DE102007054655B3

DE102007054655B3 - Seat valve for compensating flow forces of fluid, has pressure balance pin whose opposing front side forms chamber with blind hole of drive element staying in connection with opening in sealing body connected to drive element by channel

Info

Publication number: DE102007054655B3
Application number: DE200710054655
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. Alkern; Andreas Henke
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-11-15

Abstract

The valve has a drive element (3) axially movable in a valve housing (40), and comprising an axial blind hole (6) for receiving a pressure balance pin (7) and a spring (9) for deforming the pressure balance pin. A front side of the pin is turned away to the drive element by the spring force of the spring under pre-stressing at an inner wall of the housing. Opposing front side (8) of the pin forms a chamber (5) with the blind hole of the drive element, which stays in connection with an opening (11) in a sealing body (2) connected to the drive element by a channel (10). An independent claim is also included for a method for compensating flow forces of a fluid.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sitzventil sowie ein Verfahren zur Kompensation von Strömungskräften eines Fluids an einem Sitzventil, wobei das Sitzventil einen Dichtkörper aufweist, der mit einem in einem separaten Raum axial verschiebbar angeordneten Antriebselement derart verbunden ist, dass eine axiale Lageänderung des Antriebselementes eine Änderung des Öffnungsquerschnitts des Sitzventils bewirkt.The The invention relates to a seat valve and a method for the compensation of Flow forces of a fluid on a seat valve, wherein the seat valve has a sealing body, the arranged with an axially displaceable in a separate room Drive element is connected such that an axial position change the drive element is a change in the opening cross-section the poppet valve causes.

Sitzventile, beispielsweise elektromagnetisch betätigte Sitzventile, werden in hydraulischen oder pneumatischen Systemen als einfache Sicherheitsbauteile oder als Schalt- oder Druckregelventile eingesetzt. Die Funktion eines solchen Ventils besteht darin, den Ein- oder Auslass von Flüssigkeiten oder Gasen zu kontrollieren oder deren Fließrichtung zu steuern und zu regeln. Das Sitzventil weist hierzu einen Ventilsitz sowie einen Dichtkörper auf, der in Schließposition des Ventils dicht am Ventilsitz anliegt. Sowohl der Ventilsitz als auch der Dichtkörper können unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen. Hieraus ergibt sich die ventilspezifische Sitzgeometrie. Beispielsweise kann der Ventilsitz flach und der Dichtkörper kugel-, kegel- oder zylinderförmig ausgebildet sein. Häufig werden auch kegelförmige Ventilsitze eingesetzt. In der Regel ist die Sitzgeometrie derart gewählt, dass in der Schließposition des Ventils der Dichtkörper den Ventilsitz lediglich entlang einer Kreislinie berührt. In einer geöffneten Stellung des Ventils stellt der Bereich zwischen den sich jeweils gegenüberliegenden kreisförmigen Berührungskanten den Bereich mit dem geringsten Öffnungsquerschnitt dar. Entsprechend den Gesetzmäßigkeiten der Strömungsmechanik steigt in diesem Bereich aufgrund des verringerten Querschnitts die Strömungsgeschwindigkeit des den Dichtkörper umströmenden Fluids. Zugleich steigt auch der dynamische Druck während der statische Druck abnimmt. An dem umströmten Dichtkörper stellen sich somit unterschiedliche Druckverhältnisse ein. Die aus der Strömungsgeschwindigkeit resultierenden Strömungskräfte wirken dem Druck, der das Ventil in einer Offenstellung halten soll, entgegen. Es kann somit zu einem unerwünschten Gleichdruckverhalten kommen. Mit Erhöhung des Drucks und des Volumenstroms nehmen auch die Strömungskräfte zu, so dass sich das Ventil gegebenenfalls zuzieht. Die Funktionsfähigkeit des Ventils kann demnach durch einen Druckanstieg im System erheblich beeinträchtigt werden. Aus dem Stand der Technik sind daher Ventile bekannt, deren konkrete Ausgestaltung dem entgegenwirken soll.Poppet valves, For example, solenoid-operated poppet valves are in hydraulic or pneumatic systems as simple safety components or used as switching or pressure control valves. The function Such a valve is the inlet or outlet of liquids or Control gases or to control their flow direction and to regulate. The seat valve has for this purpose a valve seat and a sealing body on, in the closed position of the valve tight against the valve seat. Both the valve seat as also the sealing body can be different Embodiments have. This results in the valve-specific Seat geometry. For example, the valve seat can be flat and the sealing body spherical, conical or cylindrical be. Often also become cone-shaped valve seats used. As a rule, the seat geometry is chosen such that in the closed position the valve of the sealing body the valve seat touched only along a circular line. In one opened Position of the valve represents the area between each one opposite circular contact edges the area with the smallest opening cross-section dar. According to the laws the fluid mechanics increases in this area due to the reduced cross section the flow velocity of the sealing body flowing around Fluid. At the same time, the dynamic pressure increases during the static pressure decreases. At the flow around the sealing body are thus different pressure conditions one. The from the flow speed resulting flow forces act the pressure that is to hold the valve in an open position, contrary. It can thus become an undesirable Gleichdruckverhalten come. With increase in pressure and volume flow the flow forces are also increasing, so that the valve may contract. The functionality of the valve can therefore considerably by a pressure increase in the system impaired become. From the prior art, therefore, valves are known whose concrete design to counteract this.

