EP4217631A1 - Ventileinrichtung für ein gesteuertes durchlassen eines mediums insbesondere im hochdruckbereich - Google Patents

Ventileinrichtung für ein gesteuertes durchlassen eines mediums insbesondere im hochdruckbereich

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Publication number
EP4217631A1
EP4217631A1 EP21769693.9A EP21769693A EP4217631A1 EP 4217631 A1 EP4217631 A1 EP 4217631A1 EP 21769693 A EP21769693 A EP 21769693A EP 4217631 A1 EP4217631 A1 EP 4217631A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
valve seat
guide means
valve device
seat block
Prior art date
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Pending
Application number
EP21769693.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Brunner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Allfi AG
Original Assignee
Allfi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Allfi AG filed Critical Allfi AG
Publication of EP4217631A1 publication Critical patent/EP4217631A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F16K25/00—Details relating to contact between valve members and seats
    • F16K25/04—Arrangements for preventing erosion, not otherwise provided for
    • 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
    • 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
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    • 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
    • F16K1/42—Valve seats
    • 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
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    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/02—Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves
    • F16K27/0254—Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves with conical shaped valve members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet

Definitions

  • Valve device for controlled passage of a medium, particularly in the high-pressure range
  • the invention relates to a valve device for controlled passage of a medium, in particular in the high-pressure range, according to the preamble of claim 1 .
  • a high-pressure valve which has a housing with a bore, a component mounted therein to oscillate as a valve needle and a pressure chamber formed in the bore.
  • the valve needle can be pressed against a valve seat in the housing by means of a linear drive or a spindle nut and a spindle that can be actuated manually or mechanically.
  • the housing also has a water inlet and outlet or vice versa, which can be connected to one another via a channel when the valve is open.
  • a pressure disk with a bore for guiding the valve needle when closing and opening the high-pressure valve is arranged in the housing and a sealing element surrounding the valve needle is connected to this pressure chamber, which can be acted upon by the medium. The valve needle is thus guided in this thrust washer and the sealing element.
  • valve needle is heavily loaded with the very high operating pressures of the medium and the high switching cycles with the many opening and closing movements, there is a risk that it will not be pressed very precisely into the valve seat at the front at the conical tip and thus partial friction occurs between its surface at the conical tip and the valve seat, which can lead to additional wear.
  • the invention is based on the object of improving this known valve device in such a way that wear and tear, particularly on the valve needle and the valve seat interacting with it, can be permanently prevented in a simple structural manner despite the high stresses.
  • this object is achieved by the features of claim 1 .
  • a guide means for the valve needle at the valve seat in which the valve needle is guided with its peripheral area directly at the conical tip almost without play at least partially and concentrically to the valve seat up to the closed position, this simple efficient measure achieves a permanent, very precise guidance of the valve needle at the front at its tip. The service life of the valve device can thus be increased.
  • This guide means has at least one passage opening for the medium from the pressure chamber to the outlet opening.
  • This guide means is very advantageously designed in the form of a collar or sleeve and an annular space of the pressure chamber is provided between it and the bore in the housing. This ensures that the medium can flow through the passage opening and the outlet opening with practically no resistance.
  • the guide means preferably contains four passage openings offset by 90°, which have such a cross-sectional area in relation to the inner guide surfaces on which the peripheral area of the valve needle is guided that on the one hand the guidance of the valve needle is permanently ensured and on the other hand, that a sufficient volume of the medium flows through.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a valve device according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of the guide means of the valve device according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a variant of a valve device according to the invention
  • FIG. 4 shows a perspective view of the guide means of the valve device according to FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a perspective view of an alternative guide means of a valve device
  • FIG. 6 shows a perspective view of a further guide means of a valve device
  • FIG. 7 shows a partial section of a valve seat and a valve needle of the valve device according to FIG. 3;
  • FIG. 8 shows a partial section of the valve seat according to FIG. 7 with different conicity.
  • valve device 10 in a device for controlled passage of a medium, particularly in the high-pressure range with pressures of up to over 6000 bar.
  • a typical area of application are devices for cutting objects with a water jet provided with this high pressure.
  • This valve device 10 is provided with a housing 15 having a bore 11 and having at least one inlet opening 12 and one outlet opening 13 .
  • a pressure chamber 14 which can be acted upon by the medium and a valve needle 16 which can be moved back and forth therein and has a conical tip 16 * which can be pressed against a valve seat 17 in a valve seat block 18 in a sealing manner and thus as shown, or opening is effected.
  • a spindle 23 in a spindle nut 22 in the housing 15 It is connected to a spindle 23 in a spindle nut 22 in the housing 15 and it can be moved back and forth by this spindle 23 by hand or mechanically, for example pneumatically, in particular it is closed and opened pneumatically by a spring element.
  • the connections for supplying the medium and driving the valve needle are not shown on the housing, but this is known.
