну K(s), изгибают держатель, соединяют держатель, резиновую ленту и соединительное устройство.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что с помощью опытных данных определяют длину L и параметры поперечного профиля, прежде всего его ширину b и толщину d, также с помощью опытных данных задают величину прижимного усилия соответственно распределенного прижимного усилия р для плоского стекла, обеспечивающую высокое качество очистки стекла, измеряют кривизну К_стекла стекла, дважды дифференцируют эту кривизну К_стекла стекла, по изменяющейся вместе с этой кривизной координатной оси s, находят вторую производную функции кривизны K(s) держателя, используя вышеприведенное соотношение, путем двукратного интегрирования находят требуемое изменение кривизны K(s) держателя.

Описание изобретения к патенту

Уровень техники

У щетки стеклоочистителя указанного в ограничительной части п.1 формулы изобретения типа ее держатель должен обеспечивать заданное распределение создаваемого рычагом стеклоочистителя усилия прижатия щетки к стеклу, называемого также прижимным усилием, по всему сектору очистки. Благодаря наличию у не нагруженного прижимным усилием держателя, т.е. в положении, в котором щетка не прилегает к стеклу, соответствующей кривизны или изгиба концы резиновой ленты, которая в рабочем положении щетки полностью прилегает к стеклу, поджимаются к этому стеклу за счет возникающего в упругом держателе в этом положении напряжения даже в том случае, когда радиус кривизны сферически изогнутых стекол транспортных средств меняется по ходу движения щетки. Поэтому кривизна щетки должна несколько превышать максимальную кривизну очищаемого стекла, измеренную в секторе очистки. Таким образом, держатель заменяет сложную конструкцию с дугообразным несущим корпусом или каркасом и двумя расположенными в ленте щетки пружинными планками, широко используемую в обычных щетках стеклоочистителя (DE-OS 1505357).

Настоящее изобретение относится к щетке стеклоочистителя согласно ограничительным частям независимых пунктов формулы изобретения. С целью обеспечить максимально равномерное прижатие щетки по всей ее длине к плоскому стеклу у известной щетки подобного типа (DE-PS 1247161) в качестве решения этой проблемы предусмотрено несколько конструктивных вариантов выполнения держателя.

У другой известной щетки такого типа (ЕР 0528643 В1) для достижения равномерного ее прижатия к сферически изогнутым стеклам прижимное усилие на обоих концевых участках существенно увеличивается при прижатии щетки к плоскому стеклу.

Однако равномерное распределение прижимного усилия по всей длине щетки, к чему стремятся в обоих вышерассмотренных случаях, приводит при изменении щеткой направления ее хода на обратное к скачкообразной смене рабочей кромкой, относящейся к щетке и непосредственно очищающей стекло, наклона в одну сторону на наклон в другую сторону по всей ее длине. Такое наклонное положение рабочей кромки относительно стекла является необходимым условием эффективной и бесшумной работы стеклоочистителя. Вместе с тем скачкообразное изменение рабочей кромкой наклона в одну сторону на наклон в другую сторону, что неизбежно сопровождается приподнятием и опусканием щетки, создает нежелательный стук. Еще одна проблема заключается в согласовании упругости держателя, т.е. возникающего в нем напряжения, с требуемым распределением прижимного усилия, варьирующимся для различных сферически изогнутых стекол.

В заявке ЕР 0594451 описаны щетки с держателями, выполненными в виде упругих планок (плоских балок) переменного профиля, угол бокового отклонения или изгиба которых при приложении к ним некоторого контрольного усилия не должен превышать определенных пределов. С этой целью с использованием исключительно сложной взаимозависимости внутренних параметров, применяемых для расчета этих пружинных планок, задается некоторая величина, которая не должна превышать определенного предельного значения. Получить полную информацию о фактически применяемых параметрах на основании приведенного в указанной заявке уравнения достаточно сложно. Остальные, приведенные в этой заявке данные, относятся к не прижатой к стеклу щетке, и поэтому сделать вывод о качестве работы щетки, по существу, невозможно.

Кроме того, использовать на практике технические решения, известные из уровня техники, достаточно затруднительно, поскольку имеющиеся параметры невозможно применить непосредственно к вновь разрабатываемым щеткам.

