JP5986389B2 - 少なくとも2つの流動媒体用収容要素を連結するための継手 - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも2つの流動媒体用収容要素を連結するための継手、例えば2つの流動媒体用配管を連結するための管継手に関し、この継手は第1収容要素を接続するための第1接続端部と、第2収容要素を接続するための第2接続端部を備え、流動媒体が第1および第2の接続要素の間において継手を流通可能である。その際、流動媒体は第1接続端部から第2接続端部へ流れるかまたはそれとは逆に第2接続端部から第1接続端部へ流れる。流動媒体用収容要素は本発明の範囲内では特に、流動媒体を通過案内するための配管あるいは流動媒体用タンクまたは流動媒体用配量要素を意味する。その際、配管はホース管または合成物質ホースを意味する。少なくとも1つの配管を接続するために本発明に係る継手を使用する場合、この継手は以下において管継手とも言う。配管が管継手の第1接続端部または第2接続端部に嵌め込み可能であると合目的であり、好ましくはロック可能である。
上述の種類の管継手は実際にいろいろな実施形態が知られている。特に、水または水を含む媒体を通過案内するための配管および管継手の場合には、低い温度のときに流動媒体が容積を膨張しながら凍結するという問題がある。この容積膨張に基づいてあるいはそれに伴う圧力のために、配管と管継手が損傷するかまたは完全に破壊され得る。この問題を解決するために実際に既にいろいろな方策が提案されている。しかし、これらの方策は少なくとも十分ではない。
自動車では、排気ガスの窒素含有量を低減するために、いわゆるSCR法(選択触媒還元)が用いられる。このSCR法の分野では尿素水溶液が使用される。特にこの尿素水溶液の場合にも上記の問題が発生する。尿素水溶液は水と同様に低い温度で凍結して容積が膨張し、そして圧力が高まることによって、SCRシステムの配管と継手等が損傷するかまたは完全に破壊され得る。このSCRシステムの場合には、自動車の停止後、媒体を案内する配管から媒体を吸い出して空にすることが実際に知られている。それによって、配管内での水を含む媒体の凍結が防止される。しかし、この方法はコストがかかり故障しやすい。
本発明の根底をなす技術的課題は、上述の問題を回避する、冒頭に述べた種類の継手または管継手を提供することである。その際、本発明は特に、とりわけSCRシステムの範囲内の尿素水溶液のための収容要素を連結するための継手に関する。
この技術的課題を解決するために、本発明は、少なくとも2つの流動媒体用収容要素を連結するための継手、例えば流動媒体、特に尿素溶液用の2つの配管を連結するための管継手であって、継手が第1収容要素を接続するための第1接続端部と、第2収容要素を接続するための第2接続端部を備え、流動媒体が第1および第2の接続端部の間において継手を流通可能であり、
継手が第1および第2の接続端部の間に均圧室を備え、この均圧室内に圧縮性インサートが配置され、
この圧縮性インサートが均圧室の内壁に領域的に接触し、均圧室の内壁と圧縮性インサートの間に、第1および第2の接続端部の間の流体接続のための少なくとも1つの縦方向通路、好ましくは多数の縦方向通路が設けられ、
流動媒体の温度に起因する容積膨張の際に、圧縮性インサートが圧縮可能である、特に均圧室の中心の方へ圧縮可能である、継手を教示する。
第1および第2の接続端部の間の流体接続のための少なくとも1つの縦方向通路が設けられていることは、本発明の範囲内において、流動媒体がこの縦方向通路を経て第1接続端部から第2接続端部へおよびその逆に流れ得ることを意味する。流動媒体の温度に起因する容積膨張とは特に、流動媒体の凍結中の容積膨張を意味する。
本発明の範囲内では、本発明に係る継手が合成物質からなっているかまたは実質的に合成物質からなっている。本発明の有利な実施形態では、継手のケーシングがポリアミド、好ましくはガラス繊維強化されたポリアミドからなっている。しかし、継手のケーシングは特に、ポリフタレートアミド(PPA)またはガラス繊維強化されたポリフタレートアミドからなっていてもよいし、フッ化合成物質またはガラス繊維強化されたフッ化合成物質からなっていてもよい。継手のケーシングが合成物質からなる接続すべき配管と材料結合式に連結可能であるように、ケーシングの材料が選定されると合目的である。その際、材料結合式連結は好ましくは溶接法、特に回転溶接によって達成される。継手は好ましくはいわゆる急速継手(クイックコネクタ)である。
