AT507136A2 - Vorrichtung zum zentrieren rohrförmiger elemente und verfahren zum herstellen derselben - Google Patents

Description

Kurze Beschreibung des Standes der Technik

Derzeit verfügbare Zentriervorrichtungen werden aus einem einzigen Werkstoff, im allgemeinen ein Kunststoff, hergestellt. Der Werkstoff wird auf das rohrförmige Element, das 5 zu zentrieren ist, gespritzt, insbesondere sowohl auf eine hohle und auf eine kompakte Pumpstange, es wird mit Hilfe einer zweiteiligen Fitting-Verbindung angebracht oder es wird durch andere Mittel zusammengebaut.

In den Fällen, in welchen der Werkstoff auf das rohrförmige Element gespritzt wird, wird 10 eine Zentriervorrichtung, die einen molekularen Aufbau hat, und ein Ausmaß des Haftens auf dem rohrförmige Element erreicht, das sich mit den Aufspritzbedingungen signifikant ändert. Jedoch kann unter normalen Herstellungsbedingungen der molekulare Aufbau der Zentriervorrichtung so kristallin wie möglich eingestellt werden, wobei das Haften desselben am rohrförmigen Element zunimmt. Im allgemeinen kann entweder ein Verändern der 15 Oberfläche (wie Sandstrahlen) oder auch Schlitzfräsen für das Verbessern des Haftens der Zentriervorrichtung verwendet werden.

Wenn die Zentriervorrichtung durch Zusammenbau mehrerer Teile angeordnet wird, ist deren Haften schwächer als beim Anwenden des Spritzens. Überdies können zusätzliche 20 Einsätze hinzugefügt werden, wie Drehgelenke, Schrauben uswM um das Positionieren der Teile zu erlauben. Andererseits ist das Zusammenbauen von Zentriervorrichtungen vorteilhaft, da sie in jeder Stellung, die gewünscht sein kann, leichter angebracht werden können. 25 Bezüglich der Werkstoffeigenschaften ist Kunststoff im allgemeinen sehr hart und widerstandsfähig gegen Zerstören und Korrosion. “Technische Polymere” sind diejenigen, welche die Anforderungen, die gegeben sind, um bei Ölquellen benützt zu werden, erfüllen. Die gängigsten technischen Polymere sind Polyphenylensufid (PPS), Hochtemperaturpolyamide (PA), Polyphthalamid (PPA), Polyphenylenether (PPE), die für 30 gewöhnlich durch Aggregate, wie Glas, Mineral oder Aramidfasern modifiziert sind. Keramische Verstärker sind erforderlich, um die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen aufrechtzuhalten. Basispolymere ergeben chemische Widerstandsfähigkeit und Gebrauch wogegen Verstärkungselemente Widerstandsfähigkeit gegenüber Kriechen (Kriechfestigkeit) ergeben. Die Kompositwerkstoffe verbessern die Eigenschaften des 35 Basispolymer, die erreicht werden sollen, um die erwartete Leistung unter harten Bedingungen zu sichern.

Obwohl diese Werkstoffe bei harten Umweltbedingungen ausgezeichnete Leistungen gezeigt haben, sind sie teuer und einige von ihnen verursachen eine Zerstörung des 40 Metallteiles gegen den sie sich bewegen. Beispiele für Metallbeschädigungen wegen der

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Anwendung einer Zentriervorrichtung aus PPS in einigen Ölquellen sind berichtet worden. Die Anwesenheit von Glasfaser als Verstärker bei der oben erwähnten Zentriervorrichtung hat die Erosion und Beschädigung der Metalloberfläche erhöht und hat zu einer signifikanten Verringerung der Dicke geführt. Daher sollten die Werkstoffe der 5 Zentriervorrichtung der Erfindung solche sein, die einen geringen Reibungskoeffizienten haben, und eine geringe Neigung, die Metalloberfläche zu erodieren. Polyamide gehören zur Familie von Polymeren, welche optimale Bewegungsbedingungen gewährleisten, da sie einen geringen Reibungskoeffizienten haben, und in der Lage sind, sich zu verkleinern, wenn sie über lange Zeiträume hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind. Jedoch ist 10 es der Langzeitkontakt mit Umgebungen mit hohen Temperaturen, der auch die mechanischen Eigenschaften verschlechtert, was zum Ablösen führt.

