KR101689405B1

KR101689405B1 - 가요성 튜브

Info

Publication number: KR101689405B1
Application number: KR1020100063336A
Authority: KR
Inventors: 토마스 바블; 마르크 마르바흐
Original assignee: 란세스 도이치란트 게엠베하
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2017-01-02
Also published as: EP2270378A1; US8978712B2; BRPI1002328A2; CN101985993B; KR20110002814A; US20110017304A1; CN101985993A; DE202010001667U1

Abstract

본 발명은 튜브 벽에 형성되고 튜브의 외부 표면을 지나는 복수개의 회선체를 가지는 1개 이상의 절첩식 벨로우즈가 있는 가요성 튜브로서, 회선체 사이가 튜브의 세로축 방향으로 분리되지 않고, 절첩식 벨로우즈가 2개의 대향 굽힘 구역 및 2개의 제한된 신장 구역을 가지는 1개 이상의 회선체를 가지며, 여기서 대향 굽힘 구역 사이에 제한된 신장 구역이 배치되고, 제한된 신장 구역 내의 회선체의 외부 표면의 높이가 굽힘 구역 내의 회선체의 외부 표면의 높이보다 낮지만 튜브의 외부 표면보다는 높고, 튜브의 제한된 신장 구역의 1개 이상의 회선체, 바람직하게는 모든 회선체 내의 1개 이상의 제한된 신장 구역 내의 가요성 튜브의 벽 두께가 굽힘 구역 내의 벽 두께보다 특히 두꺼운 것인 가요성 튜브에 관한 것이다.

Description

가요성 튜브 {FLEXIBLE TUBES}

본 발명은 튜브 벽에 형성되고 튜브의 외부 표면을 지나는 복수개의 회선체를 가지는 1개 이상의 절첩식 벨로우즈(folding bellows)가 있는 가요성 튜브로서, 회선체 사이가 튜브의 세로축 방향으로 분리되지 않고, 절첩식 벨로우즈가 2개의 대향 굽힘 구역 및 2개의 제한된 신장 구역을 가지는 1개 이상의 회선체를 가지며, 여기서 대향 굽힘 구역 사이에 제한된 신장 구역이 배치되고, 제한된 신장 구역 내의 회선체의 외부 표면의 높이가 굽힘 구역 내의 회선체의 외부 표면의 높이보다 낮지만 튜브의 외부 표면보다는 높고, 튜브의 제한된 신장 구역의 1개 이상의 회선체, 바람직하게는 모든 회선체 내의 1개 이상의 제한된 신장 구역 내의 가요성 튜브의 벽 두께가 굽힘 구역 내의 벽 두께보다 특히 두꺼운 것인 가요성 튜브에 관한 것이다. 본 발명의 목적을 위해, "굽힘 구역 내의 벽 두께보다 특히 두껍게 함"이라는 표현은 제한된 신장 구역 내의 벽 두께를 굽힘 구역 내의 평균 벽 두께 값의 최대 5배, 그러나 굽힘 구역 내의 평균 벽 두께 값의 1.2배 이상으로 증가시키는 것을 의미한다. 제한된 신장 구역 내의 벽 두께의 특정 증가를 미리 설정한 후, 후속 제한된 신장 구역의 영역 내에서 방사상으로 부분적으로 더 두꺼운 패리슨(parison) 벽 두께에 의해 패리슨의 압출 공정을 완료한다.

압출 공정의 완료 이전에 이러한 벽 두께의 특정 증가는 제한된 신장 구역 및 굽힘 구역에서의 상이한 연신 정도에 의해, 기술적 및 공정 인자의 필연적인 결과인 보다 두꺼운 종래 기술의 벽 두께와 비교하여 벽 두께의 차이를 초래한다.

명료함을 위해, 본 발명의 범위가 일반적인 용어 또는 바람직한 범위로 언급된 정의 및 파라미터 모두의 임의의 바람직한 조합을 포함한다는 것을 유의해야 한다.

DE 197 07 518 C1호는 튜브 축 방향으로 서로 분리된 연접한 기하학적 외부 프로파일을 가지고 튜브 곡면 상의 주름이 세로축 방향으로 연이은 하나 이상의 각진 영역 내에서 한정되며, 하나 이상의 중합체 층이 있는, 유체 라인으로서 사용하기 위한 열가소성 중합체 물질로 구성된 주름진 튜브로서, 연접한 기하학적 외부 프로파일이, 튜브 곡면 상의 대체로 대향인 2개의 모선(generatrix line)이 주름으로부터 유리되고 상기 모선이 튜브의 세로 방향으로 연장되도록 형성되는 것인 주름진 튜브에 관한 것이다.