Преимущества изобретения

Преимущество предлагаемой согласно изобретению щетки стеклоочистителя с отличительными признаками главного пункта формулы изобретения заключается в достижении исключительно высокого качества очистки стекла, в частности за счет устранения эффекта дрожания или скачкообразного характера движения щетки по стеклу. Такой результат удалось получить на основании того факта, что для предотвращения указанного скачкообразного характера движения у прижатой щетки необходимо учитывать главным образом угол бокового отклонения или изгиба и в меньшей степени абсолютное отставание, т.е. абсолютную величину отклонения концов щетки под нагрузкой. В соответствии с этим щетку стеклоочистителя предпочтительно конструировать таким образом, чтобы угол бокового отклонения или изгиба движущихся при работе с отставанием концов щетки не превышал определенной величины. На основании найденной величины этого угла можно затем определить важные характерные параметры щетки, которые связаны между собой простым математическим отношением, которое не должно превышать верхнего предела, равного 0,009. Такое отношение и указанный верхний предел позволяют исключительно простым путем рассчитывать поперечный профиль держателя, обеспечивающий высокое качество очистки стекла. Так, в частности, благодаря использованию подобных расчетов значительно упрощается разработка и изготовление щеток с постоянным по всей длине поперечным сечением.

Предпочтительные варианты выполнения предлагаемой в изобретении щетки стеклоочистителя представлены в остальных пунктах формулы изобретения.

Качество очистки стекла дополнительно повышается в том случае, когда отношение произведения прижимного усилия и квадрата длины к произведению модуля упругости держателя, умноженному на 48, и момента инерции I_ZZ не превышает верхнего предела, равного 0,005.

Наиболее эффективными в применении являются профили прямоугольного сечения, которые имеют по длине щетки в основном постоянную ширину и в основном постоянную толщину. Держатель при этом может быть выполнен из отдельных планок, которые расположены рядом друг с другом или друг над другом и суммарная ширина, соответственно суммарная толщина которых равняется соответственно общей ширине и/или общей толщине держателя. У профиля подобного прямоугольного сечения момент инерции может составлять I _ZZ=d·b³/12, где d и b соответственно означают общую толщину и общую ширину. Таким путем получают математическое отношение, которым очень легко оперировать и с помощью которого можно оптимизировать держатель щеток в том случае, когда это отношение не превышает указанные верхние пределы, составляющие 0,009, прежде всего 0,005.

При использовании же для изготовления держателя главным образом профилей более сложного сечения, например изменяющегося по длине щетки или имеющего ступенчатую структуру и т.п., высокое качество очистки тем не менее может быть обеспечено и в этом случае, если учитывать при расчетах, что угол бокового отклонения или изгиба в процессе работы щетки не должен превышать 0,5°, прежде всего 0,3°. Указанные данные справедливы для среднего коэффициента трения =1, при этом при более высоком или низком коэффициенте трения эти значения необходимо увеличивать, соответственно уменьшать.

Под углом бокового отклонения или изгиба понимается угол, под которым касательная к концу держателя пересекает ось, проходящую в направлении продольной протяженности этого держателя. В первом приближении под таким углом можно понимать также угол, заключенный между осью, проходящей в направлении продольной протяженности держателя, и прямой, проходящей через точку приложения силы рычага стеклоочистителя к держателю и конец последнего.

Исключительно высокое качество очистки достигается при определенном отношении ширины b и толщины d к общей длине держателя. Так, в частности, произведение ширины и квадрата толщины не должно превышать 40-кратного квадрата длины и быть меньше 20-кратного квадрата длины держателя. Значения ширины и/или толщины составных держателей складывают, получая суммарные значения ширины, соответственно толщины, которые необходимо учитывать в последующих расчетах.

