具有盘绕层的抗扭结软管系统以及制造方法
【专利说明】具有盘绕层的抗扭结软管系统以及制造方法
[0001]本申请要求2013年3月14日提交的美国临时申请N0.61/785，261的利益，上述申请的公开内容通过引用全部合并于此。
技术领域
[0002]本公开涉及流体导管，更具体地涉及柔性软管。
【背景技术】
[0003]柔性软管被广泛地应用于各种工业、家庭和商业应用中。软管的一个商业应用是家庭或工业用途的花园或供水软管。例如，软管用于浇灌草地、树木、灌木、花卉、蔬菜植物、藤本植物和其它类型的植物，清洁房屋、建筑物、船只、设备、车辆和动物，或者在流体源与器械之间转接。例如，器械可以是提供冷水或热水的盥洗台、水龙头等。软管的另一商业应用是用于燃料输送、汽油和其它以石油为基料的产品的汽车软管。软管的另一应用是家用或商业用途的真空吸尘器软管。例如，软管与用于收集杂物或分配空气的真空吸尘器、电动工具或其它设备一起使用。流体(例如饮料、燃料、液体化学品、流体食品、气体和空气也经常通过柔性软管从一个位置输送到另一个位置。
[0004]几十年来，柔性软管由聚合物材料(例如天然橡胶、合成橡胶、热塑性的弹性体、增塑的热塑性材料)制造。传统的柔性软管通常具有层状结构，所述层状结构包括内管状导管、包裹管状导管的螺旋形的、编织的或针织的加固物以及外盖。
[0005]通常与柔性软管相关联的问题是扭结和压扁。例如，扭结在软管被对折或扭转时发生。扭结的后果是穿过软管的流体流要么严重受限，要么被完全阻断。扭结是麻烦的事情并且造成用户确定软管的扭结部分的位置和解除软管的扭结部分的不必要的负担。
[0006]以前曾试图通过把漩涡形的或螺旋状的加固带子整合到软管的外管状层中来使软管更能抵抗扭结、挤压、压扁和/或胀破。然而，这种结构往往使这些增强的软管过分僵硬，因为嵌入的螺旋结构缺乏自由弯曲的能力。这种结构在某些情况下往往需要更厚和更硬的内管状层。因此，所需要的是一种螺旋形的强化的流体导管，其中螺旋形的加强部容易定制以适应用户的不同的性能需求。
【发明内容】
[0007]在一个实施例中，流体导管包括具有管状壁的柔性元件和环绕的结构元件，所述柔性元件配置用以输送流体，所述管状壁限定穿过柔性元件延伸的中心轴线，所述环绕的结构元件邻近管状壁放置，所述结构元件关于中心轴线放置以沿着管状壁形成多个区段，所述多个区段相对彼此间隔开以在其之间限定间隔，所述间隔的尺寸适于通过柔性元件的预定弯曲部上的相邻区段之间的接触而闭合。
[0008]在一个实施例中，形成流体导管的方法包括形成具有管状壁的柔性元件和形成环绕的结构元件，所述管状壁限定穿过柔性元件延伸的中心轴线，所述环绕的结构元件邻近管状壁，所述结构元件关于中心轴线放置以沿着管状壁形成多个区段，所述多个区段相对彼此间隔开以在其之间限定间隔，所述间隔的尺寸适于通过柔性元件的预定弯曲部上的相邻区段之间的接触而闭合。
【附图说明】
[0009]图1是穿过具有根据本公开形成的结构层的柔性流体导管的一部分的截面；
[0010]图2是图1的结构层的立体图；
[0011]图3是图1的结构层的侧面视图；
[0012]图4是形成结构层的带条的一半旋绕的辅助视图；
[0013]图5是沿着线A-A穿过图4的带条截取的截面；
[0014]图6至图8是穿过具有图1的结构层的导管的三个实施例的截面，其中在每个实施例中结构层被不同地放置；
[0015]图9至图12是前视图，所述前视图示出可替换的方法以改变导管的中间层以用于与结构元件相集成；
[0016]图13至图17是穿过图1的导管的截面，绘出了导管弯曲时结构层的相邻区段之间的相互作用；
[0017]图18至图22是穿过图1的导管的截面，示出对结构层的特征的尺寸改变如何在导管沿着其中心轴线弯曲时影响导管的柔性；
