热塑性塑料制成的波纹管.pdf

本发明涉及一种由热塑性塑料制成的波纹管(1)，包括内管(2)和与其结合的呈波形的外管(3)，外管的外形包括具有第一平均直径的第一段(4)、具有第二平均直径的第二段(5)和置于其间的侧壁(6)，所述第二平均直径大于第一平均直径，所述侧壁将第一段(4)与各相邻的第二段(5)相连。本发明的波纹管(1)的几何比例设计成不仅对波纹管上的径向压力具有高的刚性而且对于在与波纹管纵轴线交叉的方向上弯曲波纹管也具有高挠性，而且与常用的波纹管相比，同时还具有较小的重量。从而，在其制造时塑料需要量减少，并且在敷设时可便于该波纹管的操作。

1.  一种由热塑性塑料制成的波纹管(1)，该波纹管包括内管(2)和与其结合的呈波形的外管(3)，其中外管的外形包括具有第一平均直径的第一段(4)、具有第二平均直径的第二段(5)和置于其间的侧壁(6)，所述第二平均直径大于第一平均直径，所述侧壁将第一段(4)与各相邻的第二段(5)相连，其特征在于，所述第二段(5)在波纹管的纵向各具有至少一个弯曲区。

2.  权利要求1的波纹管(1)，其特征在于，所述第二段(5)在波纹管的纵向弯曲，其凸侧向外。

3.  权利要求1的波纹管(1)，其特征在于，所述第二段(5)在波纹管的纵向弯曲，其凸侧向内。

4.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，所述第二段(5)在波纹管纵向上的弯曲部分的曲率半径(R₃)明确小于波纹管的外径(d_e)，特别是小于波纹管的外径(d_e)的1/6，尤其是小于波纹管的外径(d_e)的1/12。

5.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，所述第二段(5)在波纹管纵向上的弯曲部分的曲率半径(R₃)约相应于波纹管外径(d_e)和波纹管内径(d_i)之差的1/2。

6.  权利要求1或2的波纹管(1)，其特征在于，所述第二段(5)在波纹管纵向上的弯曲部分的弯曲中心点约位于内管(2)的壁或在其范围内。

7.  权利要求1或2的波纹管(1)，其特征在于，第二段(5)各具有呈波形的横截面，其中至少一个凸侧(13)向内，并且至少两个凸侧(12)向外。

8.  权利要求7的波纹管(1)，其特征在于，呈波形的第二段(5)具有两个向内的凸侧(13)和三个向外的凸侧(12)。

9.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，在第二段(5)和各邻接的侧壁(6)之间各存在有在波纹管纵向上具有弯曲部分的第二过渡区(8)。

10.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，第二过渡区(8)的曲率半径(R₁)大于波纹管(1)的外径(d_e)和波纹管(1)的内径(d_i)之差的1/8，特别是大于该差的1/6。

11.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，第二过渡区(8)的曲率半径(R₁)约为波纹管(1)的外径(d_e)和波纹管(1)的内径(d_i)之差的1/6，特别是约为该差的1/4。

12.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，在第一段(5)和各邻接的侧壁(6)之间各存在有在波纹管纵向上具有弯曲部分的第一过渡区(7)，其中其曲率半径(R₂)约为第二过渡区(8)在波纹管纵向上的曲率半径(R₁)的1/2。

13.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，第二段(5)的壁或侧壁(6)的壁比内管(2)在第二段(5)轴向区内的壁更厚。

14.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，波纹管(1)在第一段(4)轴向区中的壁(e₄)小于第二段(5)的壁厚(e₆)和内管(2)在第二段(5)的轴向区中的壁厚(e₅)的和，特别是约为该和的90％。

15.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，由一个第二段(5)和两个邻接的侧壁(6)组成的波峰的轴向区约为波纹管的外径的1/10，特别是1/12-1/8。

16.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，各由一个第二段(5)和两个相邻的侧壁(6)组成的两个相邻的波峰的间距约为波峰高的2倍，特别是1.5-2.5倍。

17.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，侧壁(6)径向向外变得更薄，特别是邻接第一段(4)的侧壁直到邻接第二段(5)的侧壁要薄至少20-30％。

18.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，侧壁(6)相对于垂直于波纹管的轴线的平面以角度(W)倾斜。

19.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，波纹管(1)由高密度聚乙烯或由聚丙烯制备。

20.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，外管(3)的外形部分或全部呈抛物线形、余弦形和/或指数形。

