KR102223297B1 - 기계관 및 구조관을 위한 기계적 커플링 - Google Patents

기계관 및 구조관을 위한 기계적 커플링 Download PDF

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안드류 엠. 시아술리
스코트 디. 마다라
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Abstract

구조관 연결용 커플링은 관을 수용하도록 중앙 공간을 둘러싸는 세그먼트들을 포함한다. 세그먼트 내면 상의 치형은 중앙 공간을 향하여 돌출되고 관의 외면과 체결될 때 관에 변형 구역을 형성한다. 관의 단부는 내면 상의 하나 이상의 텅과 맞닿고, 세그먼트에 있는 관찰 구멍을 통해 관의 안착 여부를 가시적으로 확인할 수 있다. 세그먼트의 내면에 있는 완화 포켓은 외향으로 변형되는 관의 일부를 수용한다. 삽입체가 중앙 공간 안에 존재할 수 있다. 삽입체는 자체 및 세그먼트 내면 사이에 관을 수용하는 공간을 형성한다. 삽입체는 변형 구역에 상당하는 관의 변형 영역을 수용하는 완화 채널을 가진다.

Description

기계관 및 구조관을 위한 기계적 커플링
관련 출원들의 상호 참조
본원은 2017.02.02자 출원된 미국가출원번호 62/453,548, 및 2017.04.06자 출원된 미국가출원번호 62/482,376의 우선권 이익을 주장하며, 두 가출원 모두 본원에서 참조로서 통합된다.
본 발명은 기계관 및 구조관을 결합하기 위한 커플링에 관한 것이다.
원형, 정사각형, 직사각형, 및 다각형 (예컨대 팔각형)을 포함한 통상의 기하 형상의 중공 강관이 공장 울타리 및 경량 구조체 예컨대 차고 또는 휴게 설비에서, 빌딩, 타워, 및 모든 타입의 트러스에 이르기 까지 광범위한 구조체 조립에 사용된다. 이러한 조립용 관은 (적용되는 기준에 따라) 통상 구조관 또는 기계관이라 칭하고, 또한 간판, 태양 전지판, 및 태양광 받침대를 포함한 모든 유형의 지지체에서 사용된다. 임의의 구조체를 위한 조립용 관은 때로 개별 조립용 관을 동축으로, 라인을 따라 서로 연결될 필요가 있다. 이러한 연결은 전형적으로 용접으로 이루어지나, 장시간을 요하고 현장에서 가용될 숙련 용접 기술자가 필요하다. 거싯형 및 볼트식 연결 또한 사용되나; 비록 현장-조립은 볼트로 진행되지만 이러한 연결은 여전히 조립 시설에서 조립용 관에 거싯을 용접할 필요가 있다. 용접된 조인트의 잠재적인 많은 결함은 눈으로 보이지 않으므로, 거싯 또는 현장 용접된 연결이든 용접된 조인트에 대한 추가적인 품질 검사가 때로 요청된다.
시설 또는 현장 용접없이 조인트를 완성할 수 있도록 기계적 조인트를 이용하여 조립용 관의 동축 연결을 개선할 필요성이 명백해진다.
본 발명의 하나의 측면은 조립용 관 요소들을 단부 대 단부 관계로 함께 결합하기 위한 예비-조립 커플링에 관한 것이다. 이러한 커플링의 예시적 구현예는 중앙 공간을 둘러싸고, 단부 대 단부로 연결되는 다수의 세그먼트를 포함한다. 각각의 세그먼트는 반대 단부에 하나의 세그먼트를 또 다른 세그먼트와 조정 가능하게 연결하기 위한 부착 부재를 가진다. 각각의 세그먼트는 상기 중앙 공간을 대향하는 내면을 가진다. 적어도 하나의 텅은 적어도 하나의 세그먼트의 내면에 위치한다. 적어도 하나의 텅은 중앙 공간을 향하여 돌출된다. 다수의 치형은 각각의 세그먼트의 내면에 위치한다. 치형은 중앙 공간을 향하여 돌출된다. 다수의 간격 유지구는 세그먼트들 사이에 위치한다. 간격 유지구는 중앙 공간 주위로 상기 세그먼트들을 이격 관계로 유지한다. 예시적 구현예에서, 간격 유지구는 조립용 관 요소들을 중앙 공간 안으로 삽입하기에 충분한 이격 관계로 세그먼트들을 유지하기에 적합하다.
하나의 예시적 구현예에서, 부착 부재는 세그먼트들 사이에서 연장되는 다수의 파스너를 포함한다. 본 실시예에서, 각각의 간격 유지구는 각자의 파스너의 적어도 일부를 포위한다. 파스너는 예를들면 너트 및 볼트를 포함한다. 추가 예시로써, 부착 부재는 다수의 러그를 포함한다. 각각의 러그는 하나의 파스너를 수용하는 구멍을 형성한다. 예시적 구현예에서, 적어도 하나의 세그먼트 상의 적어도 하나의 러그는 이로부터 연장되는 한 쌍의 돌기를 포함한다. 또 다른 세그먼트 상의 또 다른 러그는 돌기를 수용하기에 적합한 요홈을 형성한다.
예시로써, 적어도 하나의 텅은 다수의 구분 돌출부를 포함한다. 추가 실시예에서, 적어도 하나의 텅은 내면을 따라 세그먼트의 길이 방향으로 연장된다. 추가 실시예에서, 적어도 하나의 텅은 적어도 하나의 세그먼트의 반대측 간 중간에 위치한다.
