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Gewindeschutzkappe für Stahlstangenenden, insbesondere an Olförderpumpengestängen
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Schutz von Gewinden, insbesondere
zum Schutz von Gewindezapfen an Stahlstangenenden, die im Betrieb und bei Aufbringen
des Schutzfarbenanstriches außergewöhnlichen FeFuchtilgkeits- und Wärmeverhältnissen
ausgesetzt sind. Diese außergewöhnlichen Verhältnisse treten bei )lförderpumpengestängen
oft gleichzeitig auf, beispielsweise wenn die Pumpengestänge mit auf dem Gewindezapfen
befestigter Schutzkappe in Farbe getaucht und dann zum Trockenofen befördert werden.
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Es sind bereits Gewindeschutzkappen bekanntgeworden, die zum Abdecken
eines Gewindezapfens mit geringerem Durchmesser als der angrenzende Stangenabsohnitt
vorgesehen sind, wobei der Übergang von dem Gewindezapfen zu dem benachbarten Stangenahschnitt
durch eine ringförmige Schulter gebildet wird. An dieser Schulter soll die Schutzkappe
im aufgeschraubten Zustand anliegen. Diese bekannte Schutzkappe ist aus dem gleichen
Werkstoff wie das Stangenende mit seinem Gewinde hergestellt, wodurch insbesondere
bei Temperaturdifferenzen die Gefahr eines Lösens der Schutzkappe sehr groß ist.
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Deshalb wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Seh,utzkappe
aus einem Werkstoff mit höherem Wärmealusldehnungskoeffizienten als dem von Stahl
herzustellen un!d an einem Ende mit einem Innengewindeabscbnitt zu versehen, dessen
Gangzahl kleiner ist als die des Stangengewindes, wobei zwischen dem Innengewinde
und dem anderen Ende sich in bekannter Weise ein gewindeloser Abschnitt im Kappeninnern
erstreckt. Wird die Kappe, die beispielsweise aus Zinkspritzguß besteht, erhitzt,
so dehnt sie sich aus und die bisher nicht zur Anlage an das Stangengewinde g-elsommenen
Gewindegänge gelangen nun ebenfalls zur Anlage an das Stahistangengewinde.
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Hierdurch wird in erhöhtem Maße vermieden, daß sich die Kappe löst,
wenn die Temperatur beim Brennen des aufgebrachten Farbschutzanstrich es erhöht
wird. Die Herstellung der Schutzkappe aus Zinkspritzguß hat weiterhin den Vorteil,
daß die Kappe leicht herzustellen und dadurch billig und wirtschaftlich auch bei
nur einmaliger Verwendung ist. Da die Kappe weicher als Stahl ist, schmiegt sie
sich dicht an den Stahl an und schützt das Gewinde gleichzeitig gegen Beschädigungen
durch Stöße.
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Bei der praktischen Ausführung erweitert sich der gewindelose Teil
der Schutzkappe bis zu ihrem offenen Rand, dessen Innendurchmesser größer als der
Außendurchmesser der Schulterkante an der Stange ist, wobei die Innenfläche des
gewin!delosen, kegeligen Teils in der Nähe des Randes so beschaffen ist, daß sie
sich dichtend gegen diese Schulterkante anlegt.
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Dadurch wird also auch diese Schulter gegen Beschädigungen geschätzt.
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Vorzugsweise weist die Stangenschulter eine abgeschrägte Kante auf.
Der kegelige gewindelose Teil der Schutzkappe, der dieser abgeschrägten Kante gegenüberliegt,
läuft in einem gewissen Winkel zu dieser Kante. Hierdurch ist bei Erwärmung der
Schutzkappe eine besonders,gute Abdichtung des zu schützenden Gewindeendes möglich.
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Schließlich soll die Gangzahl des Gewindes der Kappe beispielsweise
101/2 Gang pro Zoll betragen, wenn das Stangengewinde 10 Gang pro Zoll beträgt.
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Dieser Unterschied in der Gewindegangzahl bewirkt, daß bei Erwärmung
der Schutzkappe ein besonders guter Halt zwischen der Schutzkappe und dem Stangenende
hervorgerufen wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Abdi chtvorrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer
Schutzkappe für Pumpengestänge 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 Schlutzkappe nach Fig. 1, Fig. 3
einen Schnitt in vergrößertem Maßstabe 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 Maßstabe, in dem xdie Wirkungsweise
der Erfindung veranschaulicht wird.
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Die Aufgabe besteht darin, das Gewinde a und die Stirnfläche der
Schulter b des im Durchmesser weite ren Stangenendes c des Pumpengestäniges 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 gesi ihlossenen
Ende 11 einen mit Innengewinde versehenen Teil 13 trägt, dessen Außenfläche im allgemeinen
durch einen Sechskant gebildet wird und Schlüsselflächen 14 aufweist, während der
gewindefreie Teil 15 des Kappenkörpers einen etwas größeren Innendurchmesser besitzt.
Dieser gewindefreie Teil 15 kann als Manschette angesehen werden, die unten mit
einem kegeligen Teil 16 versehen ist, der sich radial erweitert und in einen Rand
17 ausläuft, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des dickeren
Endes c der - Pumpenstange d.
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Im Innern, anschließend an den Rand 17, ist der kegelige Teil 16
mit einer Dichtfläche 18 versehen, die in einem Winkel e von etwa 600 zur Mittelachse
f der Gewindeschutzkappe angeordnet ist, wobei f auch die Achse des Gewindes ist.
