Definition Was ist ein Absperrventil?

Ein Absperrventil ist eine mechanische Vorrichtung, die in Rohrleitungen, Kanälen oder anderen Fluidsystemen eingesetzt wird, um den Durchfluss oder die Strömung eines Mediums zu kontrollieren, zu stoppen oder zu regulieren. konstruktionspraxis erklärt, woraus sich ein Absperrventil zusammensetzt und welche Bauarten und Funktionsweisen es gibt.

Absperrventile werden auch als Sperrventil, Absperreinrichtung, Absperrorgan oder Absperrschieber bezeichnet. Industrielle Absperrventile bestehen aus verschiedenen Bauteilen, um das Ventil zu betätigen und den Durchfluss von gasförmigen oder flüssigen Medien zu kontrollieren. Die Absperrventile lassen sich entweder manuell von Hand betätigen oder motorisiert mit Stellantrieben öffnen bzw. schließen.

Die Konstruktion und Ausführung von Absperrventilen kann je nach Ventiltyp variieren.

Was sind die Hauptkomponenten eines Absperrventils und wie funktioniert es?

Im Allgemeinen bestehen Absperrventile aus einem Ventilkörper, einem Verschlussmechanismus für eine Durchgangsöffnung mit Dichtung, dem Ventilsitz, an der der Durchfluss reguliert bzw. das Ventil geöffnet oder geschlossen wird, einer Spindel, die entweder mit einem Handrad oder einem Stellantrieb zur Verstellung des Verschlussmechanismus betätigt wird.

Ergänzend zu diesen Hauptkomponenten können Absperrventile noch weitere Bauteile integrieren, darunter Entlüftungsventile, Ablauföffnungen oder Abstreifringe zur Reinigung der Spindel, um einige Beispiele zu nennen.

Bei Ventilen im engeren Sinne wird ein Verschlussteil (z. B. Teller, Kegel, Kugel oder Nadel) ungefähr parallel zur Strömungsrichtung des Fluids bewegt. Die Strömung wird unterbrochen, in dem dieser Verschlussmechanismus an den Ventil- oder Dichtungssitz gepresst wird.

Armaturen wie Absperrschieber, Absperrklappen, Kugelhähne oder Rückschlagarmaturen sind aufgrund der obigen Definition von Ventil eigentlich keine Absperrventile. Dennoch werden solche Lösungen in vielen Produktübersichten unter der Kategorie Absperrventil eingeordnet. Aus diesem Grund geht dieser Beitrag der Vollständigkeit halber auch auf die Funktionsweise solcher Armaturen ein.

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Welches Absperrventil für welche Anwendung?

Die Konstruktion und Werkstoffauswahl eines Absperrventils werden im Wesentlichen von den vorherrschenden Betriebsbedingungen, dem Druck, der Temperatur und der Art des zu regulierenden Mediums bestimmt. Für eine effiziente und sichere Funktion des Absperrventils ist somit die korrekte Auswahl und Wartung der Ventilkomponenten entscheidend.

Der Verschlussmechanismus am Ventilsitz ist ein entscheidendes Element eines Absperrventils. Je nach Form der Durchflussöffnung werden Absperrventile daher unterschieden in

• Hubventile oder

• Ringventile

Bei einem Hubventil hebt sich der Absperrkörper senkrecht von einer Öffnung ab. Hubventile verwenden hierbei einen beweglichen, scheibenförmigen Teller oder Kegel, um den Durchfluss zwischen zwei getrennten Kammern in einem Ventilkörper zu steuern. Über den Antrieb wird eine Spindel betätigt, wodurch sich die Scheibe anhebt oder senkt. Hierdurch wird das Ventil geöffnet, geschlossen oder aber der Durchfluss entsprechend der Position des Tellers bzw. Kegels reguliert. Zu Hubventilen existieren eine Reihe an Konstruktionsvarianten, darunter T- oder Z-Hubventile, Y-Hubventile und eckige Hubventile, die sich vor allem durch die spezifische Fließ- bzw. Strömungsrichtung eines Mediums durch den Ventilsitz unterscheiden und primär dazu dienen, den Druckverlust in einem Absperrventil zu verringern.