DE 38 02 648 A1 zeigt ein elektromagnetisch betätigtes, hydraulisches Schnellschaltventil, das entsprechend einer konkreten Ausführungsform einen um den Dichtspalt angeordneten ortsfesten Ring aufweist, der eine Umlenkung der Hydraulikflüssigkeit nach Verlassen des Dichtspaltes bewirken soll. Durch Umkehren der Strömungsrichtung sollen auftretende Strömungskräfte kompensiert werden, um zu verhindern, dass sich das Ventil bei hohen Durchflussraten von selbst zuzieht. DE 38 02 648 A1 shows an electromagnetically actuated, hydraulic quick-acting valve, which according to a specific embodiment has a fixed ring arranged around the sealing gap, which is intended to effect a deflection of the hydraulic fluid after leaving the sealing gap. By reversing the flow direction, occurring flow forces are to be compensated to prevent the valve from self-closing at high flow rates.

Weitere bekannte Maßnahmen zur Strömungskraftkompensation sehen die Anordnung von Druckausgleichsbohrungen am Dichtkörper vor, deren Wirksamkeit jedoch von der jeweiligen Lage und Größe der Bohrungen abhängt.Further known measures for flow force compensation envisage the arrangement of pressure compensation bores on the sealing body, however, their effectiveness depends on the location and size of the holes depends.

Da Ventile der vorgenannten Art unter anderem in hochsensiblen Bereichen eingesetzt werden, ist es ein allgemeines Interesse, dass sie sicher und zuverlässig funktionieren.There Valves of the aforementioned type, inter alia, in highly sensitive areas are used, it is a general interest that they are safe and reliable function.

DE 31 26 246 A1 zeigt ein elektrisch betätigbares Ventil, umfassend ein Ventilgehäuse, in dem eine Magnetspule und ein die Magnetspule tragendes magnetisches Bauteil angeordnet ist. Ein kegelförmiges Antriebselement, das durch das Magnetfeld der Magnetspule betätigbar ist, ist mit einem Ansatz verbunden, wobei der Ansatz aus nicht magnetisierbarem Material ausgebildet ist und sich durch eine Öffnung des Bauteils über die Magnetspule erstreckt und an seinem Ende mit einem kegelförmigen Dichtkörper einstückig ausgebildet ist. Der Dichtkörper bildet zusammen mit einem Ventilsitz ein Sitzventil, das einen Zulaufanschluss und einen Rücklaufanschluss trennt. Eine scheibenförmige Feder ist zwischen dem Antriebselement und einem Deckel des Ventilgehäuses vorgespannt. Der Ansatz weist einen axialen Kanal auf, der von einer Stirnseite des kegelförmigen Dichtkörpers zu einer gegenüberliegenden Stirnseite verläuft und eine Fluidverbindung zwischen einer Kammer und dem Zulaufanschluss herstellt. Die Kammer wird durch eine Sacklochbohrung an einer dem Dichtkörper gegenüberliegenden Stirnseite des Antriebselements gebildet, wobei in der Kammer ein Druckausgleichsstift angeordnet ist. DE 31 26 246 A1 shows an electrically actuated valve comprising a valve housing in which a magnetic coil and a magnetic coil supporting the magnetic member is arranged. A conical drive element, which can be actuated by the magnetic field of the magnetic coil, is connected to a projection, wherein the projection is formed of non-magnetizable material and extends through an opening of the component via the magnetic coil and is integrally formed at its end with a conical sealing body , The sealing body together with a valve seat forms a seat valve which separates an inlet connection and a return connection. A disc-shaped spring is biased between the drive element and a cover of the valve housing. The approach has an axial channel which extends from an end face of the conical sealing body to an opposite end face and establishes a fluid connection between a chamber and the inlet connection. The chamber is formed by a blind hole on an opposite end of the sealing body of the drive element, wherein in the chamber, a pressure compensation pin is arranged.

DE 200 12 614 U1 zeigt ein Fluidsteuerventil, das als 2/2-Wege-Ventil ausgebildet ist. Das Ventil umfasst einen Ventilsitz mit einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung, die die erste Öffnung koaxial umgibt. Ein Dichtkörper, der mit einem magnetisierbaren Antriebselement verbunden ist, trennt die erste Öffnung von der zweiten Öffnung. An einer dem Dichtkörper gegenüberliegenden Stirnseite eines Fortsatzes des Antriebselements ist eine Kammer angeordnet, die in einem Teil des Gehäuses ausgebildet ist und eine Feder aufweist, die das Antriebselement gegen den Ventilsitz vorspannt. Die Kammer steht mittels eines Kanals, der durch das Antriebselement und durch den Dichtkörper führt, mit der ersten Öffnung in Fluidverbindung. Eine Magnetspule umgibt teilweise das Antriebselement. DE 200 12 614 U1 shows a fluid control valve, which is designed as a 2/2-way valve. The valve includes a valve seat having a first opening and a second opening coaxially surrounding the first opening. A sealing body, which is connected to a magnetizable drive element, separates the first opening from the second opening. On a side opposite the sealing body end face of an extension of the drive element, a chamber is arranged, which is formed in a part of the housing and having a spring which biases the drive element against the valve seat. The chamber is in fluid communication with the first opening by means of a channel passing through the drive element and through the sealing body. A magnetic coil partially surrounds the drive element.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Sitzventil und ein Verfahren zur Kompensation von Strömungskräften eines Fluids an einem Sitzventil anzugeben, mittels derer die eingangs genannten Nachteile vermieden werden. Das Sitzventil sollte zudem einfach aufgebaut sein und eine hohe Lebensdauer aufweisen, während der es stabil und zuverlässig arbeitet.It The object of the invention is a seat valve and a method for the compensation of flow forces of a Specify fluids to a seat valve, by means of which the beginning mentioned disadvantages are avoided. The seat valve should also be simple be constructed and have a long life, during the it stable and reliable is working.

