复合支撑杆的制作方法
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本申请要求于2017年3月1日提交的序列号为2017900689的澳大利亚临时专利申请的优先权，该申请的公开内容将被并入本说明书中。
本实用新型总体上涉及由复合材料形成的支撑构件。更具体地，本实用新型涉及在一个示例中可以用于窗户清洁的复合支撑杆。本实用新型已经被开发成用于在对加高的窗户进行头顶上方的清洁中使用，并且下文中在该示例性应用的背景下描述本实用新型将是方便的。然而，应当理解的是，本实用新型不限于该应用并且可以在例如涂漆、总体表面清洁、景观美化、录音/录像或者木工的其他应用中用于支撑高于头顶的装置或载荷。
背景技术：
对本实用新型的背景的以下论述意在促进对本实用新型的理解。然而，应当理解的是，该论述不是认可或承认所提及的任何材料在本申请的优先权日时已公布、已知或者是公知常识的一部分。
对高窗户或加高成超过地面层的窗户的清洁可能是有问题的。虽然梯子或加高平台、比如独立式脚手架或悬挂式脚手架的使用提供了对加高窗户的触及，但是这些装置可能伴随有安全问题并且还可能是昂贵的且可能需要延长的安装时间。因此，这些装置在许多情况下是不合适的。
由于以上原因，已经开发了有助于从窗户下方的方便距离、通常从地面层经济、安全且有效地执行对加高的高于头顶的窗户的清洁的支撑杆。在需要增加的杆长度的情况下，多个杆通常以伸缩布置连接以形成允许方便地调节总的杆长度的延伸杆。常规的窗户清洁杆历史上由管状的铝形成并且经由延伸该杆的长度的软管被供水，从而允许位于杆的自由端部处的清洁元件保持湿润并且允许在清洁过程期间将冲洗水供应施加至窗户。
除了要求窗户清洁杆足够坚固且坚硬以抵抗由重力施加的载荷之外，还需要杆在连接至杆的自由端部的清洁元件压靠高于头顶的窗户时是足够坚固和坚硬的。在窗户清洁应用中，由操作者施加至杆的载荷(该载荷被窗户抵抗)通常大于由重力施加的载荷。因此，支撑杆必须不仅能够抵抗由重力施加的弯曲载荷，而且还能够抵抗在将清洁元件压靠窗户时由操作者施加的弯曲载荷，由操作者施加的弯曲载荷通常将沿由重力施加的弯曲载荷的相反方向施加。
虽然期望生产能够达到增加的高度的较长的杆，但是杆长度受到适合于安全且有效的手动操作的最大重量的限制。以杆强度为代价，可以通过减小杆直径或杆壁厚度来减小杆重量。然而，杆需要规定的最小杆强度以支撑清洁元件、水供应件和杆自身的高于头顶的重量。在这方面，最大杆长度基本上取决于杆强度与杆重量之间的折衷。
为此，已经开发了由比如碳纤维的复合材料形成的管状支撑杆，该管状支撑杆与铝相比具有改进的强度-重量比。这些改进允许开发便于对高达五层楼并且有时甚至更高的窗户进行地面层清洁的窗户清洁杆。
尽管有这些进步，但仍期望提供一种能够安全地达到更高高度的新的且替代性的支撑杆。此外，现有的高性能支撑杆因其中复合材料的体积相对高而通常是昂贵的。因此，还期望提供一种能够实现至少与现有的高性能(即高长度)支撑杆等同的高度但是处于降低的生产成本的改进的支撑杆。
在转向对本实用新型的概述之前，提供对将用于限定本实用新型的各个部分的空间关系的一些术语的解释是有用的。在这方面，贯穿本说明书的空间参照总体上将基于由站立在地面上并将杆的自由端部朝向窗户定向的操作者手动握持的窗户清洁杆。虽然为了方便而使用术语“地面”，但是该术语将被理解为指的是操作者站立的表面，该表面在某些情况下、比如当操作者站立在脚手架上时可以是加高平台。以该环境为基础，总体上将参照地面来理解比如“上”、“向上”、“顶侧”、“下”、“向下”和“下侧”的术语。类似地，将理解的是，支撑杆总是具有与杆的长度平行的纵向轴线和垂直于该纵向轴线的横向轴线。术语“复合支撑杆”通常也将被理解为指的是由复合材料形成的支撑杆。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种复合支撑杆，该复合支撑杆用于在该复合支撑杆的自由端部处支撑高于头顶的载荷，该支撑杆包括适用于清洁高于头顶的表面的清洁杆，并且该支撑杆包括由复合材料形成的至少一个复合支撑构件，支撑构件包括：
拉伸壁，该拉伸壁用于在使用中承受拉伸载荷，拉伸壁形成为具有圆弧的筒形部段，该圆弧限定拉伸壁弧长；
压缩壁，该压缩壁与拉伸壁相对，该压缩壁用于在使用中承受压缩载荷，压缩壁形成为具有圆弧的筒形部段，该圆弧限定比拉伸壁弧长大的压缩壁弧长，并且压缩壁弧长与拉伸壁弧长的比率介于3:1与1.5:1之间；以及
相对的一对侧壁，该一对侧壁在拉伸壁与压缩壁之间延伸，侧壁是平坦的或者具有比拉伸壁和压缩壁的曲率小的曲率。
