EP2085613B1 - Hochdruckventilanordnung - Google Patents

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EP2085613B1
EP2085613B1 EP09150286.4A EP09150286A EP2085613B1 EP 2085613 B1 EP2085613 B1 EP 2085613B1 EP 09150286 A EP09150286 A EP 09150286A EP 2085613 B1 EP2085613 B1 EP 2085613B1
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EP
European Patent Office
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tappet
valve assembly
pressure valve
assembly according
pressure
Prior art date
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EP09150286.4A
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EP2085613A2 (de
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Michael Jarchau
Axel Sommerkamp
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Hammelmann GmbH
Original Assignee
Hammelmann GmbH
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Publication date
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    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
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    • F04B1/0452—Distribution members, e.g. valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/102—Disc valves
    • F04B53/1022—Disc valves having means for guiding the closure member axially
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    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/109—Valves; Arrangement of valves inlet and outlet valve forming one unit
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87917—Flow path with serial valves and/or closures
    • Y10T137/88062—Coaxial oppositely directed seats

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure valve arrangement according to the preamble of claim 1.
  • Such high pressure valve assemblies are used in high pressure pumps, by means of which a fluid medium is brought to a pressure of, for example, 4000 bar and higher.
  • the pressure valve has an axially displaceable, spring-loaded plunger, the front side forms a sealing surface which rests against an associated end face of the valve body in case of sealing and thus sealingly closes the channel during a suction process.
  • the suction valve is provided with a spring-loaded, annular plate-shaped closing body, which abuts against the other end face of the valve body when the fluid medium is pressurized by a piston and pressed through the channel, in which case by the closing body, a suction-side inlet is sealed.
  • a plunger pump is known, with a valve arrangement in which a valve body forms the bottom for a pressure chamber, wherein with a pressure-side plunger a guided through the valve body channel is closed.
  • the invention has for its object to further develop a high pressure valve assembly of the generic type so that increased with little design and manufacturing effort their life and the usability is improved.
  • the mutually corresponding sealing surfaces between the plunger and the valve body conical or even, i. be formed transversely to the longitudinal axis.
  • the axial guidance of the plunger is effected by guide surfaces which are introduced into the valve body in the region of the chamber.
  • the so-called constant support of the plunger in the valve body also contributes to an increase in the load capacity of the high pressure valve assembly.
  • the suction valve which has hitherto been formed by the annular plate-shaped closing body described in the prior art and guided in a bore of the housing, is now also axially displaceably mounted in a guide bore provided in the valve body, whereby manufacturing technology and provide functional benefits.
  • a concentric chamber may be provided in the valve body, on the wall of which the closing body is at least partially supported for axial guidance.
  • a high-pressure valve arrangement is shown, which is provided overall with the reference numeral 3.
  • the same components of the various embodiments are provided with the same reference numerals.
  • the respective high-pressure valve arrangement 3 has a valve body 6 which is mounted on the suction side in a housing 1 and on the pressure side in a flange 2 connected to the housing 1, wherein the valve body 6 is sealed in each case by means of a static annular seal 7 with respect to the housing 1 or the flange 2 is.
  • the housing 1 is provided with inlet bores 4, through which a fluid medium is conveyed via a suction line 5 arranged in the valve body 6 into a suction chamber 11.
  • a closing body 8 the spring-loaded for closing the suction line 5 sealingly abuts the valve body 6.
  • the closing body 8 has a pin 9, which, axially extending, slidably rests in a corresponding bore 19 of the valve body 6, wherein this bore 19 forms a guide for the pin 9 and thus for the closing body 8.
  • the medium By closing the suction line 5, the medium is forced through a piston 10 in the valve body 6 into a pressure chamber 12 of the valve body 6 by means of a piston 18 in which a plunger 13 of a pressure valve is positioned coaxially with the piston 18 and the closing body 8. which closes the channel 10 in a sealing of the medium sealing.
  • the plunger 13 is stepped, with a pin 22 protruding into the pressure chamber 12, while a stepped, peripheral shoulder forms a sealing surface 16, 17, which corresponds to a matched sealing surface of the valve body 6, ie, in the sealing position of the plunger 13th with its sealing surface 16, 17 on the associated sealing surface of the valve body 6 at.
  • this sealing surface 17 of the plunger 13 as well as the associated sealing surface of the valve body 6 is conical, while the sealing surface 16 of the plunger 13 after FIG. 2 is flat, ie, perpendicular to the longitudinal axis of the plunger 13 extends.
