DE1177430B

DE1177430B - Elastic sealing element

Info

Publication number: DE1177430B
Application number: DEM38174A
Authority: DE
Inventors: Ralph Edward Smith
Original assignee: Mission Manufacturing Co
Current assignee: Mission Manufacturing Co
Priority date: 1958-02-28
Filing date: 1958-07-05
Publication date: 1964-09-03

Description

Elastisches Dichtungselement Die Erfindung betrifft ein elastisches Dichtungselement, zum Beispiel eine Kolbenmanschette, aus Gummi mit einer verstärkenden Gewebeeinlage, die mit dem Gummi zusammengepreßt ist.Elastic sealing element The invention relates to an elastic Sealing element, for example a piston sleeve, made of rubber with a reinforcing Fabric insert that is pressed together with the rubber.

Die Erfindung findet vor allen Dingen ihre Anwendung auf dem Gebiet der Hochdruckpumpen für Bohrflüssigkeiten und ähnliches und besteht in einer Versteifung, welche sich der Abnutzung einer Zylinderbüchse laufend anpaßt, ohne daß die dadurch bedingte Formänderung bleibend ist. Die nachstehenden Ausführungen werden sich deshalb vornehmlich auf dieses Gebiet beziehen, aber die Erfindung kann selbstverständlich auch bei anderen Dichtungen Anwendung finden, sofern dort eine Versteifung für ein elastisches Material notwendig ist.The invention finds its application primarily in the field the high pressure pumps for drilling fluids and the like and consists of a stiffener, which continuously adapts to the wear and tear of a cylinder liner without the conditional change in shape is permanent. The following explanations will therefore differ primarily refer to this field, but the invention can of course are also used with other seals, provided that there is a stiffening for a elastic material is necessary.

Bohrflüssigkeiten greifen das Material beträchtlich an, und infolgedessen haben die Pumpen zur Förderung dieser Bohrflüssigkeiten gewöhnlich Pumpenkolben, die einen die Außenfläche des Kolbens bildenden topfförmigen Gummiring besitzen, der innerhalb der Zylinderwandung gleiten kann. Es ist bekannt, daß es notwendig ist, diesen Gummiring zu versteifen, damit er sich nicht unter dem Einfluß des innerhalb der Pumpe herrschenden Druckes vom Kolben ablöst und dann zwischen dem Pumpengehäuse und den Metallteilen des Kolbens zerstört wird.Drilling fluids severely attack the material, and consequently the pumps for pumping these drilling fluids usually have pump pistons, which have a cup-shaped rubber ring forming the outer surface of the piston, which can slide inside the cylinder wall. It is known that it is necessary is to stiffen this rubber ring so that it is not under the influence of the inside The pressure prevailing in the pump separates from the piston and then between the pump housing and destroy the metal parts of the piston.

Diese Versteifung kann durch Einfügen von Fasergebilden, zum Beispiel Schnüren, Geflechten, Filzen oder Drahtnetzen in das Grundmaterial erfolgen. Diese vielfaserigen Gebilde führen dazu, daß die Flüssigkeit in die kleinen Hohlräume eindringt, die zwischen den miteinander verdrillten oder versponnenen Fäden vorhanden sind. Durch das Eindringen der Feuchtigkeit längs der Faserspur kommt es zu einer Zerstörung der Gewebeeinlage bzw. zu anderen nachteiligen Folgen.This stiffening can be achieved by inserting fiber structures, for example Cords, braids, felts or wire nets are made in the base material. These multifilament structures lead to the fact that the liquid in the small cavities penetrates, which is present between the twisted or spun threads are. The penetration of moisture along the fiber track results in a Destruction of the fabric insert or other adverse consequences.

Unter den verschiedenen bereits verwendeten Verstärkungsmaterialien wurde u. a. bereits die Verwendung von Baumwolle, vollsynthetischen Fasern aus Polyestern von Athylenglykol und Terephtalsäure und Polyamidkunststoffen, z. B. in Form von Geweben, versucht. Diese Stoffe wurden alle aus mehrfachen miteinander verdrillten Materialfäden gewebt.Among the various reinforcement materials already in use was inter alia already the use of cotton, fully synthetic fibers made from polyesters of ethylene glycol and terephthalic acid and polyamide plastics, e.g. B. in the form of Tissues, tried. These fabrics have all been twisted together from multiple Woven material threads.

