專利名稱：柔性軟管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)第一權利要求的前序部分所述的柔性波紋軟管。
這種柔性波紋軟管有許多用途，比如在真空吸塵器和其他工業(yè)應用中使用。當需要重量輕、柔軟和廉價的軟管時，這種類型和其他類型的軟管一般由一種熱塑塑料原料吹塑而成。這些軟管的管壁上有皺折或波紋,它們可導致附加柔性、擠壓和彎曲阻力。波紋形狀使軟管在彎曲、壓縮或拉伸后可回到其初始形狀。而且，波紋形狀可使軟管在內部壓力降低時避免被壓扁。
這種軟管的波紋形狀導致一種有凸凹的內表面?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當空氣流特別是高速空氣流通過其內部時，軟管可產(chǎn)生一種擾人的噪音。當軟管處于拉伸狀態(tài)時，尤其是軟管彎曲時，噪音產(chǎn)生。噪音由聲音諧波共振引起，聲音諧波共振是當被吹入或吸入軟管的空氣沖擊到軟管內表面上的波紋時產(chǎn)生的。
由US-A-4756045可知，通過擠壓吹塑法可制成塑性材料的柔性軟管。US-A-4756045公開的柔性軟管有一個包括凸凹相間的內表面，較深和/或較寬的凹槽和較淺和/或較窄的凹槽相互間隔。這些間隔的波紋使軟管有一粗糙的內表面，粗糙的內表面通過阻斷通過的空氣流來降低噪音較大凹槽內產(chǎn)生的諧波所引起的共振與較小凹槽內產(chǎn)生的諧波所引起的不同頻率的共振相互抵消。然而，對有害噪音問題的這種解決方法有缺點，即粗糙的內表面積累了一較高的內部空氣阻力，造成沿內表面波紋的氣壓損失增加，因而增加了軟管的效率損失。
因此，需要一種柔性波紋軟管，既可解決噪音問題又不增加軟管的內部空氣阻力。本發(fā)明的目的是提供一種降低了內部空氣阻力的柔性波紋軟管。
根據(jù)本發(fā)明，利用第一權利要求特征部分的技術特征，可以實現(xiàn)這個目的。
根據(jù)本發(fā)明，軟管的各內部突起都有一個基本平坦而光滑的頂面。這些平坦的頂面可防止內部突起上的壓力損失，并使軟管的整個內部表面有一較平滑的外觀，這樣可降低軟管內部的空氣阻力。通過限制凹槽的壓力損失并防止突起上的壓力損失，可降低軟管整個長度上的整體壓力損失。
當空氣流通過軟管內部，沖擊凹槽側壁時，會產(chǎn)生諧波。由于軟管內部基本平坦的形狀，頂面形成了諧波的阻尼器，這些諧波是空氣沖擊軟管內部凹槽的側壁時產(chǎn)生的。其結果是在一凹槽處產(chǎn)生的振動在空氣到達下一凹槽前就被削弱了。這種阻尼作用是由相鄰兩凹槽間突起的頂面產(chǎn)生的。與US-A-4756045描述的軟管中諧波被其它頻率的諧波抵消相比，阻尼作用有使本發(fā)明的軟管中空氣阻力和空氣壓力損失更小的優(yōu)點。本發(fā)明軟管中的阻尼作用可降低軟管內產(chǎn)生的空氣振動量，而US-A-4756045描述的軟管中的抵消作用會增加軟管內產(chǎn)生的空氣振動量，并引起相當大的空氣壓力損失。
軟管內表面的較平滑外觀的另一優(yōu)點是當它被用作真空吸塵器軟管時，軟管內部凹槽內積灰較少。
