JP2006242385A - 成形シールリングと排出手段を装備した挿入カップリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプピング効果を排除した、成形シールリングを備えた改良した挿入カップリング装置を提供する。
【解決手段】互いに軸方向に挿入可能なソケット２０とプラグ１を有する、成形シールリングを装備した挿入カップリング装置であって、その成形シールリングがプラグ１に設けた周溝５内に配設されたリップパッキング６として装着されている。リップパッキング６の周囲に複数の排出溝や多数の突起を設け、又は、プラグの溝側面の領域に、互いに等間隔に複数の貫通穴を設ける。挿入カップリング装置に脈動する負荷が加わった場合、周溝５の底に形成される一つのポンプピング空間１５から圧力媒体を排出又は吸入をすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、成形シールリングと排出手段を装備した挿入カップリング装置に関する。より詳しくは、本発明は、成形シールリングを装備した挿入カップリング装置であって、互いに軸方向に挿入可能なソケットとプラグを有し、その成形シールリングが該プラグに設けた周溝内に配設されたリップパッキングとして装着されている挿入カップリング装置に係わるものである。

挿入カップリング装置の機能およびこの装置と共に使用される成形シールリングに関しては、同じ出願人の特許文献１に記載されたものが存在する。さらに、成形シールリングの現技術水準として、特許文献２に記載された二翼状のシールリングが存在している。

そのような成形シールリングは、挿入に必要な力が小さいため、主に挿入継手に対して使用されている。もっとも、挿入カップリング装置では、プラグの中に周溝を成形する際にかなり不正確さを伴い、加えて、溝の深さが浅いという問題がある。何故ならば、プラグ全体を深絞り部品として形成すると溝の深さが浅くなってしまうからである。そのほか、これは周溝を機械的な材料除去法で作製した場合には異なる。

薄板部品として形成されているプラグを使用するため、プラグとソケットの間のシール接続部の領域の許容誤差がかなり大きいという難点が生じる。何故なら、説明したように、プラグは主に薄板部品からなり、ソケットは異なったタイプの素材、例えばプラスチック、ダイキャストおよび他の金属材料のような素材で構成されているからである。更に、このソケットは旋盤加工部品としてあるいは深絞り部品として形成できる。

従って、挿入カップリング装置を装着する場合、プラグに関連する軸方向の案内長さが短いため、大きな角度の遊びも生じる。このように説明したこれ等の理由により、上述した特許文献の内容によるリップパッキングを広範囲に使用することが主流になっている。

−200 mbar〜＋４ barの過圧の範囲で挿入カップリング装置の負荷が脈動している場合において、パルス衝撃が挿入カップリング装置に生じると、シール接続部に対して異常に大きな負荷が生じる。これ等の圧力衝撃の外に、ソケットとプラグの間の相対運動も重畳し、これはリップパッキングには高度な要求が求められることになる。

特許文献２によるリップパッキングは、非常に精密に作製された周溝と関連してのみ機能する。何故なら、リップパッキングの両方の脚部が周溝の側部に実際に形状が合うように接続していて、これにより自由空間が全く形成されないからである。それ故、脈動する同じ負荷では、上に説明した挿入カップリング装置の場合のように、リップパッキングの静止的脚部の持ち上がり効果あるいは押しのけ効果も生じない。

従来のリップパッキングを有する挿入カップリング装置では、負荷が脈動している場合、所謂ポンピング効果が生じる。この場合、リップパッキングはそのベース脚部と共に後方の溝側面の上をずれ、そのためＣ字状の輪郭外形にされたリップパッキングのベース脚部と溝側面の間にシール作用が生じる。

同時に、運動的な脚部も膨らみ、これにより運動的脚部とベース脚部への引っ張りが生じ、周溝の底に真空が生じる。何故なら、ベース脚部が静止的脚部と共に周溝から持ち上がるからである。媒体は加圧側からそのように生じた中空空間の中に吸引される。何故ならば、静止的脚部が湾曲し、背面とベース脚部が周溝のリング状に周回するシール側面のところを過度に強く密閉するからである。圧力空間から圧力が消失すると、リップパッキングは圧力負荷に逆らう方向で前方に移動し、これによって溝の側面でのシール作用が弱まり、媒体が過圧にされている中空空間から外部空間に排出される。