Es könnte angenommen werden, dass jede Möglichkeit einen einzigen Werkstoff für das Herstellen einer Zentriervorrichtung zu haben, den klaren Nachteil hat, und ebenfalls 15 diesbezügliches Problem was am Ende eine vorzeitige Extraktion und Ersatz des Stückes verursacht.

Dokumente US 2006/231250, US 6585043, WO 98/50669, CA 2101677, US 3963075, RU 2211911, US 2005/0241822, US 2004/0112592, US 2003/0070803, US 4793412, US 20 7156171, US 7182131, US 7140432 und US 6484803 offenbaren Zentriervorrichtungen aus einem einzigen Werkstoff umfassend Rollen oder Klingen.

Die Zentriervorrichtung der vorliegenden Erfindung löst die zwei wichtigsten Probleme, die sich auf die Leistung von Zentriervorrichtungen während der Benützung beziehen: 25 Widerstand gegenüber Ablösen vom rohrförmigen Element und geringerer Reibungskoeffizient zusammen mit geringer Zerstörung und Beschädigung des Metallstückes.

Vorgeschlagen wird daher eine Zentriervorrichtung aus zwei Werkstoffen, die einen inneren Teil, der aus starkem, steifem Werkstoff mit hoher Ablösefestigkeit hergestellt ist, und einen 30 äußeren Teil aufweist, der aus einem selbstschmierenden und nicht erosiven Werkstoff mit geringem Reibungskoeffizienten hergestellt ist. Eine derartige Zentriervorrichtung wird durch ein doppeltes Spritzverfahren hergestellt. Zuerst wird der innere Teil gespritzt. Dann wird das restliche Volumen mit dem äußeren Werkstoff ausgefüllt. In der Grenzfläche ist zwischen den beiden Werkstoffen kein chemisches Haften erforderlich, um zu erlauben, 35 dass sich der äußere Teil um den inneren Teil dreht, wenn ein Drehmoment angelegt wird. Die Möglichkeit des Drehens um einen Kern verringert die Reibung zwischen der Zentriervorrichtung und der Metalloberfläche. Zusätzlich bewegen sich die Klingen der Zentriervorrichtung nicht länger entlang einer geraden Linie, während alternativer Bewegung der Zentriervorrichtung sondern eher während der Berührung mit der gesamten 40 Innenoberfläche des Rohres. Daher ist die Erosion der Metalloberfläche nicht lokalisiert und I nachgereicht! 1 ·* · 1 ·* · • · • · SL.-‘ • ♦ ··* ·♦ eine völlige Beschädigung des Rohrstückes ist verringert.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass der drehbare äußere Teil die die Zentriervorrichtung abziehende Kraft verringert. Dies weil, selbst wenn das Volumen, das 5 von dem stärkeren Werkstoff eingenommen wird, kleiner ist, als eine allfällige Zentriervorrichtung aus einem einzigen Werkstoff, es den Abziehwiderstand nicht beeinträchtigt.

Die Erfindung erreicht, dass die Zentriervorrichtung Arbeitsbedingungen standhält ohne 10 Ablösen des rohrförmigen Teils, auf dem sie befestigt ist, und mit keiner Beschädigung der Metalloberfläche, an welcher sie während Bewegung anliegt.

Die Zentriervorrichtung aus zwei Werkstoffen verringert auch das Drehmoment, dass auf die Grenzfläche zwischen der Zentriervorrichtung und dem rohrförmigen Element, an dem sie 15 befestigt ist, angewendet wird. Dies kann durch einen drehbaren äußeren Teil, der sich um den inneren Teil dreht, erreicht werden.

Die Drehbewegung hat einen zusätzlichen Vorteil: Die Klingen der Zentriervorrichtung können sich ständig drehen, sodass eine örtlich begrenzte Erosion der Metalloberfläche 20 verhindert wird.

Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung eine Lösung für oben genannte Probleme dar, nämlich: 25 - Verwendung von zwei Werkstoffen, vor allem hergestellt durch Spritzgießen polymerer

Werkstoffe, einer über den anderen, wobei die Geometrien beider Teile kompatibel auf den Umstand basieren, dass sich der äußere Teil um den inneren Teil drehen kann, und dass äußere Teil schraubenförmige Klingen hat, 30 - der innere Werkstoff hat einen höheren Elastizitätsmodul und auch verbesserte mechanische Eigenschaften, selbst bei hohen Temperaturen, - der äußere Werkstoff hat einen geringen Reibungskoeffizienten und ist selbstschmierend, was eine optimale Trennfläche für den kontinuierlichen Betrieb in 35 Berührung mit den rohrförmigen Elementenden ergibt, - der drehbare äußere Teil erlaubt eine Verringerung des Gesamtdrehmomentes, was die Lebensdauer der Zentriervorrichtung erhöht, und 40 - die Zentriervorrichtung kann sich um 300° drehen, wenn sie mit der Metalloberfläche in

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Berührung ist, sodass örtliche Erosion und die von der Metalloberfläche erlittene Beschädigung verringert ist. Überdies besteht das Verfahren zum Anordnen der Zentriervorrichtung darin, dass zunächst 5 auf das rohrförmige Element der innere Werkstoff, der eine hohe mechanische Leistungsfähigkeit und chemische Stabilität hat, z.B. PPS, aufgespritzt wird. Dann wird auf den Kern der äußere Werkstoff, z.B. Polyamid, aufgespritzt, der einen geringen Reibungsindex hat, jedoch mit besseren mechanischen Leistungen und chemischen Stabilität als der innere Werkstoff. 10

Daher wird ein Kern aus PPS gebildet, der als Anker nützlich sein kann, um zu verhindern, dass sich Polyamid von der axialen Stellung, die von der Einrichtung im Rohrelement eingenommen wird, ablöst. In beiden Fällen wird der Griff mit Hilfe eines Anzugseffektes des Kunststoff um das rohrförmige Element und den Kern der Zentriervorrichtung 15 eingestellt. Dieser Effekt wird erreicht, durch eine Volumenskontraktion der Werkstoffe sobald sie sich nach dem Einspritzverfahren abkühlen.

Der äußere Werkstoff muss sich, abhängig von der Anwendung, um den Kem nicht drehen können.

Als ein Ergebnis ist es möglich Zentriervorrichtungen herzustellen, welche beide Optionen erfüllen: - drehbar: im Fall von erhöhtem Drehmoment, für welche die erste Einspritzung keine 25 Längsverriegelungen hat und - fixiert: die erste Einspritzung hat längliche Verriegelungen. Überdies können abhängig von der Anwendung der Pumpstange zwei geometrische Arten 30 von Zentriervorrichtungen definiert werden. Eine von ihnen ist geometrisch gerade mit länglichen Klingen für den Fall mechanischer Pumpstangen: die andere ist geometrisch schraubenförmig für PCP Pumpstangen, wie hier zuvor beschrieben.

Gegenstand der Erfindung 35

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Zentriervorrichtung für rohrförmige Elemente zur Verfügung zu stellen, die gekennzeichnet ist, durch: - einen inneren Teil, gebildet aus einem ersten Werkstoff mit hoher mechanischer 40 Leistungsfähigkeit und chemischer Stabilität,

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- einen äußeren Teil, der auf dem inneren Teil angeordnet ist, gebildet durch einen zweiten Werkstoff - wobei der zweite Werkstoff selbstschmierend ist mit einem geringen Reibungskoeffizient - der eine geringere mechanische Leistungsfähigkeit und chemische 5 Stabilität hat, als jene des ersten Werkstoffes.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zum Herstellen der Zentriervorrichtung zur Verfügung zustellen, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: 10 - Aufspritzen eines ersten Werkstoffes, der den inneren Teil bildet, auf ein rohrförmiges Element und - Aufspritzen eines zweiten Werkstoffes auf den gebildeten inneren Teil. 15

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird besser verstanden werden auf Basis der angeschlossenen Zeichnungen, nämlich: 20

Fig. 1A und 1B zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine Vorderansicht einer geometrisch geraden, drehbaren Zentriervorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2A und 2B zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf eine geometrisch 25 schraubenförmige, drehbare Zentriervorrichtung der Erfindung.

Fig. 3A und 3B zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine Frontansicht des Kerns einer fixierten Zentriervorrichtung der Erfindung einschließlich Verriegelungen im inneren Teil desselben. 30

Ausführliche Beschreibung der Erfindung:

Fig. 1A und 1B zeigen eine geometrisch gerade, drehbare Zentriervorrichtung 1 für mechanische Pumpstangen umfassend einen inneren Teil oder Kern 2 hergestellt aus 35 einem starken, steifen Werkstoff mit hoher Abziehfestigkeit und einen äußeren Teil 3 hergestellt aus einem Werkstoff mit einem geringen Reibungskoeffizienten, der selbstschmierend und nicht erosiv ist. Der Innendurchmesser D des inneren Teils oder Kerns 2 entspricht dem des rohrförmigen Elementes, das zu zentrieren ist. Der äußere Teil 3 hat längslaufende gegossene Klingen 4, die das Rohr C berühren, um das rohrförmige 40 Element zu zentrieren. Innerhalb der Trennfläche zwischen dem inneren Teil 2 und dem

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· - €L ; ··· Η· äußeren Teil 3 gibt es kein chemisches Haften irgendeiner Art, sodass sich der äußere Teil 3 um den inneren Teil 2 drehen kann, wenn Drehmoment angewendet wird.

Fig. 2A und 2B zeigen eine geometrisch schraubenförmige, drehbare Zentriervorrichtung T 5 für PCP-Pumpstangen, umfassend einen inneren Teil oder Kern 2' hergestellt aus einem starken, steifen Werkstoff mit hoher Abziehfestigkeit und einem äußeren Teil 3' hergestellt aus einem Werkstoff mit geringen Reibungskoeffizienten, der selbstschmierend und nicht erosiv ist. Der Innendurchmesser D’ des inneren Teils oder Kerns 2 entspricht dem des rohrförmigen Elementes, das zu zentrieren ist. Der äußere Teil 3' hat längslaufende 10 gegossene Klingen 4', welche das Rohr C’ berühren, um das rohrförmige Element zu zentrieren. In der Grenzfläche zwischen dem inneren Teil 2’ und dem äußeren Teil 3' gibt kein chemisches Haften irgendeiner Art, sodass sich der äußere Teil 3' um den inneren Teil 2' drehen kann, wenn Drehmoment angewendet wird. 15 Fig. 3A und 3B zeigen im Detail den inneren Teil oder Kern 2, 2’ einer fixierten Zentriervorrichtung gemäß der Erfindung. In dem Umfang des inneren Teils 2, 2' sind eine Mehrzahl von Verriegelungen 5 jedweder Geometrie eingeschlossen. Diese Mehrzahl von Verriegelungen 5 erfüllen die Funktion, es zu verhindern, dass sich der äußere Teil (nicht gezeigt) einer fixierten Zentriervorrichtung um den inneren Teil 2,2' dreht. Ein bevorzugtes 20 Beispiel wäre das Anordnen von 16 Verriegelungen über den Umfang gleichmäßig verteilt und in Längsrichtung gleichmäßig verteilt auf dem Umfang des inneren Teils 2, 2', wie in den Fig. 3A und 3B ersichtlich mit der identischen, im wesentlich prismatischen Form. Jede andere Art von Geometrie und/oder Anordnung der Verriegelungen wird von den angewendeten Herstellungskriterien abhängen und sind dem Fachmann gut bekannt. 25

Das Verfahren zum Anbringen einer Zentriervorrichtung 1,1' besteht darin, zunächst auf das rohrförmige Element den inneren Werkstoff zu spritzen, der den inneren Teil oder Kern 2, 2' bildet, mit hoher Leistungsfähigkeit und chemischer Stabilität, z.B. PPS. Dann wird auf den inneren Teil 2, 2' der äußere Werkstoff, der den äußeren Teil 3,3' z.B. Polyamid bildet, 30 gespritzt, wobei dieser Teil einen geringen Reibungsindex hat, jedoch geringere mechanische Leistungsfähigkeit und chemische Stabilität als der innere Werkstoff.

