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Die Erfindung betrifft eine Druckreduziereinheit, vorzugsweise für ein Hochdruck-Regelventil, umfassend eine Regelspitze mit einem Grundgerüst und wenigstens einer Netzstruktur, die zur Druckreduktion von einem Fluid durchströmbar ist. Die Erfindung ist ferner auf ein Ventil mit einer entsprechenden Druckreduziereinheit gerichtet.
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Druckreduziereinheiten finden beispielsweise in Ventilen Verwendung und dienen dazu, den Druck eines sie um- bzw. durchströmenden Fluids zu reduzieren. Dabei wird eine hochenergetische Strömung in eine diffuse Strömung umgewandelt. Die diffuse Strömung reduziert den Verschleiß durch Erosion an den Strömungsleitkomponenten bzw. an den mit der Druckreduziereinheit gekoppelten Fluidleitern erheblich. Ohne Druckreduktion bestehen entsprechend höhere Anforderungen an die Instandhaltung der von dem Verschleiß betroffenen Komponenten.
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Problematisch an den bekannten Druckreduziereinheiten ist, dass diese nur umständlich an unterschiedliche Druck- und Materialanforderungen angepasst werden können. Ferner ist der Aufbau und die Herstellung bekannter Druckreduziereinheiten verhältnismäßig komplex.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Druckreduziereinheit bereitzustellen, bei deren Herstellung in einfacher Weise konstruktive Änderungen vorgenommen werden können, die eine Anpassung der Druckreduziereinheit an unterschiedliche Druck- und Materialanforderungen bewirken.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Druckreduziereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird ferner durch ein Ventil nach Anspruch 10 gelöst, welches eine entsprechende Druckreduziereinheit aufweist.
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Erfindungsgemäß ist eine Druckreduziereinheit, vorzugsweise für ein Hochdruck-Regelventil vorgesehen. Bei dem Ventil kann es sich jedoch um beliebige Ventile handeln, wie beispielsweise ein Regelventil oder ein Choke-Ventil.
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Die Druckreduziereinheit umfasst eine Regelspitze mit einem Grundgerüst und wenigstens einer Netzstruktur, die zur Druckreduktion von einem Fluid durchströmbar ist. Die Netzstruktur ist an oder in dem Grundgerüst angeordnet und gemeinsam mit dem Grundgerüst zur Druckreduktion eines Fluids wenigstens teilweise in eine Fluidleitung einführbar. Die Netzstruktur kann teilweise oder vollständig innerhalb eines von dem Grundgerüst umgebenen Hohlraums angeordnet sein.
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Je nach Eintauchtiefe der Druckreduziereinheit in die Fluidleitung bzw. je nach Ventilhub kann die Menge des zu regelnden Mediums bzw. Fluids gesteuert werden. Das Fluid kann die Netzstruktur durchströmen und erfährt dabei eine Druckreduktion. Die Druckreduktion bzw. der Druckabbau kann dabei maßgeblich mittels der speziellen Netzstruktur erzeugt werden. Das Grundgerüst stützt die Netzstruktur und führt die Netzstruktur innerhalb der Fluidleitung. Die Netzstruktur kann sich in axialer Richtung entlang der Regelspitze über einen Anteil oder über die gesamte axiale Länge der Regelspitze erstrecken.
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Bei einem Durchströmen des Fluids durch die Netzstruktur erfolgt eine Strömungsreibung des Fluids an den zahlreichen Oberflächenabschnitten der Netzstruktur. Zudem werden Strömungsverluste durch eine Kollision mehrerer Strömungspfade des hindurchströmenden Fluids innerhalb der Netzstruktur erzeugt.
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In einer bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten und getrennten Netzstrukturen in der Regelspitze vorgesehen ist, wobei insbesondere genau drei Netzstrukturen vorgesehen sein können. Die Netzstrukturen können beispielsweise rotationssymmetrisch an dem Grundgerüst angeordnet sein.
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Mit beabstandeten und getrennten Netzstrukturen können solche Netzstrukturen gemeint sein, die nicht einfach ineinander übergehen, sondern durch eine andere als eine Netzkomponente voneinander getrennt sind. Sie können beispielsweise über eine massiv gefertigte Komponente ohne Fluiddurchlass wie beispielsweise eine Rippe voneinander getrennt sein.
