Ein Leitfaden zu Kugelhähnen

Abbildung 1: 2-Wege manueller Kugelhahn

Ein Kugelhahn ist ein Einschaltventil, das eine rotierende Kugel mit einer Bohrung verwendet, um den Durchfluss von Gasen und Flüssigkeiten zu steuern. Die Kugel kann mit einem Griff oder Antrieb um 90 Grad (Vierteldrehung) gedreht werden, um das Ventil zu öffnen oder zu schließen. Kugelhähne sind langlebig, zuverlässig, einfach zu bedienen und bieten während ihrer gesamten Nutzungsdauer eine dichte Abdichtung, selbst wenn sie längere Zeit nicht benutzt werden. Dieser Artikel behandelt die Funktionsweise, Merkmale und verschiedenen Arten von Kugelhähnen.

Inhaltsverzeichnis

• Aus welchen Teilen besteht ein Kugelhahn?
• Wie ein Kugelhahn funktioniert
• Manuelle und angetriebene Kugelhähne
• 2-Wege- und 3-Wege-Kugelhähne
• Materialien für Kugelhähne
• Anschlussarten für Kugelhähne
• Vollbohrung und Standardbohrung bei Kugelhähnen
• 1-, 2- und 3-teilige Kugelhähne
• Können Kugelhähne zur Durchflussregelung verwendet werden?
• Spezielle Kugelhähne
• FAQs

Aus welchen Teilen besteht ein Kugelhahn?

Abbildung 2: Kugelhahn-Diagramm: Spindel (A), O-Ringe (B), Gehäuse (C), Kugel (D) und Sitz (E).

Abbildung 2 zeigt die Hauptkomponenten eines 2-Wege-Kugelhahns:

• Ventilspindel (A): Die Ventilspindel verbindet den Antrieb (z.B. Griff oder Aktuator) mit der Kugel.
• O-Ringe (B):O-Ringe in einem Kugelhahn sind kreisförmige Dichtungen aus Materialien wie Gummi. Sie verhindern Lecks, indem sie eine dichte Abdichtung zwischen Teilen schaffen, wie zum Beispiel um die Spindel oder Sitze herum.
• Gehäuse (C): Das Gehäuse trägt alle internen Komponenten des Ventils und schützt sie vor Anwendungs- und Umgebungsbedingungen. Das Gehäuse hat normalerweise Öffnungen zum Anschließen von Rohren, bekannt als Einlass- und Auslassanschlüsse. Das Gehäuse besteht aus starken und langlebigen Materialien wie Messing, Edelstahl oder PVC.
• Kugel (D): Die Kugel hat eine Bohrung, durch die Flüssigkeit fließen kann, wenn das Ventil geöffnet ist. Diese Bohrung richtet sich mit dem Ventilweg aus und lässt Flüssigkeit durchfließen. Wenn die Bohrung senkrecht zum Durchfluss gedreht wird, stoppt sie den Flüssigkeitsdurchfluss.
• Sitz (E): Der Sitz stützt und dichtet die Kugelkomponente ab. Kugelhähne haben normalerweise zwei Sitze. Wenn das Ventil geschlossen ist, bilden diese Sitze eine dichte Abdichtung um die Kugel. Der stromaufwärts gelegene Sitz dichtet gegen den Druck der einströmenden Flüssigkeit ab, während der stromabwärts gelegene Sitz verhindert, dass Leckagen in die Atmosphäre entweichen.

Wie ein Kugelhahn funktioniert

• Offene Position: Wenn der Ventilgriff um 90 Grad gedreht wird, dreht sich die Kugel so, dass ihre Bohrung mit dem Durchflussweg übereinstimmt. Diese Ausrichtung ermöglicht einen freien Flüssigkeitsdurchfluss durch das Ventil. In dieser Position ist der Griff parallel zum Rohr und zeigt an, dass das Ventil geöffnet ist.
• Geschlossene Position: Durch Zurückdrehen des Griffs um 90 Grad dreht sich die Kugel so, dass die Bohrung senkrecht zum Durchflussweg steht und den Flüssigkeitsdurchgang effektiv blockiert. In dieser Position steht der Griff senkrecht zum Rohr und zeigt an, dass das Ventil geschlossen ist.

