抗扭结软管的制作方法

抗扭结软管
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求提交于2020年2月27日并且标题为“抗扭结软管(kink
‑
resistant hose)”的美国临时专利申请no.62/982,687优先权，该临时专利申请的公开内容全文通过引用并入本文。
技术领域
3.本技术属于管材和软管，并且更具体地涉及其改善的抗扭结性。


背景技术：

4.扭结和其它流动障碍为软管和管材(用以输送流体)的用户所经历的常见问题，特别是在较低流体压力和较长距离的情况下。例如，扭结部为花园软管(用以从水龙头或龙头输送水，诸如世界各地的住宅和商业地产的侧面所遇见的那些)的用户所经历的主要困扰之一。
5.当软管对折或扭曲时，发生扭结，使得软管的圆柱形内壁的相对侧在其自身上折叠。由于这种折叠，软管内壁的两个相对面彼此接触并且减少或完全抑制了流体通过该软管的流动。例如，当用户试图解开或以其它方式拉直软管(诸如在未使用时已盘绕用于存储的花园软管)时，通常发生扭结。扭结在新购买软管中也为特别常见的，这些软管自其制造以来已以盘绕配置进行存储；并且为花园软管所有者所面临的长期难题。当一个或多个扭结部已形成于软管中时，流体流将不会恢复到其初速流速或流量，直至扭结部解决——通常要求用户在扭结部的位置手动地解开该软管。
6.现有解决方案通常采取对于花园软管的一个或多个外层所做出的外部加强形式，包括强化和增强元件以抵抗扭转力和/或弯曲力，否则该扭转力和/或弯曲力可引起软管的扭结。然而，此类外部加强通常使整个软管变得较硬、柔软性较低，并且通常对于用户而言更难以在障碍物周围操作或操纵该软管，例如，如当用户从其房屋侧面的龙头拖拽软管以对其草坪或花园浇水时通常可发生。此外，虽然现有解决方案可提供对于扭结形成的抗性，但是当扭结部形成时，相同强化元件可对于用户而言更难以随后解开该软管。因此，将期望的是提供一种抗扭结软管，而无需应用外部加强或牺牲软管整体的可操作性和处理特性。
附图说明
7.为描述其中可获得本公开的上文所列举的和其它优点和特征的方式，上文所简要描述的原理的更特别描述将通过参考在附图中示出的其具体实施例来呈现。应理解，这些附图仅示出了本公开的示例性实施例并且因此不应视为限制其范围，本文的原理通过利用附图以额外具体性和细节进行描述和解释，其中：
8.图1a示出了部分地包含于软管管材的内部体积内的抗扭结构件的透视图；
9.图1b示出了形成穿过软管管材的扭结部的开放流体流通道的抗扭结构件的剖视图；
10.图2a示出了筛网联接机构的实例实施例，该筛网联接机构用以约束抗扭结构件相对于软管管材的纵向移动；
11.图2b示出了筛网联接机构的实例实施例，该筛网联接机构用以约束抗扭结构件相对于软管管材的纵向移动；
12.图2c示出了筛网联接机构的实例实施例，该筛网联接机构用以约束抗扭结构件相对于软管管材的纵向移动；
13.图3示出了衬垫筛网联接机构的透视图；
14.图4a示出了具有端环联接机构的抗扭结构件的透视图，该端环联接机构用以约束抗扭结构件的纵向移动；和
15.图4b示出了图4a的抗扭结构件端环的透视图。
具体实施方式
16.下文详细地讨论了本公开的各种实施例。虽然讨论了具体实施方式，但是应当理解，这些具体实施方式仅出于说明目的而进行。相关领域的技术人员将认识到，在不偏离本公开的精神和范围的前提下，可能使用其它部件和配置。本公开的额外特征和优点将在下述描述中进行阐述，并且从描述将部分地为明显的，或通过本文所公开原理的实践可了解。
17.应当理解，出于说明的简便性和清晰性，在适当情况下，附图标号在不同图中已重复以指示对应或类似元素。此外，阐述了许多具体细节以提供本文所描述实施例的全面理解。然而，本领域的技术人员应当理解，本文所描述的实施例可在无这些具体细节的情况下付诸实践。在其它情况下，方法、程序和部件未详细地描述，以免模糊所描述的相关特征。附图未必按比例绘制，并且某些部分的比例可能夸大以更好地示出细节和特征。说明书不应视为限制本文所描述实施例的范围。