本实用新型提供了一种新颖的复合支撑杆，该复合支撑杆能够在该复合支撑杆的自由端部处支撑载荷的同时改进性能。举例来说，本实用新型可以用于支撑加高的清洁元件、比如窗户清洁刮擦器，以便于清洁加高的清洁表面、比如建筑物墙壁或窗户。根据本实用新型的支撑杆还可以用于支撑涂漆应用中的涂料辊子、视听记录应用中的麦克风或照相机。其他应用包括支撑木工应用中的动力工具或者景观美化应用中的切割设备比如绿篱修剪机或链锯。本实用新型还可以适用于期望在杆的自由端部处支撑载荷的任何其他应用。
在上述示例性应用中的任何示例性应用中，将理解的是，载荷施加至支撑杆，这产生了由支撑杆的拉伸壁和压缩壁抵抗的弯曲力。在由作用在载荷的质量上并且作用在杆的质量上的重力施加载荷的应用中，载荷将是总体上向下的，并且因此支撑杆的拉伸壁将位于支撑杆的顶侧，同时压缩壁位于支撑杆的下侧。相反，在窗户清洁的特定应用中，支撑杆的自由端部压靠高于头顶的窗户，使得杆的顶侧承受压缩载荷并且杆的下侧承受拉伸载荷。该载荷分布在操作者从窗户移除窗户清洁元件时将由于作为主要力的重力而反转。然而，如上所述，由操作者施加至杆的弯曲载荷将通常大于重力的弯曲载荷，并且因此需要将窗户清洁杆设计成适应在清洁操作期间施加的特定载荷而不是由重力施加的载荷。
在设计支撑杆以承受由窗户施加的阻力载荷时或者在设计纯粹用于支撑高于头顶的重物(即抵抗重力)的杆时，要施加至杆的最大预期力通常是单向的并且通常是已知的。因此，对于给定的应用可以识别壁中的哪个壁将承受压缩载荷以及哪个壁将承受拉伸载荷。有利地，本实用新型认识到单向载荷分布并且考虑到复合材料的材料特性而优化了复合材料的分配。
具体地，本实用新型通过提供具有比拉伸壁大的弧长的压缩壁而有利地优化了材料分布。在这方面，本实用新型考虑到复合材料在拉伸载荷作用下时与在压缩载荷下作用时相比具有显著更高的强度而在杆的拉伸侧部处提供复合材料的减少。因此，本实用新型相对于拉伸侧部处所需的材料分布而言在杆的压缩侧部处分配了额外的复合材料，拉伸侧部处的材料分布随着总的杆质量的相应减小而减小。就此而言，根据本实用新型的支撑杆的横截面限定承载轮廓，该承载轮廓针对在清洁过程期间由窗户对杆施加的单向载荷而优化。
举例来说，在预期施加至杆的最大载荷是在将清洁元件压靠窗户时由操作者施加的窗户清洁应用期间，操作者将使杆定向成使得杆的拉伸侧部或较窄侧部朝向窗户(即大体向下)并且杆的压缩侧部或较宽侧部背离窗户(即大体向上)。以这种方式，支撑杆构造成抵抗其预期要经受的最大载荷。将理解的是，面向下的拉伸壁通常还将在清洁元件与窗户之间发生接触之前和之后经受由重力施加的压缩载荷。然而，如上所述，由重力施加的载荷通常小于在清洁元件与窗户之间的抵接期间施加至杆的载荷，并且因此，在窗户清洁应用期间，支撑杆将以这种方式定向，以适应最大载荷。在支撑杆连接至涂料辊、链锯、绿篱修剪机等以及可能需要操作者向下按压靠着高于头顶的物体的杆的任何其他应用的情况下，这种取向(即，较宽侧部面向上)类似地将是适当的。
相反，在本实用新型的仅支撑在头顶上方的载荷、例如支撑视听记录设备的应用中，预期要由杆承受的最大载荷是由重力引起的，并且因此杆可以定向成使得较宽部(压缩壁)面向下。
根据本实用新型的杆中的拉伸壁和压缩壁中的每一者形成为筒形部段并因此限定圆弧。与替代性的线性或曲线轮廓相比，圆弧的使用有利地提供了导致改进的强度-重量比的最有效的材料分布。此外，筒形部段在手动抓握支撑杆的一部分时在人体工程学上是有利的。筒形部段与线性或曲线轮廓相比也更容易被夹持，并且因此筒形部段在使用杆夹持件将两个或更多个伸缩支撑构件夹持在一起以形成延伸杆的情况下是有利的。
上述支撑构件的横截面提供了优于比如梯形、圆形、椭圆形或圆角三角形的杆轮廓的替代性轮廓的许多优点。具体地，与梯形、椭圆形和径向角(radially-cornered)三角形轮廓相比，根据本实用新型的支撑构件更容易被夹持并且在人体工程学上更优越。此外，如上所述，与以上替代性轮廓中的所有替代性轮廓相比，本实用新型更有效地分配复合材料以提供改进的单向承载性能，并且通过该更有效的分配，可以产生强度、重量和成本的节省。
根据本实用新型的复合支撑杆的一对侧壁在拉伸壁的端部与压缩壁的端部之间延伸，从而在功能上类似于钢制工字梁中的“腹板”。因此，类似于工字梁凸缘的拉伸壁和压缩壁抵抗施加至杆的弯曲力矩，同时侧壁抵抗剪切力。