WO 1999/0022171 A1호에는 본질적으로 환형인 단면을 가지는 호스로 구성되며, 호스가 외부 표면 및 내부 표면, 및 호스 표면에 형성된 다수의 융기된 주변 회선체를 가지고, 호스의 내부 표면이 회선체의 내부 표면을 한정하고, 호스의 외부 표면이 회선체의 외부 표면을 한정하고, 회선체 중 1개 이상이, 회선체의 구획이 호스의 표면과 본질적으로 같은 높이이고 본질적으로 환형인 호스의 단면이 유지되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 절첩식 벨로우즈가 기재되어 있다.

WO 2002/002981 A1호에는 튜브 벽에 형성되고 튜브의 외부 표면을 지나는 복수개의 회선체를 가지는 벨로우즈가 있는 가요성 파이프로서, 회선체가 튜브의 축 방향으로 분리되고, 회선체 중 1개 이상이 2개의 대향 굽힘 구획, 및 굽힘 구획 사이에 위치하는 2개의 제한된 신장 구획을 가지고, 튜브의 외부 표면 위의 굽힘 구획의 높이가 튜브의 외부 표면 위의 제한된 신장 구획의 높이보다 더 높은 가요성 파이프가 기재되어 있다. WO 2002/002981 A1호에 기재된 튜브의 벽 두께는 주변 방향으로 특히 균일하다 (WO 02/02981 A1호, (D1), 12면, 12-14행).

EP 1 233 223 A2호에는 주름 영역과 유사한 방식으로 형성된 1개 이상의 가요성 벨로우즈 영역을 가지는 물질로부터 제작되며, 높은 내부 압력으로 인한 축 길이 변화를 감소시키기 위해 벨로우즈 중 2개 이상의 영역이 축 방향으로 평평하게 형성되는, 한정된 축 강성을 가지는 튜브가 기재되어 있다.

EP 1 176 351 A2호에는 개별적으로 교대로 융기부 및 골부를 가지는 복수개의 회선체가 있는 관형 호스가 정의되어 있다. 각 회선체는 상응하는 융기부와 골부 사이의 반경의 차이로 묘사되는 높이를 가진다. 회선체 내의 높이는 최대 높이 및 최소 높이에 따라 튜브의 원주를 가로질러 다양하다. 회선체의 가장 작은 또는 가장 낮은 높이 영역의 최소 높이는 상기 회선체의 최대 높이의 적어도 10%에 상응한다. EP 1 176 351 A2호에 언급된 한 실시양태에서, 회선체의 최대 높이는 이 회선체의 최소 높이의 적어도 2배이다.

종래 기술의 실시양태의 단점은 제한된 신장 구역과 굽힘 구역 사이의 벽 두께 비가 다양할 수 없다는 것이다. 굽힘 구역 내의 벽 두께, 및 회선체 영역 내의 튜브의 지정된 구조는 필연적으로 제한된 신장 구역 내의 벽 두께, 및 이에 따른 튜브 양 말단의 특별한 상대적인 이동을 위한 제한된 신장 구역의 탄성을 결정한다. 주어진 구조에 대해, 제한된 신장 구역 내의 탄성 변화는 물질의 변경 또는 전체 튜브 벽 두께의 변경을 통해서만 달성될 수 있다. 물질 및 튜브의 기본 벽 두께가 지정되면, 성분의 가요성을 조정하는 유일한 남은 방식은 그의 구조를 변경하는 것이고, 이는 가요성 튜브 또는 주름진 튜브를 제조하기 위해 사용되는 기계의 변형/변경을 필요로 한다.

회선체와 2개의 회선체 사이의 직선형 영역 사이의 전이 구역에서, 강성 변화에 의해 내부 압력이 종래 기술의 실시양태에 인가되는 경우 응력의 집중이 또한 일어날 수 있거나 (예를 들어, WO 2002/002981A1호, 6면, 8-16행 참조), 또는 노치(notch)에 의해 성분들의 기계적 특성에 악영향을 미칠 수 있다 (WO 2002/002981 A1호, 13면, 도 6A 및 6B).

튜브를 위해 사용되는 전형적인 가공 방법의 특징적인 특성으로 인해, 평평한 회선체의 내부 표면 (제한된 신장 구역)은 WO 2002/002981 A1호의 도면 중 일부, 예를 들어 도 6에 나타낸 바와 같이 거의 직선형일 수 있다. 동일한 종래 기술의 도 8D는 실제로 직선형 내부 표면을 나타낸다. 이러한 평평한 표면의 효과는 튜브의 양 말단의 세로축 방향으로의 특별한 상대적인 이동을 위한, 상기 제한된 신장 구역 내의 물질 상에 가해진 응력이 벽 두께에 무관하다는 것이다.

