CN1316609A - 柔性软管 - Google Patents

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Abstract

一种带波纹壁(2)的柔性软管(1)，包括一个带突起(4,5)和凹槽(6,7)的内表面(3)，通过模制塑料得到所述软管(1)，其特征在于，各内部突起(4,5)包括一个基本平坦而光滑的顶面(8,9)。各顶面(8,9)有第一宽度(W1)，各内部凹槽有第二宽度(W2)。第一宽度与第二宽度的比率(W1/W2)最好大于或等于2.2。该软管可以包括一个空心纵向突起或凹槽。

Description

柔性软管
本发明涉及一种根据第一权利要求的前序部分所述的柔性波纹软管。
这种柔性波纹软管有许多用途，比如在真空吸尘器和其他工业应用中使用。当需要重量轻、柔软和廉价的软管时，这种类型和其他类型的软管一般由一种热塑塑料原料吹塑而成。这些软管的管壁上有皱折或波纹,它们可导致附加柔性、挤压和弯曲阻力。波纹形状使软管在弯曲、压缩或拉伸后可回到其初始形状。而且，波纹形状可使软管在内部压力降低时避免被压扁。
这种软管的波纹形状导致一种有凸凹的内表面。现已发现，当空气流特别是高速空气流通过其内部时，软管可产生一种扰人的噪音。当软管处于拉伸状态时，尤其是软管弯曲时，噪音产生。噪音由声音谐波共振引起，声音谐波共振是当被吹入或吸入软管的空气冲击到软管内表面上的波纹时产生的。
由US-A-4756045可知，通过挤压吹塑法可制成塑性材料的柔性软管。US-A-4756045公开的柔性软管有一个包括凸凹相间的内表面，较深和/或较宽的凹槽和较浅和/或较窄的凹槽相互间隔。这些间隔的波纹使软管有一粗糙的内表面，粗糙的内表面通过阻断通过的空气流来降低噪音：较大凹槽内产生的谐波所引起的共振与较小凹槽内产生的谐波所引起的不同频率的共振相互抵消。然而，对有害噪音问题的这种解决方法有缺点，即粗糙的内表面积累了一较高的内部空气阻力，造成沿内表面波纹的气压损失增加，因而增加了软管的效率损失。
因此，需要一种柔性波纹软管，既可解决噪音问题又不增加软管的内部空气阻力。本发明的目的是提供一种降低了内部空气阻力的柔性波纹软管。
根据本发明，利用第一权利要求特征部分的技术特征，可以实现这个目的。
根据本发明，软管的各内部突起都有一个基本平坦而光滑的顶面。这些平坦的顶面可防止内部突起上的压力损失，并使软管的整个内部表面有一较平滑的外观，这样可降低软管内部的空气阻力。通过限制凹槽的压力损失并防止突起上的压力损失，可降低软管整个长度上的整体压力损失。
当空气流通过软管内部，冲击凹槽侧壁时，会产生谐波。由于软管内部基本平坦的形状，顶面形成了谐波的阻尼器，这些谐波是空气冲击软管内部凹槽的侧壁时产生的。其结果是在一凹槽处产生的振动在空气到达下一凹槽前就被削弱了。这种阻尼作用是由相邻两凹槽间突起的顶面产生的。与US-A-4756045描述的软管中谐波被其它频率的谐波抵消相比，阻尼作用有使本发明的软管中空气阻力和空气压力损失更小的优点。本发明软管中的阻尼作用可降低软管内产生的空气振动量，而US-A-4756045描述的软管中的抵消作用会增加软管内产生的空气振动量，并引起相当大的空气压力损失。
软管内表面的较平滑外观的另一优点是当它被用作真空吸尘器软管时，软管内部凹槽内积灰较少。
为使顶面产生的阻尼作用可持续足够长的时间，以在空气到达下一凹槽前就充分削弱前一凹槽产生的振动，顶面宽度W1与凹槽宽度W2的比率优选大于或等于2.2，最好是W1/W2≥3.5。通过这种方法可避免谐波干涉和噪音后果。第一宽度W1是第一切线T1与第二切线T2的第一交叉点A和第三切线T3与第二切线T2的第二交叉点B之间的距离。第二宽度W2是第二交叉点B和第四切线T4与第五切线T5的第三交叉点C之间的距离。第一切线T1与第一凹槽的一侧壁相切。第二切线T2与相邻于第一凹槽上述侧壁的第一突起的顶面相切。第三切线T3与第二凹槽的第一侧壁相切，该第一侧壁与第一突起相邻。第四切线T4与第二凹槽的第二侧壁相切，该第二侧壁与第二凹槽的第一侧壁相对。第五切线T5与第二突起的顶面相切，该第二突起与第二凹槽的第二侧壁相邻。