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Eine einzelne Netzstruktur kann aufgrund ihrer Beschaffenheit eine zu niedrige Stabilität aufweisen, um ohne Weiteres in der Fluidleitung unter ggf. Hochdruckbedingungen dauerhaft zu funktionieren. In dem Ausführungsbeispiel mit einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Netzstrukturen kann daher insbesondere zwischen den Netzstrukturen das stabilisierende Grundgerüst angeordnet sein. Es kann ein im Wesentlichen symmetrischer Aufbau der Netzstrukturen bereitgestellt werden, der wiederum einen im Wesentlichen symmetrischen und damit vorhersehbaren Fluidflusses ermöglicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist daher denkbar, dass die Netzstrukturen zwischen Rippen des Grundgerüsts angeordnet sind, wobei die Rippen insbesondere identisch ausgebildet sind. Die Rippen können sich in axialer Richtung entlang der Netzstrukturen erstrecken und diese im Wesentlichen entlang deren gesamten Länge stützen. Die Rippen können zueinander identisch sein und/oder sich in Strömungsrichtung verbreitern oder verjüngen.
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Eine Variation und damit eine Parametrisierbarkeit des Nenndurchflusses und der Regelkennlinie einer derartigen Druckreduziereinheit kann beispielsweise durch eine geeignete Vorgabe der Anzahl und Ausgestaltung von Rippen sowie durch die Ausgestaltung der strömungsrelevanten Strukturelemente der Netzstruktur erfolgen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass das Grundgerüst wenigstens einen Ringabschnitt umfasst, der an einem axial äußersten Abschnitt des Grundgerüsts angeordnet ist. Der Ringabschnitt kann dabei ein massiv gefertigter Abschnitt sein, der also im Gegensatz zur Netzstruktur keine feingliedrige Unterteilung mit entsprechenden Hohlräumen bzw. Durchlässen aufweist. Der Ringabschnitt kann ferner vollumfänglich eine Außenseite der Regelspitze bilden. Insbesondere kann der Ringabschnitt hohlzylinderförmig ausgebildet sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung kann der Ringabschnitt wenigstens abschnittsweise radial weiter außen angeordnet sein, als die Netzstruktur. Der Ringabschnitt kann in einem axialen Endbereich der Regelspitze vorgesehen sein, welche beim Betätigen bzw. Bewegen der Druckreduziereinheit in der Fluidleitung mit der Wandung der Fluidleitung in Kontakt kommen kann. Als axialer Endbereich der Regelspitze kann derjenige Bereich bezeichnet werden, welcher beim Einführen in die Fluidleitung als erster Abschnitt der Regelspitze in die Fluidleitung dringt. Dadurch dass in diesem Bereich der Ringabschnitt und nicht die empfindlichere Netzstruktur vorgesehen sein kann, wird einer Beschädigung der Netzstruktur vorgebeugt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass sich die Netzstruktur und das Grundgerüst in axialer Richtung gleich weit erstrecken und/oder dass die Netzstruktur und das Grundgerüst gemeinsam die zylinderförmige Regelspitze bilden. Somit können die Netzstruktur und das Grundgerüst entlang der ganzen Länger der Regelspitze angeordnet sein. Die Regelspitze kann allein aus den beiden Komponenten Netzstruktur und Grundgerüst bestehen und es sind keine weiteren Komponenten wie beispielsweise Feststellmittel erforderlich, um die Regelspitze bereitzustellen. Die Regelspitze kann allein aus einem einstückigen Grundgerüst und der ggf. ebenfalls einstückig mit dem Grundgerüst gefertigten Netzstruktur bestehen. Hierdurch ist der Aufbau der Regelspitze vorteilhaft vereinfacht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass die Regelspitze mit einem Tragabschnitt gekoppelt ist, der sich radial weiter nach außen erstreckt, als die Regelspitze. Der Tragabschnitt kann dem Endbereich der Regelspitze gegenüber angeordnet sein. Tragabschnitt und Regelspitze können koaxial zueinander angeordnet sein. Der Tragabschnitt kann die Regelspitze mit einer Verstelleinrichtung wie beispielsweise einem Ventilhebel oder Ventilhahn koppeln. Mittels der Verstelleinrichtung kann die Regelspitze beispielsweise manuell in die Fluidleitung bzw. in einen Teil der Fluidleitung eingeführt und/oder aus der Fluidleitung bzw. aus einem Teil der Fluidleitung herausgeführt werden.