최종적으로, 제한된 신장 구역 내의 벽 두께가 회선체의 나머지 부분에서보다 균일한 경우, 내부 압력이 인가될 때 상기 제한된 신장 구역 내에 높은 응력이 발생하는데, 이는 적재량의 대부분이 이러한 보다 강성인 구획에 의해 흡수되기 때문이다 (WO 2002/002981 A1호, 10면, 6 내지 25행: "이러한 설계는 벨로우즈의 제한된 신장 구획에서 보다 균일한 벽 두께를 제공하는 유리한 효과를 가진다" 참조). 내부 압력이 인가될 때, 물질 내의 응력은 돌출된 가압 단면 및 튜브의 벽 두께에 따라 좌우된다. 따라서, 특히 제한된 신장 구역 내의 균일한 벽 두께보다 두꺼운 벽 두께가 다소 유리할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 내부 압력, 바람직하게는 3.2 bar 절대압력 및 그 이상을 견디고 또한 굴곡 가요성의 손실이 없거나 거의 없이 이를 견디는 가요성 튜브를 제공하는 것이다.

여기서 어려운 점은 상기 언급된 바와 같이 높은 내부 압력이 인가될 때 세로축 방향으로의 강성 (이는 직선형 튜브를 사용하여 해결할 수 있는 문제임)과 요구되는 굴곡 가요성 (이는 통상적인 절첩식 벨로우즈가 있는 튜브를 사용하여 해결할 수 있는 문제임)의 조합이 요구된다는 것이다. 직선형 튜브의 세로 방향 강성과 관련한 장점은 높은 내굽힘성을 수반한다. 정상 모양의 절첩식 벨로우즈 구획이 있는 튜브의 높은 가요성은 높은 내부 압력이 인가될 때 낮은 세로 방향 내신장성을 수반한다.

따라서, 상기 목적은 튜브 벽에 형성되고 튜브의 외부 표면을 지나는 복수개의 회선체를 가지는 1개 이상의 절첩식 벨로우즈를 가지며, 회선체 사이가 튜브의 세로축 방향으로 분리되지 않고, 절첩식 벨로우즈가 2개의 대향 굽힘 구역(106, 107) 및 2개의 제한된 신장 구역(100, 104)을 가지는 1개 이상의 회선체를 가지며, 여기서 대향 굽힘 구역(106, 107) 사이에 제한된 신장 구역(100, 104)이 배치되고, 제한된 신장 구역 내의 회선체의 외부 표면의 높이(101)가 굽힘 구역 내의 회선체의 외부 표면의 높이(108)보다 낮지만 튜브의 외부 표면보다는 높고, 튜브의 제한된 신장 구역의 1개 이상의 회선체, 바람직하게는 모든 회선체 내의 1개 이상의 제한된 신장 구역 내의 가요성 튜브의 벽 두께가 굽힘 구역 내의 벽 두께보다 특히 두꺼운, 본 발명에 의해 제공되는 가요성 튜브에 의해 달성된다. 본 발명의 목적을 위해, "굽힘 구역 내의 벽 두께보다 특히 두껍게 함"이라는 표현은 제한된 신장 구역 내의 벽 두께를 굽힘 구역 내의 평균 벽 두께 값의 최대 5배, 그러나 굽힘 구역 내의 평균 벽 두께 값의 1.2배 이상으로 증가시키는 것을 의미한다. 제한된 신장 구역 내의 벽 두께의 특정 증가를 미리 설정한 후, 후속 제한된 신장 구역의 영역 내에서 방사상으로 부분적으로 더 두꺼운 패리슨 벽 두께에 의해 패리슨의 압출 공정을 완료한다.

압출 공정의 완료 이전에 사전 조정에 의한 이러한 벽 두께의 특정 증가는 제한된 신장 구역 및 굽힘 구역에서의 상이한 연신 정도에 의해, 기술적 및 공정 인자의 필연적인 결과인 종래 기술에 따른 보다 두꺼운 벽 두께와 비교시 상이한 벽 두께를 야기한다.

놀랍게도, 절첩식 벨로우즈가 있는 본 발명에 따른 가요성 튜브는 높은 내부 압력이 인가될 때 세로축 방향으로의 강성 요건을 따르고, 동시에 종래 기술의 절첩식-벨로우즈 설계의 파이프, 특히 WO 2002/002981 A1호, DE 197 07 518 C1호 및 EP 1 233 223 A2호에서와 같은 절첩식-벨로우즈 설계의 파이프보다 현저히 더 양호한 특히 최적화되지 않은 굽힘 방향으로의 굴곡 가요성을 나타낸다.