发明人还指出在US-A-4756045中描述的软管和类似的现有其他软管仅在空气流速不超过115m3/h时基本无噪音。根据本发明，通过提供一种W1/W2≥2.2，最好W1/W2≥3.5的软管，可得到在较高速气流，如130m3/h或更高的情况下基本无噪音的软管。这一点很重要，因为真空吸尘器的气流速度从过去的90m3/h提高到现在的130m3/h，因此，现有的软管由于在空气流速130m3/h会产生噪音而不再适用。本发明软管的这种特征在其他包含气流穿过柔性软管的工业应用中也有用。
为得到一种有尽可能狭窄凹槽的软管以避免特别是在高速气流时的噪音，这些凹槽最好有基本笔直的侧壁，这些侧壁沿与软管轴向几乎垂直的方向延伸。具体地说，这些侧壁最好是其切线与内部突起的顶面形成的平面间的夹角近似为90到100°。
根据本发明的另一优选实施例，软管的外表面包括突起和凹槽，较高的突起与较低的突起交替排列，这些较低的外部突起与内部突起的基本平坦的顶面相对应。这些较低的外部突起用来收集塑料原料的多余部分，并防止模塑过程中塑料原料在软管内表面的两内部凹槽之间的突起上堆积。换句话说，这些较低的外部突起允许塑料原料形成这样的形状以使内部突起有基本平坦的顶面。
沿着软管内部凹槽，壁面也最好有基本一样的材料厚度T。而且各内部突起的顶面和各内部凹槽的侧壁间最好以一圆边过渡。该圆边最好有一半径小于或等于1.5倍材料厚度T的曲率。这样做是合适的，因为圆边的曲率半径必须足够小，以避免内部突起顶面的基本平坦面积变得太小，该面积若太小将导致顶面阻尼作用和谐波干涉降低，谐波干涉是当穿过的气流冲击内部凹槽的侧壁并因此产生噪音时产生的。
本发明软管最好还有一个空心的纵向突起或凹槽，在该突起或凹槽中例如可埋入一根或多根电线、一个包含导线的小套管以及也可预置一条脱模放气缝(pull relief)，或者上述突起或凹槽可用于传输第二气体或流体。
本发明还涉及一种能塑模上述柔性软管的模具。这种模具有带波纹表面的侧壁，波纹表面由沿模型内径向延伸的纵向上相互交替的突起和凹槽组成。这些突起和凹槽与软管外表面的突起和凹槽相对应。
该模具最好有突起和与较浅凹槽相同的较深凹槽，较深凹槽更深入模具壁。模塑过程中，在熔融塑料原料的给定进料速率下，较浅凹槽收集了被模型突起挤压出来的多余的塑料原料，因此使塑料原料形成按本发明所述的软管，该软管有内部突起，突起上有基本平坦的顶面。较浅凹槽可避免塑料原料成堆而形成有凸状内部突起的软管，凸起形状是不希望得到的，因为这将导致内表面空气阻力较高，在整个长度上较大的气压损失以及运行过程中噪音的产生。
模具的较浅凹槽可以是任何形状，但本发明的一优选实施例中较浅凹槽基本呈半圆形。半圆形状的半径最好约等于软管壁的材料厚度T，以使软管的内部突起有基本平坦的顶面，而不是凸状或凹状的顶面。
模具较深凹槽的形状使塑料原料容易流进较深凹槽。由于这种形状，可得到需要的强度和柔性的软管，并且模塑过程后软管容易取走。为此，模具的各较深凹槽最好有两个与模型纵向成近似90到100°角的相对的侧壁。而且，为使软管凹槽足够窄以能够避免噪音和足够宽以能够保证软管柔性，每个这样的凹槽最好在模型壁内有一底部宽度，该宽度为软管壁理想的材料厚度T的约2到3倍，最好是2.5倍。另外，这些较深凹槽的底角最好稍圆些，便于从软管取走模型。这些较深凹槽的深度最好是其底部宽度的1.5倍，以得到足够强度的软管。
该模具最好还包括这样的形状，即模塑过程生产的软管有内部突起，其边是尽可能小的圆弧。为此，模具壁伸出的突起与各较深凹槽侧壁间的过渡最好是尖而无圆弧的边。发明人已经指出使用带这种尖而无圆弧的边的模具不会在这些边处对软管强度有不良影响，换句话说，不会降低软管的抗拉强度。
