CN112204288B - 流体管道 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种流体管道（2），其包括围成管道通道的管状基壁（11）和沿着所述管状基壁（11）的一区段形成的至少一个波纹管（10）。所述波纹管（10）包括多个旋绕卷（12），所述旋绕卷具有从所述基壁（11）径向突出的轮廓（14）。至少一个旋绕卷（12）从所述旋绕卷（12）的第一端部（22a）至第二端部（22b）环绕所述管道通道180°到720°之间的环绕角度Ω，所述第二端部（22b）在平行于所述管道通道的中心线C的流动方向F上与所述第一端部（22a）偏移非零偏移距离D。

Description

流体管道

技术领域

本发明涉及一种柔性流体管道。特别地，本发明涉及一种由聚合物材料制成或包含聚合物材料的流体管道。流体管道可以例如在汽车应用中使用。

背景技术

用于在汽车应用中使用的流体管道可以用于空气的流动（如同空气管道）、用于液体燃料或气体燃料、以及其他物质的流动。在某些应用中，管道将要承受可能超过200°C的温度，并且管道内部的相对压力可能高达3巴。

EP 1295062中描述了用于汽车应用的柔性吹塑成型聚合物管道。柔性管道包括波纹管，以使管道具有一定弯曲柔性。弯曲柔性减小了由于热负荷和机械负荷而在管道上以及在管道端部与马达部件的联接器上的应力。然而，提供高弯曲柔性的波纹管还沿流动方向在管道中引入柔性。在高温和高压下，例如如在发动机室中使用的、用于涡轮增压器的气体流的管道中所发现的，与柔性管道中的波纹管的伸长相关联的问题被加剧。为了克服这些问题，常规波纹管设置有在流动方向上基本上刚性的区段，例如通过设置不完全包绕管道的旋绕卷（convolute），或者通过模制在流动方向上延伸的肋来使管道在流动方向上变硬。然而，这样的措施减小了在弯曲柔性最大的平面两侧方向上的弯曲柔性。由于作用在发动机室中的管道上的各种热力和机械力，管在柔性最大的平面之外的柔性降低可能在柔性管道内或在联接端部处产生应力，可能导致破裂、分离或永久变形。此外，由管硬化部分引起的面外弯曲柔性的降低通常还增加了整个管道的刚性，因此使得将其组装到互补的联接元件上更加困难。易于组装和拆卸（例如发动机室中的）管道是另一个重要因素。

出于成本、设计、布局和重量的原因，流体管道通常由吹塑成型聚合物材料制成。在这种情况下，柔性管道、特别是波纹管还必须被配置成易于在吹塑模具型腔中成形、特别是允许吹塑成型部件易于从模具型腔中释放。这导致了对波纹管的形状和位置的某些约束、特别是对旋绕卷和硬化区段的约束。

发明内容

鉴于前述内容，本发明的目的是提供一种流体管道，所述流体管道生产成本低廉并且在流动方向上的组合硬度系数较高、并且弯曲柔性较高。

有利的是提供一种流体管道，所述流体管道在较大角度范围内的弯曲柔性较高。

有利的是提供一种流体管道，所述流体管道可以由吹塑成型聚合物材料制成。

有利的是提供一种流体管道，所述流体管道可以被制成为具有多种形状并且既紧凑又坚固。

有利的是提供一种流体管道，所述流体管道减小在安装到部件上时的组装力，并且减小在使用期间在联接端部上和管道内的应力。

有利的是提供一种流体管道，所述流体管道主要由聚合物材料制成或主要包含聚合物材料，所述流体管道可以承受大约2巴至4巴的相对压力以及高达250°C的温度而不会永久变形。

将有利的是提供一种气体管道，所述气体管道易于组装而同时强度大且耐用。

本发明的一个或多个目标已通过提供根据本申请的基本方案的流体管道而实现。

本文披露了一种流体管道，其包括围成管道通道的管状基壁和沿着所述管状基壁的一区段形成的至少一个波纹管，所述波纹管包括多个旋绕卷，所述旋绕卷具有从所述基壁径向突出的轮廓。所述旋绕卷中的一个或多个旋绕卷、或全部旋绕卷各自从第一端部至第二端部环绕所述管道通道180°到720°之间，所述第二端部在平行于所述管道通道的中心线（C）的流动方向（F）上与所述第一端部偏移非零偏移距离（D）。