18.图1a示出了软管100的实例实施例，软管100包括管材102和设置于管材102内的抗扭结构件110(在本文可互换地称为抗扭结“细丝”、“肋部”或“肋部构件”)。如下文将更深入地解释，抗扭结构件110并不沿着管材102的内部壁附接，或至少不附接于管材102的内部壁的部分之间(在其两个端部连接器之间)，使得允许抗扭结构件在软管100的正常(即，未扭结)操作期间在流体流料流内浮动。当扭结出现时，将抗扭结构件110按压成接触扭结点处的管材102的内部壁的相对面，并且从而形成允许流体持续流动穿过扭结点的一个或多个开放空间/通道。换句话讲，抗扭结构件110防止或减少了管材壁的特有折叠作用，否则将限定扭结部。
19.抗扭结构件110可具有与管材102大体相同的长度，以沿着完整范围的管材102和/或软管100提供扭结保护。例如，在其中软管100具有凸端部和凹端部的情形下，抗扭结构件110可具有长度，使得抗扭结构件110从凹套圈至管材102的附接点(在其第一远侧端部处)横跨至凸套圈至管材102的附接点(在其第二远侧端部处)。
20.虽然抗扭结构件110可自由浮动或以其它方式不附接至管材102的内壁，但是一个或多个联接机构或约束元件(未示出；参见例如图2a至图4b)可用于将抗扭结构件110包括于管材102的内部体积内和/或约束抗扭结构件110的一个或两个远侧端部相对于管材102的纵向移动。这些约束元件可设置于管材102的一个或两个开放端部处，例如设置于凸端部和/或凹端部处，如下文将更深入地解释。
21.需注意，虽然图1a将软管100示为单层构造(其中管材102的内部表面接触正输送通过软管100的流体并且管材102的外部表面接触其中放置软管100的环境)，但是还设想，可利用多层软管构造而不脱离本公开的范围。在多层或夹套软管构造的情况下，其中包含抗扭结构件110的管材102将为多层软管的最内侧或“芯”层。为解释清楚起见，虽然后续描述参考其中软管100为单层或单件构造的实例情形(即，仅包括管材102)，但非旨在限定关于单层或多层软管构造。
22.此外，虽然下述附图和描述参考其中单个抗扭结构件110设置于管材102的内部体积内的实例配置，但是还设想，在不脱离本公开的范围的情况下，可利用多个抗扭结构件。多个抗扭结构件可具有近似于单个抗扭结构件110的横截面积的累积横截面，或可能具有超出单个抗扭结构件110的横截面积的累积横截面积。
23.在一些实施例中，抗扭结构件110与管材102一起共挤出，其中抗扭结构件110和管材102可选择为非同类材料，这些非同类材料在共挤出过程期间没有彼此粘结、附接或以其它方式粘合。例如，如果管材102由聚氯乙烯(pvc)形成，那么抗扭结构件110可能为聚乙烯(pe)，聚乙烯将不粘附至管材102的pvc材料。更一般地，管材102和抗扭结构件110可选自以下项的一者或多者：pvc、热塑性弹性体(tpe)、热塑性聚氨酯(tpu)、尼龙、pe，以及合成和天然橡胶；其中在一些实施例中，抗扭结构件110和管材102选择为非同类材料以用于共挤出。
24.用于共挤出管材102和抗扭结构件110的共挤出模具可配置成使得抗扭结构件110在管材102的内壁处或沿着内壁挤出，但是需注意，两个部件之间的非同类材料选择确保了，即使抗扭结构件110沿着管材102的内壁进行挤出，抗扭结构件110也不粘结或附接至管材102。在一些实施例中，抗扭结构件110可能远离管材102的内壁或圆周挤出，并且例如可能在管材102的圆形横截面的中心处挤出。将抗扭结构件110定位远离管材102的内壁的共挤出模具，可协助维持抗扭结构件110和管材102之间的自由浮动配置，因为允许两个部件在推动通过共挤出模具之后在彼此接触之前冷却一定时间。这样，抗扭结构件110和管材102可挤出来形成两个部件，而无需使用非同类材料。在一些实施例中，在不脱离本公开的范围的情况下，类似材料可用于将管材102和抗扭结构件110以上文所描述共挤出配置共挤出，其中将抗扭结构件110维持从管材102分离，并且以其它方式不附接或粘合至管材102的内壁。
