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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckregelventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßes Druckregelventil ist beispielsweise aus der
EP 1 450 082 B1 bekannt.
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Solche Druckregelventile werden in der Hochdrucktechnik eingesetzt, um Druckschwankungen in Hochdrucksystemen zu mindern, die beispielsweise in Folge von Zu- oder Abschaltungen von Hochdruckverbrauchern, beispielsweise Hochdruckspritzpistolen, verursacht werden. Des Weiteren werden solche Druckregelventile zur Steuerung des Druckes eingesetzt, beispielsweise zur Steuerung eines Druckaufbaus oder Druckabbaus mit einem vorbestimmten Druckgradienten.
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Derartige Druckregelventile können neben dem Einsatz in der Hochdrucktechnik beispielsweise auch zur Homogenisierung von Medien in der Verfahrenstechnik eingesetzt werden. Bei dieser Anwendung wird innerhalb des Drosselbereiches eines solchen Druckregelventils eine Homogenisierung des durch das Druckregelventil geförderten Mediums bewirkt, d.h. die Viskosität bzw. Konsistenz desselben beeinflusst.
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Ein solches Druckregelventil weist üblicherweise ein Ventilgehäuse mit einem Eingangskanal und wenigstens einem Ausgangskanal zur Durchleitung eines unter Systemdruck stehenden fluiden Mediums auf. In dem Ventilgehäuse ist ein Ventilsitz angeordnet, in dem ein auch als Steuerstift zu bezeichnender Ventilkörper axial bewegbar gelagert ist, der mithilfe einer Stelleinheit derart in dem Ventilsitz verstellbar ist, dass durch Ansteigen des Systemdrucks der Ventilkörper so weit aus dem Ventilsitz herausbewegt wird, dass eine entsprechende Menge des fluiden Mediums über das Druckregelventil abfließen kann, bis der Systemdruck wieder auf das vorbestimmte Maß reduziert ist.
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Ein Problem bei aus dem Stand der Technik bekannten Druckregelventilen, insbesondere im Einsatz in der Höchstdrucktechnik von über 500 bar, besteht in den aufzubringenden großen Verstellkräften zur Betätigung des Ventilkörpers unter Betriebsbedingungen. Diese großen Verstellkräfte resultieren dabei aus dem anstehenden Betriebsdruck sowie der druckbeaufschlagten projizierten Fläche des Ventilkörpers in Verstellrichtung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckregelventil bereitzustellen, dessen Ventilkörper mit deutlich geringeren Verstellkräften steuerbar bzw. bewegbar ist und dass darüber hinaus auf den Einsatz von verschleißanfälligen dynamischen Hochdruckkontaktdichtungen verzichten kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Druckregelventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Druckregelventil für ein unter Systemdruck stehendes fluides Medium, vorzugsweise für Systemdrücke oberhalb von 500 bar, weist ein Ventilgehäuse auf, in dem ein Eingangskanal und wenigstens ein damit in Verbindung stehender Ausgangskanal für das Medium vorgesehen sind.
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Das Druckregelventil weist des Weiteren einen in dem Ventilgehäuse angeordneten Ventilsitz mit einer konisch geformten Aufnahme auf, in dem ein axial bewegbarer Ventilkörper mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelaußenfläche gelagert ist. Mit dem Ventilkörper steht eine Stelleinheit in Wirkverbindung.
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Ein Mediumdurchfluss von dem Eingangskanal zu dem wenigstens einen Ausgangskanal ist dabei durch den Ventilkörper im Zusammenspiel mit dem Ventilsitz regelbar.
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In dem Ventilsitz ist angrenzend zur Mantelaußenfläche des Ventilkörpers eine erste Druckkammer vorgesehen, von der sich in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers jeweils ein Drosselspalt entlang der Mantelaußenfläche des Ventilkörpers erstreckt.
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Die konisch geformte Mantelaußenfläche des Ventilkörpers erstreckt sich dabei in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers beidseits der Druckkammer durch die entsprechend konisch geformte Aufnahme des Ventilsitzes.
