专利名称：编结旋绕保护套筒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于保护细长基质的套筒，特别是一种具有改进的柔性和径向硬度的套筒。
背景技术：
旋绕套筒广泛用于工业领域，特别是在电子、空间和汽车领域，用于保护细长物件，例如导线束和诸如水管线和燃料管线等的导液管，不受恶劣环境影响。导线束，燃料管线和水管线，当用于航空器、汽车或轨道卫星的引擎部件中时，可能遭受剧冷和酷热，高频/电磁干扰(RFI/EMI)、剧烈振动、磨损和物理挤压损害。
旋绕套筒常用于套装并防止这种细长基质免受热、冷、磨损、振动和挤压损害、此外还提供消音或保护电导体免受RFI/EMI，由于这类套筒上形成有一系列交替的凹凸，所以具有良好的径向硬度和弯曲柔性。当弯曲时，径向硬度防止套筒扭结和垮塌，而柔性则几乎使其可遵循任何曲线形状，这样便容易跟随细长基质的路径而无需增补任何特殊的反而会使细长基质难于安装的弯曲硬度。
旋绕套筒通常比非旋绕套筒生产成本高，这是因为需要特殊步骤生产旋绕。例如由挤压塑料管形成的套筒需要一个具有两半对接而成的环形模的额外机器，用来与管子啮合并当管子在熔融状态从模具中拉出时沿管子形成环形。
发明内容
本发明提供一种用来保护细长基质的长形旋绕套筒。在其中一个实施例中，该套筒包括沿一根轴的轴向同轴间隔定位的一组管形第一节段。每个所述第一节段由编结成多个第一单元(courses)的多根柔软而有弹性的第一纤维件构成。每个节段具有两个相对设置的向外突出的端部。该套筒还包括一组管形第二节段，该第二节段由多根比第一纤维件柔软的第二纤维件构成。该第二纤维件被编结成多个第二单元，每个第二节段沿与第一节段相同的轴同轴定位，并且通过将第二节段的端部与第一节段的突出端相互交织而以交替排列的形式与第一节段首尾相接。该第一节段形成多个凹陷，而第二节段则形成多个从套筒径向向外突出的凸起。
本发明旋绕套筒的另一个实施例包括一个具有额定直径的管形体，该管形体由编结成多个沿一根轴的长度方向延伸并基本与其同轴的环绕单元的多根柔软而弹性的纤维件形成。最好由单芯纤维形成的多个弹性环箍，与所述轴同轴并沿管形体长度方向间隔定位。该环箍，每个都比管形体的额定直径要大并以内置的方式与纤维件相交织，由此将环箍固定于管形体上。所述管形体的直径基本与沿该管形体间隔设置的环箍的直径相同，其中因为形成环箍的单芯纤维比形成管形体的纤维件要硬，因而该环箍与纤维件相交织。该环箍使管形体沿所述轴向外突出形成相互间隔开的凸起，而在每个环箍之间由管形体形成凹陷。
本发明的旋绕套筒的再一个实施例包括一个具有在长度方向延伸的第一和第二区域的管形体，所述区域沿一根轴同轴间隔定位。该第一和第二区域以交替排列的方式相邻设置并且由编结成多个单元的多根纤维件构成。每个单元包括多个围绕该轴在圆周方向延伸的环圈。为了形成旋绕套筒的凸起和凹陷，第一区域的硬度不同于第二区域的硬度。所述区域的硬度可以通过变换编结材料而改变，或通过变换编结参数，如形成所述单元的环圈的密度或长度而改变。
本发明的目的是提供一种长形保护套筒。
本发明的另一个目的是提供一种编结而成的保护套筒。
本发明的另一个目的是提供一种旋绕编结套筒。
本发明的另一个目的是提供一种旋绕套筒，其中旋绕由具有不同硬度的相互编结的纤维件构成。
本发明的另一个目的是提供一种旋绕套筒，其中旋绕通过变换沿套筒随长度而变化的编结参数而形成。
本发明的另一个目的是提供一种旋绕套筒，其中旋绕由多个相互交织的环圈形成。
本发明的这些和其它目的和优点通过以下附图和实施例的描述将更清楚。
