CN114555332A - 包括至少一个弯曲部的预成型热塑性管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预成型热塑性管(2)及其制备方法，所述预成型热塑性管(2)具有管壁，并且包括通过热成型形成的至少一个弯曲部(4)，其中在弯曲部的内曲面(8)上，管壁设置有波纹(10)图案，并且在波纹的数量和高度方面具有最小尺寸，使得沿内曲面由波纹(10)导致的壁长减少保持所需的最小值，以吸收形成弯曲部(4)导致的内曲面上的多余长度，并且在弯曲部(4)的外曲面(6)上，管壁光滑且无波纹。

Description

包括至少一个弯曲部的预成型热塑性管及其制备方法

本发明涉及预成型热塑性管，其具有管壁且包含通过热成型形成的至少一个弯曲部。

热塑性管在大多数情况下通过挤出制造，挤出成直管。例如，热塑性管(例如，聚酰胺管)用于汽车行业，即在卡车和客车中用作燃料管线、冷却水管道、真空管线、液压管线、冷却液管道或气动管线。在现代车辆中，围绕发动机和变速器部件以及车辆内部的其他结构对管子进行布线的空间非常有限。因此，所述管优选以所需管布线的形状预成型。然而，由于有限的空间，通常需要使具有急剧弯曲部的管预成型。尤其是对于外径较大(例如在20mm至50mm范围内)和典型壁厚(例如在1.5mm至3mm范围内)的管，布线困难，这是因为可以实现的最小弯曲部半径仍然太大。对于目前使用的通过热成型使管预成型的技术(将在下文更详细地描述)，可以实现的最小弯曲半径约为2.5·OD(OD代表管的外径)。如果试图实现更小的弯曲半径，则管因扭折而损坏的风险很高。

目前用于使热塑性管预成型以包括一个或多个弯曲部的热成型工艺在下文中进行描述。该热成型工艺的一个示例见述于US 6 131 618 B1。通过热成型使塑料管预成型的类似方法见述于US 2016/0207247 A1。在该方法中，通过将初始的直热塑性管压入模板的通道中来使之弯曲，所述通道具有管的所需预成型形状，且该通道使管保持所需弯曲形状。然后将热量施加到管上，例如通过进料加热流(如热空气或热液体)以流动通过管，使管达到比其熔点低一定安全余量的升高温度。该热处理用于释放弯曲期间产生的弯曲塑料管中的应力，以使得弯曲管在热成型和冷却的热处理步骤后保持包括弯曲部的预成型形状。在热塑性管的该预成型过程中，实际的热成型步骤在包括引导弯曲部的形成步骤之后进行。该方法可以包括或不包括在管经受弯曲之前的一定预加热。还有施加热量用于热成型的许多其他方法，例如，通过应用高频电磁场、红外线、将弯曲管浸入热浴或将其放入烘箱等。

如上文已经描述的，该预成型热塑性管可获得的弯曲半径是有限制的，管外径2.5倍的弯曲半径通常为下限。为了获得更急剧的弯曲部，已试图开发替代性管设计，这将在下文中进行描述。

一个方案是在需要急剧弯曲部的区域提供起皱管区段，在所述起皱管区段中许多波纹以密集连续的方式彼此相接。通过在挤出后管材料仍然柔软时立即使挤出管区段经受成型过程来形成起皱区段，在成型过程中管壁通过真空牵拉至周围的模具结构(起皱器)上，其中，周围的模具结构将使管壁形成一系列接连波纹。这使管壁在横截面上呈现波状波形形状或正弦形状。该管的这种密集起皱区段的优点在于，其能得到弯曲半径低至管外径的1.5倍的急剧弯曲部，但也使管非常易弯曲(flexible)，因此管不能在起皱区段中保持给定的形状。然而，该起皱管存在多个其他显著缺陷。