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Bei dem erfindungsgemäßen Druckregelventil wird durch beidseits der ersten Druckkammer vorgesehene, durch jeweilige Drosselspalte zwischen der Mantelaußenfläche des Ventilkörpers und der Innenfläche des Ventilsitzes gebildeten Drosselbereiche ein Abbau des durch den Einlass eingetretenen unter hohem Druck stehenden Mediums durch Ableiten über die beiden Drosselspalte ermöglicht.
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Das unter Hochdruck stehende Medium bewegt sich stets entlang der Mantelaußenfläche des Ventilkörpers und ermöglicht damit eine Verstellung des Ventilkörpers mit deutlich weniger Kraftaufwand, da aufgrund der Konizität des Ventilkörpers nur noch ein Bruchteil der durch das Hochdruckmedium auf den Ventilkörper wirkenden Kraft in Axial- oder Verstellrichtung des Ventilkörpers wirkt.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist in einem an den Ventilsitz angrenzenden Bereich des Innenumfangs des Ventilgehäuses radial außerhalb der ersten Druckkammer eine zweite Druckkammer angeformt, in die der Einlasskanal mündet.
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Durch diese zweite Druckkammer wirkt der anstehende Betriebsdruck des fluiden Mediums auch auf den Außenmantel des Ventilsitzes und vermindert damit eine verformungsbedingte Aufweitung des Drosselspaltes infolge der oben genannten großen Drücke.
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Die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer sind bevorzugt ringförmig ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Druckregelventils ist der Ventilsitz in einer Aufnahme des Ventilgehäuses bewegungsfest eingebaut. Alternativ kann der Ventilsitz auch als Bestandteil des Ventilgehäuses ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Druckregelventils ist die Stelleinheit über eine einen Systemdruck messende Steuereinheit ansteuerbar, wobei der Ventilkörper abhängig von dem gemessenen Systemdruck in eine die Drosselspalte vergrößernde oder verkleinernde Position bewegbar ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist die Stelleinheit als kraftgeregelte Steuereinheit ausgebildet, wobei der Ventilkörper abhängig vom anstehenden Systemdruck gegen die einem Solldruck entsprechende voreingestellte Kraft eines Kraftspeichers in eine die Drosselspalte vergrößernde oder verkleinernde Position bewegbar ist.
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Diese Variante hat den Vorteil einer Selbstregulierung des Druckregelventils, bei dem lediglich die auf den Stellkörper wirkende Kraft des Kraftspeichers eingestellt werden muss.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Druckregelventils ist ein Durchmesser der konisch geformten Aufnahme und des mit konisch geformter Mantelaußenfläche ausgebildeten Teils des Ventilkörpers sich zur Stelleinheit hin vergrößernd ausgebildet.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist der Durchmesser der konisch geformten Aufnahme und des mit konisch geformter Mantelaußenfläche ausgebildeten Teils des Ventilkörpers sich zur Stelleinheit hin verkleinernd ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung weist der Ventilsitz mehrere Druckkammereingangskanäle auf, die sich von der ersten Druckkammer tangential zur zweiten Druckkammer hin erstrecken.
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Mit einer solchen Variante können Strömungsquerkräfte auf den Ventilkörper in der ersten Druckkammer vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung sind bevorzugt auf der konisch geformten Mantelaußenfläche des Ventilkörpers mehrere Rillen eingeformt.
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Diese Rillen sind dabei bevorzugt entlang einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers in die Mantelaußenfläche des Ventilkörpers eingeformt. Denkbar ist auch die Anformung solcher Rillen in der konisch geformten Innenfläche des Ventilsitzes.
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Durch die Einformung solcher Rillen wird im Falle des Einsatzes des Druckregelventils zur Homogenisierung von Medien das Homogenisationsergebnis positiv beeinflusst.
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Der Ventilkörper und der Ventilsitz sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante aus einem gehärteten Stahl, Hartmetall oder Keramik gefertigt.
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Nach einer nochmals alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventil für ein unter Systemdruck stehendes fluides Medium, vorzugsweise für Systemdrücke > 500 bar, weist das Druckregelventil ein Ventilgehäuse auf, in dem wenigstens ein Ausgangskanal für das Medium vorgesehen ist.