[0018]图23至图24是穿过图1的导管的截面，示出中间层和结构层的区段的柔性和可压缩性如何对导管的柔性产生效果；
[0019]图26是穿过图8的导管的一部分的截面，所述导管具有被配置为相对于中间层移动的结构层；以及
[0020]图27至图28是穿过具有中间层的一部分的导管的一部分的截面，所述中间层嵌入结构层的区段之间。
【具体实施方式】
[0021]为促进对本公开的原理的理解的目的，请参考附图中示出的以及以下说明书中所描述的实施例。应该理解，这不欲限制本公开的范围。还应该理解，本公开包括对所示的实施例的替换和修改，并且还包括本领域技术人员通常想到的本公开的原理的其它应用。
[0022]图1示出柔性流体导管100的沿其中心轴线102切开的直的部分。导管100包括外衬106和内衬104，所述内衬104形成穿过导管100的流动路径。在所示的实施例中，导管100还包括被置于内衬104与外衬106之间的结构层108。如下文更详细地讨论的，结构层108被配置以防止由于导管100的弯曲或扭结对沿着流动路径的流体流的限制。
[0023]如图2和图3最佳所示，结构层108表现为半柔性材料的带条，所述带条关于中心轴线102成螺旋形地放置。为本公开的目的，结构层108的中心轴线102和导管100的中心轴线102重合，并且任何提及“中心轴线”指的是这两个轴线。带条的每次旋绕具有在其之间形成的间隔109。在其它实施例中，间隔109是真空的或空气填充的。沿着结构层108的长度的连续的间隔能够使结构层108曲缩并且轴向地伸缩。
[0024]在一些实施例中，结构层108是通过将带条包绕一形状形成的。在其它实施例中，结构层108是通过挤压管道以及随后使管道成螺旋形以关于中心轴线102形成螺旋形槽而形成的。在一些实施例中，螺旋切口完全穿过管道的壁而制成，以及在其它实施例中，螺旋切口部分地穿过管道的壁而制成。
[0025]当沿着图1中绘出的截面查看时，在带条的每个螺旋形的旋绕之间的间距在中心轴线102上方形成一连串间隔的区段110并且在中心轴线102下方形成一连串间隔的区段110。正如下文更详细地讨论的，一连串的区段110中的间隔开的相邻的区段之间的相互作用能够在导管100受到挤压力或弯曲力时使结构层108防止流动路径受限。
[0026]图4绘出当从图3的箭头114查看带条时带条的一半旋绕112的辅助视图。图5示出图4的带条的一半旋绕的沿着线A-A(截面线垂直于带条的螺旋路径定向)获取的横截面。在所示的实施例中，带条具有矩形横截面，所述矩形横截面具有恒定的宽度W和恒定的高度H。然而，在其它实施例中，横截面的宽度W和高度H可随结构层108的长度而改变。
[0027]图6至图8示出具有结构层108的导管的三个实施例116、117和118，在每个实施例中结构层108处于导管上的不同的位置处。每个实施例的导管包括内衬104、编织套管120、泡沫衬垫122和外衬106，它们分别关于中心轴线102从内到外径向地放置。在所示的实施例中，编织套管120被描绘成相邻的导管层之间的一维线条。每个实施例中的结构层108位于导管内的不同位置处。例如，图6示出位于导管116外部与外衬106相邻的结构层108。图7示出导管117的位于泡沫衬垫122与外衬106之间的结构层108。图8示出位于导管118内部、在内侧上与流动路径相邻且在外侧上与内衬104相邻的结构层108。图6至图8的实施例示出包括五层的导管，所述导管具有位于这些层内的三个不同位置处的结构层108。在其它实施例中，导管可包括更少或更多数量的层，其中结构层108位于这些层的任意层之间。
[0028]—些实施例中的结构层108绕着导管的中心轴线102旋转地自由移动或浮动，以及/或者沿着导管的中心轴线102轴向地自由移动或浮动，不管其在导管内的位置如何。在其它实施例中，结构层108结合到导管的一个或多个相邻