JP2021510662A - パイプクランプ及び摩耗リングを備えるハイブリッド管、並びに、その製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内管（３）と、金属製の外管（２）と、端部側に配置された少なくとも１つのパイプクランプ（５）とから成る二重壁の管ボディを備える、固形物輸送用の搬送管（１）に関する。搬送管（１）は、内管（３）が硬質プラスチック材料から成り、パイプクランプ（５）には摩耗リング（９）が挿入されており、摩耗リング（９）の内径（Ｄｉ９）は、内管（３）の内径（Ｄｉ３）以下であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、特許請求項１の上位概念に記載の特徴に係る、固形物輸送用の搬送管、及び、特許請求項１５に記載の特徴に係るその製造方法に関する。

従来技術からは、固形物を輸送するために搬送管を使用することが知られている。具体的には、このような搬送管は、例えばコンクリート搬送ポンプにおいて使用される。この場合、搬送管は、一方では、搬送圧に耐えるために圧力耐性を有して形成されている必要がある。他方では、固形粒子により、対応して発生する摩損は大きくなる。

このため、一般的な技術に係るＤＥ第１９８ ２１ ６３７ Ａ１号からは、固形物輸送用の二重壁の搬送管が知られている。この搬送管の各端部には、パイプクランプが取り付けられている。パイプクランプの内部領域には、摩耗リングが配置されている。

さらに、ＵＳ第２００８／０１７４１１０ Ａ１号からは、二層構造の管を製造する方法が知られている。この方法では、ライナーを鋳造法によって製造する。ライナーは、硬化する間に収縮する。その後、ライナーを鋳型から取り出し、もう一度加工した後、外管の中に嵌め込む。

本発明の課題は、従来技術に基づき、一般的な搬送管を、製造コスト、自重、耐摩耗性、及び、生産性に関して最適化することにある。

本発明によれば、上述の課題は、特許請求項１の特徴により解決される。

方法技術に関する部分は、特許請求項１５の特徴により解決される。

本発明の有効な実施形態は、従属請求項に記載される。

固形物輸送用の本搬送管は、具体的にはコンクリート搬送管として構成される。この搬送管は、内管と、外管と、端部側に連結された少なくとも１つのパイプクランプとから構成される二重壁の管ボディを有している。本発明によれば、該搬送管は、内管がプラスチック材料から成り、パイプクランプには摩耗リングが挿入されており、摩耗リングの内径は、内管の内径以下であり、内管は、鋳造法によって外管の中に流し込まれていることを特徴とする。

まず、外管を、耐圧性の金属材料から構成する。これは、例えば、鋼種Ｓ２３５又はＳ３５５の鋼であり得る。

外管は、例えばＧＦＫ又はＣＦＫといった繊維強化複合材料から構成されていることも可能である。

次に、この外管の中に、プラスチック材料から成る内管を直接流し込む。これについて、例えば、ポリウレタンプラスチック又はポリウレアプラスチックが使用され得る。ここで具体的には、内管と外管とを、好ましくは材料結合的な連結により互いに連結する。そのために、内管を、遠心鋳造法により外管の中に流し込む。この方法は、回転遠心鋳造又は鋳型遠心鋳造であり得る。端部側に挿入された摩耗リングにより、鋳造時に、内管の材料が外管から外に流れないようにすることが可能である。

内管のプラスチック材料としては、内管の内壁に生じる層流により内管の磨損がほとんど発生しないような材料が選択される。２つの管の間又は１つの管と１つの管屈曲部との間の移行領域における乱流により生じる摩耗を最小化するために、ここでは、摩耗リングが使用される。

摩耗リング自体は、プラスチック製リングとして構成されていることも可能である。この場合、内管のプラスチックよりも磨損に対する耐性が高いプラスチック材料が選択される。