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In dem Ventilgehäuse ist ein entlang einer Verschiebungsachse angeordneter Ventilsitz mit einer zumindest teilweise konisch geformten Aufnahme vorgesehen, in der ein am Ventilgehäuse festgelegter Ventilkörper mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelaußenfläche und einem Eingangskanal gelagert ist.
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Das Druckregelventil weist weiter eine mit dem Ventilsitz in Wirkverbindung stehende Stelleinheit auf.
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Ein Mediumdurchfluss von dem Eingangskanal zu dem wenigstens einen Ausgangskanal ist auch bei dieser Variante durch den Ventilsitz im Zusammenspiel mit dem Ventilkörper regelbar.
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In dem Ventilsitz ist angrenzend zur Mantelaußenfläche des Ventilkörpers eine Druckkammer vorgesehen, von der sich in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes jeweils ein Drosselspalt entlang der Mantelaußenfläche des Ventilkörpers erstreckt, wobei sich die konisch geformte Mantelaußenfläche des Ventilkörpers in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes beidseits der Druckkammer durch die entsprechend konisch geformte Aufnahme des Ventilsitzes erstreckt.
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Auch bei dieser Ausführungsvariante bewegt sich das unter Hochdruck stehende Medium stets entlang der Mantelaußenfläche des Ventilkörpers und ermöglicht damit eine Verstellung des Ventilsitzes mit deutlich weniger Kraftaufwand, da aufgrund der Konizität des Ventilkörpers und des Ventilsitzes nur noch ein Bruchteil der durch das Hochdruckmedium auf den Ventilsitz wirkenden Kraft in Axial- oder Verstellrichtung des Ventilsitzes wirkt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsvariante erstreckt sich der Eingangskanal in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes.
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Der Ventilkörper weist bevorzugt mehrere Druckkammereingangskanäle auf, die sich von dem Eingangskanal radial bis in die Druckkammer erstrecken.
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Die radiale Breite der Druckkammer entspricht bevorzugt der Breite der Drosselspalte.
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Die Aufnahme ist dabei bevorzugt topfförmig ausgebildet, mit einem in einen Niederdruckraum des Ventilgehäuses mündenden Ausgangskanal im Boden der Aufnahme.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische isometrische Darstellung einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventils,
- 2 eine schematische isometrische Aufriss-Darstellung des in 1 gezeigten Druckregelventils,
- 3 eine Schnittdarstellung durch das in 1 gezeigte Druckregelventil,
- 4 eine schematische Schnittdarstellung des im Ventilsitz aufgenommenen Ventilkörpers in einer Position des Ventilkörpers zur Erzeugung kleiner Drosselspalte,
- 5 eine der 4 entsprechende Darstellung in einer Position des Ventilkörpers zur Erzeugung großer Drosselspalte,
- 6 eine weitere Aufriss-Darstellung des in 1 gezeigten Druckregelventils zur Darstellung tangential verlaufender Druckkammereingangskanäle des Ventilsitzes,
- 7 eine der 2 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventils mit auf der konisch geformten Mantelaußenfläche des Ventilkörpers vorgesehenen Rillen.
- 8 eine schematische isometrische Darstellung einer alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventils,
- 9 eine schematische Schnittdarstellung des Druckregelventils gemäß 8 mit im Ventilsitz aufgenommenen Ventilkörper in einer Position des Ventilsitzes zur Erzeugung kleiner Drosselspalte, und
- 10 eine der 9 entsprechende Darstellung in einer Position des Ventilsitzes zur Erzeugung großer Drosselspalte.
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In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Druckregelventils, Ventilgehäuse, Ventilkörper, Ventilsitz, Druckkammer und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
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In den 1 bis 3 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventils bezeichnet.
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Das Druckregelventil 1 weist, wie insbesondere in den 2 und 3 zu erkennen ist, ein Ventilgehäuse 2 auf. Das Ventilgehäuse 2 weist einen Eingangskanal 21 und wenigstens einen mit dem Eingangskanal 21 in Verbindung stehenden Ausgangskanal 22, 23 auf, durch den ein unter einem Systemdruck stehendes fluides Medium durchströmbar ist.