為使頂面產(chǎn)生的阻尼作用可持續(xù)足夠長的時間，以在空氣到達下一凹槽前就充分削弱前一凹槽產(chǎn)生的振動，頂面寬度W1與凹槽寬度W2的比率優(yōu)選大于或等于2.2，最好是W1/W2≥3.5。通過這種方法可避免諧波干涉和噪音后果。第一寬度W1是第一切線T1與第二切線T2的第一交叉點A和第三切線T3與第二切線T2的第二交叉點B之間的距離。第二寬度W2是第二交叉點B和第四切線T4與第五切線T5的第三交叉點C之間的距離。第一切線T1與第一凹槽的一側壁相切。第二切線T2與相鄰于第一凹槽上述側壁的第一突起的頂面相切。第三切線T3與第二凹槽的第一側壁相切，該第一側壁與第一突起相鄰。第四切線T4與第二凹槽的第二側壁相切，該第二側壁與第二凹槽的第一側壁相對。第五切線T5與第二突起的頂面相切，該第二突起與第二凹槽的第二側壁相鄰。
發(fā)明人還指出在US-A-4756045中描述的軟管和類似的現(xiàn)有其他軟管僅在空氣流速不超過115m3/h時基本無噪音。根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種W1/W2≥2.2，最好W1/W2≥3.5的軟管，可得到在較高速氣流，如130m3/h或更高的情況下基本無噪音的軟管。這一點很重要，因為真空吸塵器的氣流速度從過去的90m3/h提高到現(xiàn)在的130m3/h，因此，現(xiàn)有的軟管由于在空氣流速130m3/h會產(chǎn)生噪音而不再適用。本發(fā)明軟管的這種特征在其他包含氣流穿過柔性軟管的工業(yè)應用中也有用。
為得到一種有盡可能狹窄凹槽的軟管以避免特別是在高速氣流時的噪音，這些凹槽最好有基本筆直的側壁，這些側壁沿與軟管軸向幾乎垂直的方向延伸。具體地說，這些側壁最好是其切線與內部突起的頂面形成的平面間的夾角近似為90到100°。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，軟管的外表面包括突起和凹槽，較高的突起與較低的突起交替排列，這些較低的外部突起與內部突起的基本平坦的頂面相對應。這些較低的外部突起用來收集塑料原料的多余部分，并防止模塑過程中塑料原料在軟管內表面的兩內部凹槽之間的突起上堆積。換句話說，這些較低的外部突起允許塑料原料形成這樣的形狀以使內部突起有基本平坦的頂面。
沿著軟管內部凹槽，壁面也最好有基本一樣的材料厚度T。而且各內部突起的頂面和各內部凹槽的側壁間最好以一圓邊過渡。該圓邊最好有一半徑小于或等于1.5倍材料厚度T的曲率。這樣做是合適的，因為圓邊的曲率半徑必須足夠小，以避免內部突起頂面的基本平坦面積變得太小，該面積若太小將導致頂面阻尼作用和諧波干涉降低，諧波干涉是當穿過的氣流沖擊內部凹槽的側壁并因此產(chǎn)生噪音時產(chǎn)生的。
本發(fā)明軟管最好還有一個空心的縱向突起或凹槽，在該突起或凹槽中例如可埋入一根或多根電線、一個包含導線的小套管以及也可預置一條脫模放氣縫(pull relief)，或者上述突起或凹槽可用于傳輸?shù)诙怏w或流體。
本發(fā)明還涉及一種能塑模上述柔性軟管的模具。這種模具有帶波紋表面的側壁，波紋表面由沿模型內徑向延伸的縱向上相互交替的突起和凹槽組成。這些突起和凹槽與軟管外表面的突起和凹槽相對應。
該模具最好有突起和與較淺凹槽相同的較深凹槽，較深凹槽更深入模具壁。模塑過程中，在熔融塑料原料的給定進料速率下，較淺凹槽收集了被模型突起擠壓出來的多余的塑料原料，因此使塑料原料形成按本發(fā)明所述的軟管，該軟管有內部突起，突起上有基本平坦的頂面。較淺凹槽可避免塑料原料成堆而形成有凸狀內部突起的軟管，凸起形狀是不希望得到的，因為這將導致內表面空氣阻力較高，在整個長度上較大的氣壓損失以及運行過程中噪音的產(chǎn)生。