예시적 구현예에서 제1 완화 홈 및 제2 완화 홈은 적어도 하나의 텅의 반대측의 내면에 위치하고, 완화 홈은 세그먼트을 따라 길이 방향으로 연장된다. 추가 실시예에서, 적어도 하나의 관찰 구멍 적어도 하나의 세그먼트에 위치한다.
예시적 구현예는 각각의 세그먼트의 반대 단부에 위치하는 제1 완화 포켓 및 제2 완화 포켓을 포함한다. 본 실시예에서 각각의 완화 포켓은 내면에 형성된다.
예시적 커플링 구현예는 중앙 공간 내부에 위치하는 삽입체를 더욱 포함한다. 삽입체는 삽입체 및 세그먼트의 내면 사이에 조립용 관 요소들을 수용하기 위한 공간을 형성하는. 특정 실시예에서, t 삽입체는 원통형 형상의 통을 포함한다. 추가 예시로써, 통은 보어를 형성한다. 더불어 예시로써, 삽입체는 서로 정반대로 위치하고 통으로부터 외향 돌출되는 제1 위치 결정 탭 및 제2 위치 결정 탭을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 삽입체는 통 주위로 원주방향으로 연장되는 플랜지를 포함한다. 예시적 구현예에서, 삽입체는 통을 따라 길이방향 연장되는 다수의 채널을 형성한다. 본 발명에 따른 예비-조립 커플링의 특정 예시적 구현예는 둘 이하의 세그먼트를 포함한다.
본 발명 또한 조립용 관 요소들을 결합하기 위한 커플링을 포괄한다. 예시적 커플링에서 각각의 관 요소는 커플링과 체결되는 단부를 가진다. 예시로써 커플링은 중앙 공간을 둘러싸고, 단부 대 단부로 연결되는 다수의 세그먼트들을 포함한다. 각각의 세그먼트는 반대 단부에 하나의 세그먼트를 또 다른 세그먼트와 조정 가능하게 연결하기 위한 부착 부재를 가진다. 각각의 세그먼트는 중앙 공간을 대향하는 내면을 가진다. 적어도 하나의 텅은 적어도 하나의 세그먼트의 내면에 위치하고. 적어도 하나의 텅은 중앙 공간을 향하여 돌출되고 중앙 공간 내부로 수용될 때 관 요소들의 단부와 체결된다. 다수의 치형은 각각의 세그먼트의 내면에 위치한다. 치형은 중앙 공간을 향하여 돌출된다.
예시적 구현예에서, 부착 부재는 세그먼트들 사이에서 연장되는 다수의 파스너를 포함한다. 특정 실시예에서 파스너는 너트 및 볼트를 포함한다. 추가 예시로써, 부착 부재는 다수의 러그를 포함한다. 각각의 러그는 하나의 파스너를 수용하는 구멍을 형성한다. 예시적 구현예에서, 적어도 하나의 세그먼트 상의 적어도 하나의 러그는 이로부터 연장되는 한 쌍의 돌기를 포함하고, 또 다른 세그먼트 상의 또 다른 러그는 돌기를 수용하기에 적합한 요홈을 형성한다.
예시적 구현예에서, 적어도 하나의 텅은 다수의 구분 돌출부를 포함한다. 추가 예시로써, 적어도 하나의 텅은 내면을 따라 세그먼트의 길이 방향으로 연장된다. 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 텅은 적어도 하나의 세그먼트의 반대측 간 중간에 위치한다. 예시적 커플링은 적어도 하나의 텅의 반대측에 위치하는 내면의 제1 완화 홈 및 제2 완화 홈을 더욱 포함한다. 본 실시예에서 완화 홈은 세그먼트을 따라 길이 방향으로 연장된다.
예시적 커플링 구현예는 적어도 하나의 세그먼트에 위치하는 적어도 하나의 관찰 구멍을 더욱 포함한다. 예시로써, 제1 완화 포켓 및 제2 완화 포켓은 각각의 세그먼트의 반대 단부에 위치한다. 본 실시예에서 각각의 완화 포켓은 내면에 형성된다.
예시적 커플링은 중앙 공간 내부에 위치하는 삽입체를 더욱 포함한다. 삽입체는 삽입체 및 세그먼트의 내면 사이에 조립용 관 요소들을 수용하기 위한 공간을 형성한다. 실시예에서, 삽입체는 원통형 형상의 통을 포함한다. 추가 예시로써, 통은 보어를 형성한다. 또 다른 예시적 구현예에서, 삽입체는 서로 정반대로 위치하고 통으로부터 외향 돌출되는 제1 위치 결정 탭 및 제2 위치 결정 탭을 포함한다.
추가 예시로써, 삽입체는 통 주위로 원주방향으로 연장되는 플랜지를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 삽입체는 통을 따라 길이방향 연장되는 다수의 채널을 형성한다. 특정 실시예에서, 본 발명에 따른 커플링은 둘 이하의 세그먼트들을 포함한다.
