DE29706194U1 - Valve - Google Patents
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Description
G 17 863 - lens 13. März 1997G 17 863 - lens 13 March 1997
VentilValve
Die Erfindung betrifft ein Ventil, mit einer Düseneinrichtung, die einen an einem Grundkörper angeordneten Düsenkörper mit einer durchgehenden Düsenöffnung aufweist, wobei an der eingangsseitigen Mündung der Düsenöffnung im Betrieb ein unter einem Eingangsdruck stehendes fluidisches Druckmedium ansteht und der ausgangsseitigen Mündung ein mit dieser zusammenarbeitendes Ventilglied zugeordnet ist.The invention relates to a valve with a nozzle device which has a nozzle body arranged on a base body with a continuous nozzle opening, wherein a fluidic pressure medium under an inlet pressure is present at the inlet-side mouth of the nozzle opening during operation and a valve member which cooperates with the outlet-side mouth is assigned to it.
Ventile enthalten regelmäßig eine Düseneinrichtung, die über einen Düsenkörper mit einer durchgehenden Düsenöffnung verfügt, wobei der Düsenöffnung ausgangsseitig ein Ventilglied zugeordnet ist, um das Hindurchströmen des Druckmediums durch die Düsenöffnung zu beeinflussen. Bei sogenannten Schaltventilen ist die ausgangsseitige Mündung der Düsenöffnung mit einem Ventilsitz umgeben, dem ein elektrisch betätigbares Ventilglied gegenüberliegt, das bei einem als Öffner ausgebildeten Ventil normalerweise eine Schließstellung einnimmt, in der es durch Federkraft am Düsenkörper anliegt und die Düsenöffnung verschließt. Die Federkraft kann beispielsweise von einer separaten Federeinrichtung oder, wenn das Ventilglied von einem pie-Valves regularly contain a nozzle device that has a nozzle body with a continuous nozzle opening, where a valve element is assigned to the nozzle opening on the outlet side in order to influence the flow of the pressure medium through the nozzle opening. In so-called switching valves, the outlet side mouth of the nozzle opening is surrounded by a valve seat, opposite which is an electrically actuated valve element, which, in the case of a valve designed as an opener, normally assumes a closed position in which it rests against the nozzle body by spring force and closes the nozzle opening. The spring force can, for example, be provided by a separate spring device or, if the valve element is connected by a pie-
zo-elektrischen Biegewandler gebildet ist, vom vorgespannten Ventilglied selbst geliefert werden.zo-electric bending transducer, is supplied by the prestressed valve member itself.
In der Schließstellung des Ventils ist das Ventilglied vom eingangsseitig anstehenden Druckmedium, beispielsweise Druckluft, beaufschlagt. Je höher der Eingangsdruck ist, desto stärker ist die daraus resultierende Fluidkraft, die durch die Düsenöffnung hindurch in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied einwirkt. Bei einem optimal ausgelegten Ventil wird daher der Betätigungsmechanismus möglichst genau an den zu erwartenden Versorgungsdruck angepaßt. Dies hat allerdings zur Folge, daß für unterschiedliche Versorgungs- bzw. Eingangsdrücke auch unterschiedliche Ventiltypen benötigt werden, was einen großen herstellungstechnischen und logistischen Aufwand erfordert. Meist geht man daher den Weg, das Ventil dadurch für unterschiedliche Versorgungsdrücke geeignet zu machen, daß man sich bei der Auslegung der die Schließkraft liefernden Federeinrichtung am größten möglichen Versorgungsdruck orientiert. Entsprechend groß ist dann aber auch der übrige Teil des Betätigungsmechanismus auszulegen, beispielsweise eines Elektromagneten, was insgesamt zu großen Abmessungen und einer hohen Leistungsaufnahme führt, und zwar auch dann, wenn das Ventil aufgrund gegebener Umstände mit einem nur geringem Versorgungsdruck betrieben wird.In the closed position of the valve, the valve element is pressurized by the pressure medium on the input side, for example compressed air. The higher the input pressure, the stronger the resulting fluid force that acts on the valve element through the nozzle opening in the opening direction. In an optimally designed valve, the actuating mechanism is therefore adapted as precisely as possible to the expected supply pressure. However, this means that different valve types are required for different supply or input pressures, which requires a great deal of manufacturing and logistical effort. The approach is usually taken to make the valve suitable for different supply pressures by orienting the design of the spring device that provides the closing force on the greatest possible supply pressure. The rest of the actuating mechanism, for example an electromagnet, must then be designed accordingly, which leads to large dimensions and high power consumption, even if the valve is operated with only a low supply pressure due to certain circumstances.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich bei einfachem Aufbau und angemessener Leistungsaufnahme für den Betrieb mit unterschiedlichen Versorgungsdrücken eignet.It is therefore the object of the present invention to provide a valve of the type mentioned at the outset which, with a simple structure and appropriate power consumption, is suitable for operation with different supply pressures.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Düsenkörper wenigstens teilweise elastisch verformbar ausgebildet und so angeordnet ist, daß neben der eingangsseitigen Mündung liegende Flächenabschnitte des Düsenkörpers vom eingangsseitig anstehenden Druckmedium beaufschlagt werden, wobei der Düsenkörper in Abhängigkeit von der Höhe des Eingangsdruckes eine mehr oder weniger starke elastische Verformung erfährt, bei der mit ansteigendem Eingangsdruck eine zumindest partielle Verformung des Düsenkörpers in Richtung des Ventilgliedes und/oder eine Verringerung des Querschnittes der Düsenöffnung auftritt.To solve this problem, it is provided that the nozzle body is designed to be at least partially elastically deformable and is arranged in such a way that surface sections of the nozzle body located next to the inlet-side opening are acted upon by the pressure medium present on the inlet side, whereby the nozzle body experiences a more or less strong elastic deformation depending on the level of the inlet pressure, in which an at least partial deformation of the nozzle body in the direction of the valve member and/or a reduction in the cross-section of the nozzle opening occurs with increasing inlet pressure.