Die Aufgabe wird durch ein Sitzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.The The object is achieved by a seat valve with the features of the claim 1 or by a method having the features of claim 11. preferred embodiments The invention will be described in the subclaims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Sitzventil vorgeschlagen, das ein in einem Ventilgehäuse axial verschiebbar angeordnetes Antriebselement, das eine axiale Sacklochbohrung zur Aufnahme eines in der Sacklochbohrung beweglich geführten Druckausgleichsstiftes und einer Feder, die den Druckausgleichsstift bezüglich des Antriebselements vorspannt, aufweist. Die dem Antriebselement abgewandte Stirnseite des Druckausgleichsstiftes liegt unter Vorspannung an einer Innenwand des Ventilgehäuses an. Die dem Ventilgehäuse entgegengesetzte Stirnseite des Druckausgleichsstiftes bildet mit der Sacklochbohrung des Antriebselementes eine Kammer, die über einen Kanal mit wenigstens einer Öffnung an einem mit dem Antriebselement verbundenen Dichtkörper in Verbindung steht. Das erfindungsgemäße Sitzventil arbeitet strömungskraftkompensiert und kann damit auch hohe Volumenströme mit hoher Fluiddichte verarbeiten, ohne dass Stabilitätsprobleme oder Gleichdruckprobleme auftreten.to solution The object is proposed a seat valve, the one in a valve housing axially displaceably arranged drive element having an axial Blind hole for receiving a movable in the blind hole out Pressure balance pin and a spring holding the pressure balance pin in terms of of the drive element biases. The drive element opposite end face of the pressure balance pin is under bias on an inner wall of the valve housing at. The valve housing opposite end of the pressure balance pin forms with the blind hole of the drive element, a chamber, via a Channel with at least one opening at a connected to the drive element sealing body in Connection stands. The seat valve according to the invention works Strömungskompensiert and thus can process high volume flows with high fluid density, without stability problems or constant pressure problems occur.

Vorzugsweise ist zwischen der Sacklochbohrung des Antriebselements und der Außenumfangsfläche des Druckausgleichstiftes ein Ringspalt ausgebildet. Damit sich in der Kammer durch Ein- bzw. Ausströmen des Fluids ein bestimmtes Druckniveau einstellt, ist dieser Ringspalt abgedichtet.Preferably is between the blind hole of the drive element and the outer peripheral surface of the Pressure equalizing pin formed an annular gap. So that in the Chamber through inflow or outflow of the fluid sets a certain pressure level, this annular gap sealed.

Weiterhin bevorzugt weist der Dichtkörper einen stiftförmigen Ansatz auf, mittels dessen der Dichtkörper mit dem Antriebselement verbunden ist. Hierzu wird der stiftförmige Ansatz durch ein das Ventilgehäuse begrenzendes Bauteil geführt.Farther Preferably, the sealing body a pin-shaped Approach, by means of which the sealing body with the drive element connected is. For this purpose, the pin-shaped approach by a valve housing limiting Component led.

Der Kanal, der die Kammer mit der wenigstens einen Öffnungen am Dichtkörper verbindet, wird bevorzugt durch eine konzentrisch zur Sacklochbohrung angeordnete Bohrung im Antriebselement und im Dichtkörper gebildet. Der Durchmesser des Kanals ist kleiner als der der Sacklochbohrung. Die Mündungsöffnung des Kanals liegt somit der federbelasteten Stirnseite des Druckausgleichsstiftes gegenüber. An der die Mündungsöffnung umgebenden Fläche des Antriebselementes liegt das andere Ende der Feder an.Of the Channel which connects the chamber with the at least one opening on the sealing body, is preferably arranged by a concentric with the blind hole Bore formed in the drive element and in the sealing body. The diameter of the channel is smaller than that of the blind hole. The mouth of the Channel is thus the spring-loaded end of the pressure balance pin across from. At the area surrounding the mouth opening of the Drive element is the other end of the spring.

Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet der Kanal, der die Kammer mit wenigstens einer Öffnung verbindet, in einer Öffnung des Dichtkörpers. Die den Kanal bildende Bohrung kann somit axial durch das Antriebselement sowie den Dichtkörper geführt werden. Diese Ausgestaltung ist einfach herzustellen. Die Öffnung ist damit in Verlängerung der Längsachse des Antriebselementes mittig an der dem Ventilsitz zugewandten Seite des Dichtkörpers angeordnet, d. h. dort, wo sich der Staudruck einstellt.To a first preferred embodiment the invention opens the channel connecting the chamber to at least one opening in an opening of the Sealing body. The channel forming bore can thus axially by the drive element as well the sealing body guided become. This embodiment is easy to manufacture. The opening is in extension the longitudinal axis the drive element centrally on the valve seat side facing of the sealing body arranged, d. H. where the dynamic pressure sets in