21.  权利要求20的波纹管(1)，其特征在于，在第二段(5)和各邻接的侧壁(6)之间各存在有在波纹管纵向上具有弯曲部分的第二过渡区(8)，其中第二段(5)单独地或与各第二过渡区(8)一起相应于抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。

22.  权利要求20的波纹管(1)，其特征在于，在第二段(5)和各邻接的侧壁(6)之间各存在有在波纹管纵向上具有弯曲部分的第二过渡区(8)，其中第二段(5)与各第二过渡区(8)和部分或全部的侧壁(6)一起相应于抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。

23.  权利要求20-22之一的波纹管(1)，其特征在于，外管(3)的外形具有抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的一个设想的坐标系，其中该设想的坐标系的原点在第二段(5)的最大值点(P)处，该第二段(5)在最大值(P)处具有最大的直径，并且x-方向平行于波纹管(1)的纵向，y-方向平行于波纹管(1)的横向。

24.  权利要求22或23的波纹管(1)，其特征在于，抛物线函数相应于含参数α和m的函数y＝-α|x^m|。

25.  权利要求2 4的波纹管(1)，其特征在于，参数α相应于正实数，特别是1-50，尤其是2-20之间的数，其中x-值和y-值标准化到值A，该值A相应于两个相邻的第二段(5)的最大值点(P)之间的间距。

26.  权利要求24的波纹管(1)，其特征在于，参数m相应于大1于的正整数，特别是2-10之间的数，尤其是m＝2或m＝3，其中x-值和y-值标准化到值A，该值A相应于两个相邻的第二段(5)的最大值点(P)之间的间距。

27.  权利要求22或23的波纹管(1)，其特征在于，余弦函数相应于含参数α和m的函数y＝cos(αx)^m-1。

28.  权利要求22或23的波纹管(1)，其特征在于，余弦函数相应于含参数α和m的函数y＝|cos(αx)^m|-1。

29.  权利要求27或28之一的波纹管(1)，其特征在于，参数α相应于正实数，特别是1-20，尤其是3-10之间的数，其中x-值和y-值标准化到值A，该值A相应于两个相邻的第二段(5)的最大值点(P)之间的间距。

30.  权利要求27或28之一的波纹管(1)，其特征在于，参数m相应于正实数，特别是1-10之间的数，尤其是m＝1或m＝2，其中x-值和y-值标准化到值A，该值A相应于两个相邻的第二段(5)的最大值点(P)之间的间距。

31.  权利要求22或23的波纹管(1)，其特征在于，指数函数相应于含参数α和m的函数：
y = e - a | x m | - 1 . ]]>

32.  权利要求31的波纹管(1)，其特征在于，参数α为正实数，特别是1-100，尤其是10-50之间的数，其中x-值和y-值标准化到值A，该值A相应于两个相邻的第二段(5)的最大值点(P)之间的间距。

33.  权利要求31的波纹管(1)，其特征在于，参数m相应于正整数，特别是1-10之间的数，尤其是m＝2或m＝4，其中x-值和y-值标准化到值A，该值A相应于两个相邻的第二段(5)的最大值点(P)之间的间距。

34.  权利要求21-33之一的波纹管(1)，其特征在于，在第一段(4)和各邻接的各侧壁(6)之间各存在有在波纹管纵向上具有弯曲部分的第一过渡区(7)，其中第一段(4)单独地或与各第一过渡区(7)一起相应于沿波纹管(1)的纵轴线所显出的和/或经压缩的相应的抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。

35.  权利要求21-33之一的波纹管(1)，其特征在于，在第一段(4)和各邻接的各侧壁(6)之间各存在有在波纹管纵向上具有弯曲部分的第一过渡区(7)，其中第一段(4)与各第一过渡区(7)和部分或全部的侧壁(6)一起相应于沿波纹管(1)的纵轴线所显出的和/或经压缩的相应的抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。