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Zwischen der Regelspitze und dem Tragabschnitt kann eine integrierte Sitzkante vorgesehen sein, die den vollständigen Verschluss der Fluidleitung bzw. des entsprechenden Ventils erlaubt. Die Sitzkante kann beispielsweise kegelstumpfförmig ausgebildet sein und an einer entsprechend geformten Gegenkante dichtend angelegt werden, welche um die Fluidleitung herum angeordnet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass die Netzstruktur aus einer Vielzahl sich wiederholender Strukturelemente, insbesondere aus räumlich gekrümmten Kreuzen besteht. Je nach Fluid- und Druckeigenschaften kann der genaue Aufbau der Netzstruktur gewählt werden. Der Begriff der Netzstruktur ist vorliegend breit zu verstehen und ist nicht auf im Wesentlichen zweidimensionale Netzgeometrien beschränkt. So müssen sich die Strukturelemente der Netzstruktur nicht zwingend in identischer Form wiederholen. Denkbar sind auch unregelmäßige beispielsweise porige Strukturen. Wichtig ist, dass die Netzstruktur eine hinreichend große Fluiddurchlässigkeit bietet, damit ein Fluid durch die Netzstruktur hindurchströmen kann. Gleichzeitig muss die Netzstruktur eine hinreichend große Oberfläche bzw. hinreichend viele Störgeometrien wie Störflächen und/oder Störkanten bieten, damit das Fluid beim Durchströmen der Netzstruktur Energie beispielsweise an diese Störgeometrien abgeben kann und dadurch eine Druckverringerung erfährt.
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Eine Netzstruktur kann eine sich in axialer Richtung verändernde Strukturierung aufweisen. Die Netzstruktur kann beispielsweise aus einer Anzahl von Lagen einzelner Strukturelemente bestehen. Die Abmessungen und/oder die Anzahl einzelner Strukturelemente können innerhalb einer einzelnen Lage oder über mehrere Lagen hinweg von Lage zu Lage variieren. Es ist ebenfalls denkbar, dass beispielsweise in axialer Richtung ein Abstand zwischen benachbarten Lagen von Strukturelementen sich verändert und zunimmt oder abnimmt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass die Netzstruktur und/oder das Grundgerüst als insbesondere einstückig gedrucktes Werkstück ausgebildet sind. Hierbei kann die Netzstruktur selbst, das Grundgerüst oder beides gemeinsam einstückig und damit vorteilhafterweise einfach gefertigt sein. Als Material kommen beispielsweise metallische Werkstoffe, Stahl, Keramik oder Wolframkarbid in Frage. Denkbar ist auch, das Grundgerüst aus einem anderen Material als die Netzstruktur zu fertigen. Die Netzstruktur kann auch aus einzelnen Lagen von Strukturelementen zusammengesetzt sein, wobei jede Lage gesondert hergestellt sein kann und gegebenenfalls verschiedene Lagen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Denkbar ist ferner, dass unterschiedliche Abschnitte der Netzstruktur und/oder des Grundgerüsts aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Somit können gegebenenfalls auftretende unterschiedliche Anforderungen an unterschiedlichen Stellen der Netzstruktur und/oder des Grundkörpers durch Auswahl entsprechender Materialien erfüllt werden.
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Denkbar ist ferner, dass nicht nur das Grundgerüst und/oder die Netzstruktur gedruckt sind, sondern alternativ oder zusätzlich weitere Komponenten, wie eine Sitzkante gedruckt und/oder einstückig mit der Netzstruktur und/oder dem Grundgerüst gefertigt sind. Der Begriff des gedruckten Werkstücks ist vorliegend breit zu verstehen und kann Werkstücke betreffen, die mittels jeglicher Herstellungsverfahren oder Herstellungsschritte hergestellt sind, welche der additiven Fertigung zugeordnet werden können.
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Die Erfindung ist ferner auf ein Ventil gerichtet, insbesondere auf ein Hochdruck-Regelventil, mit einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse angeordneten Fluidleitung und wenigstens einer Druckreduziereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Teilschnittansicht eines Ventils mit einer Druckreduziereinheit,
- 2a eine Seitenansicht einer Druckreduziereinheit,
- 2b eine Teilschnittansicht einer Druckreduziereinheit in einer Fluidleitung,
- 2c eine perspektivische Ansicht einer Druckreduziereinheit mit Netzstruktur,
- 2d eine perspektivische Ansicht einer Druckreduziereinheit ohne Netzstruktur,
- 3a bis 3c jeweils perspektivische Ansichten von Druckreduziereinheiten unterschiedlicher Bauarten,
- 4a bis 4d jeweils schematische Teilschnittansichten unterschiedlicher Stellungen einer Druckreduziereinheit, und
- 5a bis 5d detaillierte Ansichten der Netzstruktur einer Druckreduziereinheit.
