JP2009515101A - 濃厚物質の送出しのための、密封リングを有する管路継手および管路システム - Google Patents

Abstract

個々の管路部分（５１，５２）を接続するための管路継手（６）および管路システムを提供する。個々の管路部分（５１，５２）は管クランプ状の分割継手によって互いに端面でクランプされ、分割継手部（８）の内側に密封リング（１０）が配置され、密封リング（１０）は、少なくとも１つの圧力チャンバ（１２）および少なくとも２つの離間された密封面（１１）を有し、送出される媒体の送出し圧力を受けて、それぞれの管路部分（５１，５２）の外周に対して密封するように当接し、密封リング（１０）は、一周する間隔ウェブ（１３）をさらに有し、径方向内側を向き、クランプされた管路部分（５１，５２）の端面同士の間に延在し、好ましくは間隔ウェブ（１３）内の５個の凹部（１５）によって、管路システムの内部と密封リング（１０）の圧力チャンバ（１２）との間の管路継手（６）に、送出し圧力を受けて永久に効果的な少なくとも１つの接続通路が設けられる。

Description

本発明は、請求項１の包括的な用語に係る、濃厚物質を加圧して送出すための管路システムに個々の管部分を接続するための管路継手、および請求項１０の包括的な用語に係る、濃厚物質を加圧して送出すための管路システムに関する。

濃厚物質、たとえば、コンクリート、モルタルなどの搬送中、いわゆる運搬システムによって高さの差が克服され、それによって、搬送される濃厚物質は加圧ラインまたは管路システムから所定の送出し箇所に運ばれる。送出し圧力または送出し体積流は、ここでは濃厚物質ポンプによって生成される。このような濃厚物質ポンプ、特にコンクリートポンプは、通常２つの往復動送出しシリンダを有し、シリンダは、往復動送出しピストンを介して保存容器からコンクリートを吸込み、強制的に管路システムに送る。その結果、脈動する送出し圧力を受けて流れが送出される。このような搬送システムの一般的な設計原則は、管路システムを、たとえばトラックに設置される、関節のある、および／または入れ子状のマストと組合せることである。もちろんこのような搬送システムは、設計上固定してもよいし、マニプレータとして設定してもよい。このような搬送システムがトラックに設置される場合、ひっくり返らないように現場でトラックを固定する。そうして初めて関節のあるマストの個々の関節マスト部分を広げる、または配置することができ、搬送システムを開始させることができる。関節マスト部分の動きは、既知の方法、たとえば油圧シリンダによって制御される。

濃厚物質ポンプは、外部から供給された濃厚物質を、関節マスト部分に沿って配置された管路システムから所定の送出し箇所に搬送し、そこで濃厚物質は、たとえば、トランク状のホース延長部を介して管路システムから出る。克服すべき高さの差は大きく、５０メートル以上に達する場合があり、高い送出し圧力が必要である。もちろん、たとえば運転しにくい、または近付きにくい領域において水平方向の距離を克服するために、このような搬送システムを用いることもできる。

濃厚物質を搬送するための管路システムは、部分的に外側と部分的に内側とにある関節マスト部分に沿って与えられる。個々の管部分からなり、管路継手によって互いに接続またはクランプされる。管路継手自身は密封リングで密封され、濃厚物質が無用に流出するのを防ぐ。関節マストを折畳む間および広げる間に、個々の管部分の互いに対する移動性が制限されることを設計によって確実にしなければならない。この理由から、管路継手内側における個々の管部分の取付けは、たとえば２〜３ｍｍの大きさのオーダの、少なくとも軸方向の遊びを有する。関節マスト接合部の領域では、隣接する管部分は回転可能に設けなければならない。管路システムの内壁の摩擦によって、濃厚物質の送出し体積流が個々の管部分に軸方向の力を及ぼし、隣接する管部分が、関係する管路継手において押し離されることからも、看過できない問題が生じる。管路システムのベンドおよびエルボでは、送出し体積流の偏りによって、関係する管部分に付加的な力が作用する。たとえば、５０バールの送出し圧力のもとで公称径が１２５ｍｍである管路継手は、最大６１．３６ｋＮの力を被る可能性があり、この力により、相互接続された管部分が押し離される。