これが、以下に説明する本発明の特徴構成によって防止されるポンピング効果である。

ドイツ国特許出願公開第 ＤＥ １０ ２００４ ０１９８００号公報 ドイツ国特許公告第 ２４ １３ ７５０号公報

本発明の課題は、このようなポンピング効果を排除した、成形シールリングを備えた改良した挿入カップリング装置を提供することである。

本発明は、成形シールリングを装備した挿入カップリング装置であって、互いに軸方向に挿入可能なソケット（２０）とプラグ（１）を有し、その成形シールリングが該プラグ（１）に設けた周溝（５）内に配設されたリップパッキング（６）として装着されている挿入カップリング装置において、該挿入カップリング装置に脈動する負荷が加わった場合、周溝（５）の底に形成される一つのポンピング空間（１５）が排出又は吸入をすることができるように形成されていることを特徴とする。

本発明の重要な特徴は、挿入カップリング装置の負荷が脈動する場合でも、周溝の底に生じるポンピング空間から圧力媒体を排出できる点にある。

本発明の好適な構成では、リップパッキングの周囲に配分して配置されている複数の排出溝を通して圧力媒体に対する接続が行われるようにされている。

別の構成では、ベース脚部のシール作用を解除する排出溝の代わりに、周囲に均等に分布して配設され、ベース脚部の外周上に突き出ている多数の突起がベース脚部の上に配設されている。これ等の突起と突起の間で、プラグの周溝の領域にあるポンピング空間と外部空間の間に空気導通接続部が生じる。それによって、ポンピング空間から圧力媒体を排出できる。

ベース脚部の上に突き出ている直径の大きな突起を配設する代わりに、運動的に逆なことを行うのと等価な種々の手段をプラグの溝側面の領域で採用することもできる。この場合、第一の構成では、プラグに周設されていて、互いに等間隔になっている複数の貫通穴が溝側面の領域にあり、これ等の貫通穴もプラグの周溝のポンピング空間を外部室に連通する。

前記の貫通穴の代わりに、溝側面の領域に周設した窪みを設けてもよく、それによりプラグの溝の領域にあるポンピング空間と外部空間の間に空気導通接続部が同じように生じる。

本発明は、リップパッキングとしてＣ字状の輪郭外形にされたリングが使用されていて、このリングが軽くて薄いリップ形状になっているため、小さな挿入に必要な力が生じるという利点がある。例えば、静止的脚部の厚さが運動的脚部の厚さの三倍であってもよい。

本発明の更に発展させた構成では、静止的脚部の領域に外向きで溝の底に対して接するシール***部をこの静止的脚部に設けている。これにより、一定のシールエッジが形成される。

本発明の他の構成では、プラグが、生じたポンピング空間の領域にプラグの本体を貫通する一つの吸気・排気穴を有し、この穴が生じたポンピング空間を連続的に吸入・排出する。また、比較的薄いベース本体を使用し、このベース本体が運動的脚部の厚さの約二倍になっていれば好ましい。

本発明の核心は、リブ、窪み、突起および似たような幾何学形状が存在し、それ等がＣ字状の輪郭外形にされたリップパッキングのベース脚部でポンピング空間と外部空間の間に空気導通接続部を形成し、その場合、このポンピング空間が、静止的脚部の外周でプラグに周設する周溝の内壁に向けて形成されている点にある。

提示した技術的な内容を用いると、Ｃ字状の外形にされたリップパッキングを使用するため、挿入に必要な力が小さくなるという利点が生じる。従って、溝の深さが浅い場合、周溝を精度悪く形成しても構わない。何故なら、ポンプ効果を排除しているので、周溝の幾何学形状で特に要求されることがないからである。従って、そのようなプラグの製造コストは特に低くなる。このプラグは、安価な薄板材料から深絞りで作製することができる。それ故、プラグとソケットの間の許容誤差も大きくなっている。丁度同じように、差込本体とソケットの両方の軸の間に大きな角度の遊びが可能で、それは±５°の範囲内でもよい。−２００ｍｂａｒ乃至＋４ｂａｒの過圧範囲内で媒体の脈動する負荷もカバーでき、寿命が長くなる。パッキングを軽量に作製しているため、材料の投入量も少なくなる。

本発明の新規な内容は、単に個々の特許請求項の内容からだけでなく、個々の特許請求項の相互の組み合わせからも与えられる。

要約書を含めた本明細書中に開示されている全ての開示事項と特徴構成、特に図面に示す空間的な構成は、それ等が個々にあるいは組み合わせで現技術水準に比べて新規である限り、発明として特許請求されている。

以下では、複数の実施態様を示す図面に基づき、本発明をより詳しく説明する。この場合、それ等の図面および図面の簡単な説明から本発明の他の主要な特徴構成と利点が明らかにされる。