  • the sleeve-shaped valve seat block 18 with the valve seat 17 is formed on both sides with a conical end face 18', which in the assembled state rests on a corresponding conical surface in the housing 15 or on the opposite side on a sleeve 19 that can be fastened in the housing 15 as sealing surfaces.
  • the sleeve 19, which is shrunk into the Gähäuse, is provided with the outlet opening 13 and an outlet nozzle (not shown in detail) for generating the water jet can be mounted in it.
  • an inlet opening 12 which opens transversely into the bore 11 and is coupled in a known manner with a screwed-in connecting sleeve 26 or the like to a pressure line for supplying the pressure medium.
  • a guide means 20 for the valve needle 16 is arranged at the valve seat 17 in the valve seat block 18 .
  • This guide means 20 is designed so that the valve needle 16 with its immediately in front of the conical tip 16 'adjoining peripheral region 16 "in it almost without play and concentrically to the valve seat 17 to the Is guided in the closed position, this guide means 20 having a number of passage openings 24 for the medium to be conducted from the pressure chamber 14 into the outlet opening 13 .
  • An annular space 14 ′ of the pressure chamber 14 is formed between this and the bore 11 in the housing 15 .
  • the collar or sleeve-shaped guide means 20 is shown with a cylindrical lateral surface 27 enlarged.
  • a cylindrical inner guide surface 25 is formed in this, on which the peripheral area 16" of the valve needle 16 is guided.
  • the overall height of the sleeve forming the guide means 20 is advantageously larger than the total stroke of the valve needle 16 measured from the valve seat 17, so that the valve needle 16 is guided in every stroke position. In principle, it would suffice if it is surrounded at least directly above the valve seat 17 with almost no play.
  • the bores are approximately half the size of this overall height of the guide surface 25 and they are arranged in the lower area of the guide means 20 so that the medium can flow through until just before the closed state. The valve needle 16 is thus guided twice with great precision by this sealing disc 21 and this guide means 20 .
  • a sealing sleeve 28 is arranged in the bore 11 and this inlet opening 12 running transversely into the pressure chamber 14 is arranged between this and the guide means 20 spaced apart from it.
  • the valve seat block 18 and the guide means 20 are very advantageously made in one piece. They are usually manufactured with the necessary accuracy by machining.
  • the valve seat 17 and at least the inner guide surface 25 are machined in the same clamping in the machine tool, so that this concentricity between the valve needle and the valve seat can be ensured, which is as precise as possible.
  • the guide means 20 could each be manufactured as a separate sleeve collar, which would have to be fastened to the valve seat block at the valve seat with the required accuracy.
  • FIG. 3 and FIG. 4 show a variant of a valve device 10' which is constructed in the same way as that according to FIG.
  • the same reference numbers are therefore used for the same elements and only the differences are explained below.
  • a different valve seat block 38 is essentially used, which can be clamped in the housing 15 by means of a sleeve 39 .
  • conical end faces 38' are formed in this valve seat block 38, which in the assembled state rest on a corresponding conical surface in the housing 15 or on the opposite side on the sleeve 39 as sealing surfaces.
  • the collar-shaped guide means 30 is also designed in such a way that the valve needle 16 with its peripheral region 16'' immediately after the conical tip 16' adjoins the inner guide surface 35 almost without play and concentrically to the valve seat 37 is guided to the closed position.
  • a number (four) of passage openings 34 are provided for the medium to be conducted, which are aligned with their axis approximately perpendicular to the lateral surface 31 forming a truncated cone. This achieves an optimized flow guidance of the medium from the pressure chamber 14 into the outlet opening 13 .
  • valve device 10' is characterized in that the valve seat block 38 is assigned a collar-shaped guide means 30, 30' on both sides, each with a valve seat 37, 37'.
  • the valve seat block 38 can thus be inserted into the housing 15 in two positions rotated by 180°.
  • it is embodied symmetrically in relation to its central plane running transversely to the outlet opening 13, i.e. the conical end faces 38' are beveled at the same angle.
  • the valve seat block 38 can be rotated through 180° and clamped when the valve seat 37 in use and/or the guide means 30 is worn.
  • the sleeve 39 tightening the valve seat area 36 in the housing 15 is provided with a recess 39' within the conical surface, in which the passive guide means 30' is located without contact in the assembled state.
  • the inlet-side diameter of the two opposite frustoconical valve seats 37, 37' on the valve seat block 38 can be of different sizes with the same conicity, while the same valve needle 16 with the conical tip 16" is used in the position of the valve seat block 38 turned through 180°.
  • the circular sealing surface at the conical tip 16' of the valve needle 16 is im Closing state changed after turning the valve seat block 38 and the valve needle rests accordingly with an almost unworn: circular sealing surface in the new valve seat 37'. This results in a further increase in the service life of the valve needle 16.
  • valve needle 16 with the conical tip 16' is used in the position of the valve seat block 38 rotated by 180°. bar, so that the circular sealing surface at the conical tip 16 'of the valve needle 16 after turning the valve seat block 38 changes.