Преимущество предлагаемой в изобретении щетки с отличительными признаками по п.10 формулы заключается в том, что переменным является только параметр, используемый для регулирования уменьшающейся к концам щетки величины распределенного прижимного усилия. Кривизну, соответственно характер изменения кривизны вдоль держателя, можно предварительно задавать в гибко программируемых системах управления гибочными машинами. Благодаря этому создается возможность быстро и без больших затрат выпускать небольшие опытные партии с целью оптимизации распределения прижимного усилия, а тем самым и характера изменения кривизны. Предпочтительно, в частности, чтобы координатная ось, описывающая характер изменения кривизны, проходила вдоль держателя, соответственно была привязана к его продольной протяженности. Благодаря этому удается избежать сложных вычислений, связанных с пересчетом значений в прямоугольную систему координат, где каждое изменение положения координаты х влечет за собой смещение последующих "значений х".

Математическая зависимость между второй производной функции кривизны по связанной с ней координатной оси и характером изменения прижимного усилия по связанной с ним координатной оси приобретает наиболее простой вид, если модуль упругости материала держателя, а также момент инерции сечения держателя по его длине остаются постоянными. В этом случае при заданном распределении прижимного усилия путем двукратного интегрирования или же путем численных вычислений можно непосредственно рассчитать параметры кривизны.

Оптимальное соответствие подобной щетки даже стеклам с более сложным характером изменения кривизны можно обеспечить путем вычитания параметров кривизны стекла из параметров кривизны держателя, соответственно второй производной функции кривизны стекла из второй производной функции кривизны держателя. В этом случае распределение прижимного усилия можно задать в том виде, в каком его целесообразно иметь для щетки, прижимаемой к плоскому стеклу. Разность двух производных соответствующих функций кривизны и при таком подходе будет снова пропорциональна этому распределению прижимного усилия.

Предлагаемая в изобретении щетка стеклоочистителя с отличительными признаками п.15 формулы изобретения отличается тем, что она позволяет достичь исключительно высокого качества очистки в среднем для различных типов стекол, не требуя согласования к конкретному типу стекла. Представленные в этом пункте очень простые в реализации меры обеспечивают соответствие распределения прижимного усилия предъявляемым требованиям в абсолютном большинстве случаев. Указанные базовые точки позволяют с достаточной точностью определить по ним характер изменения кривизны, который необходимо соблюдать.

Дополнительно оптимизировать щетку стеклоочистителя по п.15 позволяют меры, представленные в п.16. Даже при более сложной кривизне стекла задание в определенных базовых точках значений распределенного прижимного усилия также позволяет повысить качество очистки. Вместе с тем существует возможность разрабатывать конструкцию щетки и без сложных вычислений. В принципе кривизну держателя можно определять предварительно и оптимизировать ее проведением простых экспериментов. Высокое качество очистки обеспечивается до тех пор, пока соблюдается условие, согласно которому распределенное прижимное усилие у прижатой к очищаемому стеклу щетки на участке, расположенном примерно по середине между центром и концом щетки, выше, чем у ее конца.

В предлагаемом в изобретении способе изготовления подобной щетки стеклоочистителя отдельные параметры подбирают согласно предлагаемому в изобретении техническому решению и держатель предварительно изгибают таким образом, чтобы его кривизна удовлетворяла по меньшей мере одному из вышеуказанных требований. При этом наиболее предпочтительно сначала подвергать держатель гибке, а затем собирать его с резиновой лентой и соединительным устройством. Однако с держателем можно также сначала соединить соединительное устройство и лишь затем закрепить на нем резиновую ленту.

На прилагаемых к описанию чертежах показано:

на фиг.1 - изображение в перспективе прилегающей к стеклу щетки стеклоочистителя, соединенной с прижимающим ее к стеклу рычагом,

на фиг.2 - схематичное изображение в виде сбоку касающейся стекла, но не прижатой к нему полностью щетки, показанной по сравнению с фиг.1 в уменьшенном масштабе,

на фиг.3 - разрез щетки плоскостью III-III по фиг.1 в увеличенном масштабе,

на фиг.4 и 5 - различные варианты выполнения щетки по фиг.3,

на фиг.6 и 7 - выполненная по другому варианту щетка с изображением системы координат,

на фиг.8 и 9 - рассчитанные и измеренные значения распределенного по длине щетки прижимного усилия и

на фиг.10 - схематичное изображение в виде сбоку и без соблюдения масштаба, относящегося к щетке держателя.

