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Vorrichtung zum Schutz des Gewindeendes von Stahtstangen, insbesondere für ölförder- pumpengestänge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, zum Schutze des Gewindeendes einer Stahlstange, deren Gewindeteil kleineren Durchmesser aufweist, als der über eine ringförmige Schulter anschliessende Stangenteil, wobei die Schutzvor- richtung aus einer mit Hilfe eines Schrauben- schlüssels anziehbaren Kappe besteht, deren eines Ende abgeschlossen, der an das Ende angrenzende Teil zum Aufschrauben auf den Gewindieendteil der Stange, in einem gewissen Abstande von der Schulter, mit einem Innengewinde versehen ist und einen an den Gewindeteil anschliessenden ge- windef ien Teil aufweist, der einen grösseren Innendurchmesser besitzt,
als der unmittelbar benachbarteTeil.
Solche Vorrichtungen werden insbesondere zum Schutze von Gewindezapfen an Ölförderpumpengestängen, die im Betrieb und ! bei der Aufbrin- gung des Sdhutzfarbanstriches aussergewöhnlichen
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: ;-hältnisse treten oft gleichzeitig auf, z. B. wenn die Pumpengestänge mit auf dem Gewindezapfen befestigter Schutzkappe in Farbe. getaucht und dann zum Trockenofen befördert werden.
Es wurden bereits verschiedene Vorrichtungen zum Schütze des Gewindeendes solcher Stahlstangen in Vorschlag gebracht. Ein solcher Vorschlag betrifft z. B. eine Schutzkappe mit einer Schulter und einem erweiterten gewindefreien Teil. Nach
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oder auch aus mit Harzmaterial getränkten Textilien hergestellt Solche bekanntgewordene Schutz- kappen mussten aber meist aus wenigstens zwei Stücken, entweder durch Zusammennieten oder Zusammenschweissen, hergestellt werden.
Es wurde auch die Verwendung einer einstückigen Schutzkappe aus Zinkspritzguss, oder irgendeinem anderen Metall, das weicher als Stahl ist,
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sind, leichtliger Verwendung wirtschaftlich. Da sie weicher als Stahl sind, schmiegen sie sich dicht an diesen an und schützen gleichzeitig das Gewinde gegen Beschädigungen durch Stösse.
Eine Schwierigkeit, die bisher der allgemeinen Verwendung derartiger Spritzgusssehutzkappen im Wege stand, ergibt sich aus dem Umstand, dass der Wänneausdhnungskoeffizient der Zinkspritzguss legierungen ein Mehrfaches desjenigen von Stahl beträgt. Die zum Brennen eines Farbschutzanstriches erforderliche Wärnne bewirkt daher eine er-
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gelöst und infolge der bei der Behandlung auftretenden Bewegungen die Kappe gelockert wird.
Ziel der Erfindung ist es nun, die aufgezeigten
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durch sinnvoBs Kombination,ten aufweist als Stahl, dass der gswindefreie Teil gegen die Schulter drückbar und beim Anziehen der Schutzvorrichtung zwischen der Schulter und der Eingriffszone des Gewindes unter Druckspannung bringbar ist und dass die Ganghöhe der besagten Schutzvorrichtung kleiner als die dies Stangengewindes ist, demzufolge die Gewindegänge eine geringere Berürungsfläche, nach der Erwär- mung jedoch eine grössere Berührungsfläche aufweisen und die Schutzkappe bei höheren Tempemturen in stärkerem Masse festgehalten ist.
Nach einem anderen Merkma'l der Erfindung erweitert sich der gewindefreie Teil zu einem Rande hin. dessen Innendurchmesser grösser ist als der Aussendurchmesser der Schulterkante an der Stahlstrange, wobei die Innenfläche des gewindefreien . kegeligen Teiles in der Nähe des Randes so be- schaffen ist, dass sie sich dichtend gegen die Kante der Stangenschulter legen kann, wodurch bei einer Wärmeausdehn. uilg der Kappe gegenüber der Stange der gewintdefreie Teil sich in axialer Richtung verlängert, während er sich in radialer Richtung erweitert und dadurch eine Dichtung zwi-
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sehen der Innenfläche und der Kante der Stangenschulter aufrecht erhält.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand eines auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Auf dieser zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer Schutzkappe für Pumpenge- stänge mit Gewindezapfen, in der die gestrichelten Linien ein Stangenende mit dem Gewindezapfen, der Schulter und dem anschliessenden Teil der Stange andeuten, Fig. 2 eine Draufsicht der Schutzkappe nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt in vergrössertem Massstaba längs der Linie 3-3 der Fig. 1, in dem die Schutzkappe auf dem Stangenende montiert dargestellt ist, und Fig. 4 einen weiteren Teilschnitt in vergrössertem Massstab, in dem die Wirkungsweise der Erfindung veranschau- licht wird.