Auf diese Weise liegt ein Ventil vor, das sich in Bezug auf die für das Ventilglied notwendigen Schließkräfte selbsttätig an den als Eingangsdruck anliegenden Versorgungsdruck anpaßt. Die Anpassung wird durch eine Verformung des wenigstens teilweise elastisch verformbar ausgebildeten Düsenkörpers herbeigeführt, an dem das Druckmedium nicht nur im Bereich der eingangsseitigen Mündung ansteht, sondern auch an Flächenabschnitten, die seitlich neben der eingangsseitigen Mündung liegen, so daß das Druckmedium eine gezielte Druckkraft auf den Düsenkörper ausübt. Diese Druckkraft führt je nach Einleitung dazu, daß sich der Düsenkörper vorzugsweise partiell in Richtung des Ventilgliedes verlagert und/oder eine Verringerung des durch die Düsenöffnung bereitgestellten Strömungsquerschnittes erfolgt.In this way, a valve is created that automatically adapts to the supply pressure present as the inlet pressure in relation to the closing forces required for the valve member. The adaptation is brought about by a deformation of the nozzle body, which is designed to be at least partially elastically deformable, on which the pressure medium is not only present in the area of the inlet-side opening, but also on surface sections that are laterally next to the inlet-side opening, so that the pressure medium exerts a targeted pressure force on the nozzle body. Depending on the introduction, this pressure force leads to the nozzle body preferably being partially displaced in the direction of the valve member and/or a reduction in the flow cross-section provided by the nozzle opening.
Liegt beispielsweise das Ventilglied in der Schließstellung an der ausgangsseitigen Mündung des Düsenkörpers an, so kann eine Erhöhung des Eingangsdruckes zu einer Verlagerung der betreffenden Zone des Düsenkörpers in Richtung des Ventilgliedes füh-If, for example, the valve element is in the closed position against the outlet side of the nozzle body, an increase in the inlet pressure can lead to a displacement of the relevant zone of the nozzle body in the direction of the valve element.
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ren, wobei das Ventilglied ebenfalls entgegen der es beaufschlagenden Federkraft ausgelenkt wird, so daß sich die Vorspannung und somit die Schließkraft erhöht. Das Ventilglied wird dann verstärkt in die Schließstellung gedrückt und kann dem höheren Eingangsdruck standhalten.ren, whereby the valve element is also deflected against the spring force acting on it, so that the preload and thus the closing force increases. The valve element is then pressed more strongly into the closed position and can withstand the higher inlet pressure.
Alternativ kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß die aus einem höheren Eingangsdruck resultierende Verformung des Düsenkörpers eine Verengung des Querschnittes der Düsenöffnung hervorruft. Dadurch reduziert sich die wirksame Fläche, mit der das Druckmedium auf das Ventilglied einwirkt und somit auch die das Ventilglied in Offnungsrichtung beaufschlagende Fluidkraft. Unabhängig von der Höhe des anstehenden Eingangsdruckes kann daher mit einer gleichbleibenden Schließkraft gearbeitet werden. Alternatively, the arrangement can also be such that the deformation of the nozzle body resulting from a higher input pressure causes a narrowing of the cross-section of the nozzle opening. This reduces the effective area with which the pressure medium acts on the valve element and thus also the fluid force acting on the valve element in the opening direction. Independently of the level of the input pressure present, a constant closing force can therefore be used.
Es ist auch ohne weiteres möglich, die Ausgestaltung und Anordnung des Düsenkörpers so zu treffen, daß sich die beiden vorerwähnten Effekte überlagern und insbesondere gleichzeitig auftreten. It is also possible to design and arrange the nozzle body in such a way that the two aforementioned effects overlap and, in particular, occur simultaneously.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims.
Um zu erreichen, daß sich der Düsenkörper um so weiter in Richtung des Ventilgliedes verformt, je höher der anstehende Eingangsdruck ist, sieht man am Düsenkörper zweckmaßigerweise eine die eingangsseitige Mündung umgebende insbesondere kreisringförmige Ringfläche vor, die dem Eingangsdruck ausgesetzt ist,In order to ensure that the nozzle body deforms further in the direction of the valve member, the higher the inlet pressure is, it is advisable to provide a ring surface on the nozzle body that surrounds the inlet-side opening, in particular a circular ring, which is exposed to the inlet pressure.
wobei sich die Ringfläche zweckmäßigerweise unmittelbar in Durchmesserrichtung bzw. radial an die eingangsseitige Mündung anschließt. Dies kann man beispielsweise dadurch realisieren, daß man den zum Düsenkörper führenden, mit dem Versorgungsdruck beaufschlagten Eingangskanal mit einer größeren Querschnittsfläche versieht als die Düsenöffnung. Die Differenz der Flächen des Eingangskanals und der Düsenöffnung ergibt eine Differenzfläche, aus der sich in Verbindung mit dem einwirkenden Versorgungsdruck die zusätzliche Kraft ergibt, mit welcher der Düsenkörper verformt wird.The ring surface is preferably connected directly in the diameter direction or radially to the inlet-side opening. This can be achieved, for example, by providing the inlet channel leading to the nozzle body and subjected to the supply pressure with a larger cross-sectional area than the nozzle opening. The difference between the areas of the inlet channel and the nozzle opening results in a differential area, which, in conjunction with the acting supply pressure, results in the additional force with which the nozzle body is deformed.