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In dem Ventilgehäuse 2 ist ein Ventilsitz 4 angeordnet. Dieser Ventilsitz 4 weist eine konisch geformte Aufnahme 42 auf, in der ein axial bewegbarer Ventilkörper 3 mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelaußenfläche 33 gelagert ist.
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Der Ventilsitz 4 ist in der in den Figuren gezeigten Ausführungsvariante in einer Aufnahme des Ventilgehäuses 2 bewegungsfest eingebaut.
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Denkbar ist aber auch, den Ventilsitz 4 als Bestandteil des Ventilgehäuses 2 auszubilden oder den Ventilkörper 130 bewegungsfest und den Ventilsitz 140 beweglich zu halten, wie es weiter unten anhand der 8 bis 10 erläutert wird.
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Der Ventilkörper 3 weist neben dem konisch geformten Abschnitt 31 einen sich von diesem in Bewegungsrichtung x in Richtung seiner Längsachse L erstreckenden Kopf 32 auf, der in einer bevorzugt zylindrischen Aufnahme eines Führungsgehäuses 6 in Richtung der Längsachse L translatorisch bewegbar geführt ist.
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In diesem Führungsgehäuse 6 ist außerdem ein Andruckkolben 10 gehalten, der mit einer Stelleinheit 5 gekoppelt ist, die der Einstellung eines vorbestimmten Gegendrucks dient und damit der Regelung des Systemdrucks auf einen vorbestimmten Wert.
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Diese Stelleinheit 5 steht dabei mit dem Ventilkörper 3, hier über den Druckkolben 10, in Wirkverbindung.
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Ein Durchfluss des unter Druck stehenden fluiden Mediums von dem Eingangskanal 21 zu dem wenigstens einen Ausgangskanal 22, 23 ist dabei durch den Ventilkörper 3 in Zusammenspiel mit dem Ventilsitz 4 regelbar.
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Dazu ist in den Ventilsitz 4, angrenzend zur Mantelaußenfläche 33 des Ventilkörpers 3, eine erste Druckkammer 7 vorgesehen, von der sich in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 3, entlang der Längsachse L, jeweils ein Drosselspalt 8 entlang der Mantelaußenfläche 33 des Ventilkörpers 3 erstreckt.
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Wie in den 2 - 5 zu erkennen ist, erstreckt sich die konisch geformte Mantelaußenfläche 33 des Ventilkörpers 3 dabei in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 3 beidseits der Druckkammer 7 durch die entsprechend konisch geformte Aufnahme 42 des Ventilsitzes 4.
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4 zeigt eine Position des Ventilkörpers 3 im Ventilsitz 4, bei der zwischen der Mantelaußenfläche 33 des Ventilkörpers 3 und der Innenfläche des Ventilsitzes 4 ein sehr kleiner Spalt 8 verbleibt, durch den entsprechend nur ein geringes Volumen des unter Druck stehenden Mediums in einer vorbestimmten Zeit zu strömen vermag.
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Steigt der Systemdruck beispielsweise infolge eines Abschaltens eines Hochdruckverbrauchers im Hochdrucksystem, in dem das Druckregelventil 1 verbaut ist, an, führt dies zu einem Druckanstieg in der ersten Druckkammer 7, worauf eine Kraft auf den Ventilkörper 3 aufgrund des anteiligen Kraftvektors in Richtung L der Längsachse in Richtung zunehmenden Querschnitts des Ventilkörpers 3 ausgeübt wird und den Ventilkörper 3 so weiter in die beispielhaft in 5 gezeigte Position bewegt, was zu einer Erweiterung des Drosselspalts 8 führt und damit einen größeren Volumenstrom ermöglicht.
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Da ein Bereich des anstehenden Hochdrucks in der Druckkammer 7 die unter Hochdruck stehende Flüssigkeit ausschließlich auf der Mantelaußenfläche 33 des Ventilkörpers 3 wirkt, ist gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung, bei der der Hochdruck auch an wenigstens einer Stirnfläche eines solchen Ventilkörpers 3 anliegt, die auf den Ventilkörper 3 sich auswirkende Kraft in Richtung der Längsachse L deutlich reduziert.
