EP4146961A1

EP4146961A1 - Druckregelventil

Info

Publication number: EP4146961A1
Application number: EP21722402.1A
Authority: EP
Inventors: Fabian STOFFERS; Malte Willems; Marc Grüter
Original assignee: Hammelmann GmbH
Current assignee: Hammelmann GmbH
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2023-03-15
Also published as: WO2021224048A1; US20230167908A1; DE102020112308A1; CN115516237A

Abstract

Ein Druckregelventil (1) für ein unter Systemdruck stehendes fluides Medium, vorzugsweise für Systemdrücke > 1000 bar, weist ein Ventilgehäuse (2) auf, in dem ein Eingangskanal (21) und wenigstens ein damit in Verbindung stehender Ausgangskanal (22, 23) für das Medium vorgesehen sind, einen in dem Ventilgehäuse (2) angeordneten Ventilsitz (4) mit einer konisch geformten Aufnahme (42), in der ein axial bewegbarer Ventilkörper (3) mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelaußenfläche (33) gelagert ist, einen mit dem Ventilkörper (3) in Wirkverbindung stehende Stelleinheit (5), wobei ein Mediumdurchfluss von dem Eingangskanal (21) zu dem wenigstens einen Ausgangskanal (22, 23) durch den Ventilkörper (3) im Zusammenspiel mit dem Ventilsitz (4) regelbar ist, wobei in dem Ventilsitz (4) angrenzend zur Mantelaußenfläche (33) des Ventilkörpers (3) eine erste Druckkammer (7) vorgesehen ist, von der sich in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (3) jeweils ein Drosselspalt (8) entlang der Mantelaußenfläche (33) des Ventilkörpers (3) erstreckt, wobei sich die konisch geformte Mantelaußenfläche (33) des Ventilkörpers (3) in in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (3) beidseits der Druckkammer (7) durch die entsprechend konisch geformte Aufnahme (42) des Ventilsitzes (4) erstreckt. Des Weiteren wird ein Druckregelventil mit beweglichem Ventilsitz und festem Ventilkörper beschrieben.

Description

Druckregelventil

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckregelventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßes Druckregelventil ist beispielsweise aus der EP 1 450082 B1 bekannt.

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.

Derartige Druckregelventile können neben dem Einsatz in der Hochdrucktech nik beispielsweise auch zur Homogenisierung von Medien in der Verfahrens technik eingesetzt werden. Bei dieser Anwendung wird innerhalb des Drossel bereiches eines solchen Druckregelventils eine Homogenisierung des durch das Druckregelventil geförderten Mediums bewirkt, d.h. die Viskosität bzw. Konsistenz desselben beeinflusst.

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 Ven tilkörper so weit aus dem Ventilsitz herausbewegt wird, dass eine entsprechen de Menge des fluiden Mediums über das Druckregelventil abfließen kann, bis der Systemdruck wieder auf das vorbestimmte Maß reduziert ist.

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 Ventilkör pers unter Betriebsbedingungen. Diese großen Verstellkräfte resultieren dabei aus dem anstehenden Betriebsdruck sowie der druckbeaufschlagten projizier ten Fläche des Ventilkörpers in Verstellrichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckregelventil bereitzustellen, dessen Ventilkörper mit deutlich geringeren Verstellkräften steuerbar bzw. be wegbar ist und dass darüber hinaus auf den Einsatz von verschleißanfälligen dynamischen Hochdruckkontaktdichtungen verzichten kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Druckregelventil mit den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst.

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.

Das Druckregelventil weist des Weiteren einen in dem Ventilgehäuse angeord neten Ventilsitz mit einer konisch geformten Aufnahme auf, in dem ein axial bewegbarer Ventilkörper mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelau ßenfläche gelagert ist. Mit dem Ventilkörper steht eine Stelleinheit in Wirkver bindung.

Ein Mediumdurchfluss von dem Eingangskanal zu dem wenigstens einen Aus gangskanal ist dabei durch den Ventilkörper im Zusammenspiel mit dem Ventil sitz regelbar.