Die Aufgabe besteht darin, das Gewinde a und die Stirnfläche der Schulter b des im Durchmesser weiteren Stangenendes c des Pumpengestänges d zu schützen. Zu diesem Zwecke dient eine Schutzvorrichtung 10 in Form einer Kappe, deren oberes Ende 11 geschlossen ist, mit einem Kappenkörper 12, der am geschlossenen Ende 11 einen mit Innengewinde versehenen Teil 13 trägt, dessen AussenflächeimallgemeinendurcheinenSechskant gebildet wird und Schlüsselflächen 14 aufweist, während der gewindefreie Teil 15 des Kappenkörpers einen etwas grösseren Innendurchmesser
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Dieser gewindefreie Teil 15geligen Teil 16 versehen ist, der sich radial erweitert und in einen Rand 17 ausläuft, dessen In- nenndurchmesser etwas grösser ist als der Durchmesser des dickeren Endes c der Pumpenstange d.
Im Inneren, anschliessend an den Rand 17, ist der kegelige Teil 16 mit einer Dichtfläche 18 versehen, die in einem Winkel e von etwa 60 zur Mittelachse f der Gewind1eschutzkappe angeordnet ist, wobei f auch die Achse des Gewindes ist. Diese Winkelverhältnisse sind in dem vergrö- sserten Teilschnitt nach Fig. 4 veranschaulicht, aus dem auch ersichtlich ist, dass das dickere Stangenende c mit einer KegeIfläche g versehen ist, die in einem Winkel von etwa 45'zur Stirnfläche der Schulter b liegt, die ihrerseits rechtwinkelig zur Mittelachse der Stange d liegt. Da diese Achse mit der Mittelachse der Schutzkappe zusammenfällt, ist sie nicht besonders dargestellt.
Der Kegelwinkel h von 45 ist jedoch zum Vergleich mit dem Winkel e von 60 der innenliegenden Dichtfläche 18 des konischen Teiles 16 auf die Mittelachse f projiziert.
Die Gewinde a von Pumpenstangen der Ausführung wie die der Stange d sind im allgemeinen mit einer Gangzahl von 10 Gang pro Zoll hergestellt, und diese Gangzahl ist in Fig. 4 mit p'bezeichnet. Anstatt ein Gewinde mit gleicher Gangzahl vorzusehen, werden in dem Gewindeteil 13 der Kappe nur ein paar Gewindegänge 19 angeordnet, deren Gangzahl p kleiner ist als p', z. B.
10¸ Gang pro Zoll. Dadurch, dass nur ein paar Gänge 19 in der Kappe 10 angeordnet sind und der erste oder die beiden ersten kegelig ausgebildet sind (die dem Rand der Kappe am nächsten liegenden), wird folgendes erreicht :
Anstatt einen wesentlichen Teil des Gewindes zum Tragen zu bringen, wie dies üblich ist, wird
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Zieldes, der in Berührung steht, auf eine kleine Fläche beschränkt wird, die mit 20 bezeichnet ist. Zweck- mässigerweise kann man bei dieser beschränkten Berührung von #einem einzeigen Gewindegang, der 'berührt"sprechen, wie aus dem Schnitt nach Fig. 4 ersichtlich ist.
Wenn man dagegen das ge- samte Gewinde betrachtet, wird man feststellen, dass nicht eine #Ein-Gang-Berührung" vorliegt, sondern vielmehr die Berührung einer begrenzten Fläche, die zum Teil von der Verformung der Schutzkappe abhängig ist.
Es ist offensichtlich, dass beim Anziehen der Schutzkappe der Druck, der durch den gewindefreien Teil 15 übertragen wird, eine dichte Auflage oegen die BerühruraSäche 20 herbeiführt.
Durch die kleine Berürungsfläche 20 wird die Reibung verringert, so dass ein grösserer Teil der
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d & zu bei-Die anderen, zwischen diesem #Berührungsgewin- degang" und dem geschlossenen Ende der Kappe liegenden Gänge entfernen sich in zunehmendem Masse von den Gewindegängen der Stange, da die Gangzahl des Kappengswindes p kleiner ist als die
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p'.lich vergrössert werden, falls sich die Schutzkappe gsg ; enü'ber der Pumpenstange ausdehnen würde.
