DE10004913C2 - Hochdruckregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckregelventil mit einem Gehäuse, mit einem seitlichen Einlaßstutzen und einem axial versetzten Auslaß und einer axialen gestuften Ausnehmung, in der mehrere Buchsen abgedichtet eingeklemmt sind, die axial versetzt mehrere Drosselkörbe und einen Sperrsitz enthalten, in denen an einer Steuerspindel ein Steuerkörper axialver­ schieblich angeordnet ist, der zu den buchsenseitigen Drosselkörben jeweils komplementäre Steuerflächen je mit einer Steuerkante und mit einem zum Sperrsitz passenden Sperrbereich aufweist sowie mindestens einen Drosselkorb enthält, dessen Steuerkante sich stromab an dem Sperrsitz anschließt und wobei sich stromauf an dem zugehörigen Sperrbereich eine der anderen Steuerkanten anschließt.

Ein derartiges Hochdruckventil ist aus dem Prospekt Gestra, ZK Radialstufendüse, Ausgabe 6/98, "Drosselsystem A1/A4" bekannt. Bei diesem sind gehäuseseitig vom Eingang zum Ausgang ein Drosselkorb, ein Sperrsitz, ein Zylindermantel und ein geschichteter Drosselkorb mit äußerem Entspannungsraum angeordnet, zu denen korrespondierend an der verschiebli­ chen Spindel ein Regelzylinder, ein Sperrkonus, ein Drosselkorb mit einem inneren Entspan­ nungsraum und ein Zylindermantel angeordnet sind, so daß in der Schließstellung des Ventils der Sperrkonus die Dichtigkeit erbringt und in den geregelt geöffneten Stellungen jeweils proportional zum Öffnungsstand die drei Drosselkörbe von den Regelzylindern bzw. -zylin­ dermänteln freigegeben sind und entsprechend hohe Drosselwirkungen erzielen, wobei zwi­ schen den Drosselkörben jeweils Entspannungsräume liegen, die einen stufenweisen Druck­ abfall erbringen. Der eingangsseitige Hochdruck ist in einen ringförmigen Kopfbereich ge­ führt, so daß dieser Druck den eingangsseitigen Regelzylinder in Schließrichtung belastet und ein dichtes Schließen fördert, im geöffneten Zustand aber einen Lastenausgleich für diesen ringförmigen Wirkungsquerschnitt am Sperrkonusbereich erfordert. Auf dem inneren Quer­ schnitt liegt der Druck des inneren Entspannungsbereiches, der die Steuerspindel in Öffnungs­ richtung beaufschlagt. Dies bedeutet, daß u. U. erhebliche Stellkräfte zur Ansteuerung benötigt werden, die nur mittels eines elektromotorischen Stelltriebes oder eines Hydraulikstellers auf­ zubringen sind. Insbesondere auch der einzige konische Sperrbereich benötigt eine zur Stell­ kraft zusätzliche Schließkraft, wenn er dicht sein soll, was bei Drücken von 500 bis 1000 bar sehr schwierig zu erreichen ist.

Aus der US 5,351,717 ist ein gattungsgemäßes Hochdruckregelventil bekannt, bei dem auch ein weiterer Steuerkörperabschnitt vorhanden ist und in den Buchsen ein weiterer Sperrsitz ausgebildet ist, zu dem passend ein Sperrbereich an einem Steuerkörperabschnitt ausgebildet ist. Bei diesem Hochdruckregelventil wird die Druckentlastung des Steuerkörperabschnitts durch einen Gegenkolben bewirkt, der über eine Verbindungsstange mit dem Steuerkörperab­ schnitt verbunden ist. Diese Bauweise ist konstruktiv aufwendig und nicht besonders kom­ pakt.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 76 12 987 ist ein Stellventil mit Reduziervorrichtung bekannt, wobei die Reduziervorrichtung aus einem Bündel von ineinander eingepaßte Rohr­ zylindern besteht, die im Bereich des Stellweges mit am Umfang radial und versetzt aufge­ teilten Lochreihen in Form zylindrischer Bohrungen versehen sind. Dadurch werden mehrstu­ fige Durchflußpassagen mit wechselnder Strömungsrichtung zum Erreichen einer jeweils ge­ forderten Druckminderung gebildet.

Aus der DE 37 44 730 C1 ist ein Hochdruckregelventil bekannt, bei dem ein erster Steuerkör­ perabschnitt gegen eine Axialfeder gegenüber einem weiteren Steuerkörperabschnitt um einen kurzen Weg verschieblich abgedichtet gehalten ist, und bei dem (lediglich) ein Steuerkör­ perabschnitt durch einen Entlastungsbohrungsweg druckentlastet ist.