先ず、図５と６に基づき、従来のリップパッキングの場合に起きたポンプ効果を説明する。図５は、従来の挿入カップリング装置を示し、この装置は、好ましくは、薄板金属成形部品として形成されているプラグ１を有する。このプラグ１は、周回する内部空間２を形成し、この内部空間内に、ここでは図示していないホースからの気体又は液体の充填が行われる。

図にないホースは内部空間を圧力媒体３で満たし、この圧力媒体は矢印方向１２に挿入カップリング装置に作用する。プラグ１に対する対向部材はソケット２０に形成されていて、プラグ１とソケット２０の中間の空間に新規なリップパッキング６が配設されている。ソケット２０でプラグ１を密封するため、一つの周溝５をこのプラグ１の薄板材料の中に成形して、この周溝５の中に先に述べたＣ字形状のリップパッキング６を装着する。リップパッキング６は、一つの静止的脚部８を有しており、この脚部はその先端部に配設されている下部シール***部２２によってシールされて周溝底に支持されている。この静止的脚部８はベース脚部１７を経由して運動的脚部７に移行する。この運動的脚部７も同じようにその先端の前方自由部分でソケット２０の内周にシールして当接されている。

こうして、圧力媒体３は矢印方向１２の方向にリング隙間４に対して作用し、リップパッキングを「膨らませる」傾向がある。

図５と図６の間の移行期において、これ等の状況が生じる。この場合、過圧が作用するために、この過圧がリップパッキング６の前でリング状隙間１３に進入し、それによって両方の脚部７，８の間の空間９にも負荷を加える。これによって、この空間９は、圧力が上昇するため、大きくなり、その結果、運動的脚部７がソケット２０の内周に当接する。

同時に、静止的脚部８は周溝５の溝底から持ち上がり、上に向けて動く。従って、ポンピング空間１５が大きくする。何故ならば、対向する側面で、運動的脚部７が自由空間１４の中に移動するからである。

しかし、このポンピング空間１５は、望ましくない方法で大気から封止されている。というのは、ベース脚部１７は周溝５の溝側面１１のところに未だシール状態で当接しているため、ポンピング空間１５に対する負荷を軽減しないからである。リップパッキング６はそのベース脚部１７を矢印方向１６に向けて上に持ち上げるが、ポンピング空間１５は閉じたままであるので、矢印方向１６のその動きのため、ポンピング空間１５に負圧が生じる。溝側面１１のところのシールが前方のシール***部２２の領域より比較してより大きくなると、それに伴い圧力媒体はシール***部２２に打ち勝ち、矢印方向１２にから負圧にされたポンピング空間１５に吸引され、そこに蓄えられる。圧力媒体３の圧力が消失すると、直ぐにリップパッキング６が記入されている矢印方向１６とは反対の方向に変形し、更に、圧力媒体３の圧力がなくなり、図５の状態が再び生じると、プラグとソケットの間に軸方向の動きが生じる。

しかし、ポンピング空間１５に蓄えられている圧力媒体は、今度はこのポンピング空間１５から溝側面１１を経由して外部空間１０の方向に漏出し、これによって、望ましくない漏れが生じる。これが、望ましくないポンピング効果により少しずつ（液滴式に）圧力媒体を外部空間１０に排出することを誘起するポンピング効果の説明である。当然なことであるが、同じ状況は圧力媒体が液体状の媒体でなく、ガス状の媒体である場合でも成立する。

ついで、本発明の説明を始める。図３と４の例では、図５と６に基づいて説明した挿入カップリング装置の詳細な実施の形態が図示されている。それ故、図１乃至図４の本発明による構成に対しても同じ説明と同じ特徴が適用される。本発明の重要な特徴は、図１でリップパッキング６が少なくともベース脚部１７の領域でその周囲に沿って均等に配設され、半径方向に向いている複数の排出溝１８を有し、これ等の排出溝１８がベース脚部１７のシール接合をプラグの周溝５の溝側面１１の領域で無くすようにしていることである。この機能を図３と４に基づきより詳しく説明する。作図上の理由により、図５と６の図面に対して鏡面反射させた状態を図示する。この場合、ポンピング空間１５は図３と４の図面で上にある。しかしながら、図５や６の状況も成立する。図３と４の比較から、ポンピング空間１５が拡大すると、図３と図４の間の移行時に圧力媒体をポンピング空間に蓄えることがもはや不可能になることが分かる。何故なら、リップパッキング６のベース脚部１７に配設されている排出溝１８が外部空間１０に対してポンピング空間１５の空気導通接続を持続的に可能にするからである。