在有利的实施例中，所述流体管道包括多个波纹管，其中至少两个波纹管通过无波纹管的至少一个非波纹管管部分互连。

在有利的实施例中，所述流体管道的至少一个波纹管包括环绕所述管状区段180°到360°之间的环绕角度（Ω）的旋绕卷，所述旋绕卷被布置成交错的旋绕卷对，使得所述对中的旋绕卷沿相反的缠绕方向缠绕在所述管道通道上。

在实施例中，所述环绕角度（Ω）在200°到340°的范围内。

在有利的实施例中，包括交错的旋绕卷对的所述至少一个波纹管位于流体管道的笔直或基本上笔直的区段上。

在有利的实施例中，至少一个波纹管包括环绕所述管道通道360°到720°之间的环绕角度的多个旋绕卷。

在实施例中，所述环绕角度（Ω）在380°至560°的范围内。

在实施例中，所述波纹管设置在流体管道的弯曲区段上，其中，所述旋绕卷被定向成使得每个旋绕卷的重叠端部部分设置在所述弯曲区段的外半径上。

在有利的实施例中，所述至少一个波纹管的所述旋绕卷以并列的方式布置。

在实施例中，并列的所述旋绕卷的端部沿着基本上平行于所述波纹管的中心线的虚拟线基本上对齐。

在实施例中，并列的旋绕卷以围绕所述波纹管的中心线相对于彼此旋转的方式布置。

在有利的实施例中，多个旋绕卷各自设置有至少一个变窄的锥形部，所述变窄的锥形部的轴向宽度（W’）和/或径向高度（H’）分别小于所述旋绕卷的主要段的宽度（W）和/或径向高度（H）。

在有利的实施例中，所述变窄的锥形部布置在所述旋绕卷的倾斜区段中。

在实施例中，所述变窄的锥形部设置在所述旋绕卷的端部附近。

在实施例中，所述变窄的锥形部区段设置在所述旋绕卷的端部之间的中间。

在有利的实施例中，多个所述旋绕卷的轮廓是凸形的并且从所述管状基壁径向向外突出。

根据本发明的一个方面，所述流体管道用作汽车发动机室中的流体管道。

在有利的实施例中，所述流体管道是吹塑成型或挤出聚合物部件。

表征本发明的新颖性的优点和特征在所附权利要求中特别地指出并且形成权利要求的一部分。然而，为了更好地理解本发明、其优点以及通过其使用而获得的目标，应参考形成本发明又一部分的附图并参考伴随的描述性内容，其中展示并描述了本发明的一个或多个优选实施例。

附图说明

现在将参考附图描述本发明，附图通过示例方式展示了本发明，在附图中：

图1A和图1B是根据本发明的实施例的流体管道的示例的透视图；

图2A和图2B是根据本发明的实施例的流体管道的另一个示例的透视图；

图3A是根据本发明的实施例的流体管道的波纹管的透视图；

图3B是图3A的实施例的侧视图；

图3C是沿图3B的箭头III C方向的视图；

图3D是沿图3C的箭头III D方向的视图；

图3E和图3F分别展示了图3C和图3D的波纹管的旋绕卷的形状；图4A和图4B是根据本发明的实施例的流体管道的波纹管的弯曲区段的透视图；

图4C是图4A和图4B的实施例的平面视图；

图4D展示了图4A至图4C的波纹管的旋绕卷的形状；

图5A至图5D类似于图3A至图3D，示出了本发明的另一个实施例；

图6A至图6D类似于图3A至图3D，示出了本发明的又一个实施例；

图7A至图7D类似于图4A至图4D，示出了本发明的又一个实施例。

具体实施方式

现在参考附图，其中相同的附图标记在所有视图中表示对应的结构，并且特别是参考图1A，根据本发明的实施例的流体管道2包括连接端部4a、4b，所述连接端部用于联接至其他部件，例如联接至气体流动系统（例如汽车内燃发动机中的涡轮增压器的气体流动系统）的入口和出口。然而，流体管道可以在汽车应用和非汽车应用中用于其他流体。流体管道可以包括笔直区段6和/或弯曲区段8。图1a至图2b中的流体管道的形状仅出于说明性目的，应理解的是，流体管道可以具有各种各样的形状、长度、直径、弯曲区段和笔直区段的数目，此外，根据应用，可以结合功能部件或结构部件。