Описание примера выполнения изобретения

Показанная на фиг.1 щетка 10 стеклоочистителя имеет называемый также плоской планкой (или плоской балкой) удлиненный упругий держатель 12 для резиновой ленты 14 щетки, отдельно изображенный на фиг.10. Как показано на фиг.1, 3 и 4, у соединенных друг с другом держателя 12 и резиновой ленты 14 их продольные оси проходят параллельно друг другу. С обратной показанному на фиг.1 штрихпунктирной линией очищаемому стеклу 15 верхней стороны держателя 12 расположено в качестве соединительного устройства крепежное приспособление 16, с помощью которого щетку 10 можно съемно закрепить на соответствующем рычаге 18, установленном на кузове транспортного средства и соединенном с приводом стеклоочистителя. С обращенной к стеклу 15 нижней стороны держателя 12 расположена продольно удлиненная упругая резиновая лента 14, обычно называемая просто резинкой щетки.

На свободном конце 20 рычага 18 сформирован крючок, который служит сопряженным крепежным приспособлением и который охватывает относящийся к крепежному приспособлению 16 щетки 10 шарнирный палец 22. Функцию стопора, обеспечивающего надежное соединение щетки 10 с рычагом 18, выполняет не показанное подробно на чертеже известное стопорное приспособление, выполненное в виде переходника.

Рычаг 18, а тем самым и его загнутый в виде крючка конец (крючковый конец) 20 поджимаются в направлении стрелки 24 к очищаемому стеклу 15, поверхность которого показана на фиг.1 и 2 штрихпунктирной линией 26. Под действием прижимного усилия F_wf (стрелка 24) щетка 10 прижимается по всей ее длине к поверхности 26 очищаемого стекла 15.

Поскольку штрихпунктирной линией 26 на фиг.2 обозначена максимальная кривизна поверхности стекла в секторе его очистки щеткой, на чертеже наглядно видно, что кривизна, соответственно изгиб щетки 10, еще не прижатой к этому стеклу, а только прилегающей к нему обоими своими концами, больше максимальной кривизны сферически изогнутого стекла 15. Под действием прижимного усилия F_wf (стрелка 24) щетка 10 по всей своей длине прилегает имеющейся у резиновой ленты 14 рабочей кромкой 28 к поверхности 26 стекла. При этом в выполненном в виде полосы упругом держателе 12 возникает напряжение, благодаря которому обеспечивается надлежащее прилегание резиновой ленты 14, соответственно рабочей кромки 28, по всей ее длине к стеклу 15 транспортного средства. При работе стеклоочистителя рычаг 18 перемещает щетку 10 поперечно ее продольной протяженности по стеклу 15. Направление подобного очищающего или рабочего движения обозначено на фиг.1 двунаправленной стрелкой 29.

Ниже более подробно рассмотрены особенности конструкции предлагаемой в изобретении щетки стеклоочистителя. Как показано без соблюдения масштаба на фиг.3, резиновая лента или резинка 14 щетки расположена на нижней, обращенной к стеклу 15 поверхности держателя 12. На некотором расстоянии от держателя 12 резинка 14 сужена с обеих ее продольных сторон в виде шейки таким образом, что на ее центральном продольном участке остается образуемая этой шейкой гибкая перемычка 30, которая проходит по всей длине резинки 14. Эта гибкая перемычка 30 переходит в рабочую кромку 28, имеющую в сечении в основном клиновидную форму. Под действием прижимного усилия (стрелка 24) щетка, соответственно ее рабочая кромка 28, прижимается к очищаемой поверхности 26 стекла 15, при этом в результате трения, возникающего при перемещении щетки по поверхности стекла в одном или другом направлении, из которых на фиг.3 конкретно указано одно из этих двух направлений, совершаемых щеткой в противоположные стороны перемещений (двунаправленная стрелка 29) и которое обозначено стрелкой 32, эта кромка отклоняется в одно из так называемых наклонных (ведомых или "волочильных") положений, в котором эта рабочая кромка по всей своей длине упирается в закрепленную на держателе 12 часть резинки 14. Этот упорный участок, который на фиг.3 обозначен стрелкой 34, сохраняется постоянно на всем ходе щетки в зависимости от конкретного направления ее движения (двунаправленная стрелка 29, соответственно стрелка 32) и образуется в каждом случае задней по отношению к конкретному направлению движения щетки верхним краем рабочей кромки 28, в результате чего последняя постоянно перемещается по стеклу в наклонном (ведомом) положении. Такое наклонное положение рабочей кромки необходимо для эффективной и бесшумной работы стеклоочистителя. Смена наклонного положения рабочей кромки на противоположное происходит в так называемом положении реверсирования щетки 10, в котором направление ее движения (двунаправленная стрелка 29) изменяется на противоположное. При этом щетка в положении реверсирования совершает перемещение вверх и вниз относительно стекла, что обусловлено сменой наклона рабочей кромки 28 на противоположный. Перемещение вверх происходит в направлении, противоположном стрелке 24, а тем самым и против действующего на щетку прижимного усилия. При движении щетки в другом направлении, противоположном стрелке 32, возникает картина, зеркально-симметричная изображенной на фиг.3.