Während die manuelle Bedienung mit einem Griff üblich ist, können Kugelhähne auch mit Antrieben für eine automatisierte Steuerung ausgestattet werden.

Manuelle und angetriebene Kugelhähne

Manuelle Kugelhähne

Manuelle Kugelhähne verwenden einen Griff oder Hebel zum Öffnen und Schließen des Kugelhahns. Sie sind einfach und kostengünstig, ideal für Anwendungen mit niedrigem Zyklus ohne Automatisierung. Allerdings erfordern sie manuelle Bedienung, was ihren Einsatz in abgelegenen oder gefährlichen Bereichen einschränkt. ISO-Top-Kugelhähne (Abbildung 5) haben einen standardisierten Befestigungsflansch nach ISO 5211 zur Montage eines elektrischen oder pneumatischen Antriebs.

Elektrische Kugelhähne

Elektrische Kugelhähne verwenden einen elektrischen Antrieb, um das Ventil automatisch zu öffnen und zu schließen. Sie eignen sich für Anwendungen, die eine präzise Durchflusssteuerung und Integration in Kontrollsysteme erfordern. Sie bieten hohe Genauigkeit, sind aber von elektrischer Energie abhängig, was sie teurer und komplexer in Installation und Wartung macht. Elektrische Kugelhähne werden häufig als Zonenventile in Heizungssystemen eingesetzt.

Bei der Auswahl eines elektrischen Kugelhahns ist es wichtig, die Reaktionszeit zu berücksichtigen. In Notfällen kann eine schnelle Reaktion Unfälle verhindern und das Risiko von Schäden an Ausrüstung und Personal reduzieren. Weitere wichtige Parameter sind Drehmomentanforderungen, Stromverbrauch und Kompatibilität mit bestehenden Steuerungssystemen. Erfahren Sie mehr in unserem Artikel über elektrische Kugelhähne im Überblick.

Pneumatische Kugelhähne

Pneumatische Kugelhähne, die durch Druckluft angetrieben werden, sind aufgrund ihrer schnellen Reaktionszeit ideal für Anwendungen mit schnellem Zyklus. Sie sind von Natur aus sicher für den Einsatz in explosiven oder gefährlichen Umgebungen, da sie keine elektrischen Komponenten beinhalten. Dies macht sie zu einer bevorzugten Wahl in Industrien wie Öl und Gas. Außerdem bieten pneumatische Antriebe hohe Kraft und hohes Drehmoment, was sie für größere Ventile oder Anwendungen geeignet macht, die eine erhebliche Antriebsleistung erfordern. Allerdings benötigen sie ein Druckluftsystem, was den Infrastruktur- und Wartungsbedarf erhöhen kann. Erfahren Sie mehr in unserem Artikel über pneumatische Kugelhähne im Überblick.

 

Abbildung 3: 2-Wege elektrischer Kugelhahn mit integriertem Relais (links) und ein 3-Wege pneumatischer Kugelhahn (rechts)

2-Wege- und 3-Wege-Kugelhähne

Gängige Kugelhähne haben zwei oder drei Anschlüsse, bekannt als 2-Wege- und 3-Wege-Konfigurationen.