首先，由于流动路径的扰动和流动中湍流的产生，起皱管区段沿着起皱区段产生了显著增加的压降。根据经验，与相同长度的光滑管区段相比，起皱管区段的压降是大约三倍。此外，起皱加工使挤出速度下降，因为起皱加工必须在挤出机之后直接进行，而挤出机必须以非常低的速度运行(限于起皱器工具的速度)。因此，由于挤出过程(包括挤出后起皱)放缓，成本增加。此外，起皱工具(起皱器)是一种非常昂贵的设备，当需要不同尺寸的管或在管壁中形成不同尺寸的波纹时，需要对新工具进行新投资。另一个缺点在于，与相邻的光滑管区段的外表面相比，波纹的外峰向外突出，需要起皱管区段中更多的安装空间，因为需要比光滑管区段外径更大的直径来容纳起皱区段。此外，起皱管区段是笔直的，但是柔性的，因此在安装期间需要通过使起皱管区段相应地弯曲来限定管布线，但该布线必须通过用夹具将管固定成弯曲形状来进行固定，因为起皱管区段柔性过大，无法保持其形状。这使得管的安装和布线更加复杂，因为需要充分固定起皱管区段的弯曲形状，以确保起皱管区段在存在发动机振动和由于行驶运动引起的其他振动时也保持弯曲形状。最后，起皱管区段往往在内部管压力上升/下降时移动并伸长/收缩。

起皱管设计的变化形式描述为具有平坦侧壁部分的起皱管，公开于例如US 6 056018 A和DE 10 2008 037 740 B4中。该管原则上也是如上所述的起皱管，并且以相同的方式制造，不同之处在于，并非所有波纹都沿圆周围绕管完全延伸。在所有波纹被围绕圆周的一个或多个间隙中断时，这些间隙可以沿纵向方向对齐，以在管侧壁中形成不含任意波纹的条状物或带状物。或者，波纹的周向间隙可以在波纹与波纹之间沿圆周方向彼此偏移。在任何情况下，该设计都能防止或限制起皱部分的纵向伸长或压缩，因为波纹的周向间隙的侧壁部分会防止或限制手风琴状或风琴状伸长/压缩。因此，该类型的具有扁平侧部的起皱管在上述内部压力增大/减小的情况下没有纵向膨胀/压缩的缺点。除此以外，该设计具有上述起皱管的所有缺点。

起皱管设计的另一变化形式被称为不对称卷曲管，并公开于US 6 123 113 A。在起皱管中，也有通过无波纹的管区段连接的起皱管区段。然而，起皱管区段中的波纹在管圆周方向上仅沿管周长的有限区段延伸，例如沿管周长的一半延伸，而相反的一半管具有初始管的光滑圆柱壁。由于未起皱的周向管部分，该非对称起皱设计的压降与全起皱管相比有所降低，但仍有缺点，即起皱周向部分会导致显著的压降。与形成起皱区段相关的问题(即由于在管区段挤出后直接使用起皱器而导致的低加工速度以及与制造起皱器组件相关的高成本)与上述全起皱管的问题相同。而且，还遇到了与该管布线固定相关的问题：管比全起皱管更硬，因此需要力使管弯曲成所需布线；为了使弯曲管保持所需形状，必须在弯曲区域使用夹具或固定元件，以防止管弹性恢复至其初始笔直形状。此外，管周起皱部分中的高波纹密度(每单位长度有大量波纹)和高波纹高度(振幅)会产生高压降。

本发明的目的是提供预成型热塑性管，其可通过具有紧密弯曲半径的弯曲部预成型，但不产生与上述现有技术设计同样多的压降。

该目的通过包含如权利要求1所述特征的预成型热塑性管来实现。本发明的优选实施方式在从属权利要求中进行阐述。

根据本发明，提供了预成型热塑性管，其具有管壁，并且包括通过热成型形成的至少一个弯曲部，所述预成型热塑性管的特征在于，在弯曲部的内曲面上，管壁设置有波纹图案，并且在波纹的数量和高度方面具有最小的尺寸，使得由沿内曲面的波纹导致的壁长减少保持所需的最小值，以吸收因形成弯曲部导致的内曲面的多余长度；在弯曲部的外曲面上，管壁光滑且无波纹。

波纹图案在波纹数量及其高度上具有最小尺寸，波纹数量及其高度确定了管壁的纵向长度减少，等效长度减少最小，刚好足以吸收因形成弯曲部而导致的管壁内曲面的多余长度。换言之，波纹图案的尺寸在波纹数量和高度上最小化至补偿所形成弯曲部的内曲面上纵向管壁长度减少所需的最小量。这确保了波纹图案导致的可能干扰或与光滑管壁结构的偏差最小，因此导致流动通过管的流体流造成的可能干扰最小，从而使可能的压降最小。另一方面，波纹图案允许形成急剧弯曲半径低至1.5·OD的预成型热塑性管。因此，根据本发明的预成型热塑性管允许将具有急剧弯曲半径的热塑性管预成型为完全起皱的常规柔性管，但由于波纹图案在波纹数量和高度方面的最小尺寸，其不易弯曲，因此，不需要任何固定来保持其形状，并且与完全起皱的管相比，流动阻力降低。与完全起皱的管区段相比，流动阻力显著降低的另一个原因是，管外曲面区段上的管壁光滑且无任何波纹。与完全起皱的管相比，这还显著降低了流动阻力，这是因为作用在流经弯曲部的流体上的离心力往往使流体压向弯曲部外曲面上的管壁；因此，与完全起皱的管区段相比，弯曲部外曲面上的光滑管壁可显著降低压降。