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Als Stirnfläche eines Ventilkörpers ist dabei eine senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtete Fläche zu verstehen, auf die die Kraft einer unter Hochdruck stehende Flüssigkeit wirkt. Nicht als Stirnfläche sollen dabei beispielsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtete Fläche einer Nut zu verstehen sein, bei denen die unter Hochdruck stehende Flüssigkeit gegen beide gegenüberliegende senkrechte Flächen des gleichen Körpers wirkt und somit die auf diese Flächen wirkenden Kräfte sich gegenseitig aufheben.
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Wie insbesondere in 3 gut zu erkennen ist, ist in der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsvariante in einem an den Ventilsitz 4 angrenzenden Bereich des Innenumfangs des Ventilgehäuses 2 radial außerhalb der ersten Druckkammer 7 eine zweite Druckkammer 24 angeformt, in die der Einlasskanal 21 mündet.
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Durch die Anordnung dieser zweiten Druckkammer 24 radial zur ersten Druckkammer 7 wird eine Verformung des Ventilsitzes 4 wirksam verhindert.
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Sowohl die erste Druckkammer 7 als auch die zweite Druckkammer 24 sind, wie beispielsweise in 2 zu erkennen ist, bevorzugt ringförmig ausgebildet.
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Die erste Druckkammer 7 muss dabei nicht zwingend als Materialaussparung des Ventilsitzes 4 ausgebildet sein, wie es in 3 dargestellt ist. Denkbar ist auch, die erste Druckkammer 7 als Verbindungs- oder Fortsetzungsstück der beiden Drosselspalte 8, d.h. ohne Materialaussparung am Ventilsitz 4 auszubilden, so dass die erste Druckkammer 7 durch die Einmündung eines Druckkammereingangskanals 41 des Ventilsitzes 4 in den den Ventilkörper 3 aufnehmenden Hohlraum des Ventilsitzes 4 definiert ist.
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Wie des Weiteren in den 2 und 3 dargestellt ist, ist der hier als separates Bauteil ausgebildete Ventilsitz 4 radial außen zum Ventilgehäuse 2 hin durch statische Hochdruckdichtungen 9 abgedichtet.
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Der Kopf 32 des Ventilkörpers 3 ist zur Innenfläche des Führungsgehäuses 6 hin über dynamische Niederdruckdichtungen 12 abgedichtet, da in diesem Bereich die am Eingangskanal 21 anstehende unter Hochdruck stehende Medium bereits die Drosselspalte 8 durchlaufen hat, wobei außerhalb des Ventilsitzes 4 im Übergangsbereich zum Kopf 32 des Ventilkörpers 3 eine Verbindung zum Ausgangskanal 22 des Gehäuses besteht. Dazu ist im Bereich des Kopfes 32 eine Aufnahmenut 35 für die Niederdruckdichtung vorgesehen.
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Anstelle der hier in den 2 und 3 gezeigten beiden Ausgangskanäle 22, 23 ist es auch denkbar, über entsprechende Durchgangsbohrungen im Gehäuse 2 diese in einen einzigen Ausgangskanal münden zu lassen.
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Das Gehäuse 2 ist im Anschluss an die zylinderförmige Aufnahme 62 des Führungsgehäuses 6 ebenfalls über eine Niederdruckdichtung 11 abgedichtet.
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Während bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsvarianten der Durchmesser der konisch geformten Aufnahme 42 und des mit konisch geformter Mantelaußenfläche 33 ausgebildeten Teils des Ventilkörpers 3 sich zur Stelleinheit 5 hin vergrößernd ausgebildet ist, ist es in einer hier nicht gezeigten alternativen Ausführungsvariante auch denkbar, dass der Durchmesser der konisch geformten Aufnahme 42 und des mit konisch geformter Mantelaußenfläche 33 ausgebildeten Teils des Ventilkörpers 3 sich zur Stelleinheit 5 hin verkleinernd ausgebildet ist.