36.  上述权利要求之一的波纹管(1)，其特征在于，在波纹管的纵向上，外管(3)的外形至少部分呈螺纹形或螺旋形围绕内管(2)。

热塑性塑料制成的波纹管
发明领域
本发明涉及一种由热塑性塑料制成的波纹管。
背景技术
EP0385465B2公开了一种由塑料制成的导管，特别适用于废水，该导管具有光滑的内管和与其相结合的波形(gewe11t)外管，该导管可经套筒连接而与相同的导管或光滑的单壁导管相连。
EP0820566B1公开了一种多层波纹管，该管具有光滑的内管、呈波形的外管和其间的塑料层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的波纹管，该管对径向施加至波纹管的压力具有高刚性，并对于在与其纵轴线线交叉的方向上弯曲波纹管具有高挠性，同时该波纹管还应具有尽可能小的重量。该小重量波纹管使得在制备时仅需少量塑料，并且在敷设波纹管时可便于操作。
该目的通过权利要求1的波纹管实现。从属权利要求涉及本发明的有利方案。
由热塑性塑料制成的本发明的波纹管包括内管和与其相结合的呈波形的外管，该外管的外形包括具有第一平均直径的第一段、具有第二平均直径的第二段和置于其间的侧壁(Flanken)，该第二平均直径大于第一平均直径，该侧壁将第一段与各相邻的第二段相连。该第一段可称为波谷；包括邻接侧壁的该第二段可称为波峰。
按本发明，第二段-即波峰的顶-不仅在切线方向，而且在波纹管的纵向，都是弯曲的，凸侧可向外或向内。第二段在波纹管纵向的弯曲部分的曲率半径优选小于波纹管的外径，特别是小于波纹管的外径的1/6或1/12。第二段在波纹管纵向上的弯曲部分的曲率中心约位于内管的壁或在其范围内，则是特别优选的。
通过波峰的这种结构，实现了对于径向施加于波纹管的压力具有高的刚性，因为通过凸形可减少波纹管弯折的阻力。同时，也增加了对于在与波纹管纵轴线交叉的方向上弯曲波纹管的挠性。由于波峰的凸形的缘故，所以，在弯曲状态下，在波纹管的受拉力侧可用小的能耗通过弯曲部分的延伸而伸长，并且在压力侧可易于通过弯曲部分的进一步压缩而缩短。通过这种有利的机械特性，结果可形成较薄的壁，以致本发明的波纹管比通常的波纹管明显轻。
按本发明特别有利的是，从波纹管的纵向截面看，第二段总是具有波形的横截面，其中至少一个凸侧是向内，并且至少两个凸侧是向外。由于该段易于伸长或缩短，因此，波纹管可易于弯曲，同时又不会降低波纹管对于径向压力的刚性。呈波形的第二段可各具有至少两个波峰和至少一个波谷，但特别优选是三个波峰和两个波谷。
按本发明，还有利的是，位于第二段-即波峰的顶-和各邻接的侧壁之间的过渡区也在波纹管纵向上有弯曲部分，并且该弯曲部分的曲率半径优选小于第二段-即该波峰的顶-的曲率半径。位于第一段-即波谷-和各邻接的侧壁之间的过渡区也是同样情况，并且该过渡区的曲率半径还应更小些，以不减弱该区域中外管和内管之间的连接。
为了进一步节省材料，按照本发明，还有利的是，波纹管在第一段-即波谷-的轴向区中的壁小于第二段-即波峰的顶-的壁厚和该波峰的轴向区中的内管的壁厚之和。特别有利的是，波纹管在第一段-即波谷-的轴向区中的壁厚是该和的约90％。
此外，按照本发明，还可有利于节省材料的是，侧壁径向向外变得更薄，特别是从邻接第一段的侧壁直到邻接第二段的侧壁变薄至少20-30％。
按本发明的另一方面，外管的外形可部分或全部呈抛物线形、余弦形和/或指数形曲线。这特别应理解为外管的外表面在横截面上呈抛物线形、余弦形和/或指数形曲线，该曲线可用抛物线函数、余弦函数和/或指数函数描述。外管的外形-依相应函数的参数选择-可具有对波纹管上的径向压力的高刚性以及具有对于在与波纹管纵轴线交叉的方向上弯曲波纹管的高挠性。
在第二段-即波峰的顶-和各邻接的侧壁之间各存在有-如上所述-在波纹管纵向上具有弯曲部分的第二过渡区。相应地，在第一段-即波谷-和各邻接的侧壁之间也各存在有在波纹管纵向上具有弯曲部分的第一过渡区。
在第一方案中，第二段单独地或与各第二过渡区一起，可对应于抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。在第二方案中，第二段与各第二过渡区和部分或全部侧壁一起可对应于抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。
为使外管形状关于波峰和波谷呈对称形，第一段可单独地或与各第一过渡区一起对应于沿波纹管的纵轴线所显出的相应的抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。在另一方案中，第一段可与各第一过渡区和部分或全部侧壁一起对应于沿波纹管的纵轴线所显出的相应的抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。
