WO2023135243A1 - Ventilschaftdichtung sowie öl- oder gasventil - Google Patents

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WO2023135243A1
WO2023135243A1 PCT/EP2023/050714 EP2023050714W WO2023135243A1 WO 2023135243 A1 WO2023135243 A1 WO 2023135243A1 EP 2023050714 W EP2023050714 W EP 2023050714W WO 2023135243 A1 WO2023135243 A1 WO 2023135243A1
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WO
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ring
valve stem
sealing
stem seal
valve
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Application number
PCT/EP2023/050714
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter BASHFORD
Daniel GRAINGER
James Simpson
Original Assignee
Trelleborg Sealing Solutions Germany Gmbh
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Publication date
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    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K41/00—Spindle sealings
    • F16K41/02—Spindle sealings with stuffing-box ; Sealing rings
    • F16K41/04—Spindle sealings with stuffing-box ; Sealing rings with at least one ring of rubber or like material between spindle and housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/166—Sealings between relatively-moving surfaces with means to prevent the extrusion of the packing
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    • F16J15/3208—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip provided with tension elements, e.g. elastic rings
    • F16J15/3212—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip provided with tension elements, e.g. elastic rings with metal springs
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    • F16J15/3232—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips
    • F16J15/3236—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips with at least one lip for each surface, e.g. U-cup packings

Definitions

  • the invention relates to a valve stem seal for a valve for a combustible fluid, in particular an oil or gas valve.
  • the sealing of such valves includes the sealing of the valve stem or the spindle shaft, which leads through the valve housing to a hand wheel, handle or an (electric) motor drive.
  • Such valves require a combination of API-6A sealing performance and PR2 standard durability combined with API6FA fire safety.
  • This combination of performance requirements is typically achieved in the valve stem seals available on the market by using two seals, typically a PTFE seal which is biased against the associated sealing surface by a metal spring, combined with a secondary seal in the form of a graphite packing.
  • the graphite packing fire seals available on the market lose their integrity over time
  • valve stem seal having the features specified in claim 1.
  • the valve for a combustible fluid according to the invention has the features specified in claim 12.
  • Preferred developments of the invention are specified in the dependent claims and in the description.
  • the valve stem seal according to the invention is intended for a valve for blocking or regulating the flow of a combustible fluid, in particular gas or oil, and comprises a sealing ring with a base body and with two sealing lips which are spaced apart from one another and are formed on the base body and form a gap between the two Sealing lips arranged annular groove in an axial direction to the central axis Z of the sealing ring extend away from the base body.
  • the sealing ring is made of a bronze-filled polymer material.
  • the base body has a side flank which points away from the sealing lips and is wedge-shaped at least in sections and has a wedge angle o.
  • the valve stem seal also includes a spring washer, by means of which the two sealing lips can be pretensioned in a radial direction when the valve stem seal is in the assembled state, i. H. can be clamped against the valve housing of the valve and against the valve stem.
  • the valve stem seal also has a backup ring for the sealing ring, which is made from a viscoplastic, deformable material
  • the backup ring has a side flank on the high-pressure side, which forms an annular keyway with a keyway angle ß, in which the base body engages when the valve stem seal is assembled.
  • the valve stem seal has a metal anti-extrusion ring for the backup ring, the anti-extrusion ring and the backup ring each having a matching or substantially matching inner or outer diameter
  • the valve stem seal of the present invention is capable of providing API-6A sealing performance and PR2 standard durability at a pressure of 7500 psi ( ⁇ 517 bar) and a temperature range of -60 to +177°C combined with API6FA fire rating to meet 7500 psi ( ⁇ 517 bar) for 30 minutes at 750°C.
  • valve stem seal is, on the one hand, highly resilient due to the use of a bronze-filled polymer material for the sealing ring as well as for the backup ring, low-wear under static or dynamic pressure loading and is highly heat-conducting. This is favorable for the service life of the valve stem seal.
  • PTFE bronze-filled polytetrafluoroethylene
  • the bronze-filled PTFE material of the sealing ring and/or backup ring can have a density of 4 g/cm 3 , for example.