しかしながら、好ましい実施形態では、摩耗リングは、金属材料から構成される。摩耗リングは、具体的には、硬化及び焼戻しされて構成されてもよい。例えば、鋼種Ｃ４５〜Ｃ６０の鋼が選択され得る。しかしながら、摩耗リングは、鋳造材から構成されてもよい。この場合、例えば、ＧＸ３５０といった炭化クロム材料が使用され得る。また、摩耗リングは、セラミック材料から構成されてもよい。

管の端部に摩耗リングを設置可能とするため、及び、当該管を他の部材と連結可能とするために、少なくとも一端にパイプクランプが、好ましくは搬送管の各端部にパイプクランプが形成されている。パイプクランプ自体は、同様に、金属材料から構成されていることが好ましく、外管と連結されて、又は、外管と一体化して製造されていることが特に好ましい。これは、材料結合的、摩擦結合的、又は、形状結合的な連結方法、若しくは、これらの組み合わせを意味し得る。この場合、例えば、はんだ付け、溶接、接着、圧着、又は、縁成形が利用される。特に好ましい方法は、パイプクランプと外管とを溶接することである。

なお、内管がプラスチック材料から構成されているため、具体的には、はんだ付け又は溶接時に、熱が外管を通って内管まで伝達され、プラスチック製の管に悪影響し得る。したがって、本発明に係る製造方法としては、まず、外管を用意してパイプクランプと連結する、具体的には溶接することが提供される。その後、内管を外管の中に入れることにより、内管のプラスチック材料が溶接によって悪影響を受けないようにすることが可能である。このため、具体的には、パイプクランプの内径を、内管の外径又は外管の内径以上、具体的にはそれよりも大きく形成することが提供される。したがって、パイプクランプを設置した場合であっても、まだ、工具を外管の中に導入可能である。

他方で、摩耗リング自体をパイプクランプに連結することが可能である。これは、形状結合、摩擦結合、及び／又は、材料結合によって行われることが可能である。好ましくは、摩耗リングは、クリップ接続の原理に基づき形状結合して挿入される。このために、パイプクランプは、径方向全周にわたって内側に向けられたウェッジ突起を備えている。これに対して、摩耗リングは、径方向全周にわたって外側に向けられたウェッジ突起を備えている。パイプクランプを押し込むと、ウェッジ突起の斜面同士が当接し、その後、各ウェッジ突起が軸方向において互いを超えると、パイプクランプ及び摩耗リングの２つのウェッジ突起は、形状結合して前後に係合する、又は、アンダーカットを形成する。

しかしながら、摩耗リングは、任意により追加的又は選択的に、接着されてもよく、又は、別の方法でパイプクランプの中に挿入されてもよい。

他の実施形態として、搬送管を製造するために、外管を、軸方向において内管に対して突出して構成する。これによって、パイプクランプは、具体的には外管と溶接されることが可能である。任意により追加的に、溶接プロセスの間に、外管を、具体的には内部冷却部によって冷却させることが可能である。この接合工程に続いて、摩耗リングをパイプクランプの中に挿入可能である。あるいは、最初に、摩耗リングをパイプクランプと連結させることも可能である。そして、パイプクランプと連結させた摩耗リングを、外管の中に挿入する。この場合、摩耗リングは、軸方向において、パイプクランプを超えて搬送管の内部に向かって、すなわち内管の方向に突出する。こうして、摩耗リングは、具体的には径方向において心合わせを行うので、パイプクランプ及び外管を互いに溶接することが可能になる。

また、摩耗リングから内管への移行部における乱流を最小化するために、パイプクランプの内径は、内管の内径以下になるように構成されている。内管の中に流入した流れは、具体的には摩耗リングから内管への移行領域において、差し当たり内管の端部領域に大きな摩耗が形成されないように、径方向に上昇することが可能である。

さらに、摩耗リングが３０〜２００ｍｍの軸長を有していることが特に好ましい。この軸長は、パイプクランプ自体の内径の約２５〜１００％に相当することが特に好ましい。

本発明に従って提供される搬送管は、プラスチックの内管を有しているため、特に自重が小さい。このようなハイブリッド管とも呼ばれ得る搬送管は、入口領域における摩耗リングにより、耐用年数も長くなる。製造コストは、上述の製造方法、及び、使用される材料、並びに、これに関連する材料費によって低く抑えられる。