• 2-Wege: Bei einem 2-Wege-Kugelhahn ist die Flussrichtung gerade, vom Eingang zum Ausgang. 2-Wege-Kugelhähne werden für einfache Ein/Aus-Flüssigkeitssteuerung verwendet.
• 3-Wege:3-Wege-Kugelhähne haben drei Anschlüsse. Sie sind entweder in L-Port- oder T-Port-Konfiguration erhältlich. Diese Bezeichnungen beziehen sich auf die interne Bohrungsstruktur, die die Richtung des Medienflusses bestimmt.
  • Die L-förmige Bohrung kann den Fluss zwischen zwei Wegen lenken und eignet sich zum Verteilen. Die T-förmige Bohrung kann drei Wege verbinden oder isolieren und ermöglicht eine vielseitigere Durchflusssteuerung, wie das Mischen oder Verteilen von Flüssigkeiten.

Materialien für Kugelhähne

Gehäusematerialien

Edelstahl, Kunststoff, Messing und Gusseisen sind die verschiedenen Gehäusematerialien für Kugelhähne. Jedes Material hat unterschiedliche Eigenschaften, daher gewährleistet die Wahl des richtigen Materials optimale Systemleistung, Sicherheit und Kosteneffizienz. Lesen Sie unseren Artikel über Kugelhahn-Materialien für weitere Informationen zur Medienverträglichkeit, Temperatur- und Drucktoleranz von Kugelhahn-Gehäuse- und Sitzmaterialien.

Tabelle 1: Edelstahl vs. Messing, Kunststoff und Gusseisen Kugelhähne

Dichtungsmaterialien

Kugelhähne mit PTFE (Teflon) Sitzen werden häufig verwendet. Kugelhahndichtungen können jedoch auch aus Metallen oder anderen synthetischen Materialien wie PA (Polyamid), EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) und FKM (Fluorelastomer) hergestellt werden. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zur chemischen Beständigkeit von Materialien.

Anschlussarten für Kugelhähne

Kugelhähne können auf verschiedene Weise mit Rohren verbunden werden, was sie für verschiedene Anwendungen vielseitig einsetzbar macht. Lesen Sie unseren Artikel über Kugelhahn-Anschlussarten für weitere Informationen zu den Endanschlusstypen für verschiedene Kugelhahn-Typen.

Tabelle 1: Kugelhahn-Anschlussarten

Kugelhähne mit Vollbohrung und Standardbohrung

Kugelhähne können basierend auf ihrer Bohrungsgröße Voll- oder Standardbohrung (reduziert) haben.

• Kugelhähne mit Vollbohrung haben einen Bohrungsdurchmesser, der der Rohrgröße entspricht und minimale Durchflussbeschränkung bietet. Sie verursachen einen sehr geringen Druckabfall und können leicht gereinigt werden (ideal für Molchen). Sie sind jedoch im Vergleich zu Kugelhähnen mit Standardbohrung kostspielig.
• Kugelhähne mit Standardbohrung haben eine etwas kleinere Bohrung. Sie haben eine höhere Geschwindigkeit, einen höheren Energieverlust und Druckabfall als Kugelhähne mit Vollbohrung. Sie sind jedoch kompakt und weniger kostspielig.

Abbildung 4: Kugelhähne mit Vollbohrung (links) und Standardbohrung (rechts)

1-, 2- und 3-teilige Kugelhähne

Kugelhähne gibt es in 1-, 2- oder 3-teiligen Bauformen.

• 1-teiliger Kugelhahn: Dieser Kugelhahn hat eine solide einteilige Bauform. Er ist kompakt und geeignet für Niederdruckanwendungen im Wohnbereich, wie Sanitärsysteme.
• 2-teiliger Kugelhahn: Ein 2-teiliger Kugelhahn besteht aus zwei Teilen. Er kann leicht demontiert werden, ohne das Rohr zu schneiden, was eine einfachere Wartung ermöglicht. Der Kugelhahn ist vielseitig, mit verschiedenen Größen und Druckstufen. Er wird häufig für industrielle Anwendungen verwendet, bei denen häufige Wartung erforderlich sein kann.
• 3-teiliger Kugelhahn: Ein 3-teiliger Kugelhahn besteht aus drei Teilen, die leicht montiert und demontiert werden können. Die Bauform ermöglicht Anpassungen, da einzelne Komponenten ausgetauscht werden können. Er ist ideal für Hochdruckanwendungen und wird in der chemischen Verarbeitung, Öl- und Gasindustrie sowie Wasseraufbereitung eingesetzt. 3-teilige Kugelhähne sind jedoch kostspielig.