在本实用新型的特定形式中，侧壁在横截面方面是线性的并且因此在长度上是平坦的。在本实用新型的这种形式中，支撑构件的横截面可以因此被描述为具有倒圆的上部部分或上端部以及下部部分或下端部的梯形。线性侧壁的使用是有利的，原因在于线性侧壁与弯曲壁或曲线壁相比减少了材料的使用。此外，线性侧壁的使用使施加至拉伸壁和压缩壁的横向力达到最小并沿着压缩壁和拉伸壁纵向引导载荷。在本实用新型的某些形式中，复合拉伸壁和复合压缩壁中的纤维将总体上纵向铺设，因此沿着纵向轴线增加了壁强度。在这方面，线性壁的使用有助于沿着纤维的方向承受载荷并且减少非期望地横向于纤维的方向传递的载荷。此外，线性侧壁的设置导致侧壁比如果由圆弧形成的侧壁短。这进而减少了侧壁中所需的材料量。在本实用新型的一些形式中，本实用新型的横截面轮廓在与圆形轮廓相比时可以将周长减小大约6％。
尽管线性侧壁具有上述益处，但在本实用新型的替代性形式中，侧壁可以具有比拉伸壁和压缩壁的曲率小的相对小的曲率度数(即具有较小的凹度)。在这方面，本实用新型的具有弯曲侧壁的形式不限定圆形杆构件并且仍可以代表对现有的杆轮廓的改进。
如上所述，考虑到比如纤维基复合材料的复合材料的不等的拉伸/压缩承受性能，拉伸壁的弧长小于压缩壁的弧长。在本实用新型的特定形式中，压缩壁的弧长与拉伸壁的弧长的比率在4:1与1.2:1之间。更具体地，压缩壁的弧长与拉伸壁的弧长的比率可以在3:1与1.5:1之间。在本实用新型的特定形式中，压缩壁的弧长与拉伸壁的弧长的比率为2:1。也就是说，压缩壁的弧长是拉伸壁的弧长的两倍。本实用新型的这种形式特别适用于碳纤维复合材料，在碳纤维复合材料中拉伸模量约为压缩模量的两倍，使得拉伸壁可以由压缩壁的材料的一半形成。将理解的是，拉伸壁的弧长和压缩壁的弧长之间的比率可以根据所使用的复合材料的类型而变化并且可以根据该材料的特定拉伸/压缩模量进行优化。
将理解的是，拉伸壁和压缩壁当在横截面中观察时限定围绕相应的中心点弯曲的圆弧，中心点与弧上的点之间的距离限定弧的半径。在本实用新型的一些形式中，弧可以是同心的，使得每个弧围绕公共的中心点弯曲。在本实用新型的特定形式中，拉伸壁的圆弧具有与限定压缩壁的圆弧的半径相等的半径。在本实用新型的特定形式中，拉伸壁的圆弧和压缩壁的圆弧是同心的并且具有相等的半径。将理解的是，在本实用新型的这种形式中，拉伸壁和压缩壁因此限定公共筒形件的离散的部段。
在本实用新型的特定实施方式中，拉伸壁和压缩壁当在横截面中观察时限定公共筒形件的部段，并且拉伸壁的弧长等于筒形部段的公共半径。在这方面，与公共筒形件的圆形横截面的总周长成比例的拉伸壁的弧长等于
在本实用新型的一些形式中，支撑构件的横截面轮廓可以关于在压缩壁的弧长与拉伸壁的弧长的相应中点之间延伸的中心轴线大体对称。有利地，提供对称轮廓有助于载荷在支撑构件上的均匀分布。如前文中所论述的，支撑杆限定沿着杆的长度延伸的纵向轴线和在相对的侧壁之间延伸的、与该纵向轴线垂直的横向轴线。应当理解的是，在拉伸壁与压缩壁之间延伸的中心轴线因此垂直于纵向轴线和横向轴线两者。还将理解的是，拉伸壁的圆弧和压缩壁的圆弧上的“中点”也可以是横截面上的最高点或最低点。
本实用新型的支撑构件关于中心轴线对称的实施方式在由操作者握持的同时在杆的人体工程学和舒适性方面也是有利的。此外，与非对称轮廓相比，对称轮廓通常更便于制造。然而，将理解的是，在某些情况下可以使用非对称轮廓来执行本实用新型。举例来说，支撑构件可以包括具有不一致长度的相对侧壁从而提供非对称的轮廓。
根据本实用新型的支撑杆可以包括单个支撑构件。在这种情况下，器具可以连接至支撑构件的自由端部，同时操作者手动地抓握相反端部。在窗户清洁的情况下，刮擦器器具可以连接至支撑构件的自由端部，同时窗户清洁者抓握相反端部，同时将杆和刮擦器升高到高于头顶以清洁加高的窗户。
在本实用新型的替代性形式中，支撑杆包括多个支撑构件。本实用新型的这种形式有利地允许通过串联连接多个单独的支撑构件来形成具有较长总长度的支撑杆，以便于例如清洁具有比使用单个支撑构件可以达到的高度更高的高度的窗户。此外，本实用新型的这种形式允许操作者根据特定应用的操作高度来调节支撑杆的长度。
在本实用新型的特定形式中，所述多个支撑构件中的各个支撑构件是中空的并且所述多个支撑构件中的各个支撑构件的尺寸依次减小以允许相邻的支撑构件之间的伸缩联接或接合。举例来说，根据本实用新型的支撑杆可以包括第一支撑构件和第二支撑构件，第二支撑构件具有与第一支撑构件相等的长度但具有比第一支撑构件小的宽度或直径，使得第二支撑构件能够伸缩地套在由第一支撑构件限定的内部通道内。本实用新型的这种形式有利地允许操作者调节第二支撑构件从第一支撑构件内突出的程度并且由此提供可以方便地调节杆长度的延伸杆。根据本实用新型的支撑杆可以包括定尺寸成用于套在第二支撑构件内的第三支撑构件和定尺寸成用于套在第三支撑构件内的第四支撑构件等，直到实现支撑杆的期望的潜在长度为止。将理解的是，与包括长度等于伸缩地连接的多个支撑构件的总延伸长度的单个支撑构件的支撑杆相比，各个附加支撑构件的尺寸依次减小还减小了在使用期间由操作者承受的支撑杆的总重量。