在一个实施例中，模具有一个带纵向突起或凹槽的壁。这样可生产空心纵向凹槽或突起的软管，这些凹槽或突起中，例如可埋入一根或多根电线、一根内含电线的小套管，可以预置一条脱模放气缝，或用于传输第二气体或流体。
通过附图及其描述，对本发明进行了更深入的说明。在下面的图中，同样的参考数字代表同样的部分。
图1是本发明的带波纹壁的柔性软管无外力作用下的纵向剖面图。
图2是软管波纹壁部分的局部放大图。
图3是模制本发明的带波纹壁的柔性软管的模具的局部图。
图4a和4b是分别有纵向突起和纵向凹槽的软管的剖面图。
图1所示的软管1的纵向剖面图表明，软管1有带内表面3和外表面16的波纹壁2，内表面3包括与凹槽6、7相间的突起4、5，外表面16包括与凹槽19、20相间的突起23、24。
软管1可由诸如热塑性材料或热固性材料的塑料原料模制而成。适合的热塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯、及其共聚物，以及本专业普通技术人员知晓的其它热塑性材料。
软管壁的波纹可为本专业技术人员知晓的圆形、螺旋形、椭圆形、四方形或其它任何形状。
各内部突起4、5都有基本平坦光滑的顶面8、9。这些基本平坦光滑的顶面8、9使软管1的内表面3有较光滑外观，这可导致较低的空气阻力，较少的气压损失和噪音的降低。这是因为基本平坦光滑的顶面形成穿过的空气在凹槽处产生的谐波的阻尼器。
各内部凹槽6、7包括两个相对侧壁10、11、12、13。顶面8、9有第一宽度W1，凹槽6、7有第二宽度W2。第一宽度W1是第一交点A和第二交点B之间的距离，第一交点A是第一切线T1与第二切线T2的交点，第二交点B是第三切线T3与第二切线T2的交点。第二宽度W2是第二交点B和第三交点C之间的距离，第三交点C是第四切线T4与第五切线T5的交点。第一切线T1与第一凹槽6的侧壁11相切。第二切线T2与第一突起4的顶面8相切，第一突起4与第一凹槽6的侧壁11相邻。第三切线T3与第二凹槽7的第一侧壁12相切，该第一侧壁12与第一突起4相邻。第四切线T4与第二凹槽7的第二侧壁13相切，该第二侧壁13与该第二凹槽7的第一侧壁12相对。第五切线T5与第二突起5的顶面9相切，第二突起5与第二凹槽7的第二侧壁13相邻。根据本发明，当选择W1/W2的比率大于或等于2.2，最好大于或等于3.5时，顶面8、9就大到能够使谐波到达下一凹槽7之前减弱在凹槽6处由穿过的空气产生的谐波。通过这种方法，可防止连续凹槽处产生的谐波的干涉，这样当气流穿过软管时不会出现噪音。
为得到尽可能窄的凹槽6、7，并由此防止噪音，凹槽6、7的侧壁11、12、13的切线T1、T3、T4与内部突起4、5的顶面8、9的切线T2、T5间形成一近似90到100°的夹角α。该夹角α最好约为93°到94°。
沿软管1的内部凹槽6、7，壁2最好有基本一致的材料厚度T。各内部突起4、5的顶面8、9与各内部凹槽6、7的侧壁10、11、12、13间的过渡由基本圆的边14、15形成，当与模具21的锐边31、32正对的熔融塑料原料在这些边处自然形成圆形时，圆边14、15在模制过程中自然形成。最好圆边14、15的曲率半径R1小于或等于软管1的壁2的材料厚度T的1.5倍。通过使圆边14、15的曲率半径R1尽可能小，可保证软管1内表面3的整体较光滑的外观。结果在软管工作时气压损失得以降低，并且可防止噪音的产生。
如图2所示，软管1包括带有突起17、18和凹槽19、20的外表面16，较高突起18最好与较低突起17相间，这些较低的外部突起17与内部突起4、5的基本平坦的顶面8、9相对应。这些较低外部突起17基本呈半圆形，其半径R2约等于软管1的壁2的材料厚度T。这些较低外部突起17用来收集多余的塑料原料，以防止模制过程中，塑料原料在模具的两个连续的较深凹槽25之间的突起上堆积。换句话说，这些较低外部突起17使塑料原料形成如此形状，使软管1的内部突起4、5有基本平坦的顶面8、9，而不是凸凹状的顶面。