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verzweigt sich der Kanal, der die Kammer mit wenigstens einer Öffnung am Dichtkörper verbindet, in dem Dichtkörper in mehrere Kanäle, die jeweils an einer Öffnung enden. Die abzweigenden Kanäle weisen dabei einen geringeren Durchmesser als der Hauptkanal auf. Weiterhin bevorzugt sind die den abzweigenden Kanälen zugeordneten Öffnungen in gleichem Abstand zueinander auf einer dem Ventilsitz zugewandten Ringfläche eines zumindest teilweise kugel-, kegel- oder zylinderförmig ausgebildeten Dichtkörpers angeordnet. Vorteilhafterweise liegt diese Ringfläche im Bereich der Kreislinie, die den Anlagebereich des Dichtkörpers am Ventilsitz in der Schließstellung des Ventils beschreibt.To a further preferred embodiment branches the channel, the chamber with at least one opening on sealing body connects, in the sealing body into several channels, each at an opening end up. The branching channels have a smaller diameter than the main channel. Further preferred are the branching channels associated openings equidistant from each other on a valve seat facing ring surface arranged at least partially spherical, conical or cylindrical sealing body. Advantageously, this annular surface is in the region of the circular line, the investment area of the sealing body on the valve seat in the closed position describes the valve.

Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Sitzventil elektromagnetisch betätigbar, wobei das Antriebselement als ein in einem Ankerraum axial verschiebbar angeordneter Ankerkolben ausgebildet ist, auf den eine Magnetkraft als Antriebskraft wirkt. Auch bei dieser konkreten Ausführungsform eines Sitzventils können die Öffnungen hinsichtlich ihrer Anordnung, der Anzahl oder der Ausgestaltung variieren. Durch Festlegung dieser Parameter kann den Erfordernissen entsprechend auf die Strömungskräfte eingewirkt werden, sofern zugleich ein federvorgespannter Druckausgleichsstift zur Kompensation der Strömungskräfte vorgesehen ist. Dabei stellen die Federkraft und der Durchmesser des Druckausgleichsstiftes weitere die Strömungskräfte beeinflussende Parameter dar.Prefers is the seat valve according to the invention Electromagnetically actuated, wherein the drive element as a axially displaceable in an armature space arranged anchor piston is formed on the a magnetic force acts as a driving force. Also in this specific embodiment a poppet valve can the openings in terms of their arrangement, number or design vary. By defining these parameters can meet the requirements acted upon the flow forces accordingly be, provided at the same time a spring-biased pressure equalization pen provided for the compensation of the flow forces is. Here are the spring force and the diameter of the pressure compensation pin further influencing the flow forces Parameter is.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines Sitzventils zur Kompensation von Strömungskräften eines Fluids.object The invention also provides the use of a poppet valve for compensation of flow forces of a Fluid.

Erfindungsgemäß sieht ein Verfahren zur Kompensation von Strömungskräften vor, dass ein Teil des den Dichtkörper umströmenden Fluids über wenigstens eine Öffnung und einen hiermit verbundenen Kanal einer Kammer zu- und/oder abgeführt wird, die durch eine axiale Sacklochbohrung in dem Antriebselement und einer Stirnseite eines in der Sacklochbohrung beweglich geführten Druckausgleichsstiftes gebildet wird, wobei sich in der Kammer ein verändertes Druckniveau einstellt.According to the invention sees a method for the compensation of flow forces that a part of the the sealing body flowing around Fluids over at least an opening and a connected thereto channel of a chamber and / or removed, through an axial blind hole in the drive element and an end face of a pressure compensation pin movably guided in the blind hole bore is formed, wherein sets in the chamber, a changed pressure level.

Erfindungsgemäß bewirkt das veränderte Druckniveau in der Kammer eine Relativbewegung zwischen Antriebselement und Druckausgleichsstift, wobei diese Bewegung in Wirkrichtung oder entgegen der Wirkrichtung einer in der Kammer angeordneten Feder erfolgt. Die Feder hat die Aufgabe, das Antriebselement und damit den Dichtkörper in einer Schließ- oder Öffnungsstellung des Ventils zu halten.According to the invention causes the changed pressure level in the chamber, a relative movement between the drive element and Pressure compensation pen, this movement in the direction of action or against the direction of action of a spring arranged in the chamber he follows. The spring has the task, the drive element and thus the sealing body in a closed or open position to hold the valve.

Durch einströmendes Fluid erhöht sich der in der Kammer vorherrschende Druck, so dass die Kammer mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, die in Richtung der Federkraft wirkt und den Druck auf das Antriebselement in Richtung der Schließstellung des Ventils erhöht. Wird dagegen in der Kammer vorhandenes Fluid abgeführt, wird eine Druckminderung in der Kammer erzeugt, wobei eine Kraftkomponente geschaffen wird, die der Federkraft entgegen wirkt. Dabei wird das Antriebselement einschließlich des Dichtkörpers vom Ventilsitz weg bewegt, so dass eine definierte Öffnungsstellung des Ventils gewährleistet ist.By inflowing Fluid increases the pressure prevailing in the chamber, leaving the chamber is subjected to a compressive force in the direction of the spring force acts and the pressure on the drive element in the direction of the closed position of the valve increased. On the other hand, if fluid present in the chamber is removed, it will creates a pressure reduction in the chamber, creating a force component is, which counteracts the spring force. In this case, the drive element including of the sealing body moved away from the valve seat, leaving a defined open position ensured the valve is.