图1是按照本发明的编结旋绕套筒的一个实施例的侧视图。
图1A是图1的一部分的局部放大图。
图1B是图1的另一部分的局部放大图。
图2是图1所示编结旋绕套筒的侧视图。
图2A是图2所示套筒一部分的局部放大图。
图2B是图2所示套筒另一部分的局部放大图。
图3是按照本发明的编结旋绕套筒的另一实施例的部分透视图。
图4是按照本发明的编结旋绕套筒的再一实施例的部分透视图。
具体实施例方式
图1所示为按照本发明的编结旋绕套筒10的一个实施例。套筒10由多个沿轴13同轴间隔定位的管形第一节段12构成。参见局部放大图1A，第一节段12由多条纤维件14编结，形成围绕套筒10环圈18的单元16。该套筒10还具有多个第二节段20，它们以与节段12交替排列的方式沿轴13同轴定位，参见局部放大图1B，第二节段20由多根纤维件22编结，形成围绕套筒10在其圆周方向延伸的环圈26的单元24。所述第一和第二节段首尾相接以交替排列的方式相互编结在一起形成套筒10。
构成第一节段12的纤维件14具有柔性和弹性，且比构成第二节段20的纤维件22硬度要大。纤维件14最好是由聚合物材料，如聚酯、尼龙、聚丙烯、聚乙烯及类似物制成的硬质单芯纤维。具有较大的弹性模量的柔性和弹性材料构成的金属丝，如钢、钛、镍钛金属互化物(nitinol)、埃尔吉洛伊耐蚀游丝合金(elgiloy)以及DREF丝也可适用。选用硬质单芯纤维是因为它们的拉伸性能较差，可形成支撑其自身为管形的编结套筒。
纤维件22最好为柔性的多芯纤维，非织物化(texturized)的聚合物纤维，如聚酯、尼龙和聚四氟乙烯等。选择多芯纤维是因为它们固有的柔性，当第一和第二节段相互编结而形成如下所述的套筒时不会约束纤维件14。尽管多芯纤维最可取，但具有较低硬度的单芯纤维也可选用。
我们发现，当硬质纤维件14被编结而形成基本呈管形的节段12时，该节段的端部28，如果不受约束，则会如图1所示径向向外扩张。外扩的发生不需要热固、冷成形或任何其他的辅助工序，而可以由该节段对称的截面和在形成环圈18的单元16时所引起的硬质纤维件14中的残余应力共同作用而致。当不加约束时，靠近端部28的单元形成一种减轻纤维件中内部应力并减小它们内部弹性能量的形状。由多根柔性纤维件22形成的第二节段20，没有足够的硬度约束端部28，这样便可在相互编结时，用来连接第一节段12。
当节段12与节段20首尾相接相互编结时，节段12的扩张端28使套筒10形成一个基本覆盖套筒长度的回旋形，其中节段12形成凹陷30，而节段20则形成从套筒径向向外突出的凸起32。这样，套筒便具有了回旋形的很多优点，即，当套筒弯折或褶曲时，具有良好的弯曲柔性和径向硬度而防止套筒扭结或垮塌。由光滑的单芯或多芯纤维构成的纤维件22形成的节段20使套筒具有所述凹陷和凸起，这是因为这种光滑、柔软的纤维件相互间很容易滑过，并对节段12的端部28没有约束。而粗的或织物化纤维件在很大程度上会约束端部28，由此缩少凹陷和凸起之间的尺寸变化。套筒20也有轴向柔性，它会被集中在第二节段20中。如图2所示，当套筒10受到如箭头34所示的沿轴13的张力时，由柔性纤维件22构成的环圈26会如图2B所示被拉伸，使套筒10轴向伸展。当使用非织物纤维件22，在很小的摩擦力下，它们可容易地相互滑过，所以轴向柔性比较大。由于构成第一节段12的纤维件14较硬，因而它们在张力作用下不会拉伸并如图2A所示基本不会扭曲。
