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.