Das Fluid wird vorzugsweise über einen Kanal, der die Kammer mit wenigstens einer Öffnung am Dichtkörper verbindet, zu- und/oder abgeführt. Dabei ist von Bedeutung, an welcher Stelle des Dichtkörpers die wenigstens eine Öffnung ausgebildet ist, um eine Druckerhöhung oder eine Druckminderung in der Kammer zu erzielen. Über die Anordnung, die Anzahl und die Ausgestaltung der wenigstens einen Öffnung am Dichtkörper werden die am Dichtkörper wirkenden Strömungskräfte beeinflusst. Liegt beispielsweise eine Öffnung in Strömungsrichtung des Fluids, strömt ein Teil des Fluids über den Kanal in die Kammer. Wird der vorhandene Raum in der Kammer vollständig von dem Fluid ausgefüllt, bewirkt das aufgrund des am Dichtkörper herrschenden Drucks nachströmende Fluid, dass sich der Druck in der Kammer erhöht, wobei eine Kraftkomponente geschaffen wird, die gleichgerichtet mit der Federkraft ist und sich mit dieser überlagert. Das Antriebselement einschließlich des Dichtkörpers wird somit in Richtung Ventilsitz gedrückt. Werden eine oder mehrere Öffnungen dagegen im Bereich der kreisförmigen Berührungskante des Dichtkörpers vorgesehen, d. h. dort wo der Öffnungsquerschnitt des Ventils am geringsten ist, wird aufgrund der dort herrschenden Strömungskräfte, d. h. der sich in Folge einer höheren Strömungsgeschwindigkeit einstellenden Druckminderung ein Teil des in der Kammer vorhandenen Fluids heraus gesogen. Der Druck in der Kammer wird gemindert, wodurch eine Kraftkomponente geschaffen wird, die gegen die Federkraft wirkt und verhindert, dass sich das Ventil zuzieht. In welcher Weise auf die Strömungskräfte eingewirkt wird, hängt somit insbesondere von der Anordnung, der Anzahl und der Ausgestaltung der wenigstens einen Öffnung am Dichtkörper ab.The Fluid is preferably over a channel defining the chamber with at least one opening on the sealing body connects, added and / or removed. there is important, at which point of the sealing body formed at least one opening is to increase the pressure or to achieve a pressure reduction in the chamber. About the Arrangement, the number and the design of the at least one opening on sealing body Be the on the sealing body influences acting flow forces. Lies for example, an opening in the flow direction of the fluid, flows a part of the fluid over the channel into the chamber. Will the existing space in the chamber Completely filled by the fluid, causes the due to the pressure prevailing at the sealing body fluid flowing after, that the pressure in the chamber increases, with a force component is created, which is rectified with the spring force and superimposed with this. The drive element including of the sealing body is thus pressed in the direction of the valve seat. Be one or more openings in contrast, in the area of circular contact edge of the sealing body provided, d. H. where the opening cross section the valve is the lowest, is due to the prevailing flow forces, d. H. resulting in a higher flow rate adjusting pressure reduction, a part of the fluid present in the chamber sucked out. The pressure in the chamber is reduced, causing a force component is created which acts against the spring force and prevents the valve from closing. In what way the flow forces acted on will hang thus in particular of the arrangement, the number and the design the at least one opening on the sealing body from.

Vorzugsweise werden auch die Federkraft der Feder und/oder der Durchmesser der Sacklochbohrung als die Strömungskräfte beeinflussende Parameter eingesetzt. Indem die Druckkraft des Fluids und der Feder in gleiche Richtung oder entgegengesetzt wirken, addieren oder subtrahieren sich die Kräfte. Über den Durchmesser der Sacklochbohrung lässt sich ebenfalls Einfluss auf die Druckkraft nehmen, da diese aus dem Produkt aus dem Druck innerhalb der Kammer und der Stirnfläche der Sacklochbohrung ist. Durch Festlegung dieser Parameter kann das Maß der Strömungskraftkompensation beeinflusst werden, und somit das Ventil den gegebenen Erfordernissen angepasst werden. Alle benötigten Parameter lassen sich dabei mit geeigneten Simulationsprogrammen auslegen. Gleiches gilt für die Bestimmung der Lage der einen oder mehreren Öffnungen am Dichtkörper.Preferably Also, the spring force of the spring and / or the diameter of the spring Blind hole drilling as the flow forces influencing Parameters used. By the pressure of the fluid and the spring act in the same direction or opposite, add or subtract the forces. On the Diameter of the blind hole can also influence take on the compressive force as these are from the product of the pressure inside the chamber and the end face of the blind hole is. By defining these parameters, the degree of flow force compensation can be influenced and thus the valve adapted to the given requirements become. All needed Parameters can be set with suitable simulation programs interpret. The same applies to the determination of the position of the one or more openings on the sealing body.

Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden. Es zeigen:Based of the drawings, the invention will be described in more detail below. It demonstrate:

1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Strömungskraft kompensierten Sitzventils, 1 a longitudinal section through a first embodiment of a flow force compensated seat valve,

2 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strömungskraft kompensierten Sitzventils, 2 a longitudinal section through a further embodiment of a flow force compensated seat valve,

3 einen Längsschnitt durch ein Sitzventil gemäß dem Stand der Technik ohne Strömungskraftkompensation. 3 a longitudinal section through a seat valve according to the prior art without flow force compensation.