これは、濃厚物質の送出し箇所を変える必要がある場合に、搬送動作中に関節マストが移動またはずれることによって悪化する。この点において、送出し体積流と、関節マスト部分の制御移動とに起因する力が、時に異なる方向に管路システムに作用し、接続された配管部分は、互いに対する軸方向および／もしくは径方向のずれ、曲がり、ならびに／ま
たは捩じれを被る。先に述べたように、したがって個々の管部分の取付けには管路継手の遊びを考慮する。個々の管部分間のこの遊びにより、個々の管部分が軸方向にずれること、ならびに若干の曲がり、径方向のずれ、および／または捩じれが容易となる。

管路継手は、濃厚物質が無用に流出するのを防ぐため、密封リングで密封しなくてはならない。このため、円形のいわゆるフランジ密封リングを使用することが通常の慣例であり、接続すべき管部分の２つの端面をこのリングに両側からいわば挿入してから、たとえば分割継手部によって互いにクランプする。関係する管路部分の外周に当接する密封リップまたは面によって密封が行なわれる。密封リップによって及ぼされる支持圧力を高める目的で、フランジ密封リングまたは密封リングに内部圧力チャンバを設け、その結果、送出し圧力が増大するにつれて密封効果が高まる。これが、自己増圧密封効果による設計の一例である。

個々の管部分の組立中、たとえば第１の組立中、接続すべき管部分の端面同士は同一平面となる、すなわち当接するように互いに典型的に配置され、管路継手、たとえば分割継手によって互いに接続またはクランプされる。

送出しモード中、個々の管部分間の遊びにより、設けられた遊びの分だけ管路継手においてさまざまな管部分が押し離され、全体のずれが累積して、２０〜３０ｍｍ以上にも達する。これは、管路システムの軸受における本質的な問題に繋がり得る。これらの問題を回避する目的で、内部リップの形態の間隔ウェブを有するフランジ密封リングが一般に組立中に使用される。間隔ウェブは、接続すべき管部分の遊びを最大可能距離に設定する。

しかし、さまざまな管部分の端面の間に導入される間隔ウェブは、送出し体積流の送出し圧力を受けて径方向外側に押され、それにつれて隆起し、管部分の端面同士の間の空隙を密封し得るという問題が生じる。その結果、密封リングの内部圧力チャンバは、圧力がない状態であり、密封リップは、密封力を高める必要なく関係する管部分の外周に当接する。したがって制御された密封が可能ではなくなる。たとえば、搬送される濃厚物質が１ヶ所において空隙を通り抜けて、間隔ウェブの複数の部分が当該空隙から径方向外側に押されると、またはさまざまな管部分の相対的な移動によって損傷すると、密封リップの支持圧力が低すぎる可能性があり、その結果濃厚物質が無用に管路継手から流出する。

本発明の目的は、動作状態において締付けが永久に保証される管路継手または管路システムを提供することである。本発明の解決法は、経済的であることと、製造または組立経費を不相応に増大させないこととをさらに意図する。

当該目的は、請求項１の特徴部分の特徴によって、および請求項１０の特徴部分の特徴によって、本発明に従って実現され、適切な実施形態はそれぞれの下位請求項の特徴によって特徴付けられる。

管路システムの内部または送出しラインと圧力チャンバとの間の密封リングにおいて永久に効果的な接続経路により、いずれの動作状態においても、すなわち管路システムの内側で送出し圧力が蓄積されるとすぐ、密封リング内の圧力チャンバが確実に加圧される。これにより、いずれの動作状態においても密封リングの主として径方向に効果的な密封面を介して制御された密封が確実に生じる。これは、この加圧によって、密封リップまたは面が、関連する管部分の外周に確実に密封当接するためである。したがって、管路継手および／または管路システムの締まりがすべての動作状態について確実となり、同時にクランプされた管部分の間の必要な遊びが損なわれることがない。平行に効果的ないくつかの
接続経路がさらに可能である。

