具有盤繞層的抗扭結(jié)軟管系統(tǒng)以及制造方法
【專利說明】具有盤繞層的抗扭結(jié)軟管系統(tǒng)以及制造方法
[0001]本申請要求2013年3月14日提交的美國臨時申請N0.61/785，261的利益，上述申請的公開內(nèi)容通過引用全部合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開涉及流體導管，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用于各種工業(yè)、家庭和商業(yè)應用中。軟管的一個商業(yè)應用是家庭或工業(yè)用途的花園或供水軟管。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、水龍頭等。軟管的另一商業(yè)應用是用于燃料輸送、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、電動工具或其它設(shè)備一起使用。流體(例如飲料、燃料、液體化學品、流體食品、氣體和空氣也經(jīng)常通過柔性軟管從一個位置輸送到另一個位置。
[0004]幾十年來，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)管狀導管、包裹管狀導管的螺旋形的、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)的問題是扭結(jié)和壓扁。例如，扭結(jié)在軟管被對折或扭轉(zhuǎn)時發(fā)生。扭結(jié)的后果是穿過軟管的流體流要么嚴重受限，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)部分的不必要的負擔。
[0006]以前曾試圖通過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)往往使這些增強的軟管過分僵硬，因為嵌入的螺旋結(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，所需要的是一種螺旋形的強化的流體導管，其中螺旋形的加強部容易定制以適應用戶的不同的性能需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個實施例中，流體導管包括具有管狀壁的柔性元件和環(huán)繞的結(jié)構(gòu)元件，所述柔性元件配置用以輸送流體，所述管狀壁限定穿過柔性元件延伸的中心軸線，所述環(huán)繞的結(jié)構(gòu)元件鄰近管狀壁放置，所述結(jié)構(gòu)元件關(guān)于中心軸線放置以沿著管狀壁形成多個區(qū)段，所述多個區(qū)段相對彼此間隔開以在其之間限定間隔，所述間隔的尺寸適于通過柔性元件的預定彎曲部上的相鄰區(qū)段之間的接觸而閉合。
[0008]在一個實施例中，形成流體導管的方法包括形成具有管狀壁的柔性元件和形成環(huán)繞的結(jié)構(gòu)元件，所述管狀壁限定穿過柔性元件延伸的中心軸線，所述環(huán)繞的結(jié)構(gòu)元件鄰近管狀壁，所述結(jié)構(gòu)元件關(guān)于中心軸線放置以沿著管狀壁形成多個區(qū)段，所述多個區(qū)段相對彼此間隔開以在其之間限定間隔，所述間隔的尺寸適于通過柔性元件的預定彎曲部上的相鄰區(qū)段之間的接觸而閉合。
【附圖說明】
[0009]圖1是穿過具有根據(jù)本公開形成的結(jié)構(gòu)層的柔性流體導管的一部分的截面；
[0010]圖2是圖1的結(jié)構(gòu)層的立體圖；
[0011]圖3是圖1的結(jié)構(gòu)層的側(cè)面視圖；
[0012]圖4是形成結(jié)構(gòu)層的帶條的一半旋繞的輔助視圖；
[0013]圖5是沿著線A-A穿過圖4的帶條截取的截面；
[0014]圖6至圖8是穿過具有圖1的結(jié)構(gòu)層的導管的三個實施例的截面，其中在每個實施例中結(jié)構(gòu)層被不同地放置；
[0015]圖9至圖12是前視圖，所述前視圖示出可替換的方法以改變導管的中間層以用于與結(jié)構(gòu)元件相集成；
[0016]圖13至圖17是穿過圖1的導管的截面，繪出了導管彎曲時結(jié)構(gòu)層的相鄰區(qū)段之間的相互作用；
[0017]圖18至圖22是穿過圖1的導管的截面，示出對結(jié)構(gòu)層的特征的尺寸改變?nèi)绾卧趯Ч苎刂渲行妮S線彎曲時影響導管的柔性；