Eine Alternative zu dem oben erwähnten ist es, dass sich der äußere Teil 3,3' nicht um den inneren Teil 2, 2' drehen soll, abhängig von der Anwendung der Pumpstange. Demzufolge 35 können Zentriervorrichtungen 1, T hergestellt werden, wobei die Zentriervorrichtungen beide Optionen erfüllen: - drehbar: im Falle von erhöhtem Drehmoment für welche der innere Teil (2, 2') eine Verriegelung 5 aufweist, die über den Umfang und die Länge gleichmäßig beabstandet 40 auf der Umfangsfläche desselben angeordnet sind; und

NACHGEREICHT fixiert: der innere Teil 2, 2' umfasst Verriegelungen 5, die über den Umfang und die Länge gleichmäßig verteilt auf der Umfangsfläche desselben angeordnet sind.

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Claims (14)

1. ft » *· · · ·· ·· «« ·······»·** · · · ««· · · · · fj • · · ······· y • · · · «Q · · · · · / Patentansprüche: 1. Zentriervorrichtung (1,1’) für rohrförmige Elemente umfassend: - einen inneren Teil (2,2') gebildet aus einem ersten Werkstoff mit hoher mechanischer 5 Leistung und chemischer Stabilität; 10 - einen äußeren Teil (3, 3'), der auf dem inneren Teil (2, 2') angeordnet ist, und der gebildet ist, aus einem zweiten Werkstoff, wobei der zweite Werkstoff selbstschmierend ist und einen geringen Reibungskoeffizienten hat und eine geringere mechanische Leistung und chemische Stabilität hat, als der des ersten Werkstoffes.
2. 2. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei an der Grenzfläche zwischen dem inneren Teil (2, 2') und dem äußeren Teil (3, 3') kein chemisches Anhaften vorliegt. 15
3. 3. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei mehrere Verriegelungen (5) an der Umfangfläche des inneren Teils (2, 2') angeordnet sind.
4. 4. Zentriervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Verriegelungen (5) sowohl über den Umfang als auch über die Länge auf der Umfangsfiäche des inneren Teils (2) 20 gleichmäßig beabstandet angeordnet sind, und eine im Wesentlichen prismatische Form besitzen.
5. 5. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Innendurchmesser (D, D’) des Innenteils (2,2') dem des rohrförmigen Elementes, das zentriert werden soll, entspricht. 25
6. 6. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der äußere Teil (3,3') angegossene Flügel (4, 4') hat, welche das Rohr (C’) der Quelle führt, um das rohrförmige Element zu zentrieren. 30
7. 7. Zentriervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Flügel (4) für den Fall von mechanischen Pumpstangen längslaufend sind, wobei der Strang keine Bewegung aufwärts und abwärts hat.
8. 8. 35 Zentriervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Flügel (4') schraubenförmig sind, für den Fall von PCP-Pumpstangen, und wobei der Strang eine Drehbewegung ausführt.
9. 9. Ein Verfahren zum Herstellen einer Zentriervorrichtung gemäß Anspruch 1 umfassend die Stufen: NACHGEREICHT - Einspritzen eines ersten Werkstoffes, welcher den inneren Teil auf einem rohrförmigen Element bildet, und - Aufspritzen eines zweiten Werkstoffes auf den so gebildeten inneren Teil.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Werkstoff ein Polymenwerkstoff ist, der hohe mechanische Leistung und chemische Stabilität hat, beispielsweise PPS.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der zweite Werkstoff ein Polymerwerkstoff ist, der einen kleinen Reibungsindex jedoch geringere mechanische Leistungsfähigkeit und chemische Stabilität hat, als der des inneren Materials, wie z.B. Polyamid.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Sitz zwischen dem inneren Teil und dem rohrförmigen Element eingestellt wird, mit Hilfe eines Anzugeffektes den Kunststoff um das rohrförmige Element und den inneren Teil der Zentriervorrichtung, der sich aus einer Volumentkontraktion des Werkstoffs beim Abkühlen nach dem Einspritzverfahren ergibt.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei mehrere Verriegelungen (5) auf der Umfangsfläche des inneren Teils (2, 2') hergestellt werden.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verriegelungen (5) auf der Umfangsfläche des inneren Teils (2, 2’) im Wesentlichen prismatischer Form in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung und in Längsrichtung hergestellt werden. NACHGEREICHT