本発明の範囲内において、流動媒体、特に尿素溶液が継手を縦方向に流通する。継手が実質的に、その縦方向に前後して配置された円筒状の複数の区間からなっていると合目的である。第1接続端部と均圧室と第2接続端部は好ましくは継手の縦方向に前後して配置されている。継手の縦方向に延びる縦方向軸線が、第1接続端部および/または均圧室および/または第2接続端部を通って延在することが推奨され、そして特に第1接続端部および/または均圧室および/または第2接続端部の中心を通って延在すると有利である。
均圧室が円筒形に形成されていると合目的であり、好ましくは圧縮性インサートも好ましくは円筒形またはほぼ円筒形に形成されている。均圧室は好ましくは合成物質、特にガラス繊維強化された合成物質からなっている。均圧室のために有利に選択される材料については、継手のケーシングについて上述した材料を参照することができる。合成物質からなっていると有利である均圧室は、複数の部分から構成されていることが推奨され、合目的には2つの部分から構成されている。これらの部分は溶接法によって互いに連結される。
上述のように、本発明のきわめて有利な実施形態では、流動媒体が尿素溶液または尿素水溶液である。本発明に係る継手またはそれに接続された収容要素がSCRシステムで使用されることが推奨される。このようなSCRシステムでは、本発明に係る解決策が有効であることが実証された。
本発明の範囲内では、均圧室内に配置した圧縮性インサートが可逆変形可能である。流動媒体の凍結に基づいて容積が膨張する際に、圧縮性インサートが圧縮され、それに続いて氷が溶けて容積が収縮する際に、圧縮性インサートは好ましくは再びその元の形になる。圧縮性インサートが弾性材料、特に弾性合成物質材料からなっていると合目的である。
本発明のきわめて有利な実施形態では、圧縮性インサートが合成物質発泡体、特に閉鎖セル形合成物質発泡体からなっている。圧縮性インサートが合成ゴム製合成物質発泡体、特にEPDM(エチレン−プロピレン−ジエン−合成ゴム)製合成物質発泡体からなっていると合目的である。本発明の範囲内では、圧縮性インサートが50容積%以上、好ましくは65容積%以上、特に好ましくは80容積%以上が合成物質発泡体、特に閉鎖セル形合成物質発泡体からなり、そして閉鎖セル形の合成ゴムまたはEPDM製合成物質発泡体からなることが推奨される。圧縮性インサートが90容積%以上、好ましくは95容積%以上が閉鎖セル形EPDM製合成物質発泡体からなっている実施形態が特に有効であることが実証された。圧縮性インサートの表面が閉鎖形成されているかまたは閉じた外皮によって形成されていることが推奨される。
本発明の有利な変形実施形態では、圧縮性インサートの材料は0.5〜0.7g/cmの密度、特に0.55〜0.65g/cmの密度を有する。推奨される本発明の実施形態では、圧縮性インサートが緻密に形成されている。その際、緻密とは、圧縮性インサートが中空室を有していないかまたは大きな中空室を有していないことを意味する。圧縮性インサートが有利な実施形態に従って合成物質発泡体、特に閉鎖セル形合成物質発泡体からなっていると、圧縮性インサートは発泡体の孔またはセルのほかに、中空室または大きな中空室を有していない。
圧縮性インサートが2〜25ショアA、好ましくは3〜20ショアA、非常に好ましくは4〜18ショアAの硬さ(DIN53505に従って測定した硬さ)を有することが推奨される。本発明の有効性が実証された実施形態では、圧縮性インサートは0〜55%、好ましくは20〜50%、非常に好ましくは25〜47%の永久ひずみ(DIN53572、22時間、70°C、50%変形)を有する。