Und das ist genau das, was geschieht, und zwar infolge des grösseren Ausdehnungskoeffizienten der Kappe. Beim Erwärmen zum Einbrennen der Far- bs vergrössert sich die Berührungsfläche in starkem Masse und entwickelt dadurch eine grössere Druckund Reibungskraft, die die Kappe fest in ihrer Lage hält. Die innenliegende Dichtfläche 18 legt sich gegen die innenliegende Kegelkate i, die die Kante der Schulter b der Stange bildet und wird soweit. angezogen, dass sie sich etwas verformt. Dadurch wird eine feste Abdichtung zwischen zwei Metallflächen erzeugt, vorausgesetzt, dass sie nicht durch eine Ausdehnung der Kappe gegenüber der Starge gestört wird.
Nun erzieh man eine Steuerung dieser Verhältnisse durch die kegelige Ausbildung des gewindefreien Teils 15 und insbesondere durch den kegeligen Teil 16 desselben bis zum Rand 17, so dass die innere Dichtfläche 18 beim Erwärmen und Abkühlen an der Kegelfläche g entlanggleiten kann, ohne jedoch die Dichtung zu unterbrechen.
Dies ergibt sich aus Verhältnissen, nach denen die Vektorensumme der Dehnungen der Dichtfläche 18 in axialer und radialer Richtung ungefähr in der
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Richtung des Winkels h von 450 verläuft. In je- dem Falle wird die radiale Ausdehnung des Ran- des 17, durch die die Dichtung unterbrochen wer- den könnte, durch die axiale Ausdehnung des ge- windefreien Teiles. ! 5 ausgeglichen.
Die Vereinigung der oben'beschriebenen Merk- ma1e, die den Erfolg der Erfindung gewährleisten, wird als neuartig angesehen. Im Gegensatz zu an- deren Vorrichtungen, in denen Gewinde mit ver- schiedener Gangzahl zum Eingriff gebracht wor- den sind, beruht die Anordnung gemäss der Er- findung nicht auf einer Erzeugung einer Span- nung zwischen den Gewindagängen der Kappe, deren gangzahl p kleiner ist. Es werden im Gegen- teil wenige Gewindegänge verwandt, und es ist eine Toleranz zwischen den Gängen vorgesehen, um die Gewindeberüh'nung auf eine kleine tragen- de Fläche zu beschränken, die sich beim Erwärmen vergrössert.
Wenn auch die Erfindung nicht auf eine einzi- ge Ausführungsform, einen einzigen Werkstoff oder ein einziges Verfahren beschränkt ist, ist es doch offensichtlich von Vorteil, die oben erwähn- ten Zinkspritzgusslegierungen zu verwenden. Ihre
Weichheit gegenüber Stahl bietet die Gewähr ge- gen Stossbeschädigungen, durch die Spannungsan- häufungen hervorgerufen werden können, in deren
Folge ein vorzeitiger Dauerbruch der Pumpen- stange herbeigeführt werden kann. Andere Werkstoffe, insbesondere solche, die sich zum Giessen
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;Gewisse Anpassungen und Abwandlungen wer- ; den von. Fachleuten vorgenommen werden. In eini- gen Fällen wird durch derartige Abänderungen ein Teil der Vorteile der Erfindung geopfert wer- den, ohne dass diese Falle ausserhalb dies Schutze reiches fallen.
Der Gegenstand der Erfindung ist daher nicht in begrenztem Sinne aufzufassen, son- dern im vollen Sinne des Bereiches der Patentan- sprüche.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Schutze des Gewindeendes
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Sta ! hlstange, deren Gewindetell kleinerenSchraubenschlüssels anziehbaren Kappe besteht, deren eines Ende abgeschlossen, der an das Ende an- grenizends Teil zum Aufschrauben auf den Gewindeendteil der Stange in einem gewissen Abstande von der Schulter, mit einem Innengewinde versehen ist und einen an den Gewindeteil anschliessenden gewindefreien Teil ,aufweist, der einen grösseren Innendurchmesser besitzt, als der unmittelbar benachbarte Teil, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung einheitlich aus einem Gussmetall besteht, das einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als Stahl, dass der gewindefreie Teil gegen die Schulter drückbar und beim Anziehen der Schutzvorrichtung zwischen der Schulter und der Eingriffszone des Gewindes.
unter Druckspannung bringbar ist und dass die Ganghöhe der'besagten Schutzvoroh- tung kleiner als die des Stangengewindes ist, demzufolge die Gewindegänge eine geringere Be-
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nach der Erwärmung jedoch einegrössere Berührungsfläche aufweisen und die Schutzkappe. bei höheren Temperaturen in stär- kerem Masse festgehalten ist.