さらなる利点は、互いにクランプされた管部分の振動の抑制およびノイズの抑制がいずれの動作点においても最適な点である。

接続経路は、管部分の端面同士の間の空隙から離れた間隔ウェブの局所的な締付けをさらに効果的に防ぎ、間隔ウェブはいずれの動作状態においてもその離間機能を維持する。

有利かつ非自明な実施形態において、接続経路自身が密封リング内に配置される。
密封リングの柔軟弾性材料は、管路システムの内側と密封リングの圧力チャンバとの間に永久に効果的な接続をもたらすのに十分適することが知られている。

接続経路は、密封リング生成プロセス中に直接作成することができるため、この実施形態は非常に経済的であることがわかる。これに対し、最も技術的に自明な変形例では、すなわち、たとえば溝の形態の接続経路を関係する管部分の端部に導入した場合、費用がより高額になる。

密封リングの間隔ウェブにおいて、径方向外側に延在する凹部の形態に接続経路を配置することが特に有利であることがわかる。その結果、管路システムの内側と密封リングの圧力チャンバとの間に直接接続が形成される。クランプされた管部分の間の汚染または上記の遊びにより、密封リングの間隔ウェブの周縁にいくつかの凹部、たとえば間隔ウェブにおいて互いに７２°の円周角で均等に組込まれた５個の凹部を設けることが特に有利であることがわかる。

凹部への移行部分はベンドなしに形成される、すなわち接線が連続している半円形が理想的と考えられることがさらにわかっている。凹部をいくつか設ける場合は、同じ形状および寸法を有し得るが、これについて技術的な必要性はない。

凹部の径方向の深さは、送出し中に管路システムの内側と密封リングの圧力チャンバとの間に１つの接続経路またはいくつかの接続経路が確実に設けられるように選択される。特に残りの間隔ウェブ部分について、密封リングの十分な機械的安定性が確実となり得るように、凹部の径方向の深さはウェブの高さにあまり対応しないものとするため、残りのウェブは凹部の最も低い地点に依然として存在する。

凹部の径方向の深さについて、間隔ウェブの全体の高さの３分の２から４分の３の大きさのオーダが有用な値であることがわかっており、これは間隔ウェブの全体の高さの約６０〜８０％のパーセント値に相当する。

先に述べた経済性の理由から、密封リングを一体に製造することが合理的であると考えられる。これにより製造費用および保管費用が抑えられる。組立の手間も最小となる。

密封リングは、柔軟弾性材料、好ましくは天然ゴムと同様の材料、たとえばゴム系材料、エラストマー材料、またはシリコン材料で有利に形成される。

組立をより簡単にするため、間隔ウェブは密封リングの軸方向の中心に配置され、その結果設置中に設置位置を考慮する必要がない。

接続経路は、間隔ウェブにおいて径方向に延在する凹部によって追加的に形成し得る。さらに、間隔ウェブを、その長さにわたって厚さが異なる、すなわち変わるように形成することが可能であり、その結果接続経路も必然的に形成される。

図面に基づいて、実施形態を以下により詳細に記載し説明する。
図１は、１と表記するトラックを示し、濃厚物質、たとえばコンクリート、モルタルなどを搬送するために、濃厚物質がたとえば高さの差を超えて送出され得るように揺動する関節マスト２を有する。関節マスト２は個々の関節マスト部分３からなり、関節マスト部分３は互いに入れ子状であり、および／または関節があり、マスト部分にちょうつがい式に取り付けられた油圧シリンダによって揺動し得る。関節マスト部分３に沿って、および／または関節マスト部分の内側にも部分的に、個々の管部分５からなる送出しラインおよび／または管路システム４がある。濃厚物質を搬送するためのこのような管路システムの一般的な公称径は、たとえば１２５ｍｍである。個々の管部分５は、管クランプ状の管路継手６によって一般に互いに接続またはクランプされ、相互接続された管部分の互いに対する軸方向のずれ、径方向のずれ、曲がり、および／または捩じれが制限され得るように、管路継手６の内側にはある程度の遊びが存在する。