流体管道2中限定有用于引导流体流动的管道通道，并且包括至少一个波纹管10、或通过非波纹管部分9互连的多个波纹管10。非波纹管部分可以例如包括大致圆柱形的管状部分。波纹管10可以包括例如如图2A、图2B、图4A至图4D、和图7A至图7D所展示的弯曲波纹管10”，或者包括例如如图2A、图2B、图3A至图3D、图5A至图5D、和图6A至图6D所展示的笔直波纹管10’。

根据本发明的实施例的波纹管10包括形成在流体管道的管状基壁11上的多个旋绕卷12。旋绕卷12和管状基壁11环绕在管道通道上。如所展示的实施例中所示，管状基壁11可以是圆柱形的或大致圆柱形的，但在替代性实施例中，管状基壁11可以具有非圆柱形的形状，比如但不限于卵形（例如椭圆形）、多边形或不规则形状。

在所展示的实施例中，旋绕卷12包括轮廓14，从与旋绕卷12的环绕方向正交的截面看时，所述轮廓是凸形的且弯曲的或修圆的，例如，包括从管状基壁11径向向外直立的大致圆柱形的凸形轮廓14。

然而，应注意的是，在本发明的范围内，波纹管10的旋绕卷12可以具有从管状基壁11径向向内突出的凹形轮廓14。还可以设置这样的波纹管10：在同一波纹管10内或对于流体管道2的多个波纹管中的不同波纹管具有凸形旋绕卷12和凹形旋绕卷两者。

此外，在本发明的范围内，旋绕卷的轮廓14可以具有除圆柱形以外的形状，例如但不限于椭圆形轮廓、三角形轮廓、抛物线形轮廓以及各种其他轮廓。

此外，在本发明的范围内，流体管道2的波纹管10的旋绕卷12或不同波纹管10的旋绕卷12可以具有基本上相同或不同的轮廓14。

图1A至图2B所展示的实施例的流体管道2被示出为除了连接端部4a、4b之外具有基本上恒定的管状基壁直径的流体管道，然而在本发明的范围内，管状基壁11也可以具有沿流体管道2变化的直径，并且也可以包括合并在一起的附加区段，比如在“Y”形流体管道区段中所发现的。

整个流体管道2的柔性对于允许容易地将连接端部4a至4b组装和联接至外部部件可能是重要的。在汽车应用中，流体管道2通常被定位在发动机室中，所述发动机室中部件之间的间隔非常紧凑，从而使得难以组装和拆卸流体管道2。流体管道2在围绕管道中心线C的较大旋转角度范围内的整体柔性很重要。在设置有多个波纹管10的流体管道2中，例如如在图1A、图1B和图2A、图2B的实施例中所展示的，多个波纹管10中的每个波纹管均有助于流体管道2在联接端部4a、4b之间的整体弯曲柔性。如果每个波纹管10在围绕中心线C的不同旋转角度下均具有较大的弯曲柔性，则流体管道2的整体柔性也得以改善。

根据本发明，波纹管10的旋绕卷12是不连续的，从某种意义上说所述旋绕卷从不连接在一起的第一端部22a延伸到第二端部22b，由此，旋绕卷12具有大致螺旋形的形状，环绕管道通道180°到720°之间的角度Ω，并且第一端部22a和第二端部22b在流动方向F上偏移非零的轴向偏移量D，例如参见图3C。本文中定义的环绕角度Ω被测量为角度的平面投影。

多个旋绕卷12中的每个旋绕卷的大致螺旋形的形状和180°到720°之间的环绕角度Ω有利地使在围绕中心线C的较大角度范围内的弯曲柔性较大，又由于管道基壁11在相继的相邻旋绕卷12之间的连续路径而确保在流动方向F（平行于中心线C）上的抗伸长硬度较高。由于每个旋绕卷12是不连续的，因此旋绕卷12在流动方向F上的伸长受相互连接的管状基壁部分11限制。

在某些实施例中，如图3A至图3F、图5A至图5D、和图6A至图6D所展示的，每个旋绕卷12环绕管道通道大于180°且小于360°的角度Ω、优选地200°到340°的角度。旋绕卷被布置成交错的对12’、12”，其中一对中的相邻旋绕卷具有大致螺旋形的形状，角度相反（即，沿相反方向缠绕），使得两个旋绕卷12’、12”交错，如图3E和图3F中最佳展示的。

