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Schwinghebelanordnung zum Antrieb von Tiefpumpen, z. B. Ölsonden Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schwing -hebelanordnung zum Antrieb von Tiefpumpen,
z. B. Ölsonden, unter Verwendung eines als Lemniskoidenlenkersystem ausgebildeten
Hebelgestänges. Tiefpumpen, deren Arbeitshub durch eine Schwinghebelanordnung gesteuert
wird, sind immer, sofern man nicht einen Kreuzkopf anzuwenden in der Lage ist, mit
dem Übelstand behaftet, daß die vom Schwinghebel ausgeübte Schwenkbewegung, welche
die Enden der Schwinghebelabschnitte auf Kreisbögen bewegt, erst mittels schwerfälliger,
besonderer Hilfseinrichtungen (pferdekopfartige Ausbildung des Endes eines Schwinghebelabschnittes)
in .eine annähernd geradlinige Bewegungsbahn umgesetzt wurde. Bekannt ist auch schon,
daß der geradlinig zu führende Punkt in den eine geradlinige Bewegung ausführenden
Punkt eines Lemniskoidenlenksystems gelegt wurde, indem von der bekannten Erkenntnis
Gebrauch gemacht wurde, daß, wenn zwei einseitig angelenkte, an ihren freien Enden
durch- eine Schiene miteinander verbundene Gestängearme um angepaßte Winkelbeträge
verschwenkt werden, ein bestimmter Punkt auf der Verbindungsschiene sich jeweils
auf einer Geraden bewegt. In diesem sich auf einer Geraden bewegenden Punkt wurde
dabei das Ende des geradlinig zu führenden Gestänges, z. B. das Hubgestänge einer
Ölsonde, angeschlossen.
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Gerade bei einer Schwinghebelanordnung zum Antrieb einer Tiefpumpe
gibt es aber mehrere Punkte, die zur Sicherstellung einer einwandfreien Arbeitsweise
mehr oder weniger genau geradlinig geführt werden sollten. So ist es erwünscht,
außer dem Anschlußpunkt für das Hubgestänge auch das bei dieser Art von Maschinen
üblicherweise vorgesehene Gegengewicht, ferner auch den Anschlußpunkt
der
Antriebsstange am Schwinghebel geradlinig zu führen. Nicht nur wird dadurch ein
sonst vorhandenes, sich auf die Maschine ungünstig auswirkendes Schwungmassenmoment
weitgehend herabgedrückt und dadurch ein ruhigeres Arbeiten der Maschine erzielt,
sondern es wird dadurch auch das Arbeiten auf der Bühne einer solchen Tiefpumpenanlage
gefahrloser. Es ließe sich nun dieser weiteren Aufgabe dadurch entsprechen, daß
jeder der geradlinig zu führenden Punkte in den sich auf einer Geraden bewegenden
Punkt eines jeweils gesondert angebrachten Lemniskoidenlenkersystems gelegt wird.
Die Vielheit der dann aber vorhandenen Hebelgestänge würde das Arbeiten auf der
Bühne jedoch so gefahrvoll werden lassen und den Arbeitsplatz auf der Bühne so einengen,
daß von dieser Lösung praktisch kein Gebrauch zu machen ist, zumal diese verschiedenen,
geradlinig zu führenden Punkte sich im allgemeinen in verschiedener Höhenlage über
der Bühne befinden.
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Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit dadurch behoben, daß ein
Gestänge in Form eines Parallelogramms vorgesehen ist, dessen eine Seite durch den
Schwinghebelbalkenoder einen Teil desselben, während die eine daran angelenkte Seite
durch die Koppelschiene des Lemniskoidensystems oder die Verlängerung desselben
gebildet ist und daß alle geradlinig zu führenden Teile des Pumpenantriebs jeweils
an einen Punkt angeschlossen sind, der auf einer durch die Gelenkpunkte des Lemniskoidensystems
zu legenden Geraden oder deren Verlängerung und andererseits auf einer der Seiten
des Parallelogramms oder deren Verlängerung liegt. Das eine hierbei zur Verwendung
gelangende steuernde Lemniskoidensystem kann hierbei, wie an sich bekannt, in Z-Form
oder T-Form angeordnet sein.