Bedingt durch diese mehrfach miteinander verdrillten Fäden, die in den besagten Stoffen Verwendung finden, haben diese alle die Neigung, sich zu lockern oder dochtartig Flüssigkeit anzusaugen. Dabei verbleiben selbst dort, wo ein solcher Materialfaden sorgfältig mit einem Bindematerial, wie Gummi oder synthetischem Gummi, umgeben wird, zwischen den miteinander verdrillten Fäden kleine Hohlräume. Wenn deshalb das Ende des Fadens, bedingt durch die Abnutzung des Gummiringes, innerhalb des Pumpenzylinders am äußeren Umfang des Kolbens heraustritt, wird Flüssigkeit infolge der Kapillarwirkung der Fäden längs des Fadens in das Material eintreten.Due to these threads, which are twisted several times with one another and used in If the said fabrics are used, they all have a tendency to loosen up or sucking in liquid like a wick. It even remains where there is one Carefully tying the material thread with a binding material such as rubber or synthetic rubber, is surrounded, small voids between the twisted threads. if therefore the end of the thread, due to the wear and tear of the rubber ring, inside of the pump cylinder emerges on the outer circumference of the piston, becomes liquid enter the material along the length of the thread due to the capillary action of the threads.

Wenn aber Flüssigkeit in das Gewebe hineingedrückt oder hineingesaugt wird, hat es die Neigung, mehrere oder in manchen Fällen auch alle physikalischen Eigenschaften dieses Gewebes zu zerstören, da die Flüssigkeit des öfteren zahlreiche chemische Elemente und Verbindungen enthält, die sich neben Öl oder Wasser in der Bohrflüssigkeit finden. Die Flüssigkeit führt auch zu einem Ausfransen der Enden der verdrillten Fäden des Versteifungsgewebes. Die Hohlräume innerhalb der mitunter verdrillten Fäden ermöglichen außerdem eine geringe Bewegung der einzelnen Fasern in jedem Faden, die infolge der Reibung und Bewegung dazu führt, die enge Verbindung zwischen den zahlreichen Gewebeeinlagen innerhalb des Raumes zu zerstören. Diese Zerstörung entspricht etwa der, die sich mit der Zeit in Automobilreifen einstellt.But when liquid is pressed or sucked into the tissue it tends to be several or in some cases all physical To destroy properties of this tissue, since the fluid is often numerous contains chemical elements and compounds that are in addition to oil or water in the Find drilling fluid. The liquid also causes the ends to fray the twisted threads of the stiffening fabric. The cavities within the sometimes twisted threads also allow a small movement of the individual fibers in each thread which, as a result of the friction and movement, leads to the close connection to destroy between the numerous tissue deposits within the space. These Destruction roughly corresponds to that which occurs in automobile tires over time.

Zur Verstärkung von Dichtungen aus Gummi bekannte Metallgewebe sind nicht genügend elastisch, d. h., nach einer erfolgenden Deformation nehmen sie nicht wieder ihre ursprüngliche Form ein. Sie neigen dazu, nach einer erfolgten Ausweitung diese vergrößerte Form gegenüber der Zylinderbüchse beizubehalten. Das führt zu einer erhöhten Reibung beim Saughub und zu einer kurzen Lebensdauer des aus Gummi bestehenden Kolbens. Dieser Mangel zahlreicher Erzeugnisse macht sich vor allen Dingen in Pumpen bemerkbar, die dazu bestimmt sind, Bohrflüssigkeiten zu fördern, da sich die Zylinderbüchsen durch die Abnutzung ausweiten und der aus Gummi bestehende Pumpenkolben und seine Versteifung sich stark ausdehnen müssen, um den Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderbüchse auszufüllen.Metal meshes are known for reinforcing seals made of rubber not sufficiently elastic, d. that is, they do not take after a deformation has taken place return to their original shape. They tend to expand after an expansion to maintain this enlarged shape with respect to the cylinder liner. That leads to an increased friction during the suction stroke and a short service life of the rubber existing piston. This lack of numerous products is evident to everyone Things noticeable in pumps that are designed to handle drilling fluids to promote, as the cylinder liners expand due to wear and tear and the one made of rubber existing pump piston and its stiffening have to expand greatly in order to achieve the Fill the gap between the piston and the cylinder liner.