具有无波纹的外曲面区段的该设计的另一个优点在于，与完全起皱的管相比节省了空间，完全起皱的管由外部曲线区段向外突出的波纹消耗了更多空间。此外，最初的直管可以高挤出速度制造，降低了生产成本。此外，具有预成型弯曲部的热塑性管的递送状态使其比完全起皱的管更容易且更快的安装，完全起皱的管需要布线并且用夹紧元件固定以保持布线。此外，在标准起皱管中，不存在响应预内部压力升高/或降低的长度伸长/减少。最后，本发明的热塑性管具有更均匀、坚固的壁厚；外曲面区域中管壁仅适度减薄，意味着厚度变化与标准起皱管相比小得多，标准起皱管的起皱形状的壁厚局部减薄非常大，约为初始壁厚的一半。

在优选实施方式中，波纹图案由管壁的一系列折叠波纹组成，这些波纹彼此平行并在管的弯曲部圆周的内曲面部分周向延伸。

在优选实施方式中，波纹沿着管周向的90°至270°延伸；优选波纹的周向延伸范围为90°至180°。

在弯曲部区域中，管被认为包含相对的内曲面部分和外曲面部分。内曲面管壁部分和外曲面管壁部分均可沿周向延伸约180°；然而，在某些情况下(如果波纹的最大周向延伸为270°)，内曲面部分可被视为沿周向延伸至多270°，其中，管壁的剩余相反90°区段则被视为外曲面部分。

在优选的实施方式中，波纹图案由沿内部曲线每90°弯曲角度的一系列3至6个接连波纹组成。

在优选的实施方式中，以这样的方式形成波纹，使得更靠近弯曲部中心的波纹与进一步远离中心的波纹相比具有更长的周向延伸，即波纹的周向延伸变得更小，波纹越靠近与弯曲部相邻的管的毗邻笔直部分。

在优选的实施方式中，波纹沿弯曲部的内曲面等距形成，并且波纹节距(相邻波纹之间峰与峰的距离)为管的壁厚的3至10倍，优选为壁厚的4至7倍。波纹节距限定为相邻波纹的峰之间的纵向距离。波纹节距值越高，例如波纹节距大于5，意味着相邻波纹之间的距离相对较大，这意味着相邻波纹之间的内曲面上可能存在具有光滑内管壁的小的管长度区段，有助于降低压降。

在优选的实施方式中，波纹形成的波纹高度为管壁厚的1.5至5倍，其中，波纹高度限定为波纹峰水平和相邻波纹间谷水平之间的最大径向距离。

在优选的实施方式中，波纹的波纹高度为管外径的7.5％至30％、优选管外径的15％，其中，波纹高度限定为波纹峰水平和相邻波纹间谷水平之间的最大径向距离。

在优选的实施方式中，热塑性管具有一层或多层管壁，其中，所述一种或多层由如下物质组成：聚酰胺(PA)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酮(PK)、聚苯硫醚(PPS)、聚氧化甲烯(POM)、聚酯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚丙烯(PP)或热塑性硫化橡胶或弹性体(TPV或TPE)。