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Nach dieser Regel sind nun verschiedene Ausführungsformen denkbar,
die sich insbesondere auf die Lage des Parallelogramms und die Lage der Koppelschiene
beziehen. So kann die zum Parallelogramm gehörende, dem Schiiznghebelbalken parallele
Schiene oberhalb oder unterhalb des Schwinghebelbalkens oder der Hauptlagerung des
Systems angeordnet sein. Verschiedene Möglichkeiten ergehen sich auch für die Anordnung
des Gegengewichts, welches an einer Verlängerung der einen Parallelogrammseite oberhalb
oder unterhalb der Arbeitsbühne vorgesehen sein kann; es braucht auch der Schwinghebelbalken
nicht auf einem festen Tragfuß gelagert zu sein, sondern er kann von einer Steuerstange
unterstützt sein, die ihrerseits zum Parallelogramm gehört; insbesondere kann auch
der eine Schwinghebelabschnitt die obere Seite des Parallelogramms darstellen, dessen
zur Koppel parallele Seite von einer den Schwinghebel tragenden, pendelnden Stütze
gebildet ist bzw. durch eine solche Stütze ersetzt ist.
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Die Erfindung wird näher erläutert an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsformen, welche einige der möglichen Abwandlungen des der Erfindung zugrunde
liegenden Gedankens zeigen.
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Die in Fig. r dargestellte Ausführung - diese und alle weiteren Figuren
sind rein schematische, das kinematische Prinzip wiedergebende Seitenansichten -
zeigt einen Tiefpumpenantrieb, der durch einen Schwinghebel angetrieben wird. Der
auf dem Fuß A schwingbar gelagerte Schwinghebel besteht aus den beiden Abschnitten
Bi und B.. B. bildet mit dem einseitig schwingbar gelagerten steuernden Hebel L2
und der die freien Enden von B2 und L2 verbindenden, in einem Winkel 2 a
pendelnden Koppelschiene 1(2 ein Lemniskoidensystem. Der zwischen den Anschlußpunkten
auf der Koppelschiene befindliche Punkt V2 wird sich, wenn der Schwinghebel durch
die Schubstange N angetrieben wird und dann Schwingbewegungen über den Winkel 2
ß ausführt, auf einer Geraden bewegen. Im Punkte V2 wird demzufolge das Gegengewicht
Q2 angeordnet, das sich dann entsprechend geradlinig bewegen wird.
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Parallel zum Schwinghebel und oberhalb desselben ist nun eine Schiene
S angeordnet. Mit dem Schwinghebel bildet diese Schiene ein Parallelogramm, dessen
dritte Seite durch die Verlängerung der Koppelschiene K2 und dessen vierte Seite
eine Verbindungsschiene K1 zum :äußeren Ende des Schwinghebelabschnittes B2 ist.
Dieses Parallelogramm wird so bemessen, daß die durch die Gelenkpunkte des Lemniskoidensystems
und den Punkt V2 zu legende Gerade O in ihrer Verlängerung durch die vorn Gegengewicht
abgelegene obere Gelenkstelle des Parallelogramms verläuft; dies ist der Punkt V1,
der sich demzufolge bei den Schwingbewegungen des Schwinghebels stets. gleichfalls
auf einer Geraden bewegen wird. In diesem Punkte wird das Hubgestänge P der Pumpe
angeschlossen. Das Lemniskoidenlenker systern B K2-1.2 steuert somit nicht
nur das Gegengewicht Q geradlinig. sondern bewegt auch über das genannte Parallelogramm
den Anschlußpunkt für das Pumpenhubgestänge stets geradlinig.