본 발명을 하기 도면에 의해 예시할 것이다.
도 1a는 통상적인 주름진 튜브의 평면도를 나타내고, 도 1b는 종래 기술의 주름진 튜브의 상응하는 측면도를 나타낸다.
도 2a는 본 발명에 따른 튜브의 굽힘 구획의 평면도를 나타낸다. 도 2b는 상응하는 측면도를 나타내고, 도 2c는 본 발명에 따른 튜브의 제한된 신장 구획의 평면도를 나타내고, 여기서 화살표는 최적화된 굽힘 방향을 나타낸다(109). 도 2d는 본 발명에 따라 벽 두께가 적절하게 조정된 주름진 물질의 단면도를 나타내고, 나타내어진 예에서 제한된 신장 구역 내의 벽 두께는 굽힘 구역 내의 벽 두께의 2배에 상응한다. 도 2a 내지 2d는 벽 두께가 적절히 조정된 튜브의 본 발명에 따른 도식을 제공한다.
도 2a 내지 2d는 회선체의 배치가 사인파와 유사한 본 발명에 따른 튜브를 나타낸다. 회선체 사이는 분리되지 않고, 축 방향으로 인접한 2개의 회선체 사이에 매끄러운 영역이 없다.

본 발명에 따른 회선체는 주로 굴곡 응력을 받고 (이는 WO 2002/002981 Al호, DE 197 07 518 C1호 및 EP 1 233 223 A2호의 종래 기술에 기재된 직선형 또는 평평한 영역이 없음), 이에 따라 튜브의 가요성은 제한된 신장 구역 내의 회선체 구획 벽 두께의 특정 증가를 통해 조정될 수 있다. 이러한 벽 두께의 적절한 조정은 압출 공정 동안 벽 두께의 국지적인 방사상 제어를 사용하여 패리슨 상에서 달성된다. 이를 위해, 블로잉(blowing) 후 제한된 신장 구역을 형성하는 패리슨 상의 부분적인 영역을, 유압으로 또는 전기적으로 조절되는 블로잉 헤드의 적절한 제어를 통해 보다 두껍게 한다. 블로잉 헤드의 다이(die)는 원칙적으로 보통 심축(mandrel) 및 정적 실린더로 구성된다. 심축과 실린더 사이 간극의 폭은 패리슨의 벽 두께를 결정한다. 패리슨의 벽 두께를 조절하기 위해, 이를 위해 종종 원뿔형인 심축을 축 방향으로 앞으로 또는 뒤로 이동시키고, 이에 따라 심축과 실린더 사이 간극의 폭이 변경되어, 패리슨의 벽 두께는 높아지거나 낮아진다. 주변 방향으로의 상이한 벽 두께는 바람직하게는 부분적인 벽 두께 제어 (PWTC)의 복잡한 시스템을 사용하여 달성한다. 이를 위해, 작동 장치 메커니즘, 예를 들어 유압 작동 장치, 또는 전기 작동 장치로서 공지된 것을 압출 공정 동안 사용하여 상술한 정적 실린더 대신에 사용되는 동적으로 가요성인 다이 고리의 부분적인 변형을 방사상 방향으로 달성하고, 이는 주변 방향으로의 패리슨 내의 벽 두께 분포의 차이를 일으킬 수 있다. 이러한 작동 장치 메커니즘은 가요성 동적 작동 장치 고리 주위에 별형으로 배치된다. 특히 바람직하게는, 독일 트로이스도르프의 포이어허름(Feuerherm)에 의해 개발된 동적 PWTC 시스템은 최종 제작물에 대한 요건에 부합하도록 제한된 신장 구역 내의 벽 두께의 특정 증가를 달성할 수 있다. 굽힘 구역과 제한된 신장 구역 사이의 벽 두께 비는 절첩식 벨로우즈의 가요성, 및 강성 각각에 대한 요건에 따라 조정할 수 있고, WO 2002/002981 A1호, DE 197 07 518 C1호, EP 1 233 223 A2호 및 EP 1 176 351 A2호에 따라 이용가능한 종래 기술에서와 같이 기술적 및 공정 인자의 필연적인 결과가 아니다. 벽 두께 비는 튜브의 구조 및 기본 벽 두께에 따라 직접 좌우되진 않지만, 대신에 공정이 진행됨에 따라 블로잉 헤드에서의 부분적인 벽 두께 제어를 통해 적절하게 조정할 수 있다. 따라서, 제한된 신장 구역의 가요성 및 강성 각각은 물질의 변경 또는/및 기계의 변경 없이 성분에 대한 요건에 따라 적절하게 개별적으로 패리슨마다 조정할 수 있다. 직선형 영역의 경우, 특정 축 이동 (인장 응력)은 벽 두께에 무관하게 물질의 일정한 신장률을 초래할 것이다. 본 발명에 따른 가요성 튜브에서, 압력의 인가는 주로 굴곡 응력을 야기한다. 인장 응력만을 가지는 상황과 대조적으로, 굴곡 응력을 가요성 튜브에 인가할 경우 튜브의 절첩식 벨로우즈 영역 내의 최대 변형은 벽 두께에 따라 좌우되고 그에 의해 조정될 수 있다. 벽 두께의 증가는 내부 압력이 인가될 때 발생하는 응력을 감소시키지만, 최적화된 굽힘 방향으로의 가요성에 대해서는 거의 영향을 미치지 않는다. 제한된 신장 구역의 평면에 수직인 방향으로의 굴곡 강성은 증가하지만, 회선체의 존재로 인해 굽힘 가능성은 유지되고, 이것이 평평한 상부 표면을 가지는 공지된 절첩식 벨로우즈 해법과 비교하여 실질적인 장점이다.