将理解的是，当支撑构件伸缩地套在一起时，支撑构件的独特的非圆形横截面防止支撑构件相对于彼此旋转。在这方面，本实用新型提供了优于现有的圆形伸缩杆的另一优点。
应当理解的是，术语“自由端部”指的是支撑杆的位于与由操作者抓握的端部相反的端部处的远端端部或最外端部。在支撑杆包括单个支撑构件的情况下，支撑杆的自由端部位于支撑构件的与由操作者抓握的端部相反的端部处。在多个支撑构件连接以形成较长支撑杆的情况下，支撑杆的自由端部是同样与杆的与由操作者抓握的端部相反的、一系列支撑构件中的最后的支撑构件的远端端部。
在支撑杆设置有多个支撑构件的情况下，本实用新型的支撑杆还可以包括用于连接相邻的支撑构件的至少一个夹持件。在本实用新型的相邻支撑构件伸缩地接合的形式中，夹持件可以操作成阻止相邻的构件之间的伸缩运动，从而允许支撑杆在夹持件断开接合时缩回并且允许支撑杆在夹持件接合时保持处于伸展构型。在本实用新型的所述多个支撑构件未构造成用于伸缩接合的替代性形式中，夹持件可以操作成将相邻的支撑构件串联连接。在任一替代性方案中，适用于与本实用新型一起使用的夹持件可以包括定形状成用于与拉伸壁和压缩壁接合的一对相对的弯曲夹持面。
将理解的是，根据本实用新型的复合支撑杆可以由多个纤维材料层形成，该纤维材料被比如树脂的基质材料包围，该纤维材料比如为玻璃纤维或碳纤维。在这方面，拉伸壁、侧壁和压缩壁中的每一者均由离散数目的纤维层形成。在本实用新型的一些形式中，拉伸壁和压缩壁形成有与侧壁相同数目的纤维层。在本实用新型的替代性形式中，拉伸壁、压缩壁和侧壁中的每一者均包括多个纤维层，并且拉伸壁和压缩壁中的层数等于侧壁中的层数加上至少一个加强层的层数。在这方面，拉伸壁和压缩壁形成有附加的加强层，以在拉伸壁和压缩壁中分布较多的纤维材料，压缩弯曲力和拉伸弯曲力要在拉伸壁和压缩壁中被吸收。拉伸壁和压缩壁可以各自包括至少两个加强层或者三个、四个、五个或更多个加强层。将理解的是，压缩壁、拉伸壁或侧壁中的任一者可以设置有加强件，使得杆壁的厚度可以改变，以操纵并优化杆的机械性能。
在本实用新型的特定形式中，侧壁由五个纤维层形成。举例来说，在本实用新型的拉伸壁和压缩壁包括三个加强层的形式中，拉伸壁和压缩壁将因此由八个纤维层形成。将理解的是，侧壁中的纤维层的数目可以根据预期的杆应用而变化。附加的纤维层增加了杆的强度，然而，将理解的是，附加的材料也增加了重量并且通常增加了成本。因此，根据应用，可能期望具有由少于或多于五层形成的支撑杆。类似地，加强层的数目将根据性能、重量和成本考虑而变化并且可以针对每个特定应用。
本实用新型的支撑构件可以由玻璃纤维形成。替代性地，支撑构件可以由碳纤维形成。在另一替代性方案中，可以使用玻璃/碳纤维的组合。应当理解的是，可以使用各种的其他纤维复合材料，特定的材料选择与性能要求和成本有关。举例来说，在需要相对长的支撑杆的应用中，鉴于碳纤维的有利的强度-重量比，可以选择碳纤维。在其他应用中，考虑到碳纤维目前比玻璃纤维昂贵，可以使用玻璃纤维杆或玻璃/碳混合物以降低成本。无论使用何种材料或者使用何种数目的纤维层来构造杆壁，本实用新型的有利的单向承载轮廓允许使用比形成有比如圆形、三角形、梯形等的替代性轮廓的杆和用以实现相同的性能的杆原本所需的材料更少的材料。
在本实用新型的特定形式中，支撑杆包括适配器构件，该适配器构件连接至支撑杆的自由端部以便于支撑杆与器具之间的连接。在这方面，比如清洁工具、涂料辊或窗户刮擦器的器具可以方便地连接至支撑杆的自由端部。在本实用新型的一种形式中，适配器构件具有一对相反的第一端部和第二端部，并且适配器构件包括：中空圆形区域，该中空圆形区域位于第一端部处，该中空圆形区域限定有用于接纳从器具延伸的圆形构件的孔；以及连接区域，该连接区域位于第二端部处，该连接区域用于连接至支撑杆的自由端部，连接区域具有与支撑杆的轮廓等同的轮廓以便于连接至支撑杆；以及过渡区域，该过渡区域位于第一端部与第二端部之间，在过渡区域中，第二端部的轮廓过渡成中空圆形区域的圆形轮廓。本实用新型的这种形式有利地允许各种器具的圆形手柄被接纳在适配器构件的中空区域内，以经由适配器构件将器具连接至支撑杆。
在本实用新型的特定形式中，支撑构件限定有内部通道，并且支撑杆还包括延伸穿过通道的柔性管，该柔性管用于将液体输送至支撑杆的自由端部。在本实用新型用于窗户清洁的应用中，柔性管可以将水、清洁剂或这两者的混合物输送至位于支撑杆的自由端部处的刮擦器。在比如麦克风的电装置支撑在支撑杆的自由端部处的替代性应用中，内部通道可以容纳延伸至该电装置的电线。
附图说明
为了更好地理解本实用新型并且为了示出可以如何执行本实用新型，现在将仅通过非限制性示例的方式参照附图来描述本实用新型的实施方式。