In dem Ventilsitz ist angrenzend zur Mantelaußenfläche des Ventilkörpers eine erste Druckkammer vorgesehen, von der sich in Bewegungsrichtung des Ven tilkörpers jeweils ein Drosselspalt entlang der Mantelaußenfläche des Ventil körpers erstreckt.

Die konisch geformte Mantelaußenfläche des Ventilkörpers erstreckt sich dabei in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers beidseits der Druckkammer durch die entsprechend konisch geformte Aufnahme des Ventilsitzes.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckregelventil wird durch beidseits der ersten Druckkammer vorgesehene, durch jeweilige Drosselspalte zwischen der Man telaußenfläche des Ventilkörpers und der Innenfläche des Ventilsitzes gebilde ten Drosselbereiche ein Abbau des durch den Einlass eingetretenen unter ho- hem Druck stehenden Mediums durch Ableiten über die beiden Drosselspalte ermöglicht.

Das unter Hochdruck stehende Medium bewegt sich stets entlang der Mantel außenfläche des Ventilkörpers und ermöglicht damit eine Verstellung des Ven tilkörpers 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.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.

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 ange formt, in die der Einlasskanal mündet.

Durch diese zweite Druckkammer wirkt der anstehende Betriebsdruck des flui den Mediums auch auf den Außenmantel des Ventilsitzes und vermindert damit eine verformungsbedingte Aufweitung des Drosselspaltes infolge der oben ge nannten großen Drücke.

Die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer sind bevorzugt ringförmig ausgebildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Druckregelventils ist der Ventilsitz in einer Aufnahme des Ventilgehäuses be wegungsfest eingebaut. Alternativ kann der Ventilsitz auch als Bestandteil des Ventilgehäuses ausgebildet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Druckregelventils ist die Stelleinheit über eine einen Systemdruck messende Steuereinheit ansteuerbar, wobei der Ventilkörper abhängig von dem gemes senen Systemdruck in eine die Drosselspalte vergrößernde oder verkleinernde Position bewegbar ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist die Stelleinheit als kraftgere gelte Steuereinheit ausgebildet, wobei der Ventilkörper abhängig vom anste- henden Systemdruck gegen die einem Solldruck entsprechende voreingestellte Kraft eines Kraftspeichers in eine die Drosselspalte vergrößernde oder verklei nernde Position bewegbar ist.

Diese Variante hat den Vorteil einer Selbstregulierung des Druckregelventils, bei dem lediglich die auf den Stellkörper wirkende Kraft des Kraftspeichers ein gestellt werden muss.

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.

Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist der Durchmesser der ko nisch geformten Aufnahme und des mit konisch geformter Mantelaußenfläche ausgebildeten Teils des Ventilkörpers sich zur Stelleinheit hin verkleinernd ausgebildet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung weist der Ventilsitz mehrere Druckkammereingangskanäle auf, die sich von der ers ten Druckkammer tangential zur zweiten Druckkammer hin erstrecken.

Mit einer solchen Variante können Strömungsquerkräfte auf den Ventilkörper in der ersten Druckkammer vermieden werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung sind bevorzugt auf der konisch geformten Mantelaußenfläche des Ventilkörpers mehrere Rillen eingeformt.

Diese Rillen sind dabei bevorzugt entlang einer Ebene senkrecht zur Bewe gungsrichtung des Ventilkörpers in die Mantelaußenfläche des Ventilkörpers eingeformt. Denkbar ist auch die Anformung solcher Rillen in der konisch ge formten Innenfläche des Ventilsitzes.

Durch die Einformung solcher Rillen wird im Falle des Einsatzes des Druckre gelventils zur Homogenisierung von Medien das Homogenisationsergebnis po sitiv beeinflusst. Der Ventilkörper und der Ventilsitz sind gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsvariante aus einem gehärteten Stahl, Hartmetall oder Keramik gefertigt.

Nach einer nochmals alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventil für ein unter Systemdruck stehendes fluides Medium, vorzugs weise für Systemdrücke > 500 bar, weist das Druckregelventil ein Ventilgehäuse auf, in dem wenigstens ein Ausgangskanal für das Medium vorgesehen ist.