Um zu erreichen, daß sich der Querschnitt der Düsenöffnung um so mehr verringert, je größer der anstehende Eingangsdruck ist, sieht man im Bereich der eingangsseitigen Fläche des Düsenkörpers zweckmäßigerweise eine oder mehrere Unterteilungswände vor, die mehrere zum Beispiel konzentrisch zueinander angeordnete Zonen voneinander abteilen, welche vom Eingangsdruck beaufschlagt sind. Eine zentrale Zone hat dabei zweckmäßigerweise den gleichen Querschnitt wie die Düsenöffnung im Bereich der eingangsseitigen Mündung und ist fluchtend zu dieser angeordnet. Eine davon abgeteilte weitere Zone kann ringförmig ausgebildet sein, so daß der darin anstehende Eingangsdruck eine am Düsenkörper vorgesehene Ringfläche beaufschlagt, die die eingangsseitige Mündung mit radialem Abstand konzentrisch umgibt. Auch hier verläuft bei Druckbeaufschlagung die Hauptverformungsrichtung längs der Düsenöffnung, führt jedoch wegen der mit Abstand zur eingangsseitigen Mündung angeordneten Krafteinleitungszone zu einer radial nach innen gerichteten Kraft-In order to ensure that the cross-section of the nozzle opening is reduced the more the greater the inlet pressure is, one or more dividing walls are expediently provided in the area of the inlet-side surface of the nozzle body, which divide several zones from each other, for example concentrically arranged zones, which are acted upon by the inlet pressure. A central zone expediently has the same cross-section as the nozzle opening in the area of the inlet-side mouth and is arranged in alignment with it. A further zone separated from this can be ring-shaped, so that the inlet pressure present in it acts on an annular surface provided on the nozzle body, which concentrically surrounds the inlet-side mouth at a radial distance. Here too, when pressure is applied, the main deformation direction runs along the nozzle opening, but leads to a radially inward-directed force due to the force introduction zone arranged at a distance from the inlet-side mouth.
komponente, die eine Verengung des Düsenquerschnittes insbesondere im Bereich der ausgangsseitigen Mündung bewirkt.component that causes a narrowing of the nozzle cross-section, particularly in the area of the outlet-side orifice.
Um optimale Verformungseigenschaften für den Düsenkörper zu erhalten, empfiehlt es sich, seine elastischen Bereiche und, bei bevorzugter vollständiger elastischer Ausgestaltung, den Düsenkörper insgesamt aus Material mit gummielastischen Eigenschaften auszubilden, beispielsweise aus Elastomermaterial oder aus natürlichem oder synthetischem Kautschukmaterial, beispielsweise NBR-Material (Nitrile-Butadiene-Rubber).In order to obtain optimal deformation properties for the nozzle body, it is recommended that its elastic areas and, in the preferred case of a completely elastic design, the nozzle body as a whole be made of material with rubber-elastic properties, for example from elastomer material or from natural or synthetic rubber material, for example NBR material (nitrile butadiene rubber).
Es ist noch zu erwähnen, daß die Erfindung nicht nur bei kreisförmiger Geometrie der Anordnung zur Anwendung gelangen kann, sondern auch bei beliebiger anderer Formgebung, beispielsweise einer ovalen oder elliptischen Ausgestaltung des Düsenkörpers.It should also be mentioned that the invention can be applied not only to a circular geometry of the arrangement, but also to any other shape, for example an oval or elliptical design of the nozzle body.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:
Figur 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils am Beispiel eines nur in den hier interessierenden Teilen im Längsschnitt dargestellten Piezoventils,Figure 1 shows a first embodiment of the valve according to the invention using the example of a piezo valve shown in longitudinal section only in the parts of interest here,
Figur 2 eine Draufsicht auf das Ventil aus Figur 1 mit Blick gemäß Pfeil II im Bereich der Düse ohne Darstellung des von einem Biegewandler gebildeten Ventilgliedes, undFigure 2 is a plan view of the valve from Figure 1, looking along arrow II in the area of the nozzle, without showing the valve element formed by a bending transducer, and
• J·##· J J J JJ• Y· ## · YYY YY
Figur 3 eine weitere Ausführungsform des Ventils imFigure 3 shows another embodiment of the valve in
Längsschnitt, wiederum im Bereich der Düseneinrichtung, wobei ein konventionell, beispielsweise mittels eines Elektromagneten betätigtes Ventilglied vorgesehen ist.Longitudinal section, again in the area of the nozzle device, wherein a valve member actuated conventionally, for example by means of an electromagnet, is provided.
Die beiden in der Zeichnung ausschnittsweise dargestellten Ventile 1, 1' verfügen jeweils über einen Grundkörper 2, der meist gleichzeitig das Ventilgehäuse bildet. In dem Grundkörper 2 ist ein Eingangskanal 3 ausgebildet, der mit einer nicht näher dargestellten fluidischen und insbesondere pneumatischen Druckmittelquelle verbindbar ist, so daß im Betrieb des Ventils 1, 1' an dem Eingangskanal 3 ein fluidisches Druckmedium ansteht. Das Druckmedium steht unter einem vorgegebenen Versorgungsdruck, der in dem Eingangskanal 3 als Eingangsdruck wirkt.The two valves 1, 1' shown in detail in the drawing each have a base body 2, which usually also forms the valve housing. An inlet channel 3 is formed in the base body 2, which can be connected to a fluidic and in particular pneumatic pressure medium source (not shown in detail), so that a fluidic pressure medium is present at the inlet channel 3 when the valve 1, 1' is in operation. The pressure medium is under a predetermined supply pressure, which acts as an inlet pressure in the inlet channel 3.