  • Gleichgeartet are also sealing surfaces 20, 21 of the closing body 8, which rest in the case of operation on adapted surfaces of the valve body sealing.
  • FIG. 3 shows the plunger 13 with a conical sealing surface 17 which is mounted in the sense of a chamfer, while the pressure chamber 12 is adapted in the contact region of the sealing surface 17.
  • the plane end face forms the sealing surface 16, in correspondence with the bottom of the pressure chamber 12, to which this sealing surface 16 abuts.
  • the wall of the pressure chamber 12 forms a guide surface 14 for the plunger 13, to its axial guidance, wherein between the plunger 13 and the guide surfaces 14 in the open position, the fluid is fed into an outlet 15.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
  • Lift Valve (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochdruckventilanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Hochdruckventilanordnungen kommen in Hochdruckpumpen zum Einsatz, mittels derer ein fluides Medium auf einen Druck von beispielsweise 4000 bar und höher gebracht wird.
  • Dabei weist das Druckventil einen axial verschiebbaren, federbelasteten Stößel auf, der stirnseitig eine Dichtfläche bildet, die an einer zugeordneten Stirnseite des Ventilkörpers im Dichtungsfall anliegt und so den Kanal bei einem Ansaugvorgang dichtend verschließt.
  • Das Saugventil ist mit einem federbelasteten, ringplattenförmigen Schließkörper versehen, der an der anderen Stirnseite des Ventilkörpers anliegt, wenn durch einen Kolben das fluide Medium unter Druck gesetzt und durch den Kanal gepresst wird, wobei dann durch den Schließkörper ein saugseitiger Einlass dichtend verschlossen wird.
  • Allerdings hat sich gezeigt, dass aufgrund des sehr hohen Mediumdrucks eine erhebliche mechanische Beanspruchung der relevanten Bauteile gegeben ist, beispielsweise durch auftretende Zugspannungen, die insbesondere im Austrittsbereich des Kanals zu Kerbwirkungen führen, mit der Folge einer Reduzierung der Standzeit bzw. einer Beschränkung der Verwendbarkeit bei sehr hohen Drücken.
  • In der US 5 605 449 A ist eine Hochdruck-Wasserpumpe offenbart, mit einer Ventilanordnung, bei der ein Ventilkörper eine Durchgangsbohrung aufweist, die druckseitig durch einen Stößel abdichtbar ist, während ein federbelastetes Dichtelement saugseitig Kanäle verschließt, die zu einer Zuführleitung führen.
  • Aus der DE 34 04 520 A1 ist eine Plungerpumpe bekannt, mit einer Ventilanordnung, bei der ein Ventilkörper den Boden für eine Druckkammer bildet, wobei mit einem druckseitigen Stößel ein durch den Ventilkörper geführter Kanal verschließbar ist.
  • Schließlich thematisiert die DE 196 04 132 A1 eine Hochdruck-Plungerpumpe, bei der eine Druckkammer ebenfalls außerhalb eines Ventilkörpers angeordnet ist, wobei ein durch den Ventilkörper geführter Kanal druckseitig durch eine Kugel als Dichtkörper verschließbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckventilanordnung der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass mit geringem konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand deren Standzeit erhöht und die Verwendungsfähigkeit verbessert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Hochdruckventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch diese konstruktive Ausbildung, bei der der druckseitige Stößel in Dichtstellung in die Kammer ragt, in deren Bodenbereich der Kanal mündet, wird bei Öffnen des Druckventils durch axiales Verschieben des Stößels gegen die Federkraft in radialer Richtung ein Gleichgewicht des hydrostatischen Drucks hergestellt, wodurch, im Gegensatz zum beschriebenen Stand der Technik, keine Zugspannungen im Austrittsbereich des Kanals auftreten.
  • Die dadurch bedingte Vermeidung einer Kerbwirkung führt zu einer Minimierung der Beanspruchung des Ventilkörpers insgesamt, so dass sich einerseits die Standzeit der Hochdruckventilanordnung erhöht und andererseits diese geeignet ist höhere Drücke aufzunehmen, so dass die Verwendungsfähigkeit der Hochdruckventilanordnung signifikant verbessert wird.
  • Dabei können die miteinander korrespondierenden Dichtflächen zwischen dem Stößel und dem Ventilkörper konisch oder eben, d.h. quer zur Längsachse ausgebildet sein.