Demgegenüber ist Aufgabe der Erfindung, bei einer einfachen und kompakten Bauweise ein leichtes Einstellen und ein dichtes Schließen bei moderater äußerer Schließkraft zu erbringen.

Diese Aufgabe wird durch Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgangsstellungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das neuartige Ventil hat zwei kaskadierte axial hintereinander angeordnete Schließkegel, von denen der eine unmittelbar von der Spindel betätigt ist und der zweite über eine Druckfeder mit einer vorgegebenen Schließkraft von der Spindel beaufschlagt wird, so daß eindeutige Kraftverhältnisse vorliegen und eine doppelte Sicherheit des Schließens gegeben ist. Eine relativ geringe Bauhöhe erbringt die Kaskadierung jeweils einer Folge von einem äußeren und einem inneren Drosselkorb, die radial um eine Ringkonusweite versetzt sind, so daß dort beim Öffnen nach und nach ein Entspannungsraum zwischen den beiden Körben entsteht. Weitere gesteuerte Lochkörbe sind stromab in einem Zwischenbereich zwischen den vorgeschriebenen Folgen zweier Drosselkörbe und ggf im Eingangsbereich angeordnet.

Die Steuerarbeit mit geringer Stell- und Zuhaltekraft, die bevorzugt durch Druckkraftsteller erbracht wird, wird durch Druckentlastungsbohrungen von der letzten Entspannungsstufe bis in den Kopfbereich erbracht, wo nur die Spindelfläche vom Innendruck unbeaufschlagt bleibt.

Der Innendruck, der auf dem Spindelquerschnitt liegt, öffnet bei fehlender Zuhaltekraft in einem Störfall das Ventil.

Zu einer besonderes ausgewogenen Entlastung ist ein ringförmiger weiterer Kolbenbereich in einem Kopfraum mit dem ersten eingangsseitigen Entspannungsraum durch eine weitere Entlastungsbohrung verbunden. Falls der erste Schließsitz einmal undicht ist, so ist der am zweiten Schließsitz sich aufbauende Druck bezüglich der externen Schließkraft kompensiert.

Die gesamte Anordnung der Steuerelemente ist gehäuseseitig und spindelseitig aus ineinander und/oder hintereinander geschachtelt angeordneten Baugruppen zusammen gesetzt und von der Ansteuerseite aus ein- und auszubauen. Die Abschnitte, die den verschiedenen Entlastungsdruckbereichen zugehören, sind durch Dichtungseinsätze getrennt, und die gegeneinander verschieblichen Baugruppen, auch der durch die Feder beaufschlagte Spindelteil, sind durch geeignete Dichtungen gegeneinander abgesperrt. Die leichte Demontierbarkeit erleichtert u. a. die Anpassung der Drosselcharakteristiken, die durch die Bohrungsquerschnitte in den Drosselkörben und die Ausbildung der jeweils zugehörigen Steuerkanten bestimmt sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen zeigen Fig. 1 bis 3.

Fig. 1 zeigt eine siebenstufig geregelte Ausführung im Axialschnitt,

Fig. 2 zeigt eine sechsstufig geregelte Ausführung,

Fig. 3 zeigt einen pneumatischen Antrieb dazu.

Fig. 1 zeigt im Axialschnitt ein Hochdruckregelventil mit einem Gehäuse G mit einem radialen Mediumeintrittsstutzen E und einem axialen oder radialen Mediumsaustrittstutzen A, A*.

Zu einer axialen Ausnehmung des Gehäuses sind Buchsen B1-B3 in axialer Richtung hintereinander eingesetzt, die jeweils einen oder zwei Drosselkörperbereiche 1K, 2K, 5K, 7K enthalten. Diese Buchsen B1-B3 stützen sich axial einerseits aneinander und andererseits an Gehäuseabsätzen GA ab und sind kopfseitig mit einem Dichtkörper DK über einen mit Spannbolzen SB verschraubten Gehäusekopf GK fixiert.

In dem Gehäusekopf GK ist eine extern ansteuerbare Steuerspindel SP in einer Stopf-Dichtungspackung P verschieblich geführt. Die Spindel SP ist mit zwei axial einander überlappend und axial hintereinander geordneten Steuerkörpern SK1, SK2 verbunden. Der spindelseitige erste Steuerkörper SK1 ist mittels einer gesicherten Verschraubung SV1 über einen oberen Steuerkopf SKO an der Steuerspindel SP befestigt und steuert mit seiner Unterkante K1 den ersten Drosselkorb 1K, an die ein erster Sperrkonus 1S anschließt, der mit einem Sperrsitze in der ersten Buchse B1 korreliert ist.