図２は、関連技術に相当する管路継手６を示す。２つの隣り合う管部分５１および５２の端面は、管クランプの形態の継手部、すなわちいわゆる分割継手で一般に互いにクランプされる。

管部分５１および５２の端面領域における外周には周辺溝７が設けられ、管クランプ状の分割継手部８がその中に係合し、２つの管部分５１および５２を互いにクランプする。このような溝の代わりに、径方向に突出する端面フランジを管部分に設けることもよくあり、分割継手が掴むことができる肩を形成する。典型的に、分割継手部８の肩９は、関係する管部分５１または５２の周縁において溝７よりも狭く設計され、互いにクランプされた管部分５１および５２の間に、限定された軸方向の遊びが生じ、これにより２つの管部分を互いに向かって若干曲げることも容易となる。さらに、溝７における肩９の誘導により、管部分５１および５２を互いに対して捩じることが容易となる。分割継手部８の内側には密封リング１０があり、管路継手６を密封する。側面を示した密封リング１０の断面はほぼマッシュルーム状であり、２つの管部分５１および５２の端部をそれらの外周において覆う。密封リップ１１はここでは平坦であり、関連する管部分５１および５２の外周とともに作用して密封する。いずれの動作状態においても最適な密封効果が確実となり得るように、密封リング１０の内側に周辺圧力チャンバ１２が配置され、前記チャンバは、管部分５１および５２の端面の間の空隙を介して送出し中に加圧される。加圧の結果、密封面１１は、矢印に示すように管部分５１および５２の外周に対して押付けられる。

典型的に、２つの管部分５１および５２の端面は、組立中互いに同一平面上に設定される。送出し中、２つの管部分５１および５２は、流れる濃厚物質の先述した力によって軸方向に押し離されて、管部分５１および５２の端面同士の間に空隙が形成され、これにより密封リング１０の内側の圧力チャンバ１２が加圧される。

しかし、２つの管部分５１および５２が押し離されることにより、管路システムの軸受点および案内点に問題が生じる。これは特に、遊びがすべての継手にわたって合算される、より正確には、マスト長さに依存して合計２０ｍｍ〜３０ｍｍになるためである。したがって、組立中に、間隔ウェブ１３が管部分５１および５２の２つの端面同士の間に組込まれる。前記間隔ウェブは密封リング１０と一体となるように典型的に形成される。それゆえ組立段階においても、２つの管部分５１および５２の接続は、遊びが最大となるように設計され、その結果管路システムを問題なく関節マストに取付けることができる。これは、間隔ウェブがすべての継手の遊びの、いわば合算を既に含んでいるためである。これらの間隔ウェブはいかようにも密封せず、遊びがほとんどない状態で管部分の間に位置する。しかし、図２から明らかなように、間隔ウェブ１３が送出し圧力を受けて何らかの変
形をすることにより、互いにクランプされた管部分の端面同士の間の空隙を閉じることができ、圧力チャンバ１２への入口を塞ぐ。送出し中、間隔ウェブは送出し圧力によってすなわち変形し得る。前記間隔ウェブは、その径方向に整列した側で管部分５１および５２の端面に当接し、密封によって空隙を閉じる。これは必然的に、管部分の外周に対して径方向に効果的な実際の密封面１１が効果的ではなくなることに繋がり、その結果、制御されない密封状態が生じる。間隔ウェブ１３の閉塞部分を除いて、残りについては、送出し圧力を受けて隆起変形を被り、初期の断裂および最終的な断裂が頻繁に生じる。