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1 zeigt eine Teilschnittansicht eines Ventils 10, bei dem es sich beispielsweise um ein Hochdruck-Regelventil handeln kann. Im oberen Bereich des Ventils 10 ist ein Hahn gezeigt, mittels dem die Position der weiter unten gezeigten Druckreduziereinheit 20 in vertikaler Richtung innerhalb der Fluidleitung 13 verändert werden kann. Hierdurch wird der Durchfluss des Fluids 12 vom Anschluss P1 zum Anschluss P2 reguliert. Der Hahn und die Druckreduziereinheit 20 können koaxial zueinander angeordnet sein.
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Die Anschlüsse P1 und P2 können zueinander beispielsweise rechtwinklig angewinkelt sein. Die Anschlüsse P1 und P2 können Flanschabschnitte aufweisen, über welche das Ventil 10 beispielsweise mit entsprechenden Leitungen koppelbar ist. Es ist denkbar, dass mehr als zwei Anschlüsse mittels dem Ventil 10 bzw. über die Druckreduziereinheit 20 miteinander koppelbar sind.
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Der Fluidstrom ist durch Pfeile angezeigt, die innerhalb von Durchführungen des Gehäuses 11 angeordnet sind. Der Fluidstrom verläuft durch das Gehäuse 11, in welchem sich die Fluidleitung 13 und die Druckreduziereinheit 20 befinden. Die Fluidleitung 13 kann alle oder einen Teil der Durchführungen bzw. Abschnitte bezeichnen, durch welche das Fluid 12 strömen kann.
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Das Gehäuse 11 kann einstückig oder mehrstückig gefertigt sein und entsprechend weitere Komponenten wie beispielsweise Hülsen umfassen, in welchen die Druckreduziereinheit 20 verschieblich gelagert sein kann. Der Einfachheit halber kann mit dem Begriff Gehäuse 11 jegliche Struktur gemeint sein, in welcher die Druckreduziereinheit 20 angeordnet ist.
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Prinzipiell kann die Druckreduziereinheit 20 in jeder Vorrichtung eingesetzt werden, in welcher eine variable Druckregulierung erforderlich ist.
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2a zeigt eine Seitenansicht einer Druckreduziereinheit 20. Die axiale Richtung der Druckreduziereinheit 20 entspricht dabei der horizontalen Richtung in der 2a, radiale Richtungen stehen entsprechend senkrecht auf die Längsachse der Druckreduziereinheit 20. Die Strömungsrichtung in der 2a entspricht im Wesentlichen der axialen Richtung, weist aber zusätzlich eine radiale Komponente auf.
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Die Druckreduziereinheit 20 weist eine Regelspitze 40 auf, welche aus dem Grundgerüst 30 und der Netzstruktur 21 besteht. Die Regelspitze 40 erstreckt sich zwischen ihrem axialen Endbereich, über den ein die Regelspitze 40 durchströmendes Fluid in axialer Richtung in die Regelspitze 40 eintreten oder aus dieser entsprechend austreten kann, und einer Sitzkante 22, die einen größeren Durchmesser aufweist, als die Regelspitze 40. Je nach Eintauchtiefe der Regelspitze 40 in einen entsprechenden Abschnitt des Fluidkanals 13, kann die durch die Regelspitze 40 strömende Fluidmenge eingestellt werden. Das Grundgerüst 30 kann einen Ringabschnitt 34 aufweisen, der an dem axialen Endbereich der Regelspitze 40 vorgesehen ist.
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Der axiale Endbereich der Regelspitze 40 kann im Wesentlichen planar und/oder kreisförmig ausgebildet sein.
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Die Netzstruktur 21 kann wenigstens teilweise innerhalb des Grundgerüsts 30 angeordnet sein. Wie in 2a gezeigt, kann die Netzstruktur 21 entlang der axialen Richtung eine sich verändernde Geometrie aufweisen. Insbesondere kann sich die Querschnittsfläche der Netzstruktur 21 wenigstens abschnittsweise und insbesondere stetig verkleinern. Die Netzstruktur 21 kann entlang der gesamten Längserstreckung der Regelspitze 40 angeordnet sein oder über wenigstens über 90% der Längserstreckung der Regelspitze 40 angeordnet sein.
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Es ist denkbar, dass die Netzstruktur 21 über einzelne Koppelbereiche mit dem Grundgerüst 30 gekoppelt ist. Die Koppelbereiche können durch Bereiche voneinander getrennt sein, an denen keine Kopplung zwischen dem Grundgerüst 30 und der Netzstruktur 21 besteht. Die Koppelbereiche können in Längsrichtung und/oder voneinander beabstandet angeordnet sein.