25.在一些实施例中，不同于采用共挤出过程，抗扭结构件110可独立于管材102进行制造并且插入或设置于管材102内(作为额外制造步骤)。例如，在将凸和/或凹套圈附接至管材102之前或与之同时，可将单独制造的抗扭结构件110插入管材102中。还设想，抗扭结构件110可改装至软管或管材中，套圈或端部配件已附接至该软管或管材。为将抗扭结构件110设置于由管材102所限定的内部体积内，抗扭结构件110可进行插入、推动或牵拉，或这三者的一些组合。例如，线材或索状构件可暂时附接至抗扭结构件110并且进行操纵以将抗扭结构件110牵拉通过管材102，直至抗扭结构件110完全地包含于管材102的内部体积内。作为另一个实例，盖或帆状机构(例如，空气挡板盖)可附接至抗扭结构件110的第一远侧端部以增加横截面积，空气流可施加至该横截面积以将抗扭结构件110推动至适当位置。特别地，盖可附接至抗扭结构件110的第一远侧端部，抗扭结构件110位于管材102的第一开放端部的起点中或该起点处；并且压缩空气然后可用于将抗扭结构件110吹动至适当位置，即其中抗扭结构件110第一和第二远侧端部均完全地包含于管材102的内部体积内。在盖已吹动
或推动至适当位置之后，该盖然后可从抗扭结构件110移除。
26.无论抗扭结构件110是否与管材102一起共挤出或单独地位于管材102的内部体积内，在操作中，抗扭结构件110将管材102的内壁在扭结点处保持隔开并且允许流体穿过扭结部。换句话讲，抗扭结构件110抑制管材102完全闭合并抑制流体流动的停止。通过允许流体通过扭结点，抗扭结构件110允许管材102的下游部分持续填充流体并且维持管材102的完整内部体积的加压，从而消除扭结部或至少减少其不便影响的严重程度。
27.特别地，图1b示出了管材102的剖视图(即，从纵向轴线或孔向下看)，其中横截平面在扭结点处径向地截取，该扭结点由抗扭结构件110保持打开。如先前所解释，在通常的扭结部(即，形成于无本文所公开抗扭结构件110的软管或管材中的扭结部)中，管材102的内部壁的相对侧将被按压在一起，从而形成接触贴片，该接触贴片横跨软管的内径并且约束或阻止流体沿着纵向轴线的流动。抗扭结构件110通过将管材102的相对内部侧壁保持隔开而防止此类情况，从而形成允许流体穿过扭结部的一个或多个支撑开放通道112。支撑开放通道112的尺寸和形状可根据抗扭结构件110的几何形状而改变，如下文将更深入地描述。然而，在设置较大直径的抗扭结构件110(和因此，允许流体流动通过扭结部的较大支撑开放通道112)和软管100的整体流速之间存在权衡；由抗扭结构件110所始终占据的横截面积为而将填充流体的空间。因此，在一些实施例中，抗扭结构件110选择成在通过扭结部的期望流速和当软管处于未扭结状态时的期望流速之间进行优化。在一些实施例中，抗扭结构件110可选择成使得其横截面积不大于管材102横截面积的10％和/或使得当软管处于未扭结状态时的流速减小低于10％，但当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可利用横截面积的其它比率和流速减少的百分比。
28.在一些实施例中，在管材102的内径为0.5英寸的情况下，抗扭结构件110的直径可选择为大约0.08英寸直径。对于具有方形的横截面的抗扭结构件，该0.08英寸直径将使得通过半英寸管材可用的总流动面积的仅3％减少(即，相比于无阻碍半英寸管材的流动面积的3％减少，该无阻碍半英寸管材不具有设置于其内部体积内的抗扭结构件)。对于具有“x”形横截面的抗扭结构件，诸如图1b所示的抗扭结构件110，该0.08英寸直径将导致大约仅1.5％的通过半英寸管材的流动减少。