Der zweite Steuerkörper SK2 ist mit einem Federpaket FP axial am oberen Steuerkörper SKO abgestützt und mit Dichtungen DB, D4, D5 in einem Dichtring DR bis zu einem Dichtringanschlag DRA beschränkt axial verschieblich im ersten Steuerkörper SK1 gehalten.

Der zweite Steuerkörper SK2 weist stromab in Stufen verjüngt eine zweite Steuerkante K2 zum Drosselkorb 2K und daran unmittelbar anschließend einen zweiten Sperrkonus 2S auf, an den sich ein dritter Drosselkorb 3K anschließt, auf den nach einem Zwischenabschnitt ein vierter Drosselkorb 4K folgt. Nach einem weiteren Zwischenabschnitt schließt eine Steuerkante K5 des fünften Drosselkorbes 5K an und nach innen etwas versetzt ein sechster Drosselkorb 6K gefolgt von einem Endabschnitt, der mit einer siebten Steuerkante K7 des siebten Steuerkorbes 7K den Abschluß bildet. Innenseitig vom dritten, vierten und sechsten Drosselkorb 3K, 4K, 6K ist der zweite Steuerkörper SK2 ausgenommen, jedoch ist im zweiten Zwischenbereich innen ein Trennkörper TK mit einem Zapfen IS in einer Verschraubung SV2 fixiert. Auf diese Weise ergeben sich zwei Entspannungsräume ER3, ER6 hinter den Drosselkörben mit den gleichen Endziffern im Referenzzeichen.

Weitere Entspannungsräume ER4, ER1, ER2, ER5 liegen in der Buchse B2, im Auslaßbereich sowie hinter den Sperrsitzkonen 1S, 2S und an der Stufe der fünften Steuerkante K5. Die vierte Steuerkante K4 ist stromauf an der dritten Buchse B3 neben dem vierten Drosselkorb 4K angeordnet, die zusammen mit dem fünften Drosselkorb 5K von dem vierten Entspannungsraum ER4 umgeben ist.

Die erste Buchse B1 ist oben und untenendig je mit einer Dichtung D1, D2 im Gehäuse 6 durch einen Buchsenabsatz BA und einen Dichtkörperkragen DKK am Dichtkörper DK eingeklemmt abgedichtet, da in der ersten Buchse B1 sich der erste Entspannungsraum ER1 mit der höchsten Druckstufe HD befindet. Von diesem unteren Hochdruckraum HDU ist eine erste Entspannungsbohrung EB1 zum oberen Hochdruckraum HDO geführt, der den gleichen Winkelquerschnitt an dem ersten Steuerkolben SK1 aufweist. Dieser ist in einer Dichtung D2 im kopfseitigen Dichtkörper DK gehalten.

Eine weitere Folge von Entlastungsbohrungen EB2A-EB2C durchsetzt beide Steuerkörper SK1, SK2 vom unteren Niederdruckraum NDU, der dem sechsten Entspannungsraum ER6 entspricht bis zum oberen Niederdruckraum NDO, der sich im Kopfraum KR des Gehäusekopfes GK befindet und radial nach innen bis an die Steuerspindel SP reicht.

Eine wesentliche Reduzierung der Bauhöhe gegenüber einer linearen Drosselanordnung erbringen die beiden Gruppen G1, G2, die aus einer dichten axialen Folge des zweiten und dritten Drosselkorbes 2K, 3K beidseitig des zweiten Sperrkonus S2 sowie des fünften und sechsten Drosselkorbes 5K, 6K mit dem kleinen Versatz dazwischen bestehen, von dem sich der fünfte Entspannungsraum ER5 erstreckt. Außerdem ist der erste Drosselkorb 1K mit seinem Steuerelement und Entspannungsraum weitgehend um die erste Gruppe G1 herumgebaut.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung des Hochdruckventiles, das nur sechs geregelte Drosselkörbe 1KA-1KC; 2K-5K; 6KA-6KC aufweist, von denen der erste und der letzte dreifach geschachtelt ist, wobei den einzelnen Bohrungen, die jeweils in Erweiterungen enden, eine druckabbauende Struktur haben. Außerdem liegt die Aufteilung der beiden Steuerkolben SK1, SK2 mit dem Federpaket FP zwischen dem dritten und vierten Drosselkorb. Es ist nur eine zentrale Entlastungsbohrung EBB, EBA erforderlich, die vom fünften Entspannungsraum ER5 bis in den Kopfraum KR führt. Im übrigen sind jeweils die gleichen Referenzzeichen an zu Fig. 1 analogen Teilen oder Räumen angebracht.