An den Eingangskanal 3 schließt sich eine die Verbindung zum Innern des Ventils herstellende Ventileintrittsöffnung an, die als Düsenöffnung 4 bezeichnet sei, da sie meist über einen nur geringen Querschnitt verfügt. Die Düsenöffnung 4 ist in einem fest mit dem Grundkörper 2 verbundenen und vorzugsweise separaten Körper ausgebildet, der als Düsenkörper 5 bezeichnet sei und zu einer Düseneinrichtung 9 gehört. Er bildet praktisch eine den Eingangskanal 3 überdeckende Wand, die von der Düsenöffnung 4 durchsetzt ist. Die Längsachse 6 der Düsenöffnung 4 fällt zweckmäßigerweise mit der Längsachse des vorausgehenden Endabschnittes des Eingangskanals 3 zusammen.The inlet channel 3 is followed by a valve inlet opening that establishes the connection to the interior of the valve, which is referred to as the nozzle opening 4, since it usually has only a small cross-section. The nozzle opening 4 is formed in a body that is firmly connected to the base body 2 and is preferably separate, which is referred to as the nozzle body 5 and belongs to a nozzle device 9. It practically forms a wall that covers the inlet channel 3 and through which the nozzle opening 4 passes. The longitudinal axis 6 of the nozzle opening 4 expediently coincides with the longitudinal axis of the preceding end section of the inlet channel 3.
Die Düsenöffnung 4 hat eine dem Eingangskanal 3 zugewandte eingangsseitige Mündung 7. Ihrer axial entgegengesetzten, vom Eingangskanal 3 wegweisenden ausgangsseitigen Mündung 8 ist ein Ventilglied 12 zugeordnet, das eine der ausgangsseitigen Mündung 8 gegenüberliegende Verschlußpartie 13 aufweist.The nozzle opening 4 has an inlet-side opening 7 facing the inlet channel 3. A valve member 12 is assigned to its axially opposite outlet-side opening 8 pointing away from the inlet channel 3, which has a closure section 13 opposite the outlet-side opening 8.
Das Ventil gemäß Figuren 1 und 2 ist als Piezoventil ausgebildet. Sein Ventilglied 12 umfaßt einen stabähnlichen piezo-elektrischen Biegewandler 14, der in an sich bekannter Weise mit einem Ende 15 am Grundkörper 2 festgelegt ist und mit seinem die Verschlußpartie 13 aufweisenden entgegengesetzten freien Endbereich 16 über die ausgangsseitige Mündung 8 ragt. Die einseitige Einspannung ist so gewählt, daß der Biegewandler 14 im unbetätigten Zustand mit seiner Verschlußpartie 13 unter Vorspannung an dem die ausgangsseitige Mündung 8 umschließenden Rand des Düsenkörpers 5 anliegt und die Düsenöffnung 4 dadurch verschließt. Es handelt sich also um ein als Öffner ausgebildetes, normalerweise geschlossenes Ventil. In Figur 1 ist in durchgezogenen Linien eine Schließstellung dargestellt. Zum Öffnen des Ventils wird in an sich bekannter Weise eine Spannung an den mehrschichtigen Biegewandler 14 angelegt, so daß er sich vom Düsenkörper 5 weg krümmt, wobei er von der ausgangsseitigen Mündung 8 abhebt und die Düsenöffnung 4 zur Durchströmung vorgibt. Die Vorspannkraft bzw. Schließkraft des Biegewandlers 14 ist eine Federkraft, die aufgrund der federelastischen Eigenschaften des in der Schließstellung verformten Biegewandlers 14 auftritt.The valve according to Figures 1 and 2 is designed as a piezo valve. Its valve member 12 comprises a rod-like piezoelectric bending transducer 14, which is fixed in a known manner with one end 15 to the base body 2 and with its opposite free end region 16, which has the closure part 13, projects over the outlet-side opening 8. The one-sided clamping is selected so that the bending transducer 14, in the non-actuated state, rests with its closure part 13 under prestress on the edge of the nozzle body 5 surrounding the outlet-side opening 8 and thereby closes the nozzle opening 4. It is therefore a valve designed as an opener, normally closed. A closed position is shown in Figure 1 in solid lines. To open the valve, a voltage is applied to the multi-layer bending transducer 14 in a manner known per se, so that it bends away from the nozzle body 5, lifting off the outlet-side opening 8 and defining the nozzle opening 4 for flow. The pre-tensioning force or closing force of the bending transducer 14 is a spring force that occurs due to the spring-elastic properties of the bending transducer 14 deformed in the closed position.
Bei dem Ventil I1 der Figur 3 handelt es sich um ein Magnetventil, das einen nicht näher dargestellten Elektromagneten aufweist, dessen Anker das Ventilglied 12 bildet oder mit diesem in Wirkverbindung steht. Eine schematisch angedeutete Federeinrichtung 17 beaufschlagt das Ventilglied 12 ebenfalls in Schließrichtung 18, so daß dieses in der unbetätigten Ausgangsstellung durch Federkraft in die in Figur 3 strichpunktiert angedeutete Schließstellung 22 gedrückt wird, in der die Verschlußpartie 13 die ausgangsseitige Mündung 8 unter Anlage am Düsenkörper 5 dicht abdeckt.The valve I 1 in Figure 3 is a solenoid valve which has an electromagnet (not shown in detail), the armature of which forms the valve member 12 or is operatively connected to it. A schematically indicated spring device 17 also acts on the valve member 12 in the closing direction 18, so that in the non-actuated initial position the latter is pressed by spring force into the closed position 22 indicated by dash-dotted lines in Figure 3, in which the closure part 13 tightly covers the outlet-side orifice 8 while resting on the nozzle body 5.
Zum Umschalten in die Offenstellung wird bei dem Ventil 1' gemäß Figur 3 der Elektromagnet durch Anlegen einer Spannung erregt, so daß das Ventilglied 12 entgegen der Schließkraft der Federeinrichtung 17 von der ausgangsseitigen Mündung 8 abgehoben und in die in durchgezogenen Linien gezeigte Offenstellung verlagert wird, so daß das Druckmedium vom Eingangskanal 3 durch die Düsenöffnung 4 hindurch in die sich anschließende Ventilkammer 23 einströmen kann.To switch to the open position, the electromagnet in the valve 1' according to Figure 3 is excited by applying a voltage, so that the valve member 12 is lifted from the outlet-side opening 8 against the closing force of the spring device 17 and is moved into the open position shown in solid lines, so that the pressure medium can flow from the inlet channel 3 through the nozzle opening 4 into the adjoining valve chamber 23.