본 발명 또한 조인트를 포괄한다. 하나의 예시적 구현예에서, 조인트는 중앙 공간을 둘러싸고 서로 단부 대 단부로 연결되는 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 가지는 커플링을 포함한다. 각각의 세그먼트는 중앙 공간을 마주보는 내면을 포함한다. 다수의 치형은 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트의 내면에 위치한다. 치형은 중앙 공간을 향하여 돌출된다. 제1 조립용 관 요소는 중앙 공간 내부에 위치한다. 제2 조립용 관 요소는 중앙 공간 내부에 위치한다. 다수의 치형은 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 외면과 체결되고, 각각의 치형은 각각의 치형 및 제1 및 제2 조립용 관 요소의 외면 사이 접촉 지점에서 각자의 변형 구역을 형성한다. 변형 구역은 중앙 공간을 향하여 변경되는 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 각자의 일부를 포함한다.
예시적 구현예에서 조인트는 적어도 하나의 세그먼트의 내면에 위치하는 적어도 하나의 텅을 더욱 포함한다. 적어도 하나의 텅은 중앙 공간을 향하여 돌출된다. 제1 조립용 관 요소는 제1 측면에서 적어도 하나의 텅을 맞대는 단부를 가진다. 제2 조립용 관 요소는 제1 측면에 반대측인 제2 측면에서 적어도 하나의 텅을 맞대는 단부를 가진다. 예시로써, 적어도 하나의 관찰 구멍이 적어도 하나의 세그먼트에 배치된다. 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 단부는 적어도 하나의 관찰 구멍을 통해 보인다.
예시적 조인트는 각각의 세그먼트의 반대 단부에 위치하는 제1 완화 포켓 및 제2 완화 포켓을 더욱 포함한다. 각각의 완화 포켓은 각각의 세그먼트의 내면에 형성된다. 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 일부는 중앙 공간에서 멀어지도록 및 각각의 완화 포켓을 향하여 돌출되도록 변형된다.
예시적 조인트는 중앙 공간 내부에 위치하는 삽입체를 더욱 포함한다. 삽입체는 원통형 형상의 통을 포함한다. 통은 삽입체 및 세그먼트의 내면 사이에 원형 공간을 형성한다. 조립용 관 요소들은 원형 공간 내부에 수용된다. 추가 예시로써, 삽입체는 서로 정반대로 위치하고 통으로부터 외향 돌출되는 제1 위치 결정 탭 및 제2 위치 결정 탭을 포함한다. 제1 탭은 제1 세그먼트의 제1 관찰 구멍과 체결되고, 제2 탭은 제2 세그먼트의 제2 관찰 구멍과 체결된다. 또 다른 예시적 구현예에서, 삽입체는 통 주위로 원주방향으로 연장되는 플랜지를 포함한다. 제1 조립용 관 요소는 제1측면으로부터 플랜지에 맞대는 단부를 가진다. 제2 조립용 관 요소는 제1 측면에 반대측인 제2측면으로부터 플랜지에 맞대는 단부를 가진다. 추가의 예시적 구현예에서, 삽입체는 통을 따라 길이방향 연장되는 다수의 채널을 형성한다. 각각의 변형 구역은 각자의 하나의 채널 안으로 돌출된다.
본 발명 또한 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소 사이에서 조인트를 형성하는 방법을 포괄한다. 방법의 하나의 예시적 구현예는:
제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소를 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트에 의해 둘러싸인 중앙 공간 안으로 삽입하는 단계;
제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 중앙 공간을 향하여 당기는 단계;
세그먼트의 내면에 있는 치형 및 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 외면 사이 각자의 접촉 지점에서 조립용 관 요소들을 중앙 공간을 향하여 변형하는 단계를 포함한다.
예시적 방법은 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 각자의 단부와 적어도 하나의 세그먼트의 내면으로부터 외향 돌출되는 적어도 하나의 텅과 맞대는 단계를 더욱 포함한다.
예시적 방법은 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트의 반대 단부에 위치하는 완화 포켓과 체결되어 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 일부를 중앙 공간으로부터 멀어지도록 변형하는 단계를 더욱 포함한다.
예시적 방법은 중앙 공간 내부의 삽입체 및 세그먼트의 내면 사이에 형성되는 원형 공간 내부에 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소를 배치하는 단계를 더욱 포함한다.
예시적 방법은 삽입체로부터 외향 돌출되는 제1 위치 결정 탭 및 제2 위치 결정 탭과 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트의 각자의 제1 관찰 구멍 및 제2 관찰 구멍과 체결되어 중앙 공간 내부에서 삽입체의 위치 결정 단계를 더욱 포함한다.
예시적 방법은 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 각자의 단부와 삽입체 주위로 연장되는 플랜지를 맞대는 단계를 더욱 포함한다.
예시적 방법은 세그먼트의 내면의 치형 및 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 외면 사이의 접촉 지점에서 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 일부와 삽입체에 형성되는 길이방향 채널과 체결하는 단계를 더욱 포함한다.