本発明の有利な実施形態では、圧縮性インサートが付勢されて均圧室の内壁に領域的に接触する。本発明の範囲内では、縦方向通路が圧縮性インサートの周囲にわたって分配されて配置され、縦方向通路が縦方向ウェブによって互いに分離されている。推奨される変形実施形態では、縦方向ウェブが均圧室の内壁から突出している。圧縮性インサートが好ましくは付勢されて接触すると有効であることが実証された。縦方向通路が均圧室の内壁に加工または穿設されていると合目的である。内壁の周囲または圧縮性インサートの周囲にわたって分配配置された縦方向通路が互いに同じ間隔またはほぼ同じ間隔を有すると有利である。縦方向通路が同じ幅またはほぼ同じ幅を有すると合目的である。本発明の範囲内では、縦方向通路と縦方向ウェブが縦方向にまたは継手の縦方向軸線Lの方向に延在している。縦方向通路と縦方向ウェブが継手の縦方向軸線Lに対して平行にまたはほぼ平行に配置されていることが推奨される。少なくとも2つ、好ましくは少なくとも3つ、非常に好ましくは少なくとも4つの縦方向通路が設けられていると有利である。
上述のように、本発明の推奨される実施形態では、均圧室および/または圧縮性インサートが円筒形に形成されている。変形実施形態では、縦方向通路を互いに分離する縦方向ウェブが均圧室の円筒状の内壁から突出している。本発明の範囲内において、圧縮性インサートは均圧室内に同軸に配置され、均圧室と圧縮性インサートは共通の中心の縦方向軸線を有する。
本発明のきわめて有利な実施形態は、均圧室がその内周にわたって周方向に延在する内壁と、第1端壁と、第2端壁を備え、圧縮性インサートと第1端壁の間および/または圧縮性インサートと第2端壁の間に、縦方向通路との流体接続のための横方向通路が設けられていることを特徴とする。その際好ましくは、第1端壁が継手の第1接続端部に付設され、第2端壁が第2接続端部に付設されている。均圧室が円筒形に形成され、内壁が円筒外周部を形成し、両端壁が円筒の表面を形成していると合目的である。縦方向通路との流体接続のための横方向通路が第1および/または第2の端壁に設けられていることは、本発明の範囲内において、流動媒体が横方向通路を経て縦方向通路に流れ得ることあるいは縦方向通路から横方向通路に流れ得ることを意味する。本発明の範囲内では、第1端壁と第2端壁に多数の横方向通路が設けられている。横方向通路が縦方向通路に対して横向きに、好ましくは垂直にまたはほぼ垂直に延在していると合目的である。有利な変形実施形態では、横方向通路が端壁に放射状にまたは十字状に配置されている。端壁に配置された横方向通路の数が内壁と圧縮性インサートの間の縦方向通路の数に一致していると有利である。本発明の範囲内において、横方向通路は縦方向通路に直接接続されている。流動媒体の流れ方向に応じて、流動媒体は第1端壁の横方向通路を経て縦方向通路に流れ、そして縦方向通路から第2端壁の横方向通路に流れるかまたはその逆に流れる。
本発明の推奨実施形態は、均圧室に直接接続された第1接続端部の流体管および/または均圧室に直接接続された第2接続端部の流体管が、均圧室の内径Dの半分よりも小さな内径d、好ましくは3分の1よりも小さな内径d、さらに好ましくは4分の1よりも小さな内径d、非常に好ましくは5分の1よりも小さな内径dを有することを特徴とする。その際、流体管の内径dはその縦軸線または流れ方向に対して垂直に測定される。均圧室の内径Dは縦軸線に対して垂直に、好ましくは均圧室の円筒軸線に対して垂直に、しかも好ましくは縦方向ウェブの領域内で測定される。本発明の範囲内では、少なくとも1つの流体管、好ましくは2つの流体管が横方向通路を介して縦方向通路に直接接続可能である。
圧縮性インサートの外径Aに対する、(圧縮性インサートまたは均圧室の縦軸線方向に測定した)圧縮性インサートの長さlの比は、1.1〜1.5、好ましくは1.25〜1.35である。その際、圧縮性インサートの外径Aは、縦方向通路の領域において上記縦方向軸線に対して垂直に測定される。縦方向通路の高さhに対する、縦方向通路の領域内の圧縮性インサートの外径Aの比が、20〜50、好ましくは25〜45、有利には30〜40、非常に有利には32〜38であることが推奨される。その際、縦方向通路の高さhは縦方向通路の領域における均圧室の内壁と圧縮性インサートの間隔である。縦方向通路の幅bに対する、圧縮性インサートの外径Aの比が、1.5〜3.5、合目的には1.8〜2.8、有利には2.0〜2.6、非常に有利には2.1〜2.5であることが推奨される。その際、縦方向通路の幅bは圧縮性インサートの長さlに対して横向きに測定される。縦方向通路が圧縮性インサートの全長lにわたって延在していることが推奨され、しかも直線的に延在していると合目的であり、そして圧縮性インサートまたは均圧室の縦軸線に対して平行に延在していると有利である。