Bei Ringventilen ist die Öffnung nur außen frei, z. B. weil in der Mitte eine Achse liegt. Ein Ringventil verfügt über einen ringförmigen Verschluss, der sich in einer Ventilkammer befindet. Über einen Antrieb wird dieser Ring mittels einer Spindel in die Strömungsrichtung eines Mediums gebracht, um den Durchfluss zu regulieren. Ringventile werden in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt, etwa in der Chemie, Petrochemie, bei der Öl- und Gasförderung sowie der Wasser- und Abwasserbehandlung. Da die Funktionsweise eines Ringventils (auch Ring-Drosselventil oder Ring-Dichtungsventil genannt) je nach Bauart und Anwendung variieren kann, folgt an dieser Stelle eine eher allgemeine Funktionsbeschreibung:

• In offener Position wird der ringförmige Verschluss so bewegt, dass die Durchgangsbohrung des Ventils vollständig mit dem Ein- und Auslassanschluss ausgerichtet ist und somit den ungehinderten Durchfluss des Mediums ermöglicht.

• Bei geschlossenem Ventil wird der Ringverschluss so positioniert, dass die Durchgangsbohrung blockiert wird. Der Ein- und Auslassanschluss des Ventils sind demnach nicht mehr durch den Ring miteinander verbunden.

• Zwischen einem vollständig geöffneten und geschlossenen Ventil kann der ringförmige Verschluss auch verschiedene Zwischenpositionen einnehmen. Je nachdem, wie weit der Ring geöffnet oder geschlossen ist, vergrößert bzw. verringert sich die Durchflussmenge des Mediums.

Welche Bauformen von Absperrventilen gibt es?

In der Industrie gibt es eine breite Palette an Absperrventilen in den unterschiedlichsten Bauformen, die je nach Anwendung und den spezifischen Anforderungen eingesetzt werden. Alle nachfolgend beschriebenen Ventile detailliert in ihrer individuellen Funktionsweise zu beschreiben, würde den Rahmen dieses Beitrags sprengen. Daher nachfolgend nur einige Beispiele der wohl am häufigsten verwendeten industriellen Absperrventile bzw. Absperrarmaturen, die häufig unter der Kategorie Absperrventil subsummiert werden:

• Kolbenventil

• Kegelventil

• Nadelventil

• Membranventil

• Kugelhahn

• Absperrschieber

• Absperrklappe

• Rückschlagventil

• Druckminderventil

Kolbenventil: Ein Kolbenventil besteht aus einem zylindrischen Ventilkörper mit einem beweglichen Kolben, um den Durchflussweg zu öffnen oder zu schließen. Befindet sich der Kolben in seiner oberen Position, ist das Ventil geöffnet. Wird der Kolben nach unten bewegt, schließt das Ventil und der Durchfluss ist gestoppt.

Kolbenventile finden in vielen Industriebereichen Anwendung, darunter in Öl- und Gasanlagen, chemischen Anlagen, Wasseraufbereitungssystemen, Dampfkraftwerken und vielen anderen Prozessanlagen, bei denen ein präzises Steuern des Durchflusses erforderlich ist. Wie bei vielen anderen Absperrventilen, gibt es auch bei Kolbenventilen verschiedene Ausführungen, darunter ein- oder mehrteilige Bauformen mit unterschiedlichen Materialien für den Ventilkörper und den Kolben sowie unterschiedliche Antriebsmechanismen.

Kegelventil: Ein Kegelventil (auch Kegeldrosselventil oder Kegelabsperrventil) besteht aus einem über eine Spindel steuerbaren kegelförmigen Verschlusskörper. Der Kegelverschluss ist so angeordnet, dass er je nach Drehung die Durchgangsbohrung des Ventils verengt oder öffnet. Kegelventile haben den Vorteil, dass sie den Durchfluss durch die Positionierung des Kegelverschlusses präzise regulieren können, um den gewünschten Durchfluss zu erreichen.

Nadelventil: Nadelventile sind mit einer kleinen Öffnung versehen und verfügen über einen nadelförmigen Stift, der in den Ventilsitz eingeführt wird, um den Durchfluss zu regulieren. Solche Absperrventile ermöglichen eine sehr präzise Regulierung der Strömung.