特に、管路継手の内側の管部分の端面同士の上記の相対的な動きを考慮しても、間隔ウェブ１３の局所的な損傷が生じ得る。同様に、空隙から離れた間隔ウェブの局所的な押圧が、周縁上のある地点で生じ得る。これは、送出し体積流の振動および圧力変動によって促進される。これらの場合、濃厚物質が空隙から流出し得る。しかし、密封面１１の必要な支持圧力が、関係する管部分の外周上にない場合、空隙から流出する濃厚物質が効果的に抑制されず、管路継手の漏れに繋がる。

図３は管路継手６を示し、周辺圧力チャンバ１２が接続経路によって管路システムの内側に永久に効果的に、つまり、たとえば管路システムからコンクリートが脈動するように送出される際の送出し圧力も受けて、接続される。一般に、コンクリートの送出しは２つの油圧シリンダが交互に作動することによって行なわれる。図示した実施形態では、分割継手部８は、管部分５１および５２の端面において径方向フランジ１４を１つずつ覆う。代替的に、分割継手部８は、図２に示したように溝７に係合することもできる。分割継手部８の内側には密封リング１０があり、分割継手部８によって適所に固定される。密封のため、密封リング１０の密封面１１は、フランジ１４の外周面と一列に並んで作用する。密封リング１０は、リップの形態の径方向内側に突出する間隔ウェブ１３をさらに含み、管部分５１および５２の２つの端面を互いから規定の距離に離間させる。間隔ウェブ１３は、その周縁にわたって少なくとも１つ、図４ａに従って、好ましくはいくつかの凹部１５を有する。図３の上側部分に示すように、間隔ウェブ１３は、その周縁にわたって、管部分の間の空隙内の凹部３まで延在する。

当該図の下側部分において、凹部１５からの断面図を示すが、管路システムの内側は、凹部のために密封リング１０の圧力チャンバ１２に常に接続されるように見え得る。凹部１５のために、間隔ウェブは、この地点において管部分の端面同士の間の空隙に到達せず、その結果、加圧リングの周縁の周りに連続して形成された圧力チャンバ１２を加圧することができる。

理想的には、いくつかの凹部１５が、図４ａに示すように間隔ウェブ１３の周縁の周りに均等に分布され、たとえば５個の凹部が７２°の円周角で互いから離間される。これらの凹部１５は、管路システムの内部と密封リング１０の圧力チャンバ１２との間にチャネル状の接続を生じさせる。前記接続は永久に効果的、すなわち搬送システムのいずれの動作状態においても効果的である。

図４ｂの詳細な図示から明らかなように、凹部１５はほぼ半円として形成され、半円の開口部が、径方向に見て、内側にあり、半円の底面が、径方向に見て、外側にある。凹部１５への、または凹部１５からの移行部分は接線が一定であり、すなわちベンドがないように形成され、その結果、初期の断裂すなわち損傷に繋がり得る、ここでの材料中の応力のピークが効果的に防止される。もちろん、他の異なる凹部形状が考えられる。密封リングの内側の異なる凹部形状の組合せも考えられる。

図５は、上記の凹部１５を有し設置された状態にあるこのような密封リング１０が、管路システムの内側と周辺圧力チャンバ１２との間にいくつかの接続経路をもたらし、いず
れの動作状態においても密封リップ１１をフランジ１４の外周面に押付けることができ、それゆえ管路継手６が外側に確実に密封されることを明確に示す。

密封リング１０は、柔軟弾性材料、好ましくは天然ゴム状の材料、たとえばゴム系材料、エラストマー材料、またはシリコーン材料で形成される。

他の材料も考えられる。
本実施形態の変形において、異なって配置された、たとえば互いに隣り合って配置されたいくつかの密封リップの形態の密封面１１を有する密封リング１０も考えられる。同様に、いくつかの圧力チャンバ１２を密封リング１０に設けてもよい、および／または周辺密封チャンバ１２を個々の圧力チャンバ部分に分割してもよい。