Diese Winkelverhältaisse sind in dem vergrößerten Teilschnitt nach Fig. 4 veranschaulicht,
aus ,dem auch ersichtlich ist, daß das dickere Stangenende c mit einer Kegelfläohe
g versehen ist, die in einem Winkel von etwa 450 zur Stirnfläche der Schulter b
liegt, die ihrerseits rechtwinklig zur Mittelachse der Stange d liegt. Da diese
Achse mit der Mittelachse f der Schutzkappe zusammenfällt, ist sie nicht besonders
dargestellt. Der Kegelwinkel h von 450 ist jedoch zum Vergleich mit dem Winkel e
von 600 der innenliegenden Dichtfläche 18 des konischen Teiles 16 auf die Mittelachse
f proji'ziert.
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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 Ge windegänge 19
angeordnet, -deren Gangzahl kleiner ist als p', z. B. lOt/2 Gang pro Zoll. Dadurch,
daß nur ein paar Gänge 19 in der Kappe 10 angeordnet sind und ruder erste oder die
ibeiden ersten kegelig ausgebildet sin!d (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 gemäß der Erfindung das Ziel verfolgt, daß
der Teil der schraubenlinienförmigen Fläche des Gewindes, der in Berührung steht,
auf eine kleine Fläche beschränkt wird, die mit 20 bezeichnet ist. Zweckmäßigerweise
kann man bei dieser beschränkten Berührung von »einem einzigen Gewindegang, der
berührt«, sprechen, wie aus dem Schnitt nach Fig. 4 ersiehtlich ist Wenn man dagegen
das gesamte 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.
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Es ist offensichtlich, daß beim Anziehen der Schutzkappe der Druck,
Ider durch den gewindefreien Teil 15 übertragen wird, eine dichte Auflage gegen
die Berührnngsfläche 20 herbeiführt. Duroh die kleine Berührungsfläche20 wird die
Reibung verringert, so daß ein größerer Teil der Anzugskraft für den Druck
in dem
gewindefreien Teil verfügbar wird, wobei dieser Druck dazu beiträgt, !die Schutzkappe
in ihrer Lage festzuhalten. Die anderen, zwischen diesem »Berührungsgewindegang«
und dem geschlossenen Ende der Kappe liegenden Gänge entfernen sich in zunehmendem
Maße von den Gewindegängen der Stange, da die Gangzahl des Kappengewindes p kleiner
ist als die des Stangengewindes p'.
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Die in Berührung stehende Fläche würde erheblich vengrößert werden,
falls sich die Schutzkappe gegenüber der Pumpenstange ausdehnen würde. Und das ist
genau das, was geschieht, und zwar infolge des größeren Ausdehnungskoefflzienten
wider Kappe. Beim Erwärmen zum Einbrennen der Farbe vergrößert sich die Berührungsfläche
in starkem Maße und entwickelt dadurch eine größere Druck- und Reibungskraft, die
die Kappe fest in ihrer Lage hält. Die innenliegende Dichtfläche 18 legt sich gegen
die innenliegende Kegelkante , Idie die Kante der Schulter b der Stange bildet;
und wird soweit angezogen, daß sie sich etwas verformt. Dadurch wird eine feste
Abdichtung zwischen zwei Metalfflächen erzeugt, vorausgesetzt, daß sie nicht durch
eine Ausdehnung der Kappe gegenüber der Stange gestört wird.
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Nun erzielt 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 enilanggleiten kann, ohne jedoch die Dichtung zu unterbrechen.
Dies ergibt sich aus VeriLältnissen, nach denen die Vektorensumme der Dehnungen
der Dichtfläche 18 in axialer und radialer Richtung ungefähr in der Richtung des
Winkels h von 450 verläuft. In jedem Falle wird die radiale Aus'dehnung des Randes
17, durch die die Dichtung unterbrochen werden könnte, durch die axiale Ausdehnung
des gewindefreien Teiles 15 ausgeglichen.
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Die Vereinigung der oben beschriebenen Merkmale, die den Erfolg der
Erfindung gewährleistet, wird als neuartig angesehen. Im Gegensatz zu anlderen Vorrichtungen,
in denen Gewinde mit verschiedener Gangzahl zum Eingriff gebracht worden sind, beruht
die Anordnung gemäß -der Erfindung nicht auf einer Erzetiging einer Spannung zwischen
den Gewinde gängen der Eappe, deren Gangzahl p kleiner ist. Es werden im Gegenteil
wenige Gewindegänge verwandt, und es ist eine Toleranz zwischen Iden Gängen vorgesehen,
um die Gewindeberührung auf eine kleine tragende Fläche zu beschränken, die sich
beim Erwärmen vergrößert.
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Wenn auch die Erfindung nicht auf eine einzige Ausführungsform, einen
einzigen Werkstoff oder ein einziges Verfahren beschränkt ist, ist es doch offensichilich
von Vorteil, die oben erwähnten Zinkspritzgußlegierungen zu verwrenzden. Ihre Weichheit
gegenüber Stahl bietet die Gewähr gegen Stoßbeschädigungen, -durch die Spannungsanhäuf,ungen
hervorgerufen werden können, in deren Folge ein vorzeitiger Dauerbruch der Pumpenstange
herbeigeführt werden kann.
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Andere Werkstoffe, insbesondere solche, die sich zum Gießen eignen,
können verwandt werden; jedoch muß der Wärmeausdehnungsko,effizient des Schutzkappenwerkstoffes
höher liegen als der der Pumpenstange.