  • Bevorzugt erfolgt die axiale Führung des Stößels durch Führungsflächen, die in den Ventilkörper im Bereich der Kammer eingebracht sind.
  • Die sozusagen ständige Abstützung des Stößels im Ventilkörper trägt gleichfalls zu einer Erhöhung der Belastbarkeit der Hochdruckventilanordnung bei.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Saugventil, das bislang durch den zum Stand der Technik beschriebenen ringplattenförmigen Schließkörper gebildet und in einer Bohrung des Gehäuses geführt wird, nun ebenfalls in einer im Ventilkörper vorgesehenen Führungsbohrung axial verschiebbar gelagert ist, wodurch sich fertigungstechnische und funktionale Vorteile ergeben.
  • Alternativ kann im Ventilkörper eine konzentrische Kammer vorgesehen sein, an deren Wandung sich der Schließkörper zur axialen Führung zumindest bereichsweise abstützt.
  • Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Figuren 1 bis 4
    jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckventilanordnung in einer geschnittenen Seitenansicht.
  • In den Figuren ist eine Hochdruckventilanordnung dargestellt, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist. Im Übrigen sind gleiche Bauteile der verschiedenen Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die jeweilige Hochdruckventilanordnung 3 weist einen Ventilkörper 6 auf, der saugseitig in einem Gehäuse 1 und druckseitig in einem mit dem Gehäuse 1 verbundenen Flansch 2 gelagert ist, wobei der Ventilkörper 6 jeweils mittels einer statischen Ringdichtung 7 gegenüber dem Gehäuse 1 bzw. dem Flansch 2 abgedichtet ist.
  • Das Gehäuse 1 ist mit Einlassbohrungen 4 versehen, durch die ein fluides Medium über eine im Ventilkörper 6 angeordnete Saugleitung 5 in einen Saugraum 11 gefördert wird. Dabei ist der Zufluss durch einen Schließkörper 8 verschließbar, der federbelastet zum Verschließen der Saugleitung 5 dichtend am Ventilkörper 6 anliegt.
  • Der Schließkörper 8 weist einen Zapfen 9 auf, der, sich axial erstreckend, in einer entsprechenden Bohrung 19 des Ventilkörpers 6 verschiebbar einliegt, wobei diese Bohrung 19 eine Führung für den Zapfen 9 und damit für den Schließkörper 8 bildet.
  • Über einen Kolben 18 wird bei Verschluss der Saugleitung 5 durch den Schließkörper 8 das Medium durch einen Kanal 10 im Ventilkörper 6 in eine Druckkammer 12 des Ventilkörpers 6 gedrückt, in der koaxial zum Kolben 18 und zum Schließkörper 8 ein Stößel 13 eines Druckventils positioniert ist, der bei einem Ansaugen des Mediums den Kanal 10 dichtend verschließt.
  • Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Stößel 13 stufenförmig ausgebildet, wobei ein Zapfen 22 in die Druckkammer 12 ragt, während eine abgesetzte, umlaufende Schulter eine Dichtfläche 16, 17 bildet, die mit einer angepassten Dichtfläche des Ventilkörpers 6 korrespondiert, d.h., in Dichtstellung liegt der Stößel 13 mit seiner Dichtfläche 16, 17 an der zugeordneten Dichtfläche des Ventilkörpers 6 an.
  • Bei dem in der Figur 1 gezeigten Beispiel ist diese Dichtfläche 17 des Stößels 13 ebenso wie die zugeordnete Dichtfläche des Ventilkörpers 6 konisch ausgebildet, während die Dichtfläche 16 des Stößels 13 nach Figur 2 flach gestaltet ist, d.h., rechtwinklig zur Längsachse des Stößels 13 verläuft.
  • Gleichgeartet sind auch Dichtflächen 20, 21 des Schließkörpers 8, die im Funktionsfall an daran angepassten Flächen des Ventilkörpers dichtend anliegen.
  • Die Druckkammer 12, die sich erfindungsgemäß bei allen Ausführungsbeispielen in überwiegendem Maße in axialer Richtung des Stößels 13 oberhalb der Unterkante 23 der statischen Ringdichtung 7 erstreckt, bildet im Bereich des abgesetzten Zapfens 22 des Stößels 13 Führungsflächen 14, an denen die Mantelfläche des Stößels 13 zumindest bereichsweise zur axialen Führung anliegt.
  • Bei den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Beispielen dienen die Stirnflächen der Stößel 13 gemeinsam mit den zugeordneten Flächen der Druckkammern 12, an denen der Stößel in Dichtstellung anliegt, als Dichtflächen 16, 17, mit denen der Kanal 10, der im Übrigen im Bodenbereich der Druckkammer 12 mündet, abgedichtet wird.
  • Die Figur 3 zeigt den Stößel 13 mit einer konischen Dichtfläche 17, die im Sinne einer Fase angebracht ist, während die Druckkammer 12 im Anlagebereich der Dichtfläche 17 angepasst ist.
  • Bei dem in der Figur 4 gezeigten Stößel 13 bildet die plane Stirnfläche die Dichtfläche 16, in Korrespondenz mit dem Boden der Druckkammer 12, an dem diese Dichtfläche 16 anliegt.
  • Im Übrigen bildet auch hier die Wandung der Druckkammer 12 eine Führungsfläche 14 für den Stößel 13, zu dessen axialer Führung, wobei zwischen dem Stößel 13 und den Führungsflächen 14 in geöffneter Stellung das fluide Medium in einen Auslass 15 geführt wird.
    • Bezugszeichenliste
    1. 1 Gehäuse
    2. 2 Flansch
    3. 3 Ventilanordnung
    4. 4 Einlassbohrung
    5. 5 Saugleitung
    6. 6 Ventilkörper
    7. 7 Ringdichtung
    8. 8 Schließkörper
    9. 9 Zapfen
    10. 10 Kanal
    11. 11 Saugraum
    12. 12 Druckkammer
    13. 13 Stößel
    14. 14 Führungsfläche
    15. 15 Auslass
    16. 16 Dichtfläche
    17. 17 Dichtfläche
    18. 18 Kolben
    19. 19 Bohrung
    20. 20 Dichtfläche
    21. 21 Dichtfläche
    22. 22 Zapfen
    23. 23 Unterkante

Claims (11)

  1. Hochdruckventilanordnung, mit einem in einen Flansch (2) ragenden und diesem gegenüber mittels einer statischen Ringdichtung (7) abgedichteten Ventilkörper (6), der an einer Seite mit einem Schließkörper (8) ein Saugventil und an seiner gegenüberliegenden Seite mit einem Stößel (13) ein Druckventil bildet, die durch einen Kanal (10) in Verbindung stehen, wobei der Schließkörper (8) und der Stößel (13) federbelastet axial verschiebbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) druckseitig in eine im Ventilkörper (6) vorgesehene, als Sacklochbohrung an der den Stößel (13) aufnehmenden Seite des Ventilkörpers (6) ausgebildete und stromaufwärts des Stößels (13) gelegene Druckkammer (12) mündet, die sich in überwiegendem Maße in axialer Richtung des Stößels (13) oberhalb der dem Stößel (13) abgewandten Unterkante (23) der Ringdichtung (7) erstreckt.
  2. Hochdruckventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandung der Druckkammer (12) zumindest bereichsweise eine axiale Führungsfläche (14) für den Stößel (13) bildet.
  3. Hochdruckventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (8) und der Stößel (13) koaxial angeordnet sind.
  4. Hochdruckventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (8) einen abgestuften Zapfen (9) aufweist, der in einer eine axiale Führung bildende Bohrung (19) des Ventilkörpers (6) verschiebbar gelagert ist.
  5. Hochdruckventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (13) einen in die Druckkammer (12) ragenden abgestuften Zapfen (22) aufweist, der an der Führungsfläche (14) anliegt.
  6. Hochdruckventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Abstufungen der Zapfen (9, 22) jeweils eine Dichtfläche (16, 17, 20, 21) bilden, die in Dichtstellung an einer daran angepassten Dichtfläche des Ventilkörpers (6) anliegt.
  7. Hochdruckventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (17, 20) konisch ausgebildet ist.
  8. Hochdruckventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (16, 21) rechtwinklig zur axialen Erstreckung des Stößels (13) bzw. des Schließkörpers (8) flach ausgebildet ist.
  9. Hochdruckventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6,7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (17) des Stößels (13) durch eine an dessen Stirnseite vorgesehene Fase gebildet ist.
  10. Hochdruckventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6,8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (16) durch die Stirnseite des Stößels (13) gebildet ist.
  11. Hochdruckventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) saugseitig eine konzentrische Kammer aufweist, deren Wandung zumindest bereichsweise eine axiale Führung für den Schließkörpers (8) bildet.
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