  • ⁇ deviating angle of inclination
  • ⁇ ' of the respective frustoconical sealing surface of the valve seat 37 by a small angular amount of approximately between 1 and 10°, the valve needle 16 rests against the inner or outer diameter Di or Da, as shown in Fig 7 and 8, respectively.
  • valve needle 16 is now worn at its valve seat 16' at the diameter Di, this is not the case in its upper area at Da.
  • a valve seat block 18 with only one guide means 20, as shown in FIG than in the previous case, so that the same effect as explained above occurs in the valve seat block 38 with a valve seat 37, 37' on each side.
  • a sleeve-shaped guide means 40 which is equally seat 17 can be arranged in the valve seat block 18 like that according to FIG.
  • this full-surface cylindrical lateral surface 41 and passage opening htihph 44 which are designed as recesses within the lateral surface 41 parallel and at a distance from the central axis.
  • segment-shaped inner guide surfaces 45 are formed, in which the valve needle 16 is guided with its peripheral area 16'' almost without play and concentrically to the valve seat 17 up to the closed position.
  • These recesses and correspondingly the inner guide surfaces 45 could also be made helically.
  • FIG. 6 shows a sleeve-shaped guide means 50 which can also be arranged at the valve seat 17 in the valve seat block 18 like that according to FIG.
  • These slit-shaped through-openings 54 which are continuously formed crosswise, are different.
  • segment-shaped inner guide surfaces 55 are formed by segments 51, in which the valve needle 16 is guided.
  • the number of these slit-shaped passage openings 54 could also be more or less than four and the height of these could also be shorter than the overall height of the sleeve.
  • This guide could be guided to the outside of the bore and fastened in the housing and/or at the valve seat block. Slot-shaped or recesses would then be formed as openings in the guide means, as is shown in FIG. 5 and FIG.
  • the guide means could also be pot-shaped, dome-shaped or similar, and the preferably several passage openings could each be configured differently in their cross-sectional shape and/or in their orientation than shown.

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Abstract

Eine Ventileinrichtung für ein gesteuertes Durchlässen eines Mediums insbesondere im Hochdruckbereich ist mit einem eine Bohrung (11) aufweisenden Gehäuse (15) mit wenigstens einer Einlass- (12) und einer Auslassöffnung (13), mit einer in der Bohrung (11) gebildeten, mit dem Medium beaufschlagbaren Druckkammer (14) und einer darin hin- und herbewegbaren Ventilnadel (16) mit einer konischen Spitze (16') versehen. Bei einem Ventilsitz (17) in einem Ventilsitzblock (18) ist ein Führungsmittel (20) für die Ventilnadel (16) angeordnet, durch welches die Ventilnadel (16) mit ihrem Umfangsbereich (16") unmittelbar bei der konischen Spitze (16') annähernd spielfrei und dabei konzentrisch zum Ventilsitz (17) bis annähernd in die Schliessstellung geführt ist. Dieses Führungsmittel (20) weist Durchlassöffnungen (24) für den Durchlass des Mediums von der Druckkammer (14) in die Auslassöffnung (13) auf. Damit ist eine sehr genaue Führung der Ventilnadel vorne bei ihrer Spitze erzielt, so dass die Lebensdauer der Ventileinrichtung erhöht werden kann.

Description

Ventileinrichtung für ein gesteuertes Durchlässen eines Mediums insbesondere im Hochdruckbereich
Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung für ein gesteuertes Durchlas- sen eines Mediums insbesondere im Hochdruckbereich nach dem Ober- begriff des Anspruchs 1 .
Bei einer bekannten Ventileinrichtung gemäss der Druckschrift EP 3 366 963 A1 ist ein Hochdruckventil offenbart, welches ein eine Bohrung auf- weisendes Gehäuse, ein darin oszillierend gelagertes Bauteil als Ventil- nadel und eine in der Bohrung gebildete Druckkammer umfasst. Durch einen Linearantrieb oder eine Spindelmutter sowie einer von Hand oder maschinell betätigbaren Spindel ist die Ventilnadel gegen einen Ventil- sitz im Gehäuse andrückbar. Das Gehäuse weist ausserdem einen Was- serein- und -auslass oder umgekehrt auf, die bei offenem Ventil über ei- nen Kanal miteinander verbindbar sind. Zudem ist im Gehäuse eine Druckscheibe mit einer Bohrung zum Führen der Ventilnadel beim Sch Hessen und Öffnen des Hochdruckventils angeordnet und an diese mit dem Medium beaufschlagbaren Druckkammer schliesst ein die Ven- tilnadel umgebendes Dichtelement an. Die Ventilnadel ist damit in dieser Druckscheibe und dem Dichtelement geführt.