软管1上还可有直径小于软管1直径的纵向空心凹槽34或空心突起33。该纵向凹槽34或突起33中，例如可埋入一根或多根电线、一个内含电线的小套管，还可以设置一条脱模放气缝。上述凹槽或突起也可用来传输第二气体或流体。使用带纵向突起或凹槽的特殊模具，可在模制过程中制成该凹槽34或突起33。模制过程结束后，软管1的突起33或凹槽34中可埋入一根或多根电线、一个内含电线的小套管，还可以设置一条脱模放气缝，而在用于传输第二气体或流体时，突起33或凹槽34是空置的。通过将软管1的纵向边焊接在一起，可最终封闭软管1的突起33或凹槽34，这样在凹槽或突起与软管自身之间可形成过渡。
图3所示的模具21包括一个带有纵向突起23、24和凹槽25、26的表面22，较深凹槽25与较浅凹槽26相间。较深凹槽25更深入模具21的表面22中。
制造柔性软管的适合的模制过程包括吹塑过程，真空模塑过程，或本专业普通技术人员所知的任何其他的模制过程。吹塑过程中，熔融塑料原料被挤入模具内部，然后通过将压缩空气导入塑料原料中央而将原料吹到模具内表面上。在真空模塑过程的情况下，模具有沿圆周延伸的几十毫米宽的狭缝。通过这些狭缝，可围绕模具外侧产生作用于被挤入模具内部的塑料原料上的真空，使塑料原料被吸到模具的内表面上。与吹塑法相比，真空模塑法的优点是生产速度快，在某些情况下，因为同时作用于模具外部的真空有助于提供一较长的冷却接触。当然，真空模塑法也有缺点，即模具的狭缝使软管的外表面不规则。
使用模具21的吹塑过程可描述如下。向一挤压机中提供熔融塑料原料，从挤压机向两个旋转的模具链间导入熔融塑料原料。这些模具链彼此相对并按相反方向旋转。各模具链包括一些单独的模具，这些模具大约6厘米长，并有沿模具链纵向的带波纹表面的半圆柱凹槽。这两个模具链可在一侧旋转到一起，以这样的方法一起压住单独的模具：一模具链上的一个模具压着第二模具链上的一个模具，两个模具有相对的半圆柱凹槽，这样可形成带有需要的圆柱形、有纵向波纹形状的腔体。在两个模具链旋转到一起的那个点上将熔融塑料原料注入模具中。向塑料原料柱体的中央吹入压缩空气，使原料膨胀并压向模具的波纹壁，塑料原料因此被吹进模型较深和较浅凹槽中，吹到突起上，形成软管1。因此可知，模具21的突起23、24与软管1外表面16的凹槽19、20对应，模具21的较深凹槽25与软管1外表面16的较高外部突起18对应，模具21的较浅凹槽26与软管1外表面16的较低外部突起17对应。这里，模具的较浅凹槽用作多余塑料原料的收集器，这样塑料原料可成型以使形成的软管的内部突起有基本平坦的顶面。由于模具链的旋转，软管沿着两模具链单独的模具从挤压机中脱出。根据软管需要的壁厚T，塑料原料柱体的挤压速度与模具链的线速度相匹配。在模具链到达其单独模具分开点之前，单个模具都要被冷却，从而使塑料原料固化。最后，旋转的模具链分开，单独的模具与软管脱开。
模具21的较浅凹槽26的宽度和深度与软管1的壁2需要的理想材料厚度T相匹配，换句话说，它是针对为使软管1的内部突起4、5有理想的基本平坦的顶面8、9而需收集的塑料原料量而定的。因此，模具较浅凹槽的宽度和深度随塑料原料的挤出速度而定。
模具21的较浅凹槽26最好是一半圆形，其半径R3约等于软管1的材料厚度T。模具21的较浅凹槽26的该半径R3基本等于软管1的较低外部突起17的半径R2。
最好模具21的各较深凹槽25的两个相对侧壁27、28与模具21的纵向形成90°到100°，最好是93°到94°的夹角β。而且，每个较深凹槽25的底部宽度W3最好约是软管1的壁2的理想材料厚度T的2 5倍，W3是在模具21壁内的较深凹槽25的底部测量得到的。另外，该较深凹槽的底部拐角29、30最好稍圆些。这些较深凹槽25的深度D3最好约是其底部宽度W3的1.5倍。通过使模具21的较深凹槽25具有这些特性，模制过程中塑料原料易于流入其中，形成具有要求的强度和柔性的软管1。模具21的较深凹槽25的这些特性也便于模具21从软管处移开。