己表明，外管的对称性外形对某些应用来说可能是不希望的，因为第一过渡区的曲率半径应小于第二过渡区的曲率半径，以不减弱外管和内管在该区域的连接。因此沿波纹管的纵轴线所显出的相应的抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状可产生压缩(gestaucht)和/或变形。
外管的外形可具有抛物线函数、余弦函数和/或指数函数涉及的那些所设想的坐标系。所设想的坐标系的原点可位于第二段的最大值点-即波峰的顶，即第二段在该最大值点具有最大的直径。x-方向可平行于波纹管的纵向，y-方向平行于波纹管的横向。
在本发明的一个实施方案中，抛物线函数对应于含参数α和m的函数y＝-α|x^m|。
为提供下面出现的参数的标度(Skalierung)，可将x-值和y-值标准化(normiert)到值A，该值A相应于第二段的两相邻最大值点之间-即两相邻波峰的顶之间-的间距。
对抛物线形外形，参数α可为正实数，特别是1-50，尤其是2-20，特别尤其是5-10之间的数。对抛物线形外形，参数m可相应为大于1的正整数，特别是2-10，尤其是2-4，特别尤其是m＝2或m＝3。
在本发明的又一个实施方案中，余弦函数可相应于含参数α和m的函数y＝cos(αx)^m-1。另外，余弦函数也可用含参数α和m的函数y＝|cos(αx)^m|-1表示。
对余弦形外形，参数α可为正实数，特别是1-20，尤其是3-10，特别尤其是4-8之间的数。对余弦形外形，参数m可相应于正实数，特别是1-10，尤其是1-4之间的数，特别尤其是m＝1或m＝2。
如果外管具有指数形外形，则在本发明的另一方案中，指数函数相应于含参数α和m的函数：
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对指数形外形，参数α可为正实数，特别是1-100，尤其是5-80，特别尤其是10-50之间的数。对指数形外形，参数m可相应于正整数，特别是1-10，尤其是1-5之间的数，特别尤其是m＝2或m＝4。
按本发明的另一方面，在波纹管的纵向上，外管的外形至少部分呈螺纹形或螺旋形围绕内管，即围绕内管周边的波峰和波谷的纵向曲线是呈螺纹形或螺旋形，并且未闭合。由此，具有对波纹管上的径向压力的高刚性以及对于在与波纹管纵轴线交叉方向上弯曲波纹管具有高挠性。
附图说明
图1示出本发明的由热塑性塑料制成的波纹管；
图2示出本发明一个实施例的波纹管的各波峰区的纵截面；
图3示出本发明另一实施例的波纹管的各波峰区的纵截面；
图4示出本发明的外管的两种抛物线形外形；
图5示出本发明的外管的两种余弦形外形；
图6示出本发明的外管的两种指数形外形；
图7示出本发明一个实施例的具有抛物线形外管的波纹管的各波峰区的纵截面；
图8示出本发明一个实施例的具有抛物线形外管的波纹管的2个波峰区的纵截面；
图9示出本发明一个实施例的具有余弦形外管的波纹管的各波峰区的纵截面；
图10示出本发明一个实施例的具有余弦形外管的波纹管的2个波峰区的纵截面。
具体实施方式
图1示出具有呈波形的外壁和光滑内壁的特别适用于废水通道系统的塑料管1。该塑料管1优选具有套筒或接头9以与其它塑料管连接，该接头9通过垫圈10密封。在垫圈10区可设有增强带11，以防止接头9在垫圈10区处泄漏。
图2示出本发明的内径为d₁的波纹管的波峰区的纵截面。外管具有交替的波谷或第一段4和波峰，波峰由两侧壁6和第二段5-即波峰的顶-组成。第二段5在波纹管的纵向以曲率半径R₃(基于外管的外表面)弯曲，该曲率半径约为波纹管的外径d_e的1/18。曲率半径R₃约相应于波峰的高e_c，换句话说，约为波纹管外径d_e和内径d_i之间差的1/2。所以该弯曲中心点约位于内管壁上。
按图2所示的实施例，第二段5-即波峰的顶-和各邻接的侧壁6之间的过渡区也有弯曲部分，该弯曲部分在波纹管纵向基于外管外表面以曲率半经R₁弯曲。相反，在第一段-即波谷-和各邻接侧壁之间的过渡区的曲率半径R₂仅为1/2 R₁。
为节省制备波纹管的材料，按图2，波纹管在第一段4-即波谷-的轴向区的的壁e₄小于第二段的壁厚e₆和波峰轴向区的内管壁厚e₅的和(e₄＜e₅+e₆)。波纹管在第一段4的轴向区的壁优选仅约为该和的90％。
此外，侧壁6径向向外变薄也可实现本发明的材料节省。在图2的实施例中，由邻接第一段的侧壁直到邻接第二段的侧壁逐渐变薄约30％。