3 zeigt ein herkömmliches, elektromagnetisch betätigtes Sitzventil mit einem kegelförmigen Ventilsitz 15 sowie mit einem zumindest teilweise kugelförmig ausgebildeten Dichtkörper 2. Die dargestellte Sitzgeometrie ist nur beispielhaft, wird der Anschaulichkeit halber jedoch in den weiteren Fig.en beibehalten. Das Sitzventil ist in 3 in einer Öffnungsstellung gezeigt, in der sich zwischen den Dichtkörper 2 und dem Ventilsitz 15 einen Ringspalt bildet. Das den Dichtkörper 2 umströmende Fluid weist in dem Ringspalt eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und deshalb einen geringeren Druck auf als weiter stromaufwärts vor dem Dichtkörper, d. h. im Bereich seiner mittigen Stirnseite. Die Strömungsrichtung ist in 3 mittels schwarzer Pfeile dargestellt. Dem Druck des Fluids wirkt eine Magnetkraft entgegen, die einen Ankerkolben 3, der mit dem Dichtkörper 2 verbunden ist, in einer bestimmten Position hält. Zwischen Magnetkraft und Druckkraft besteht ein Druckgleichgewicht. Die Magnetkraft kann jedoch auch gegen eine Federkraft einer im Ankerraum 4 angeordneten und den Ankerkolben 3 beaufschlagenden Feder (nicht dargestellt) wirken, um in Abhängigkeit von dem anliegenden Magnetstrom den Öffnungsquerschnitt des Sitzventils 1 vergrößern oder verkleinern zu können. 3 shows a conventional solenoid-operated seat valve with a conical valve seat 15 and with an at least partially spherical sealing body 2 , The seat geometry shown is only an example, but for the sake of clarity in the other Fig.en maintained. The seat valve is in 3 shown in an open position, in which between the sealing body 2 and the valve seat 15 forms an annular gap. That the sealing body 2 Fluid flowing around has an increased flow velocity in the annular gap and therefore a lower pressure than further upstream upstream of the sealing body, ie in the region of its central end face. The flow direction is in 3 represented by black arrows. The pressure of the fluid counteracts a magnetic force which is an anchor piston 3 that with the sealing body 2 connected, holding in a certain position. There is a pressure balance between magnetic force and compressive force. However, the magnetic force can also against a spring force in the armature space 4 arranged and the anchor piston 3 acting spring (not shown) act in response to the applied magnetic current, the opening cross section of the seat valve 1 zoom in or zoom out.

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Sitzventils 1, das elektromagnetisch betätigbar ist. Im Unterschied zu einem herkömmlichen Sitzventil gemäß 3 umfasst das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß 1 einen Ankerkolben 3 mit einer axialen Sacklochbohrung 6, in der eine Feder 9 und ein Druckausgleichsstift 7 eingelassen sind. Die Feder 9 liegt an einer Stirnfläche des Druckausgleichsstifts 7 an und spannt diesen bezüglich des Ankerkolbens 3 vor. Der Ankerkolben 3 ist innerhalb eines Ventilgehäuses 40 des Sitzventils 1 längsverschieblich aufgenommen, nämlich innerhalb eines Ankerraums 4, der innerhalb des Ventilgehäuses 40 ausgebildet ist. Die Sacklochbohrung 6 des Ankerkolbens 3 und eine Stirnseite 8 des Druckausgleichsstiftes 7 bilden eine Kammer 5 aus, deren Größe dadurch veränderbar ist, dass der Druckausgleichsstift 7 relativ zu der Sacklochbohrung 6 des Ankerkolbens 3 beweglich geführt ist. Die in der Kammer 5 angeordnete Feder 9 bewirkt, dass die der Feder 9 abgewandte Stirnseite des Druckausgleichsstiftes 7 an einer Innenwand der Kammer 5 anliegt. Zugleich drückt sie den Ankerkolben 3 in Richtung Ventilsitz 15. 1 shows a cross-sectional view of a seat valve according to the invention 1 which is electromagnetically actuated. Unlike a conventional seat valve according to 3 includes the embodiment of the invention according to 1 an anchor piston 3 with an axial blind hole 6 in which a spring 9 and a pressure balance pen 7 are admitted. The feather 9 lies on an end face of the pressure balance pin 7 and clamps it with respect to the anchor piston 3 in front. The anchor piston 3 is inside a valve housing 40 the seat valve 1 taken longitudinally displaceable, namely within an armature space 4 inside the valve housing 40 is trained. The blind hole 6 of the anchor piston 3 and a front side 8th of the pressure balance pen 7 form a chamber 5 whose size is changeable by the pressure compensation pin 7 relative to the blind hole 6 of the anchor piston 3 is movably guided. The one in the chamber 5 arranged spring 9 causes that of the spring 9 opposite end face of the pressure compensation pin 7 on an inner wall of the chamber 5 is applied. At the same time she pushes the anchor piston 3 in the direction of the valve seat 15 ,

