DE19857177A1 - Nadelventil - Google Patents
NadelventilInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
- F16K1/32—Details
- F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
- F16K1/36—Valve members
- F16K1/38—Valve members of conical shape
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
Bei einem Nadelventil zur Steuerung von Hochdruckleitungen mit einem Druckraum (16), der Anschlüsse (11, 12) für eine zugeordnete Hochdruckleitung (2) aufweist, wobei einem Anschluss (12) ein Ventilsitz (13) zugeordnet ist, mit dem eine in axialer Richtung bewegbare, mittels einer Betätigungseinrichtung betätigbare Ventilfeder (14) zusammenwirkt, lassen sich dadurch eine verschleißarme Betriebsweise und hohe Genauigkeit erreichen, dass der Druckraum (16) durch einen den Ventilsitz (13) enthaltenden Ventilkörper (10) und ein an diesen anschließendes, rückwärtig verschlossenes Hüllrohr (15) begrenzt ist, an dem die Ventilnadel (14) festgelegt ist und das mittels einer zugeordneten, äußeren Betätigungseinrichtung entgegen seiner Eigenelastizität längbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Nadelventil zur Steuerung von Hochdruckleitungen, mit
einem Druckraum, der Anschlüsse für eine zugeordnete Hochdruckleitung
aufweist, wobei einem Anschluss ein Ventilsitz zugeordnet ist, mit dem eine in
axialer Richtung bewegbare, mittels einer Betätigungseinrichtung betätigbare
Ventilnadel zusammenwirkt.
Bei den gebräuchlichen Anordnungen dieser Art ist die Ventilnadel aus dem
Druckraum herausgeführt und am äußeren Ende mit einer Betätigungseinrichtung
verbunden. Hierbei sind daher mit der bewegbaren Ventilnadel
zusammenwirkende Dichteinrichtungen erforderlich, um den Druckraum
gegenüber der Atmosphäre abzudichten. Zu diesem Zweck finden bisher
sogenannte Stopfbuchsendichtungen Verwendung. Diese sind jedoch
insbesondere bei zur Anwendung kommenden hohen Drücken sehr
verschleißanfällig, was zu Undichtheiten und dementsprechend zu Leckverlusten
und entsprechenden Druckverlusten führt. Die bekannten Anordnungen erfordern
daher einen hohen Wartungs- und Instandhaltungsaufwand und führen bei ihrer
Verwendung im Zusammenhang mit Messeinrichtungen bzw. Justiereinrichtungen
zu hohen Ungenauigkeiten.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter
Vermeidung der eingangs geschilderten Nachteile ein Nadelventil eingangs
erwähnter Art zu schaffen, das ohne dynamische Dichtungen, wie
Stopfbuchsendichtungen, auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Druckraum durch
einen den Ventilsitz enthaltenden Ventilkörper und ein an diesen anschließendes,
rückwärtig verschlossenes Füllrohr begrenzt ist, an dem die Ventilnadel festgelegt
ist und das mittels einer zugeordneten, äußeren Betätigungseinrichtung entgegen
seiner Eigenelastizität längbar ist.
Das die Ventilnadel tragende Hüllrohr wirkt hierbei in vorteilhafter Weise
gleichzeitig als Ventilfeder und als Kraftübertragungselement zwischen
Betätigungseinrichtung und Ventilnadel. Diese muss daher in vorteilhafter Weise
nicht aus dem Hüllrohr herausragen und führt gegenüber dem Hüllrohr abgesehen
vom Dehnungsausgleich auch keine Relativbewegung aus. Eine dynamische
Dichtung in Form einer Stopfbuchsendichtung etc. ist daher in vorteilhafter Weise
nicht erforderlich. Vielmehr ergibt sich in vorteilhafter Weise eine praktisch
vollständige Kapselung der Ventilnadel. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen
gewährleisten daher in vorteilhafter Weise einen höchst verschleißarmen und
damit praktisch wartungsfreien Betrieb, womit über einen langen Zeitraum hinweg
eine hohe Genauigkeit sichergestellt ist. Gleichzeitig ergibt sich infolge der
vollständigen Kapselung der Ventilnadel auch eine höchst einfache und
kostengünstige Bauweise. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden
daher die Nachteile der bekannten Anordnungen vollständig beseitigt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten
Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann das Hüllrohr
zweckmäßig einteilig mit dem Ventilkörper ausgebildet sein. Dies ergibt eine sehr
kompakte und für hohe Beanspruchungen gut geeignete Bauweise.
