具有間隔的幾何單元層的抗扭結(jié)軟管系統(tǒng)以及制造方法
【專利說(shuō)明】具有間隔的幾何單元層的抗扭結(jié)軟管系統(tǒng)以及制造方法
[0001]本申請(qǐng)要求2013年3月15日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/787，749的利益，上述申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過(guò)引用全部合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開涉及流體導(dǎo)管，更具體地涉及柔性軟管。
【背景技術(shù)】
[0003]柔性軟管被廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)、家庭和商業(yè)應(yīng)用中。軟管的一個(gè)商業(yè)應(yīng)用是家庭或工業(yè)用途的花園或水軟管。例如，軟管用于澆灌草地、樹木、灌木、花卉、蔬菜植物、藤本植物和其它類型的植物，清潔房屋、建筑物、船只、設(shè)備、車輛和動(dòng)物，或者在流體源與器械之間轉(zhuǎn)接。例如，器械可以是提供冷水或熱水的盥洗臺(tái)、水龍頭等。軟管的另一商業(yè)應(yīng)用是用于燃料輸送、汽油和其它以石油為基料的產(chǎn)品的汽車軟管。軟管的另一應(yīng)用是家用或商業(yè)用途的真空吸塵器軟管。例如，軟管與用于收集雜物或分配空氣的真空吸塵器、電動(dòng)工具或其它設(shè)備一起使用。流體(例如飲料、燃料、液體化學(xué)品、流體食品、氣體和空氣)也經(jīng)常通過(guò)柔性軟管從一個(gè)位置輸送到另一個(gè)位置。
[0004]幾十年來(lái)，柔性軟管由聚合物材料(例如天然橡膠、合成橡膠、熱塑性的彈性體、增塑的熱塑性材料)制造。傳統(tǒng)的柔性軟管通常具有層狀結(jié)構(gòu)，所述層狀結(jié)構(gòu)包括內(nèi)管狀導(dǎo)管、包裹管狀導(dǎo)管的螺旋形的、編織的或針織的加固物以及外蓋。
[0005]通常與柔性軟管相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題是扭結(jié)和壓扁。例如，扭結(jié)是對(duì)折或扭轉(zhuǎn)軟管時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。扭結(jié)的后果是穿過(guò)軟管的流體流要么嚴(yán)重受限，要么被完全阻斷。扭結(jié)是麻煩的事情并且造成用戶確定軟管的扭結(jié)部分的位置和解除軟管的扭結(jié)部分的不必要的負(fù)擔(dān)。
[0006]以前曾試圖通過(guò)把漩渦形的或螺旋狀的加固帶子整合到軟管的外管狀層中來(lái)使軟管更能抵抗扭結(jié)、擠壓、壓扁和/或脹破。然而，這種結(jié)構(gòu)往往使這些增強(qiáng)的軟管過(guò)分僵硬，因?yàn)榍度氲穆菪Y(jié)構(gòu)缺乏自由彎曲的能力。這種結(jié)構(gòu)在某些情況下往往需要更厚和更硬的內(nèi)管狀層。因此，所需要的是一種強(qiáng)化的流體導(dǎo)管，其中結(jié)構(gòu)上的增強(qiáng)是便捷地可定制的，以適應(yīng)用戶的不同的性能需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，流體導(dǎo)管包括具有管狀壁的柔性元件和多個(gè)幾何區(qū)段，所述柔性元件配置用以輸送流體，所述管狀壁限定穿過(guò)柔性元件延伸的中心軸線，所述多個(gè)幾何區(qū)段鄰近管狀壁放置，所述幾何區(qū)段關(guān)于中心軸線圓周地且沿著中心軸線縱向地放置，并且相對(duì)彼此間隔開以在所述幾何區(qū)段之間限定間隔，所述間隔的尺寸適于通過(guò)柔性元件的預(yù)定彎曲部上的相鄰的幾何區(qū)段之間的接觸而閉合。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，流體導(dǎo)管包括具有管狀壁的柔性元件和多個(gè)幾何區(qū)段，所述柔性元件配置用以輸送流體，所述管狀壁限定穿過(guò)柔性元件延伸的中心軸線，所述多個(gè)幾何區(qū)段鄰近管狀壁放置，所述幾何區(qū)段由第一多個(gè)間隔的螺旋形槽和第二多個(gè)間隔的螺旋形槽限定，第一多個(gè)間隔的螺旋形槽以相對(duì)于中心軸線的第一角度形成于管狀壁中，第二多個(gè)間隔的螺旋形槽以相對(duì)于中心軸線的第二角度形成于管狀壁中，第一角度和第二角度相對(duì)于中心軸線互相相對(duì)。