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 ko nisch geformter Mantelaußenfläche und einem Eingangskanal gelagert ist.

Das Druckregelventil weist weiter eine mit dem Ventilsitz in Wirkverbindung ste hende Stelleinheit auf.

Ein Mediumdurchfluss von dem Eingangskanal zu dem wenigstens einen Aus gangskanal ist auch bei dieser Variante durch den Ventilsitz im Zusammenspiel mit dem Ventilkörper regelbar.

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 er streckt, wobei sich die konisch geformte Mantelaußenfläche des Ventilkörpers in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes beidseits der Druckkammer durch die ent sprechend konisch geformte Aufnahme des Ventilsitzes erstreckt.

Auch bei dieser Ausführungsvariante bewegt sich das unter Hochdruck stehen de Medium stets entlang der Mantelaußenfläche des Ventilkörpers und ermög licht 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.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsvariante erstreckt sich der Eingangskanal in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes.

Der Ventilkörper weist bevorzugt mehrere Druckkammereingangskanäle auf, die sich von dem Eingangskanal radial bis in die Druckkammer erstrecken. Die radiale Breite der Druckkammer entspricht bevorzugt der Breite der Drossel spalte.

Die Aufnahme ist dabei bevorzugt topfförmig ausgebildet, mit einem in einen Nie derdruckraum des Ventilgehäuses mündenden Ausgangskanal im Boden der Aufnahme.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beiliegen den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische isometrische Darstellung einer Ausführungs variante eines erfindungsgemäßen Druckregelventils,

Figur 2 eine schematische isometrische Aufriss-Darstellung des in Figur 1 gezeigten Druckregelventils,

Figur 3 eine Schnittdarstellung durch das in Figur 1 gezeigte Druckregel ventil,

Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung des im Ventilsitz aufge nommenen Ventilkörpers in einer Position des Ventilkörpers zur Erzeugung kleiner Drosselspalte,

Figur 5 eine der Figur 4 entsprechende Darstellung in einer Position des Ventilkörpers zur Erzeugung großer Drosselspalte,

Figur 6 eine weitere Aufriss-Darstellung des in Figur 1 gezeigten Druck regelventils zur Darstellung tangential verlaufender Druckkam mereingangskanäle des Ventilsitzes,

Figur 7 eine der Figur 2 entsprechende Darstellung einer alternativen

Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventils mit auf der konisch geformten Mantelaußenfläche des Ventilkör pers vorgesehenen Rillen.

Figur 8 eine schematische isometrische Darstellung einer alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelven tils, Figur 9 eine schematische Schnittdarstellung des Druckregelventils ge mäß Figur 8 mit im Ventilsitz aufgenommenen Ventilkörper in ei ner Position des Ventilsitzes zur Erzeugung kleiner Drosselspal te, und

Figur 10 eine der Figur 9 entsprechende Darstellung in einer Position des Ventilsitzes zur Erzeugung großer Drosselspalte.

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 Ar beitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.

In den Figuren 1 bis 3 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Ausfüh rungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventils bezeichnet.

Das Druckregelventil 1 weist, wie insbesondere in den Figuren 2 und 3 zu er kennen ist, ein Ventilgehäuse 2 auf. Das Ventilgehäuse 2 weist einen Ein gangskanal 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.

In dem Ventilgehäuse 2 ist ein Ventilsitz 4 angeordnet. Dieser Ventilsitz 4 weist eine konisch geformte Aufnahme 42 auf, in der ein axial bewegbarer Ventilkör per 3 mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelaußenfläche 33 gelagert ist.

Der Ventilsitz 4 ist in der in den Figuren gezeigten Ausführungsvariante in einer Aufnahme des Ventilgehäuses 2 bewegungsfest eingebaut.

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 Figuren 8 bis 10 erläutert wird. Der Ventilkörper 3 weist neben dem konisch geformten Abschnitt 31 einen sich von diesem in Bewegungsrichtung x in Richtung seiner Längsachse L erstre ckenden Kopf 32 auf, der in einer bevorzugt zylindrischen Aufnahme eines Führungsgehäuses 6 in Richtung der Längsachse L translatorisch bewegbar geführt ist.

