Die Erfindung betrifft eine Ventilschaftdichtung für ein Ventil für ein brennbares Fluid, insbesondere ein Öl- oder Gasventil. Die Abdichtung von derlei Ventilen umfasst die Abdichtung des Ventilschafts bzw. der Spindelwelle, die durch das Ventilgehäuse zu einem Handrad, Griff oder einem (elektro-)motorischen Antrieb führt. Derlei Ventile erfordern eine Kombination aus Dichtungsleistung nach API-6A und eine Beständigkeit nach PR2-Standard, kombiniert mit Brandsicherheit nach API6FA. Diese Kombination von Leistungsanforderungen wird bei den am Markt verfügbaren Ventilschaftdichtungen in der Regel durch zwei Dichtungen, in der Regel eine PTFE-Dichtung, die durch eine Metallfeder gegen die zugeordnete Dichtfläche vorgespannt wird, kombiniert mit einer Sekundärdichtung in Form einer Graphitpackung, erreicht. Die am Markt verfügbaren Graphitpackungs- Feuerschutzdichtungen verlieren jedoch im Laufe der Zeit ihre

Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT Brandschutzfunktion. In der Folge ist die Brandsicherheit des betreffenden 01- oder Gasventils bei längerem Einsatz beeinträchtigt. Die Graphitpackungs- Feuerschutzdichtungen müssen deshalb regelmäßig gewartet und ggf. ersetzt werden. Dies ist aufwändig und teuer.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Ventilschaftdichtung für ein Ventil für ein brennbares Fluid, insbesondere ein Gas- oder Ölventil, mit langlebigerem Feuerschutz anzugeben, sodass diese bei den genannten Ventilen als ein echtes Lebensdauerbauteil eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Ventil für ein brennbares Fluid mit dauerhafterem Feuerschutz anzugeben.

Die die Ventilschaftdichtung betreffende Aufgabe wird durch eine Ventilschaftdichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Das erfindungsgemäße Ventil für ein brennbares Fluid weist die in Anspruch 12 angegebenen Merkmale auf. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung angegeben.

Die erfindungsgemäße Ventilschaftdichtung ist für ein Ventil zum Sperren oder Regeln des Durchflusses eines brennbaren Fluids, insbesondere Gas oder Öl, vorgesehen und umfasst einen Dichtring mit einem Grundkörper und mit zwei Dichtlippen, die voneinander beabstandet am Grundkörper angeformt sind und sich unter Ausbildung einer zwischen den beiden Dichtlippen angeordneten Ringnut in einer zur Zentralachse Z des Dichtrings axialen Richtung vom Grundkörper wegerstrecken. Der Dichtring besteht aus einem bronzegefüllten Polymermaterial. Der Grundkörper weist eine von den Dichtlippen wegweisende und zumindest abschnittsweise keilförmig ausgeformte Seitenflanke mit einem Keilwinkel o auf.

Die Ventilschaftdichtung umfasst ferner einen Federring, mittels dessen die beiden Dichtlippen im Montagezustand der Ventilschaftdichtung in einer radialer Richtung vorspannbar, d. h. gegen das Ventilgehäuse des Ventils, sowie gegen den Ventilschaft spannbar sind. Die Ventilschaftdichtung weist weiter einen Backup Ring für den Dichtring auf, der aus einem zähelastisch verformbaren

Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT bronzegefüllten Polymermaterial besteht. Der Backup Ring weist eine hochdruckseitige Seitenflanke auf, die eine ringförmige Keilnut mit einem Keilnutwinkel ß ausbildet, in die der Grundkörper im Montagezustand der Ventilschaftdichtung eingreift. Für den Keilwinkel o gilt dabei: o > ß. Die Ventilschaftdichtung weist für den Backup-Ring einen Extrusionsschutz-Ring aus Metall auf, wobei der Extrusionsschutz-Ring und der Backup-Ring einen jeweils übereinstimmenden oder im Wesentlich übereinstimmenden Innen- oder

Außendurchmesser aufweisen.