本発明によれば、固形物搬送管を、外管の端部側に縁を成形することによって製造することも可能である。縁成形された端部は、パイプクランプとして機能する。その後、縁成形された外管の中に摩耗リングを挿入する。あるいは、摩耗リングを挿入した後に、内管を外管の中に導入することも可能である。ここで、内管は、具体的には遠心鋳造法において外管の中に導入される。そして、端部側に挿入された各摩耗リングは、遠心鋳造の間に、内管を製造するための液状材料が端部側から流出することを妨げる。

外管は、端部側において、１段の、任意により２段の、すなわち２つの階段状の部分を有して縁成形されていることが可能である。摩耗リングを内管の中に挿入する。これは、圧入によって行われることが可能である。あるいは、さらに外側リングが、外管の外側に取り付けられていることが可能である。この外側リングは、具体的には摩耗リングを締まりばめによって外管内で保持する。

本発明は、さらに、この搬送管の製造方法に関する。

この方法は、内管を外管の中に流し込むことを特徴とする。この流し込みは、具体的には遠心鋳造法によって行われ、好ましくは回転遠心鋳造又は鋳型遠心鋳造によって行われる。摩耗リングとの接続部において、摩耗リングは、同時に、シールストッパのように機能し得る。遠心鋳造時の遠心力により、内管を構成するためのプラスチック材料は、外管の内面被覆に押し当てられる。これは径方向において行われる。しかし同時に、外管の軸方向端部において、少なくとも部分的に内管を製造するための材料が流れ出す場合がある。これは、摩耗リングによって回避される。

特に好ましい実施形態では、プラスチック材料を注入する前に、外管の内面被覆の化学的及び／又は機械的洗浄を行う。そして、プラスチック材料を、具体的には液状又は粥状又はゆっくりと流れる状態で注入する。その後、外管を、その縦軸を中心に回転させることによって、内管を径方向全周にわたって外管内で製造する。こうして、内管の壁厚を、具体的には１〜２０ｍｍ、特に好ましくは２〜１０ｍｍ、及び、特に好ましくは３〜７ｍｍに製造することが可能である。しかしながら、管を導入又は押し込む場合と比べて、内管の壁厚は、この製造方法には左右されないことが分かる。このため、内管を導入又は押し込む場合とは異なり、より良好な搬送管が得られる。

鋳造法で製造することによって、同時に、外管と内管との間に材料結合的な連結が生成される。したがって、外管及び内管を、別途、再び互いに接着させる必要はない。各摩耗リングのいずれの内側の径方向端面でも、摩耗リングには内管が付着する。

特に好ましい実施形態では、注入時、及び、後の遠心鋳造のための回転時に、外管が加熱される。この場合、外管は、注入されたプラスチック材料よりも熱くなり得る。これは、具体的にはすぐ後に行われる冷却工程において、有効に作用する。つまり、後のプラスチック材料の収縮は、形成されたプラスチック製の管の内面被覆においてではなく、内管と外管との間の接触面において始まる。

本発明のさらなる利点、特徴、特性、及び、態様は、以下の詳細な説明の対象である。好ましい実施形態を、概略的な図面に示す。
本発明に係る、パイプクランプが取り付けられたハイブリッド管の一端を示す図である。 内管を超えて軸方向に突出した外管を備える、図１に対する他の実施形態を示す図である。 パイプクランプの連結部についての、図２に対する別の実施形態を示す図である。 外管と少なくとも部分的に一体化されて製造されたパイプクランプを備える他の実施形態を示す図である。