도 1은 예비-조립 상태로 도시된 본 발명에 따른 예시적 커플링의 등각도;
도 2는 본 발명에 따른 커플링의 예시적 세그먼트의 등각도;
도 3은 조립용 관을 수용하는 예비-조립 상태의 예시적 커플링의 길이방향 단면도;
도 4는 본 발명에 따른 예시적 커플링에 의해 형성되는 조인트의 길이방향 단면도;
도 5는 도 1에 도시된 커플링을 이용하여 형성되는 예시적 조립용 관 조인트의 외관을 도시한 것이고;
도 6은 예비-조립 상태로 도시된 본 발명에 따른 또 다른 커플링의 예시적 구현예의 등각도;
도 7은 도 6에 도시된 커플링과 함께 사용되는 예시적 삽입체의 등각도;
도 8은 도 6에 도시된 커플링을 사용하여 형성되는 예시적 조립용 관 조인트의 외관을 도시한 것이고;
도 9는 조립용 관을 수용할 수 있는 예비-조립 상태의 도 6에 도시된 커플링의 길이방향 단면도;
도 10은 도 6에 도시된 커플링에 의해 형성되는 조인트의 길이방향 단면도;
도 11은 본 발명에 따른 또 다른 커플링 세그먼트의 예시적 구현예의 등각도; 및
도 12는 도 11에 도시된 커플링 세그먼트를 사용하여 본 발명에 따라 조립된 기계적 커플링의 축방향도이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 기계적 커플링 (10)을 도시한 것이다. 커플링 (10)은 단부-대-단부로 연결되고 중앙 공간 (16)을 포위하는 두 개의 세그먼트 (12, 14)를 포함한다. 본 실시예에서 볼트식 러그 (20)를 포함하는 부착 부재 (18)로 세그먼트들은 파스너, 예컨대 볼트 (21) 및 너트 (22)로 조정 가능하게 함께 연결된다. 각각의 세그먼트 (12, 14)는 돌기 (30) 및 요홈 (32)을 더욱 포함한다. 간격 유지구 (36)는 세그먼트들 (12, 14) 사이에서 볼트 (21)를 포위하고 세그먼트 (12, 14)를 예비-조립 상태에서 이격 관계로 지지하도록 기능한다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트 (12, 14) (세그먼트 (12) 가 도시됨)는 내면 (40)을 가진다. 텅 (42)은 내면 (40)에서부터 중앙 공간 (16)으로 반경 방향으로 내향 돌출된다. 텅 (42)은 내면 (40) 주위로 연속 연장되거나 또는 (도 2에 표현된 바와 같이) 구분 돌출부들을 포함할 수 있다. 텅 (42)에 인접하게 완화 홈 (44)이 중앙 공간에서부터 멀리 외향으로 따라서 내면 (40) 안으로 연장된다. 홈 (44)은 조립용 관 요소의 임의의 말단 플레어가 하기와 같이 변형될 때 수용할 수 있는 여유를 제공한다. 다수의 치형 (46)이 내면 (40)으로부터 중앙 공간 (16)을 향하여 내향 돌출된다. 하나 이상의 관찰 구멍 (48)이 텅 (42)이 연속되는 경우에는 텅 (42)에, 또는 텅 (42)이 (도시된 바와 같이) 구분 돌출부로 구성될 때 구분 돌출부들 사이에 놓인다.
도 3에 도시된 바와 같이, 조립용 관 요소들 (50, 52)을 연결하기 위하여 사용될 때, 커플링 (10)은 예비-조립 상태로 사용자에게 제공되되, 세그먼트들 (12, 14)은 연결 부재 (18)에서 볼트 (21) 및 너트 (22)로 서로 연결된다 (도 1 참고). 간격 유지구 (36)는 세그먼트 (12, 14)를, 조립용 관 (50)의 단부 (51)가 세그먼트들 (12, 14) 사이를 (돌출 치형 (46)을 포함하여) 통과하여, 중앙 공간 (16)에 삽입되고 텅 (42)에 맞닿을수 있는 정도로 충분하게, 중앙 공간 (16) 주위로 이격 관계로 고정시킨다. 조립용 관 (52)의 단부 (53) 또한 중앙 공간 (16) 안으로 삽입되어 조립용 관 (50)의 단부 (51)를 마주보고 또한 텅 (42)에 맞닿는다. 이어 볼트 (21) 및 너트 (22)가 조여지면 (도 1 참고), 점차 간격 유지구 (36)가 붕괴되고 세그먼트들 (12, 14)은 서로를 향하여 당겨져, 돌기 (30)는 요홈 (32) 내부에 놓이고 치형 (46)은 조립용 관 (50, 52) 각자의 외면 (54, 56)과 긴미하게 접촉된다. 도 1 및 4에 도시된 바와 같이, 볼트 (21) 및 너트 (22)의 조립체를 더욱 조이면 각각의 치형 (46)과의 접촉 지점에 조립용 관 (50, 52)의 국부 변형 구역 (70)이 생긴다. 이들 국부 변형 구역 (70)은 커플링 (10) 및 조립용 관 (50, 52) 간의 견고한 교합 접촉을 보장하여, 커플링 (10)으로 생성되는 조인트의 내인장성과 비틀림 및 휨 강도를 증가시킨다. 조립용 관 (50, 52)의 각각의 단부 (51, 53)와 텅 (42) 간의 맞무는 접촉으로 압축 하중은 직접 텅 (42)을 통해 전달된다.
도 5는 커플링 (10)과 조립용 관 (50, 52)의 완성 조립체를 관찰 구멍 (48)을 직접 보는 위치에서 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 관찰 구멍 (48)으로 사용자는, 구조관 (50, 52)의 단부 (51, 53) 지점, 및 따라서 텅 (42)과의 맞닿음을 가시적으로 확인할 수 있다.