本発明の対象はさらに、少なくとも1つの配管と、配管の一端に接続された上記種類の少なくとも1つの管継手とを備えた管継手構造体である。有利な実施形態では、少なくとも1つの配管が設けられ、配管の各端部に、本発明に係る上記種類の管継手が接続されている。その際、配管は本発明に係る2つの管継手を連結する。本発明の範囲内では、管継手の両端のその都度他方の端部に、それぞれ1つの他の配管が接続されている。配管の各々の端部に管継手を両側に設けることは、技術的問題の解決策の観点および配管の効果的な凍結防止の観点からきわめて有効であることが実証された。
本発明の有利な実施形態は、管継手が一方の接続端部に、配管のための収容部を備えていることと、この収容部が材料結合式連結される、特に溶接法、好ましくは回転溶接法を介しての材料結合式連結されることを特徴とする。その際、本発明の範囲内では、管継手と配管の少なくとも材料結合式に連結すべき区間は合成物質からなっている。この合成物質は同一であるかまたは少なくとも上記材料結合式連結に適合している。接続端部に対する配管の連結は、心棒成形体に配管を嵌め込むことによってあるいはかしめによって行うことができる。
推奨される変形実施形態では、管継手が一方の接続端部に、配管の雄のアダプタまたはプラグを収容するための雌の連結収容部を備えている。基本的には、この接続端部は雄の連結部材またはアダプタを備えていてもよい。それは好ましくは、SAE J2044のタイプの急速継手アダプタである。
本発明は、本発明に係る継手によってあるいは本発明に係る管継手構造体によって、接続された収容要素または管継手内の流動媒体の温度に起因する容積膨張を、簡単に、確実にそして効果的に補償することができるという認識に基づいている。収容要素または管継手の損傷または破壊は本発明に係る手段によって効果的に回避可能である。本発明に係る継手または本発明に係る管継手構造体が特に尿素水溶液を有するSCRシステムできわめて効果的に使用可能であることを強調すべきである。さらに、比較的に簡単で低コストの手段によって本発明に係る成果が達成可能であることも強調すべきである。
次に、一実施例を示す図に基づいて本発明を詳しく説明する。
本発明に係る管継手を切断して示す側面図である。 図1の対象のA−A線に沿った断面図である。 図1の対象の均圧室を切断して示す斜視図である。
図は、流動媒体用収容要素を連結するための継手1を示す。図示していない流動媒体は本実施例では好ましくは尿素水溶液であり、図示した継手1は本実施例では合目的には、自動車用SCRシステムの分野で使用される。図1の実施例では、第1接続端部3に配管2が接続されている。第2接続端部4にも、図示していない配管2を接続することができる。図示していないタンクまたは図示していない配量要素の形をした他の収容要素を接続することも勿論可能である。第1接続端部3と第2接続端部4の間において、流動媒体、好ましくは尿素溶液が継手1を通って流れることができる。
本発明では、継手1が第1接続端部3と第2接続端部4の間に均圧室5を備えている。この均圧室内には圧縮性インサート6が配置されている。本実施例では、圧縮性インサート6は好ましくは閉鎖セル形EPDM合成物質発泡体からなっている。その際、圧縮性インサート6は緻密に形成されている。ここで、緻密とは、合成物質発泡体の孔またはセルのほかの他の中空室が圧縮性インサート6に形成されていないことを意味する。均圧室5は推奨されかつ本実施例では円筒形に形成されている。均圧室5内に挿入または配置された圧縮性インサート6もほぼ円筒形に形成されている。
図2から分かるように、圧縮性インサート6は均圧室5の内壁7に領域的に接触しており、しかも内壁7から突出する縦方向ウェブ8の領域において接触している。図2からさらに分かるように、円筒状均圧室5の内壁7と圧縮性インサート6の間には、第1と第2の接続端部3、4の間の流体接続のための多数の縦方向通路9が設けられている。圧縮性インサート6は縦方向ウェブ8の領域において、本実施例では好ましくは付勢されて均圧室5の内壁7に接触している。温度に起因して流動媒体の容積が膨張する際、特に流動媒体が容積を膨張しながら凍結する際、圧縮性インサート6は均圧室5の中心の方へ圧縮可能である。その際、圧縮性インサート6が元の形に復帰できるように変形可能であることが推奨される。