模具的較淺凹槽可以是任何形狀，但本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中較淺凹槽基本呈半圓形。半圓形狀的半徑最好約等于軟管壁的材料厚度T，以使軟管的內部突起有基本平坦的頂面，而不是凸狀或凹狀的頂面。
模具較深凹槽的形狀使塑料原料容易流進較深凹槽。由于這種形狀，可得到需要的強度和柔性的軟管，并且模塑過程后軟管容易取走。為此，模具的各較深凹槽最好有兩個與模型縱向成近似90到100°角的相對的側壁。而且，為使軟管凹槽足夠窄以能夠避免噪音和足夠寬以能夠保證軟管柔性，每個這樣的凹槽最好在模型壁內有一底部寬度，該寬度為軟管壁理想的材料厚度T的約2到3倍，最好是2.5倍。另外，這些較深凹槽的底角最好稍圓些，便于從軟管取走模型。這些較深凹槽的深度最好是其底部寬度的1.5倍，以得到足夠強度的軟管。
該模具最好還包括這樣的形狀，即模塑過程生產(chǎn)的軟管有內部突起，其邊是盡可能小的圓弧。為此，模具壁伸出的突起與各較深凹槽側壁間的過渡最好是尖而無圓弧的邊。發(fā)明人已經(jīng)指出使用帶這種尖而無圓弧的邊的模具不會在這些邊處對軟管強度有不良影響，換句話說，不會降低軟管的抗拉強度。
在一個實施例中，模具有一個帶縱向突起或凹槽的壁。這樣可生產(chǎn)空心縱向凹槽或突起的軟管，這些凹槽或突起中，例如可埋入一根或多根電線、一根內含電線的小套管，可以預置一條脫模放氣縫，或用于傳輸?shù)诙怏w或流體。
通過附圖及其描述，對本發(fā)明進行了更深入的說明。在下面的圖中，同樣的參考數(shù)字代表同樣的部分。


圖1是本發(fā)明的帶波紋壁的柔性軟管無外力作用下的縱向剖面圖。
圖2是軟管波紋壁部分的局部放大圖。
圖3是模制本發(fā)明的帶波紋壁的柔性軟管的模具的局部圖。
圖4a和4b是分別有縱向突起和縱向凹槽的軟管的剖面圖。
圖1所示的軟管1的縱向剖面圖表明，軟管1有帶內表面3和外表面16的波紋壁2，內表面3包括與凹槽6、7相間的突起4、5，外表面16包括與凹槽19、20相間的突起23、24。
軟管1可由諸如熱塑性材料或熱固性材料的塑料原料模制而成。適合的熱塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯、及其共聚物，以及本專業(yè)普通技術人員知曉的其它熱塑性材料。
軟管壁的波紋可為本專業(yè)技術人員知曉的圓形、螺旋形、橢圓形、四方形或其它任何形狀。
各內部突起4、5都有基本平坦光滑的頂面8、9。這些基本平坦光滑的頂面8、9使軟管1的內表面3有較光滑外觀，這可導致較低的空氣阻力，較少的氣壓損失和噪音的降低。這是因為基本平坦光滑的頂面形成穿過的空氣在凹槽處產(chǎn)生的諧波的阻尼器。
各內部凹槽6、7包括兩個相對側壁10、11、12、13。頂面8、9有第一寬度W1，凹槽6、7有第二寬度W2。第一寬度W1是第一交點A和第二交點B之間的距離，第一交點A是第一切線T1與第二切線T2的交點，第二交點B是第三切線T3與第二切線T2的交點。第二寬度W2是第二交點B和第三交點C之間的距離，第三交點C是第四切線T4與第五切線T5的交點。第一切線T1與第一凹槽6的側壁11相切。第二切線T2與第一突起4的頂面8相切，第一突起4與第一凹槽6的側壁11相鄰。第三切線T3與第二凹槽7的第一側壁12相切，該第一側壁12與第一突起4相鄰。