In diesem Führungsgehäuse 6 ist außerdem ein Andruckkolben 10 gehalten, der mit einer Stelleinheit 5 gekoppelt ist, die der Einstellung eines vorbestimm ten Gegendrucks dient und damit der Regelung des Systemdrucks auf einen vorbestimmten Wert.

Diese Stelleinheit 5 steht dabei mit dem Ventilkörper 3, hier über den Druckkol ben 10, in Wirkverbindung.

Ein Durchfluss des unter Druck stehenden fluiden Mediums von dem Ein gangskanal 21 zu dem wenigstens einen Ausgangskanal 22, 23 ist dabei durch den Ventilkörper 3 in Zusammenspiel mit dem Ventilsitz 4 regelbar.

Dazu ist in den Ventilsitz 4, angrenzend zur Mantelaußenfläche 33 des Ventil körpers 3, eine erste Druckkammer 7 vorgesehen, von der sich in Bewegungs richtung des Ventilkörpers 3, entlang der Längsachse L, jeweils ein Drossel spalt 8 entlang der Mantelaußenfläche 33 des Ventilkörpers 3 erstreckt.

Wie in den Figuren 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.

Figur 4 zeigt eine Position des Ventilkörpers 3 im Ventilsitz 4, bei der zwischen der Mantelaußenfläche 33 des Ventilkörpers 3 und der Innenfläche des Ventil sitzes 4 ein sehr kleiner Spalt 8 verbleibt, durch den entsprechend nur ein ge ringes Volumen des unter Druck stehenden Mediums in einer vorbestimmten Zeit zu strömen vermag.

Steigt der Systemdruck beispielsweise infolge eines Abschaltens eines Hoch druckverbrauchers 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 Rich tung L der Längsachse in Richtung zunehmenden Querschnitts des Ventilkör- pers 3 ausgeübt wird und den Ventilkörper 3 so weiter in die beispielhaft in Fi gur 5 gezeigte Position bewegt, was zu einer Erweiterung des Drosselspalts 8 führt und damit einen größeren Volumenstrom ermöglicht.

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 be kannten Anordnung, bei der der Hochdruck auch an wenigstens einer Stirnflä che eines solchen Ventilkörpers 3 anliegt, die auf den Ventilkörper 3 sich aus wirkende Kraft in Richtung der Längsachse L deutlich reduziert.

Als Stirnfläche eines Ventilkörpers ist dabei eine senkrecht zur Bewegungsrich tung 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 gegen überliegende senkrechte Flächen des gleichen Körpers wirkt und somit die auf diese Flächen wirkenden Kräfte sich gegenseitig aufheben.

Wie insbesondere in Figur 3 gut zu erkennen ist, ist in der hier gezeigten be vorzugten Ausführungsvariante in einem an den Ventilsitz 4 angrenzenden Be reich des Innenumfangs des Ventilgehäuses 2 radial außerhalb der ersten Druckkammer 7 eine zweite Druckkammer 24 angeformt, in die der Einlasska nal 21 mündet.

Durch die Anordnung dieser zweiten Druckkammer 24 radial zur ersten Druck kammer 7 wird eine Verformung des Ventilsitzes 4 wirksam verhindert.

Sowohl die erste Druckkammer 7 als auch die zweite Druckkammer 24 sind, wie beispielsweise in Figur 2 zu erkennen ist, bevorzugt ringförmig ausgebildet.

Die erste Druckkammer 7 muss dabei nicht zwingend als Materialaussparung des Ventilsitzes 4 ausgebildet sein, wie es in Figur 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 auszubil den, so dass die erste Druckkammer 7 durch die Einmündung eines Druck kammereingangskanals 41 des Ventilsitzes 4 in den den Ventilkörper 3 auf nehmenden Hohlraum des Ventilsitzes 4 definiert ist. Wie des Weiteren in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, ist der hier als separa tes Bauteil ausgebildete Ventilsitz 4 radial außen zum Ventilgehäuse 2 hin durch statische Hochdruckdichtungen 9 abgedichtet.