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Bei der Ausführung nach Fig.2 wird ein erstes Parallelogramm durch
eine dem Schwinghebelabschnitt B1 parallele, unter demselben liegende und an der
Koppelschiene h'; in ihrem geradlinig geführten Punkte V; befestigte Stange S1 und
die das eine Ende des Schwinghebelabschnittes B1 mit der
Stange
S1 verbindende, zu der Koppelschiene I(3 parallele Stange I(1 gebildet; diese Stange
I(1 trägt in ihrem geradlinig geführten Punkte V1 das Pumpengestänge P. Ein zweites
Parallelogramm wird durch eine dem anderen Schwwinghebelabschnitt B2 parallele,
über demselben liegende, an der Verlängerung der Koppelschiene I(3 befestigte Stange
S2 und eine am Ende des Schwinglieb.elabschnittes B2 befestigte Stange I<2 gebildet.
Hierdurcbi wird; der geradlinig geführte Punkt V2 auf der Stange I(2 und auf der
durch die Gelenkpunkte des Lemniskoidensystems zu legenden Geraden .0 liegend geschaffen,
in dem das Gegengewicht Q2 angeordnet wird. Angetrieben wird der Schwinghebel vom
Motor M über das. Getriebe G durch die Schubstange N; in Ergänzung zu dem Gewicht
Q2 kann mitumlaufend auf der Kurbel ein Gewicht Q vorgesehen sein.
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Eine Ausführung, bei der sowohl das Gegengewicht als auch der Anschlußpunkt
für das Hubgestänge und außerdem auch der Anschlußpünkt für den Antrieb geradlinig
bewegt werden, zeigt Fig.3. Hier wird das Parallelogramm durch eine dem Schwinghebel
BI, B2 parallele, über demselben hiegende Stange S und eine der nach oben verlängerten
Koppelschiene I(2 parallelen Stange I(3 gebildet. Wie gemäß Fig. i wird das Gegengewicht
im Punkte V2 unmittelbar auf der Koppelschiene I(2 liegend angeordnet. In dem auf
der einen Parallelogrammseite der Stange I(3 und andererseits auf der durch die
Gelenkpunkte des Lemniskoidensysterns zu legenden Geraden 0 liegenden Punkte V3
wird die treibende Schubstange N angeschlossen, während in dem auf der Stange S
und naturgemäß auch auf der Geraden O liegenden Punkte V1 das Hubgestänge P angeschlossen
wird.
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Die Ausführung gemäß Fig. ¢ ist dadurch entstanden, daß in der Anordnung
nach Fig. i der Schwinghebelabschnitt B1 in Fortfall gekommen ist, was den Vorteil
ergibt, daß die Arbeitsbühne auf der Seite des Bohrloches weitgehend von Gestängen
frei ist. Bei dieser Darstellung ist der verbliebene Abschnitt B2 und das hierauf
aufgebaute Parallelogramm, bestehend aus der Verlängerung der Koppelschiene I(2
der hierzu parallelen, auf .dem Betonblock A schwingbar gelagerten Koppel I( und
der zu dem Abschnitt B2 parallelen Stange S, in der ausgeschwungenen Stellung dargestellt.
Die eine geradlinige Bewegung ausführenden, das Gegengewicht Q2 bzw. das Hubgestänge
P tragenden Punkte V2 und V1 befinden sich in diesem Augenblick in der Lage der
Punkte V2 und Vi und damit außerhalb der durch die Gelenkpunkte .des Lemniskoidensystems
zu legenden Geraden O; die für die waagerechte Hälbhubstellung der Anlage in Betracht
kommenden Punkte V2 und V1 haben jedoch auch in diesem Falle ihre Lage auf der Geraden
O.
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Der Antrieb erfolgt auch hierbei durch die Schubstange N, die in diesem
Falle an die Stange S angeschlossen ist. Wie dargestellt, kann auch diese Schubstange
N als Koppel eines gesonderten Lemniskoidensystems angesehen werden, dessen Lenker
der Schwenkradius 12'- auf der Stange S einerseits ist und dessen anderer Lenker
durch die am Betonblock angelenkte Stange L3 gebildet wird. Die Schwenkbewegungen
der Schubstange N können auf diese Weise stark gemindert werden, so daß der Durchtritt
dieser Stange durch die Arbeitsbühne durch .ein enges Loch ermöglicht wird.