虽然节段12和20实际上分别可以由任意数量的单元16和单元24构成，但实用的一种套筒最好由具有3个单元的环圈18组成的节段12和具有2个单元的环圈26组成的节段20形成。这种构型使套筒10具有所述的凸起32和凹陷30，从而具有足够的径向硬度和弯曲柔性但没有过度的轴向柔性。通常，构成节段20的单元越多，则套筒的轴向柔性会越大，而构成节段12的单元越少，则套筒的弯曲柔性越大，可以形成较小弯曲半径但不会扭结。实际的套筒10还可以由具有5或10个单元的节段12和有2个单元的节段20制成。这样在第一(较硬)节段12中的单元16和在第二(不太硬)节段20中的单元24间的最佳比例范围为3∶2和5∶1之间。
套筒10最好在抽锭(Stripping)编结机中横向编结。这种机器具有多个环形设置的锁针，它们旋转经过多个馈送纤维件至所述锁针的支脚。每个支脚以连续股(strand)方式馈送不同的纤维件至锁针，且支脚根据需要做移进或移出动作以按需馈送一个特殊的纤维件。例如，当编结一个节段12时，装有纤维件14的第一支脚动作，馈送纤维件至锁针，该锁针编结构成该节段的预定数量的单元。当编结紧跟着的节段20的单元时，第一支脚移出动作，而装有纤维件22的第二支脚移入动作以馈送锁针。这样，节段20的第一单元与节段12的最后一个单元相互编结，该过程不断重复，交替使一个和另一个支脚进出动作从而形成套筒10。
当用一个单芯纤维形成节段12时，该节段可能有明显的间隙。通过采用随单芯纤维馈送附加纤维件的方式可以封堵这些间隙。附加纤维件最好是一种具有足够尺寸填塞这些间隙的绞合纱或细纱。这种纱具有在节段的内侧面打褶的自然特性，因而可用来提供削弱套筒中细长基质的振动的阻力。
图3所示为旋绕套筒的另一个实施例40，它包括多根最好由硬质弹性单芯纤维件44构成的环箍42。该环箍42与柔性纤维件46(环箍最好放入其内)相交织，该纤维件编结而成多个单元48，该单元围绕长轴49在圆周方向延伸而形成具有额定直径51的管形体50。该环箍42较坚硬并基本保持环形，当由编结的纤维件46定位时，该环箍42形成一个支撑管形体50的构型的骨架。所述管形体50被编结成具有一个比环箍42的直径小的额定直径51，使得管形体50被迫向外越过环箍，而在每个环箍46处形成凸起52和在环箍间形成凹陷54，从而使套筒40呈旋绕形。
当管形体50被编结时，环箍42最好连续放置于其内，使每一个环箍由硬质纤维件44的轴向股绳部分56相连接。轴向股绳部分56可以浮凸在管形体50的表面或与纤维件46交织——最好通过内置的方式。
构成环箍42的硬质纤维件的材料最好是诸如尼龙、聚酯、聚丙烯、聚乙烯和聚四氟乙烯等的聚合物。也可用金属材料，如钢、钛、镍钛金属互化物、elgiloy等，特别适用于高温环境中的套筒。根据构成环形体50的柔性纤维件的直径和所用材料，硬质纤维件44的实际直径范围在0.030-0.010英寸之间。最好用单芯纤维制作足以支撑管形体50的硬质环箍。
对于更具柔性的纤维件46，其最佳材料也包括诸如尼龙、聚酯、聚丙烯、聚乙烯和聚四氟乙烯等的聚合物。也可用金属，如钢、钛、镍钛金属互化物、elgiloy。在高温情况下，最好选择玻璃纤维或石英纤维。纤维件46的实际直径在0.015-0.005英寸之间。多纤丝可以增加柔性并有助于保证套筒的旋绕形状。纤维件42和46的材料和尺寸的选择取决于使用套筒的目的、预期的环境以及纤维件之间所需的相对硬度，我们知道当旋绕形形成时，纤维件42比构成管形体50的纤维件46的硬度要高。