Der Kopf 32 des Ventilkörpers 3 ist zur Innenfläche des Führungsgehäuses 6 hin über dynamische Niederdruckdichtungen 12 abgedichtet, da in diesem Be reich 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.

Anstelle der hier in den Figuren 2 und 3 gezeigten beiden Ausgangskanäle 22, 23 ist es auch denkbar, über entsprechende Durchgangsbohrungen im Gehäu se 2 diese in einen einzigen Ausgangskanal münden zu lassen.

Das Gehäuse 2 ist im Anschluss an die zylinderförmige Aufnahme 62 des Füh rungsgehäuses 6 ebenfalls über eine Niederdruckdichtung 11 abgedichtet.

Während bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsvarianten der Durch messer der konisch geformten Aufnahme 42 und des mit konisch geformter Mantelaußenfläche 33 ausgebildeten Teils des Ventilkörpers 3 sich zur Stel leinheit 5 hin vergrößernd ausgebildet ist, ist es in einer hier nicht gezeigten al ternativen Ausführungsvariante auch denkbar, dass der Durchmesser der ko nisch geformten Aufnahme 42 und des mit konisch geformter Mantelaußenflä che 33 ausgebildeten Teils des Ventilkörpers 3 sich zur Stelleinheit 5 hin ver kleinernd ausgebildet ist.

Für letztere der beiden Ausführungsvarianten ist eine Stelleinheit 5 erforderlich, die über eine einen Systemdruck messende Steuereinheit ansteuerbar ist, wo bei der Ventilkörper 3 abhängig vom gemessenen Systemdruck in eine die Drosselspalte 8 vergrößernde oder verkleinernde Position bewegbar ist.

Eine solche Wegsteuerung kann beispielsweise über einen elektrisch betätig baren 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. Bei der erstgenannten Ausführungsvariante der Ausrichtung der Konizität des Ventilkörpers 3 und des Ventilsitzes 4, bei der ein Durchmesser der konisch ge formten 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 ver mag.

Des Weiteren ist es bei dieser Ausführungsvariante auch möglich, die Stellein heit 5 als kraftgeregelte Steuereinheit auszubilden, bei der der Ventilkörper 3 abhängig vom anstehenden Systemdruck gegen die einen Solldruck entspre chende voreingestellte Kraft eines Kraftspeichers in eine die Drosselspalte 8 vergrößernde oder verkleinernde Position bewegbar ist.

Als Kraftspeicher kann dabei eine einstellbare Feder dienen oder ein Pneuma tikzylinder, der auf einen vorgegebenen Solldruck einstellbar ist.

Steigt der Volumenstrom über den Eingangskanal 21 an, führt dies zu einer Druckerhöhung im Hochdruckbereich des Druckregelventils 1. Dies führt zu ei ner 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 Be reich des Eingangskanals 21 anstehende hydraulische Druck des Mediums im Kraftgleichgewicht mit dem Pneumatikzylinder steht.

Wie Figur 6 zu entnehmen ist, weist der Ventilsitz 4 mehrere Druckkammerein gangskanäle 41 auf, die sich von der ersten Druckkammer 7 tangential zur zweiten Druckkammer 24 hin erstrecken.

Vorteil einer solchen tangentialen Anbindung, im Gegensatz zu einer radialen Einmündung eines solchen Druckkammereingangskanals 41, ist die Verhinde rung von Strömungsquerkräften in der ersten Druckkammer 7.

Wie in der in Figur 7 gezeigten alternativen Ausführungsvariante des Druckre gelventils 1 gezeigt ist, weist hier der konisch geformte Abschnitt 31 des Ventil körpers 3 mehrere Rillen 34 auf, die in die Mantelaußenfläche 33 des Ventil körpers 3 eingeformt sind. Die Rillen 34 sind dabei bevorzugt entlang einer Ebene senkrecht zur Bewe gungsrichtung des Ventilkörpers 3 in die Mantelaußenfläche 33 des Ventilkör pers 3 eingeformt. Durch die Einformung solcher Rillen 34 wird im Falle des Einsatzes des Druckregelventils 1 zur Homogenisierung von Medien das Ho- mogenisationsergebnis positiv beeinflusst.