На фиг.4 в увеличенном по сравнению с изображением щетки на фиг.1 масштабе показан ее поперечный профиль 40 с прямоугольной в сечении поверхностью шириной b и толщиной d. Кроме того, над держателем 12 изображена система координат. На фиг.6 в качестве третьей оси координат показана изменяющаяся вместе с кривизной или изгибом держателя 12, соответственно привязанная к его продольной протяженности криволинейная ось s, к которой ортогонально ориентированы координатные оси у и z.

Таким образом, при прижатии щетки 10 прежде всего рычагом 18 к поверхности 26 стекла с усилием F_wf (стрелка 24) это усилие распределяется по определенному закону p(s), что приводит к появлению момента M(s), который максимален в центре держателя 12. При оптимальном для работы щетки постоянном распределении прижимного усилия

соответствующий момент равен

и, следовательно,

Для убывающего в направлении к концам распределенного прижимного усилия, что наиболее целесообразно прежде всего для мягкого перевода рабочей кромки щетки в другое наклонное положение, момент M(s) по всей ее длине несколько меньше момента, рассчитанного для постоянного распределения усилия:

Если же исходить из того, что коэффициент трения для сухого стекла примерно равен 1, то при работе стеклоочистителя боковой момент равен изгибающему моменту M(s), что следует прежде всего из заданного закона распределения усилия p(s).

На основании величины бокового изгибающего момента можно определить угол бокового отклонения или изгиба щетки, вычисляемый путем интегрирования величин бокового изгиба в отдельных точках на участке от точки приложения силы рычага стеклоочистителя к щетке до ее конца. При расположении крепежного приспособления 16 по середине щетки угол ее бокового изгиба вычисляется по следующей формуле:

С учетом зависимости момента для постоянного (равномерного) распределения прижимного усилия можно получить простую оценку угла :

Путем интегрирования получают

В основу изобретения положен в частности тот факт, что высокое качество очистки стекол, главным образом за счет исключения дрожания или вибрации щетки при ее перемещении по стеклу достигается в том случае, когда угол не превышает 0,05° (= 0,009 рад), прежде всего 0,3° (= 0,005 рад). Благодаря этому можно получить простое соотношение между величиной прижимного усилия и геометрическими параметрами щетки, согласно которому

прежде всего <0,005.

В случае наиболее часто используемого прямоугольного профиля 40, показанного на фиг.3, момент инерции определяется следующим выражением:

где

d означает толщину держателя,

b означает ширину держателя.

Следовательно, ширину b и толщину d следует подбирать таким образом, чтобы выполнялось следующее условие:

прежде всего <0,005.

Если, как показано на фиг.5, держатель 12 состоит из двух отдельных упругих планок 42 и 44, то с учетом сказанного выше за ширину b в первом приближении можно принять сумму значений ширины b₁ и b₂ отдельных планок: b=b₁+b₂. Такое условие позволяет получать для подобных систем простые соотношения между шириной и толщиной держателя.