在根据本发明的制造预成型热塑性管的方法中，使管围绕成形工具的凹曲面弯曲并压向成形工具的凹曲面，其中，在弯曲期间，在管正在进行弯曲时在管内曲面上形成波纹图案，以吸收由于弯曲而由内曲面管壁长度减小导致的多余长度。该波纹图案的形成由成形工具的曲面上的相应凹陷图案诱导形成，当管围绕成形工具弯曲时，将管压向成形工具。在此过程中，内曲面上要形成的热塑性壁材料被压缩至其屈曲强度。通过在成形工具的凹曲面上提供凹陷图案，所形成的内曲面上的管壁往往在凹陷区域中屈曲(buckle)，此处空间可容纳向外突出的折叠波纹，然而，在凹陷之间的区域中，管壁通过成形工具的凹曲面部分进行支撑，从而以受控方式发生屈曲并进入凹陷，由此以受控方式形成向外屈曲的壁部分的波纹。由于在形成弯曲部时，内曲面上管壁长度减少的反应形成了一系列波纹，确保了波纹的尺寸保持在最小的至少可能水平；换言之，在管弯曲期间，内曲面上的壁长度减少会转化为波纹图案，但不会形成超过绝对必要的更多或更高的波纹。最后，将管加热至形成温度以进行热成型，以使管的弯曲部和形状固定。

沿成形工具圆周，凹陷图案包括沿凹曲面分布的一系列凹陷。特别是凹陷的图案可以是一系列平行沟槽，所述沟槽沿着曲面依次延伸。然而，原则上，各沟槽也可以由一系列分开的线性沟槽区段代替，所述沟槽区段系列横向延伸；或者，沟槽也可以由分布的凹痕图案代替，以在弯曲部的内曲面上产生屈曲的升高部图案。

在第二步骤中，进行热成型过程，同时管仍然围绕成形工具的凹曲面弯曲，并且管的内曲面上的升高部图案容纳于成形工具的凹陷图案中。热成型过程释放了因弯曲而在管壁材料中产生的应力，从而固定之前形成的弯曲部形状以及以向外突出卷曲的形式的升高部形状，其产生是由凹陷图案引起的。

已经发现，使用该预成型方法，可以在热塑性管中预成型急剧弯曲部，弯曲半径低至1.5·OD。另一方面，与常规的完全起皱管相比，由于波纹因来自光滑内管壁的偏差所产生的压降显著降低。这首先是因为波纹仅形成于弯曲部的内曲面上，而弯曲部的外曲面区域的内管壁是光滑的。此外，由于波纹数量和高度方面上的最小尺寸，可以形成波纹数量非常少的图案，在该情况下，在弯曲部内曲面上波纹之间可以是相邻波纹之间的光滑管壁部分区域，以使得与常规起皱管的完全波状横截面形状相比，在内曲面上产生的湍流少得多。凹陷图案包括沿成形工具圆周沿凹曲面分布的一系列凹陷。特别是凹陷的图案可以是一系列平行沟槽，所述沟槽沿着曲面依次延伸。

在管成形的另一个领域中，已知一种管弯曲方法，其具有与本发明方法相同的某些特征。该现有技术方法描述为适用于使钢管弯曲，例如，由作为引入构件的直管形成用于热交换器的波状钢管。例如，该方法见述于US 5 222 552A。在该方法中，直钢管部分围绕弯曲工具弯曲，所述弯曲工具具有凹曲面，其中，弯曲工具可以具有弯曲轮形式。弯曲工具的凹曲面设置有一系列沟槽，其中，该系列沟槽用于以受控方式在弯曲钢管的内曲面上形成一系列褶皱。由于钢可通过弯曲变形，并通过围绕弯曲工具使其弯曲而永久变形，并且在弯曲期间，具有不同的壁弹性和屈曲行为，令人惊讶的是，当工艺最终与热成型处理结合时，热塑性管的类似弯曲确实可能导致热塑性壁材料在弯曲管的内曲面上受控形成卷曲，而管仍围绕成形工具弯曲，在成形工具的凹陷图案中容纳管内曲面上的升高部图案，从而固定或保留包括波纹的热塑性管的变化形状。

已发现，与剩余管相比，波纹区域中壁厚基本没有变化。

在优选实施方式中，热成型过程包括：首先对管进行加热，并且随后使之冷却，同时管仍然围绕成形工具弯曲，并且管的内曲面上的升高部图案容纳于成形工具的凹陷图案中。例如，可以通过进料热空气使其流动通过管对管进行加热，并且可以通过随后进料冷空气使其流动通过管来进行冷却。

在优选实施方式中，对弯曲管进行冷却，以使温度低于所述管的热塑性材料的玻璃化转变温度。

在优选实施方式中，热塑性管在围绕成形工具的凹曲面弯曲并压向成形工具的凹曲面之前进行预加热。已经发现，通过对管进行预热，弯曲管壁产生的屈曲卷曲更加一致或可重复，对于刚性热塑性材料尤为如此，即，形成形状和尺寸非常相似的波纹。在该情况下，将管预热至50°至80°的温度有利于产生尺寸一致的折叠卷曲。通常，成形工具中的凹陷比弯曲管内曲面上拟形成的卷曲或升高部更深(进一步达到成形工具凹面曲面的周围表面部分以下)。