同様に、図面に示した密封リング１０の鏡面対称形状は、技術的な観点からは必須ではない。凹部１５の形状も、図面に示した形状から変更してもよい。

コンクリートを送出すための関節マストを有するトラックを示す図である。 関連技術に係る分割継手による２つの管部分の接続を示す図である。 本発明の接続経路を特徴とする管路継手による２つの管部分の接続の断面図である。 凹部を有する密封リングの部分断面図である。 図４ａの密封リングの個々の凹部の詳細な図である。 本発明の接続経路を有する管路継手の斜視図および部分断面図である。

Claims (10)

1. 媒体、特にコンクリート、モルタル等の濃厚物質を圧力をかけて送出すための配管システム（４）において個々の管路部分（５，５１，５２）を接続するための管路継手（６）であって、
   前記管路部分（５，５１，５２）は、管クランプ状の継手部によって互いに端面で接続され、継手部（８）の内側に密封リング（１０）が配置され、少なくとも１つの圧力チャンバ（１２）および少なくとも２つの離間された密封面（１１）を有し、送出される媒体の送出し圧力を受けて、それぞれの管路部分（５，５１，５２）の外周に当接することによって密封し、
   密封リング（１０）は、周辺の径方向内側を向く間隔ウェブ（１３）をさらに有し、継手部によって接続された管路部分（５，５１，５２）の端面同士の間に延在し、
   送出し圧力を受けて、管路部分（５，５１，５２）の内側と密封リング（１０）の圧力チャンバ（１２）との間に少なくとも１つの永久に効果的な接続経路が設けられることを特徴とする、管路継手（６）。
2. 前記少なくとも１つの接続経路は、密封リング（１０）に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の管路継手（６）。
3. 密封リング（１０）の間隔ウェブ（１３）には、少なくとも１つの径方向外側に延在する凹部（１５）が配置され、管路部分（５，５１，５２）の内側と密封リング（１０）の圧力チャンバ（１２）との間に接続経路を形成することを特徴とする、請求項２に記載の管路継手（６）。
4. 密封リング（１０）の間隔ウェブ（１３）には、５個の凹部（１５）が配置され、管路部分（５，５１，５２）の内側と密封リング（１０）の圧力チャンバ（１２）との間の接続経路を形成する周縁の周りに分布されることを特徴とする、請求項２に記載の管路継手（６）。
5. 間隔ウェブ（１３）の凹部（１５）は、移行部分箇所において半円かつ連続する、特に接線連続するように形成されることを特徴とする、請求項３または４に記載の管路継手（６）。
6. 凹部（１５）の径方向の深さは、間隔ウェブ（１３）の合計高さの最大６０％であり、好ましくは間隔ウェブ（１３）の合計高さの最大８０％の深さであることを特徴とする、請求項３から５のいずれかに記載の管路継手（６）。
7. 密封リング（１０）は、弾性、好ましくは天然ゴム状の材料から一体に形成されることを特徴とする、請求項２から６のいずれかに記載の管路継手（６）。
8. 間隔ウェブ（１３）は、密封リング（１０）の軸方向の中心に配置されることを特徴とする、請求項２から７のいずれかに記載の管路継手。
9. 間隔ウェブ（１３）は、その周縁にわたって厚さが異なり、変わり、および／または径方向に延在する好ましくは溝状の凹部が設けられ、その結果、管路部分（５，５１，５２）の内側と密封リング（１０）の圧力チャンバ（１２）との間に少なくとも１つの接続経路が存在することを特徴とする、請求項２に記載の管路継手（６）。
10. 媒体、特にコンクリート、モルタル等の濃厚物質を圧力をかけて送出すための配管システム（４）であって、いくつかの管路部分を備え、管路部分（５，５１，５２）は管路継
    手（６）によって互いに接続され、
    少なくとも２つの管路部分（５，５１，５２）は、請求項１から９のいずれかに記載の管路継手（６）によって互いに接続されることを特徴とする、管路システム（４）。