Da die Druckkräfte auf die Steuerkörper SK1, SK2 durch die Entlastungsbohrungen EBB, EB1, EB2A-EB2C sich weitgehend aufheben, genügt zur Ansteuerung ein pneumatischer Antrieb der Steuerspindel SP, wie Fig. 3 zeigt. Dort sind für eine Hochdruckausführung zwei Antriebe LP1, LP2 kaskadiert. Ein Positionstaster PT begrenzt mittels Anschlägen A1, A2 über Steuermittel den maximalen Steuerhub.

Claims (10)

1. Hochdruckregelventil mit einem Gehäuse (G), mit einem seitlichen Einlaßstutzen (E) und einem axial versetzten Auslaß (A, A*) und einer axialen gestuften Ausnehmung, in der meh­ rere Buchsen (B1-B3) abgedichtet eingeklemmt sind, die axial versetzt mehrere Drosselkörbe (1K, 7K) und einen Sperrsitz (2S) enthalten, in denen an einer Steuerspindel (SP) ein Steuer­ körper (SK1, SK2) axial verschieblich angeordnet sind, der zu den buchsenseitigen Drossel­ körben (2K, 7K) jeweils komplementäre Steuerflächen je mit einer Steuerkante (K2, K7) und mit einer zum Sperrsitz (2S) passenden Sperrfläche aufweist sowie mindestens einen Drossel­ korb (3K) enthält, dessen Steuerkante (K3) sich stromab an den Sperrsitz (2S) anschließt und wobei sich stromauf an der zugehörigen Sperrfläche eine der anderen Steuerkanten (K2) an­ schließt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Buchsen (B1-B3) ein weiterer Sperrsitz (1S) ausgebildet ist, zu dem passend eine Sperrfläche an einem Steuerkörperabschnitt (SK1) ausgebildet ist, dem gegenüber ein weiterer Steuerkörperabschnitt (SK2) gegen eine Axialfeder (FP) um ei­ nen kurzen Weg verschieblich abgedichtet gehalten ist, und daß beide Steuerkörperabschnitte (SK1, SK2) jeweils durch mindestens einen Entlastungsbohrungsweg (EB1, EB2A-EB2C; EBA, EBB) druckmäßig bis auf einen Steuerspindelquerschnitt entlastet sind.

2. Hochdruckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stromauf liegen­ de Steuerkörperabschnitt (SK1) durch die erste Entlastungsbohrung (EB1) zu dem Entspan­ nungsraum (ER1), der zwischen dem ersten und zweiten Sperrsitz (1S, 2S) liegt, steuerspin­ delseitig entlastet ist und der zweite Kolbenabschnitt (SK2) durch den weiteren getrennten Entlastungsbohrungsweg (EB2A-EB2C) von einem Entspannungsraum (ER6), der stromab des zweiten Sperrsitzes (2S) liegt.

3. Hochdruckregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gruppen (G1, G2) einer Folge aus einem buchsenseitigen Drosselkorb (2K, 5K) und einem axial relativ wenig stromab und radial relativ wenig nach innen versetzten steuer­ körperseitigen Drosselkorb (3K, 6K) axial hintereinander liegen.

4. Hochdruckregelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Gruppen (G1, G2) zwischen den Drosselkörben (2K, 3K; 5K, 6K) einer der Sperrspitze (2S) angeordnet ist, an den sich die genannten Drosselkörbe eng anschließen.

5. Hochdruckregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder zwischen und/oder hinter den Gruppen (G1, G2) jeweils ein weiterer ge­ steuerter Drosselkorb (1K, 4K, 7K) angeordnet ist.

6. Hochdruckregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Drosselkörbe (1KA-1KC; 6KA-6KC) aus mehreren konzentrischen Teildrosselkörben besteht, die in ihren Bohrkanälen wechselnde Durchmesser aufweisen.

7. Hochdruckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ins­ gesamt sieben gesteuerte Drosselkörbe (1K-7K) in Strömungsrichtung hintereinander ange­ ordnet sind.

8. Hochdruckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ins­ gesamt sechs gesteuerte Drosselkörbe in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, von denen der stromauf erste und der stromab letzte Drosselkorb (1KA-1KC; 6KA-6KC) je­ weils dreifach geteilt ausgebildet ist.

9. Hochdruckregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspindel (SP) mit einem pneumatischen Antrieb (LP1, LP2) axial verbunden ist.

10. Hochdruckregelventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (LP1, LP2) aus zwei axial kaskadierten pneumatischen Antriebseinheiten besteht.