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Je nach Ventilhub bzw. je nach Position der Regelspitze 40 wird die Menge des zu regelnden Mediums gesteuert. Das bedeutet, je nachdem, wie tief die Druckreduziereinheit 20 in die Fluidleitung 13 hineinragt, wird eine größere oder kleinere Menge des Fluids durch die Druckreduziereinheit 20 hindurchgelassen. Der Druckabbau wird dabei wenigstens teilweise mittels der speziellen Netzstruktur 21 erreicht. Eine integrierte Sitzkante 22 erlaubt den vollständigen Verschluss des Ventils, wenn die Druckreduziereinheit 20 über die Sitzkante 22 auf eine entsprechende Gegenkante am Gehäuse 11 angedrückt wird.
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Die Druckreduzierung von den in 1 gezeigten Anschlüssen P1 nach P2 kann stufenweise nach jeder Netzreihe 23 einerseits durch Strömungsreibung an den Oberflächen der Netzstruktur, andererseits durch Strömungsverluste bei Kollision mehrerer Strömungspfade innerhalb des Netzmusters bzw. der Netzstruktur 21 erfolgen. Die Netzstruktur 21 kann dabei aus einer beliebigen Anzahl von Netzreihen 23 aufgebaut sein. Denkbar sind auch Netzstrukturen 21, bei denen keine reihenweise Gliederung, sondern eine davon abweichende Struktur vorliegt.
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2b zeigt die Druckreduziereinheit 20, wie sie bzw. ihre Regelspitze 40 vollständig in eine Fluidleitung 13 innerhalb des Gehäuses 11 eingeführt ist. Die Regelspitze 40 kann über einen Tragabschnitt 35 mit dem weiteren Gefüge des Ventils 10 gekoppelt sein.
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Die Regelspitze 40 kann dabei einstückig mit dem Tragabschnitt 35 gefertigt sein oder getrennt von diesem gefertigt und nachträglich mit diesem gekoppelt sein.
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Der Fluidkanal 13 wird durch Auflegen der Sitzkante 22 auf eine entsprechende Gegenkante verschlossen. Das in 1 gezeigte Fluid 12 kann nicht an der Sitzkante 22 vorbeiströmen, die Netzstruktur 21 wird damit ebenfalls nicht durchströmt, das in 1 gezeigte Ventil 10 ist damit geschlossen. Die Druckreduziereinheit 20 kann so ausgebildet sein, dass die Querschnittsfläche der Netzstruktur 21 bzw. der Querschnitt des Raums, der von der Netzstruktur 21 und den in der Netzstruktur 21 enthaltenen Durchlässen eingenommen wird, in Strömungsrichtung kleiner oder größer wird.
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2c zeigt eine perspektivische Ansicht der Druckreduziereinheit 20 mit drei voneinander räumlich getrennten Netzstrukturen 21. Wie in 2c angedeutet, können die Netzstrukturen 21 kreissektorförmige oder annähernd kreissektorförmige Querschnitte aufweisen, deren Flächeninhalt in Längsrichtung wenigstens abschnittsweise stetig abnimmt. Jede der Netzstrukturen 21 kann zumindest auf Makroebene, also ohne Berücksichtigung der Details der Netzgeometrie symmetrisch ausgebildet sein und die gesamte Regelspitze kann alternativ oder zusätzlich auch symmetrisch ausgebildet sein.
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Die Netzstrukturen 21 sind in 2d nicht gezeigt. 2d zeigt, dass das Grundgerüst 30 Ausnehmungen aufweisen kann, deren Konturen denjenigen der Netzstrukturen 21 entsprechen. Damit können die Netzstrukturen 21 genau in die Ausnehmungen des Grundgerüsts eingepasst sein. Gemäß den 2c und 2d können die Netzstrukturen 21 und das Grundgerüst 30 so geformt sein, dass sie zusammengesetzt einen wenigstens abschnittsweise zylinderförmigen Körper bilden.
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3a bis 3c zeigen perspektivische Ansichten der Regelspitzen 40 von Druckreduziereinheiten 20 unterschiedlicher Bauarten. In den oberen Bereichen der 3a bis 3c ist zusätzlich jeweils ein kleiner Bereich des Tragabschnitts 35 gezeigt.
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3a zeigt eine Ausführung mit Rippen 31, welche einen konstanten Querschnitt aufweisen. Der Winkel 32 der Rippen 31 in Umfangsrichtung ist dabei kleiner, als in den Beispielen der 3b und 3c. Im Beispiel der 3a kann der Winkel beispielsweise 10° betragen, im Beispiel der 3b 65° und im Beispiel der 3c 120°. Der Winkel 32 in der 3a kann in Längsrichtung bzw. Axialrichtung konstant sein. Die Netzstruktur 21 weist ebenfalls einen konstanten Querschnitt auf und ist im Wesentlichen zylindersegmentförmig ausgebildet.