つまり、ポンピング空間１５は外部空間１０に向けて常時開放している。
圧力媒体３の作用のために、リップパッキング６が矢印方向２６のように下向きに移動して、ポンピング空間１５を開放すると、外部空間から矢印方向１９のように媒体の負荷圧力が解放される。プラグ１とソケット２０の間の着脱可能な接続は装着ロック装置２１によって行われ、この装着ロック装置は同じ出願人の多くの特許出願の内容であることを、補足的に指摘しておく。現技術水準に属するこの装着ロック装置２１の説明を参照されたい。開示内容は全て本発明に包含されている。

これに代わる実施の形態として、排出溝１８の外に、所謂突起２３も使用でき、これ等の突起はベース脚部１７の内法を越えて突き出ていて、それ故に先に説明した排出溝１８の動的に逆の構成となることが図２に示されている。

これに代わる特徴構成としては、排出手段が設けることをしないか、あるいは、リップパッキング６の領域だけでなく、溝側面１１の領域にも設けることようにすることができる。この場合、図３は第一の実施の形態を破線で示す。この第一の実施の形態では、溝側面１１の領域に軸方向に向いた貫通穴２４を設け、これ等の貫通穴はプラグの隣の側面をも貫通して延びているので、外部空間１０への空気導通接続が可能になる。加圧した排出手段を、リップパッキング６のところに単独でも、また構造上の改造と組み合わせて、溝側面１１の領域にも講じてもよいことを度繰り返し指摘しておく。

図４は、溝側面１１の構造上の改造の他の実施の形態を示す。この実施の形態も同様にリップパッキング６の排気と組み合わせて、あるいは単独でも、本発明の技術的な内容で解決される。そこには、溝側面１１の領域においてその周囲に亘って等間隔で配分された窪み２５が配設されており、それ故にこれ等の窪みはこの配置によってポンピング空間１５と外部空間１０の間の空気導通接続を可能にすることが示されている。

つまり、重要なことは、排気手段が広い範囲内で可変でき、ポンピング空間１５と外部空間１０で確実に通気させるために、ベース脚部１７と溝側面１１の間にシール作用が生じないようになっていることにある。従って、溝側面１１に穴、窪みあるいはリブを配設してもよい。このシールリング（リップパッキング）は、例えばゴム、生ゴム、ポリマー合成樹脂などのような、エラストマー材料で作製されている。挿入カップリング装置の定格直径が５５ｍｍの場合、シールリング（リップパッキング）は、組み込んでない状態で、軸方向の長さが約４．５ｍｍであり、高さが４乃至４．５ｍｍ である。この場合、静止的脚部の厚さは最大で２ｍｍであるが、運動的脚部の厚さは約１乃至２ｍｍである。これにより、リップパッキングの軽量でスペースを節約した構造が生じ、従って挿入に必要な力を非常に小さくすることができる。

本発明の更に発展させた構成では、ポンピング空間１５を排気するために、周溝５の底部の領域に貫通穴２７を周囲に均等に配分して配置することも考えられる。本発明の追加的構成では、プラグ１が、生じたポンピング空間１５の領域において、一つの吸入・排出穴２８を有し、この穴が生じたポンピング空間１５の連続的な吸入・排出を行うようにされている。

この発明は、成形シールリングを備えた挿入カップリング装置を改良して、ポンピング効果を排除することができ、例えば、機械の軸と軸を繋ぐときに使用されるカップリング装置等に適用することができる。

本発明によるリップシール（リップパッキング）の構成を示す斜視図である。 図1のリップシール（リップパッキング）に対して変更された実施の形態であるリップシール（リップパッキング）の構成を示す略図である。 二つの異なる実施の形態を含む、内圧の作用がない状態の本発明の挿入カップリング装置の略式斜視図である。 二つの異なる実施の形態を含む、内圧の作用がある状態の本発明の挿入カップリング装置の略式斜視図である。 圧力の加わっていない状態での従来の挿入カップリング装置の略式斜視図である。 ポンプ効果を示す、加圧下にある図５の挿入カップリング装置の略式斜視図である。

符号の説明

１ プラグ
２ 内部空間（ホース）
３ 圧力媒体（内部空間）
４ リング隙間
５ 周溝
６ リップパッキング（成形シールリング）
７ （運動的）脚部
８ （静止的）脚部
９ 空間
１０ 外部空間
１１ 溝側面
１２ 矢印方向
１３ リング状隙間
１４ 自由空間
１５ ポンピング空間
１６ 矢印方向
１７ ベース脚部
１８ 排出溝
１９ 矢印方向
２０ ソケット
２１ 装着ロック装置
２２ シール***部
２３ 突起
２４ 貫通穴（溝側面）
２５ 窪み（溝側面）
２６ 矢印方向
２７ 貫通穴
２８ 吸気・排気穴