第四切線T4與第二凹槽7的第二側壁13相切，該第二側壁13與該第二凹槽7的第一側壁12相對。第五切線T5與第二突起5的頂面9相切，第二突起5與第二凹槽7的第二側壁13相鄰。根據(jù)本發(fā)明，當選擇W1/W2的比率大于或等于2.2，最好大于或等于3.5時，頂面8、9就大到能夠使諧波到達下一凹槽7之前減弱在凹槽6處由穿過的空氣產(chǎn)生的諧波。通過這種方法，可防止連續(xù)凹槽處產(chǎn)生的諧波的干涉，這樣當氣流穿過軟管時不會出現(xiàn)噪音。
為得到盡可能窄的凹槽6、7，并由此防止噪音，凹槽6、7的側壁11、12、13的切線T1、T3、T4與內部突起4、5的頂面8、9的切線T2、T5間形成一近似90到100°的夾角α。該夾角α最好約為93°到94°。
沿軟管1的內部凹槽6、7，壁2最好有基本一致的材料厚度T。各內部突起4、5的頂面8、9與各內部凹槽6、7的側壁10、11、12、13間的過渡由基本圓的邊14、15形成，當與模具21的銳邊31、32正對的熔融塑料原料在這些邊處自然形成圓形時，圓邊14、15在模制過程中自然形成。最好圓邊14、15的曲率半徑R1小于或等于軟管1的壁2的材料厚度T的1.5倍。通過使圓邊14、15的曲率半徑R1盡可能小，可保證軟管1內表面3的整體較光滑的外觀。結果在軟管工作時氣壓損失得以降低，并且可防止噪音的產(chǎn)生。
如圖2所示，軟管1包括帶有突起17、18和凹槽19、20的外表面16，較高突起18最好與較低突起17相間，這些較低的外部突起17與內部突起4、5的基本平坦的頂面8、9相對應。這些較低外部突起17基本呈半圓形，其半徑R2約等于軟管1的壁2的材料厚度T。這些較低外部突起17用來收集多余的塑料原料，以防止模制過程中，塑料原料在模具的兩個連續(xù)的較深凹槽25之間的突起上堆積。換句話說，這些較低外部突起17使塑料原料形成如此形狀，使軟管1的內部突起4、5有基本平坦的頂面8、9，而不是凸凹狀的頂面。
軟管1上還可有直徑小于軟管1直徑的縱向空心凹槽34或空心突起33。該縱向凹槽34或突起33中，例如可埋入一根或多根電線、一個內含電線的小套管，還可以設置一條脫模放氣縫。上述凹槽或突起也可用來傳輸?shù)诙怏w或流體。使用帶縱向突起或凹槽的特殊模具，可在模制過程中制成該凹槽34或突起33。模制過程結束后，軟管1的突起33或凹槽34中可埋入一根或多根電線、一個內含電線的小套管，還可以設置一條脫模放氣縫，而在用于傳輸?shù)诙怏w或流體時，突起33或凹槽34是空置的。通過將軟管1的縱向邊焊接在一起，可最終封閉軟管1的突起33或凹槽34，這樣在凹槽或突起與軟管自身之間可形成過渡。
圖3所示的模具21包括一個帶有縱向突起23、24和凹槽25、26的表面22，較深凹槽25與較淺凹槽26相間。較深凹槽25更深入模具21的表面22中。
制造柔性軟管的適合的模制過程包括吹塑過程，真空模塑過程，或本專業(yè)普通技術人員所知的任何其他的模制過程。吹塑過程中，熔融塑料原料被擠入模具內部，然后通過將壓縮空氣導入塑料原料中央而將原料吹到模具內表面上。在真空模塑過程的情況下，模具有沿圓周延伸的幾十毫米寬的狹縫。通過這些狹縫，可圍繞模具外側產(chǎn)生作用于被擠入模具內部的塑料原料上的真空，使塑料原料被吸到模具的內表面上。與吹塑法相比，真空模塑法的優(yōu)點是生產(chǎn)速度快，在某些情況下，因為同時作用于模具外部的真空有助于提供一較長的冷卻接觸。當然，真空模塑法也有缺點，即模具的狹縫使軟管的外表面不規(guī)則。