So funktioniert ein Nadelventil: Über eine Spindel wird die Absperrnadel in Längsrichtung so bewegt, dass sich der Querschnitt der Ventilöffnung verkleinert oder vergrößert. Durch den kleinen Kegelwinkel der Nadel ist das Verhältnis zwischen dem strömungsrelevanten Querschnitt und der Längsverschiebung der Nadel sehr gering, wodurch eine sehr empfindliche Einstellung der Durchflussmenge ermöglicht wird.

Membranventil: Bei einem Membranventil wird eine flexible Membran als Verschlussmechanismus verwendet. Sie dient als bewegliches Trennelement zwischen dem Einlass und dem Auslass des Ventils. Die Membran kann aus verschiedenen Materialien wie Kunststoff, PTFE (Teflon) oder Metall bestehen und ist so gestaltet, dass sie sich bei der Bewegung des Verschlussmechanismus biegt oder verformt.

So funktioniert ein Membranventil:

• In der offenen Position wird die Membran durch den Durchfluss des Mediums nach außen gedrückt und ermöglicht somit den ungehinderten Durchfluss des Mediums.

• Um das Ventil zu schließen, wird die Membran z. B. mithilfe eine pneumatischen Stellantriebs in Richtung des Einlasses gedrückt, wodurch die Durchgangsbohrung blockiert ist.

Membranventile werden u.a. in der Pharmazie, Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Chemie, Wasseraufbereitung und Medizintechnik eingesetzt. Sie bieten den Vorteil einer zuverlässigen Abdichtung bei einem gleichzeitig einfachen Aufbau, die den Einsatz auch in anspruchsvollen Umgebungen ermöglicht. So werden diese Absperrventile häufig dort eingesetzt, wo ein hoher Hygienestandard erforderlich ist oder das zu transportierende Medium andere Ventiltypen beschädigen könnte.

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Was ist eine Hydraulikpumpe?

Kugelhahn (Kugelventil): Grundlegend besteht ein Kugelhahn aus einem Kugelkörper mit einer Durchgangsbohrung, die typischerweise den gleichen Durchmesser wie eine Rohrleitung besitzt.

So funktioniert ein Kugelhahn:

• In der offenen Position ist die Durchgangsbohrung der Kugel direkt mit den Ein- und Auslassanschlüssen eines Ventils ausgerichtet, damit das Medium ungehindert fließen kann.

• Durch eine Drehung um 90 Grad wird der Kugelhahn geschlossen, wodurch der Mediendurchfluss stoppt.

Die Vorteile eines Kugelhahns sind unter anderem:

• eine einfache Bedienung

• geringer Widerstand im geöffneten Zustand

• relativ geringe Leckageraten im geschlossenen Zustand

Der Kugelhahn ist vermutlich die häufigste in industriellen Anwendungen verwendete Absperrarmatur und wird zumeist manuell betätigt.

Absperrschieber: Mit sogenannten Schiebern wird der Gas- oder Flüssigkeitsdurchfluss durch ein verschiebbares Schließelement teilweise oder komplett getrennt. Der Verschlussmechanismus eines Schiebers besteht aus einer flachen oder keilförmigen Platte.

So funktioniert ein Absperrschieber: Der Schieber wird über eine Spindel senkrecht zur Strömungsrichtung gehoben oder gesenkt und bewegt sich dabei entlang der Dichtflächen des Armaturengehäuses.

• In der offenen Position ist der Schieber angehoben und befindet sich daher nicht im Durchflussweg des Mediums, das ungehindert die Armatur passieren kann.

• Zum Schließen wird der Schieber gesenkt und somit in den Durchflussweg geschoben, sodass der Medienfluss unterbrochen ist.

Absperrschieber werden oft in Anwendungen verwendet, bei denen eine Leitung vollständig geöffnet oder geschlossen sein muss. Sie eignen sich insbesondere für den Einsatz in großen Rohrleitungssystemen, da sie den Durchfluss mit geringem Widerstand regulieren oder stoppen können.

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Welche Bauformen gibt es bei Hydraulikpumpen?

Absperrklappe (Drosselklappe): Eine Absperrklappe ist eine Armatur, bei der der Durchfluss von gasförmigen oder flüssigen Medien durch eine drehbare Scheibe oder Klappe im Strömungsquerschnitt reguliert wird. Die Absperrklappe wird hierbei um ihre Mittelachse längs oder quer im Medienstrom bewegt. Durch eine Drehung um 90 Grad wird die Rohrleitung vollständig geöffnet oder geschlossen.