在优选实施方式中，将热塑性管加热至比热塑性管材料的熔点低安全余量温差ΔT的成形温度，以确保在热成型过程之前或期间不会发生熔化。该安全余量温差ΔT大于10℃，优选为15℃至50℃。

在优选实施方式中，成形工具的凹曲面中的凹陷图案是一系列细长的平行沟槽，其相对于凹曲面的纵向凹面弯曲方向横向延伸并沿凹曲面的纵向凹面弯曲方向分布。例如，凹曲面可以是半管的底部表面，其弯曲以围绕成形工具的圆形周长延伸。然后，细长沟槽相对于管状通道的纵向方向横向取向，并沿通道的纵向方向分布。

在优选实施方式中，成形工具的凹曲面由管区段(例如半管)形式的开放通道限定，所述管区段尺寸设计为容纳并支撑一部分待预成型的管，并且沿其纵向凹弯曲方向弯曲成至少遵循围绕中心轴的圆的区段，其中，通道的开放顶侧背对通道轴。该开放通道还可以完全围绕成形工具的圆形周长延伸，随后其具有成形轮的形式。

在优选实施方式中，各沟槽在通道底部相对于通道的纵向方向横向延伸成通道横向宽度至少长的部分，即，当从上方观察时，沟槽在通道底部沿通道横向宽度延伸。

在优选实施方式中，使用凹曲形成表面，其各沟槽的宽度与相邻沟槽中心与中心的距离之比为0.6至0.9。例如，可以使用6mm宽的沟槽，其相邻凹槽之间中心与中心的距离为8mm(这意味着相邻沟槽之间存在2mm的凹曲面)，导致沟槽宽度与相邻沟槽中心与中心的距离之比为0.75。

在优选实施方式中，在管成形之前，将成形工具预加热至限定温度，以提高弯曲管表面上形成波纹的一致性。

在优选实施方式中，管通过锁定块保持，所述锁定块具有用于支撑管的半管状通道，所述锁定块延伸至位于成形工具的凹曲面附近且平行于成形工具的凹曲面上的切线延伸的锁定块末端处。以此方式，其中容纳有管的锁定块可以抵靠成形工具移动，以将管夹持在成形工具和锁定块之间。在该位置，管从锁定块伸出，并以相切方式延伸至成形工具的凹曲面。此外，提供具有用于支撑所述管的半管状通道的压块，移动所述压块以与管的伸出部分接触，其中，所述弯曲块围绕弯曲工具的凹曲面的曲率中心旋转，以使所述伸出管部分以渐进方式弯曲并压向成形工具的凹曲面。例如，成形工具的凹曲面可以是圆形的，以使弯曲块围绕成形工具的圆形凹曲面中心轴旋转，以使管围绕其弯曲。

本发明结合参考附图中的示例在下文中进行描述，其中：

图1显示了根据本发明的预成型热塑性管的平面图；

图2显示了具有易弯曲的弯曲部的常规起皱管的对应视图；

图3至图8显示了示出根据本发明制造热塑性管的方法的示意性透视图。

图2显示了具有常规起皱区段12的常规热塑性管，所述常规起皱区段12非常易弯曲，并允许将常规管2’简单放置在所示形状中，该形状包括弯曲部4。然而，应注意，由于常规起皱区段12的易弯曲性，管2'在此状态下是不稳定的，但如果应保持如图2所示的弯曲状态，则必须通过固定或夹紧构件来固定。如引言所述，包括常规起皱区段的这种常规管在实践中有许多缺点。