Vorteilhaft kann die Ventilnadel verstellbar am rückwärtigen Bereich des Hüllrohrs
befestigt sein. Dies ermöglicht eine Einstellung der zur Wirkung kommenden
Schließkräfte.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die
Betätigungseinrichtung wenigstens einen mit einem Druckmittel beaufschlagbaren,
das Hüllrohr umfassenden Balgzylinder aufweist, der einerseits am Ventilkörper
und andererseits an einem rückwärtigen Flansch des Hüllrohrs abgestützt ist. Dies
ergibt in vorteilhafter Weise eine konzentrische Anordnung und damit auch einen
konzentrischen Kraftfluss, sodass Biegebeanspruchungen praktisch
ausgeschlossen sind, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die erzielbare Genauigkeit
auswirkt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der
übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben
und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher
entnehmbar.
In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer mit einem Ventil versehenen
Hochdruckanordnung und
Fig. 2 einen Schnitt durch das in Fig. 1 eingesetzte Nadelventil.
Eine Hochdruckanordnung der in Fig. 1 dargestellten Art kann beispielsweise als
Vorrichtung zur Justierung von Drucksensoren ausgebildet sein. Dies stellt ein
bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung dar. Diese ist jedoch darauf
allerdings nicht beschränkt.
Die der Fig. 1 zugrundeliegende Vorrichtung enthält ein mit einem
Hochdruckmedium, beispielsweise mit einer Hydraulikflüssigkeit,
beaufschlagbares, unter Hochdruck von mindestens 1000 bar setzbares Aggregat
1, z. B. in Form einer Druckkammer zur Justierung von Drucksensoren. Das
Aggregat 1 ist über eine Hochdruckleitung 2 mit einer Hochdruckpumpe 3
verbunden. Diese ist als einfach wirkende Kolbenpumpe ausgebildet, deren
Kolben über eine aus dem zugeordneten Zylinder herausgeführte Kolbenstange
mit einer nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung verbunden ist.
Im Bereich der Hochdruckleitung 2 ist ein Absperrventil 4 angeordnet, das nach
erfolgter Druckbeaufschlagung des Aggregats 1 geschlossen wird, so dass sich
ein geschlossenes System ergibt, in welchem der vorher aufgebaute Hochdruck
gehalten wird. Dabei kann es sich, wie schon erwähnt, um einen Druck von
mindestens 1000 bar handeln. Während der Beaufschlagung des Aggregats 1 und
während der Entlastung des Aggregats 1 ist das Absperrventil 4 geöffnet. Ein
weiteres Ventil ist zwischen Hochdruckpumpe 3 und Aggregat 1 nicht vorgesehen.
Auch am der Hochdruckleitung 2 zugeordneten Ausgang der Hochdruckpumpe 3
ist kein Rückschlagventil angeordnet.
Das Volumen des Verdrängungsraums 5 der Hochdruckpumpe 3 entspricht
zumindest dem zur Beaufschlagung des Aggregats 1 und zum Aufbau des dort
erwünschten Hochdrucks benötigten Volumen. Zur Beaufschlagung des
Aggregats 1 führt der Kolben 6 der Hochdruckpumpe 3 lediglich einen
Vorwärtshub aus, wobei das gewünschte Volumen aus dem Verdrängungsraum 5
verdrängt wird. Das Ventil 4 ist dabei, wie oben schon erwähnt wurde, geöffnet.
Anschließend wird das Ventil 4 geschlossen, wodurch der im Aggregat 1
aufgebaute Druck dort gehalten wird.
Zur Entlastung des Aggregats 1 wird der Kolben 6 der Hochdruckpumpe 5 bei
wieder geöffnetem Ventil 4 in die Ausgangsposition zurückgezogen, wobei das
vorher aus dem Verdrängungsraum 5 verdrängte Volumen in den
Verdrängungsraum 5 zurückgeholt wird. Zu jeder Zeit ist dabei der Druck vor und
hinter dem Ventil 4 gleich groß, so dass hierdurch keine Strömung erzeugt wird.