Da die Ventilnadel aber bei den sehr hohen Betriebsdrücken des Medi- ums und den hohen Schaltzyklen mit den vielen Auf- und Zubewegungen stark belastet ist, besteht die Gefahr, dass sie vorne an der konischen Spitze nicht sehr genau fluchtend in den Ventilsitz eingedrückt wird und damit eine partielle Reibung zwischen ihrer Oberfläche an der konischen Spitze und dem Ventilsitz entsteht ühd dies zu einem zusätzlichen Ver- schleiss führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Ventileinrich- tung derart zu verbessern, dass der Verschleiss insbesondere bei der Ventilnadel und dem mit ihr zusammenwirkenden Ventilsitz trotz den ho- hen Beanspruchungen auf einfache konstruktive Weise dauerhaft verhin- dert werden kann .
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Mit der erfindungsgemässen Anordnung eines Führungsmittels für die Ventilnadel beim Ventilsitz, bei der die Ventilnadel mit ihrem Umfangsbe- reich unmittelbar bei der konischen Spitze annähernd spielfrei zumindest teilweise und dabei konzentrisch zum Ventilsitz bis in die Schliessstel- lung geführt ist, wird durch diese einfache effiziente Massnahme eine dauerhafte sehr genaue Führung der Ventilnadel vorne bei ihrer Spitze erzielt. Damit kann die Lebensdauer der Ventileinrichtung erhöht werden. Dieses Führungsmittel weist dabei mindestens eine Durchlassöffnung für das Medium von der Druckkammer in die Auslassöffnung auf.
Sehr vorteilhaft ist dieses Führungsmittel kragen- oder hülsenförmig ausgebildet und es ist zwischen diesem und der Bohrung im Gehäuse ein Ringraum der Druckkammer vorgesehen. Damit ist gewährleistet, dass der Durchfluss des Mediums in die Durchlassöffnung und in die Auslassöffnung praktisch ohne Widerstand erfolgen kann.
Vorzugsweise sind vier um je 90° versetzte Durchlassöffnungen im Füh- rungsmittel enthalten, welche im Verhältnis zu den inneren Führungsflä- chen, an welchen der Umfangsbereich der Ventilnadel geführt ist, eine solche Querschnittsfläche aufweisen, dass zum einen die Führung der Ventilnadel dauerhaft gewährleistet ist und dass zum andern eine genü- gende Mengenleistung des Mediums durchfliesst.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung: näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Ventileinrich- tung; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Führungsmittels der Ventilein- richtung nach Fig. 1 ;
Fig. 3 einen Längsschnitt einer Variante einer erfindungsgemässen Ventileinrichtung; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Führungsmittels der Ventilein- richtung nach Fig. 3;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Führungsmit- tels einer Ventileinrichtung;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Führungsmittels einer Ventileinrichtung;
Fig. 7 einen teilweisen Schnitt eines Ventilsitzes und einer Ventilna- del der Ventileinrichtung nach Fig. 3; und
Fig. 8 einen teilweisen Schnitt des Ventilsitzes nach Fig. 7 mit unter- schiedlicher Konizität.
Fig. 1 zeigt eine Ventileinrichtung 10 in einer Vorrichtung für ein gesteu- ertes Durchlässen eines Mediums insbesondere im Hochdruckbereich mit Drücken von bis über 6000 bar. Ein typischer Anwendungsbereich sind Vorrichtungen zum Schneiden von Gegenständen mit einem mit die- sem hohen Druck versehenen Wasserstrahl.
Diese Ventileinrichtung 10 ist mit einem eine Bohrung 11 aufweisenden Gehäuse 15 mit wenigstens einer Einlassöffnung 12 und einer Auslass- öffnung 13 versehen. In der Bohrung 11 ist ein mit dem Medium beauf- schlagbare Druckkammer 14 und eine darin hin- und herbewegbare Ven- tilnadel 16 mit einer konischen Spitze 16* versehen, die gegen einen Ventilsitz 17 in einem Ventilsitzblock 18 abdichtend andrückbar ist und damit ein Schlüssen, wie dargestellt, oder Öffnen bewirkt wird. Diese in einer Dichtscheibe 21 längsgeführte Ventilnadel 16 ist mit einem Durchmesser im Millimeterbereich dimensioniert und sie ist mit Vorteil aus einem gehärteten Metall oder aus einem hochwertigen Keramikmate- rial hergestellt. Sie ist mit einer Spindel 23 in einer Spindelmutter 22 im Gehäuse 15 verbunden und sie kann von dieser Spindel 23 von Hand oder maschinell, zum Beispiel pneumatisch, hin- und herbewegt werden, insbesondere wird durch ein Federorgan geschlossen und pneumatisch geöffnet. Vom Gehäuse sind nicht die Anschlüsse für die Versorgung des Mediums und der Antrieb der Ventilnadel veranschaulicht, was aber be- kannt ist.