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DerUnterschiedderinFig. 5 wiedergegebenen Ausführung gegenüber den
zuvor besprocheInen. Ausführungen besteht kinematisch gesehen darin, daß der zum
steuernden Lemniskoidensystem gehörende Lenker L2 nicht mehr unmittelbar mit der
Koppelschiene I(2 verbunden ist. Er greift vielmehr als Lenker L3 an einen auf dem
Schwinghebelteil B1 liegenden Punkt an, der eine kreislinige Bewegung ausführt.
Der geometrische Ort dieser Punkte für das Z-förmige Lemniskoidensystem ist :eine
durch das - schwingende Ende des Lenkers L3 und der Hauptlagerung des Schwinghebelsystems
zu legende Gerade. Der Lenker ist also' kein eigentlicher Lemniskoidensystemlenker
mehr, denn er bildet mit den übrigen Seiten des Parallelogramms weder ein Gebilde
in Z-Form noch in F-Form. Er zwingt vielmehr den Anschlußpunkt auf dem Abschnitt
B, seine kreisförmige Bahn zu durchlaufen und steuert damit das ganze System ebenso
wie der Steuerlenker L2 bei den anderen Ausführungsformen. Somit wirkt sich: auch
der Anschlußpunkt als einem Lemniskoidensyste'm angehörend aus, so daß sich außer
dem Punkt V1, an den das Hubgestänge der Pumpe angeschlossen ist, auch der Punkt
V2 mit dem. dort angeordneten Gegengewicht Q2 auf einer Geraden bewegt, da sich
der Punkt V2 einerseits auf der durch die Gelenkpunkte des Lemniskoidensystems zu
legenden Geraden O und andererseits auf der Verlängerung der zum Parallelogramm
gehörenden, nämlich parallel zu der den Schwinghebel tragenden, selbst schwingbaren
Stange I( angeordneten Stange I(2 befindet. Der Vorteil dieser Ausbildung besteht
darin, daß das Gegengewicht Q2 gewissermaßen frei tragend ängeordnet werden kann,
wenn, wie dargestellt, der steuernde Lenker L3 versetzt und gegebenenfalls unmittelbar
am Getriebekasten G :aasgelenkt wird. Die Anordnung gemäß Fig. 5 wird genau wie
die gemäß Fig. 4
entworfen, und nur nachträglich wird der Abschnitt
B2 in die Höhenlage verlegt, welche dem Lagerungspunkt u3 entspricht.
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Die Ausführungsform nach Fig. 6 weist schließlich gegenüber den Lösungen
gemäß Fig.4 und 5 den Unterschied auf, daß der obere Schwinghebelbalken S nicht
von der Parallelogrammseite I( pendelnd gestützt ist, sondern von einer pendelnden
Stütze I(' getragen ist, welche tiefer als 1( gelagert ist.-Das dann vorliegende
geometrisch nur angenäherte, gewissermaßen offene Parallelogramm hat praktisch dieselbe
Wirkung wie das geometrisch genau geschlossene Parallelogramm gemäß Fig.4, denn
der Anschlußpunkt dieser pendelnden Stütze I( bzw. I(' am Schwinghebelbalken S beschreibt
im einen wie ärn anderen Falle praktisch eine gleichwertige Bahn, die nach Fig.
6 nur etwas flacher verläuft, aber den Vorteil ergibt, daß das Hauptlager A tiefer
auf dei# Grundplatte mit den übrigen Maschinenteilen zu befestigen ist und die Stütze
I(' länger wird, wodurch auch der Hub des Pumpengestänges größer wird, ohne daß
die übrigen Teile entsprechend größer werden.