使用模具21的吹塑過程可描述如下。向一擠壓機中提供熔融塑料原料，從擠壓機向兩個旋轉的模具鏈間導入熔融塑料原料。這些模具鏈彼此相對并按相反方向旋轉。各模具鏈包括一些單獨的模具，這些模具大約6厘米長，并有沿模具鏈縱向的帶波紋表面的半圓柱凹槽。這兩個模具鏈可在一側旋轉到一起，以這樣的方法一起壓住單獨的模具一模具鏈上的一個模具壓著第二模具鏈上的一個模具，兩個模具有相對的半圓柱凹槽，這樣可形成帶有需要的圓柱形、有縱向波紋形狀的腔體。在兩個模具鏈旋轉到一起的那個點上將熔融塑料原料注入模具中。向塑料原料柱體的中央吹入壓縮空氣，使原料膨脹并壓向模具的波紋壁，塑料原料因此被吹進模型較深和較淺凹槽中，吹到突起上，形成軟管1。因此可知，模具21的突起23、24與軟管1外表面16的凹槽19、20對應，模具21的較深凹槽25與軟管1外表面16的較高外部突起18對應，模具21的較淺凹槽26與軟管1外表面16的較低外部突起17對應。這里，模具的較淺凹槽用作多余塑料原料的收集器，這樣塑料原料可成型以使形成的軟管的內部突起有基本平坦的頂面。由于模具鏈的旋轉，軟管沿著兩模具鏈單獨的模具從擠壓機中脫出。根據(jù)軟管需要的壁厚T，塑料原料柱體的擠壓速度與模具鏈的線速度相匹配。在模具鏈到達其單獨模具分開點之前，單個模具都要被冷卻，從而使塑料原料固化。最后，旋轉的模具鏈分開，單獨的模具與軟管脫開。
模具21的較淺凹槽26的寬度和深度與軟管1的壁2需要的理想材料厚度T相匹配，換句話說，它是針對為使軟管1的內部突起4、5有理想的基本平坦的頂面8、9而需收集的塑料原料量而定的。因此，模具較淺凹槽的寬度和深度隨塑料原料的擠出速度而定。
模具21的較淺凹槽26最好是一半圓形，其半徑R3約等于軟管1的材料厚度T。模具21的較淺凹槽26的該半徑R3基本等于軟管1的較低外部突起17的半徑R2。
最好模具21的各較深凹槽25的兩個相對側壁27、28與模具21的縱向形成90°到100°，最好是93°到94°的夾角β。而且，每個較深凹槽25的底部寬度W3最好約是軟管1的壁2的理想材料厚度T的2 5倍，W3是在模具21壁內的較深凹槽25的底部測量得到的。另外，該較深凹槽的底部拐角29、30最好稍圓些。這些較深凹槽25的深度D3最好約是其底部寬度W3的1.5倍。通過使模具21的較深凹槽25具有這些特性，模制過程中塑料原料易于流入其中，形成具有要求的強度和柔性的軟管1。模具21的較深凹槽25的這些特性也便于模具21從軟管處移開。
各突起23、24與各較深凹槽25的側壁27、28之間的過渡最好是尖而無圓弧的邊31、32。這有下列好處，即模制過程中生產(chǎn)的軟管1有帶邊緣14、15的內部突起4、5，這些邊緣是圓的但最好盡可能小，以期盡可能降低噪音。
權利要求
1.一種帶波紋壁(2)的柔性軟管(1)，包括一個有突起(4、5)和凹槽(6、7)的內表面(3)，上述軟管(1)由塑料模制而成，其特征在于每個內部突起(4,5)包括一個基本平坦和光滑的頂面(8、9)。