Der hülsenförmige Ventilsitzblock 18 mit dem Ventilsitz 17 ist beidseitig mit je einer kegeligen Stirnseite 18‘ geformt, welche im montierten Zu- stand an je einer korrespondierenden Kegelfläche im Gehäuse 15 bzw. gegenüberliegend an einer im Gehäuse 15 befestig baren Muffe 19 als Dichtflächen aniiegen. Die im Gähäuse eingeschmübte Muffe 19 ist mit der Auslassöffnung 13 versehen und es kann in ihr eine nicht näher ge- zeigte AüSlassdüse für die Erzeugung des Wasserstrahls montiert sein.
Zudem ist im Gehäuse 15 eine quer in die Bohrung 11 mündende Ein- lassöffnung 12 vorgesehen, die auf bekannte Weise mit einer einge- schraubten Anschlussmuffe 26 oder dergleichen mit einer Druckleitung für das Zuführen des Druckmediums gekoppelt ist.
Erfindungsgemäss ist beim Ventilsitz 17 im Ventilsitzblock 18 ein Füh- rungsmittel 20 für die Ventilnadel 16 angeordnet. Dieses Führungsmittel 20 ist dabei so ausgebildet, dass die Ventilnadel 16 mit ihrem unmittelbar vor der konischen Spitze 16' anschliessenden Umfangsbereich 16" darin annähernd spielfrei und konzentrisch zum Ventilsitz 17 bis in die Schliessstellung geführt ist, wobei dieses Führungsmittel 20 eine Anzahl von Durchlassöffnungen 24 für das von der Druckkammer 14 in die Aus- lassöffnung 13 zu leitende Medium aufweist. Es ist zwischen diesem und der Bohrung 11 im Gehäuse 15 ein Ringraum 14' der Druckkammer 14 gebildet.
In Fig. 2 ist das kragen- oder hülsenförmige Führungsmittel 20 mit einer zylindrischen Mantelfläche 27 vergrössert dargestellt. Es ist in diesem eine zylindrische innere Führungsfläche 25 ausgebildet, an welcher der Umfangsbereich 16" der Ventilnadel 16 geführt ist. Es sind vier Durch- lassöffnungen 24 als Bohrungen um je 90° versetzt und annähernd radial verlaufend im Führungsmittel 20 enthalten. Sie sind dabei im Verhältnis zu der inneren Führungsfläche 25 mit einer solchen Querschnittsfläche dimensioniert, dass zum einen die Führung der Ventilnadel 16 dauerhaft gewährleistet ist und dass zum andern eine definierte Mengenleistung des Mediums durch diese Bohrungen fliessen kann.
Die Bauhöhe der das Führungsmittel 20 bildenden Hülse ist im Rahmen der Erfindung vorteilhaft grösser als der Gesamthub der Ventilnadel 16 vom Ventilsitz 17 aus gemessen dimensioniert, damit die Ventilnadel 16 in jeder Hubstellung geführt ist. Im Prinzip würde es genügen, wenn sie zumindest unmittelbar oberhalb des Ventilsitzes 17 annähernd spielfrei umgeben ist. Die Bohrungen sind etwa halb so gross wie diese Bauhöhe der Führungsfläche 25 und sie sind im unteren Bereich des Führungsmit- tels 20 angeordnet, so dass das Medium bis kurz vor dem Schliesszu- stand durchfliessen kann. Die Ventilnadel 16 ist damit durch diese Dicht- scheibe 21 und dieses Führungsmittel 20 zweifach höchst präzise ge- führt. Es ist in der Bohrung 11 ausserdem eine abdichtende Hülse 28 und zwi- schen dieser und dem zu ihr beabstandeten Führungsmittel 20 diese quer verlaufende Einlassöffnung 12 in die Druckkammer 14 angeordnet. Der Ventilsitzblock 18 und das Führungsmittel 20 sind sehr vorteilhaft einstückig hergestellt. Sie werden üblicherweise durch spanabhebende Bearbeitung mit der notwendigen Genauigkeit gefertigt. Der Ventilsitz 17 und zumindest die inneren Führungsfläche 25 werden in der gleichen Aufspannung in der Bearbeitungsmaschine bearbeitet, so dass diese möglichst genaue Konzentrizität zwischen der Ventilnadel und dem Ven- tilsitz sichergestellt werden kann. Theoretisch könnte das Führungsmittel 20 jeweils als separater Hülsenkragen gefertigt sein, welches am Ventil- sitzblock beim Ventilsitz mit der erforderlichen Genauigkeit zu befestigen wäre.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Variante einer Ventileinrichtung 10', die an sich gleich wie diejenige nach Fig. 1 gebaut ist. Es sind daher dieselben Bezugszeichen für die gleichen Elemente verwendet und nachfolgend nurmehr die Unterschiede dargetan. Im Wesentlichen ist ein anderer Ventilsitzblock 38 verwendet, der mittels einer Muffe 39 im Gehäuse 15 einspannbar ist. Es sind in analoger Weise kegelige Stirnseiten 38‘ bei diesem Ventilsitzblock 38 geformt, welche im montierten Zustand an je einer korrespondierenden Kegelfläche im Gehäuse 15 bzw. gegenüber- liegend an der Muffe 39 als Dichtflächen anliegen.