29.一般来讲，用于形成抗扭结构件110的材料不仅选择为适合于与管材102一起共挤出的材料；而且选择为提供充分刚性的材料，使得抗扭结构件110能够将管材102在一个或多个扭结点处保持打开，而不会沿着扭结部的折叠管材壁部分显著地变形或塌缩。在一些实施例中，对于较大直径的抗扭结构件110，可提供刚性的对应增加。这种刚性增加可经由以下项来进行：材料选择或组分的变化，抗扭结构件110的几何形状设计的变化，或这两者的一些组合。
30.例如，如图1b所示，抗扭结构件110具有“x”或十字形横截面积。这种设计形成了抗扭结构件110的四个“臂部”和管材102的内壁之间的四个接触点，并且形成了四个支撑开放通道112。随着抗扭结构件110的直径增加，“臂部”的长度也增加。这样增加了抗扭结构件110位于管材102的扭结点处或该扭结点中所经历的弯曲力矩。因此，可作出几何形状修改以允许抗扭结构件110更好地抵抗任何弯曲力矩或在扭结点处起作用的其它变形力。例如，抗扭结构件110的独立“臂部”可加厚，和/或更刚性材料(诸如pvc或尼龙)可用于形成抗扭结构件110。
31.在所示“x”形配置中，此类臂部的使用有助于使抗扭结构件110和管材102的内壁之间的接触贴片的表面积最小化。通过使接触贴片表面积最小化，可较易于使穿过扭结部的水流最大化，即因为水仅可流动通过抗扭结构件110并且经由开放空间112通过管材102中的扭结部，其中抗扭结构件110不与管材102的内壁进行任何接触。
32.然而，应当理解，如图1b所示的抗扭结构件110的剖面设计仅出于说明目的，并且可使用多种其它剖面形状、设计和配置的抗扭结构件110。例如，不脱离本公开的范围的情况下，抗扭结构件110在其横截面积方面可为圆形、椭圆形、方形、矩形、三角形、多边形等。在一些实施例中，抗扭结构件110在其构造方面可为中空的(未示出)，使得中空抗扭结构件具有暴露于管材102内的流体流的外部壁表面和内部壁表面两者。在其中抗扭结构件110为中空的情况下，可能需要更刚性构造和/或材料选择以防止中空抗扭结构件110自身扭结或其内壁在较大管材102的扭结点处折弯。此外，虽然仅示出单个抗扭结构件110，但是在不脱离本公开的范围的情况下，还可能采用多个抗扭结构件，无论在单个管材102内是否具有类似或不同横截面和/或材料性质。
33.为将一个或多个抗扭结构件110固定或以其它方式包含于由管材102所限定的内部体积内，联接机构可设置于软管管材102的开放端部(即，凸端部和凹端部)的一者或多者处。例如，图2a至图2c示出了筛网联接机构220a
‑
c的实例，筛网联接机构220a
‑
c安装至管材202的开放端部中，例如安装于软管管材的套圈204或其它端部连接器内。筛网联接机构220a
‑
c可安装于管材202上，其中抗扭结构件110已位于该抗扭结构件的内部体积内。一旦安装，则筛网220a
‑
c防止了抗扭结构件110从管材202的内部体积分离或移除，而通常不限制抗扭结构件相对于管材的内壁部分的自由移动。
34.例如，筛网220a
‑
c可安装于管材202的套圈204中，以阻止抗扭结构件110穿过套圈204/管材202的开放端部。筛网220a
‑
c可设有多种布置和图案的开口，其中每个开口的尺寸通常设定成阻止抗扭结构件110的穿过。换句话讲，筛网220a
‑
c的一者上的给定开口的最大长度或宽度可在尺寸上设定成小于抗扭结构件110的宽度。筛网220a
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c可由塑料或金属制成，能够耐受于输送通过管材202的一种或多种流体的暴露。筛网220a