본 발명은 제한된 신장 구역 내의 회선체의 외부 표면의 감소된 높이와 주변부 주위의 벽 두께의 특정 부분적 증가를 조합하여, 압력이 인가될 때 전체적인 가요성에 대한 영향이 없거나 거의 없이 절첩식 벨로우즈 구획 내의 물질에 대한 응력을 감소시킨다.

튜브 말단이 축 방향으로 상대적으로 이동하는 가장 유리하지 않은 경우, 본 발명에 따른 설계는 또한 특정 길이 증가를 견딜 수 있다.

높은 압력이 인가될 때, 절첩식 벨로우즈 영역 내의 가요성 튜브의 모든 구획은 굴곡 응력뿐만 아니라 또한 인장 응력을 받는다. 본 발명의 절첩식 벨로우즈 영역이 직선형 구획이 아니기 때문에, 강성의 급격한 변화 및 노치가 없고, 이러한 인자는 또한 응력 집중의 형성을 방지하고 응력 최대점 (이는 성분의 파괴를 유발할 수 있음)의 정도를 감소시키는 것을 돕는다.

본 발명에 따르면, 가요성 튜브는 절첩식 벨로우즈 당 각각 복수개의 회선체, 바람직하게는 2개 초과의 회선체, 특히 바람직하게는 2개 내지 100개의 회선체, 매우 특히 바람직하게는 3개 내지 15개의 회선체, 특별히 바람직하게는 4개 내지 8개의 회선체가 있는 1개 이상의 절첩식 벨로우즈 구획을 가진다. 여기서 절첩식 벨로우즈의 수는 가요성 튜브에 의해 연결하고자 하는 거리의 구조에 따라 좌우된다. 본 발명에 따르면, 1개 이상의 절첩식 벨로우즈가 가요성 튜브에 제공된다.

본 발명에 따른 가요성 튜브 내의 대향하는 굴곡 구획 사이의 각도는 바람직하게는 150 내지 210°, 바람직하게는 180°이고, 대향하는 제한된 신장 구획 사이의 각도는 마찬가지로 바람직하게는 150 내지 210°, 바람직하게는 180°이다.

본 발명에 따른 튜브에서, 제한된 신장 구역 내의 벽 두께는 굽힘 구역 내의 평균 벽 두께 값의 최대 5배, 그러나 굽힘 구역 내의 평균 벽 두께 값의 1.2배 이상으로 증가한다.

제한된 신장 구역에서 굽힘 구역의 평균 벽 두께의 150% 내지 300%로의 벽 두께 증가가 바람직하다.

본 발명에 따른 가요성 튜브가 제조되는 물질은 상기 튜브가 가요성이라면 특별히 제한되지 않는다. 블로우 성형 공정이 사용되는 경우, 가요성 튜브 및 벨로우즈는 임의의 목적하는 열가소성 수지로부터 형성될 수 있다. "열가소성 수지"라는 표현은 바람직하게는 합성 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 블록 폴리에스테르-에테르 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 엘라스토머 (EPDM), 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌, 및 이들의 블렌드의 혼합물을 포함한다. 폴리아미드를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

바람직한 한 실시양태에서, 본 발명에 따른 가요성 튜브는 제한된 신장 구역(100, 104)과 굽힘 구역(106, 107) 사이에 전이 구역(105)을 가진다. 본 발명의 목적을 위해, 전이 구역은 굽힘 구역의 상대적으로 높은 회선체에서 제한된 신장 구역의 상대적으로 낮은 회선체로의 탄젠트 연부- 및 노치가 없는 전이부를 나타낸다.