Erfindungsgemäss ist das kragenförmige Führungsmittel 30 ebenfalls so ausgebildet, dass die Ventilnadel 16 mit ihrem unmittelbar nach der ko- nischen Spitze 16‘ anschliessenden Umfangsbereich 16“ in der inneren Führungsfläche 35 annähernd spielfrei und konzentrisch zum Ventilsitz 37 bis in die Schliessstellung geführt ist. Es sind eine Anzahl (vier) von Durchlassöffnungen 34 für das zu leitende Medium vorgesehen, die mit ihrer Achse annähernd senkrecht zu der einen Kegelstumpf bildenden Mantelfläche 31 ausgerichtet sind. Damit ist eine optimierte Strömungs- führung des Mediums von der Druckkammer 14 in d ie Auslassöffnung 13 erzielt.
Diese Ventileinrichtung 10' zeichnet sich dadurch aus, dass dem Ventil- sitzblock 38 beidseitig je ein kragenförmiges Führungsmittel 30, 30' mit je einem Ventilsitz 37, 37' zugeordnet ist. Damit kann der Ventilsitzblock 38 in zwei um 180° gedrehte Positionen ins Gehäuse 15 eingesetzt wer- den. Zu diesem Zwecke ist er in Bezug auf seine quer zur Auslassöff- nung 13 verlaufende Mittelebene symmetrisch ausgebildet, d.h. die kege- ligen Stirnseiten 38‘ sind mit demselben Winkel abgeschrägt. Somit kann der Ventilsitzblock 38 nach einer gewissen Betriebszeit um 180° gewen- det eingespannt werden, wenn der im Einsatz befindliche Ventilsitz 37 und/oder das Führungsmittel 30 verschlissen ist.
Die den Ventiisitzbiöök 36 ins Gehäuse 15 verspannende Muffe 39 ist innerhalb der Kegelfläche mit einer Ausnehmung 39‘ versehen, in wel- cher sich das passive Führungsmittel 30‘ im montierten Zustand berüh- rungslos befindet.
Als Variante kann der eingahgsseitige Durchmesser der beiden gegen- überliegenden kegelstumpfförmigen Ventilsitze 37, 37‘ am Ventilsitzblock 38 bei gleicher Konizität unterschiedlich gross sein, während dieselbe Ventilnadel 16 mit der konischen Spitze 16" in der um 180° gewendeten Position des Ventilsitzblocks 38 verwendet wird. Damit wird die kreisför- mige Dichtfläche bei der konischen Spitze 16' der Ventilnadel 16 im Schliesszustand nach dem Wenden des Ventilsitzblockes 38 geändert und die Ventilnadel liegt entsprechend mit einer annähernd nicht ver- schlissenen: kreisförmigen Dichtfläche im neuen Ventilsitz 37' an. Dies ergibt eine weitere Erhöhung der Lebensdauer der Ventilnadel 16.
Gemäss Fig. 7 und Fig. 8 können auch unterschiedliche Konizitäten der beiden gegenüberliegenden Ventilsitze 37, 37' am Ventilsitzblock 38 vor- gesehen sein, während dieselbe Ventilnadel 16 mit der konischen Spitze 16' in der um 180° gedrehten Position des Ventilsitzblocks 38 verwend- bar ist, so dass die kreisförmige Dichtfläche bei der konischen Spitze 16' der Ventilnadel 16 nach dem Wenden des Ventilsitzblockes 38 ändert. Mit diesem abweichenden Neigungswinkel α, α' der jeweiligen kegel- stumpfförmigen Dichtfläche des Ventilsitzes 37 um einen kleinen Winkel- betrag ca. zwischen 1 und 10° liegt die Ventilnadel 16 beim innen- oder beim aussenliegenden Durchmesser Di oder Da an, wie dies in Fig. 7 bzw. Fig. 8 veranschaulicht ist. Wenn nun die Ventilnadel 16 bei ihrem Ventilsitz 16' beim Durchmesser Di abgenutzt ist, ist dies in ihrem oberen Bereich bei Da nicht der Fall. Im Prinzip könnte auch bei einem Wechsel eines Ventilsitzblocks 18 mit nur einem Führungsmittel 20, wie in Fig. 1 dargestellt ist, durch einen neuen Ventilsitzblock mit nur einem oder beidseitig je einem Führungs- mittel entweder ein anderer eingangsseitiger Durchmesser bzw. eine un- terschiedliche Konizität als beim vofgängigen vorgesehen sein, damit derselbe Effekt wie oben erläutert bei dem Ventilsitzblock 38 mit beidsei- tig je einem Ventilsitz 37, 37' entsteht.