図面では、同一又は類似の部材は、簡潔にするために繰り返しの説明を省いた場合でも、同一の参照符号が付与されている。

図１は、本発明に係る搬送管１の端部断面を示す図である。該搬送管１は、ハイブリッド管又は多層管として構成されており、外管２と外管２で包囲された内管３とを備えている。本発明によれば、外管２は金属材料から成り、内管３はプラスチック材料から成る。搬送管１の端部４には、パイプクランプ５が取り付けられている。ここで、パイプクランプ５は、軸方向６において、例えば外管２の外面被覆７を取り囲んでいる。また、パイプクランプ５は、円周方向に延びる接合部８を介して、外管２と材料結合して連結されている。さらに、内管の壁厚Ｗ３が示されている。

パイプクランプ５の中には、摩耗リング９が挿入されている。ここで、摩耗リング９の内径Ｄｉ９は、内管３の内径Ｄｉ３以下であるように構成されている。摩耗リング９及び内管３の端面１０及び１１は、隙間なく当接しあっている。

さらに好ましくは、パイプクランプ５の内径Ｄｉ５は、外管２の内径Ｄｉ２以上であるように構成されている。好ましくは、摩耗リング９が、同様にパイプクランプ５の中に挿入されている。このために、摩耗リング９は、径方向全周にわたって摩耗リング９の外面被覆１３から隆起した停止ウェッジ１４を備える。拡大された内径を有するパイプクランプ５の端部１５が、径方向全周にわたって内側に向けられたウェッジ突起１６を備えている。ここで、摩耗リング９を軸方向６にパイプクランプ５の中に挿入すると、ウェッジ突起１６が滑動してアンダーカット１７が形成され、その結果、摩耗リング９は形状結合して位置固定される。あるいは、摩耗リング９は、接着、圧入、又は、縁成形されてもよい。また、摩耗リング９は軸長Ｌ９を有する。

図２は、搬送管１の端部断面を示す図である。ここで、図１との違いは、外管２が、軸方向６において内管３を超えて突出するように構成されている点である。ここでも、パイプクランプ５は、外管２の、軸方向６における少なくとも一部を取り囲むように構成されており、接合部８によって外管２に連結されている。ここでは、熱的影響が発生してもプラスチックの内管３に悪影響しないように、接合部８の領域の外管２の径方向Ｒの下方には、内管３は配置されておらず、摩耗リング９の一部が配置されている。溶接時に対応して生じる熱的作用は、摩耗リング９にとっては、それほど重大ではない。摩耗リング９は、接合部８を作成してから挿入することも可能である。例えば、詳細には図示されていない内部冷却部を介して、外管２を溶接プロセスの間に冷却することが可能である。また、本実施形態では、内管３の端面１０と摩耗リング９の端面１１とは、隙間なく互いに形状結合して当接している。本実施形態でも、摩耗リング９が、ウェッジ突起間の対応するアンダーカット１７によって、パイプクランプ５の中にクリップ留めされる。しかしながら、摩耗リング９は、例えばパイプクランプ５の中に接着されてもよい。接合部８は、例えば隅肉として構成される。

図３は、図１に対する他の実施形態を示す図である。ここでも外管２は、軸方向６において、縦断面で内管３を超えて突出している。ここでは、パイプクランプ５は、突き合わせ溶接の形の接合部８で、外管２の端面側の軸方向端部１８と連結されている。これは例えば、パイプクランプ５を既に取り付けた状態の摩耗リング９を、搬送管１の中に挿入することによって製造可能である。したがって、パイプクランプ５と外管２との、特に径方向Ｒにおける心合わせは、摩耗リング９を介して提供される。

図４は、搬送管１の他の実施形態を示す図である。搬送管１は、同様に、外管２及び内管３を備える。内管３はプラスチック材料から成る。また、パイプクランプ５は、少なくとも部分的に外管２と一体化して形成される。この場合、外管２には縁成形が施される。この縁成形は、ここでは２段に構成されている。外管２は、外管２の内径Ｄｉ２に対して、第１段目において内径Ｄｉ５．１で縁成形され、その後、端部側においてもう一度、第２段目において内径Ｄｉ５．２で縁成形される。その結果、いずれも、外管２の内径Ｄｉ２よりも大きな内径Ｄｉ５．１及びＤｉ５．２となる。その後、この縁成形部において、端部側から、具体的には金属材料から成る摩耗リング９が挿入される。外管２に形成される縁は、１段だけであってもよい。