図2に示すように、本実施例では、4つの縦方向通路9が圧縮性インサート6の周囲に等しい相互間隔で分配配置されている。この縦方向通路9は内壁7の4つの縦方向ウェブ8によって互いに分離されている。本実施例においては好ましくは、縦方向通路9と縦方向ウェブ8が継手1の縦方向軸線Lに対して平行に延在している。圧縮性インサート6が均圧室5内に同軸に挿入されているので、圧縮性インサート6と均圧室5は同じ中心縦方向軸線Lを有する。
本実施例では、均圧室5はその内周にわたって周方向に延びる内壁7と、第1接続端部3に付設された第1端壁10と、第2接続端部4に付設された第2端壁11を備えている。従って、内壁7は均圧室5の円筒状中空室の円筒外周部を形成し、端壁10、11はこの円筒状中空室の表面を形成している。圧縮性インサート6と第1端壁10の間および圧縮性インサート6と第2端壁11の間には、縦方向通路9との流体接続のための横方向通路12が設けられている。この横方向通路12は端壁10、11に形成され、本実施例では好ましくは縦方向通路9に対して垂直に配置されている。本実施例ではさらに、各端壁10、11に4つの横方向通路12が十字状に配置されている。横方向通路12は付設の縦方向通路9に直接接続されている。
本実施例(図1)では好ましくは、第1接続端部3に付設された第1流体管13が均圧室5に直接接続され、第2接続端部4に付設された第2流体管14が均圧室5に直接接続されている。本実施例では、この流体管の縦方向軸線が継手1の中心縦方向軸線Lに一致していると合目的である。両流体管の内径dは本実施例では均圧室5の内径Dの4分の1よりも小さいことが推奨される。均圧室5の内径Dは縦方向ウェブ8の領域で測定される。流体管13、14はさらに、横方向通路12を介して縦方向通路9に接続されている。本実施例では、縦方向通路が圧縮性インサート6の全長lにわたって延在し、しかも直線的にかつ有利には継手1の縦方向軸線Lに対して平行に延在していることが合目的である。
さらに、圧縮性インサート6の外径がAによって示してある。この外径は縦方向通路9の領域で測定される。縦方向通路9の高さhは縦方向通路9の領域における圧縮性インサート6と均圧室5の内壁7の間隔に一致している。縦方向通路9の幅がbで示してある。この幅は圧縮性インサートの長さlに対して横向きに測定される。
図に示した継手1は本実施例では好ましくは、急速継手(クイックコネクタ)として形成されている。第2接続端部4は特に、収容要素または配管のプラグまたはアダプタを収容するようになっている。第2接続端部4内には、外側のスペーサ15と、Oリングとして形成された2個のシール要素16、17と、この両シール要素16、17の間に配置された内側のスペーサ18が設けられている(図1)。さらに、図示していないプラグまたはアダプタを錠止するための保持要素19が設けられている。
図1から分かるように、ここで図示した配管2は第1接続端部3の収容部内に差し込まれている。配管2は好ましくはこの第1接続端部3に材料結合式に連結され、そしてこの材料結合式連結が回転溶接法を介して行われると有利である。そのために、第1接続端部3と配管2が材料結合式連結に適合した合成物質からなっていると合目的である。
図1からさらに分かるように、第2接続端部4は配管2の雄のアダプタまたはプラグを収容するために雌の連結収容部の形をしている。基本的には、特にSAE J2044のタイプのアダプタの形をした雄の連結部品を第2配管端部4に設けることもできる。
図1からさらに分かるように、均圧室5は本実施例では好ましくは2つの部分によって形成されている。均圧室5の両部分20、21を連結領域22において材料結合式に相互連結する、特に互いに溶接することが推奨される。その際、本発明の範囲内において、均圧室5の両部分20、21は材料結合式連結に適合した合成物質からなっている。
1 継手
3 第1接続端部
4 第2接続端部
5 均圧室
6 圧縮性インサート
7 内壁
9 縦方向通路

Claims (14)

  1. 少なくとも2つの流動媒体用収容要素を連結するための継手(1)、例えば2つの流動媒体用配管を連結するための管継手であって、