[0009]一種形成流體導(dǎo)管的方法，包括形成具有管狀壁的柔性元件和形成多個(gè)幾何區(qū)段，所述管狀壁限定穿過(guò)柔性元件延伸的中心軸線，所述多個(gè)幾何區(qū)段鄰近管狀壁，所述幾何區(qū)段關(guān)于中心軸線圓周地且沿著中心軸線縱向地設(shè)置，并且相對(duì)彼此間隔開以在所述幾何區(qū)段之間限定間隔，所述間隔的尺寸適于通過(guò)柔性元件的預(yù)定彎曲部上的相鄰的幾何區(qū)段之間的接觸而閉合。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是穿過(guò)具有根據(jù)本公開形成的結(jié)構(gòu)層的柔性流體導(dǎo)管的一部分的截面；
[0011]圖2是圖1的結(jié)構(gòu)層的立體圖；
[0012]圖3是圖1的結(jié)構(gòu)層的側(cè)面視圖；
[0013]圖4是形成結(jié)構(gòu)層的多個(gè)幾何單元中的一個(gè)幾何單元的輔助視圖；
[0014]圖5是沿著線A-A穿過(guò)圖4的幾何單元截取的截面；
[0015]圖6至圖8是穿過(guò)具有圖1的結(jié)構(gòu)層的導(dǎo)管的三個(gè)實(shí)施例的截面，其中在每個(gè)實(shí)施例中結(jié)構(gòu)層被不同地放置。
[0016]圖9至圖13是前視圖，所述前視圖示出可替換的方法以改變導(dǎo)管的中間層來(lái)形成結(jié)構(gòu)層的幾何單元；
[0017]圖14示出通過(guò)將幾何單元放置在網(wǎng)襯上而形成的結(jié)構(gòu)層的立體圖；
[0018]圖15示出通過(guò)將幾何單元放置在導(dǎo)管上而形成的結(jié)構(gòu)層的前視圖；
[0019]圖16是示出圖12的網(wǎng)襯中的兩個(gè)的前視圖，所述的兩個(gè)網(wǎng)襯分別被置于中間層的內(nèi)表面和外表面上以形成結(jié)構(gòu)層；
[0020]圖17至圖21是穿過(guò)圖1的導(dǎo)管的截面，繪出了導(dǎo)管彎曲時(shí)結(jié)構(gòu)層的相鄰幾何單元之間的相互作用；
[0021]圖22至圖26是穿過(guò)圖1的導(dǎo)管的截面，示出對(duì)結(jié)構(gòu)層的特征的尺寸改變?nèi)绾卧趯?dǎo)管彎曲時(shí)影響導(dǎo)管的柔性；
[0022]圖27至圖29是穿過(guò)圖1的導(dǎo)管的截面，示出中間層和結(jié)構(gòu)層的幾何單元的柔性和可壓縮性如何對(duì)導(dǎo)管的柔性產(chǎn)生效果；
[0023]圖30至圖31是穿過(guò)具有中間層的一部分的導(dǎo)管的一部分的截面，所述中間層嵌入結(jié)構(gòu)層的幾何單元之間；以及
[0024]圖32是圖1的結(jié)構(gòu)層的一部分的立體圖，示出導(dǎo)管彎曲后的幾何單元的相互作用。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為促進(jìn)對(duì)本公開的原理的理解的目的，請(qǐng)參考附圖中示出的以及以下說(shuō)明書中所描述的實(shí)施例。應(yīng)該理解，這不欲限制本公開的范圍。還應(yīng)該理解，本公開包括對(duì)所示的實(shí)施例的替換和修改，并且還包括本領(lǐng)域技術(shù)人員通常想到的本公開的原理的其它應(yīng)用。
[0026]圖1示出柔性流體導(dǎo)管100的沿其中心軸線102切開的直的部分。導(dǎo)管100包括外襯106和內(nèi)襯104，所述內(nèi)襯104形成穿過(guò)導(dǎo)管100的流動(dòng)路徑。在所示的實(shí)施例中，導(dǎo)管100還包括被置于內(nèi)襯104與外襯106之間的結(jié)構(gòu)層108。如下文更詳細(xì)地討論的，結(jié)構(gòu)層108被配置以防止由于導(dǎo)管100的彎曲或扭結(jié)對(duì)沿著流動(dòng)路徑的流體流的限制。