图1示出了根据本实用新型的支撑杆在窗户清洁应用中使用的操作。
图2示出了如图1中所示的操作者和杆下端部的较近立体图。
图3是根据本实用新型的复合支撑构件的一部分的立体图。
图4是图3中所示的复合支撑构件的横截面视图。
图5是具有几何标记的图3和图4中所示的复合支撑构件的横截面视图。
图6是伸缩地套在外支撑构件内的内支撑构件的立体图。
图7是图1中所示的复合支撑杆的局部分解图。
图8是图7中所示的适配器构件的立体图。
图9是图7中所示的复合支撑杆的另一侧的立体图，其中，软管延伸穿过杆中的内部通道。
图10是图1、图7和图9中所示的复合支撑杆以及将支撑杆的上端部连接至清洁刷的铰链的视图。
图11是图10中所示的铰链的较近立体图。
图12是图11中所示的铰链的分解图。
图13示出了可以用作图10至图12中所示的铰链装置的替代性方案的45°适配器。
图14是替代性复合支撑构件的横截面图，该替代性复合支撑构件包括位于压缩壁和拉伸壁上的四个加强层。
图15示出了根据本实用新型的复合杆横截面的替代性实施方式。
图16示出了图15中所示的复合杆横截面的具体弧度比。
图17示出了包括多个复合层的本实用新型的另一替代性实施方式。
具体实施方式
图1示出了站在建筑物22外侧的地面上并利用复合支撑杆10来清洁高于头顶的窗户20的操作者18。复合支撑杆10由操作者18在下端部24处手动抓握以在使用期间支撑并控制杆10。在图示的窗户清洁应用中，杆10相对于地面倾斜使得杆的相反端部升高到操作者18上方，并且因此杆10包括上端部26，上端部26还限定支撑杆的自由端部。清洁元件14连接至上端部26，在清洁过程期间，清洁元件14在操作者18的控制下接触高于头顶的窗户20。软管28通过由杆10限定的内部通道在下端部24与上端部26之间延伸，以向清洁元件14提供水供应并促进对高于头顶的窗户20的清洁。软管28从下端部24伸出并且连接至合适的水源，比如自来水供应装置或电动水泵(未示出)。
在图1中所示的窗户清洁过程期间，将理解的是，清洁元件14接触窗户20的外侧表面，使得力f由窗户20并沿从窗户20向外的方向施加至清洁元件。即使在支撑杆抵靠窗户20搁置的情况下，向外的力f也被施加至支撑杆，并且在操作者18在控制杆下端部24的同时将清洁元件压靠窗户20的情况下，向外的力f被加大。
在将力f施加至清洁元件14期间，将理解的是，单向载荷施加至杆10。将理解的是，力f的施加导致杆10的上侧部(非面向窗户)承受压缩载荷而杆10的下侧(面向窗户)侧部承受拉伸载荷。在这方面，并且如图2中所示，支撑杆10包括压缩壁30和拉伸壁32，将参照图3至图5更详细地论述压缩壁30和拉伸壁32。
支撑杆10包括多个支撑构件11，所述多个支撑构件11允许在必要时由操作者例如根据待清洁的特定窗口的高度来调节杆10的长度。图3中示出了一个支撑构件11的一部分，图3示出了压缩壁30、拉伸壁32以及在拉伸壁32与压缩壁30之间延伸的一对直侧壁34。拉伸壁32和压缩壁30各自形成为当在横截面中观察时由此限定圆弧的筒形部段(即，筒形件的一部分)。
参照图3或图4，将理解的是，根据本实用新型的支撑构件的横截面轮廓具有独特的非圆形或倒圆梯形轮廓，该轮廓传达了优于现有支撑杆轮廓的许多优点，这将在下面更详细地论述。
图4示出了支撑构件11的横截面，其中，相应的筒形部段限定压缩壁圆弧38和拉伸壁圆弧36。圆弧36、38中的每个圆弧具有相应的弧长。如图4中所示，压缩壁弧38的长度大于拉伸壁圆弧36的长度。就此而言，压缩壁30与拉伸壁32相比包含更大体积的复合材料。有利地，这种轮廓认识到复合材料的材料特性而优化了材料分布。具体地，鉴于复合材料在承受拉伸载荷时与承受压缩载荷时相比具有更大的强度，该横截面轮廓在支撑构件11的拉伸侧部处提供减小的材料分布。复合材料的选择性分配代表优于在杆的承受压缩载荷的侧部上更加容易失效的现有复合材料杆、例如圆形杆的显著优点。在这方面，本实用新型增大了杆的压缩强度，同时增加了复合材料在杆的意在承受压缩载荷的侧部上的分配。在这方面，本实用新型有利地减少了杆的拉伸极限与压缩极限之间的差异(或者在某些情况下使杆的拉伸极限和压缩极限均衡)。
现在转向图5，将更详细地描述图4中所示的横截面的尺寸。如图5中所示，压缩壁圆弧38和拉伸壁圆弧36是同心的，从而共用公共中心点c。压缩壁弧38上的点至中心点c之间的距离限定压缩壁弧半径rc。类似地，拉伸壁弧36上的点与中心点c之间的距离限定拉伸壁弧半径rt。在所示实施方式中，压缩壁弧38和拉伸壁弧36是同心的并且半径rc和rt相等，使得壁弧38、36限定公共圆的一部分。因此，参照图3，压缩壁30和拉伸壁32限定公共筒形件的一部分。相对于中心点c，压缩壁圆弧38和拉伸壁圆弧36分别限定弧角θc和θt。在所示实施方式中，压缩壁圆弧38的长度是拉伸壁圆弧36的长度的两倍，使得θc是θt的两倍。此外，在所示实施方式中，半径rc和rt等于拉伸壁圆弧36的弧长。因此，θt等于