摩耗リング９及び任意の連結可能部材をさらに安定化及び固定化するために、外側リング１９が、外管２の外側又は外面被覆７の上に取り付けられる。こうして、この外側リング１９はフランジ５を構成する。したがって、製造時には、まず外側リング１９を外管２の上に押し当てる。その後、縁成形を行う。そして、摩耗リング９を端部側から挿入する。続いて、外側リング１９を、再び、軸方向Ａにおいて端部に押し付ける、具体的には加圧する、又は別の方法で連結する。例えば接着を行ってもよい。こうして、具体的には、外側リング１９が、径方向Ｒの内側に向けた圧縮力を印加することにより、締まりばめにより、具体的には摩耗リング９を固定する。本実施形態は、まず外管２をパイプクランプ５と共に製造する任意の一態様を提供する。ここで、パイプクランプ５は、縁成形部、摩耗リング９、及び、外側リング１９から構成される。これに続いて、内管３を、プラスチック内層の形で挿入する。このプラスチック内層は、例えば遠心鋳造法において製造される。遠心鋳造時に、液体状のプラスチック材料がこの管から軸方向Ａに流れ出さないように、ここでは、摩耗リング９が既に挿入されている。したがって、内管３の構成材料であり得るプラスチック材料は、縁部の移行領域を形成する凸部２０も充填する。したがって、内管３の材料は、摩耗リング９の端面側の、摩耗リング９と内管３との間の境界面２１に当接する。

上述の全ての実施形態、具体的には本実施形態では、極めて薄肉のプラスチック層、又は、層を、摩耗リング９の内面被覆２２に形成することも想定可能である。この層は、例えば、本発明に係る搬送管１を保管又は貯蔵する間の腐食防止のために利用可能である。しかしながら、この層は、最初の使用開始時に、搬送対象の固形物の摩耗作用により比較的短期間で摩滅する。そのため、摩耗リング９の内面被覆２２は、搬送対象の固形物と直接接触することになる。したがって、使用開始から極めて短時間後、具体的には数時間の搬送後、摩耗リング９の内径Ｄｉ９は、内管３の内径Ｄｉ３以下である。製造法により（例えば過剰投与により）、プラスチックを摩耗リングの内径を超えて流すことが可能であり、これによっても、薄層を形成可能である。

他の好ましい一実施形態では、外側リング１９を省いてもよく、摩耗リング９だけを、縁成形された外管２の中に挿入してもよい。

摩耗リング９を挿入するために、例えば、熱膨張を行い、その後、摩耗リング９を挿入し、続いて、収縮を行ってもよい。しかしながら、摩耗リング９を、縁成形された外管２の中に圧入することも可能である。任意により、その後、外側リング１９を装着してもよい。

１ 搬送管
２ 外管
３ 内管
４ 搬送管１の端部
５ パイプクランプ
６ 軸方向
７ 搬送管２の外面被覆
８ 接合部
９ 摩耗リング
１０ 搬送管３の端面側端部
１１ 摩耗リング９の端面側端部
１３ 摩耗リング９の外面被覆
１４ 摩耗リング９の停止ウェッジ
１５ パイプクランプ５の拡大された端部
１６ ウェッジ突起
１７ アンダーカット
１８ 外管２の端面側端部
１９ 外側リング
２０ 部分
２１ 境界面
２２ 摩耗リング９の内面被覆
Ｗ３ 内管３の壁厚
Ｄｉ２ 外管２の内径
Ｄｉ３ 搬送管３の内径
Ｄｉ５ パイプクランプ５の内径
Ｄｉ５．１ 第１段の内径
Ｄｉ５．２ 第２段の内径
Ｄｉ９ 摩耗リング９の内径
Ｌ９ 摩耗リング９の軸長
Ｒ 径方向
Ａ 軸方向