도 6 및 9에 도시된 또 다른 예시적 구현예에서, 세그먼트 (120, 140)를 포함하는 본 발명에 따른 커플링 (100)은 관 (50, 52)의 단부 (51, 53) 내부에서 수용되도록 설계되는 삽입체 (80)와 함께 사용될 수 있다. 더욱 하기되는 바와 같이, 삽입체 (80)는 각자 관 (50, 52)의 내면 (58, 59)을 지지하도록 작용한다. 도 7에서 최적으로 보이는 바와 같이, 삽입체 (80)는 통 (89)을 포함하되, 플랜지 (81)는 통 (89)의 원주 주위로 반경 방향으로 돌출된다. 위치 결정 탭 (82)은 플랜지 (81)로부터 반경 방향으로 외향 돌출된다. 채널 (83)이 통 (89)에 놓이되 세그먼트 (120, 140)의 치형 (46) 지점에 상응하도록 이격적으로 설계된다 (도 6 참고).
커플링 (100)은 도 6에 도시된 예비 조립된 조건으로 사용자에게 제공되고, 세그먼트들 (120, 140)은 볼트 (21) 및 너트 (22)에 의해 연결 부재 (18)에서 서로 연결된다. 삽입체 (80)는 중앙 공간 (16) 내부에 놓인다. 예시적 구현예에서, 위치 결정 특징부 예컨대 위치 결정 탭 (82)은 중앙 공간 (16) 내부에서 세그먼트들 (120, 140) 사이에 삽입체 (80)를 배치하고 중심에 놓이도록 기능한다. 도 8에 도시된 구현예에서, 위치 결정 탭 (82)은 하나 이상의 관찰 구멍 (48)과 체결되고, 이러한 체결로 인하여 조립 전 및 과정에서 삽입체 (80)가 배치되고 중심에 놓이게 되고, 한편 사용자는 조립 후 조인트 내부에서 삽입체 (80)의 위치 및 배향을 확인할 수 있다. 위치 결정 탭 (82)이 점유하지 않는 추가적인 관찰 구멍 (48)이 제공됨으로써 상기된 바와 같이 사용자는 조립된 조인트 내부에서 조립용 관 (50, 52)의 위치를 확인할 수 있다. 도 6 및 9에서 도시된 바와 같이, 세그먼트들 (120, 140)은 중앙 공간 (16) 주위로 간격 유지구 (36)에 의해 이격 관계로 유지되되, 조립용 관 (50)이 중앙 공간 (16)으로 삽입되고 단부 (51)는 플랜지 (81)와 맞대도록 조립용 관 (50)의 단부 (51)가 세그먼트들 (120, 140) (돌출 치형 (46) 포함) 사이 및 삽입체 (80)의 통 (89) 위를 지나기에 충분하도록 유지된다. 유사한 방식으로, 이어 조립용 관 (52)의 단부 (53)가 중앙 공간 (16) 안으로 통 (89) 위를 지나 조립용 관 (50)의 단부 (51)와 마주하고 또한 플랜지 (81)에 맞닿는다. 이어 볼트 (21) 및 너트 (22)가 조여져, 점차 간격 유지구 (36)가 붕괴되고 세그먼트들 (120, 140)은 서로, 및 요홈 (32) 내부에서 위치 결정 돌기 (30)는 당겨지고 (도 6 참고) 치형 (46)은 각자의 조립용 관 (50, 52)의 외면 (54, 56)과 견고하게 접촉된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 볼트 (21) 및 너트 (22)의 조립체를 계속하여 조이면 각각의 치형 (46)과 접촉하는 지점에서 조립용 관 (50, 52)의 국부 변형 구역 (70)이 생기고, 이러한 국부 변형 구역 (70)은 삽입체 (80)의 채널 (83) 안으로 밀려 들어간다. 본 구현예에서, 각각의 세그먼트 (120, 140)는 텅 (42)이 없고 (도 3 참고), 조립용 관 (50, 52)을 통한 압축 하중은 대신 조립용 관 (50, 52)의 각각의 단부 (51, 53)와 삽입체 (80)의 플랜지 (81) 간의 맞대기 접촉에 의해 전달된다.
채널 (83)을 가지는 삽입체 (80)를 사용하면 치형 (46)이 조립용 관 (50, 52)의 외면 (54, 56)과 견고하고 교합적 접촉으로 결착될 뿐 아니라, 국부 변형 구역 또한 채널 (83) 안으로 밀려 들어가 커플링 (100) 및 조립용 관 (50, 52) 간에 기계적 맞물림을 증가시키므로, 커플링 (100)에 의해 형성되는 조인트의 내인장성, 휨 강도, 및 특히 비틀림 강도가 증가된다. 삽입체 (80)는 보어 (84) (도 7 참고)를 가지는 것으로 묘사되지만 또한 보어 (84)가 없는 중실 부재를 포함하고, 이는 보어 (84)의 직경이 삽입체 (80)의 강도, 및 따라서 삽입체 (80)가 조립용 관들 (50, 52)이 세그먼트 (120, 140)에 의해 변형될 때 이들에 제공할 수 있는 지지력에 영향을 미치는 경우 그러하다.