2.根據(jù)權利要求1所述的柔性軟管，其特征在于，每個內部凹槽(6,7)包括兩個相對側壁(10,11,12,13)，所述頂面(8,9)有第一寬度(W1)，所述凹槽(6,7)有第二寬度(W2)，第一寬度與第二寬度的比率(W1/W2)大于或等于2.2，第一寬度(W1)是第一交點(A)和第二交點(B)的距離，第一交點(A)是第一切線(T1)和第二切線(T2)的交點，第二交點(B)是第三切線(T3)和第二切線(T2)的交點，第二寬度(W2)是第二交點(B)和第三交點(C)的距離，第三交點(C)是第四切線(T4)與第五切線(T5)的交點，第一切線(T1)與第一凹槽(6)的側壁(11)相切，第二切線(T2)與相鄰于第一凹槽(6)的所述側壁(11)的第一突起(4)的頂面(8)相切，第三切線(T3)與第二凹槽(7)的第一側壁(12)相切，該第一側壁(12)與第一突起(4)相鄰，第四切線(T4)與第二凹槽(7)的第二側壁(13)相切，該第二側壁(13)與該第二凹槽(7)的第一側壁(12)相對，第五切線(T5)與相鄰于第二凹槽(7)的第二側壁(13)的第二突起(5)的頂面(9)相切。
3.根據(jù)權利要求2所述的柔性軟管，其特征在于，各內部凹槽(6,7)的側壁(10,11,12,13)的切線(T1,T3,T4)與各內部突起(4,5)的頂面(8,9)的切線(T2,T5)形成近似90到100°的角度(α)。
4.根據(jù)權利要求1至3中的任一權利要求所述的柔性軟管，其特征在于，軟管(1)包括一個帶凹槽(19,20)和突起(17,18)的外表面(16)，較高突起(18)與較低突起(17)相間，并且這些較低外部突起(17)與內部突起(4,5)基本平坦的頂面(8,9)相對應。
5.根據(jù)權利要求1至4中的任一權利要求所述的柔性軟管，其特征在于，沿軟管(1)的內部凹槽(6,7)，壁(2)有基本一致的材料厚度(T)，并且由一基本圓邊緣(14,15)形成各內部突起(4,5)的頂面(8,9)與各內部凹槽(6,7)的側壁(10,11,12,13)間的過渡。
6.根據(jù)權利要求5所述的柔性軟管，其特征在于，圓邊緣(14,15)有一曲率，其半徑(R1)小于或等于材料厚度(T)的1.5倍。
7.根據(jù)權利要求1至6中的任一權利要求所述的柔性軟管，其特征在于，軟管(1)包括一個空心縱向突起(33)或凹槽(34)。
8.一種模制如權利要求1-7中任一權利要求所述柔性軟管的模具，其特征在于，模具(21)包括一表面(22)，其上較深凹槽(25)與較淺凹槽(26)相間，較深凹槽(25)進一步伸入模具(21)的表面(22)中。
9.根據(jù)權利要求8所述的模型，其特征在于，各較深凹槽(25)有兩個相對側壁(27,28)，它們與模具(21)的縱向形成90到100°的角β。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的模具，其特征在于，各突起(23,24)與各較深凹槽(25)的側壁(27,28)之間的過渡由一個尖而無圓弧的邊(31,32)形成。
全文摘要
一種帶波紋壁(2)的柔性軟管(1)，包括一個帶突起(4,5)和凹槽(6,7)的內表面(3)，通過模制塑料得到所述軟管(1)，其特征在于，各內部突起(4,5)包括一個基本平坦而光滑的頂面(8,9)。各頂面(8,9)有第一寬度(W1)，各內部凹槽有第二寬度(W2)。第一寬度與第二寬度的比率(W1/W2)最好大于或等于2.2。該軟管可以包括一個空心縱向突起或凹槽。
文檔編號F16L11/15GK1316609SQ0013747
公開日2001年10月10日 申請日期2000年11月10日 優(yōu)先權日1999年11月10日
發(fā)明者多明·迪爾斯, 埃里克·迪倫 申請人:柔性塑料比利時股份有限公司