仍然参照图5，将理解的是，支撑构件11的横截面轮廓关于在压缩壁圆弧38上的中点与拉伸壁圆弧36上的中点之间延伸的中心轴线x对称。有利地，对称的轮廓有助于载荷在支撑构件轮廓上的均匀分布。
将理解的是，支撑构件的直径
应当理解的是，上面仅例示了支撑构件11的一个可能的几何布置结构。在替代性构型中，半径rc和rt可以不相等。类似地，在替代性布置结构中，圆弧36和38可以是非同心的。
如上所述，压缩壁弧长与拉伸壁弧长的比率为2:1。提供具有为拉伸壁32的弧长的两倍的弧长的压缩壁30有利地优化复合材料的分布，只要特定的复合材料、比如碳纤维在拉伸作用下的强度大约为该特定的复合材料在压缩作用下的强度的两倍即可。将理解的是，使用比如玻璃纤维的替代性复合材料可以引导本领域技术人员选择被认为适合于所使用的复合材料的特定性能的替代性弧长比。尽管存在弧长比的这些变化，但是将理解的是，所有纤维复合材料通常在拉伸方面比在压缩方面更强。因此，在提供大于拉伸壁弧长的压缩壁弧长的实用新型构思下，弧长比的变化是统一的。
如上所述，复合支撑杆10包括多个复合支撑构件。现在转向图6，示出了包括第一支撑构件40和第二支撑构件42的一对支撑构件。第二支撑构件42定尺寸成略小于第一支撑构件40，使得第二支撑构件42可以配装在由第一支撑构件40限定的开口内。因此，第二支撑构件42的截面轮廓在尺寸方面按比例缩小但是在其他方面等同于第一支撑构件40的截面轮廓。在这方面，允许第一支撑构件40与第二支撑构件42之间的伸缩接合。
将参照图7进一步描述上面参照图6所述的伸缩接合，图7示出了复合支撑杆10的剖切立体图。如图7中所示，支撑杆10包括五个支撑构件，所述五个支撑构件包括：第一支撑构件64，第一支撑构件64是该系列中的最外侧支撑构件；第二支撑构件66，第二支撑构件66伸缩地套在第一支撑构件64内；第三支撑构件68，第三支撑构件68伸缩地套在第二支撑构件66内；第四支撑构件70，第四支撑构件70伸缩地套在第三支撑构件66内；以及第五支撑构件72，第五支撑构件72也是最内侧支撑构件并且伸缩地套在第四支撑构件66内。
如图7中所示，五个支撑构件64、66、68、70、72的尺寸依次减小，以允许相邻的支撑构件之间的伸缩接合或套置接合并且因此允许杆10的长度由操作者进行调节。四个夹持件44连接至插入有另一个支撑构件的每个支撑构件——即除了第五支撑构件72之外的所有支撑构件——的边缘。每个夹持件44与一对支撑构件相关联，所述一对支撑构件包括外支撑构件和伸缩地套在该外支撑构件内的内支撑构件。每个夹持件44包括用于接合外支撑构件的套环部分46和用于接合内支撑构件的夹持部分48。
每个夹持件44的套环部分46和夹持部分48类似于常规的管夹持件，原因在于套环部分46和夹持部分48包括限定有供相应的支撑构件插入的孔的一对可柔性变形的臂。在操作期间，每个臂的端部被例如螺栓拉在一起，该螺栓操作成减小孔的尺寸并且由此将支撑构件夹持在孔内。然而，与常规的管夹持件相比，套环部分46和夹持部分48中的夹持臂定形状成与支撑构件的独特的非圆形轮廓相对应。
为了描述夹持件44的功能，将特别参照图7中所示的第二夹持件44，第二夹持件44是与第二支撑构件66和第三支撑构件68相关联的夹持件，但是将理解的是，夹持件44中的每个夹持件44以类似的方式操作。在第二支撑构件66与第三支撑构件68之间的夹持件44的情况下，第二支撑构件66将包括外支撑构件，并且第三支撑构件68将包括内支撑构件。
仍然参照图7，套环部分46包括大致围绕外支撑构件、即第二支撑构件66的周缘延伸的一对夹持臂。一对螺栓50连接套环部分的夹持臂的端部60并且在被收紧时使套环部分46的臂柔性变形以将套环部分46固定至第二支撑构件66的边缘。夹持部分48经由连接部分52连接至套环部分46，并且夹持部分48除了按比例缩小尺寸以与套在外支撑构件(即第二支撑构件66)内的内支撑构件(即第三支撑构件68)的减小的尺寸相对应之外在轮廓和功能方面与套环部分46总体上类似。在这方面，夹持部分48在被收紧时操作成夹持内支撑构件(第三支撑构件68)并且由此保持内支撑构件不能相对于套环构件46移动并且因此不能相对于固定有套环部分46的第二支撑构件66移动。尽管套环部分的臂的端部60由套环螺栓50固定，但是夹持部分的臂的端部62与凸轮杆54相关联，凸轮杆54允许在夹持模式与非夹持模式之间进行手动调节，在夹持模式中，内支撑构件由夹持部分48夹持，在非夹持模式中，内支撑构件被松开并且因此被允许在外支撑构件内伸缩地滑动。夹紧螺栓58延伸穿过夹持部分48的臂的端部62并且还穿过凸轮杆54中的开口。当手动致动至夹持模式时，凸轮56在螺栓58的头部与臂的端部62中的一个端部之间被压缩，从而在内支撑构件上施加夹持载荷。