바람직한 한 실시양태에서, 본 발명에 따른 가요성 튜브의 절첩식 벨로우즈는 2개 이상의 회선체를 가지며, 이는 2개의 대향 굽힘 구역 및 굽힘 구역 사이에 배치된 2개의 제한된 신장 구역을 가지고, 제한된 신장 구역 내의 회선체의 길이는 제1 회선체에서 제2 회선체를 향해 주위 방향으로 증가한다. 본 발명의 목적을 위해, 제한된 신장 구역 내의 회선체 길이가 제1 회선체에서 제2 회선체를 향해 증가하는 것은 제한된 신장 구역 내의 회선체의 길이가 제1 회선체에서 인접한 제2 회선체로 증가함을 의미한다.

튜브 양 말단의 상대적인 이동시 이들이 응력 최대점을 유발하게 될, 본 발명에 따른 가요성 튜브의 절첩식 벨로우즈 구획 내의 큰 강성 변화를 피하기 위해, 제한된 신장 구역과 굽힘 구역 사이의 전이 구역의 모양이 연부 또는 노치 없이 매끄러운 것이 바람직하다. 바람직한 실시양태에서, 인접한 회선체의 외부 표면은 단절되어 있지 않으며, 이러한 특징 및 각 회선체 자체의 모양이 단절되어 있지 않은 것은 상기 언급한 이동시 및 내부 압력의 인가시 응력 최대점을 제거하는 추가의 이유이다.

바람직한 한 실시양태에서, 내부 압력의 인가시 길이 증가를 감소시키기 위해, 제한된 신장 구역의 외부 직경을 추가로 감소시킬 수 있다. 이는 최적화된 굽힘 방향으로의 튜브의 굴곡 가요성에 대해 약간의 영향만을 미친다. 여기서 튜브 양 말단의 축 방향으로의 상대적인 이동 동안 절첩식 벨로우즈 영역 내의 순수한 인장 응력을 억제하기 위해, 회선체의 연결을 계속하는 것이 중요하다.

본 발명에 따르면, 절첩식 벨로우즈 영역의 굽힘 방향으로의 강성 및 세로 방향으로의 연장은 제한된 신장 구역 내의 벽 두께의 적절한 조절을 통해 변경된다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 가요성 튜브는 1개 이상의 절첩식 벨로우즈 구획을 가진다. 예를 들어 차량, 특히 자동차 엔진 격실에서 가요성 튜브에 할당되는 일에 따라, 튜브는 복수개의 접착식 벨로우즈 구획, 바람직하게는 2개 내지 10개의 절첩식 벨로우즈 구획, 또는 다수의 절첩식 벨로우즈 구획, 특히 2개 내지 100개의 절첩식 벨로우즈 구획을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 절첩식 벨로우즈 구획은 1개 이상의 회선체, 바람직하게는 다수의 회선체, 즉 2개 내지 100개, 특히 바람직하게는 복수개, 즉 2개 내지 50개의 회선체를 가진다.

본 발명의 목적을 위해, "사이가 분리되지 않은"이라는 표현은 인접한 2개의 회선체 사이의 영역이 축 방향으로 평평하지 않을 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 목적을 위해, "굽힘 구역 내의 회선체의 외부 표면의 높이"라는 표현은 굽힘 구역 내의 최대 외부 직경보다 작은 최대 외부 직경을 의미한다.

본 발명의 목적을 위해, "튜브의 외부 표면 위"라는 표현은 매끄러운 튜브의 외부 직경보다 큰 최대 외부 직경을 의미한다.

본 발명에 따르면, 서로 인접한 절첩식 벨로우즈의 회선체는 가요성 튜브의 세로축 방향으로 배치된다.

바람직한 한 실시양태에서, 상호 연결된 2개의 회선체의 외부 모양은 사인파와 유사한 곡선형이다. 이는 회선체 사이가 분리되지 않음을 의미한다. 회선체 중 1개 이상은 2개의 대향 굽힘 구획 및 2개의 제한된 신장 구역을 가진다. 제한된 신장 구역은 2개의 굽힘 구역 사이에 배치되고 제한된 신장 구역 내의 회선체의 외부 표면의 높이는 굽힘 구역 내의 회선체의 외부 표면의 높이보다 낮을 수 있다.

본 발명에 따른 튜브는 바람직하게 유체 라인으로 사용된다. 본 발명의 목적을 위해, 유체 라인은 바람직하게 액체 라인 또는 공기 라인이다. 바람직한 액체 라인은 연료 호스, 냉각제 호스 또는 충전제 넥(neck)이다.

바람직한 공기 라인은 삽입 도관, 크랭크실 통풍 라인, 정화 공기 라인, 충전 공기 도관, 통풍 파이프, 냉각 공기 라인 또는 공기 컨디셔닝 시스템 공기 라인이다.