在图4A至图4D和图7A至图7D所展示的波纹管10的实施例中，旋绕卷12环绕管道通道大于360°且小于600°的角度Ω，使得端部部分23a、23b在管道壁11的圆周上彼此重叠。每个旋绕卷12具有优选地380°到560°的环绕角度Ω。这些图中所展示的波纹管10设置在形成弯曲部的弯曲的流体管道2上，其中，旋绕卷12的重叠区段23a、23b设置在管道基壁11的外半径R上。

环绕管道通道小于360°的角度Ω的交错的旋绕卷对12特别适于管的笔直区段或几乎笔直的区段，而其旋绕卷12环绕管大于360°的角度Ω的波纹管10非常适于流体管道2的弯曲区段，但两种旋绕卷的变型都可以用在弯曲区段或笔直区段中，同时提供了根据本发明的优点，即在围绕中心线C的宽旋转角度下弯曲柔性提高并且在基本上平行于中心线C的流动方向F上的抗伸长硬度较高。

在图3A至图3D、图4A至图4D、和图5A至图5D的实施例中，并且如图3C中所具体描绘的那样，每个旋绕卷12的轮廓14从管道基壁11起的径向高度H基本上恒定并且轴向宽度W基本上恒定。为了提供轴向偏移量D，旋绕卷12可以设置有一个或多个S形弯曲部分25。旋绕卷12的其余区段可以在基本上与中心线C正交的平面上延伸，或者可以相对于与中心线C正交的平面倾斜微小角度，以减小或消除S形弯曲部25的曲率。

在某些变型中，S形弯曲部25可以设置有窄的锥形区段16，例如如图6C所描绘的。窄的锥形区段16的轴向宽度W’小于旋绕卷12的其他部分的轴向宽度W，和/或径向高度H’小于旋绕卷12的其他部分的径向高度H，例如如图6D所描绘的。这提供了稍大的硬度，防止或减小了在流动方向F上的伸长，并且还允许减小旋绕卷12的重叠端部部分23a、23b之间的轴向偏移量D。轴向偏移量D例如如图4D所描绘。因此，在此变型中，可以提供相邻的旋绕卷12的更紧凑的布置，以增加弯曲柔性而基本上不降低伸长硬度。

在波纹管区段10中，相邻的旋绕卷12的端部22a、22b可以在平行于中心线C的方向上基本上彼此对齐，例如如在实施例6A至6C和3A至3D中所展示的。在变型中，如图5A至图5D所展示的，旋绕卷12围绕中心线C相对于彼此旋转，使得端部22a、22b与虚拟线对齐，所述虚拟线围绕管道通道扭转（即缠绕）。相继的旋绕卷12的旋转可以有利地用于改变流体管道2的弯曲角度柔性和/或遵循管道中的二维或三维弯曲曲线，使得旋绕卷12的重叠端部保持在管状基壁11的外半径R上。

在另一个有利的实施例中，流体管道2由聚合物制成，所述聚合物优选地为热塑性聚合物，比如聚酰胺（脂族、半芳族、共混物）、聚酯（例如聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、共聚酯、共聚醚酯、共混物）、聚缩醛、聚烯烃（例如聚丙烯、聚乙烯）、热塑性硫化橡胶、以及这些中的任何的混合物和共混物。也可以使用橡胶，比如乙丙丙烯二烯弹性体（EPDM）和丙烯酸酯橡胶。空气管道可以通过任何合适的制造方法形成，例如包括但不限于吹塑成型或其他成型、注射成型或挤出（例如波纹挤出）。流体管道2可以由均质材料制成或者可以由复合材料形成，例如包括纤维增强聚合物。流体管道可以使用多层共挤出的组合制成，比如与一层或多层聚合物层共挤出的金属层和/或织物增强层和/或阻隔层。

流体管道2可以用作用于比如空气、排气和燃料/空气分散体等气体的导管。所述流体管道还可以用于液体，比如冷却剂、燃料、传动装置液体、和制动液。

虽然以上已经描述和具体例示了本发明的某些优选实施例，但并不意图将本发明局限于这样的实施例。而是，应当理解，尽管在前述说明中已经阐述了本发明的许多特征和优点，连同本发明的结构和功能的细节，但本披露仅是说明性的，并且可以在由所附权利要求表达的条款的广义通用含义所指明的完整范围的程度上，在本发明的原理内，在细节上做出改变，尤其是就零件的形状、大小和布置方面。