当处于夹持模式时，防止第二支撑构件66与第三支撑构件68之间的伸缩运动。在这方面，由操作者进行的四个夹持件44的操作允许支撑杆10的长度在需要时根据特定的高于头顶的窗户的高度而伸展或收缩。再次参照图1，将理解的是，示出了支撑杆10，其中，支撑构件中的每个支撑构件处于缩回位置。在需要清洁较高窗户的应用中，操作者可以将夹持件44中的一个或更多个夹持件44切换至其未夹持模式位置，以将内支撑构件中的一个或更多个内支撑构件从缩回位置伸展至伸出位置或部分伸出位置。一旦处于期望位置中，则操作者将夹持件切换至其夹持模式，以将特定的支撑构件保持在期望的伸出/部分伸出位置中。
上面已经论述了支撑杆的轮廓和操作，将理解的是，除了由压缩壁和拉伸壁的独特尺寸提供的在强度-重量比方面的改进之外，支撑杆10还提供了在其用户友好性方面的许多附加优点。仍然参照图1，将理解的是，由操作者18手动抓握的支撑构件是最外侧的支撑构件。考虑到如上面所论述的支撑构件11的独特的非圆形轮廓，现在还将理解的是，支撑杆10在人体工程学上是有利的并且比常规的圆形杆更容易抓握。除了使操作者更舒适地握持之外，支撑构件的独特轮廓不太可能在操作者手中旋转并且在使用期间为操作者提供了较多的控制。此外，当多个支撑构件套在一起以形成具有可调节的长度的支撑杆时，本实用新型的独特轮廓固有地防止套置的支撑构件之间的相对旋转。
再次参照图7，应当注意，最内侧支撑构件或第五支撑构件72在该实施方式中包括适配器构件72，该适配器构件72有助于将比如清洁元件的实用器具连接至杆10的自由端部。图8示出了截去顶端(truncated)的形式的适配器构件72，如图7中所示，适配器构件72可以具有与其他支撑构件的长度相等或相似的长度。然而，在本实用新型的替代性实施方式中，适配器构件可以形成为图8中所示的相对短的构件，以允许根据需要连接至杆10的器具的类型而方便地更换适配器构件。
适配器构件72在第一端部处包括限定圆形孔74的中空圆形区域76以用于接纳从器具(未示出)延伸的圆形构件，比如清洁刮擦器或油漆刷的手柄。在与第一端部相反的第二端部处，适配器构件72包括连接区域73，连接区域73具有与支撑杆10等同的非圆形或倒圆梯形轮廓。因此，连接区域73构造成伸缩地套在第四支撑构件70内并且用于与夹持件44接合，如图7中所示的那样。过渡区域80位于第一端部与第二端部之间，在过渡区域80中，连接区域73的轮廓过渡成中空圆形区域76的轮廓。
现在转向图9，示出了图7中所示的支撑杆10的反向立体图，其中，添加了延伸穿过由支撑杆10限定的内部通道的软管28。如上所述，并且如图1中所示，在清洁应用中，通常期望向连接至杆的自由端部的清洁元件提供水供应，以促进清洁过程。参照图10最佳地示出了软管28的功能，图10示出了处于支撑杆10的缩回状态的支撑杆10。软管28从杆的下端部24突出、延伸穿过支撑杆10的长度并从杆的上端部26露出。设置叉形软管82以使软管流体分流到清洁刷84的两侧。
与示出了直接连接至适配器构件的清洁元件14的图1相比，图10示出了设置在杆的上端部26处的铰链机构。铰链86连接至适配器构件72并且有助于调节支撑杆10与清洁刷84之间的角度。图11提供了铰链86的较近的立体图，铰链86包括调节旋钮88。转向图12，示出了铰链86的分解图，铰链86包括固定至方形凹式连接器94的一对外盘90。方形凸式连接器96固定至适配器构件72。凸式连接器96定尺寸成套在凹式连接器96内并通过延伸穿过凸式连接器96和凹式连接器94中的相应孔98的螺栓或销或其他等同紧固件(未示出)而固定至凹式连接器96。铰链86还包括一对内盘92，所述一对内盘92定位在外盘90之间并且固定至器具支撑件100，如图11中所示，器具支撑件100经由安装支架102连接至清洁刷84。再次参照图12，内盘92被夹置在外盘90之间。螺栓104延伸穿过外盘90、内盘92和旋钮88中的中心孔。螺栓104的头部106是六角形的并且坐置在外盘90中的一个外盘90的外表面中的对应的六角形凹部108内。螺栓106与螺母110接合，螺母110也是六角形的并且类似地坐置在旋钮88的外表面中的六角形凹部内。因此，螺母106的旋转是通过旋钮88的旋转来控制的，并且螺栓104被固定以防止相对于外盘90旋转。在这方面，旋钮88的旋转将螺母88拧紧到螺栓106上并操作成将外盘90压缩到内盘92上以防止外盘90与内盘92之间的相对旋转。外盘90的内表面和内盘92的外表面是波纹状的，以提供一系列径向的咬合齿，这有助于内盘92与外盘90之间的接合。以这种方式，操作者可以松开旋钮88以调节器具支撑件100与支撑杆10之间的角度。一旦获得期望的角度，则操作者可以拧紧旋钮88从而使内侧部92和外侧部90接合并且将支撑构件100固定成相对于支撑杆成期望的角度。