Diese folgt allein der Bewegung des Kolbens 6. Da dieser vergleichsweise
langsam bewegt werden kann, ergeben sich in der Hochdruckleitung 2 und
dementsprechend auch im Ventil 4 vergleichweise geringe
Strömungsgeschwindigkeiten, wodurch Kavitation und abrasiver Verschleiß
ausgeschlossen sind.
Zum Ausgleich von Leckverlusten ist ein druckloser Behälter 7 vorgesehen, der
die gewünschte Hydraulikflüssigkeit enthält und über eine mit einem
Rückschlagventil 8 versehene Versorgungsleitung 9 mit dem Verdrängungsraum 5
der Hochdruckpumpe 3 verbunden ist.
Das Absperrventil 4 ist zweckmäßig als Nadelventil ausgebildet, das für hohe
Drücke von mindestens 1000 bar geeignet ist. Das Absperrventil 4 besitzt
dementsprechend, wie am besten aus Fig. 2 erkennbar ist, einen Ventilkörper
10, der mit Anschlüssen 11, 12 für die Hochdruckleitung 2 versehen ist. Einem
Anschluss, hier dem Anschluss 12, ist ein Ventilsitz 13 zugeordnet, mit dem eine
Ventilnadel 14 zusammenwirkt. Vom Ventilkörper 10 steht ein konzentrisch zur
Ventilnadel 14 angeordnetes, diese umfassendes Hüllrohr 15 ab, das rückwärtig
verschlossen ist, so dass sich ein die Ventilnadel 14 umgebender, ringförmiger
Druckraum 16 ergibt, von dem die Anschlüsse 11, 12 abgehen, die durch
Betätigung der Ventilnadel 14 miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt
werden können.
Die Ventilnadel 14 ist mit ihrem vom Ventilsitz 13 abgewandten Ende mit dem
rückwärtigen Bereich des rückwärtig geschlossenen Hüllrohrs 15 fest verbunden,
hier verschweißt, so dass keine Dichtung benötigt wird, durch welche die
Ventilnadel 14 gegenüber dem Hüllrohr 15 abgedichtet werden müsste. Das
Hüllrohr 15 und die Ventilnadel 14 sind bezüglich ihrer Längen so aufeinander
abgestimmt, dass das Hüllrohr 15 bei geschlossenem Ventil so elastisch gedehnt
ist, dass es die gewünschte Schließkraft auf die Ventilnadel 14 ausübt. Das
Hüllrohr 15 fungiert dementsprechend als der Ventilnadel 14 zugeordnete
Schließfederanordnung. Dies ist möglich, da der erforderliche Hub der Ventilnadel
14 vergleichsweise gering ist. Im dargestellten Beispiel ist die Ventilnadel 14
unlösbar mit dem Hüllrohr 15 verbunden. Es wäre aber auch denkbar, die
Ventilnadel 14 einstellbar am rückwärtigen Bereich des Hüllrohrs 15 festzulegen,
um die wirksamen Schließkräfte einstellen zu können. Dies ist in der Praxis in
vielen Fällen zu bevorzugen.
Zum Öffnen des Ventils wird das die Ventilnadel 14 tragende Hüllrohr 15 entgegen
seiner Eigenelastizität so gelängt, dass die Ventilnadel 14 vom zugeordneten
Ventilsitz 13 abhebt. Hierzu ist eine mit dem rückwärtigen Ende des Hüllrohrs 15
zusammenwirkende, äußere Betätigungseinrichtung vorgesehen. Diese besitzt im
dargestellten Beispiel einen zur Ventilachse koaxialen, das Hüllrohr 15
umfassenden Balgzylinder 17, der einerseits auf einer gegenüber dem Hüllrohr 15
nach außen vorspringenden Stufe des Ventilkörpers 10 aufliegt und andererseits
über ein konzentrisch zum Hüllrohr 15 angeordnetes Distanzrohr 18 an einem
rückwärtigen Flansch 19 des Hüllrohrs 15 abgestützt ist. Der Flansch 19 ist hier
Teil eines das Hüllrohr 15 rückwärtig verschließenden Deckels.
Der Balgzylinder 17 ist über eine im Ventilkörper 10 angeordnete
Versorgungsleitung 20 mit einem geeigneten Druckmittel, beispielsweise Druckluft
beaufschlagbar. Die mittels des Balgzylinders 17 herbeiführbare Längung des
Hüllrohrs 15 ist so groß, dass sie der unter der Wirkung der Schließkräfte
erfolgenden Stauchung der Ventilnadel 14 zuzüglich des gewünschten Hubs der
Ventilnadel 14 entspricht. Dieser Hub kann, wie oben schon angedeutet wurde,
vergleichsweise klein sein, ohne dass unerwünscht hohe
Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich des Sitzes 13 zu befürchten wären, da
die Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens 6 der Hochdruckpumpe 3
entsprechend klein sein kann.