图1显示了根据本发明的热塑性管2，该热塑性管2预成型成包括永久性弯曲部4。特别是，该弯曲部已通过热成型固定，并且包括具有光滑弯曲管壁的外曲面6以及设置有多个向外折叠的波纹10的内曲面8，在该情况下为五个接连波纹。内曲面8上的该波纹10图案在波纹数量及其高度方面具有最小尺寸，以使得波纹占据的长度刚好是由于形成弯曲部4而导致的沿内曲面的管壁长度减少产生的长度减少(就波纹数量及其高度而言，最小尺寸意味着如果图案只有四个波纹，而不是图1所示的五个波纹，则四个波纹的各自的高度必须高约25％，以使长度减少当量与图1所示的五个波纹相同)。换言之，根据本发明，在管内曲面上，波纹10形成为尽可能小的程度，其对应于刚好足以吸收由于形成弯曲部4而在内曲面上产生的多余长度的波纹图案。在外曲面6上的管壁保持光滑的同时内曲面上的这种最小化波纹图案具有许多优点。与常规起皱区段12相比，内曲面8上波纹10的最小化尺寸产生了小得多的流动阻力，因为一方面内曲面上波纹数量大幅减少，而未增加波纹的高度，另一方面，弯曲部4的外曲面具有无任意波纹的光滑管壁。因此，弯曲部4的外曲圆周部分6在流动阻力方面具有更高的重要性，因为流动通过弯曲部的流体的离心力促使流体流向外曲面部分6的内管壁，与图2所示的常规起皱管2’的常规起皱弯曲部4的外圆周截面相比，其是完全光滑的，因此产生了小得多的流动阻力。

使用热塑性管进行对比试验来比较根据本发明的预成型热塑性管4(如图1所示)与常规易弯曲起皱管2’(如图2所示)的流动阻力，并测量如下所述的条件。

如前所述，图2显示了用于冷却水应用的连续生产(serial production)的常规起皱管。该管具有以下参数：

内径：16mm，

外径：18mm，

弯曲角度：115°

弯曲半径：R 27mm，其等于1.5·OD，

21个波纹

两条笔直的腿部都是110mm。

产品易弯曲，并且在测试期间用带状物固定在正确位置，以保持115°的弯曲角度。

图1显示了根据本发明的热塑性管，其具有以下参数：

内径：16mm，

外径：18mm，

弯曲角度：115°,

弯曲半径：R 27mm，其等于1.5·OD，

5个波纹，其仅在内曲面上：180°周长，外曲面光滑，

两条笔直的腿部都是110mm，

产品进行预成型(刚性的，并且保持其形状)。

图1和图2的这些管是相当的产品。

测量流速为1.8米³/小时(是该尺寸管的典型流速)时冷却水流量的压降。

所测量压降为：

对于常规管(图2)：55毫巴。

对于根据本发明的管(图1)：36毫巴。

因此，压降的改进约为35％。应注意，事实上，弯曲部本身的改进(以％计)甚至更高，因为在该试验中，总压降还包括管的两个笔直区段(110mm)的压降贡献(这些笔直区段在常规管和如上所述的根据本发明的管中是相同的，因此这些笔直区段不会带来任何改进)。因此，弯曲区段本身的改进实际上超过了35％。因此，进行了额外的计算/校正，仅弯曲部(在减去笔直长度后)的改进估计为41％。

现在将参考图3至图8描述根据本发明制造包括至少一个弯曲部的预成形热塑性管的方法，图3至图8显示了进行该方法时的示意性透视图。

用于进行该方法的设备包括：成形轮形式的成形工具30，所述成形轮具有凹曲形成表面，在该情况下为圆形成形表面，其具有围绕成形轮圆周延伸360°的开放的半管状通道的形状。呈现凹曲形成表面的通道底部设置有一系列凹陷或沟槽32。沟槽在成形轮上半管状通道的几乎整个宽度上延伸。

该设备还包括连接热空气供应机(未显示)的供应管42。供应管42连接至支撑套筒40，该支撑套筒40具有用于容纳初始笔直的热塑性管1末端部分的开口，如处于插入状态的图4所示。

如图5所示，提供了锁定块50，其具有开放的半管状通道，用于支撑初始直管1的一侧。以此方式，锁定块50支撑管1，并将其压入成形工具30的凹曲形成表面的半管状通道中，从而通过配合的锁定块50和成形工具30将管1保持在适当位置，如图5所示。

此外，用于制造热塑性管的设备包括可移动安装的压块60，该压块还具有用于支撑管1的开放的半管状通道。

此外，该设备包括杠杆臂70，杠杆臂70枢转安装在枢轴销80上，枢轴销80安装在成形轮30的中心轴上。与枢轴销80相反，将柄90连接至杠杆臂70，以允许围绕成形轮30的中心轴手动枢转杠杆臂70。杠杆臂70还设置有可旋转安装在杠杆臂70上的辊(roller)100，辊100与压块60的外表面接触(如图8所示)。