Die Kammer 5 steht über einen Kanal 10 in Fluidverbindung mit einer in dem Dichtkörper 2 ausgebildeten Öffnung 11. Die Öffnung 11 befindet sich mittig an der der Fluidströmung zugewandten Seite des Dichtkörpers 2, wobei der Kanal 10 in diese Öffnung mündet. Die Kammer 5 ist somit mit Fluid gefüllt. Im Betrieb des Sitzventils gemäß der Ausführungsform von 1 wird die Kammer 5 permanent mit einem Druck beaufschlagt, indem das Fluid von der Öffnung 11 her zumindest kurzzeitig in die Kammer 5 hineinströmt. In Folge dessen wird der Druck innerhalb der Kammer 5 erhöht, so dass die Kraft, die aus dem Produkt der Stirnfläche der Sacklochbohrung 6 mit dem Druck innerhalb der Kammer 5 resultiert, in die gleiche Richtung wie die Kraft der Feder 9 wirkt und sich somit mit dieser überlagert.The chamber 5 stands over a canal 10 in fluid communication with one in the sealing body 2 trained opening 11 , The opening 11 is located centrally on the fluid flow side facing the sealing body 2 , where the channel 10 opens into this opening. The chamber 5 is thus filled with fluid. In the operation of the seat valve according to the embodiment of 1 becomes the chamber 5 permanently pressurized by the fluid from the opening 11 at least for a short time in the chamber 5 into flows. As a result, the pressure within the chamber 5 increased, giving the force resulting from the product of the end face of the blind hole 6 with the pressure inside the chamber 5 results in the same direction as the force of the spring 9 acts and thus superimposed with this.

Da der Ringspalt 12 zwischen dem Außenmantel des Druckausgleichsstiftes 7 und der Innenwandung der Sacklochbohrung 6 abgedichtet ist, kann das Fluid ausschließlich über den Kanal 10 aus der Kammer 5 austreten. Solange aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse jedoch weiterhin Fluid in die Kammer 5 bis zum Erreichen eines Druckgleichgewichts nachströmt, bewirkt die in der Kammer 5 entstehende Druckerhöhung, dass der Ankerkolben 3 einschließlich des Dichtkörpers 2 gegen den Ventilsitz 15 gedrückt wird. Zur Verbindung des Dichtkörpers 2 mit dem Ankerkolben 3 weist der Dichtkörper einen stiftförmigen Ansatz 13 auf, der in der dem Dichtkörper 2 zugewandten Stirnseite des Ankerkolbens 3 fest eingelassen ist. Der stiftförmige Ansatz 13 des Dichtkörpers 2 durchdringt zudem ein den Ankerraum 4 begrenzendes Bauteil 14, in dem der Dichtkörper 2 geführt wird.Because the annular gap 12 between the outer jacket of the pressure equalization pen 7 and the inner wall of the blind hole 6 is sealed, the fluid can only through the channel 10 out of the chamber 5 escape. As long as due to the prevailing pressure conditions, however, continue to fluid in the chamber 5 flows until it reaches a pressure equilibrium causes in the chamber 5 resulting pressure increase that the anchor piston 3 including the sealing body 2 against the valve seat 15 is pressed. For connection of the sealing body 2 with the anchor piston 3 the sealing body has a pin-shaped projection 13 on that in the the sealing body 2 facing end face of the anchor piston 3 is firmly embedded. The pin-shaped approach 13 of the sealing body 2 also penetrates the anchorage 4 limiting component 14 in which the sealing body 2 to be led.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist das Ausführungsbeispiel gemäß 2 mehrere Öffnungen 11 am Dichtkörper 2 auf. Jede dieser Öffnungen 11 ist über einen Zuleitungskanal 16 mit dem Hauptkanal 10 verbunden. Die Öffnungen 11 sind zudem im Bereich einer Ringfläche des Dichtkörpers 2 angeordnet, die dem Ventilsitz 15 zugewandt ist. Die Öffnungen 11 liegen somit im oder kurz vor dem Ringspalt zwischen Dichtkörper 2 und Ventilsitz 15. Aufgrund der dort herrschenden Strömungskräfte wird das Fluid aus der Kammer 5 über den Kanal 10 sowie die Kanäle 16 an den Öffnungen 11 des Dichtkörpers heraus gesogen. Anders ausgedrückt, bewirkt der verminderte Druck, der sich in Folge der höheren Strömungsgeschwindigkeit in dem Ringspalt zwischen Dichtkörper 2 und Ventilsitz 15 einstellt, eine Druckminderung in der Kammer 5, wobei das Fluid aus der Kammer 5 zumindest in kleinen Mengen kurzzeitig herausströmt. Der hierauf entstehende Unterdruck in der Kammer 5 wirkt der Federkraft der Feder 9 entgegen, so dass der Ankerkolben 3 einschließlich des Dichtkörpers 2 vom Ventilsitz 15 weg bewegt werden. Der Dichtkörper 2 wird somit in eine definierte Öffnungsstellung bezüglich des Ventilsitzes 15 überführt und/oder in einer solchen gehalten. Die Wirkungsweise des Sitzventils gemäß 2 ist somit der des Ausführungsbeispiels gemäß 1 entgegengesetzt. Beiden Ausführungsbeispielen gemeinsam ist jedoch, dass mittels eines federvorgespannten Druckausgleichsstifts negative Auswirkungen, die aufgrund von Strömungskräften an Sitzventilen auftreten, kompensiert werden. Stabilitätsprobleme oder Gleichdruckprobleme, die aufgrund veränderter Volumenströme auftreten, können somit vermieden werden.In contrast to the embodiment according to 1 The embodiment according to FIG 2 several openings 11 on the sealing body 2 on. Each of these openings 11 is via a supply channel 16 with the main channel 10 connected. The openings 11 are also in the range of an annular surface of the sealing body 2 arranged to the valve seat 15 is facing. The openings 11 are thus in or just before the annular gap between the sealing body 2 and valve seat 15 , Due to the prevailing flow forces, the fluid from the chamber 5 over the canal 10 as well as the channels 16 at the openings 11 sucked out of the sealing body. In other words, the reduced pressure, which results from the higher flow velocity in the annular gap between the sealing body 2 and valve seat 15 adjusts, a pressure reduction in the chamber 5 , where the fluid from the chamber 5 at least in small quantities flows out for a short time. The resulting negative pressure in the chamber 5 the spring force of the spring acts 9 opposite, so that the anchor piston 3 including the sealing body 2 from the valve seat 15 be moved away. The sealing body 2 is thus in a defined opening position with respect to the valve seat 15 transferred and / or kept in such. The operation of the seat valve according to 2 is thus that of the embodiment according to 1 opposed. Both embodiments have in common, however, that by means of a spring-biased pressure compensation pen negative effects that occur due to flow forces on poppets are compensated. Stability problems or constant pressure problems that occur due to changes in volume flows can thus be avoided.