Da die im Hüllrohr 15 gekapselte Ventilnadel 14 abgesehen von den elastischen
Dehnungen keine Relativbewegung gegenüber anderen Bauteilen ausführt, so
dass keine dynamische Dichtung benötigt wird, um den Druckraum 16 nach
außen abzudichten, und da bei der Entlastung des Aggregats 1 vor und nach dem
Ventilsitz 13 etwa der gleiche Druck ansteht, so dass sich nur eine von der
Bewegung des Kolbens 6 der Hochdruckpumpe 3 abhängige
Strömungsgeschwindigkeit einstellt, ergibt sich insgesamt eine schonende,
verschleißarme Betriebsweise, die zu einer langen Lebensdauer und zu einer
hohen Langzeitgenauigkeit des Absperrventil 4 führt.
Claims (10)
1. Nadelventil zur Steuerung von Hochdruckleitungen mit einem Druckraum
(16), der Anschlüsse (11, 12) für eine zugeordnete Hochdruckleitung (2)
aufweist, wobei einem Anschluss (12) ein Ventilsitz (13) zugeordnet ist, mit
dem eine in axialer Richtung bewegbare, mittels einer
Betätigungseinrichtung betätigbare Ventilfeder (14) zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (16) durch einen den
Ventilsitz (13) enthaltenden Ventilkörper (10) und ein an diesen
anschließendes, rückwärtig verschlossenes Hüllrohr (15) begrenzt ist, an
dem die Ventilnadel (14) festgelegt ist und das mittels einer zugeordneten,
äußeren Betätigungseinrichtung entgegen seiner Eigenelastizität längbar ist.
2. Nadelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr
(15) einteilig mit dem Ventilkörper (10) ausgebildet ist.
3. Nadelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (14) verstellbar mit dem
rückwärtigen Bereich des Hüllrohrs (15) befestigt ist.
4. Nadelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der rückwärtige Bereich des Hüllrohrs (15) mit
einem Flansch (19) versehen ist, an dem die Betätigungseinrichtung
angreift.
5. Nadelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Betätigungseinrichtung im Bereich zwischen dem Ventilkörper (10) und dem
rückwärtigen Flansch (19) des Hüllrohrs (15) angeordnet ist.
6. Nadelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Betätigungseinrichtung wenigstens einen mit einem Druckmittel
beaufschlagbaren, das Hüllrohr (15) umfassenden Balgzylinder (17)
aufweist, der einerseits am Ventilkörper (10) anliegt und andererseits am
rückwärtigen Flansch (19) des Hüllrohrs (15) abgestützt ist.
7. Nadelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
dem Balgzylinder (17) und dem Flansch (19) ein das Hüllrohr (15)
umfassendes Distanzrohr (18) vorgesehen ist.
8. Nadelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Balgzylinder (17) über eine im Ventilkörper (10)
vorgesehene Versorgungsleitung (20) mit Druckmittel beaufschlagbar ist.
9. Nadelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Druckraum (16) mit einem Hochdruck von
mindestens 1000 bar beaufschlagbar ist.
10. Nadelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass es einer Hochdruckpumpe (3) zugeordnet ist, die als
einfach wirkende Kolbenpumpe mit rückschlagventillosem, ventilseitigem
Ausgang ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998157177 DE19857177A1 (de) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | Nadelventil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998157177 DE19857177A1 (de) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | Nadelventil |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19857177A1 true DE19857177A1 (de) | 2000-06-29 |
Family
ID=7890733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998157177 Withdrawn DE19857177A1 (de) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | Nadelventil |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19857177A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006062902B4 (de) * | 2006-04-07 | 2016-11-17 | Hofer Mechatronik Gmbh | Verfahren zum Betrieb eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug |
-
1998
- 1998-12-11 DE DE1998157177 patent/DE19857177A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006062902B4 (de) * | 2006-04-07 | 2016-11-17 | Hofer Mechatronik Gmbh | Verfahren zum Betrieb eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |