Bauarten handbetätigter Ventile

In industriellen Anwendungen werden verschiedene Bauarten handbetätigter Ventile eingesetzt. Der folgende Artikel erläutert den Aufbau und die Funktionsweise der in Dampfsystemen am häufigsten verwendeten Absperrarmaturen wie Kugelhähne, Absperrklappen, Absperrventile, Absperrschieber und Membranventile.

Unter einem Ventil versteht man im technischen Sprachgebrauch:

Ein Bauteil, in dem der Strömungsweg eines Fluids mit Hilfe eines beweglichen Elements ganz oder teilweise geschlossen werden kann, um damit den Durchfluss abzusperren oder zu regulieren.

Das bewegliche Element ist der Absperrkörper

Bauarten handbetätigter Ventile

Der Absperrkörper dreht sich in den Strömungsweg, um den Durchfluss zu unterbrechen.

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Der Absperrkörper wirkt wie ein Stopfen im Strömungsweg, um den Durchfluss zu unterbrechen.

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Der Absperrkörper wird senkrecht zur Strömungsrichtung in den Strömungsweg eingeschoben, um den Durchfluss zu unterbrechen.

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Der Absperrkörper wird von außen gegen den Strömungsweg gepresst, um den Durchfluss zu unterbrechen.

Kugelhähne

Kugelhähne haben ein sehr gutes Absperrvermögen. Mit nur einer viertel Drehung (90°) kann das Ventil vollständig geöffnet und geschlossen werden. Damit wird die Stellzeit minimal und die Gefahr einer Leckage, wie durch Verschleiß einer Stopfbuchse, wird reduziert.

Es gibt zwei Arten von Kugelhähnen: Solche mit reduziertem Durchgang und mit vollem Durchgang. Bei Kugelhähnen mit reduziertem Durchgang ist die Ventilöffnung kleiner als der Leitungsquerschnitt, während bei solchen mit vollem Durchgang die Ventilöffnung gleich groß wie der Leitungsquerschnitt ist. Meist werden letztere bevorzugt, weil diese einen geringeren Druckverlust aufweisen.

Kugelhähne sollen nur im voll geöffneten oder ganz geschlossenen Zustand verwendet werden. Sie sind nicht für die Regulierung des Durchflusses in Drosselstellung geeignet, denn sie haben einen ringförmigen, weichdichtenden Ventilsitz. Wenn der Kuglehahn teilweise geöffnet ist, wirkt der Druck nur auf einen Bereich des Ventilsitzes, so dass dieser verformt werden kann. Damit verliert er an Dichtigkeit und es resultiert eine Leckage.

Absperrklappen

Bei Absperrklappen wird der Durchfluss durch eine im Strömungsweg drehbare Scheibe reguliert, die auf einer mittigen Achse sitzt. Wie bei Kugelhähnen ist die Stellzeit kurz, da auch hier nur eine viertel Drehung (90°) benötigt wird, um das Ventil ganz zu öffnen und zu schließen.

Absperrklappen zeichnen sich durch ihre einfache Bauform, leichtes Gewicht und kompakte Bauweise aus. Ihr Einbaumaß ist oft extrem kurz, so dass sie im Vergleich zu Absperrventilen einen wesentlich geringeren Druckverlust aufweisen (s.u.). Die verwendeten Werkstoffe der Scheibe und Dichtung können ihren Einsatzbereich für höheren Temperaturen und manche Fluide einschränken. Absperrklappen werden häufig für Wasser und Luft sowie in Anwendungen mit großen Leitungsquerschnitten verwendet.

Absperrventile

Absperrventile sind für einen großen Anwendungsbereich geeignet und können je nach Ausführung sowohl zum Absperren als auch zum Regulieren verwendet werden.

Bei dieser Art von Ventilen wird der Durchsatz nicht nur durch den Öffnungsquerschnitt des Ventilsitzes bestimmt, sondern in erster Linie durch den Ventilhub (Abstand zwischen Kegel und Ventilsitz). Ein Vorteil von Absperrventilen gegenüber anderen Absperrarmaturen ist, dass auch bei teilweise geöffnetem Ventil ein geringeres Risiko der Beschädigung von Ventilsitz und Absperrkörper besteht. Unter den verschiedenen Varianten von Absperrventilen sind besonders Nadelventile gut zur Durchflussregulierung geeignet.

Auf der anderen Seite haben Absperrventile gegenüber anderen Absperrarmaturen einen größeren Druckverlust, weil der Strömungsweg durch das Ventil S-förmig verläuft. Auch die Stellzeit ist bedeutend länger, da die Ventilspindel mehrere Male gedreht werden muss, um das Ventil zu öffnen und zu schließen. Dadurch kann es über längere Zeit zu Verschleiß und Undichtigkeiten an der Stopfbuchse kommen. Außerdem darf das Ventil nicht zu fest geschlossen werden, da sonst die Gefahr besteht, die Oberfläche des Ventilsitzes zu beschädigen.

Absperrschieber

Der Aufbau eines Absperrschiebers ist ähnlich wie bei einem Schleusentor: Der Durchfluss wird dadurch beeinflusst, dass der Absperrkörper mehr oder weniger weit von oben senkrecht in den Strömungsweg geschoben wird. Es gibt drei Ausführungen des Absperrkörpers: massiv (glatt), flexibel und segmentiert. Die letzten beiden Varianten schützen unter bestimmten Betriebsbedingngen vor Deformationen.

So wie Kugelhähne sollen auch Absperrschieber nicht zur Regulierung des Durchflusses verwendet werden, denn der Absperrkörper kann bei teilweise geöffnetem Ventil beschädigt werden. Bei voll geöffnetem Venti haben auch diese einen geringen Druckverlust. Allerdings benötigt man viele Umdrehungen des Handrads, um das Ventil ganz zu öffnen oder zu schließen, so dass die Stellzeit von all den hier erwähnten Absperrorganen am längsten ist.

Membranventile

Bei Membranventillen wird eine flexible Membran zum Absperren auf den Ventilsitz gepresst. Es gibt zwei Ausführungen: Die Stegausführung und in Tiefsitzausführung. Am meisten verbreitet ist die Stegausführung, da bei der Tiefsitzausführung die Membran mehr gedehnt werden muss und dadurch eine kürzere Standzeit hat.

Der größte Vorteil von Membranventilen liegt darin, dass die Ventilkomponenten vollständig vom Fluid getrennt bleiben. Außerdem wird bei dieser Bauform die Möglichkeit einer Leckage durch die Stopfbuchse vermieden, wie sie bei anderen Ventilen auftreten kann. Andererseits kann die Membran schneller verschleißen, wenn das Ventil häufig betätigt wird, so dass der Wartungsaufwand größer ist. Membranventile sind im allgemeinen nicht für höhrere Temperaturen geeignet und werden hauptsächlich für flüssige Medien verwendet.

Dampfverdichter

Bypassventile