Als Material für den Ventilkörper 3 und den Ventilsitz 4 werden bevorzugt harte Materialien wie gehärteter Stahl, Hartmetall oder auch Keramik eingesetzt.

Eine nochmals alternative Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckregelventils 100 wird nachfolgend anhand der Figuren 8 bis 10 beschrie ben.

Auch dieses Druckregelventil 100 für ein unter Systemdruck stehendes fluides Medium, vorzugsweise für Systemdrücke von größer 500 bar, weist ein Ventil gehäuse 120 auf, in dem wenigstens ein Ausgangskanal 122, 123 für das Me dium vorgesehen ist.

Wie weiter in den Figuren 9 und 10 dargestellt ist, weist das Druckregelventil 100 einen in dem Ventilgehäuse 120 entlang einer Verschiebungsachse L an geordneten Ventilsitz 140 mit einer zumindest teilweise konisch geformten Auf nahme 142 auf, in der ein am Ventilgehäuse 120 festgelegter Ventilkörper 130 mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelaußenfläche 133 und einem Eingangskanal 134 gelagert ist.

Demgemäß ist bei dieser Ausführungsvariante der Ventilsitz 140 das bewegli che Teil und nicht der Ventilkörper 130, im Gegensatz zu den anhand der Figu ren 1 bis 7 beschriebenen Ausführungsvarianten.

Eine Stelleinheit 110 steht hier mit dem Ventilsitz 140 in Wirkverbindung.

Ein Mediumfluss von dem Eingangskanal 134 zu dem wenigstens einen Aus gangskanal 122, 123 ist hier ebenfalls durch den Ventilsitz 140 im Zusammen spiel mit dem Ventilkörper 130 regelbar.

Auch hier ist im Ventilsitz 140 angrenzend zur Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 130 eine Druckkammer 170 vorgesehen, von der sich in Bewe gungsrichtung des Ventilsitzes 140 jeweils ein Drosselspalt 180 entlang der Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 130 erstreckt. Ebenfalls erstreckt sich die konisch geformte Mantelaußenfläche 133 des Ven tilkörpers 130 in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes 140 beidseits der Druck kammer 170 durch die entsprechend konisch geformte Aufnahme 142 des Ven tilsitzes 140.

Wie in den Figuren 8 bis 10 weiter gezeigt ist, erstreckt sich ein Hals 132 des Ventilkörpers 130 durch eine Öffnung 125 des Ventilgehäuses 120 und ist au ßerhalb des Ventilgehäuses 120 mit einem Befestigungselement 121 am Ven tilgehäuse 120 festgelegt.

Das Befestigungselement 121 ist vorzugsweise als Mutter ausgebildet, die auf ein Außengewinde des Halses 132 des Ventilkörpers 130 aufgeschraubt ist.

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.

Denkbar sind aber auch andere Fixierungsmöglichleiten des Ventilkörpers 130 am Ventilgehäuse 120.

Zur fluidischen Abdichtung ist im Bereich der Öffnung 125 eine statische Nie derdruckdichtung 111 eingebracht.

An den durch die Stufe 136 aufgeweiteten Teil des Halses 132 des Ventilkör pers 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.

Der Eingangskanal 134 erstreckt sich zentral von einem Anschlussstück au ßerhalb des Ventilgehäuses 120 durch den Hals 132 des Ventilkörpers 130 bis in den Bereich des konischen Abschnitts 131. Von dort erstrecken sich bevor zugt mehrere Druckkammereingangskanäle 135 bis zur Mantelaußenfläche

133 des Ventilkörpers 130 und bilden in diesem Bereich die Druckkammer 170.

Wie in den Figuren 9 und 10 weiter zu erkennen ist, entspricht die radiale Breite der Druckkammer 170 bevorzugt der Breite der Drosselspalte 180. Denkbar ist auch hier eine Ausbildung ähnlich der in Figur 3 gezeigten Ausfüh rungsvariante, mit Materialaussparungen im Bereich der Mündung der Druck kammereingangskanäle 135 an der Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 3.