图4所示为本发明旋绕套筒60的另一个实施例，该套筒包括一个管形体62，该管形体由沿轴68同轴间隔设置的多个第一和第二纵向延伸区域64和66形成。所述第一和第二区域64和66以交替排列方式相邻设置，并由编结成多个多个围绕纵轴68在其圆周方向延伸的单元72的多条纤维件70形成。每个单元包括多个环圈74。作为一个旋绕形，套筒60具有从套筒径向向外的凸起76和凸起之间的凹陷78。该凸起和凹陷通过变换第一和第二区域64和66的相对硬度而形成。所述区域的硬度可以通过调整编结参数，如形成所述单元的环圈的密度和/或长度来改变，或通过更换编结区域的材料来改变。
环圈密度由环圈74的尺寸和纤维件被编结时的张力来控制。环圈的尺寸由编结时的走针距离决定，该距离由对驱动编结机中锁针的凸轮的调节来控制。张力由各种形式的机械拉伸设备所控制，这些设备或多或少向送进编结机中的纤维件施加张力。
凸起76可以由第二区域66中具有较大的环圈74的单元72所形成，该第二区域在较小的张力下编结，而具有较低的缝合密度并使第二区域66向外突出而形成每个凸起。凹陷78由第一区域64的单元72形成，该区域具有较高张力下编结的较小的环圈74而具有较高的环圈密度，由此增加第一区域64的硬度并使套筒径向向内陷。凸起和凹陷之间的距离由在较小的张力下与长环编结的单元和在较高张力下与短环编结的单元的数量控制。可以规划先进的编结机以在第一张力和第一走针距离处——例如在较高的张力和较短的走针距离处——编结第一组单元80，然后在较低张力和较长走针距离下连续编结第二组单元82，紧接着在较高张力和较短走针距离下编结第三组单元84，重复这种编结模式就可生产出图4所示的旋绕套筒60。
区域64和66的相对硬度也可以通过变换形成该区域的纤维件70的硬度而改变。凹陷78是通过相对较硬的诸如单芯纤维的纤维件86编结第一区域64而形成，而凸起76则通过由更柔软的，诸如多芯纤维的纤维件88编结第二区域而形成。
构成纤维件70的较佳的材料包括聚合物材料，如尼龙、聚酯、聚丙烯、聚乙烯和聚四氟乙烯及DREF丝。金属材料，如钢、钛、镍钛金属互化物、elgiloy等也可适用。玻璃纤维和石英纤维最适合高温环境。热缩材料如热塑塑料也可选用，它可内置于编结件中，然后进行热缩便于形成凹陷。单芯或多芯纤维均可适用，编结结构可以为单结也可以为双结。
按照本发明的旋绕保护套筒的各种实施例，提供了一种可经济地生产并有广泛用途的旋绕套筒，它可以通过材料的选择而适合于保护细长基质免受各种恶劣环境的不利影响。
权利要求
1.一种用于保护细长基质的长形旋绕套筒，其特征在于所述套筒包括一组管形第一节段，沿一根轴的轴向同轴间隔定位，每个所述第一节段由编结成多个第一单元的多根柔软而有弹性的第一纤维件构成，每个节段具有两个相对设置的向外突出的端部；一组管形第二节段，每个该第二节段由多根比第一纤维件柔软的第二纤维件构成，该第二纤维件被编结成多个第二单元，每个第二节段沿所述轴同轴定位，并且通过将第二节段的端部与第一节段的突出端相互交织而以交替排列的形式与第一节段首尾相接，该第一节段形成多个凹陷，而第二节段则形成多个从套筒径向向外突出的凸起。
2.根据权利要求1所述的旋绕套筒，其特征在于所述每个第一纤维件包括至少一根单芯纤维。
3.根据权利要求2所述的旋绕套筒，其特征在于所述单芯纤维由选自聚酯、尼龙、聚丙烯或聚乙烯的聚合物材料构成。
4.根据权利要求2所述的旋绕套筒，其特征在于所述单芯纤维由选自钢、铝、铜、钛、镍钛金属互化物或elgiloy的金属材料构成。
5.根据权利要求1所述的旋绕套筒，其特征在于所述第二纤维件包括一个多芯纤维丝。
6.根据权利要求5所述的旋绕套筒，其特征在于所述多芯纤维丝由选自聚酯、尼龙、或聚四氟乙烯的聚合物材料构成。
7.根据权利要求1所述的旋绕套筒，其特征在于所述第一纤维件的单元和第二纤维件的单元间的比例范围在3∶2和5∶1之间。