Die erfindungsgemäße Ventilschaftdichtung ist geeignet, ohne Rückgriff auf eine am Markt etablierte verschleißbehaftete Graphit-Packung eine Dichtungsleistung gemäß den Anforderungen nach API-6A und Beständigkeit nach PR2-Standard bei einem Druck von 7500 psi (~ 517 bar) und einem Temperaturbereich von -60 bis + 177° C, kombiniert mit Brandsicherheit nach API6FA bei 7500 psi (~ 517 bar) für 30 Minuten bei 750° C zu erfüllen.

Die Ventilschaftdichtung ist einerseits durch den Einsatz eines bronzegefüllten Polymermaterials für den Dichtring als auch für den Backup-Ring hochbelastbar, verschleißarm bei statischer oder auch dynamischer Druckbeaufschlagung sowie in hohem Maße wärmeleitend. Dies ist für die Standzeit der Ventilschaftdichtung günstig.

Das bronzegefüllte Polymermaterial des Dichtrings bzw. des Backup-Rings kann insbesondere ein bronzegefülltes fluoriertes Polymermaterial, bevorzugt bronzegefülltes Polytetrafluorethylen ( = PTFE) sein. Das bronzegefüllte PTFE- Material des Dichtrings und/oder Backup-Rings kann beispielsweise eine Dichte von 4g/cm ³ aufweisen.

Die Dichtlippen des Dichtrings sind im Einbauzustand der Ventilschaftdichtung durch eine hochdruckseitige Druckbeaufschlagung aktivierbar, d. h. werden durch auf der Hochdruckseite H der Ventilschaftdichtung herrschenden Betriebsdruck P und zu diesem druckproportional gegen das Ventilgehäuse/den Ventilschaft des mit der Ventilschaftdichtung versehenen Ventils gepresst. Der Dichtring

Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT gewährleistet so eine zuverlässige Dichtfunktion. Darüber hinaus kann durch den Backup-Ring die durch den Dichtring am Backup-Ring angreifende axiale Last in axialer sowie in radialer Richtung verteilt werden. So kann durch die Winkelverhältnisse des Keilwinkel o des Dichtrings und des Keilnutwinkels des Backup-Rings bei einer hochdruckseitigen Druckbeaufschlagung der Ventilschaftdichtung im Montagezustand unter axialer Abstützung in einer zur Zentralachse radialen Richtung zusätzlich in einer radialen Richtung aufgeweitet werden, wodurch der Backup-Ring eine zusätzliche Dichtfunktion erfüllt. Der zumindest eine metallische Extrusionsschutz-Ring verhindert dabei selbst bei einer hochdruckseitigen Druckbeaufschlagung der Ventilschaftdichtung eine unerwünschte Extrusion des Backup-Rings in den Dichtspalt.

Zwecks einer besonders einfachen und sicheren Montage der Ventilschaftdichtung können die beiden Dichtlippen freie Schenkelenden des Federrings in einer radialen Richtung übergreifen. Dadurch wird zugleich einer unerwünschten Dislokation des Federrings der Montage und im Betriebseinsatz entgegengewirkt.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung greift der Extrusionsschutz- Ring in eine Ausnehmung des Backup-Rings ein oder ist zumindest abschnittsweise im Material des PTFE-Backup-Rings eingebettet angeordnet. Auch dadurch kann die Montage der Ventilschaftdichtung weiter vereinfacht werden. Ist der Backup- Ring am Extrusionsschutz-Ring angespritzt, so kann darüber hinaus auch die Bereitstellung der Teile kostengünstiger erfolgen.

Besonders bevorzugt umfasst die Ventilschaftdichtung einen Gegendruck- Stützring, der sich im Montagezustand der Ventilschaftdichtung in die Ringnut des Dichtrings hineinerstreckt. Dadurch kann einem unerwünschten Anschlägen der Dichtlippen des Dichtrings in axialer Richtung an dem Ventil bei einer Druckumkehrlage entgegengewirkt werden.

Um ein zügiges Ansprechverhalten des Dichtrings bei Druckaktivierung nach erfolgter Druckumkehr zu ermöglichen, weist der Gegendruck-Stützring

Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT vorzugsweise einen gekerbten oder wellenförmigen Rand auf, der im Montagezustand der Ventilschaftdichtung von dem Backup-Ring wegweist.