[0018]圖23至圖24是穿過圖1的導管的截面，示出中間層和結(jié)構(gòu)層的區(qū)段的柔性和可壓縮性如何對導管的柔性產(chǎn)生效果；
[0019]圖26是穿過圖8的導管的一部分的截面，所述導管具有被配置為相對于中間層移動的結(jié)構(gòu)層；以及
[0020]圖27至圖28是穿過具有中間層的一部分的導管的一部分的截面，所述中間層嵌入結(jié)構(gòu)層的區(qū)段之間。
【具體實施方式】
[0021]為促進對本公開的原理的理解的目的，請參考附圖中示出的以及以下說明書中所描述的實施例。應該理解，這不欲限制本公開的范圍。還應該理解，本公開包括對所示的實施例的替換和修改，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用。
[0022]圖1示出柔性流體導管100的沿其中心軸線102切開的直的部分。導管100包括外襯106和內(nèi)襯104，所述內(nèi)襯104形成穿過導管100的流動路徑。在所示的實施例中，導管100還包括被置于內(nèi)襯104與外襯106之間的結(jié)構(gòu)層108。如下文更詳細地討論的，結(jié)構(gòu)層108被配置以防止由于導管100的彎曲或扭結(jié)對沿著流動路徑的流體流的限制。
[0023]如圖2和圖3最佳所示，結(jié)構(gòu)層108表現(xiàn)為半柔性材料的帶條，所述帶條關(guān)于中心軸線102成螺旋形地放置。為本公開的目的，結(jié)構(gòu)層108的中心軸線102和導管100的中心軸線102重合，并且任何提及“中心軸線”指的是這兩個軸線。帶條的每次旋繞具有在其之間形成的間隔109。在其它實施例中，間隔109是真空的或空氣填充的。沿著結(jié)構(gòu)層108的長度的連續(xù)的間隔能夠使結(jié)構(gòu)層108曲縮并且軸向地伸縮。
[0024]在一些實施例中，結(jié)構(gòu)層108是通過將帶條包繞一形狀形成的。在其它實施例中，結(jié)構(gòu)層108是通過擠壓管道以及隨后使管道成螺旋形以關(guān)于中心軸線102形成螺旋形槽而形成的。在一些實施例中，螺旋切口完全穿過管道的壁而制成，以及在其它實施例中，螺旋切口部分地穿過管道的壁而制成。
[0025]當沿著圖1中繪出的截面查看時，在帶條的每個螺旋形的旋繞之間的間距在中心軸線102上方形成一連串間隔的區(qū)段110并且在中心軸線102下方形成一連串間隔的區(qū)段110。正如下文更詳細地討論的，一連串的區(qū)段110中的間隔開的相鄰的區(qū)段之間的相互作用能夠在導管100受到擠壓力或彎曲力時使結(jié)構(gòu)層108防止流動路徑受限。
[0026]圖4繪出當從圖3的箭頭114查看帶條時帶條的一半旋繞112的輔助視圖。圖5示出圖4的帶條的一半旋繞的沿著線A-A(截面線垂直于帶條的螺旋路徑定向)獲取的橫截面。在所示的實施例中，帶條具有矩形橫截面，所述矩形橫截面具有恒定的寬度W和恒定的高度H。然而，在其它實施例中，橫截面的寬度W和高度H可隨結(jié)構(gòu)層108的長度而改變。
[0027]圖6至圖8示出具有結(jié)構(gòu)層108的導管的三個實施例116、117和118，在每個實施例中結(jié)構(gòu)層108處于導管上的不同的位置處。每個實施例的導管包括內(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。在所示的實施例中，編織套管120被描繪成相鄰的導管層之間的一維線條。每個實施例中的結(jié)構(gòu)層108位于導管內(nèi)的不同位置處。例如，圖6示出位于導管116外部與外襯106相鄰的結(jié)構(gòu)層108。圖7示出導管117的位于泡沫襯墊122與外襯106之間的結(jié)構(gòu)層108。圖8示出位于導管118內(nèi)部、在內(nèi)側(cè)上與流動路徑相鄰且在外側(cè)上與內(nèi)襯104相鄰的結(jié)構(gòu)層108。圖6至圖8的實施例示出包括五層的導管，所述導管具有位于這些層內(nèi)的三個不同位置處的結(jié)構(gòu)層108。在其它實施例中，導管可包括更少或更多數(shù)量的層，其中結(jié)構(gòu)層108位于這些層的任意層之間。
[0028]—些實施例中的結(jié)構(gòu)層108繞著導管的中心軸線102旋轉(zhuǎn)地自由移動或浮動，以及/或者沿著導管的中心軸線102軸向地自由移動或浮動，不管其在導管內(nèi)的位置如何。在其它實施例中，結(jié)構(gòu)層108結(jié)合到導管的一個或多個相鄰