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Für letztere der beiden Ausführungsvarianten ist eine Stelleinheit 5 erforderlich, die über eine einen Systemdruck messende Steuereinheit ansteuerbar ist, wobei der Ventilkörper 3 abhängig vom gemessenen Systemdruck in eine die Drosselspalte 8 vergrößernde oder verkleinernde Position bewegbar ist.
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Eine solche Wegsteuerung kann beispielsweise über einen elektrisch betätigbaren Hubzylinder erfolgen, bei der der in den Figuren gezeigte Andruckkolben 10 fest mit dem Ventilkörper 3 verbunden ist und so sowohl eine Zug- als auch eine Druckkraft auf den Ventilkörper 3 auszuüben vermag.
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Bei der erstgenannten Ausführungsvariante der Ausrichtung der Konizität des Ventilkörpers 3 und des Ventilsitzes 4, bei der ein Durchmesser der konisch geformten Aufnahme 42 und des mit konisch geformter Mantelaußenfläche 33 ausgebildeten Teils des Ventilkörpers 3 sich zur Stelleinheit 5 hin vergrößernd ausgebildet ist, kann der Andruckkolben 10 hingegen auch so gelagert sein, dass er ausschließlich eine Druckkraft auf den Ventilkörper 3 auszuüben vermag.
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Des Weiteren ist es bei dieser Ausführungsvariante auch möglich, die Stelleinheit 5 als kraftgeregelte Steuereinheit auszubilden, bei der der Ventilkörper 3 abhängig vom anstehenden Systemdruck gegen die einen Solldruck entsprechende voreingestellte Kraft eines Kraftspeichers in eine die Drosselspalte 8 vergrößernde oder verkleinernde Position bewegbar ist.
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Als Kraftspeicher kann dabei eine einstellbare Feder dienen oder ein Pneumatikzylinder, der auf einen vorgegebenen Solldruck einstellbar ist.
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Steigt der Volumenstrom über den Eingangskanal 21 an, führt dies zu einer Druckerhöhung im Hochdruckbereich des Druckregelventils 1. Dies führt zu einer Erweiterung der Drosselspalten 8 zwischen dem Ventilkörper 3 und dem Ventilsitz 4 so weit, bis der im Hochdruckbereich eingestellte Druck auf den voreingestellten Systemdruck abgefallen ist und dementsprechend der im Bereich des Eingangskanals 21 anstehende hydraulische Druck des Mediums im Kraftgleichgewicht mit dem Pneumatikzylinder steht.
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Wie 6 zu entnehmen ist, weist der Ventilsitz 4 mehrere Druckkammereingangskanäle 41 auf, die sich von der ersten Druckkammer 7 tangential zur zweiten Druckkammer 24 hin erstrecken.
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Vorteil einer solchen tangentialen Anbindung, im Gegensatz zu einer radialen Einmündung eines solchen Druckkammereingangskanals 41, ist die Verhinderung von Strömungsquerkräften in der ersten Druckkammer 7.
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Wie in der in 7 gezeigten alternativen Ausführungsvariante des Druckregelventils 1 gezeigt ist, weist hier der konisch geformte Abschnitt 31 des Ventilkörpers 3 mehrere Rillen 34 auf, die in die Mantelaußenfläche 33 des Ventilkörpers 3 eingeformt sind.
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Die Rillen 34 sind dabei bevorzugt entlang einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 3 in die Mantelaußenfläche 33 des Ventilkörpers 3 eingeformt. Durch die Einformung solcher Rillen 34 wird im Falle des Einsatzes des Druckregelventils 1 zur Homogenisierung von Medien das Homogenisationsergebnis positiv beeinflusst.
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Als Material für den Ventilkörper 3 und den Ventilsitz 4 werden bevorzugt harte Materialien wie gehärteter Stahl, Hartmetall oder auch Keramik eingesetzt.
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Eine nochmals alternative Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventils 100 wird nachfolgend anhand der 8 bis 10 beschrieben.
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Auch dieses Druckregelventil 100 für ein unter Systemdruck stehendes fluides Medium, vorzugsweise für Systemdrücke von größer 500 bar, weist ein Ventilgehäuse 120 auf, in dem wenigstens ein Ausgangskanal 122, 123 für das Medium vorgesehen ist.