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Wie aus den 3a bis 3c hervorgeht kann die Variation und Parametrisierbarkeit des Nenndurchflusses und der Regelkennlinie durch die Anzahl und Winkel 32 der Rippen 31 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist es natürlich möglich, die Parametrisierbarkeit des Nenndurchflusses und der Regelkennlinie durch eine entsprechende Auswahl der Struktur des Netzmusters 33 bzw. der Netzstruktur 21 zu bestimmen.
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3b zeigt eine Ausführung mit Rippen 31, welche einen größeren Winkel 32 aufweisen, als die in 3a gezeigten Rippen 31, der zudem über die Länger der Regelspitze 40 nicht konstant ist. Durch die somit sich vom Endbereich der Druckreduziereinheit 20 bzw. der Regelspitze 40 in axialer Richtung weg verbreiternden Rippen 31 verschmälert sich in gleicher Richtung der Bereich, der für die Netzstruktur 21 zur Verfügung steht. Die Querschnittsfläche der Netzstrukturen 21 verkleinert sich somit in Richtung vom Endbereich der Druckreduziereinheit weg. Damit steht für ein Fluid 12 weniger durchströmbarer Raum zur Verfügung und es kann eine stärkere Druckreduzierung als im Ausführungsbeispiel der 3a erreicht werden.
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3c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Winkel 32 der Rippen 31 noch größer ist. Der Winkel 32 kann hier so gewählt sein, dass sich die Netzstruktur 21 von einer maximalen oder größeren Querschnittsfläche im Endbereich der Regelspitze 40 bis zu einer minimalen Querschnittsfläche im Bereich des Übergangs von der Regelspitze 40 zum Tragabschnitt 35 insbesondere stetig verringert. Die Rippen 31 können dabei so gestaltet sein, dass der Querschnitt der Netzstruktur 21 genau und/oder nur im Übergangsbereich zwischen Regelspitze 40 und Tragabschnitt 35 null ist.
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Die in den 3a bis 3c gezeigten Ausführungen weisen jeweils drei Rippen 31 und drei Netzstrukturen 21 auf, wobei die Rippen 31 und die Netzstrukturen 21 jeweils identisch oder annähernd identisch ausgeführt sind. Denkbar sind natürlich auch Ausführungen, mit davon abweichenden Anzahlen und/oder Geometrien von Rippen 31 und/oder Netzstrukturen 21. In einer besonders einfachen Ausführung ist zum Beispiel denkbar, dass lediglich eine einzelne Rippe 31 vorgesehen ist, an oder innerhalb der eine einzelne Netzstruktur 21 angeordnet ist. Denkbar sind auch kombinierbare Ausführungen, bei denen beispielsweise unterschiedlich geformte Rippen 31 und/oder unterschiedlich geformte Netzstrukturen 21 Anwendung finden. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Regelspitze 40 ein Grundgerüst 30 mit einem von Rippen 31 teilweise umgebenen Hohlraum aufweist, und der Hohlraum von einer einzigen Netzstruktur 21 im Wesentlichen vollständig ausgefüllt ist.
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Zwar sind die Ausführungsbeispiele der 3a bis 3c rotationssymmetrisch gezeigt, allerdings sind auch nicht rotationssymmetrische Ausführungen von der Erfindung erfasst. Die Netzstrukturen 21 können in Längsrichtung eine konstante maximale radiale Erstreckung aufweisen, beispielsweise von einem radial äußersten Abschnitt der Regelspitze 40 bis nahe der Längsachse der Regelspitze 40.
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Die Netzstrukturen 21 in den 3a bis 3b erstrecken sich entlang der gesamten Länge der Regelspitzen 40. Es ist denkbar, dass wenigstens eine Netzstruktur 21 nicht am äußersten Endbereich der Regelspitze vorliegt, sondern in Längsrichtung versetzt bzw. vom äußersten Endbereich beabstandet ist und sich von dort in Richtung auf den Tragabschnitt 35 erstreckt.
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4a bis 4d zeigen die Druckreduziereinheit 20 mit unterschiedlich weit in der Fluidleitung 13 eingeführter Regelspitze 40. Die Fluidleitung 13 ist dabei in einem Teil eines Gehäuses 11 angeordnet. Dieser Teil des Gehäuses 11 kann zwei Abschnitte unterschiedlicher Durchmesser aufweisen. Der Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser kann zum Aufnehmen der Regelspitze 40 in einer geschlossenen Position ausgebildet sein.