도 9 및 11에 도시된 바와 같이, 삽입체 (80)와 함께 커플링 (100)을 사용할 때, 세그먼트 (120, 140)의 내면 (40)에 완화 포켓 (122)이 제공되는 것이 유리하다. 완화 포켓 (122)은 도 11에 도시된 세그먼트 (120)에 예시로 묘사된다. (명백하도록 과도하게) 도 12에서 최적으로 보이는 바와 같이, 완화 포켓 (122)은 조립용 관 (50, 52)을 구성하는 재료가 치형 (46)에 의해 변경될 때 유동되는 유격을 제공한다. 볼트 (21) 및 너트 (22)가 조여질 때 조립용 관 (50, 52)은 세그먼트 (120, 140) 및 삽입체 (80) 사이에 끼워지므로, 커플링 (100)을 포함한 조인트가 형성된다. 조립용 관 (50, 52)에 대한 약간의 조절된 외향 변형을 완화 포켓 (122)으로 유도하면, 조립용 관 (50, 52) 및 커플링 (100) 간의기계적 인터록이 더욱 개선되고, 조인트에 작용하는 비틀림 힘에 대한 저항성이 개선된다.
본 발명에 따른 커플링 (10, 100)은 단면이 원형인 조립용 관에 대하여 묘사된 예시적 구현예들로 도시되지만, 세그먼트의 (및 따라서 내면 (40)) 형상을 관의 형상과 일치시킴으로써 본 발명에 따른 커플링은 본 분야에서 알려진 기타 닫힌 형상, 예컨대 사각형 및 다각형의 조립용 관에 대하여 사용될 수 있다. 더불어, 커플링 (10, 100)은 두 개의 커플링 세그먼트들로 이루어진 예시적 구현예들로 도시되지만, 커플링이 단부 대 단부들이 연결되는 두 개를 초과하는 세그먼트들을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 특히 단면이 원형이 아닌 결합 조립용 관인 경우 유리하다. 예로써, 단면이 원형이 아닌 결합 조립용 관일 때, 커플링이 사각 조립용 관의 코너 근처에 놓이는 파스너에 의해 단부 대 단부 연결되는 4개의 세그먼트들을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 커플링은 현장 또는 시설에서의 용접이 필요하지 않을 뿐 아니라, 높은 압축, 인장 및 비틀림 하중을 전달할 수 있는 조립용 관의 조인트를 제공할 수 있다.

Claims (52)

  1. 조립용 관 요소들을 단부 대 단부 관계로 함께 결합하기 위한 예비-조립 커플링으로서, 상기 커플링은:
    중앙 공간을 둘러싸고, 단부 대 단부로 연결되는 다수의 세그먼트로서, 각각의 상기 세그먼트는 반대 단부에 하나의 세그먼트를 또 다른 세그먼트와 조정 가능하게 연결하기 위한 부착 부재를 가지고, 각각의 상기 세그먼트는 상기 중앙 공간을 대향하는 내면을 가지는 다수의 세그먼트;
    적어도 하나의 상기 세그먼트의 상기 내면에 일체로 형성되고, 상기 중앙 공간을 향하여 돌출되어 압축 하중이 직접 전달되는 적어도 하나의 텅;
    각각의 상기 세그먼트의 상기 내면에 위치하고, 상기 중앙 공간을 향하여 돌출되는 다수의 치형;
    상기 세그먼트들 사이에 위치하고, 상기 중앙 공간 주위로 상기 세그먼트들을 이격 관계로 유지하기 위한 다수의 간격 유지구를 포함하는, 예비-조립 커플링.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부착 부재는 상기 세그먼트들 사이에서 연장되는 다수의 파스너를 포함하고, 각각의 상기 간격 유지구는 각자의 상기 파스너의 적어도 일부를 둘러싸는, 예비-조립 커플링.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파스너는 너트 및 볼트를 포함하는, 예비-조립 커플링.
  4. 제2항에 있어서, 상기 부착 부재는 다수의 러그를 포함하고, 각각의 상기 러그는 하나의 상기 파스너를 수용하는 구멍을 형성하는, 예비-조립 커플링.
  5. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 상기 세그먼트 상의 적어도 하나의 상기 러그는 이로부터 연장되는 한 쌍의 돌기를 포함하고, 또 다른 상기 세그먼트 상의 또 다른 상기 러그는 상기 돌기를 수용하는 요홈을 형성하는, 예비-조립 커플링.
  6. 제1항에 있어서, 상기 간격 유지구는 상기 조립용 관 요소들이 상기 중앙 공간 안으로 삽입되기에 충분하도록 상기 세그먼트들을 상기 이격 관계로 유지하는, 예비-조립 커플링.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 텅은 다수의 구분 돌출부를 포함하는, 예비-조립 커플링.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 텅은 상기 내면을 따라 상기 세그먼트의 길이 방향으로 연장되는, 예비-조립 커플링.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 텅은 상기 적어도 하나의 세그먼트의 반대측 간 중간에 위치하는, 예비-조립 커플링.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 텅의 반대측에 위치하는 상기 내면의 제1 완화 홈 및 제2 완화 홈을 더욱 포함하고, 상기 완화 홈들은 상기 세그먼트를 따라 길이 방향으로 연장되는, 예비-조립 커플링.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 세그먼트에 위치하는 적어도 하나의 관찰 구멍을 더욱 포함하는, 예비-조립 커플링.
  12. 제1항에 있어서, 각각의 상기 세그먼트의 반대 단부에 위치하고, 상기 내면에 형성되는 제1 완화 포켓 및 제2 완화 포켓을 더욱 포함하는, 예비-조립 커플링.
  13. 제1항에 있어서, 상기 중앙 공간 내부에 위치하는 삽입체를 더욱 포함하고, 상기 삽입체는 상기 삽입체 및 상기 세그먼트의 상기 내면 사이에 상기 조립용 관 요소들을 수용하기 위한 공간을 형성하는, 예비-조립 커플링.