Claims (16)

1. 成形シールリングを装備した挿入カップリング装置であって、互いに軸方向に挿入可能なソケット（２０）とプラグ（１）を有し、その成形シールリングが該プラグ（１）に設けた周溝（５）内に配設されたリップパッキング（６）として装着されている挿入カップリング装置において、該挿入カップリング装置に脈動する負荷が加わった場合、周溝（５）の底に形成される一つのポンプピング空間（１５）が排出又は吸入をすることができるように形成されていることを特徴とする成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
2. ポンプピング空間の排出又は吸入が、ポンプピング空間（１５）と外部空間（１０）の間の空気導通接続部によって行われることを特徴とする前記請求項１に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
3. 空気導通接続部は、リップパッキング（６）の周囲に配分されて配置されている複数の排出溝（１８）によって形成されていることを特徴とする前記請求項１および２のうちの何れか一項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
4. ベース脚部（１７）のシール作用を無くする排出溝（１８）の代わりに、ベース脚部（１７）の上には、その周囲に均等に配分されるように複数の突起（２３）が配設されており、該突起（２３）はベース脚部（１７）の外周を越えて突出すると共に、プラグ（１）の周溝（５）の領域内にあるポンピング空間（１５）と外部空間（１０）の間に空気導通接続部がこれ等の突起の間に生じることを特徴とする前記請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
5. プラグ（１）の周溝（５）には一つの溝側面（１１）があり、この溝側面の領域においてシールを解除する排出溝（１８）とは運動的に逆のことを行うのと等価な手段がベース脚部（１７）に配設されていることを特徴とする前記請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
6. 第一の等価な手段が、溝側面（１１）の領域に、プラグ（１）に周設していて、互いに等間隔に配設された貫通穴を有しており、これ等の貫通穴はプラグ（１）内にある周溝（５）のポンピング空間（１５）を外部空間（１０）に連通することを特徴とする前記請求項１乃至５のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
7. 第二の等価な手段が、溝側面（１１）の領域に、プラグ（１）に周設していて、互いに等間隔に配設された窪みを有し、これ等の窪みはプラグ（１）内にある周溝（５）のポンピング空間（１５）を外部空間（１０）に連通することを特徴とする前記請求項１乃至６のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
8. プラグ（１）が、生じたポンピング空間（１５）の領域において一つの吸入・排出穴（２８）を有することを特徴とする前記請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
9. リップパッキング（６）が、挿入に比較的小さな力を必要とするＣ字状の輪郭形状に形成されていて、一つの運動的脚部（７）と、一つの静止的脚部（８）と、一つのベース脚部（１７）とを有することを特徴とする前記請求項１乃至８のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
10. 静止的脚部（８）の領域には、外向きで周溝（５）の底に当接するシール***部（２２）が前記静止的脚部（８）の上に配設されていて、このシール***部（８）が一定のシールエッジを形成していることを特徴とする前記請求項１乃至９のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
11. リップパッキング（６）は比較的薄いベース本体を有し、このベース本体の厚さが好ましくは運動的脚部（７）の厚さの二倍であることを特徴とする前記請求項１乃至１０のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
12. Ｃ字状の輪郭形状に形成されたリップパッキング（６）のベース脚部（１７）に設けられたリブ（２２）、窪み（２５）、突起（２３）および類似の幾何学形状が、ポンピング空間（１５）と外部空間（１０）の間に空気導通接続部を形成し、前記ポンピング空間（１５）が前記静止的脚部（８）の外周においてプラグ（１）の周溝（５）の内壁の方に向けて形成されていることを特徴とする前記請求項１乃至１１のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
13. ポンプピング効果を避けるために、周溝（５）が浅い溝で比較的精度を低くして成形され、溝の幾何学形状ついて特に要求される設定がないことを特徴とする前記請求項１乃至１２のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
14. プラグ（１）とソケット（２０）の間の許容誤差を比較的大きくして、特に製造コストを相当低くすることを特徴とする前記請求項１乃至１３のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
15. プラグ（１）とソケット（２０）の両者の軸の間に存在する角度の遊びが比較的に大きいことを特徴とする前記請求項１乃至１４のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
16. 脈動する媒体のかなり大きな負荷領域が好ましくはシールされ、静止的脚部（８）が使用する材料はごく少量であることを特徴とする前記請求項１乃至１５のうちの何れか１項に記載の成形シールリングを備えた挿入カップリング装置。
    

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