[0027]如圖2和圖3所示，結(jié)構(gòu)層108由多個(gè)間隔開的環(huán)繞著中心軸線102放置的幾何單元110形成。為本公開的目的，結(jié)構(gòu)層108的中心軸線102和導(dǎo)管100的中心軸線102重合，并且任何提及“中心軸線”指的是這兩個(gè)軸線。在所示的實(shí)施例中，每個(gè)幾何單元110以細(xì)長(zhǎng)菱形形狀形成并且具有在多個(gè)幾何單元110中的每個(gè)相鄰的幾何單元之間形成的外周間隔111。在其它實(shí)施例中，間隔111是真空的或空氣填充的。結(jié)構(gòu)層108的相鄰的幾何單元110之間的連續(xù)的間隔能夠使結(jié)構(gòu)層108曲縮并且軸向地伸縮。正如下文更詳細(xì)地討論的，多個(gè)幾何單元110中的間隔開的相鄰的幾何單元之間的相互作用能夠在導(dǎo)管100受到擠壓力或彎曲力時(shí)使結(jié)構(gòu)層108減小流動(dòng)路徑中的限制。
[0028]幾何單元110是由任意柔性的、半柔性的或剛性的材料形成，該材料能夠?qū)崿F(xiàn)以預(yù)期的形狀和大小進(jìn)行幾何單元110的實(shí)際的再生產(chǎn)。雖然圖2和圖3的幾何單元110被示出為細(xì)長(zhǎng)菱形，但其它幾何形狀也是可能的。在一些實(shí)施例中，例如，幾何單元是圓形、方形或三角形。幾何單元110的大小、數(shù)量和間距也是可變的。
[0029]圖4繪出當(dāng)從圖3的箭頭113查看結(jié)構(gòu)層108時(shí)多個(gè)幾何單元110中的一個(gè)幾何單元的輔助視圖。圖5示出圖4的幾何單元110的沿著線A-A(隨著垂直于一個(gè)幾何單元110的一對(duì)平行的側(cè)邊114定向的截面線)獲取的截面。在所示的實(shí)施例中，幾何單元110具有矩形截面，所述矩形截面具有恒定的寬度W和恒定的高度H。然而，在其它實(shí)施例中，截面的寬度W和高度Η在多個(gè)幾何單元110中可以是不同的。
[0030]圖6至圖8示出具有結(jié)構(gòu)層108的導(dǎo)管的三個(gè)實(shí)施例116、117和118，在每個(gè)實(shí)施例中結(jié)構(gòu)層108處于導(dǎo)管上的不同的位置處。每個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)管包括內(nèi)襯104、編織套管120、泡沫襯墊122和外襯106，它們分別關(guān)于中心軸線102從內(nèi)到外徑向地放置。在所示的實(shí)施例中，編織套管120被描繪成相鄰的導(dǎo)管層之間的一維線條。每個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)層108位于導(dǎo)管內(nèi)的不同位置處。例如，圖6示出位于導(dǎo)管116外部與外襯106相鄰的結(jié)構(gòu)層108。圖7示出導(dǎo)管117的位于內(nèi)襯104與編織套管120之間的結(jié)構(gòu)層108。圖8示出位于導(dǎo)管118內(nèi)部、在內(nèi)側(cè)上與流動(dòng)路徑相鄰且在外側(cè)上與內(nèi)襯104相鄰的結(jié)構(gòu)層108。圖6至圖8的實(shí)施例示出包括五層的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管具有位于這些層內(nèi)的三個(gè)不同位置處的結(jié)構(gòu)層108。在其它實(shí)施例中，導(dǎo)管可包括更少或更多數(shù)量的層，所述導(dǎo)管具有位于這些層的任意層之間的結(jié)構(gòu)層108。
[0031]一些實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)層108繞著導(dǎo)管的中心軸線102旋轉(zhuǎn)地自由移動(dòng)或浮動(dòng)，以及/或者沿著導(dǎo)管的中心軸線102軸向地自由移動(dòng)或浮動(dòng)，不管其在導(dǎo)管內(nèi)的位置如何。在其它實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)層108被結(jié)合到導(dǎo)管的一個(gè)或多個(gè)相鄰層以限制其關(guān)于或沿著中心軸線102的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。可通過(guò)任意實(shí)用方法來(lái)完成