  14. 제13항에 있어서, 상기 삽입체는 원통형 형상의 통을 포함하는, 예비-조립 커플링.
  15. 제14항에 있어서, 상기 통은 보어를 형성하는, 예비-조립 커플링.
  16. 제14항에 있어서, 상기 삽입체는 서로 정반대로 위치하고 상기 통으로부터 외향 돌출되는 제1 위치 결정 탭 및 제2 위치 결정 탭을 포함하는, 예비-조립 커플링.
  17. 제14항에 있어서 상기 삽입체는 상기 통 주위로 원주방향으로 연장되는 플랜지를 포함하는, 예비-조립 커플링.
  18. 제14항에 있어서, 상기 삽입체는 상기 통을 따라 길이방향 연장되는 다수의 채널을 형성하는, 예비-조립 커플링.
  19. 제1항에 있어서, 둘 이하의 상기 세그먼트를 포함하는, 예비-조립 커플링.
  20. 조립용 관 요소들을 결합하기 위한 커플링으로서, 각각의 상기 관 요소는 상기 커플링과 체결되는 단부를 가지고, 상기 커플링은:
    중앙 공간을 둘러싸고, 단부 대 단부로 연결되는 다수의 세그먼트로서, 각각의 상기 세그먼트는 반대 단부에 하나의 세그먼트를 또 다른 세그먼트와 조정 가능하게 연결하기 위한 부착 부재를 가지고, 각각의 상기 세그먼트는 상기 중앙 공간을 대향하는 내면을 가지는 다수의 세그먼트;
    적어도 하나의 상기 세그먼트의 상기 내면에 일체로 형성되고, 상기 중앙 공간을 향하여 돌출되고 상기 중앙 공간 내부로 수용될 때 상기 관 요소들의 상기 단부와 체결되어 압축 하중이 직접 전달되는 적어도 하나의 텅;
    각각의 상기 세그먼트의 상기 내면에 위치하고, 상기 중앙 공간을 향하여 돌출되는 다수의 치형을 포함하는, 커플링.
  21. 제20항에 있어서, 상기 부착 부재는 상기 세그먼트들 사이에서 연장되는 다수의 파스너를 포함하는, 커플링.
  22. 제21항에 있어서, 상기 파스너는 너트 및 볼트를 포함하는, 커플링.
  23. 제21항에 있어서, 상기 부착 부재는 다수의 러그를 포함하고, 각각의 상기 러그는 하나의 상기 파스너를 수용하는 구멍을 형성하는, 커플링.
  24. 제23항에 있어서, 적어도 하나의 상기 세그먼트 상의 적어도 하나의 상기 러그는 이로부터 연장되는 한 쌍의 돌기를 포함하고, 또 다른 상기 세그먼트 상의 또 다른 상기 러그는 상기 돌기를 수용하는 요홈을 형성하는, 커플링.
  25. 제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 텅은 다수의 구분 돌출부를 포함하는, 커플링.
  26. 제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 텅은 상기 내면을 따라 상기 세그먼트의 길이 방향으로 연장되는, 커플링.
  27. 제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 텅은 상기 적어도 하나의 세그먼트의 반대측 간 중간에 위치하는, 커플링.
  28. 제27항에 있어서, 상기 적어도 하나의 텅의 반대측에 위치하는 상기 내면의 제1 완화 홈 및 제2 완화 홈을 더욱 포함하고, 상기 완화 홈들은 상기 세그먼트를 따라 길이 방향으로 연장되는, 커플링.
  29. 제20항에 있어서, 적어도 하나의 상기 세그먼트에 위치하는 적어도 하나의 관찰 구멍을 더욱 포함하는, 커플링.
  30. 제20항에 있어서, 각각의 상기 세그먼트의 반대 단부에 위치하고, 상기 내면에 형성되는 제1 완화 포켓 및 제2 완화 포켓을 더욱 포함하는, 커플링.
  31. 제20항에 있어서, 상기 중앙 공간 내부에 위치하는 삽입체를 더욱 포함하고, 상기 삽입체는 상기 삽입체 및 상기 세그먼트의 상기 내면 사이에 상기 조립용 관 요소들을 수용하기 위한 공간을 형성하는, 커플링.
  32. 제31항에 있어서, 상기 삽입체는 원통형 형상의 통을 포함하는, 커플링.
  33. 제32항에 있어서, 상기 통은 보어를 형성하는, 커플링.
  34. 제32항에 있어서, 상기 삽입체는 서로 정반대로 위치하고 상기 통으로부터 외향 돌출되는 제1 위치 결정 탭 및 제2 위치 결정 탭을 포함하는, 커플링.
  35. 제32항에 있어서 상기 삽입체는 상기 통 주위로 원주방향으로 연장되는 플랜지를 포함하는, 커플링.
  36. 제32항에 있어서, 상기 삽입체는 상기 통을 따라 길이방향 연장되는 다수의 채널을 형성하는, 커플링.
  37. 제20항에 있어서, 둘 이하의 상기 세그먼트를 포함하는, 커플링.