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In 4a ist die Regelspitze 40 in einer solchen geschlossenen Position zu sehen. Ein Ventil 10, in welches die Druckreduziereinheit 20 eingebaut sein kann ist damit entsprechend geschlossen. Die Regelspitze 40 kann in dieser geschlossenen Position vollständig innerhalb der Fluidleitung 13 angeordnet sein. Die Fluidleitung 13 wird durch das Anliegen der in 2a gezeigten Sitzkante 22 an einer entsprechenden Gegenkante unterbrochen und somit in zwei voneinander fluidisch getrennte Fluidleitbereiche getrennt. Der gezeigte Abschnitt ist für den Durchfluss eines Mediums gesperrt.
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4b zeigt eine Stellung der Druckreduziereinheit 20, bei der die Regelspitze 40 zu ca. 10% geöffnet ist. Hierbei kann die Sitzkante 22 der Regelspitze 40 beispielsweise ca. 10% der Läng der Regelspitze 40 von der in 4b gezeigten Gegenkante 24 entfernt sein. Im Gegensatz zur in 4a gezeigten Situation kann nun eine minimale oder nahezu minimale Regelströmung durch die Netzstruktur 21 strömen. Die Fluidleitung 13 ist nicht mehr gesperrt, es kann verglichen mit den Situationen der nachfolgenden 4c und 4d eine maximale oder nahezu maximale Druckdifferenz beim Durchströmen der Netzstruktur 21 bzw. zwischen den in 1 gezeigten Anschlüssen P1 und P2 aufrechterhalten werden. Die Fluidleitung 13 wird dabei im Wesentlichen in horizontaler Richtung der 4b durchströmt, wobei ein Teilabschnitt der Fluidleitung 13 nun von der durchströmten Netzstruktur 21 belegt ist.
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4c zeigt eine Stellung der Druckreduziereinheit 20, bei der die Regelspitze 40 zu 100% geöffnet ist. Hierbei kann die Regelspitze 40 nur noch mit ihrem Endbereich in einem ersten zylinderförmigen Abschnitt der Fluidleitung 13 verbleiben, dessen Innendurchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Regelspitze 40 entspricht. In dieser Stellung wird eine maximale Regelströmung ermöglicht. Nahezu die gesamte Länge der Regelspitze 40 befindet sich außerhalb dieses ersten zylinderförmigen Abschnittes der Fluidleitung 13 in einem dazu benachbarten zweiten Abschnitt, welcher einen größeren Innendurchmesser bzw. größere Innenmaße aufweist, als der zuvor genannte erste zylinderförmige Abschnitt der Fluidleitung 13. In der in 4c gezeigten Stellung können die Netzstrukturen 21 bzw. kann die Netzstruktur 21 vollständig oder nahezu vollständig außerhalb des ersten zylinderförmigen Abschnitts der Fluidleitung 13 vorliegen.
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4d zeigt eine Stellung der Druckreduziereinheit 20, bei der sich diese vollständig außerhalb des ersten zylinderförmigen Abschnitts der Fluidleitung 13 befindet. Der Fluidstrom kann nun außerhalb der Regelspitze 40 an dieser vorbei zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Fluidleitung 13 strömen. Diese Stellung kann eine Reinigungsstellung sein, bei der eine maximal mögliche Strömung zur Partikelbeseitigung vorliegt. Die Spaltgröße vom ersten zum zweiten Abschnitt der Fluidleitung kann dabei größer sein, als die Partikelgröße von in dem Fluid 12 enthaltenen Partikeln. Diese Partikel strömen somit nicht durch die Netzstruktur 21 oder bleiben an dieser hängen, sondern strömen an der Netzstruktur 21 seitlich vorbei. Eine solche Stellung kann entsprechend bei einer Reinigung hilfreich sein, bei welcher das Ventil 10 oder Teile davon gereinigt werden.
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5a zeigt eine detaillierte Ansicht einer Druckreduziereinheit 20. Je nach Anwendungsfall kann die Netzstruktur 21 über den Hub bzw. in axialer Richtung entweder mit gleichmäßiger oder unterschiedlicher Maschenweite 51 ausgeführt sein. Die Maschenweite kann beispielsweise in drei in Längsrichtung voneinander beabstandeten Abschnitten unterschiedlich groß sein. Ein erster der Abschnitte kann beispielsweise eine besonders kleine Maschenweite aufweisen, ein mittlerer der drei Abschnitte kann eine mittlere Maschenweite aufweisen und der dritte der drei Abschnitte kann eine große Maschenweite aufweisen. Die Größenangaben der Maschenweiten setzen hierbei die Maschengröße der Abschnitte zueinander in Bezug.