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Wie weiter in den 9 und 10 dargestellt ist, weist das Druckregelventil 100 einen in dem Ventilgehäuse 120 entlang einer Verschiebungsachse L angeordneten Ventilsitz 140 mit einer zumindest teilweise konisch geformten Aufnahme 142 auf, in der ein am Ventilgehäuse 120 festgelegter Ventilkörper 130 mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelaußenfläche 133 und einem Eingangskanal 134 gelagert ist.
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Demgemäß ist bei dieser Ausführungsvariante der Ventilsitz 140 das bewegliche Teil und nicht der Ventilkörper 130, im Gegensatz zu den anhand der 1 bis 7 beschriebenen Ausführungsvarianten.
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Eine Stelleinheit 110 steht hier mit dem Ventilsitz 140 in Wirkverbindung.
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Ein Mediumfluss von dem Eingangskanal 134 zu dem wenigstens einen Ausgangskanal 122, 123 ist hier ebenfalls durch den Ventilsitz 140 im Zusammenspiel mit dem Ventilkörper 130 regelbar.
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Auch hier ist im Ventilsitz 140 angrenzend zur Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 130 eine Druckkammer 170 vorgesehen, von der sich in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes 140 jeweils ein Drosselspalt 180 entlang der Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 130 erstreckt.
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Ebenfalls erstreckt sich die konisch geformte Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 130 in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes 140 beidseits der Druckkammer 170 durch die entsprechend konisch geformte Aufnahme 142 des Ventilsitzes 140.
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Wie in den 8 bis 10 weiter gezeigt ist, erstreckt sich ein Hals 132 des Ventilkörpers 130 durch eine Öffnung 125 des Ventilgehäuses 120 und ist außerhalb des Ventilgehäuses 120 mit einem Befestigungselement 121 am Ventilgehäuse 120 festgelegt.
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Das Befestigungselement 121 ist vorzugsweise als Mutter ausgebildet, die auf ein Außengewinde des Halses 132 des Ventilkörpers 130 aufgeschraubt ist.
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In einem Niederdruckraum 124 des Ventilgehäuses 120 weitet sich der Hals 132 so weit auf, dass er mit einer Konterstufe 136 an einer Innenwand des Niederdruckraumes 124 anliegt und so mithilfe des als Mutter ausgebildeten Befestigungselements 121 am Ventilgehäuse 120 festgelegt ist.
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Denkbar sind aber auch andere Fixierungsmöglichleiten des Ventilkörpers 130 am Ventilgehäuse 120.
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Zur fluidischen Abdichtung ist im Bereich der Öffnung 125 eine statische Niederdruckdichtung 111 eingebracht.
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An den durch die Stufe 136 aufgeweiteten Teil des Halses 132 des Ventilkörpers 130 schließt sich dann der konische Abschnitt 132 des Ventilkörpers 130 an, dessen Mantelaußenfläche 133 zusammen mit der Mantelinnenfläche der Aufnahme 142 des Ventilsitzes 140 die Drosselspalte 180 bildet.
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Der Eingangskanal 134 erstreckt sich zentral von einem Anschlussstück außerhalb des Ventilgehäuses 120 durch den Hals 132 des Ventilkörpers 130 bis in den Bereich des konischen Abschnitts 131. Von dort erstrecken sich bevorzugt mehrere Druckkammereingangskanäle 135 bis zur Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 130 und bilden in diesem Bereich die Druckkammer 170.
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Wie in den 9 und 10 weiter zu erkennen ist, entspricht die radiale Breite der Druckkammer 170 bevorzugt der Breite der Drosselspalte 180.
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Denkbar ist auch hier eine Ausbildung ähnlich der in 3 gezeigten Ausführungsvariante, mit Materialaussparungen im Bereich der Mündung der Druckkammereingangskanäle 135 an der Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 3.
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Die Druckkammereingangskanäle 135 erstrecken sich dabei bevorzugt senkrecht zur Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 130.
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Bei Druckbeaufschlagung wirkt eine Kraft auf den Ventilsitz 140 aufgrund des anteiligen Kraftvektors in Richtung L der Längsachse des Ventilsitzes 140, in Richtung zunehmenden Querschnitts des Ventilsitzes 4.