  • the sealing lips of the sealing ring can be activated by applying pressure on the high-pressure side, i. H. are pressed against the valve housing/valve stem of the valve provided with the valve stem seal by the operating pressure P prevailing on the high-pressure side H of the valve stem seal and in proportion to this pressure.
  • the axial load acting on the backup ring through the sealing ring can be distributed in the axial and in the radial direction by the backup ring. Due to the angular ratios of the wedge angle o of the sealing ring and the wedge groove angle of the backup ring, when the valve stem seal is pressurized on the high-pressure side in the assembled state with axial support in a radial direction to the central axis, it can also be expanded in a radial direction, giving the backup ring an additional sealing function Fulfills.
  • the at least one metal anti-extrusion ring prevents undesired extrusion of the backup ring into the sealing gap, even when pressure is applied to the valve stem seal on the high-pressure side.
  • the two sealing lips can engage over free leg ends of the spring ring in a radial direction. At the same time, this counteracts an undesired dislocation of the spring washer during assembly and during operational use.
  • the anti-extrusion ring engages in a recess of the backup ring or is embedded at least in sections in the material of the PTFE backup ring. This also allows the assembly of the valve stem seal to be further simplified. If the backup ring is molded onto the anti-extrusion ring, the parts can also be provided more cost-effectively.
  • the valve stem seal particularly preferably comprises a counter-pressure support ring which extends into the annular groove of the sealing ring when the valve stem seal is in the assembled state. This can counteract an undesirable impact of the sealing lips of the sealing ring in the axial direction on the valve when the pressure is reversed.
  • the counter-pressure support ring has
  • Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT preferably has a notched or wavy edge that faces away from the backup ring when the valve stem seal is assembled.
  • the valve stem seal has two metal anti-extrusion rings for the backup ring.
  • one of the two anti-extrusion rings and the backup ring each have a matching or substantially matching inner diameter and the other anti-extrusion ring and the backup ring each have a matching or substantially matching outside diameter.
  • its sealing lips preferably each have a plurality of sealing edges which are arranged one behind the other in an axial direction relative to the central axis of the valve stem seal/of the sealing ring.
  • the sealing edges of the sealing lip lying on the inside in the radial direction serve for dynamic and static sealing contact on the valve stem of the valve and the sealing edges of the sealing lip lying on the outside in the radial direction serve for the static sealing contact on the valve housing or a socket of the valve.
  • the backup ring and the sealing ring can advantageously consist of the same material.
  • the side flank of the sealing ring which is wedge-shaped at least in sections, has an annular end face, which is arranged running strictly radially to the central axis.
  • the ring-shaped keyway of the backup ring can have a corresponding ring-shaped groove base, which is arranged running strictly radially to the central axis. This enables a large-area axial stop of the sealing ring on the backup ring, which limits penetration of the sealing ring into the keyway of the backup ring when pressure is applied on the high-pressure side. If the length of the wedge-shaped side flank of the sealing ring is shorter than the axial depth of the keyway of the backup ring, this can ensure that the backup ring is expanded in the radial direction by the sealing ring when pressure is applied.
  • the anti-extrusion ring according to the invention preferably comprises or consists of bronze.
  • the valve according to the invention is intended for a combustible fluid and can be designed in particular as an oil or gas valve.
  • the valve has a valve housing with a bushing and with a valve stem mounted in the bushing so that it can be adjusted along a movement axis, the valve stem and the bushing being arranged at a distance from one another, forming a sealing gap.
  • a valve stem seal explained above is used to seal the sealing gap.
  • one of the two sealing lips is in dynamic/static sealing contact with the valve stem and the other of the two sealing lips of the sealing ring is in contact with the socket of the valve housing on the inside in a sealing manner. It goes without saying that the two sealing lips extend from the base body in the direction of the high-pressure side H of the sealing gap or of the valve housing.