为了进行根据本发明的制造热塑性管的方法，首先将初始笔直的热塑性管1插入支架40中。在该情况下，热塑性管1可通过将热空气供应通过供应管42以流动通过热塑性管1来进行预热。预热是优选的，尤其是对于相对刚性的热塑性材料，以确保波纹在弯曲时以一致的形状和尺寸折叠。

当热塑性管已经充分预热，已使支撑块50和压块60就位，并且如图7所示提供了杠杆臂70时，通过转动柄90使杠杆臂70枢转，以使杠杆臂70围绕成形轮30的中心轴旋转。在该杠杆臂70枢转运动过程中，杠杆臂70承载的辊100沿着压块60的外表面滚动，从而促使压块60围绕成形轮30的中心轴枢转。由于该压块60的移动，由压块60支撑的管1围绕成形轮30的凹曲面弯曲，如图8所示。在该弯曲期间，压块60还将管1压至成形轮30的圆周通道上，其中，该半管状通道设置有一系列平行凹陷或沟槽32(见图3)，如上所述。在该弯曲过程期间，所形成的内曲面上的热塑性壁材料进行压缩以允许弯曲部内曲面上的管壁长度比外曲面更短。在该压缩期间，使管壁压缩直至其屈曲强度。通过将其压向成形工具30凹曲面中的凹陷32图案(见图3)，所形成的内曲面上的管壁往往在凹陷30区域中屈曲，在该区域中可获得空间以容纳内曲管壁部分的折叠波纹，而在凹陷32之间的区域中，内曲面上的管壁由成形轮30的凹曲面部分支撑。以此方式，屈曲以受控方式发生并进入凹陷32，由此以受控方式以所需图案形成折叠波纹。

以此方式，在包括至少一个弯曲部的预成型热塑性管的内曲面上形成波纹图案，其中，波纹图案可以波纹数量及其高度的最小尺寸形成，因为通过吸收弯曲期间所形成的弯曲部内曲面上产生的多余长度的过程形成了波纹，因此以受控方式以所需图案形成的波纹正好吸收了所产生的多余长度(但不包括内曲面上的任何其他波纹)，以使波纹程度(由折叠波纹吸收的长度表示的波纹数量及其高度的组合效应)保持最小值。

最后，将杠杆臂70从图8所示位置旋转180°，以使管1弯曲至弯曲状态，包括180°转动或任意其它所需角度。当达到所需角度时，使杠杆锁定，以使其在热成型过程期间保持在适当位置。

一旦弯曲部完全形成，通过将热空气供应至供应管42以将管加热至成形温度来加热弯曲管，从而进行热成型。在该步骤中，将弯曲管的热塑性材料加热至略低于熔点的温度，由此释放弯曲过程中产生的塑料材料的应力，从而使得热塑性材料永久保持弯曲步骤中所形成的形状。

在图9中，显示了通过在成形轮30的中心轴上使杠杆臂70绕枢轴销80转动180°所制备的预成型热塑性管2的示意图。该热塑性塑料预成型管制备成包括180°弯曲部，所述弯曲部具有通过弯曲工艺形成的波纹图案以及成形轮30的凹曲形成表面中的凹陷图案。在该情况下，波纹图案包括沿180°弯曲部内曲面的10个等距波纹10。

在图9的示例中，波纹图案是一系列等距波纹，其沿管的圆周部分横向延伸至管的纵轴，在该情况下略超过180°。在该情况下，当波纹的周向延伸超过180°时，沟槽(凹陷)必须进一步延伸超过图3所示的沟槽32(其周向延伸略小于180°)，并且必须延伸到甚至超过半管状通道开口顶部侧的横向宽度。这意味着成形轮的半管状通道在其相对侧壁上具有切口，其中沟槽向上延伸并穿过成形轮30的侧壁。如果要形成延伸超过弯曲管圆周的180°的波纹，压块60的半管状通道中必须有相应沟槽，所述沟槽形成成形轮半管状通道中沟槽32的延伸部，从而使得成形轮和压块的对齐沟槽延伸超过180°。

Claims (15)

1.一种预成型热塑性管(2)，其具有管壁，并且包括通过热成型形成的至少一个弯曲部(4)，其特征在于，在弯曲部的内曲面(8)上，管壁设置有波纹(10)图案，所述波纹图案在波纹的数量和高度方面具有最小尺寸，使得沿内曲面由波纹(10)导致的壁长减少保持吸收由形成弯曲部(4)导致的内曲面上多余长度所需的最小值，并且在弯曲部(4)的外曲面(6)上，所述管壁光滑且无波纹。

