具有間隔的幾何單元層的抗扭結軟管系統以及制造方法
【專利說明】具有間隔的幾何單元層的抗扭結軟管系統以及制造方法
[0001]本申請要求2013年3月15日提交的美國臨時申請N0.61/787，749的利益，上述申請的公開內容通過引用全部合并于此。
技術領域
[0002]本公開涉及流體導管，更具體地涉及柔性軟管。
【背景技術】
[0003]柔性軟管被廣泛地應用于各種工業、家庭和商業應用中。軟管的一個商業應用是家庭或工業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、設備、車輛和動物，或者在流體源與器械之間轉接。例如，器械可以是提供冷水或熱水的盥洗臺、水龍頭等。軟管的另一商業應用是用于燃料輸送、汽油和其它以石油為基料的產品的汽車軟管。軟管的另一應用是家用或商業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。傳統的柔性軟管通常具有層狀結構，所述層狀結構包括內管狀導管、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聯的問題是扭結和壓扁。例如，扭結是對折或扭轉軟管時發生的現象。扭結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。扭結是麻煩的事情并且造成用戶確定軟管的扭結部分的位置和解除軟管的扭結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、擠壓、壓扁和/或脹破。然而，這種結構往往使這些增強的軟管過分僵硬，因為嵌入的螺旋結構缺乏自由彎曲的能力。這種結構在某些情況下往往需要更厚和更硬的內管狀層。因此，所需要的是一種強化的流體導管，其中結構上的增強是便捷地可定制的，以適應用戶的不同的性能需求。
【發明內容】
[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多個幾何區段，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，所述多個幾何區段鄰近管狀壁放置，所述幾何區段關于中心軸線圓周地且沿著中心軸線縱向地放置，并且相對彼此間隔開以在所述幾何區段之間限定間隔，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的幾何區段之間的接觸而閉合。
[0008]在另一個實施例中，流體導管包括具有管狀壁的柔性元件和多個幾何區段，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，所述多個幾何區段鄰近管狀壁放置，所述幾何區段由第一多個間隔的螺旋形槽和第二多個間隔的螺旋形槽限定，第一多個間隔的螺旋形槽以相對于中心軸線的第一角度形成于管狀壁中，第二多個間隔的螺旋形槽以相對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于中心軸線互相相對。
[0009]一種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多個幾何區段，所述管狀壁限定穿過柔性元件延伸的中心軸線，所述多個幾何區段鄰近管狀壁，所述幾何區段關于中心軸線圓周地且沿著中心軸線縱向地設置，并且相對彼此間隔開以在所述幾何區段之間限定間隔，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的幾何區段之間的接觸而閉合。
【附圖說明】
[0010]圖1是穿過具有根據本公開形成的結構層的柔性流體導管的一部分的截面；
[0011]圖2是圖1的結構層的立體圖；
[0012]圖3是圖1的結構層的側面視圖；
[0013]圖4是形成結構層的多個幾何單元中的一個幾何單元的輔助視圖；
[0014]圖5是沿著線A-A穿過圖4的幾何單元截取的截面；
[0015]圖6至圖8是穿過具有圖1的結構層的導管的三個實施例的截面，其中在每個實施例中結構層被不同地放置。
[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管的中間層來形成結構層的幾何單元；
[0017]圖14示出通過將幾何單元放置在網襯上而形成的結構層的立體圖；
[0018]圖15示出通過將幾何單元放置在導管上而形成的結構層的前視圖；
[0019]圖16是示出圖12的網襯中的兩個的前視圖，所述的兩個網襯分別被置于中間層的內表面和外表面上以形成結構層；
[0020]圖17至圖21是穿過圖1的導管的截面，繪出了導管彎曲時結構層的相鄰幾何單元之間的相互作用；
[0021]圖22至圖26是穿過圖1的導管的截面，示出對結構層的特征的尺寸改變如何在導管彎曲時影響導管的柔性；
[0022]圖27至圖29是穿過圖1的導管的截面，示出中間層和結構層的幾何單元的柔性和可壓縮性如何對導管的柔性產生效果；
[0023]圖30至圖31是穿過具有中間層的一部分的導管的一部分的截面，所述中間層嵌入結構層的幾何單元之間；以及
[0024]圖32是圖1的結構層的一部分的立體圖，示出導管彎曲后的幾何單元的相互作用。
【具體實施方式】
[0025]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，并且還包括本領域技術人員通常想到的本公開的原理的其它應用。
[0026]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和內襯104，所述內襯104形成穿過導管100的流動路徑。在所示的實施例中，導管100還包括被置于內襯104與外襯106之間的結構層108。如下文更詳細地討論的，結構層108被配置以防止由于導管100的彎曲或扭結對沿著流動路徑的流體流的限制。
[0027]如圖2和圖3所示，結構層108由多個間隔開的環繞著中心軸線102放置的幾何單元110形成。為本公開的目的，結構層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。在所示的實施例中，每個幾何單元110以細長菱形形狀形成并且具有在多個幾何單元110中的每個相鄰的幾何單元之間形成的外周間隔111。在其它實施例中，間隔111是真空的或空氣填充的。結構層108的相鄰的幾何單元110之間的連續的間隔能夠使結構層108曲縮并且軸向地伸縮。正如下文更詳細地討論的，多個幾何單元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管100受到擠壓力或彎曲力時使結構層108減小流動路徑中的限制。
[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，該材料能夠實現以預期的形狀和大小進行幾何單元110的實際的再生產。雖然圖2和圖3的幾何單元110被示出為細長菱形，但其它幾何形狀也是可能的。在一些實施例中，例如，幾何單元是圓形、方形或三角形。幾何單元110的大小、數量和間距也是可變的。
[0029]圖4繪出當從圖3的箭頭113查看結構層108時多個幾何單元110中的一個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(隨著垂直于一個幾何單元110的一對平行的側邊114定向的截面線)獲取的截面。在所示的實施例中，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，在其它實施例中，截面的寬度W和高度Η在多個幾何單元110中可以是不同的。
[0030]圖6至圖8示出具有結構層108的導管的三個實施例116、117和118，在每個實施例中結構層108處于導管上的不同的位置處。每個實施例的導管包括內襯104、編織套管120、泡沫襯墊122和外襯106，它們分別關于中心軸線102從內到外徑向地放置。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。每個實施例中的結構層108位于導管內的不同位置處。例如，圖6示出位于導管116外部與外襯106相鄰的結構層108。圖7示出導管117的位于內襯104與編織套管120之間的結構層108。圖8示出位于導管118內部、在內側上與流動路徑相鄰且在外側上與內襯104相鄰的結構層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的三個不同位置處的結構層108。在其它實施例中，導管可包括更少或更多數量的層，所述導管具有位于這些層的任意層之間的結構層108。
[0031]一些實施例中的結構層108繞著導管的中心軸線102旋轉地自由移動或浮動，以及/或者沿著導管的中心軸線102軸向地自由移動或浮動，不管其在導管內的位置如何。在其它實施例中，結構層108被結合到導管的一個或多個相鄰層以限制其關于或沿著中心軸線102的相對運動。可通過任意實用方法來完成