  • valve 1 shows a valve for a combustible fluid with a valve stem seal, shown only schematically, in a sectional view;
  • Figure 2 shows a combustible fluid valve with a fire protected
  • Valve stem seal in a partial detailed view
  • Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT 3 shows a further valve for a combustible fluid with a fire-protected valve stem seal in a partial detail view.
  • valve 10 for a combustible fluid.
  • the valve can in particular be designed as an oil or gas valve, in a sectional view.
  • the valve 10 has a valve housing 12 with an inflow and an outflow opening 14, 16 for a combustible fluid F, here oil or gas.
  • the valve housing 12 has a bushing 18 .
  • the sleeve 18 has a passage 20 for a valve stem 22 which serves to adjust or interrupt a flow of fluid through the valve housing 12 .
  • a handle (not shown in the drawing), such as a handle or a handwheel and the like, can be fastened to the valve stem 22 in a manner known per se.
  • the valve stem 22 is arranged at a distance from the bushing 18 to form a sealing gap 24 and can be adjusted relative to the valve housing 12 along an axis of movement denoted by L.
  • the valve stem seal 28 has a sealing ring 30 .
  • the sealing ring comprises or consists of a bronze-filled PTFE polymer material.
  • the bronze-filled PTFE polymer material can have a density of 4 g/cm 3 , for example.
  • the sealing ring 30 has a base body 32 with two sealing lips 34, 36.
  • the sealing lips 34, 36 are formed spaced apart from each other on the base body 32 and extend away from the base body 32 in an axial direction relative to the central axis Z of the sealing ring 30 or the valve stem seal 28, forming an annular groove 38 arranged between the two sealing lips 34, 36.
  • the central axis Z coincides with the axis of movement L of the valve stem 22 in the assembled state of the valve stem seal 28 .
  • the sealing lips 34, 36 each have a plurality of sealing edges 40 which are arranged one behind the other in the axial direction on the sealing lips 34, 36.
  • the sealing lip 34 lying on the outside in the radial direction rests with the sealing edges 40 on the inside of the bushing 18 in a statically sealing manner.
  • the sealing lip 36 lying on the inside in the radial direction bears with its sealing edges 40 in a radial direction on the valve stem 22 statically—and dynamically when the valve stem 22 is adjusted axially—to form a seal.
  • a single spring washer 42 is used to bias the sealing lips 34, 36 against the sleeve 18 and valve stem 22, respectively.
  • the spring washer 42 may be referred to as a cantilever spring washer.
  • the two sealing lips 34, 36 preferably overlap the free leg ends 44 of the spring ring 42 in a radial direction in order to fix the spring ring 42 on the sealing ring 30 in its clamped position (shown).
  • the base body 32 has a side flank 46 which points away from the sealing lips 34, 26 and is wedge-shaped at least in sections and has a wedge angle ⁇ .
  • a backup ring 48 for the sealing ring 30 adjoins the sealing ring 30 on the low-pressure side.
  • the backup ring comprises or consists of a viscoplastically deformable bronze-filled PTFE polymer material.
  • the backup ring 48 has a high-side side or side flank 50 that forms an annular keyway 52 with a keyway angle ⁇ .
  • the base body 32 of the viscoplastically deformable sealing ring 30 engages with its wedge-shaped side flank 46 in the wedge groove 52 in a form-fitting manner.
  • the keyway angle ß the following applies to the wedge angle o: o > ß.
  • the backup ring 48 when pressure is applied to the high-pressure side H, the backup ring 48 can be expanded at least in sections by the sealing ring 30 engaging in the keyway 52 and thus distribute the load in the axial direction and in the radial direction. As a result, the backup ring 48 can function as an additional seal that acts radially/axially.
  • the side flank 50 of the PTFE sealing ring which is wedge-shaped at least in sections, preferably comprises an annular end face 54 which is arranged to run strictly radially with respect to the central axis Z.
  • Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH SP13571PCT of the backup ring 48 has a corresponding annular groove base 56, which in turn is arranged to run strictly radially to the central axis Z. As a result, a large-area axial stop 58 for the sealing ring 30 is formed.