이는 바람직하게는 자동차, 특히 이들의 엔진 격실에 사용되지만, 이들은 또한 물질이 압력하에 수송되어야 하는 기타 응용 중 임의의 것에 사용될 수도 있다.

특히, 본 발명에 따른 가요성 튜브는 자동차 내의 액체 라인 또는 공기 라인 각각을 위해 사용된다.

이를 위해, 본 발명에 따른 가요성 튜브의 제작 공정이 완료되기 전에, 그의 단면, 그의 직경, 및 그의 외부 표면을 적절하게 조정한다. 본 발명에 따르면, 벽 두께를 변형하여 제조 공정 동안 적절한 조정을 계속한다.

본 발명에 따른 가요성 튜브의 바람직한 단면은 환형, 난형 또는 타원형이다.

본 발명에 따른 가요성 튜브는 상기 언급한 출발 물질의 가공을 위한 공지된 공정 방법에 의해 제조된다. 바람직한 제조 공정은 블로우 성형, 특히 순차적인 공압출 블로우 성형이다.

실시예

분석을 위해 선택한 중합체는 등방성 특성 및 약 170 MPa의 탄성률을 가지는 물질이었다. 3가지의 상이한 로딩 상황, 구체적으로 I) 도 1에 따른 절첩식 벨로우즈가 있는 통상적인 대칭적인 둥근 튜브, II) 제한된 굽힘 구역 내의 벽 두께가 본 발명에 따라 특정 증가되지 않은 도 2a 내지 2c에 따른 튜브, 및 III) 제한된 굽힘 구역 내의 벽 두께가 본 발명에 따라 증가된 2a 내지 2d에 따른 튜브에 대해 연구하였다. 벽 두께는 제한된 신장 구역에서 2.5 mm에서 5 mm로 증가하였다. 3가지 설계 모두에서, 유동 단면은 2316.5 mm²였다.

로딩 상황 1에서 인가 내부 압력을 3.5 bar 절대 압력으로 조정하고, 로딩 상황 2는 최적화된 굽힘 방향으로의 10 mm 엔진 이동을 시뮬레이션하고, 로딩 상황 3은 제한된 신장 구역의 평면에 대해 수직으로 지나는 가장 유리하지 않은 굽힘 방향으로의 10 mm 엔진 이동을 시뮬레이션하였다. 상호작용을 제거하기 위해 모든 로딩 상황을 별도로 고려하였다.

하기 표 1의 결과는 특히 내부 압력에 의해 야기되는 길이 증가의 차이, 및 엔진 이동에 의해 야기되는 폰 미제스(von Mises) 응력을 나타낸다. 여기서 유의해야할 점은, 굴곡 응력을 참조용 절첩식 벨로우즈 설계 I의 것과 비교시, 최적화된 굽힘 방향에 수직 방향으로도, 설계 II의 경우 굴곡 응력이 25% 더 높지만 설계 III의 경우에는 굴곡 응력이 유사하다는 것이다. 또한, 설계 III의 경우 내부 압력이 인가될 때 길이 증가에서 61%의 현저한 감소를 달성하는 것이 가능하다.

특성 [단위]	통상적인 주름진 튜브 (도 1)	본 발명에 따라 벽 두께가 적절히 조정되지 않은 도 2a 내지 2c에 따른 튜브	본 발명에 따라 벽 두께가 적절히 조정된 본 발명에 따른 가요성 튜브
유동 단면 [mm²]	2316.5	2316.5	2316.5
평균 벽 두께 [mm]	2.5	2.5	평균: 2.5, 제한된 신장 구역에서는 5
3.5 bar 절대 압력의 내부 압력에 대한 길이 증가 [mm]	7.7	5.7	3
언급된 참조용 설계와 비교하여 3.5 bar 절대 압력의 내부 압력에 대한 길이 증가의 감소 [%]	0 (참조용 설계)	-26	-61
최적화된 굽힘 방향으로의 엔진 이동에 대한 최대 폰 미제스 응력 [MPa]	4	4	4
최적화된 굽힘 방향에 수직인 방향으로의 엔진 이동에 대한 최대 폰 미제스 응력 [MPa]	4	5	4