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c的外圆周可包括一个或多个突片或凸缘，该突片或凸缘允许与套圈204/管材202的开放端部的卡扣接合。有利地，套圈204或另一软管端部联接件的内壁部分通常包括预先存在凹槽，突片经由前述卡扣配合沿着筛网220a
‑
c的外圆周可接合于该预先存在凹槽中，如在图2a至图2c中可看出，经由筛网220a
‑
c与附接至管材202的金属套圈204的开槽的内部表面的突出接合。在一些实施例中，按压配合(例如，经由小插入件按压)可用于使筛网220a
‑
c固定于管材202的开放端部内，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可利用包括使用粘合剂和紧固件在内的其它附接技术。
35.在一些实施例中，筛网(诸如筛网联接机构220a
‑
c)可安装于管材202的两个端部上，例如一个筛网安装于凸套圈的开放端部中并且一个筛网安装于凹套圈的开放端部处。筛网在管材202的两个开放端部上的设置可有助于防止抗扭结构件100的意外移除(如当管材202的仅一个端部带筛网时可发生)，无论是通过粗心用户(该粗心用户无意地允许抗扭结构件跌落离开没有带筛网的端部)或通过好奇用户(该好奇用户将抗扭结构件有意地牵拉离开没有带筛网的端部)。此外，将筛网(诸如筛网220a
‑
c)设置于管材202的两个开放端部上，消除了抗扭结构件110在多次使用、盘绕和存储之后迁移离开管材的没有带筛网端部
的风险，可有助于改善耐久性和寿命。
36.然而，软管和管材具有通常以一致方式使用凸端部和凹端部两者，其中凹端部连接至龙头或其它加压流体源并且凸端部连接至喷嘴、端部附件，或用作用于输送通过软管或管材的流体的排放点。因此，在一些实施例中，筛网联接机构可能仅安装于管材的凸端部中。当管材连接至例如水龙头时，水将仅从管材的凹端部流动至凸端部，从而施加力，该力在相同方向上推压抗扭结构件110。利用安装于管材的凸端部/套圈处的筛网，抗扭结构件110在操作期间包含于管材的内部体积内并且防止从该内部体积脱出。当龙头关闭时，流动通过管材的水停止并且将抗扭结构件110推压离开管材的力不再存在。
37.在上述配置利用筛网220a
‑
c的一者以在管材202的凸(排放)端部处阻档抗扭结构件的情况下，在一个实施例中，筛网220a
‑
c的一者可配置成将抗扭结构件110替代地保持于管材202的凹(进入)端部处的适当位置。更特别地，抗扭结构件110和筛网可彼此附接或以其它方式粘结在一起，以将抗扭结构件110纵向地固定于其第一远侧端部处的适当位置，同时允许抗扭结构件的第二远侧端部在管材202的内部体积内移动(仍经受由在抗扭结构件的第一远侧端部处、附接至筛网220所施加的移动约束)。
38.例如，抗扭结构件110可通过筛网220a
‑
c的栅格开口进行按压配合，使得摩擦力将抗扭结构件保持于适当位置并且防止其从管材202的向下迁移，即从凹端部至凸端部的流体流的方向上。关于增加的联接强度，抗扭结构件110的远侧端部可穿过筛网220a
‑
c至少两次：第一次从管材202的内部行进至外部，并且第二次从管材202的外部返回行进至内部。此类配置提供了至少两个接触点(在筛网220a
‑
c上的每个开口处各一个，抗扭结构件110穿过/螺纹穿过该开口)。
39.在一些实施例中，不同于通过筛网220a
‑
c的开口(小于其最大直径)进行按压配合，抗扭结构件110可穿过筛网220a
‑
c的开口(大于其自身最大直径)，并且然后通过使抗扭结构件的外表面周围的筛网开口变形而永久地固定于适当位置。例如，筛网开口可围绕抗扭结构件110熔化或压缩，使得其相对于管材202的纵向移动受抑制。在一些实施例中，可利用胶水或粘合剂来将抗扭结构件110的远侧端部固定至筛网220a