  • the wedge-shaped side flank 46 of the sealing ring 30 is (slightly) shorter in the axial direction than the axial depth t of the keyway 52. As a result, the sealing ring 30 can engage with its side flank 46 in the keyway 52 as deeply as possible and the backup ring 48 in one expand elastically in the radial direction.
  • the backup ring 48 and the sealing ring 30 may comprise or be formed from the same bronze-filled polymeric material.
  • a first anti-extrusion ring 60 made of metal is used here to protect the backup ring 48 against undesired extrusion in the direction of the outside N.
  • the anti-extrusion ring 60 is preferably made of bronze.
  • the anti-extrusion ring 60 and the backup ring 48 each have an identical or essentially identical inner diameter d.
  • the anti-extrusion ring can engage in a recess 62 of the backup ring or be embedded at least in sections in the material of the backup ring.
  • a counter-pressure support ring 64 which is located in the Annular groove 38 of the sealing ring 30 extends into it.
  • the back pressure support ring 64 has a notched or wavy edge 66 which faces away from the backup ring 48 when the valve stem seal is assembled. As a result, the sealing ring 30 can be pressure-activated even when the counter-pressure support ring 64 is in axial contact with the valve housing 12 .
  • the valve stem seal 28 may include two metal anti-extrusion rings 60 for the backup ring 48 .
  • the second anti-extrusion ring 60 and the backup ring 48 each have an outside diameter D that is the same or substantially the same.
  • the two anti-extrusion rings 60 can in particular be made of bronze.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilschaftdichtung (28) für ein Gas- oder Ölventil (10), umfassend einen Dichtring (30) umfassend oder aus einem bronzegefüllten Polymermaterial mit zwei Dichtlippen und mit einer von den Dichtlippen (34, 36) wegweisenden und zumindest abschnittsweise keilförmig ausgeformte Seitenflanke (46) mit einem Keilwinkel α, einen Federring (42), und einem Backup-Ring (48) umfassend oder aus einem zähelastisch verformbaren bronzegefüllten Polymermaterial für den Dichtring (30). Der Backup-Ring weist eine ringförmige Keilnut (52) mit einem Keilnutwinkel β auf, in die der Grundkörper (32) im Montagezustand der Ventilschaftdichtung (28) eingreift, wobei für den Keilwinkel α gilt: α ≥ β; Ein Extrusionsschutz-Ring (60) aus Metall und der Backup-Ring (48) weisen einen jeweils übereinstimmenden oder im Wesentlichen übereinstimmenden Innen- oder Außendurchmesser (d, D) aufweisen. Das bronzegefüllte Polymermaterial des Dichtrings (30) und/oder des Backup-Rings (48) kann insbesondere bronzegefülltes PTFE sein. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Ventil für ein brennbares Fluid (10).

Description

Ventilschaftdichtung sowie Öl- oder Gasventil
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/cm3 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/cm3 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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Claims

Patentansprüche
1. Ventilschaftdichtung (28) für ein Gas- oder Ölventil (10), umfassend:
- einen Dichtring (30) aus einem bronzegefüllten Polymermaterial mit- einem Grundkörper (32) und mit zwei Dichtlippen (34, 36), die voneinander beabstandet am Grundkörper (32) angeformt sind und sich unter Ausbildung einer zwischen den beiden Dichtlippen (34, 36) angeordneten Ringnut (38) in einer zur Zentralachse Z des Dichtrings (30) axialen Richtung vom Grundkörper (32) wegerstrecken, wobei der Grundkörper (32) eine von den Dichtlippen (34, 36) wegweisende und zumindest abschnittsweise keilförmig ausgeformte Seitenflanke (46) mit einem Keilwinkel o aufweist;
- einen Federring (42) zum Vorspannen der beiden Dichtlippen (34, 36) in einer radialen Richtung;
- einen Backup-Ring (48) aus einem zähelastisch verformbaren bronzegefüllten Polymermaterial für den Dichtring (30), dessen hochdruckseitige Seitenflanke (46) eine ringförmige Keilnut (52) mit einem Keilnutwinkel ß ausbildet, in die der Grundkörper (32) im Montagezustand der Ventilschaftdichtung (28) eingreift, wobei für den Keilwinkel o gilt: o > ß; und
- zumindest einen Extrusionsschutz-Ring (60) aus Metall für den Backup- Ring (48), wobei der Extrusionsschutz-Ring (60) und der Backup-Ring (48) einen jeweils übereinstimmenden oder im Wesentlichen übereinstimmenden Innen- oder Außendurchmesser d, D aufweisen.