图13示出了45°适配器120，该45°适配器120可以用作图10至图12中所示的铰链装置的替代性方案以将支撑杆的自由端部连接至清洁元件。适配器120包括用于插入到清洁元件上的凹式连接器、例如图11中所示的凹式连接器102中的方形凸式连接器122。凸式连接器122包括有助于销连接至清洁元件的一对相对的孔122。适配器120还包括杆124，杆件124具有与凸式连接器122的纵向轴线成45°角的纵向轴线。杆件124形成有与支撑构件中的每个支撑构件等同的非圆形轮廓。杆件124定形状并定尺寸成用于插入到支撑杆的最内侧支撑构件中并且可以通过适当尺寸的杆夹持件而被保持就位。适配器120可以代替图8中所示的适配器构件72。有利地，45°适配器120可以仅以一个取向连接至支撑杆，并且在该取向中，清洁元件将朝向支撑杆的拉伸壁成角度。在这方面，使用45°适配器120可以防止操作者意外地以不期望的反向取向(其中，较小的拉伸壁面向上)操作支撑杆，原因在于这将导致清洁元件背离高于头顶的清洁表面，这将提醒操作者支撑杆已经从期望的取向反转。因此，使用45°适配器120有助于确保支撑杆以期望的取向——即较小的拉伸壁面向下并且较大的压缩壁面向上——操作以用于高于头顶的窗户清洁。
现在转向图14，示出了根据本实用新型的支撑构件的横截面，其中，在拉伸壁32和压缩壁30中的每一者的内侧部上设置有四个加强层112。在本实用新型的特定实施方式中，压缩壁30和拉伸壁32可以形成有包括加强层112的附加复合材料层，以提供较大的强度、刚度或其他性能改进。在图14中所示的实施方式中，设置有四个加强层，使得压缩壁30和拉伸壁32比侧壁34厚四层。在本实用新型的特定形式中，侧壁34可以由5个复合材料层形成。当包括四个加强层112时，拉伸壁32和压缩壁30中的每一者的内部将因此包括总共九个复合材料层。在本实用新型的替代性形式中，可以使用不同数量的加强层，例如可以使用2、3、4、5或更多个加强层。替代性地，本实用新型的支撑构件可以不设置加强层，在这种情况下，压缩壁30和拉伸壁32将形成有与侧壁34相同数目的层。
图15至图17示出了根据本实用新型的实施方式的替代性杆横截面，其中，压缩壁和拉伸壁与先前描述并示出的杆横截面相比更长、即更圆。图16包括替代性横截面的特定弧度比，并且图17示出了另一替代性方案，其中，杆结构包括多个层。与图3和图4中所示的横截面相比，图15至图17中所示的改进的轮廓在侧壁340与压缩壁300和拉伸壁320之间的接合面处提供较小的弯折部。这种修改的横截面可以辅助并简化制造过程，只要附加曲率可以改善拉伸强度和压缩强度使得在拉伸壁320和压缩壁240处需要较少的加强即可。如图16中所示，将理解的是，图15至图17中所示的横截面中的压缩壁弧的半径cw大于拉伸壁弧的半径tw。然而，如前文中所论述并说明的，在本实用新型的替代性实施方式中，拉伸壁的弧可以具有与限定压缩壁的圆弧的半径相等的半径。
已经在窗户清洁杆的背景下呈现了对本实用新型的以上描述，其中，如图1中所示，施加至杆的最大操作载荷是窗户20的向外的力。在这种情况下，杆的上表面承受压缩载荷，而杆的下侧部承受拉伸载荷。出于这个原因，在窗户清洁应用中，操作者将使较大的压缩壁30定向成面向上并且使较小的拉伸壁32定向成面向下。然而，将理解的是，在支撑杆10可以用于支撑在头顶上方自由悬挂的载荷的替代性应用中，施加至杆的最大力将是向下作用在载荷的质量上和杆的质量上的重力。在这样的应用中，施加至杆的最大力是向下的，并且因此杆的下侧部将处于压缩状态且杆的上侧部将处于拉伸状态。因此，对于这些类型的应用(例如支撑高于头顶的记录设备、比如相机)，操作者可以反转杆的取向使得压缩壁30面向下并且拉伸壁32面向上以与特定应用的载荷轮廓相对应。
本文中所描述的实用新型易于进行除了具体描述的那些变型、改型和/或附加之外的变型、改型和/或附加，并且应当理解的是，本实用新型包括落入以上描述的精神和范围内的所有这样的变型、改型和/或附加。
贯穿本说明书的描述和权利要求，词语“包括”和该词语的变型、比如“包括有”和“包含”不意在排除其他附加物、部件、整体或步骤。
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