附图标记清单：

气流系统（例如汽车）

流体管道2

（气体管道）

连接端部4a、4b

笔直区段6

弯曲区段8

非波纹管管部分9

波纹管10

弯曲波纹管10’

笔直波纹管10”

管状基壁11

旋绕卷（非连续）12

交错的旋绕卷对12’、12”

轮廓14

凸形轮廓

弯曲轮廓

圆柱形轮廓

变窄锥形部16

端部22a、22b

轴向偏移量D

端部部分23a、23b

旋绕卷轮廓轴向宽度W

旋绕卷轮廓径向高度H

窄截面轴向宽度W’、径向高度H’

旋绕卷环绕角度Ω

中心线C

流动方向F（轴向方向）

Claims (15)

1.一种流体管道（2），其包括围成管道通道的管状基壁（11）和沿着所述管状基壁（11）的一区段形成的至少一个波纹管（10），所述波纹管（10）包括多个旋绕卷（12），所述旋绕卷具有从所述管状基壁（11）径向突出的轮廓（14），其特征在于，所述多个旋绕卷（12）中的至少一个旋绕卷以从第一端部（22a）至第二端部（22b）测量的180°到720°之间的环绕角度（Ω）环绕所述管道通道，所述环绕角度（Ω）的顶点在中心线（C）处，所述第二端部（22b）在平行于所述管道通道的中心线（C）的流动方向（F）上与所述第一端部偏移非零偏移距离（D）。

2.根据权利要求1所述的流体管道（2），其包括多个波纹管（10），其中，至少两个波纹管（10）通过至少一个非波纹管管部分（6）互连。

3.根据权利要求1或2所述的流体管道，其中，所述流体管道的至少一个波纹管（10）包括环绕所述管状基壁（11） 180°到360°之间的环绕角度（Ω）的旋绕卷（12），所述旋绕卷（12）被布置成交错的对，使得所述对中的旋绕卷（12）沿相反的缠绕方向缠绕在所述管道通道上。

4.根据权利要求3所述的流体管道，其中，所述环绕角度（Ω）在200°到340°的范围内。

5.根据权利要求3所述的流体管道，其中，包括交错的旋绕卷（12）对的所述至少一个波纹管（10）位于流体管道（2）的笔直或基本上笔直的区段（9）上。

6.根据权利要求1或2所述的流体管道，其中，至少一个波纹管（10）包括环绕所述管道通道360°到720°之间或380°到560°之间的环绕角度（Ω）的多个旋绕卷（12）。

7.根据权利要求5所述的流体管道，其中，所述波纹管（10）设置在流体管道（2）的弯曲区段（8）上，其中，所述旋绕卷（12）被定向成使得每个旋绕卷（12）的重叠端部部分（23a、23b）设置在所述弯曲区段（8）的外半径上。

8.根据权利要求1或2所述的流体管道，其中，所述至少一个波纹管（10）的所述旋绕卷（12）以并列的方式设置。

9.根据权利要求8所述的流体管道，其中，并列的所述旋绕卷（12）的端部（22a、22b）沿着基本上平行于所述波纹管的中心线（C）的虚拟线基本上对齐，或者其中，并列的所述旋绕卷（12）以围绕所述波纹管（10）的中心线（C）相对于彼此旋转的方式布置。

10.根据权利要求1或2所述的流体管道，其中，多个旋绕卷（12）各自设置有至少一个变窄的锥形部（16），所述变窄的锥形部的轴向宽度（W’）和/或径向高度（H’）分别小于所述旋绕卷（12）的非变窄、非锥形部分的宽度（W）和/或径向高度（H）。

11.根据权利要求10所述的流体管道，其中，所述变窄的锥形部（16）布置在所述旋绕卷（12）的倾斜区段中，或者其中，所述变窄的锥形部（16）设置在所述旋绕卷（12）的端部（22a、22b）附近。

12.根据权利要求10所述的流体管道，其中，所述变窄的锥形部（16）设置在所述旋绕卷（12）的端部（22a、22b）之间的中间。

13.根据权利要求1或2所述的流体管道，其中，多个所述旋绕卷（12）的轮廓（14）是凸形的并且从所述管状基壁（11）径向向外突出。

14.根据权利要求1或2所述的流体管道，其用作汽车发动机室中的流体管道。

15.根据权利要求1或2所述的流体管道，其中，所述流体管道（2）是吹塑成型或挤出聚合物部件。

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