Sämtliche Komponenten sind einfach aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar. Bereits geringfügige Modifikationen an dem Dichtkörperkopf in Bezug auf die Anordnung, die Anzahl und die Ausgestaltung der Öffnungen und der jeweiligen Zuleitungskanäle ermöglichen eine Anpassung des Sitzventils an die jeweiligen Erfordernisse. Das erfindungsgemäße Sitzventil ist somit vielseitig einsetzbar.All Components are simple and therefore inexpensive to produce. Already minor Modifications to the sealing head in terms of the arrangement, the number and the design of the openings and the respective supply channels enable an adaptation of the seat valve to the respective requirements. The seat valve according to the invention is thus versatile.

Claims

Seat valve with one in a valve housing ( 40 ) axially displaceably arranged drive element ( 3 ), which has an axial blind hole ( 6 ) for receiving a with respect to the blind hole ( 6 ) movable pressure compensation pin ( 7 ), and a spring ( 9 ), which is the pressure balance pin ( 7 ) with respect to the drive element ( 3 ), wherein the drive element ( 3 ) facing away from the end of the pressure compensation pin ( 7 ) due to the spring force of the spring ( 9 ) under pretension on an inner wall of the valve housing ( 40 ), and the opposite end face ( 8th ) of the pressure balance pin ( 7 ) with the blind hole ( 6 ) of the drive element ( 3 ) a chamber ( 5 ), which via a channel ( 10 ) with at least one opening ( 11 ) at one with the drive element ( 3 ) connected sealing body ( 2 ).

Seat valve according to claim 1, characterized in that between the blind hole ( 6 ) of the drive element ( 3 ) and the outer peripheral surface of the pressure compensation pin ( 7 ) an annular gap ( 12 ) is formed, which is sealed.

Seat valve according to claim 1 or 2, characterized in that the sealing body ( 2 ) a pin-shaped, through a valve housing ( 40 ) limiting component ( 14 ) ( 13 ), by means of which the sealing body ( 2 ) with the drive element ( 3 ) connected is.

Seat valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the channel ( 10 ), the chamber ( 5 ) with at least one opening ( 11 ) on the sealing body ( 2 ), through a concentric with the blind hole ( 6 ) arranged bore in the drive element ( 3 ) and in the sealing body ( 2 ) is formed, whose diameter is smaller than that of the blind hole ( 6 ).

Seat valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the channel ( 10 ), the chamber ( 5 ) with an opening on the sealing body ( 2 ), having a single mouth opening.

Seat valve according to claim 5, characterized in that the opening ( 11 ) in extension of the longitudinal axis of the drive element ( 3 ) in the middle of the valve seat ( 15 ) facing side of the sealing body ( 2 ) is arranged.

Seat valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the channel ( 10 ), the chamber ( 5 ) with at least one opening on the sealing body ( 2 ) connects, in the sealing body ( 2 ) into several channels ( 16 ) of smaller diameter branches, each at an opening ( 11 ) end up.

Seat valve according to claim 7, characterized in that the openings ( 11 ) equidistant from each other on a valve seat ( 15 ) facing annular surface of an at least partially spherical, conical or cylindrical sealing body ( 2 ) are arranged.

Seat valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the drive element ( 3 ) electromagnetically actuated and as in an anchor space ( 4 ) axially displaceable armature piston is formed, acts on the magnetic force as a driving force.

Use of a poppet valve according to one of claims 1 to 9 for the compensation of flow forces of a Fluid.

Method for compensating flow forces of a fluid on a seat valve ( 1 ), in which the seat valve ( 1 ) a sealing body ( 2 ), which is connected to a in a valve housing ( 40 ) axially displaceably arranged drive element ( 3 ) is connected such that an axial position change of the drive element ( 3 ) a change in the opening cross section of the seat valve ( 1 ), wherein a part of the sealing body ( 2 ) flowing through at least one opening ( 11 ) and a connected channel ( 10 ) a chamber ( 5 ) is added and / or removed, whereby a pressure level in the chamber ( 5 ), the chamber ( 5 ) by the displaceable drive element ( 3 ) and a valve housing ( 40 ) is limited, wherein a change in the pressure level in the chamber ( 5 ) a relative movement between the drive element ( 3 ) and pressure compensation pen ( 7 ) in the direction of action or against the direction of action of one in the chamber ( 5 ) arranged spring ( 9 ), which is the pressure balance pin ( 7 ) relative to the drive element ( 3 ), causes.

Method according to claim 11, characterized in that the spring force of the spring ( 9 ) and / or the dimensions of the pressure compensation pin ( 7 ) are used as parameters influencing the flow forces.