Die Betätigungsarten der beiden Ventile 1, 1' sind nur exemplarisch erwähnt und könnten auch auf andere Weise verwirklicht werden oder untereinander ausgetauscht werden. Auch könnte an dem Biegewandler eine zusätzliche Federeinrichtung angreifen, um die Schließkraft zu unterstützen oder allein zu liefern.The types of actuation of the two valves 1, 1' are mentioned only as examples and could also be implemented in other ways or interchangeable. An additional spring device could also be attached to the bending transducer in order to support the closing force or to provide it alone.
Der Düsenkörper 5 des Ausführungsbeispiels ist scheibenähnlich flach ausgebildet und mit seinem äußeren umlaufenden Rand 24 an dem Grundkörper 2 festgelegt. Der Grundkörper 2 kann hierzuThe nozzle body 5 of the embodiment is flat and shaped like a disk and is fixed to the base body 2 by its outer peripheral edge 24. The base body 2 can
eine Ausnehmung 25 aufweisen, in der der Rand 24 fest eingespannt ist. Der Düsenkörper 5 kann am Grundkörper 2 durch Klebung festgelegt sein.have a recess 25 in which the edge 24 is firmly clamped. The nozzle body 5 can be fixed to the base body 2 by gluing.
Der Düsenkörper 5 ist desweiteren wenigstens teilweise elastisch verformbar ausgebildet, wobei er bei den Ausführungsbeispielen jeweils insgesamt als elastischer Körper ausgeführt ist und aus Material mit gummielastischen Eigenschaften besteht. Er kann beispielsweise aus Elastomermaterial oder Gummimaterial bestehen, beim Ausführungsbeispiel besteht er aus synthetischem Nitril-Kautschuk bzw. NBR-Material.The nozzle body 5 is furthermore designed to be at least partially elastically deformable, whereby in the exemplary embodiments it is designed as an elastic body and consists of material with rubber-elastic properties. It can consist, for example, of elastomer material or rubber material; in the exemplary embodiment it consists of synthetic nitrile rubber or NBR material.
Beide Ventile 1, 1' sind auf der Eingangsseite des Düsenkörpers 5 so ausgebildet, daß neben der eingangsseitigen Mündung 7 liegende Flächenabschnitte des Düsenkörpers 5 von dem im Eingangskanal 3 anstehenden Druckmedium beaufschlagt werden. Dem zuströmenden Druckmedium steht daher eine vom Düsenkörper 5 gebildete Staufläche entgegen, auf die das Druckmedium außerhalb der Düsenöffnung 4 in zur Längsachse 6 insbesondere paralleler Richtung einwirkt. Infolge der Gummielastizität des Dichtkörpers 5 wird dieser dabei entsprechend der Höhe des Eingangsdruckes mehr oder weniger weit reversibel verformt. Diese Verformung bewirkt, daß ohne Veränderung der Federkonstante des Biegewandlers 14 und/oder der Federeinrichtung 17 unabhängig von der Höhe des anstehenden Eingangsdruckes eine ausreichende, stets sicher schließende und dennoch nicht überdimensionierte Schließkraft vorliegt.Both valves 1, 1' are designed on the inlet side of the nozzle body 5 in such a way that surface sections of the nozzle body 5 located next to the inlet-side opening 7 are acted upon by the pressure medium present in the inlet channel 3. The inflowing pressure medium is therefore opposed by a dam surface formed by the nozzle body 5, on which the pressure medium acts outside the nozzle opening 4 in a direction particularly parallel to the longitudinal axis 6. Due to the rubber elasticity of the sealing body 5, it is reversibly deformed to a greater or lesser extent depending on the level of the inlet pressure. This deformation means that, without changing the spring constant of the bending transducer 14 and/or the spring device 17, a sufficient, always securely closing and yet not over-dimensioned closing force is present, regardless of the level of the inlet pressure present.
Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 ist die Anordnung so getroffen, daß sich mit ansteigendem Eingangsdruck eine partielle Verformung des Düsenkörpers 5 in Richtung des Ventilgliedes 12 ergibt. In Figur 1 ist der bei einem relativ niedrigen Eingangsdruck vorhandene, unverformte Verformungszustand des Düsenkörpers 5 in durchgezogenen Linien gezeigt. Strichpunktiert bei 26 ist ein Verformungszustand des Düsenkörpers 5 bei erhöhtem Eingangsdruck eingezeichnet. Der Düsenkörper 5 ist dabei in Richtung zur Ventilkammer 23 bzw. zur Verschlußpartie 13 ausgebaucht, wobei sich sein die Düsenöffnung 4 umgebender zentraler Bereich 27 axial ein Stück weit in Richtung der Verschlußpartie 13 verlagert und letztere in die in Figur 1 strichpunktiert angedeutete Stellung 28 ausgelenkt hat. Das Ventilglied 12 nimmt dann zwar weiterhin die Schließstellung ein, doch liegt es infolge der Auslenkung und der dadurch resultierenden höheren Federkraft mit einer größeren Schließkraft am Düsenkörper 5 an. Somit ist das Ventilglied 12 in der Lage, trotz eines erhöhten Eingangsdruckes und einer daraus resultierenden höheren fluidischen Öffnungskraft die notwendige Dichtheit zum Verschließen der Düsenöffnung 4 zu gewährleisten. Von Vorteil ist dabei die stufenlos Anpassung der Schließkraft an den jeweils herrschenden Eingangsdruck, da der Verformungsgrad des Düsenkörpers 5 umso größer ist je höher der anliegende Eingangsdruck ist.In the embodiment of Figures 1 and 2, the arrangement is such that a partial deformation of the nozzle body 5 in the direction of the valve member 12 occurs with increasing inlet pressure. In Figure 1, the undeformed deformation state of the nozzle body 5 at a relatively low inlet pressure is shown in solid lines. A deformation state of the nozzle body 5 at increased inlet pressure is shown in dash-dotted lines at 26. The nozzle body 5 is bulged in the direction of the valve chamber 23 or the closure part 13, with its central area 27 surrounding the nozzle opening 4 being axially displaced a little in the direction of the closure part 13 and the latter being deflected into the position 28 indicated in dash-dotted lines in Figure 1. The valve member 12 then continues to assume the closed position, but due to the deflection and the resulting higher spring force, it rests against the nozzle body 5 with a greater closing force. The valve member 12 is thus able to ensure the necessary tightness to close the nozzle opening 4 despite an increased inlet pressure and a resulting higher fluid opening force. The advantage here is the continuous adjustment of the closing force to the prevailing inlet pressure, since the degree of deformation of the nozzle body 5 is greater the higher the applied inlet pressure is.