Die Druckkammereingangskanäle 135 erstrecken sich dabei bevorzugt senk recht zur Mantelaußenfläche 133 des Ventilkörpers 130.

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.

Der Ventilsitz 4 wird dabei von der in Figur 9 gezeigten Position in die in Figur 10 gezeigte Position bewegt, was zu einer Erweiterung der Drosselspalte 180 führt und damit einen größeren Volumenstrom ermöglicht.

Wie weiter in den Figuren 9 und 10 gezeigt ist, ist die Aufnahme 142 des Ven tilsitzes 140 topfförmig mit einem in einen Niederdruckraum 124 des Ventilge häuses 120 mündenden Ausgangskanal 143 im Boden der Aufnahme 142 aus gebildet, über die ein Teil des fluiden Mediums nach Passieren des in den Figu ren 9 und 10 linken Drosselspaltes 180 über den Ausgangskanal 143 des Ven tilsitzes 140 weiter über den Auslass 122 des Ventilgehäuses 120 abfließen kann.

Ein weiterer Teil des fluiden Mediums kann nach Passieren des in den Figuren 9 und 10 rechten Drosselspaltes 180 über den Niederdruckraum 124 und den Auslass 123 im Ventilgehäuse 120 abfließen.

Die in den Figuren 9 und 10 beispielhaft gezeigte Stelleinheit 110 entspricht dabei bevorzugt der anhand der Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsvarian te, 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.

Das Führungsgehäuse 160 ist hier ebenfalls bevorzugt mithilfe von Fixier schrauben 162 mit dem Ventilgehäuse 120 verbunden. Zentral im Führungsgehäuse 160 ist eine Ventilsitzaufnahme 163 vorgesehen, in die ein Kopf 144 des Ventilsitzes 140 in Richtung L verschiebbar aufgenom men ist. 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.

Bezugszeichenliste

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 Flochdruckdichtung

10 Andruckkolben

11 Niederdruckdichtung

12 dynamische Niederdruckdichtung

100 Druckregelventil

110 Stelleinheit

111 Niederdruckdichtung

112 dynamische Niederdruckdichtung Ventilgehäuse

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

Claims

Ansprüche

1. Druckregelventil (1 ) für ein unter Systemdruck stehendes fluides Medium, vor zugsweise für Systemdrücke > 500 bar, aufweisend,

- ein Ventilgehäuse (2), in dem ein Eingangskanal (21) und wenigstens ein damit in Verbindung stehender Ausgangskanal (22, 23) für das Medium vorgesehen sind,

- einen in dem Ventilgehäuse (2) angeordneten Ventilsitz (4) mit einer ko nisch geformten Aufnahme (42), in der ein axial bewegbarer Ventilkörper (3) mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelaußenfläche (33) ge lagert ist,

- einen mit dem Ventilkörper (3) in Wirkverbindung stehende Stelleinheit (5),

- wobei ein Mediumdurchfluss von dem Eingangskanal (21) zu dem wenigs tens einen Ausgangskanal (22, 23) durch den Ventilkörper (3) im Zusam menspiel mit dem Ventilsitz (4) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet durch, dass

- in dem Ventilsitz (4) angrenzend zur Mantelaußenfläche (33) des Ventil körpers (3) eine erste Druckkammer (7) vorgesehen ist, von der sich in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (3) jeweils ein Drosselspalt (8) ent lang der Mantelaußenfläche (33) des Ventilkörpers (3) erstreckt,

- wobei sich die konisch geformte Mantelaußenfläche (33) des Ventilkörpers (3) in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (3) beidseits der Druckkammer (7) durch die entsprechend konisch geformte Aufnahme (42) des Ventilsit zes (4) erstreckt.

2. Druckregelventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in ei nem an den Ventilsitz (4) angrenzenden Bereich des Innenumfangs des Ventil gehäuses (2) radial außerhalb der ersten Druckkammer (7) eine zweite Druck kammer (24) angeformt ist, in die der Einlasskanal (21) mündet.

3. Druckregelventil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ers te Druckkammer (7) und die zweite Druckkammer (24) ringförmig ausgebildet sind.

4. Druckregelventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (4) in einer Aufnahme des Ventilgehäuses (2) bewegungsfest eingebaut oder als Bestandteil des Ventilgehäuses (2) aus gebildet ist.

5. Druckregelventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (5) über eine einen Systemdruck messen de Steuereinheit ansteuerbar ist, wobei der Ventilkörper (3) abhängig vom ge messenen Systemdruck in eine die Drosselspalte (8) vergrößernde oder ver kleinernde Position bewegbar ist.

6. Druckregelventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (5) als kraftgeregelte Steuereinheit aus gebildet ist, wobei der Ventilkörper (3) abhängig vom anstehenden System druck gegen die einem Solldruck entsprechende voreingestellte Kraft eines Kraftspeichers in eine die Drosselspalte (8) vergrößernde oder verkleinernde Position bewegbar ist.

7. Druckregelventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 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.

8. Druckregelventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der konisch geformten Aufnahme (42) und des mit konisch geformter Mantelaußenfläche (33) ausgebildete Teil des Ventilkörpers (3) sich zur Stelleinheit (5) hin verkleinernd ausgebildet ist.

9. Druckregelventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (4) mehrere Druckkammereingangskanäle (41) aufweist, die sich von der ersten Druckkammer (7) tangential zur Mantel außenfläche (33) des Ventilkörpers (3) zur zweiten Druckkammer (24) hin er strecken.

10. Druckregelventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der konisch geformten Mantelaußenfläche (33) des Ventilkörpers (3) mehrere Rillen (34) eingeformt sind.

11. Druckregelventil (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (34) entlang einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventil körpers (3) in die Mantelaußenfläche (33) des Ventilkörpers (3) eingeformt sind.

12. Druckregelventil (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) und der Ventilsitz (4) aus einem ge härteten Stahl, Hartmetall oder Keramik gefertigt ist.

13. Druckregelventil (100) für ein unter Systemdruck stehendes fluides Medium, vorzugsweise für Systemdrücke > 500 bar, aufweisend,

- ein Ventilgehäuse (120), in dem wenigstens ein Ausgangskanal (122, 123) für das Medium vorgesehen ist,

- einen in dem Ventilgehäuse (120) entlang einer Verschiebungsachse (L) angeordneten Ventilsitz (140) mit einer zumindest teilweise konisch ge formten Aufnahme (142), in der ein am Ventilgehäuse (120) festgelegter Ventilkörper (130) mit zumindest teilweise konisch geformter Mantelaußen fläche (133) und einem Eingangskanal (134) gelagert ist,

- einen mit dem Ventilsitz (140) in Wirkverbindung stehende Stelleinheit

(110),

- wobei ein Mediumdurchfluss von dem Eingangskanal (134) zu dem we nigstens einen Ausgangskanal (122, 123) durch den Ventilsitz (140) im Zu sammenspiel mit dem Ventilkörper (130) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet durch, dass

- in dem Ventilsitz (140) angrenzend zur Mantelaußenfläche (133) des Ven tilkörpers (130) eine Druckkammer (170) vorgesehen ist, von der sich in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes (140) jeweils ein Drosselspalt (180) entlang der Mantelaußenfläche (133) des Ventilkörpers (130) erstreckt,

- wobei sich die konisch geformte Mantelaußenfläche (133) des Ventilkör pers (130) in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes (140) beidseits der Druckkammer (170) durch die entsprechend konisch geformte Aufnahme (142) des Ventilsitzes (140) erstreckt.

14. Druckregelventil (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangskanal (134) sich in Bewegungsrichtung des Ventilsitzes (140) er streckt.

15. Druckregelventil (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (130) mehrere Druckkammereingangskanäle (135) auf weist, die sich von dem Eingangskanal (134) radial bis in die Druckkammer (170) erstrecken.

16. Druckregelventil (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Breite der Druckkammer (170) der Breite der Dros selspalte (180) entspricht. 17. Druckregelventil (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (142) topfförmig mit einem in einen Niederdruck raum (124) des Ventilgehäuses (120) mündenden Ausgangskanal (143) im Bo den der Aufnahme (142) ausgebildet ist.