图3示出本发明的另一实施例，该例中，第二段5本身在波纹管的纵向具有呈波形的横截面。在所示实施例中，第二段5由3个波峰12和2个波谷13组成。但第二段也可由2个波峰和1个波谷组成，或由4个波峰和3个波谷组成。在波纹管弯曲时，通过“手风琴效应(Ziehharmonika Effekt)”大大减轻了呈波形的第二段5的伸长和缩短，同时不降低对波纹管上的径向压力所具有的刚性。
在图3上呈波形的第二段的波峰和波谷各具有约75°的方向变换，直到数学上的正弯曲换向为数学上的负弯曲。但也可仅约30°的方向变换。特别优选是约50-约120°，尤其是60-90°的方向变换。
第二段5的波形也可用第二段的壁厚e₆对波峰12和波谷13之间的高度差e₇的比来描述。在图3所示的实施例中，e₇/e₆的比约为2，但该比也可为1.3-5，尤其是1.5-3。
按本发明另一方面，外管3的外形可呈抛物线形、余弦形和/或指数形。特别应如此理解，外管3的外表面14在横截面中呈抛物线形曲线(相应于图7和图8)。或者，抑或结合地(kumulativ)，该横截面还可呈余弦形和/或指数形曲线。横截面的余弦形曲线示于图9和图10。
抛物线函数、余弦函数和/或指数函数所涉及的那些所设想的坐标系的原点U在第二段的最大值点P(波峰的顶)处，即该第二段在最大值点处具有最大的直径(见图7)。x-方向可平行于波纹管的纵向L，y-方向平行于波纹管的横向Q。
为提供下面出现的参数的标度，可将x-值和y-值标准化到值A，该值A相应于第二段的两相邻最大值点-即两相邻波峰的顶-之间的间距(见图8)。
在图4所示出的本发明的方案中，抛物线函数相应于含参数α和m的函数y＝-α|x^m|，其中示出参数为α＝5和m＝2的第一曲线和参数为α＝10和m＝3的第二曲线。但要明确指出，本发明中参数α是任意的正实数，特别是1-50，尤其是2-20，更优选是5-10之间的数。本发明中参数m可相应于大于1的任意的正整数，特别是2-10，尤其是2-4之间的数，更优选是m＝2或m＝3。
在图5所示出的本发明的方案中，余弦函数用含参数α和m的函数y＝cos(αx)^m-1表示。另外，余弦函数也可用含参数α和m的函数y＝|cos(αx)^m|-1表示。第一曲线的参数为α＝4和m＝1。第二曲线的参数为α＝8和m＝2。也要明确指出，本发明中参数α是任意的正实数，特别是1-20，尤其是3-10，更优选是4-8之间的数。本发明中参数m可相应于任意的正实数，特别是1-10，尤其是1-4之间的数，更优选是m＝1或m＝2。
在本发明的另一方案中，指数函数相应于含参数α和m的函数：
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在图6中示出参数为α＝10和m＝2的第一曲线和参数为α＝50和m＝4的第二曲线。但要明确指出，本发明中参数α是任意的正实数，特别是1-100，尤其是5-80，更优选是10-50之间的数。本发明中参数m可相应于任意的正实数，特别是1-10，尤其是1-5之间的数，更优选是m＝2或m＝4。
如图7所示，在第二段5-即波峰的顶-和各邻接的侧壁6之间各存在有在波纹管1纵向L上具有弯曲部分的第二过渡区8。相应地，在第一段4--即波谷-和各邻接的侧壁6之间，也各存在有在波纹管1纵向L上具有弯曲部分的第一过渡区7。
在第一方案中，第二段5单独地，或与各第二过渡区8一起，可相应于上述的抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。在第二方案中，第二段5与各第二过渡区8和部分或全部侧壁6一起可相应于抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。
为使外管关于波峰和波谷呈对称性外形(见图10)，第一段4可单独地，或与各第一过渡区7一起，相应于沿波纹管1的纵轴线L所显出的相应的抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。在另一方案中，第一段4可与各第一过渡区7和部分或全部侧壁6一起相应于沿波纹管1的纵轴线L所显出的相应的抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状。与此相反，在图8中所示的方案中，沿波纹管的纵轴线所显出的相应的抛物线函数、余弦函数和/或指数函数的形状产生压缩和/或变形。
已表明，本发明的波纹管不仅具有对波纹管上的径向压力的高刚性和具有对于在与纵轴线交叉方向上弯曲波纹管的高挠性，而且与常用的波纹管相比，同时还具有较小的重量。从而，在其制造时，可以减少塑料的需要量，并且在敷设时可便于该波纹管的操作。