8.一种用于保护细长基质的长形旋绕套筒，其特征在于所述套筒包括一个具有额定直径的管形体，该管形体由编结成多个沿一根轴的长度方向延伸并与其同轴的环绕单元的多根柔软而弹性的纤维件形成；多个弹性环箍，与所述轴同轴并沿管形体长度方向间隔定位，所述环箍，每个的直径都比管形体的额定直径要大并与纤维件相交织，由此将环箍固定于管形体上，所述管形体的直径与沿该管形体间隔设置的环箍的直径相同，其中所述环箍与纤维件相交织，所述单芯纤维比形成管形体的纤维件更硬，该环箍使管形体沿所述轴向外突出形成相互间隔开的凸起，而在每个环箍之间由管形体形成凹陷。
9.根据权利要求8所述的旋绕套筒，其特征在于所述环箍由连续的弹性单芯纤维构成，每根所述弹性单芯纤维包括一个沿所述管形体长度方向延伸的轴向股绳并与相邻的环箍相连接。
10.根据权利要求9所述的旋绕套筒，其特征在于所述轴向股绳部分与所述纤维件相交织构成所述管形体。
11.根据权利要求9所述的旋绕套筒，其特征在于所述轴向股绳部分浮凸于所述管形体的表面。
12.根据权利要求8所述的旋绕套筒，其特征在于所述环箍由选自聚酯、尼龙、聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯的弹性聚合物单芯纤维构成。
13.根据权利要求8所述的旋绕套筒，其特征在于所述环箍与所述纤维件通过内置的方式相交织。
14.一种用于保护细长基质的长形旋绕套筒，其特征在于所述套筒包括一个具有在长度方向延伸的多个第一和第二区域的管形体，所述区域沿一根轴同轴间隔设置，所述第一和第二区域以交替排列的方式相邻定位，所述区域由编结成多个单元的多根纤维件构成，每个单元包括多个围绕该轴在圆周方向延伸的环圈，所述第一区域的硬度不同于第二区域的硬度，由此在所述管形体中形成沿所述轴的长度方向交替排列的凸起和凹陷。
15.根据权利要求14所述的旋绕套筒，其特征在于所述第一和第二区域的硬度通过变换形成所述第一和第二区域的环圈的长度和密度中的至少一项而改变。
16.根据权利要求15所述的旋绕套筒，其特征在于所述第一区域的环圈的密度大于所述第二区域的环圈的密度，由此在第一区域中形成凹陷而在第二区域中形成凸起。
17.根据权利要求15所述的旋绕套筒，其特征在于所述第一区域的环圈的长度小于所述第二区域的环圈的长度，由此在第一区域中形成凹陷而在第二区域中形成凸起。
18.根据权利要求14所述的旋绕套筒，其特征在于所述第一和第二区域的硬度通过变换构成所述第一和第二区域的材料而改变。
19.根据权利要求18所述的旋绕套筒，其特征在于所述第一区域由第一纤维件形成，第二区域由第二纤维件形成，所述第一纤维件比第二纤维件更硬，由此在第一区域中形成凹陷而在第二区域中形成凸起。
20.根据权利要求19所述的旋绕套筒，其特征在于所述第一纤维件包括一根单芯丝。
全文摘要
本发明公开了一种编结旋绕保护套筒。该套筒由纤维件编织形成沿所述套筒的长度方向交替排列的凸起和凹陷。所述凸起和凹陷，可以由较硬和较软的纤维件交替编织的节段形成；也可以通过沿编结套筒的长度方向间隔交织硬化的环箍而形成，其中，套筒的额定直径小于环箍直径；或者通过变化编结参数，如沿套筒随长度而变化的环圈密度和环圈长度而形成。
文档编号F16L59/02GK1585869SQ02822431
公开日2005年2月23日 申请日期2002年11月13日 优先权日2001年11月14日
发明者杰西卡L·埃克斯, 贾尼丝R·梅登, 丹尼E·温特斯 申请人:费德罗·莫格尔动力系公司