Um den Effekt des sich zentral ausbeulenden Düsenkörpers 5 zu erhalten, ist der Eingangskanal 3 zumindest in dem dem Düsenkörper 5 benachbarten Endabschnitt mit einem im Vergleich zur Düsenöffnung 4 größeren Querschnitt ausgeführt. Infolge der mitIn order to obtain the effect of the centrally bulging nozzle body 5, the inlet channel 3 is designed with a larger cross-section than the nozzle opening 4, at least in the end section adjacent to the nozzle body 5. As a result of the
Bezug zur Düsenöffnung 4 koaxialen Anordnung liegt somit an der dem Eingangskanal 3 zugewandten Grundfläche 32 eine sich radial unmittelbar an die eingangsseitige Mündung 7 anschließende und diese konzentrisch umgebende Ringfläche 33 vor, die von dem im Eingangskanal 3 anstehenden Druckmedium beaufschlagt wird. Mit den radial weiter außen liegenden Flächenabschnitten 34 der Grundfläche 32 liegt der Grundkörper 2 beim Ausführungsbeispiel flächig am Grundkörper 2 an und kann mit diesem beispielsweise durch Verkleben fest verbunden sein, so daß sie dem Eingangsdruck nicht ausgesetzt sind.In relation to the nozzle opening 4 coaxial arrangement, there is therefore an annular surface 33 on the base surface 32 facing the inlet channel 3, which is radially directly adjacent to the inlet-side mouth 7 and concentrically surrounds it, which is acted upon by the pressure medium present in the inlet channel 3. With the radially further outward surface sections 34 of the base surface 32, the base body 2 in the embodiment lies flat against the base body 2 and can be firmly connected to it, for example, by gluing, so that they are not exposed to the inlet pressure.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 basiert der erfindungsgemäße Effekt darauf, daß mit zunehmenden Eingangsdruck durch die Verformung des Düsenkörpers 5 eine zunehmende Verringerung des Querschnittes der Düsenöffnung 4 auftritt. Dadurch reduziert sich bei in Schließstellung 22 befindlichem Ventilglied 12 die vom Druckmedium beaufschlagte Fläche der Verschlußpartie 13, was eine Reduzierung der in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 12 einwirkenden Fluidkraft nach sich zieht.In the embodiment of Figure 3, the effect according to the invention is based on the fact that with increasing input pressure, an increasing reduction in the cross section of the nozzle opening 4 occurs due to the deformation of the nozzle body 5. As a result, when the valve member 12 is in the closed position 22, the area of the closure part 13 acted upon by the pressure medium is reduced, which results in a reduction in the fluid force acting on the valve member 12 in the opening direction.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sieht die konstruktive Realisierung wiederum eine radial außerhalb der eingangsseitigen Mündung 7 liegende Ringfläche 33' an der Grundfläche 32 vor, die vom Eingangsdruck beaufschlagt wird. Allerdings ist die Ringfläche 33' mit radialem Abstand zur eingangsseitigen Mündung 7 angeordnet. Dadurch wird der Düsenkörper 5 in einem radial außerhalb der Düsenöffnung 4 liegenden, letztere konzentrisch umschließenden Bereich 35 mit zunehmendem Eingangsdruck in Richtung zum Ventilglied 12 axial verformt, wobei eine ra-In the embodiment according to Figure 3, the structural realization again provides for an annular surface 33' on the base surface 32, which is located radially outside the inlet-side opening 7 and is acted upon by the inlet pressure. However, the annular surface 33' is arranged at a radial distance from the inlet-side opening 7. As a result, the nozzle body 5 is axially deformed in a region 35 located radially outside the nozzle opening 4 and concentrically enclosing the latter with increasing inlet pressure in the direction of the valve member 12, whereby a ra-
dial nach innen gerichtete Verformungskomponente überlagert ist, die zu einer Verengung des Durchmessers der Düsenöffnung führt. Der verformte Zustand ist strichpunktiert bei 26' angedeutet .dial inward-directed deformation component is superimposed, which leads to a narrowing of the diameter of the nozzle opening. The deformed state is indicated by a dash-dot line at 26'.
Ausgehend von einer im unverformten Zustand zylindrischen Düsenöffnung 4 ergibt sich beim Ausführungsbexspiel mit größer werdendem Eingangsdruck eine Verformung der Kontur der Düsenöffnung 4 zu einer aus Figur 3 strichpunktiert hervorgehenden konischen Form 36, wobei sich der Querschnitt ausgehend von der eingangsseitigen Mündung 7 in Richtung zur ausgangsseitigen Mündung 8 allmählich verringert und der geringste Querschnitt insbesondere im Bereich der ausgangsseitigen Mündung 8 vorliegt. Starting from a nozzle opening 4 that is cylindrical in the undeformed state, in the embodiment example, as the inlet pressure increases, the contour of the nozzle opening 4 deforms into a conical shape 36 shown in dash-dotted lines in Figure 3, with the cross-section gradually decreasing starting from the inlet-side opening 7 in the direction of the outlet-side opening 8, and the smallest cross-section being present in particular in the area of the outlet-side opening 8.