Claims

내부 표면 및 외부 표면을 갖는 가요성 튜브로서,
상기 튜브의 적어도 일부를 따라 연장되는 1개 이상의 절첩식 벨로우즈(folding bellows)가 있고,
상기 벨로우즈는, 튜브의 벽에 형성되고 튜브 주위로 원주방향으로 연장되는 복수개의 인접 회선체를 포함하고,
복수개의 인접 회선체는 튜브의 종축 방향(axial longitudinal direction)에 가로놓여 배치된(interspersed) 복수개의 융기부 및 골부를 한정하고, 인접한 융기부 및 골부 사이의 외부 표면은 종축 방향으로 곡선형이고,
1개 이상의 회선체는 2개의 대향하는 굽힘 구역(106, 107) 및 2개의 대향하는 제한된 신장 구역(100, 104)을 가지며, 여기서 제한된 신장 구역(100, 104)은 대향하는 굽힘 구역 사이에 배열되고,
제한된 신장 구역 내 1개 이상의 회선체 융기부의 외부 표면의 높이(101)는 굽힘 구역 내 1개 이상의 회선체 융기부의 외부 표면의 높이(108)보다는 낮지만 튜브의 외부 표면보다는 높고,
1개 이상의 회선체는 1개 이상의 제한된 신장 구역의 바깥 둘레에 대한 제1 벽 두께 및 굽힘 구역의 바깥 둘레에 대한 제2 벽 두께를 가지며, 여기서 제1 벽 두께가 제2 벽 두께보다 두꺼운 것인 가요성 튜브.
제1항에 있어서, 절첩식 벨로우즈가 2개 내지 100개의 회선체를 갖는 것인 가요성 튜브.
제1항에 있어서, 회선체 각각이 2개의 제한된 신장 구역(100, 104) 및 2개의 대향하는 굽힘 구역(106, 107) 을 포함하며, 여기서 제한된 신장 구역은 서로 대향하여 굽힘 구역 사이에 배열되고, 튜브의 제한된 신장 구역의 모든 회선체 내에서는 가요성 튜브의 벽 두께가 굽힘 구역 내에서의 벽 두께보다 두꺼운 것인 가요성 튜브.
제1항에 있어서, 제한된 신장 구역(100, 104)과 굽힘 구역(106, 107) 사이에 전이 구역(105)을 갖는 가요성 튜브.
제1항에 있어서, 절첩식 벨로우즈가 2개 이상의 회선체를 갖고, 상기 2개 이상의 회선체는 2개의 대향하는 굽힘 구역 및 상기 굽힘 구역 사이에 배열된 2개의 제한된 신장 구역을 가지며, 상기 신장 구역 내의 회선체의 길이가 제1 회선체에서 제2 회선체를 향해 주변 방향으로 증가하거나 감소하는 것인 가요성 튜브.
제1항에 있어서, 열가소성 수지로 구성된 가요성 튜브.
제1항에 있어서, 환형, 난형(oval) 또는 타원형 단면을 갖는 가요성 튜브.
제1항에 따른 가요성 튜브의 내부 표면을 따라 유체를 통과시키는 것을 포함하는, 유체를 수송하는 방법.
제8항에 있어서, 유체가 액체 또는 공기인 방법.
제9항에 있어서, 액체가 액체 냉각제 또는 액체 연료인 방법.
제1항에 있어서, 1개 이상의 회선체의 제1 벽 두께 및 제2 벽 두께가, 상기 1개 이상의 회선체의 바깥 둘레에 대하여 튜브의 종축에 가로놓인 방향인 가요성 튜브.
제1항에 있어서, 튜브의 종 방향에서 융기부 정점의 단면 및 골부 바닥부의 단면이 원형 세그먼트인 가요성 튜브.
내부 표면 및 외부 표면을 갖는 가요성 튜브로서,
튜브의 적어도 일부를 따라 연장되는 1개 이상의 절첩식 벨로우즈가 있고,
상기 벨로우즈는, 튜브의 벽에 형성되고 튜브 주위로 원주방향으로 연장되는 복수개의 인접 회선체를 포함하고,
각각의 회선체가, 튜브의 종축 방향에 가로놓여 연장되는 원주방향 융기부, 및 2개의 대향하는 굽힘 구역 및 2개의 대향하는 제한된 신장 구역을 가지며, 여기서 제한된 신장 구역은 상기 대향하는 굽힘 구역 사이에 원주방향으로 배열되고,
제한된 신장 구역 내 융기부의 외부 표면의 높이(101)는 굽힘 구역 내 융기부의 외부 표면의 높이(108)보다는 낮지만 튜브의 외부 표면(102)보다는 높고,
제한된 신장 구역의 주변부 일부에 대한 제1 벽 두께가 굽힘 구역의 주변부 일부에 대한 제2 벽 두께보다 두꺼운 것인 가요성 튜브.
제13항에 있어서, 제1 벽 두께 및 제2 벽 두께가 회선체 융기부의 적어도 정점을 따라 방사 방향으로 연장된 것인 가요성 튜브.
제3항에 있어서, 제한된 신장 구역 내의 벽 두께가 굽힘 구역 내의 평균 벽 두께 값의 최대 5배, 그러나 굽힘 구역 내의 평균 벽 두께 값의 1.2배 이상으로 증가되는 것인, 가요성 튜브.