2. Ventilschaftdichtung (28) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtlippen (34, 36) freie Schenkelenden (44) des Federrings (42) in einer radialen Richtung übergreifen.
3. Ventilschaftdichtung (28) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrusionsschutz-Ring (60) in eine Ausnehmung (62) des Backup Rings (48) eingreift oder zumindest abschnittsweise im Material des Backup Rings (48) eingebettet angeordnet ist.
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4. Ventilschaftdichtung (28) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilschaftdichtung (28) einen Gegendruck-Stützring (64) umfasst, der sich im Montagezustand der Ventilschaftdichtung (28) in die Ringnut des Dichtrings (30) hineinerstreckt und durch den einem unerwünschten Anschlägen der Dichtlippen (34, 36) des Dichtrings (39) in axialer Richtung am Ventilgehäuse des Öl-oder Gasventils (10) bei einer auf die Ventilschaftdichtung (28) einwirkenden Druckumkehrlage entgegengewirkt ist.
5. Ventilschaftdichtung (28) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruck-Stützring (64) einen gekerbten oder wellenförmigen Rand (66) aufweist, der im Montagezustand der Ventilschaftdichtung (28) von dem Backup Ring (48) wegweist.
6. Ventilschaftdichtung (28) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilschaftdichtung (28) zwei Extrusionsschutz-Ringe (60) aus Metall für den Backup-Ring (48) aufweist, wobei
- der eine Extrusionsschutz-Ring (60) und der Backup-Ring (48) einen jeweils übereinstimmenden oder im Wesentlichen übereinstimmenden Innendurchmesser d; und
- der jeweils andere Extrusionsschutz-Ring (60) und der Backup-Ring (48) einen jeweils übereinstimmenden oder im Wesentlichen übereinstimmenden Außendurchmesser D aufweisen.
7. Ventilschaftdichtung (28) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Dichtlippen (34, 36) jeweils mehrere Dichtkanten (40) aufweisen, die in axialer Richtung hintereinanderliegend angeordnet sind.
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8. Ventilschaftdichtung (28) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Backup Ring (48) und der Dichtring (30) aus dem gleichen Polymermaterial bestehen.
9. Ventilschaftdichtung (28) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial des Backup Rings (48) und/oder das Polymermaterial des Dichtrings (30) fluoriert, insbesondere Polytetrafluorethylen ist.
10. Ventilschaftdichtung (28) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest abschnittsweise keilförmig ausgeformte Seitenflanke (46) des Dichtrings (30) eine ringförmige Stirnfläche (54) aufweist, die zur Zentralachse Z streng radial verlaufend angeordnet ist und dass die ringförmige Keilnut (52) eine dazu korrespondierende ringförmigen Nutboden (56) aufweist, der zur Zentralachse Z des Backup Rings (48) streng radial verlaufend angeordnet ist.
11. Ventilschaftdichtung (28) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrusionsschutz-Ring (60) Bronze umfasst oder aus Bronze besteht.
12. Ventil (10) für ein brennbares Fluid, aufweisend ein Ventilgehäuse (12) mit einer Buchse (18) und mit einem in der Buchse (18) längs einer Bewegungsachse (L) verstellbar gelagerten Ventilschaft (22), wobei der Ventilschaft (22) und die Buchse (18) unter Ausbildung eines Dichtspalts (24) voneinander beabstandet angeordnet sind, und mit einer Ventilschaftdichtung (28) zum Abdichten des Dichtspalts (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilschaftdichtung (28) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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