各突起23、24与各较深凹槽25的侧壁27、28之间的过渡最好是尖而无圆弧的边31、32。这有下列好处，即模制过程中生产的软管1有带边缘14、15的内部突起4、5，这些边缘是圆的但最好尽可能小，以期尽可能降低噪音。

Claims (10)

1、一种带波纹壁(2)的柔性软管(1)，包括一个有突起(4、5)和凹槽(6、7)的内表面(3)，上述软管(1)由塑料模制而成，其特征在于每个内部突起(4,5)包括一个基本平坦和光滑的顶面(8、9)。
2、根据权利要求1所述的柔性软管，其特征在于，每个内部凹槽(6,7)包括两个相对侧壁(10,11,12,13)，所述顶面(8,9)有第一宽度(W1)，所述凹槽(6,7)有第二宽度(W2)，第一宽度与第二宽度的比率(W1/W2)大于或等于2.2，第一宽度(W1)是第一交点(A)和第二交点(B)的距离，第一交点(A)是第一切线(T1)和第二切线(T2)的交点，第二交点(B)是第三切线(T3)和第二切线(T2)的交点，第二宽度(W2)是第二交点(B)和第三交点(C)的距离，第三交点(C)是第四切线(T4)与第五切线(T5)的交点，第一切线(T1)与第一凹槽(6)的侧壁(11)相切，第二切线(T2)与相邻于第一凹槽(6)的所述侧壁(11)的第一突起(4)的顶面(8)相切，第三切线(T3)与第二凹槽(7)的第一侧壁(12)相切，该第一侧壁(12)与第一突起(4)相邻，第四切线(T4)与第二凹槽(7)的第二侧壁(13)相切，该第二侧壁(13)与该第二凹槽(7)的第一侧壁(12)相对，第五切线(T5)与相邻于第二凹槽(7)的第二侧壁(13)的第二突起(5)的顶面(9)相切。
3、根据权利要求2所述的柔性软管，其特征在于，各内部凹槽(6,7)的侧壁(10,11,12,13)的切线(T1,T3,T4)与各内部突起(4,5)的顶面(8,9)的切线(T2,T5)形成近似90到100°的角度(α)。
4、根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的柔性软管，其特征在于，软管(1)包括一个带凹槽(19,20)和突起(17,18)的外表面(16)，较高突起(18)与较低突起(17)相间，并且这些较低外部突起(17)与内部突起(4,5)基本平坦的顶面(8,9)相对应。
5、根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的柔性软管，其特征在于，沿软管(1)的内部凹槽(6,7)，壁(2)有基本一致的材料厚度(T)，并且由一基本圆边缘(14,15)形成各内部突起(4,5)的顶面(8,9)与各内部凹槽(6,7)的侧壁(10,11,12,13)间的过渡。
6、根据权利要求5所述的柔性软管，其特征在于，圆边缘(14,15)有一曲率，其半径(R1)小于或等于材料厚度(T)的1.5倍。
7、根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的柔性软管，其特征在于，软管(1)包括一个空心纵向突起(33)或凹槽(34)。
8、一种模制如权利要求1-7中任一权利要求所述柔性软管的模具，其特征在于，模具(21)包括一表面(22)，其上较深凹槽(25)与较浅凹槽(26)相间，较深凹槽(25)进一步伸入模具(21)的表面(22)中。
9、根据权利要求8所述的模型，其特征在于，各较深凹槽(25)有两个相对侧壁(27,28)，它们与模具(21)的纵向形成90到100°的角β。
10、根据权利要求8或9所述的模具，其特征在于，各突起(23,24)与各较深凹槽(25)的侧壁(27,28)之间的过渡由一个尖而无圆弧的边(31,32)形成。
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