Selbstverständlich ist auch dort, wo die Materialien des Dichtungsringes nach ihrer Deformation ihre neue Gestalt beibehalten, eine zusätzliche Beanspruchung festzustellen, die sowohl zwischen den einzelnen Gewebeeinlagen wirkt als auch zwischen der Versteifung als Ganzes und dem Befestigungsflansch des Pumpenkolbens, mit dem der Dichtungsring zusammengebaut ist.Of course, there is also where the materials of the sealing ring retain their new shape after their deformation, an additional stress determine which acts both between the individual fabric inserts as well as between the stiffener as a whole and the mounting flange of the pump piston with which the sealing ring is assembled.

Die Erfindung geht von elastischen Dichtungen z. B. aus Gummi mit einer verstärkenden Gewebeeinlage aus nicht spröden, steifen Kunststoffäden aus.The invention relates to elastic seals z. B. made of rubber with a reinforcing fabric insert made of non-brittle, stiff plastic threads.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, daß der Abdichtring mit einem Gewebematerial verstärkt wird, das nicht dochtartig wirkt. Ferner sollen die Fäden des Gewebes nicht ausfransen können. Das Gewebe soll außerdem widerstandsfähig gegen Biegebeanspruchung sein und sich der Abnutzung des Pumpenzylinders anpassen können, ohne daß es aber die dadurch bedingte Formänderung beibehält.The object of the invention is seen in that the sealing ring is reinforced with a fabric material that does not have a wick-like effect. Furthermore should the threads of the fabric cannot fray. The fabric should also be resistant be against bending stress and adapt to the wear and tear of the pump cylinder can without, however, retaining the resulting change in shape.

Die oben angeführten Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch überwunden, daß das Gewebe der Verstärkungseinlage aus monofiten Fäden gewebt ist.The above-mentioned drawbacks are thereby made according to the invention overcome the fact that the fabric of the reinforcement insert is woven from monofilament threads.

Ein aus einer einzigen Faser bestehender Faden ist widerstandsfähiger gegen Biegebeanspruchungen als eine Gruppe von miteinander verdrillten Fäden, die denselben Durchmesser besitzen. Ein solcher Faden franst an seinem Ende nicht aus und wirkt nicht dochtartig. Hohlräume, die durch ihre Kapillarwirkung die Förderung von Flüssigkeiten in das Innere des Abdichtringes begünstigen könnten, sind mit Sicherheit vermieden.A thread made from a single fiber is more durable against bending stresses as a group of threads twisted together that have the same diameter. Such a thread does not fray at its end and does not look wick-like. Cavities, which are promoted by their capillary action of liquids into the interior of the sealing ring are with Avoided security.

Es ist auch festgestellt worden, daß der einfaserige Faden, wenn er in geeigneter Weise ausgesucht wird, gute Elastizitätseigenschaften besitzt. So ist bei geeigneter Wahl des Kunststoffes sichergestellt, daß ein solcher Faden nach einer Dehnung weitgehend in seine Ausgangsform zurückkehrt: der aus Gummi bestehende Dichtungsring wird infolgedessen nur eine kleine oder überhaupt keine bleibende Formänderung erleiden, soweit dies durch die Eigenschaften des verwendeten Versteifungsmaterials bedingt wird.It has also been found that the monofilament thread, if he is suitably selected, has good elastic properties. So is ensured with a suitable choice of plastic that such a thread after largely returns to its original shape after stretching: the one made of rubber As a result, the sealing ring will have little or no permanent retention Sustained change in shape, as far as this is due to the properties of the stiffening material used is conditioned.