Die Ventilschaftdichtung weist nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung zwei Extrusionsschutz-Ringe aus Metall für den Backup-Ring auf. Dabei weist einer der beiden Extrusionsschutz-Ringe und der Backup-Ring jeweils einen übereinstimmenden oder im Wesentlichen übereinstimmenden Innendurchmesser und der jeweils andere Extrusionsschutz-Ring und der Backup-Ring einen jeweils übereinstimmenden oder im Wesentlichen übereinstimmenden Außendurchmesser auf.

Zwecks einer besonders zuverlässigen Dichtfunktion des Dichtrings weisen dessen Dichtlippen vorzugsweise jeweils mehrere Dichtkanten auf, die in einer zur Zentralachse der Ventilschaftdichtung/des Dichtrings axialen Richtung hintereinanderliegend angeordnet sind. Im Betriebseinsatz dienen die Dichtkanten der in radialer Richtung innenliegenden Dichtlippe einer dynamischen sowie statischen dichtenden Anlage am Ventilschaft des Ventils und die Dichtkanten der in radialer Richtung außenliegenden Dichtlippe dienen der statisch dichtenden Anlage am Ventilgehäuse bzw. einer Buchse des Ventils.

Der Backup-Ring und der Dichtring können nach der Erfindung vorteilhaft aus dem gleichen Material bestehen.

Bevorzugt weist die zumindest abschnittsförmig keilförmig ausgeformte Seitenflanke des Dichtrings eine ringförmige Stirnfläche auf, die zur Zentralachse streng radial verlaufend angeordnet ist. Die ringförmige Keilnut des Backup-Rings kann einen dazu korrespondierenden ringförmigen Nutboden aufweisen, der zur Zentralachse streng radial verlaufend angeordnet ist. Dadurch ist ein großflächiger Axialanschlag des Dichtrings am Backup-Ring ermöglicht, durch den bei einer hochdruckseitigen Druckbeaufschlagung ein Eindringen des Dichtrings in die Keilnut des backup-Rings begrenzt ist. Ist die Länge der keilförmigen Seitenflanke des Dichtrings kürzer als die axiale Tiefe der Keilnut des Backup-Rings, so kann dadurch sichergestellt werden, dass der Backup-Ring durch den Dichtring bei Druckbeaufschlagung in radialer Richtung aufgeweitet wird.

Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT Unter Wärmeleit-, Korrosions- und Festigkeitsgesichtspunkten umfasst der Extrusionsschutz-Ring nach der Erfindung vorzugsweise Bronze oder besteht aus dieser.

Das erfindungsgemäße Ventil ist für ein brennbares Fluid vorgesehen, und kann insbesondere als ein Öl- oder Gasventil ausgeführt sein. Dasa Ventil weist ein Ventilgehäuse mit einer Buchse und mit einem in der Buchse längs einer Bewegungsachse verstellbar gelagerten Ventilschaft auf, wobei der Ventilschaft und die Buchse unter Ausbildung eines Dichtspalts voneinander beabstandet angeordnet sind. Zum Abdichten des Dichtspalts dient eine vorstehend erläuterte Ventilschaftdichtung.

Eine der beiden Dichtlippen liegt im Montagezustand der Ventilschaftdichtung dynamisch/statisch dichtend an dem Ventilschaft und die andere der beiden Dichtlippen des Dichtrings liegt an der Buchse des Ventilgehäuses innenseitig dichtend an. Es versteht sich, dass sich die beiden Dichtlippen vom Grundkörper in Richtung auf die Hochdruckseite H des Dichtspalts bzw. des Ventilgehäuses erstrecken.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Ventil für ein brennbares Fluid mit einer nur schematisch dargestellten Ventilschaftdichtung in einer Schnittdarstellung;

Fig. 2 ein Ventil für ein brennbares Fluid mit einer feuergeschützten

Ventilschaftdichtung in einer ausschnittsweisen Detailansicht; und

Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT Fig. 3 ein weiteres Ventil für ein brennbares Fluid mit einer feuergeschützten Ventilschaftdichtung in einer ausschnittsweisen Detailansicht.