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Der Begriff der Maschenweite 51 ist vorliegend breit zu verstehen und kann jegliche Geometrien umfassen, bei denen Hohlräume einen Fluiddurchfluss ermöglichen. Diese Hohlräume können in unterschiedlichen Abschnitten der Regelspitze 20 unterschiedlich dimensioniert sein. Die Maschenweiten 51 können somit mit den Strömungswiderständen der jeweiligen Abschnitte der Netzstruktur 21 korrelieren.
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Der in 5a gezeigte Kopplungsabschnitt 36 kann einen geringeren Durchmesser aufweisen als die Regelspitze 40 der Druckreduziereinheit 20 und zum Koppeln der Regelspitze mit einem Tragabschnitt 35 ausgebildet sein.
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Die Netzstruktur 21 kann beispielsweise aus hintereinander angeordneten Lagen räumlich gekrümmter Kreuzen 53 bestehen, die in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind und die in 5c vergrößert dargestellt sind. Selbstverständlich kann die Netzstruktur auch aus davon abweichenden und gegebenenfalls auch unterschiedlichen Grundelementen bestehen. Die einzelnen Lagen bzw. einander benachbarte Grundelemente können auch in Längsrichtung miteinander verbunden sein. Der genannte axiale Versatz 52 der Kreuze 53 beziehungsweise einzelner Lagen von Kreuzen 53 ist in 5b gezeigt. Durch die Auswahl einer entsprechenden Geometrie der Netzstruktur 21 erlaubt es die Erfindung beispielsweise einen möglichst hohen Strömungswiderstand zu erzeugen.
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5c und 5d zeigen in unterschiedlicher Vergrößerung, wie der Querschnitt der Regelspitze 40 beschaffen sein kann. Die Rippen 31 des in 2a gezeigten Grundgerüsts 30 können sich radial mittig bzw. entlang der Längsachse der Regelspitze 40 treffen. Die Längsachse der Regelspitze 40 steht in den 5c und 5d entsprechend senkrecht zur Zeichenebene und geht durch die Mittelpunkte den kreisförmigen Querschnitte der Regelspitze 40.
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In 5c sind die räumlich gekrümmten Kreuze 53 vergrößert dargestellt. Als Netzstruktur 21 kommen aber auch davon abweichende Geometrien in Frage. Denkbar sind beispielsweise Lamellenstrukturen, Kapillaren, unregelmäßige Durchlässe oder eine Kombination unterschiedlicher Geometrien.
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In 5c ist angedeutet, dass die Kreuze 53 in übereinander geschichteten Ebenen oder Lagen angeordnet sein können. Die Kreuze 53 einer Lage können dabei zwischen diesen Kreuzen 53 befindliche, beispielsweise rechteckig ausgebildete Durchführungen definieren. Die Durchführungen einer Lage können dabei versetzt zu den Durchführungen einer benachbarten Lage angeordnet sein.
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Insbesondere ist denkbar, dass die Durchführungen einer Lage über beziehungsweise unter den Mittelpunkten der Kreuze 53 einer benachbarten Lage angeordnet sind. Hierdurch kann ein möglichst effektiver Strömungswiderstand erreicht werden.
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Die Kreuze können eine gekrümmte beziehungsweise nichtplanare Oberfläche aufweisen, mittels der das Strömungsverhalten des an ihnen vorbeiströmenden Fluids weiter beeinflusst werden kann. Beispielsweise können die Kreuze 53 in den in 5c erkennbaren Kreuzmittelpunkten ein erhöhtes oder erniedrigtes Profil verglichen mit den Seitenbereichen der Kreuze 53 aufweisen. Denkbar ist auch eine komplexere Kreuzgeometrie, bei der Teile der Seitenbereich ein erhöhtes Profil und andere Teile der Seitenbereiche ein erniedrigtes Profil verglichen mit dem Kreuzmittelpunkt aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- : Hochdruck-Regelventil, Ventil
- 11
- : Gehäuse
- 12
- : Fluid
- 13
- : Fluidleitung
- 20
- : Druckreduziereinheit
- 21
- : Netzstruktur
- 22
- : Sitzkante
- 23
- : Netzreihe
- 24
- : Gegenkante
- 30
- : Grundgerüst
- 31
- : Rippe
- 32
- : Winkel der Rippen
- 33
- : Netzmuster, Barrieren
- 34
- : Ringabschnitt
- 35
- : Tragabschnitt
- 36
- : Kopplungsabschnitt
- 40
- : Regelspitze
- 51
- : Maschenweite
- 52
- : in axialer Richtung versetzte Kreuze
- 53
- : räumlich gekrümmte Kreuze