Um die die eingangsseitige Mündung 7 mit Abstand umgebende Ringfläche 33' zu realisieren, ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 der sich an die Grundfläche 32 des Düsenkörpers 5 anschließende Endabschnitt des Eingangskanals 3 durch eine fest mit dem Grundkörper 2 verbundene Unterteilungswand 37 in zwei vom Eingangsdruck beaufschlagte Zonen 3 8 unterteilt. Die Unterteilungswand 3 7 hat ringförmige Gestalt und ist koaxial zur Düsenöffnung 4 angeordnet, wobei ihr Innendurchmesser demjenigen der Düsenöffnung 4 entspricht und fluchtend in die Düsenöffnung 4 übergeht. Der Außendurchmesser der Unterteilungswand 37 ist geringer als der Innendurchmesser des die Unterteilungswand enthaltenden Endabschnittes des Eingangskanals 3. Die Unterteilungswand 3 7 definiert daher eine unmittelbar in die Düsenöffnung 4 übergehende zentrale Zone 38' und eine radial zwischenIn order to realize the annular surface 33' surrounding the inlet-side opening 7 at a distance, in the embodiment of Figure 3 the end section of the inlet channel 3 adjoining the base surface 32 of the nozzle body 5 is divided into two zones 38 subjected to the inlet pressure by a dividing wall 37 firmly connected to the base body 2. The dividing wall 37 has an annular shape and is arranged coaxially to the nozzle opening 4, with its inner diameter corresponding to that of the nozzle opening 4 and merging flush with the nozzle opening 4. The outer diameter of the dividing wall 37 is smaller than the inner diameter of the end section of the inlet channel 3 containing the dividing wall. The dividing wall 37 therefore defines a central zone 38' that merges directly into the nozzle opening 4 and a radial zone 38' between the nozzle opening 4 and the central zone 38'.
der Unterteilungswand 37 und der umgebenden Wand des Grundkörpers 2 angeordnete ringförmige Zone 38". Über die zentrale Zone 38, 38' wird somit nur die Düsenöffnung 4 beaufschlagt, so daß praktisch keine axialen Kräfte auf den Düsenkörper 5 ausgeübt werden. Im Bereich der ringförmigen Zone 38" hingegen bewirkt der Eingangsdruck eine axial gerichtete Beaufschlagung der zugeordneten Ringfläche 33'.the dividing wall 37 and the surrounding wall of the base body 2. Only the nozzle opening 4 is thus acted upon via the central zone 38, 38', so that practically no axial forces are exerted on the nozzle body 5. In the area of the annular zone 38", however, the inlet pressure causes an axially directed actuation of the associated annular surface 33'.
Im Kontaktbereich zwischen dem Düsenkörper 5 und der zugeordneten Stirnseite der Unterteilungswand 37 liegt zweckmäßigerweise eine feste Verbindung vor, beispielsweise eine Klebeverbindung. Die Fixierung der Unterteilungswand 37 innerhalb des Eingangskanals 3 erfolgt beispielsweise mittels einzelner sich radial zwischen dem Grundkörper 2 und der Unterteilungswand 37 erstreckender Haltearme 42.In the contact area between the nozzle body 5 and the associated front side of the dividing wall 37, there is expediently a fixed connection, for example an adhesive connection. The dividing wall 37 is fixed within the inlet channel 3, for example, by means of individual holding arms 42 extending radially between the base body 2 and the dividing wall 37.
Die in Figuren 1 und 3 eingezeichneten Pfeile 43 geben die Druckbeaufschlagung durch den Eingangsdruck wieder.The arrows 43 shown in Figures 1 and 3 indicate the pressurization by the inlet pressure.
Es versteht sich, daß sich die Anordnung ohne weiteres so treffen läßt, daß die beiden Effekte der axialen Verformung bzw. Verlagerung des Düsenkörpers 5 und des sich verringernden Querschnittes der Düsenöffnung 4 gleichzeitig überlagert oder nacheinander auftreten.It is understood that the arrangement can easily be made such that the two effects of the axial deformation or displacement of the nozzle body 5 and the decreasing cross-section of the nozzle opening 4 occur simultaneously or one after the other.
Bei beiden Ausführungsformen liegt eine durch Druck elastisch verformbare Düse zur automatischen Regulierung der notwendigen Düsen-Verschlußkraft vor. Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 erfolgt dabei ein definiertes elastisches Verformen ei-In both embodiments, there is a nozzle that can be elastically deformed by pressure for automatically regulating the necessary nozzle closing force. In the embodiment of Figures 1 and 2, a defined elastic deformation of a
ner Düse durch den Versorgungsdruck. Die Hauptverformungsrichtung verläuft längs der Düsenöffnung 4 und die Verformung gleicht einem Ausbeulen des Düsenkörpers 5. Wird diese Verformung ganz oder teilweise durch das anliegende Ventilglied 12 verhindert, so erhält man eine von der Größe des Versorgungsdruckes bzw. des Eingangsdruckes abhängige Zusatzkraft. Diese preßt den Düsenkörper und das Ventilglied stärker gegeneinander und wirkt damit gegen die im Öffnungsquerschnitt der Düsenöffnung 4 größer gewordene Druckkraft.a nozzle by the supply pressure. The main direction of deformation runs along the nozzle opening 4 and the deformation is like a bulging of the nozzle body 5. If this deformation is completely or partially prevented by the adjacent valve member 12, an additional force is obtained which depends on the size of the supply pressure or the inlet pressure. This presses the nozzle body and the valve member more strongly against each other and thus counteracts the pressure force which has increased in the opening cross-section of the nozzle opening 4.