Fig. 1 zeigt ein Ventil 10 für ein brennbares Fluid. Das Ventil kann insbesonmdere ein Öl- oder Gasventil ausgeführt sein, in einer Schnittdarstellung. Das Ventil 10 weist ein Ventilgehäuse 12 mit einer Einström- und einer Ausströmöffnung 14, 16 für ein brennbares Fluid F, hier Öl bzw. Gas, auf. Das Ventilgehäuse 12 weist eine Buchse 18 auf. Die Buchse 18 weist einen Durchgang 20 für einen Ventilschaft 22 auf, der einem Einstellen bzw. Unterbrechen eines Fluidstroms durch das Ventilgehäuse 12 dient. Am Ventilschaft 22 kann in an sich bekannter Weise eine Handhabe (in der Zeichnung nicht gezeigt), etwa ein Griff oder ein Handrad und dergleichen, befestigt sein. Der Ventilschaft 22 ist von der Buchse 18 unter Ausbildung eines Dichtspalts 24 beabstandet angeordnet und entlang einer mit L bezeichneten Bewegungsachse relativ zum Ventilgehäuse 12 verstellbar. Zum Abdichten einer Hochdruckseite H des Dichtspalts 24, d. h. des Ventilgehäuseinneren 26, gegenüber der Umgebungsatmosphäre, d. h. der Außenseite N des Ventilgehäuses 12, dient eine hier nur schematisch dargestellte feuerfeste Ventilschaftdichtung 28, die in Fig. 2 im Detailausschnitt gezeigt ist.

Die Ventilschaftdichtung 28 weist einen -Dichtring 30 auf. Der Dichtring umfasst ein bronzegefülltes PTFE Polymermaterial bzw. besteht aus diesem. Das bronzegefüllte PTFE-Polymermaterial kann beispielsweise eine Dichte von 4g/cm ³ aufweisen.

Der Dichtring 30 weist einen Grundkörper 32 mit zwei Dichtlippen 34, 36 auf. Die Dichtlippen 34, 36 sind voneinander beabstandet am Grundkörper 32 angeformt und erstrecken sich unter Ausbildung einer zwischen den beiden Dichtlippen 34, 36 angeordneten Ringnut 38 in einer zur Zentralachse Z des Dichtrings 30 bzw. der Ventilschaftdichtung 28 axialen Richtung vom Grundkörper 32 weg. Die Zentralachse Z fällt im Montagezustand der Ventilschaftdichtung 28 mit der Bewegungsachse L des Ventilschafts 22 zusammen.

Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT Die Dichtlippen 34, 36 weisen jeweils mehrere Dichtkanten 40 auf, die in axialer Richtung hintereinanderliegend an den Dichtlippen 34, 36 angeordnet sind. Die in radialer Richtung außenliegende Dichtlippe 34 liegt mit den Dichtkanten 40 an der Buchse 18 innenseitig statisch dichtend an. Die in radialer Richtung innenliegende Dichtlippe 36 liegt mit ihren Dichtkanten 40 in einer radialen Richtung am Ventilschaft 22 statisch - und bei axialer Verstellung des Ventilschafts 22 dynamisch - dichtend an. Zum Vorspannen der Dichtlippen 34, 36 gegen die Buchse 18 bzw. den Ventilschaft 22 dient ein einzelner Federring 42. Der Federring 42 kann als ein Cantilever-Federring bezeichnet werden. Die beiden Dichtlippen 34, 36 übergreifen vorzugsweise die freien Schenkelenden 44 des Federrings 42 in einer radialen Richtung, um den Federring 42 am Dichtring 30 in dessen (gezeigter) Spannstellung zu fixieren.

Der Grundkörper 32 weist eine von den Dichtlippen 34, 26 wegweisende und zumindest abschnittsweise keilförmig ausgeformte Seitenflanke 46 mit einem Keilwinkel a auf.