‑
c(通过筛网的一个或多个开口)或直接地固定至筛网220a
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c的本体而没有穿过一个或多个筛网开口。还设想，夹具元件或其它紧固件可用于在使抗扭结构件的远侧端部穿过筛网开口的一者或多者之后将抗扭结构件110固定至筛网220a
‑
c。
40.在一些实施例中，筛网220a
‑
c的一者可设置于管材202的凸端部和凹端部两者处。两个筛网可能设计成阻止抗扭结构件110穿过管材202的开放端部，两个筛网可能设计成物理地保持或约束抗扭结构件110在纵向方向上的移动，或可能利用两者的组合。假定流体流通常从凹端部至凸端部，管材202的凹端部处的筛网相比于管材202的凸端部处的筛网可以较大开口进行尺寸设计，这可有助于避免不必要地限制通过该管材的流体流。
41.如图3所示，用于将抗扭结构件包含于软管或管材的内部体积内的端部联接机构的一者或多者可由筛网衬垫来提供。第一筛网衬垫320示为安装于软管联接件330的开放端部中，软管联接件330自身可安装于软管管材302(类似于先前所讨论的管材102,202)的开放端部或套圈上。在一些实施例中，筛网衬垫320可替代地安装于管材302自身的开放端部或套圈中，类似于图2a至图2c的先前所讨论筛网220a
‑
c。
42.返回至图3，还示出了非安装位置的第二筛网衬垫322。筛网衬垫320,322包括橡胶
或柔性外环状物，该外环状物的尺寸针对开口(该筛网衬垫正安装于该开口中)进行设定，例如针对管材302的内径和/或其套圈或端部连接器的内径进行设定。筛网衬垫320,322的内部部分包括网状或栅格布置(包括金属)，但还设想，筛网衬垫320,322的内部部分可由塑料、橡胶或其它此类材料形成。所安装筛网衬垫320的操作原理类似于先前相对于卡扣配合或按压配合筛网220a
‑
c所描述的原理，其中筛网衬垫320的栅格内部部分的独立开口的尺寸设定成阻止抗扭结构件110穿过管材的开放端部，筛网衬垫320安装于该开放端部上，同时仍允许输送通过管材302的水或其它流体以较自由和无障碍方式通过。
43.如图4a至图4b所示，通过管材402的内表面和由抗扭结构件110在其第一远侧端部处所形成的环之间的摩擦力，抗扭结构件110可包含于管材402的内部体积内。图4a示出了管材的内部体积内的安装位置的抗扭结构件的端环。图4b示出了抗扭结构件110的端环在其完全安装于管材的内部体积内之前的更完整视图。在一些实施例中，端环可能形成于抗扭结构件110的远侧端部处，使得其长度为大于1英寸至2英寸，但是还可利用其它尺寸。如图4a所示，抗扭结构件上的端环可推动至管材402的开放端部中，直至该端环定位于联接尾部处或其下方。联接尾部用于将联接元件或端部连接器附接至管材402，并且通常为管状金属部分，该管状金属部分从初始外径(小于管材的内径)扩展至最终外径(等于或略大于管材的内径。在扩展的联接尾部的终端端部处，脊状物或唇缘形成于管材壁的橡胶表面和联接尾部的金属之间的过渡部处。如图4a所示，通过将抗扭结构件的端环安装于该联接尾部下方，额外阻力点提供用以防止抗扭结构件随着时间的纵向移动或漂移。
44.在抗扭结构件的端环和管材402的内表面之间所生成的摩擦力在很大程度上取决于这两个部件的材料选择和性质。在一些情况下，摩擦促进复合物或涂层可能施加至端环，以增加摩擦力并且将抗扭结构件110更好地固定于管材402的内部体积内。摩擦促进复合物或涂层可在抗扭结构件形成端环之前施加至抗扭结构件的远侧端部，或可在端环已形成之后施加至抗扭结构件。还可能的是，摩擦促进复合物或粘合剂可施加至管材402的内表面，施加于管材和端环之间的预期接触区域中。在一些实施例中，抗扭结构件110可通过抗扭结构件上的端环和筛网220a
‑
c,320的一者的使用的组合方式进行固定。