При использовании профиля непрямоугольного сечения необходимо определять момент инерции I_ZZ и соответствующим образом учитывать его в вышеприведенных соотношениях. Равным образом в вышеприведенных выкладках необходимо соответствующим образом учитывать и изменения поперечного сечения по длине щетки или расположение точки приложения силы рычага к щетке вне ее центра.

С целью обеспечить максимально бесшумный и плавный переход рабочей кромки 28 из одного ее наклонного положения в другое параметры держателя 12, служащего для распределения прижимного усилия (стрелка 24), рассчитывают таким образом, чтобы усилие, под действием которого резинка 14, соответственно рабочая кромка 28, прижимается к поверхности 26 стекла, было на ее среднем участке 36 (фиг.10) больше, чем по меньшей мере на одном из двух ее концевых участков 38.

Прижимное усилие распределяется по длине держателя в зависимости от различных его параметров, таких, например, как поперечный профиль, изменение формы поперечного сечения по длине держателя или же изменение радиуса R(s) держателя по его длине. Поэтому оптимизация держателя с целью обеспечить по его длине распределение прижимного усилия по заданному закону p(s) является очень сложной задачей. В основу изобретения был положен тот факт, что для держателя с практически неизменным по его длине поперечным сечением, прежде всего прямоугольным, распределение прижимного усилия p(s) можно задавать путем задания кривизны К вдоль координатной оси s, которая проходит вдоль держателя. Кривизна K(s) обратна пропорциональна радиусу, являющемуся функцией координаты на оси s:

У держателя существует зависимость между изгибающим моментом М, радиусом R держателя, его модулем упругости Е, а также действующим в конкретной точке моментом I инерции сечения (моментом второго порядка). Эта зависимость становится наиболее простой, когда она привязана к связанной с продольной протяженностью держателя координатной осью s:

Двукратное дифференцирование в точке s позволяет получить следующее соотношение:

Поскольку вторая производная функции изгибающего момента М по привязанной к продольной протяженности держателя координатной оси s равна величине распределенного прижимного усилия р вдоль оси s, возникающего при прижатии держателя к плоскому стеклу, вторая производная функции кривизны К по привязанной к продольной протяженности держателя координатной оси s с точностью до некоторой константы согласуется с этой величиной распределенного прижимного усилия р на плоском стекле. Эта константа зависит от модуля упругости Е, а также от момента I инерции сечения, определить который в свою очередь достаточно просто в том случае, когда сечение имеет прямоугольную форму. При заданном, убывающем в направлении к концу щетки распределенном прижимном усилии р через него путем вычислений или простых экспериментов можно определить изменение кривизны K(s) по длине держателя. В результате специалист может простым путем спроектировать держатель соответствующей внешней формы, а тем самым и определить параметры этого держателя, необходимые для его изготовления.

С целью учесть конкретную форму того стекла, для которого предназначена щетка, в приведенное выше уравнение следует внести соответствующую поправку, учитывающую отклонение формы стекла от плоского, добавив вторую производную функции кривизны стекла K_стекла по координатной оси s к заданной для плоского стекла и убывающей в сторону конца щетки величины распределенного прижимного усилия р по координатной оси s, деленной на модуль упругости Е и момент I инерции сечения:

Эта зависимость также позволяет специалисту простым путем рассчитать конструктивные параметры держателя щетки, предназначенного для стекла определенной формы, для чего необходимо:

- определить с помощью опытных данных длину L и параметры поперечного профиля, прежде всего его ширину b и толщину d,

- задать, также с помощью опытных данных, величину прижимного усилия F_wf , соответственно распределенного прижимного усилия р для плоского стекла, обеспечивающую высокое качество очистки стекла,

- измерить кривизну К_стекла стекла,

- дважды продифференцировать эту кривизну K_стекла стекла по изменяющейся вместе с этой кривизной координатной оси s,

- найти вторую производную функции кривизны K(s) держателя, используя вышеприведенное соотношение,

- путем двукратного интегрирования найти требуемое изменение кривизны K(s) держателя.