  38. 조인트로서, 상기 조인트는:
    중앙 공간을 둘러싸고 서로 단부 대 단부로 연결되는 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 가지며, 각각의 상기 세그먼트는 상기 중앙 공간을 마주보는 내면을 포함하는 커플링;
    상기 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트의 상기 내면에 위치하고, 상기 중앙 공간을 향하여 돌출되는 다수의 치형;
    상기 중앙 공간 내부에 위치하는 제1 조립용 관 요소;
    상기 중앙 공간 내부에 위치하는 제2 조립용 관 요소를 포함하고;
    상기 다수의 치형은 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 외면과 체결되고, 각각의 상기 치형은 각각의 상기 치형 및 상기 제1 및 제2 조립용 관 요소의 상기 외면 사이 접촉 지점에서 각자의 변형 구역을 형성하고, 상기 변형 구역은 상기 중앙 공간을 향하여 변경되는 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 각자의 일부를 포함하는, 조인트.
  39. 제38항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 세그먼트의 상기 내면에 위치하고, 상기 중앙 공간을 향하여 돌출되는 적어도 하나의 텅; 을 더욱 포함하고,
    상기 제1 조립용 관 요소는 제1 측면에서 상기 적어도 하나의 텅을 맞대는 단부를 가지고, 상기 제2 조립용 관 요소는 상기 제1 측면에 반대측인 제2 측면에서 상기 적어도 하나의 텅을 맞대는 단부를 가지는, 조인트.
  40. 제38항에 있어서, 적어도 하나의 상기 세그먼트에서 적어도 하나의 관찰 구멍을 더욱 포함하고, 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 단부는 상기 적어도 하나의 관찰 구멍을 통해 보이는, 조인트.
  41. 제38항에 있어서, 각각의 상기 세그먼트의 반대 단부에 위치하는 제1 완화 포켓 및 제2 완화 포켓을 더욱 포함하고, 각각의 상기 완화 포켓은 각각의 상기 세그먼트의 상기 내면에 형성되고, 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 일부는 상기 중앙 공간에서 멀어지도록 및 각각의 상기 완화 포켓을 향하여 돌출되도록 변형되는, 조인트.
  42. 제38항에 있어서, 상기 중앙 공간 내부에 위치하는 삽입체를 더욱 포함하고, 상기 삽입체는 원통형 형상의 통을 포함하고, 상기 통은 상기 삽입체 및 상기 세그먼트의 상기 내면 사이에 원형 공간을 형성하고, 상기 조립용 관 요소들은 상기 원형 공간 내부에 수용되는, 조인트.
  43. 제42항에 있어서, 상기 삽입체는 서로 정반대로 위치하고 상기 통으로부터 외향 돌출되는 제1 위치 결정 탭 및 제2 위치 결정 탭을 포함하고, 상기 제1 위치 결정 탭은 상기 제1 세그먼트의 제1 관찰 구멍과 체결되고, 상기 제2 위치 결정 탭은 상기 제2 세그먼트의 제2 관찰 구멍과 체결되는, 조인트.
  44. 제42항에 있어서 상기 삽입체는 상기 통 주위로 원주방향으로 연장되는 플랜지를 포함하고, 상기 제1 조립용 관 요소는 제1측면으로부터 상기 플랜지에 맞대는 단부를 가지고, 상기 제2 조립용 관 요소는 상기 제1 측면에 반대측인 제2측면으로부터 상기 플랜지에 맞대는 단부를 가지는, 조인트.
  45. 제42항에 있어서, 상기 삽입체는 상기 통을 따라 길이방향 연장되는 다수의 채널을 형성하고, 각각의 상기 변형 구역은 각자의 하나의 상기 채널 안으로 돌출되는, 조인트.
  46. 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소 사이에서 조인트를 형성하는 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소를 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트에 의해 둘러싸인 중앙 공간 안으로 삽입하는 단계;
    상기 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 상기 중앙 공간을 향하여 당기는 단계;
    상기 세그먼트의 내면에 있는 치형 및 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 외면 사이 각자의 접촉 지점에서 상기 조립용 관 요소들을 상기 중앙 공간을 향하여 변형하는 단계를 포함하는, 방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 각자의 단부와 적어도 하나의 상기 세그먼트의 상기 내면으로부터 외향 돌출되는 적어도 하나의 텅과 맞대는 단계를 더욱 포함하는, 방법.
  48. 제46항에 있어서, 상기 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트의 반대 단부에 위치하는 완화 포켓과 체결되어 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 일부를 상기 중앙 공간으로부터 멀어지도록 변형하는 단계를 더욱 포함하는, 방법.
  49. 제46항에 있어서, 상기 중앙 공간 내부의 삽입체 및 상기 세그먼트의 상기 내면 사이에 형성되는 원형 공간 내부에 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소를 배치하는 단계를 더욱 포함하는, 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 삽입체로부터 외향 돌출되는 제1 위치 결정 탭 및 제2 위치 결정 탭과 상기 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트의 각자의 제1 관찰 구멍 및 제2 관찰 구멍과 체결되어 상기 중앙 공간 내부에서 상기 삽입체의 위치 결정 단계를 더욱 포함하는, 방법.
  51. 제49항에 있어서, 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 각자의 단부와 상기 삽입체 주위로 연장되는 플랜지를 맞대는 단계를 더욱 포함하는, 방법.
  52. 제49항에 있어서, 상기 세그먼트의 상기 내면의 상기 치형 및 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 상기 외면 사이의 상기 접촉 지점에서 상기 제1 조립용 관 요소 및 제2 조립용 관 요소의 일부와 상기 삽입체에 형성되는 길이방향 채널과 체결하는 단계를 더욱 포함하는, 방법.
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