Es ist außerdem festgestellt worden, daß synthetisches Fasermaterial aus Polyamidkunststoffen, Viskose oder Kupferseide oder PolytetrafIuoräthylen eine erhöhte Versteifung für aus Gummi bestehende Abdichtringe für Pumpenkolben darstellt. Insbesondere haben aus einfaserigen Potyamidkunststoffäden hergestellte Gewebe die Fähigkeit, einer bleibenden Verformung besser zu widerstehen, als andere Gewebe, die derselben Belastung ausgesetzt werden. Diese Fähigkeit des aus einfaserigen Fäden aus Polyamidkunststoff hergestellten Gewebes, verbunden mit dem Vorteil der stärkeren Dehnungsfähigkeit, hat erwiesen, daß dieses Gewebe anderen aus mehrfach miteinander verdrillten Fäden hergestellten Geweben weit überlegen ist, wenn es zur Versteifung von Abdichtringen von Pumpenkolben dient. Der Grund hierfür besteht darin, daß auf Ölfeldern gebrauchte Pumpen oft dazu verwendet werden, um Flüssigkeiten zu fördern, die das Material sehr stark angreifen; selbst wenn dies nicht der Fall ist, kommt es in verhältnismäßig kurzer Zeit zu Abnutzungserscheinungen an der Innenwand der Zylinderbüchse und an der Oberfläche des Pumpenkolbens. In diesem Fall muß der Abdichtring des Pumpenkolbens sich stärker ausdehnen, als es der eigentlichen Abnutzung entspricht, um den Spalt zwischen den Einlagen und der Zylinderbüchse auszufüllen. Gewebeeinlagen, die aus einfaserigen Polyamidkunststoffäden hergestellt werden und die die aus Gummi bestehenden Abdichtringe des Pumpenkolbens versteifen, dehnen sich beim Druckhub der Pumpe aus und überbrücken den Spalt, während sie sich beim Saughub nahezu auf die ursprüngliche Form zusammenziehen. Die meisten anderen Gewebe, die aus mehrfaserigen, miteinander verdrillten Fäden bestehen, dehnen sich ebenfalls beim Druckhub der Pumpe aus, aber infolge ihrer mangelnden Elastizität behalten sie diese Form bei, so daß sie mit der Zeit einen immer größeren Durchmesser annehmen. Dies führt zu einer stärkeren Abnutzbeanspruchung der Büchse sowohl während des Saughubes als auch während des Druckhubes und damit sowohl zu einer starken Abnutzung des Abdichtringes des Pumpenkolbens als auch der Zylinderbüchse. Ferner ist eine größere Antriebskraft für die Pumpe erforderlich, um die erhöhte Reibung zu überwinden.It has also been found that synthetic fiber material made of polyamide plastics, viscose or copper silk or polytetrafluoroethylene one represents increased stiffening for sealing rings made of rubber for pump pistons. In particular, fabrics made from monofilament plastic threads have the Ability to withstand permanent deformation better than other fabrics, which are exposed to the same load. This ability of the monofilament Threads made of polyamide plastic, combined with the advantage of stronger elasticity, this fabric has been shown to be different from multiple Twisted threads made with each other is far superior, if it is used to stiffen the sealing rings of pump pistons. The reason for this is in the fact that pumps used in oil fields are often used to transfer liquids to promote, which attack the material very strongly; even if it doesn't there is wear and tear on the inner wall in a relatively short time the cylinder liner and on the surface of the pump piston. In this case the Sealing ring of the pump piston expand more than the actual wear corresponds to fill the gap between the inserts and the cylinder liner. Fabric inserts that are made from single-fiber polyamide plastic threads and which stiffen the rubber sealing rings of the pump piston, stretch during the pressure stroke of the pump and bridge the gap while they are at Contract the suction stroke almost to the original shape. Most of the other tissues, which consist of multi-fiber, twisted threads, also stretch during the pressure stroke of the pump, but retained due to their lack of elasticity they take on this shape so that over time they take on a larger and larger diameter. This leads to greater wear and tear on the liner both during the Suction stroke as well as during the pressure stroke and thus both to heavy wear the sealing ring of the pump piston and the cylinder liner. Furthermore is a greater driving force is required for the pump to overcome the increased friction.

Ein selbständiger Schutz wird für die Wahl von Kunststoffgeweben schlechthin oder solchen aus einem bestimmten Kunststoff als Verstärkungsgewebe bei elastischen Dichtungen jedoch nicht begehrt.Independent protection becomes the ultimate choice for synthetic fabrics or those made of a certain plastic as reinforcement fabric for elastic However, seals are not in demand.

Claims

Claims: 1. Elastic sealing element, z. B. piston sleeve, made of rubber with a reinforcing fabric insert made of non-brittle, stiff plastic threads, which is compressed with the rubber, characterized in that the fabric of the Reinforcement insert is woven from monofite threads.

2. Sealing element according to claim 1, characterized in that the threads made of polyamide, according to the viscose process manufactured artificial silk. Polytetrafluoroethylene or polyester are made.

3. Sealing element according to claim 1 or 2, characterized in that a number of the aforementioned Fibers made fabric inserts find use. Considered publications: German Auslegeschrift No. 1010 216; German utility model number 1699 569, 1753 058; U.S. Patent Nos. 2,679,441, 2,677,581.