Würde man wie bisher einen starren Düsenkörper 5 verwenden, müßte das Ventilglied 12 gegen den größten möglichen Eingangsdruck mechanisch vorgespannt werden bzw. die Vorspannung des Ventilgliedes 12 auf diese Bedingung ausgelegt werden. Dies beispielsweise durch elastisches Vorspannen des Biegewandlers 14 oder durch Einsatz einer zusätzlichen Federeinrichtung. Würde das Ventil mit geringem Druck betrieben, ergäbe sich durch die Überdimensionierung eine Verschwendung an zur Verfügung stehender Schließkraft und bereitgestelltem Öffnungsweg. Mit einer sich dem Eingangsdruck anpassenden Düse reguliert sich die mechanische Vorspannung des Ventilgliedes hingegen automatisch. Auch bei hohem Versorgungsdruck ist eine ausreichende Schließkraft gegeben und bei geringerem Versorgungsdruck kann im Vergleich zu einem starren Düsenkörper wegen der geringeren Federvorspannung ein größerer Öffnungsspalt in der Offenstellung zur Verfügung gestellt werden.If a rigid nozzle body 5 were to be used as before, the valve member 12 would have to be mechanically pre-tensioned against the greatest possible input pressure or the pre-tension of the valve member 12 would have to be designed for this condition. This could be done, for example, by elastically pre-tensioning the bending transducer 14 or by using an additional spring device. If the valve were operated with low pressure, the over-dimensioning would result in a waste of available closing force and opening path. With a nozzle that adapts to the input pressure, however, the mechanical pre-tension of the valve member is regulated automatically. Even with high supply pressure, sufficient closing force is provided and with lower supply pressure, a larger opening gap in the open position can be provided due to the lower spring pre-tension compared to a rigid nozzle body.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 findet eine elastische Verformung des Düsenquerschnittes durch den VersorgungsdruckIn the embodiment of Figure 3, an elastic deformation of the nozzle cross-section occurs due to the supply pressure
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statt. Wird am Düsenkörper der Eingangsdruck erhöht, verengt sich aufgrund des besonderen Aufbaues der Düseneinrichtung 9 die Düsenöffnung 4. Durch die Verengung des Querschnittes verringert sich die druckbeaufschlagte Fläche des Ventilgliedes 12, und die Kraft, die benötigt wird, um die Düsenöffnung 4 zu verschließen, bleibt je nach Ausprägung des Düsenkörpers 5 beinahe konstant.If the inlet pressure is increased at the nozzle body, the nozzle opening 4 narrows due to the special structure of the nozzle device 9. Due to the narrowing of the cross section, the pressurized area of the valve member 12 is reduced and the force required to close the nozzle opening 4 remains almost constant depending on the design of the nozzle body 5.
Die Härte des zur Realisierung des Düsenkörpers 5 verwendeten elastischen Materials kann beispielsweise im Bereich von 80 Shore liegen. Der Grundkörper 2, an dem der Düsenkörper 5 festgelegt ist, ist im Vergleich dazu als steifer, starrer Körper anzusehen.The hardness of the elastic material used to create the nozzle body 5 can, for example, be in the range of 80 Shore. The base body 2, to which the nozzle body 5 is attached, is to be regarded as a stiff, rigid body in comparison.
Claims (12)
Grundkörper (2) angeordneten Düsenkörper (5) mit einer durchgehenden Düsenöffnung (4) aufweist, wobei an der eingangsseitigen Mündung (7) der Düsenöffnung (4) im Betrieb ein unter einem
Eingangsdruck stehendes fluidisches Druckmedium ansteht und der ausgangsseitigen Mündung (8) ein mit dieser zusammenarbeitendes Ventilglied (12) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Düsenkörper (5) wenigstens teilweise elastisch verformbar
ausgebildet und so angeordnet ist, daß neben der eingangsseitigen Mündung (7) liegende Flächenabschnitte {33, 33') des Düsenkörpers (5) vom eingangsseitig anstehenden Druckmedium beaufschlagt
werden, wobei der Düsenkörper (5) in Abhängigkeit von
der Höhe des Eingangsdruckes eine mehr oder weniger starke elastische Verformung erfährt, bei der mit ansteigendem Eingangsdruck
eine zumindest partielle Verformung des Düsenkörpers (5)
in Richtung des Ventilgliedes . (12) und/oder eine Verringerung
des Querschnittes der Düsenöffnung (4) auftritt.1. Valve, with a nozzle device, which has a
Base body (2) arranged nozzle body (5) with a continuous nozzle opening (4), wherein at the inlet-side mouth (7) of the nozzle opening (4) during operation a
fluidic pressure medium at the inlet pressure is present and the outlet-side orifice (8) is assigned a valve member (12) cooperating with it, characterized in that
the nozzle body (5) is at least partially elastically deformable
and is arranged in such a way that surface sections (33, 33') of the nozzle body (5) lying next to the inlet-side orifice (7) are acted upon by the pressure medium present on the inlet side
wherein the nozzle body (5) is adjustable in dependence on
the level of the inlet pressure undergoes a more or less strong elastic deformation, in which with increasing inlet pressure
at least partial deformation of the nozzle body (5)
in the direction of the valve member (12) and/or a reduction
of the cross-section of the nozzle opening (4).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29706194U DE29706194U1 (en) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | Valve |
| DE19801613A DE19801613A1 (en) | 1997-04-08 | 1998-01-17 | Valve with nozzle arrangement with main body and through opening |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE29706194U DE29706194U1 (en) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | Valve |
Publications (1)
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| DE29706194U1 true DE29706194U1 (en) | 1997-05-22 |
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ID=8038585
Family Applications (2)
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| DE29706194U Expired - Lifetime DE29706194U1 (en) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | Valve |
| DE19801613A Ceased DE19801613A1 (en) | 1997-04-08 | 1998-01-17 | Valve with nozzle arrangement with main body and through opening |
Family Applications After (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0913609A1 (en) * | 1997-10-31 | 1999-05-06 | Nass Magnet GmbH | Valve |
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