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Der Ventilsitz 4 wird dabei von der in 9 gezeigten Position in die in 10 gezeigte Position bewegt, was zu einer Erweiterung der Drosselspalte 180 führt und damit einen größeren Volumenstrom ermöglicht.
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Wie weiter in den 9 und 10 gezeigt ist, ist die Aufnahme 142 des Ventilsitzes 140 topfförmig mit einem in einen Niederdruckraum 124 des Ventilgehäuses 120 mündenden Ausgangskanal 143 im Boden der Aufnahme 142 ausgebildet, über die ein Teil des fluiden Mediums nach Passieren des in den 9 und 10 linken Drosselspaltes 180 über den Ausgangskanal 143 des Ventilsitzes 140 weiter über den Auslass 122 des Ventilgehäuses 120 abfließen kann.
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Ein weiterer Teil des fluiden Mediums kann nach Passieren des in den 9 und 10 rechten Drosselspaltes 180 über den Niederdruckraum 124 und den Auslass 123 im Ventilgehäuse 120 abfließen.
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Die in den 9 und 10 beispielhaft gezeigte Stelleinheit 110 entspricht dabei bevorzugt der anhand der 2 und 3 gezeigten Ausführungsvariante, in Gestalt eines Andruckkolbens, der am Führungsgehäuse 160 gehalten ist und durch ein Stellelement auf einen vorbestimmten Gegendruck einstellbar ist und damit der Regelung des Systemdrucks auf einen vorbestimmten Wert dient.
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Das Führungsgehäuse 160 ist hier ebenfalls bevorzugt mithilfe von Fixierschrauben 162 mit dem Ventilgehäuse 120 verbunden.
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Zentral im Führungsgehäuse 160 ist eine Ventilsitzaufnahme 163 vorgesehen, in die ein Kopf 144 des Ventilsitzes 140 in Richtung L verschiebbar aufgenommen ist.
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Zur fluidischen Abdichtung des Ventilsitzes 140 zum Führungsgehäuse 160 ist am Kopf 144 des Ventilsitzes 140 eine Nut vorgesehen, in der eine dynamische Niederdruckdichtung 112 aufgenommen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckregelventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 21
- Eingangskanal
- 22
- Ausgangskanal
- 23
- Ausgangskanal
- 24
- Ringkanal
- 3
- Ventilkörper
- 31
- Konischer Abschnitt
- 32
- Kopf
- 33
- Mantelaußenfläche
- 34
- Rille
- 35
- Aufnahmenut
- 4
- Ventilsitz
- 41
- Druckkammereingangskanal
- 42
- Aufnahme
- 5
- Stelleinheit
- 6
- Führungsgehäuse
- 61
- Korpus
- 62
- Fixierschraube
- 63
- Aufnahme
- 7
- Druckkammer
- 8
- Drosselspalt
- 9
- statische Hochdruckdichtung
- 10
- Andruckkolben
- 11
- Niederdruckdichtung
- 12
- dynamische Niederdruckdichtung
- 100
- Druckregelventil
- 110
- Stelleinheit
- 111
- Niederdruckdichtung
- 112
- dynamische Niederdruckdichtung
- 120
- Ventilgehäuse
- 121
- Befestigungselement
- 122
- Ausgangskanal
- 123
- Ausgangskanal
- 124
- Niederdruckraum
- 125
- Öffnung
- 130
- Ventilkörper
- 131
- Konischer Abschnitt
- 132
- Hals
- 133
- Mantelaußenfläche
- 134
- Eingangskanal
- 135
- Druckkammereingangskanal
- 136
- Konterstufe
- 140
- Ventilsitz
- 141
- Konischer Abschnitt
- 142
- Aufnahme
- 143
- Ausgangskanal
- 144
- Kopf
- 160
- Führungsgehäuse
- 161
- Korpus
- 162
- Fixierschraube
- 163
- Ventilsitzaufnahme
- 170
- Druckkammer
- 180
- Drosselspalt
- x, y
- Richtung
- L
- Längsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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