2.如权利要求1所述的预成型热塑性管，其特征在于，波纹(10)图案由管壁上的一系列折叠波纹(10)组成，这些波纹彼此平行并在管的弯曲部(4)圆周的内曲面部分相对于所述管周向延伸。

3.如权利要求2所述的预成型热塑性管，其特征在于，波纹(10)沿着管周向的90°至270°、优选90°至180°延伸。

4.如权利要求2或3所述的预成型热塑性管，其特征在于，波纹(10)图案由一系列沿内曲面每90°弯曲角3至6个接连波纹组成。

5.如权利要求2至4中任一项所述的预成型热塑性管，其特征在于，波纹(10)沿所述弯曲部的内曲面等距形成，并且波纹节距为管壁厚的3至10倍，优选为壁厚的4至7倍。

6.如权利要求2至5中任一项所述的预成型热塑性管，其特征在于，波纹(10)形成的波纹高度为管壁厚的1.5至5倍，其中，波纹高度限定为波纹峰水平和相邻波纹间谷水平之间的最大径向距离。

7.如权利要求2至5中任一项所述的预成型热塑性管，其特征在于，波纹(10)的波纹高度为管外径的7.5％至30％、优选管外径的15％，其中，所述波纹高度限定为波纹峰水平和相邻波纹间谷水平之间的最大径向距离。

8.如前述权利要求中任一项所述的预成型热塑性管，其特征在于，所述管壁包含一个或多个层，并且具有由如下物质组成的一个层：聚酰胺(PA)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酮(PK)、聚苯硫醚(PPS)、聚氧化甲烯(POM)、聚酯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚丙烯(PP)或热塑性硫化橡胶或弹性体(TPV或TPE)。

9.一种制备如前述权利要求中任一项所述的预成型热塑性管(2)的方法，其中，所述方法包括：

提供直热塑性管(1)，

使热塑性管围绕成形工具(30)的凹曲面弯曲并压向成形工具(30)的凹曲面，使管成型以获得至少一个弯曲部，其中，在弯曲期间，在弯曲部的内曲面上形成波纹(10)图案，以吸收由于弯曲而由内曲面(8)长度减小导致的多余长度，其中，波纹(10)图案由成形工具(30)的曲面上的相应凹陷(32)图案形成，当管围绕成形工具(30)弯曲时，将管压向成形工具(30)，以及

进行热成型过程，同时管仍然围绕成形工具(30)弯曲，并且管的内曲面上的波纹(10)图案容纳于成形工具(30)的凹陷(32)图案中。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述热成型过程包括：对管进行加热，并且随后使之冷却，同时管仍然围绕成形工具(30)弯曲，并且管的内曲面上的波纹(10)图案容纳于成形工具(30)的凹陷(32)图案中。

11.如权利要求9至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述热塑性管在围绕成形工具(30)的凹曲面弯曲并压向成形工具(30)的凹曲面之前进行预加热。

12.如前述权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述成形工具(30)的凹曲面中的凹陷(32)图案是一系列细长的平行沟槽，其相对于凹曲面的纵向凹曲方向横向延伸并沿凹曲面的纵向凹曲方向分布。

13.如前述权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述成形工具(40)的凹曲面由管区段形式的开放通道限定，管区段的尺寸设计为容纳并支撑一部分管，并且沿其纵向凹曲方向弯曲成遵循围绕中心轴的圆的区段，其中，所述通道的开放顶侧背对中心轴。

14.如权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，使用凹曲成形表面，其各沟槽的宽度与相邻沟槽(32)的中心与中心距离之比为0.6至0.9。

15.如前述权利要求10至19中任一项所述的方法，其特征在于，管通过锁定块(50)保持，所述锁定块(50)具有半管状通道，用于支撑所述管抵靠成形工具(30)的凹曲面，并且所述管在锁定块(50)末端处以切线方式从锁定块(50)向相反设置的凹曲面伸出，具有用于支撑所述管的半管状通道的压块(60)与所述管的伸出部分接触，其中，所述压块围绕成形工具(30)的凹曲面的曲率中心旋转，以使所述突出管部分以渐进方式弯曲并压向成形工具(30)的凹曲面。

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