Im weiteren Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 ist ein hülsenförmiges Führungsmittel 40 veranschaulicht, welches gleichermassen beim Ventil- sitz 17 im Ventilsitzblock 18 wie dasjenige nach Fig. 1 angeordnet sein kann. Unterschiedlich ist als Besonderheit diese vollflächige zylindrische Mantelfläche 41 und Durchlässöff htihph 44., die als Ausnehmungen in- nerhalb der Mantelfläche 41 parallel und beabstandet zu der zentralen Achse ausgebildet sind. Es sind somit segmentförmige innere Führungs- flächen 45 gebildet, in denen die Ventilnadel 16 mit ihrem Umfangsbe- reich 16" annähernd spielfrei und konzentrisch zum Ventilsitz 17 bis in die Schliessstellung geführt ist. Diese Ausnehmungen und entsprechend die inneren Führungsflächen 45 könnten auch schraubenförmig herge- stellt sein.
Fig. 6 zeigt ein hülsenförmiges Führungsmittel 50, das ebenso beim Ven- tilsitz 17 im Ventilsitzblock 18 wie dasjenige nach Fig. 1 angeordnet sein kann. Unterschiedlich sind diese schlitzförmigen Durchlassöffnungen 54, die kreuzweise durchgehend ausgebildet sind. Es sind somit ähnlich wie beim Führungsmittel 40 segmentförmige innere Führungsflächen 55 von Segmenten 51 gebildet, in denen die Ventilnadel 16 geführt ist. Die An- zahl dieser schlitzförmigen Durchlassöffnungen 54 könnte auch mehr oder weniger als vier und die Höhe derselben könnte auch kürzer als die Bauhöhe der Hülse sein.
Die mit den obigen Ausführungsbeispielen ausreichend erläuterte Erfin- dung könnte selbstverständlich noch durch weitere Varianten dargetan sein. So könnte dieses Fühmngsmittei bis aussen aur Bohrung geführt und im Gehäuse und/oder beim Ventilsitzblock befestigt sein. Es wären dann schlitzförmige oder Ausnehmungen als Öffnungen des Führungs- mittels ausgebildet, wie dies in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigt ist. Die Führungsmittel könnten auch topf-, kalottenförmig oder ähnlich ge- formt sein und die vorzugsweise mehreren Durchlassöffnungen könnten jeweils in ihrer Querschnittsform und/oder in der Ausrichtung noch an- ders als dargestellt ausgestaltet sein.
Bei den beiden Führungsmitteln 30 nach Fig. 3 könnten auch solche ge- mäss den anderen Figuren oder es könnten zwei unterschiedliche Füh- rungsmittel verwendet werden, wenn zum Beispiel aus strömungstechni- schen Gründen gewechselt werden soll.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Ventileinrichtung für ein gesteuertes Durchlässen eines Mediums insbesondere im Hochdruckbereich, die mit einem eine Bohrung (11) aufweisenden Gehäuse (15) mit wenigstens einer Einlass- (12) und einer Auslassöffnung (13), mit einer in der Bohrung (11) gebildeten, mit dem Medium beaufschlagbaren Druckkammer (14) und einer darin hin- und herbewegbaren Ventilnadel (16) mit einer konischen Spitze (16‘) verse- hen ist, die gegen einen Ventilsitz (17) in einem Ventilsitzblock (18) oder im Gehäuse (15) abdichtend andrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ventilsitz (17) im Ventilsitzblock (18) oder im Gehäuse (15) ein Führungsmittel (20, 30, 40, 50) für die Ventilnadel (16) angeordnet ist, durch welches die Ventilnadel (16) mit ihrem Umfangsbereich (16“) un- mittelbar bei der konischen Spitze (16‘) annähernd spielfrei und dabei konzentrisch zum Ventilsitz (17) bis annähernd in die Schliessstellung geführt ist, wobei dieses Führungsmittel (20, 30, 40, 50) mindestens eine Durchlassöffhung (24, 34, 44, 54) für den Durchlass des Mediums von der Druckkammer (14) in die Auslassöffnung (13) aufweist.
2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (20, 30, 40, 50) kragen- bzw. hülsenförmig und zwi- schen diesem und der Bohrung (11) im Gehäuse (15) ein Ringraum (14') der Druckkammer (14) gebildet ist.
3. Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass das Führungsmittel (20, 30, 40, 50) je nach Ausbildung seiner Durch- lassöffnung (24, 34, 44, 54) mit unterbrochenen zylindrischen oder seg- mentförmigen inneren Führungsflächen (25, 35, 45, 55) ausgebildet ist, an welchen der Umfangsbereich (16") der Ventilnadel (16) geführt ist.
4. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Führungsmittel (20, 30, 40, 50) vorzugsweise mit mehreren die Druckkammer (14) mit der Auslassöffnung (13) verbindenden Durchlass- öffnungen (24, 34, 44, 54) als Bohrungen, Schlitze und/oder Ausneh- mungen versehen ist.
5. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Führungsmittel (20, 30, 40, 50) eine zylindrische, kegel- oder an- dersförmige äussere Mantelfläche (27, 31 , 41) aufweist und die vorzugs- weise mehreren Durchlassöffnungen (24, 34, 44, 54) radial und/oder tangential oder in einem Winkel dazu verlaufen.
6. Ventileinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich- net, dass vorzugsweise vier um je 90° versetzte Durchlassöffnungen (24, 34, 44, 54) im Führungsmittel (20, 30, 40, 50) enthalten sind, welche im Verhält- nis zu den inneren Führungsflächen eine solche Querschnittsfläche auf- weisen, dass zum einen die Führung der Ventilnadel (16) dauerhaft ge- währleistet ist und dass zum andern eine definierte Mengenleistung des Mediums durchfliesst.
7. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Mantelfläche (31) des Führungsmittels (30) kegelförmig und die Durchlassöffnungen (34) als Bohrungen ausgebildet sind, die sich mit ihren Achsen annähernd senkrecht zur Mantelfläche (31) in radialer Richtung erstrecken.
8. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Mantelfläche (41) des Führungsmittels (40) zylindrisch und die Durchlassöffnungen (44) innerhalb der Mantelfläche (41) parallel und beabstandet zu der zentralen Achse ausgebildet sind.
9. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (54) als radial verlaufende Schlitze ausgebildet sind und das Führungsmittel (50) damit aus Segmenten (51) besteht.
10. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Ventilsitzblock (18, 38) bzw. das Gehäuse (15) und das Führungsmit- tel (20, 30, 40, 50) jeweils einstückig hergestellt sind, oder dass das Führungsmittel jeweils als separater Hülsenkragen vorgesehen ist, wel- cher im Gehäuse oder am Ventilsitzblock beim Ventilsitz befestigt ist.
11. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass der hülsenförmige Ventilsitzblock (18, 38) mit kegeligen Stirnseiten (18', 38') geformt ist, welche im montierten Zustand mit korrespondierenden Kegelflächen im Gehäuse (15) und gegenüberliegend bei einer befestig- baren Muffe (19, 39) als Dichtflächen Zusammenwirken.
12. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge- kennzeichnet, dass dem Ventilsitzblock (38) beidseitig je ein Führungsmittel (30) mit je ei- nem Ventilsitz (37) zugeordnet ist, so dass dieser Ventilsitzblock (38) in zwei um 180° gedrehte Positionen ins Gehäuse (15) einsetzbar ist.
13. Ventileinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzblock (38) in Bezug auf seine quer zur Auslassöffnung (13) verlaufende Mittelebene symmetrisch ausgebildet ist, und daher seine kegeligen Stirnseiten (38‘) mit demselben Winkel abgeschrägt sind.
14. Ventileinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die eingangsseitigen Durchmesser der beiden gegenüberliegenden Ven- tilsitze (37, 37') am Ventilsitzblock (38) bei gleicher Konizität unter- schiedlich gross sind, während dieselbe Ventilnadel (16) mit der koni- schen Spitze (16;) in der um 180° gedrehten Position des Ventilsitz- blocks (38) verwendbar ist, so dass die kreisförmige Dichtfläche bei der konischen Spitze (16') der Ventilnadel (16) nach dem Wenden des Ven- tilsitzblockes (38) ändert und damit die Ventilnadel im Schliesszustand mit einer nicht verschlissenen kreisförmigen Dichtfläche im Ventilsitz (37‘) anliegt.
15. Ventileinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität zumindest des einen Ventilsitzes (17, 37, 37‘) am Ventil- sitzblock (18, 38) durch einen unterschiedlichen Neigungswinkel (α, α‘) gegenüber der konischen Spitze (16') der Ventilnadel (16) gebildet ist, oder dass die Konizitäten der beiden gegenüberliegenden Ventilsitze (37, 37') des Ventilsitzblocks (38) durch je einen unterschiedlichen Nei- gungswinkel (α, α‘) gegenüber der konischen Spitze (16') gebildet sind, während dieselbe Ventilnadel (16) mit in der um 180° gedrehten Position des Ventilsitzblocks (38) verwendbar ist, so dass die kreisförmige Dicht- fläche bei der konischen Spitze (16') der Ventilnadel (16) nach dem Wenden des Ventilsitzblockes (38) ändert.
16. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Ventilnadel (16) zusätzlich durch eine Dichtscheibe (21 ) im Gehäuse (15) geführt ist und in der Bohrung (11) eine dichtende Hülse (28) an- schliesst, zwischen der und dem zu ihr beabstandeten Führungsmittel (20, 30, 40, 50) die wenigstens eine in die Druckkammer (14) seitlich mündende Einlassöffnung (12) angeordnet ist.
17. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Bauhöhe der inneren Führungsflächen (25, 35, 45, 55) des Füh- rungsmittels (20, 30, 40, 50) grösser als der Gesämthub der Ventilnadel (16) vom Ventilsitz (17) aus gemessen dimensioniert ist, damit die Ven- tilnadel (16) in jeder Hubstellung geführt ist.
18. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Ventilnadel (16) aus einem gehärteten Metall, aus Hartmetall und/oder aus einem Keramikmaterial gefertigt ist.
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