    前記継手(1)が第1収容要素を接続するための第1接続端部(3)と、第2収容要素を接続するための第2接続端部(4)を備え、
    流動媒体が前記第1および第2の接続端部(3、4)の間において前記継手(1)を流通可能であり、
    前記継手(1)が前記第1および第2の接続端部(3、4)の間に均圧室(5)を備え、この均圧室(5)内に圧縮性インサート(6)が配置され、
    この圧縮性インサート(6)が前記均圧室(5)の内壁(7)に領域的に接触し、前記均圧室(5)の前記内壁(7)と前記圧縮性インサート(6)の間に、前記第1および第2の接続端部(3、4)の間の流体接続のための複数の縦方向通路(9)が設けられ、
    前記流動媒体の温度に起因する容積膨張の際に、前記圧縮性インサート(6)が圧縮可能である継手。
  2. 前記流動媒体が尿素溶液である、請求項1に記載の継手。
  3. 前記圧縮性インサート(6)が可逆変形可能である、請求項1または2に記載の継手。
  4. 前記圧縮性インサート(6)が合成物質発泡体からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の継手。
  5. 前記圧縮性インサート(6)が合成ゴム製合成物質発泡体からなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の継手。
  6. 前記圧縮性インサート(6)が緻密に形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の継手。
  7. 前記圧縮性インサート(6)が2〜25ショアA、又は3〜20ショアAの硬さ(DIN53505)および/または0〜55%、又は20〜50%の永久ひずみ(DIN53572、22時間、70°C、50%変形)を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の継手。
  8. 前記圧縮性インサート(6)が付勢されて前記均圧室(5)の前記内壁(7)に領域的に接触する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の継手。
  9. 前記縦方向通路(9)が前記圧縮性インサート(6)の周囲にわたって分配されて配置され、前記縦方向通路(9)が前記均圧室(5)の前記内壁(7)の縦方向ウェブ(8)によって互いに分離されている、請求項1から8のいずれか一項に記載の継手。
  10. 前記均圧室(5)がその内周にわたって周方向に延在する前記内壁(7)と、第1端壁(13)と、第2端壁(14)を備え、前記圧縮性インサート(6)と前記第1端壁(13)の間および/または前記圧縮性インサート(6)と前記第2端壁(14)の間に、複数の縦方向通路(9)との流体接続のための少なくとも1つの横方向通路(12)、又は複数の横方向通路(12)が設けられている、請求項1〜のいずれか一項に記載の継手。
  11. 前記均圧室(5)に接続された前記第1接続端部(3)の流体管(13)および/または前記均圧室(5)に接続された前記第2接続端部(4)の流体管(14)が、前記均圧室の内径Dの半分よりも小さな内径d、3分の1よりも小さな内径d、4分の1よりも小さな内径d、又は5分の1よりも小さな内径dを有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の継手。
  12. 少なくとも1つの流体管(13、14)が複数の横方向通路(12)を介して複数の縦方向通路(9)に接続されている、請求項11に記載の継手。
  13. 前記均圧室(5)が複数の部分(20、21)、又は2つの部分(20、21)からなり、この部分(20、21)が互いに材料結合式に連結されている、請求項1〜12のいずれか一項に記載の継手。
  14. 少なくとも1本の配管(2)と、この配管(2)の端部に接続された、請求項1〜11のいずれか一項に記載の少なくとも1個の管継手(1)、又は請求項1〜11のいずれか一項に記載の2個の管継手(1)を備え、前記配管(2)の各々の端部に管継手(1)が接続されている、管継手構造体。
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