Bei vollständiger Öffnung befindet sich die Klappe parallel zur Strömungsrichtung. Hierdurch besitzt sie in geöffnetem Zustand einen gewissen Strömungswiderstand. Zu dieser Form von Absperrarmaturen gehören auch Rückschlagklappen, die Strömung einer Flüssigkeit oder eines Gases in nur einer Richtung zulassen.

Rückschlagventil: Rückschlagventile werden in nahezu allen Industriezweigen eingesetzt, um den unerwünschten Rückfluss von Flüssigkeiten oder Gasen zu verhindern. Dabei werden zwei Varianten unterschieden:

• Meist wird der Verschlussmechanismus mittels Feder geschlossen, in der anderen Richtung dagegen vom Druck des Mediums freigegeben. Als Schließelemente wird z. B. eine Kugel, ein Kegel, eine Klappe oder aber eine Membran verwendet.

• In Absperrarmaturen ohne Feder wird der Verschlussmechanismus entweder durch die Schwerkraft oder durch den Strömungsdruck eines Mediums in den Ventilsitz bzw. Dichtungssitz gedrückt.

So funktioniert ein Rückschlagventil:

• Bei offener Armatur fließt das Medium vom Einlass zum Auslass, wobei der Verschlussmechanismus so positioniert ist, dass er sich durch den Mediendruck öffnet.

• Bewegt sich das Medium hingegen in Gegenrichtung, schließt sich der Mechanismus gegen die normale Strömungsrichtung, wodurch ein Rückfluss des Mediums verhindert wird.

Rückschlagventile sind in der Industrie weit verbreitet und werden häufig in Pumpensystemen, Kompressoren, Wasserleitungen, Gasleitungen, Heizungs- und Kühlsystemen, Druckluftanlagen und hydraulischen Systemen eingesetzt, um Schäden oder Störungen durch ein Zurückfließen des Mediums zu vermeiden. Rückschlagventile sind in unterschiedlichsten Bauformen zu finden, etwa:

• Klappen-Rückschlagventile

• Kugel-Rückschlagventile

• Schrägsitz-Rückschlagventile

• Hubventile

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Druckminderventil: Druckminderventile (auch als Druckreduzierventil oder Reduzierventil bezeichnet) dienen dazu, den Druck eines flüssigen oder gasförmigen Mediums in einer Leitung zu regulieren und ihn somit auf einen voreingestellten Wert zu begrenzen. Ein solches Absperrventil besteht beispielsweise aus einem Federmechanismus, der eine Rückstellkraft zur Regulierung des Verschlussmechanismus erzeugt. Aber auch die Schwerkraft kann als Rückstellkraft dienen, wobei dann etwa Rückschlagklappen durch ihr Eigengewicht den Ventilsitz schließen.

So funktioniert ein Druckminderventil: Bei der Druckreduktion strömt das Medium durch das Ventil und übt Druck auf den Verschlussmechanismus aus. Übersteigt der Druck den voreingestellten Sollwert, wird die Rückstellkraft der Feder überwunden. Das Ventil öffnet, um den Überdruck abzulassen, bis der Sollwert erreicht ist. In diesem Fall wirkt die Federkraft in entgegengesetzter Richtung und das Ventil schließt (Druckstabilisierung).

Druckminderventile sind immens wichtig, um in Rohrleitungen die Überschreitung spezifischer Drücke zu verhindern, damit Anlagen und Geräte vor Beschädigungen geschützt und sichere Betriebsbedingungen geschaffen werden.

Anbieter von Absperrventilen und Absperrarmaturen

• AMF

• Beulco

• Böhmer

• Bürkert

• Festo

• Flowserve

• GEA

• Hawe Hydraulik

• Herberholz

• Honeywell

• Leusch

• Norgren

• Parker

• Schubert & Salzer

• Siemens

• Sisto

• Roemheld

• Rotex

• Wika

Bei dieser Aufzählung handelt es sich um einen Auszug ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Quellen: Wikipedia, Kesselheld, Reichelt Chemietechnik, Arei Kanal-Service, Tameson, Academic

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