Niederdruckseitig schließt sich an den Dichtring 30 ein Backup-Ring 48 für den Dichtring 30 an. Der Backup-Ring umfasst ein zähelastisch verformbares bronzegefülltes PTFE-Polymermaterial bzw. besteht aus diesem. Der Backup-Ring 48 weist eine hochdruckseitige Seite bzw. Seitenflanke 50 auf, die eine ringförmige Keilnut 52 mit einem Keilnutwinkel ß ausbildet. Der Grundkörper 32 des zähelastisch verformbaren Dichtrings 30 greift mit seiner keilförmigen Seitenflanke 46 in die Keilnut 52 formschlüssig ein. Für den Keilwinkel o gilt bezüglich des Keilnutwinkel ß: o > ß. Dadurch kann der Backup-Ring 48 bei einer Druckbeaufschlagung der Hochdruckseite H durch den in die Keilnut 52 eingreifenden Dichtring 30 zumindest abschnittsweise aufgeweitet werden und so die Last in axialer Richtung sowie in radialer Richtung verteilen. Dadurch kann der Backup-Ring 48 als eine radial/axial wirkende Zusatzdichtung fungieren.

Die zumindest abschnittsförmig keilförmig ausgeformte Seitenflanke 50 des PTFE- Dichtrings umfasst vorzugsweise eine ringförmige Stirnfläche 54, die zur Zentralachse Z streng radial verlaufend angeordnet ist. Die ringförmige Keilnut 52

Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT des Backup-Rings 48 weist einen dazu korrespondierenden ringförmigen Nutboden 56 auf, der seinerseits zur Zentralachse Z streng radial verlaufend angeordnet ist. Hierdurch ist ein großflächiger Axialanschlag 58 für den Dichtring 30 gebildet. Die keilförmige Seitenflanke 46 des Dichtrings 30 ist in axialer Richtung (geringfügig) kürzer ausgeführt, als die axiale Tiefe t der Keilnut 52. Dadurch kann der Dichtring 30 mit seiner Seitenflanke 46 in die Keilnut 52 maximal tief eingreifen und den Backup-Ring 48 in einer radialen Richtung elastisch aufweiten.

Der Backup-Ring 48 und der Dichtring 30 können das gleiche bronzegefüllte Polymermaterial umfassen bzw. aus dem gleichen bronzegefüllten Polymermaterial gebildet sein.

Zum Schutz des Backup-Rings 48 gegenüber einer unerwünschten Extrusion in Richtung der Außenseite N dient hier ein erster Extrusionsschutz-Ring 60 aus Metall. Der Extrusionsschutz-Ring 60 besteht bevorzugt aus Bronze. Der Extrusionsschutz-Ring 60 und der Backup-Ring 48 weisen hier einen jeweils übereinstimmenden oder im Wesentlichen übereinstimmenden Innendurchmesser d auf.

Der Extrusionsschutz-Ring kann gemäß Fig. 2 in eine Ausnehmung 62 des Backup-Rings eingreifen oder zumindest abschnittsweise im Material des Backup- Rings eingebettet angeordnet sein.

Zum Schutz des Dichtrings 30 gegenüber einem axialen Anschlägen seiner Dichtlippen 34, 36 an der Buchse 18 bzw. dem übrigen Ventilgehäuse 12 im Falle einer Druckumkehr (Druck P auf N > Druck P auf H) dient ein Gegendruck- Stützring 64, der sich in die Ringnut 38 des Dichtrings 30 hineinerstreckt. Der Gegendruck-Stützring 64 weist einen gekerbten oder wellenförmigen Rand 66 auf, der im Montagezustand der Ventilschaftdichtung von dem Backup-Ring 48 wegweist. Dadurch ist der Dichtring 30 auch bei einer axialen Anlage des Gegendruck-Stützrings 64 am Ventilgehäuse 12 druckaktivierbar.

Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT Gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Öl- oder Gasventils kann die Ventilschaftdichtung 28 zwei Extrusionsschutz-Ringe 60 aus Metall für den Backup-Ring 48 aufweisen. Der zweite Extrusionsschutz-Ring 60 und der Backup-Ring 48 weisen einen jeweils übereinstimmenden oder im Wesentlich übereinstimmenden Außendurchmesser D auf. Die beiden Extrusionsschutz-Ringe 60 können insbesondere aus Bronze bestehen.

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