Было установлено, что высокое качество очистки стекла может быть достигнуто в том случае, когда кривизна К вдоль привязанной к продольной протяженности держателя координатной оси s обеспечивает такое распределение прижимного усилия у прижатой к плоскому стеклу щетки, при котором его величина на участке, расположенном примерно по середине между центром и концом щетки, выше, чем у ее конца. На фиг.8 и 9 этот участок 40 показан для одной стороны. В основу изобретения был положен тот факт, что изменение в распределении прижимного усилия р на участке 40 имеет меньшее значение, чем отношение величины распределенного прижимного усилия р на этом участке 40 к величине распределенного прижимного усилия р на концах щетки. На фиг.8 и 9 соответственно горизонтальная ось соответствует общей длине L щетки, при этом крепежное приспособление 16 расположено в центре щетки, в результате чего расстояние до концов щетки составляет 0,50L.

Исключительно высокое качество очистки стекол достигается в том случае, когда кривизна К вдоль координатной оси s, привязанной непосредственно к продольной протяженности держателя 12, обеспечивает такое распределение прижимного усилия р у прижатой к очищаемому стеклу щетки, при котором его величина на участке примерно по середине между центром и концом щетки выше, чем у ее конца. Учет конкретной формы стекла, для которого предназначена щетка, хотя и ограничивает ее универсальную пригодность для любых стекол, тем не менее обеспечивает оптимальное качество очистки стекол данной формы.

На фиг.10 показана возможная кривизна К держателя 12, которая позволяет обеспечить такое распределение прижимного усилия р рабочей кромки 28 к стеклу 15, при котором его величина уменьшается в сторону конца щетки. У этого упругого держателя 12, вогнутый прогиб которого относительно стекла в не прижатом к нему положении больше кривизны этого стекла в захватываемом щеткой секторе очистки, его кривизна К такова, что на среднем участке 36 этот держатель 12 изогнут сильнее, чем на его концевых участках 38.

Уменьшение прижимного усилия рабочей кромки 28 к поверхности 26 стекла на участке одного из или обоих концов щетки позволяет исключить скачкообразный переход или перескакивание этой рабочей кромки 28 из одного наклонного положения в другое. Более того, у предлагаемой в изобретении щетки рабочая кромка сравнительно плавно переходит в другое наклонное положение благодаря тому, что наклон этой рабочей кромки изменяется на противоположный не сразу по всей длине щетки, а происходит постепенно, начиная от конца щетки и далее к середине рабочей кромки, соответственно к другому ее концу. На фиг.3 в сочетании с фиг.1 видно, что даже у сферически изогнутых стекол прижатые к стеклу с меньшим усилием концевые участки рабочей кромки 28 все еще достаточно эффективно прилегают к поверхности стекла.

Общим для всех вариантов выполнения является то, что прижимное усилие (стрелка 24) резинки 14 к стеклу 15 на ее среднем участке 36 больше, чем по меньшей мере на одном из двух ее концевых участков 38. Сказанное справедливо и в том случае, когда, в отличие от показанной на чертежах щетки 10 с цельным держателем 12, изображенным в виде пружинной планки, подобный держатель выполнен из нескольких частей. Вместе с тем при определенных условиях может оказаться необходимым задавать и иное распределение прижимного усилия. Однако и в этих случаях, используя вышеприведенные зависимости, можно разрабатывать щетки, позволяющие достичь исключительно высокого качества очистки стекол.

При изготовлении щетки стеклоочистителя предлагаемым в изобретении способом сначала, как уже было указано выше, определяют контур и кривизну К, а затем собирают держатель 12 с резинкой 14 щетки и крепежным приспособлением 16. Если держатель состоит из двух параллельных планок, то их предпочтительно сначала совместно, т.е. расположив рядом друг с другом, подвергать предварительной гибке, что позволяет придать щетке симметричную, а тем самым и устойчивую к скручивающим усилиям структуру. Затем во избежание их случайного разделения обе части держателя вместе подвергают дальнейшей обработке в ходе технологического процесса. После гибки держателя сначала либо на нем закрепляют, например приклеиванием или вулканизацией, резинку щетки, либо главным образом у состоящего из двух частей держателя эти части вставляют в продольные пазы резинки, а затем устанавливают крепежное приспособление. Если крепежное приспособление соединяют с держателем, в частности, сваркой, то во избежание термического повреждения резинки ее следует крепить к держателю после сварки.