Claims (15)

1. 固形物輸送用の搬送管（１）であって、内管（３）と、外管（２）と、端部側に配置された少なくとも１つのパイプクランプ（５）とから構成される二重壁の管ボディを備える搬送管（１）において、
   前記内管（３）はプラスチック材料から成り、前記パイプクランプ（５）には摩耗リング（９）が挿入されており、前記摩耗リング（９）の内径（Ｄｉ９）は、前記内管（３）の内径（Ｄｉ３）以下であり、前記内管（３）は、鋳造法によって前記外管（２）の中に流し込まれていることを特徴とする、搬送管（１）。
2. 前記外管（２）は、耐圧性の金属材料又は繊維強化複合材料から成ることを特徴とする、請求項１に記載の搬送管（１）。
3. 前記内管（３）は、磨損抵抗を有するプラスチック、具体的にはポリウレタン又はポリウレアから成ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の搬送管（１）。
4. 前記摩耗リング（９）は、プラスチック材料から成り、磨損に対する耐性は、前記内管（３）よりも高いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の搬送管（１）。
5. 前記摩耗リング（９）は、金属材料、具体的には焼戻し鋼材若しくは鋳造材から成ること、又は、前記摩耗リング（９）は、セラミック材料から成ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の搬送管（１）。
6. 前記パイプクランプ（５）及び前記外管（２）は、互いに別々に製造された部材である、又は、前記パイプクランプ（５）は、前記外管（２）と一体化してかつ同一の材料から製造されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の搬送管（１）。
7. 前記パイプクランプ（５）は、前記外管（２）を、縦断面における軸方向（６）に包囲することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の搬送管（１）。
8. 前記摩耗リング（９）は、摩耗リング（９）の外面被覆（１３）に形成された径方向全周に延びる停止ウェッジ（１４）と前記パイプクランプ（５）の内面被覆に形成された径方向全周に延びる停止ウェッジ（１４）との間に形状結合が形成されるように、前記パイプクランプ（５）の中に挿入されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の搬送管（１）。
9. 前記パイプクランプ（５）の内径（Ｄｉ５）は、前記外管（３）の内径（Ｄｉ２）以上であるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の搬送管（１）。
10. 前記外管（２）の端面側の端部（１８）が、前記内管（３）の端面側の端部（１０）を超えて軸方向（６）に突出するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の搬送管（１）。
11. 前記摩耗リング（９）は、前記外管（２）に係合して配置されており、具体的には、前記摩耗リング（９）は、前記パイプクランプ（５）と前記外管（２）との接合部（８）の管方向（Ｒ）についての下方において、軸方向（Ａ）に配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の搬送管（１）。
12. 前記摩耗リング（９）は、軸方向（６）において前記パイプクランプ（５）よりも長く形成されているので、具体的には、前記摩耗リング（９）は、軸方向（６）において前記外管（２）に係合する、具体的には形状結合して係合することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の搬送管（１）。
13. 前記外管（２）は、端部側において縁成形されており、前記外管（２）の中に摩耗リング（９）が挿入されていることを特徴とする、請求項１に記載の搬送管（１）。
14. 外側リング（１９）が、端部側において、縁成形された前記外管（２）の外側に取り付けられており、具体的には押圧されており、前記外側リング（１９）は、前記摩耗リング（９）と共に、締まりばめとして取り付けられていることを特徴とする、請求項１３に記載の搬送管（１）。
15. 請求項１の特徴を有する搬送管（１）の製造方法であって、端部側に摩耗リング（９）が挿入された外管（２）を用意し、プラスチック材料を前記外管（２）の中に導入し、その後、内管（３）を遠心鋳造法により前記外管（２）内に製造することを特徴とする、製造方法。
    

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