Lesen Sie unseren Artikel über 1-, 2-, 3-teilige Kugelhähne für weitere Details zur Konstruktion und Bauform jedes Typs.

Abbildung 5: 3-teiliger Kugelhahn aus Edelstahl

Können Kugelhähne zur Durchflussregelung verwendet werden?

Kugelhähne fungieren typischerweise als Einschaltventile zur Steuerung des Durchflusses von Flüssigkeiten oder Gasen in einem Rohrleitungssystem. Sie sind nicht ideal für eine präzise Durchflussregelung.

Regelkugelhähne sind modifizierte Kugelhähne, die speziell für die Fluidregelung entwickelt wurden. Die Bohrungsform in einem Regelkugelhahn kann an die spezifischen Anforderungen der Anwendung angepasst werden, z.B. in 'V', 'U' oder parabolischer Form. Sie regeln und modulieren den Durchfluss und bieten Stabilität und Präzision. Weitere Informationen finden Sie in unseren Artikeln über Regelkugelhahn und V-Port Kugelhahn.

Abbildung 6: Belimo Regelkugelhahn für HLK-Anwendungen

Spezielle Kugelhähne

• Entlüftet: Ein entlüfteter Kugelhahn verfügt über einen Entlüftungsmechanismus, um eingeschlossenen Druck abzulassen und potenzielle Schäden oder Gefahren zu verhindern. Lesen Sie unseren Artikel Überblick über entlüftete Kugelhähne für weitere Details zur Bauform, Funktionsweise und Anwendungen von entlüfteten Kugelhähnen.
• Modulierend: Ein modulierender Kugelhahn kann in jede Position zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen eingestellt werden. Dies ermöglicht eine präzise Durchflussregulierung zur Steuerung von Parametern wie Temperatur, Füllstand oder Konzentration. Er wird typischerweise mit einem elektrischen Stellantrieb und einem Rückmeldesystem automatisiert, um Echtzeitinformationen zur Position zu liefern.
• 90-Grad-Kugelhähne:90-Grad-Kugelhähne verbinden Wasser- und Gasversorgungsleitungen in Wohn- und Gewerbegebäuden senkrecht zur Versorgungsleitung mit Armaturen. Sie ermöglichen ein schnelles Absperren und Isolieren für Wartungsarbeiten oder Notfälle. Lesen Sie unseren Artikel Überblick über rechtwinklige Kugelhähne für weitere Informationen.
• Hochdruck-Kugelhähne:Hochdruck-Kugelhähne werden für Hydraulik- und Heizölanwendungen bis zu 500 bar (7.250 psi) eingesetzt. Sie werden mit einem Hebel bedient und bieten aufgrund der Vollbohrung einen ungehinderten Durchfluss. Lesen Sie unseren Artikel über Hydraulik Kugelhähne für weitere Informationen.

Abbildung 8: 2-Wege-Hydraulik Kugelhahn für Hochdruckanwendungen

FAQs

Kann ein Kugelhahn teilweise geöffnet sein?

Ein Kugelhahn wird nicht zum Drosseln empfohlen, da dies zu ungleichmäßigem Verschleiß, Vibrationen und Geräuschen führen kann. Verwenden Sie Regelkugelhähne zum Drosseln.

Wo wird ein Kugelhahn eingesetzt?

Kugelhähne werden in Rohrleitungen zur Ein/Aus-Steuerung in Industrien, Hausinstallationen und Bewässerungssystemen eingesetzt, da sie schnell zu bedienen sind und dicht abschließen.

Kann ein Kugelhahn den Durchfluss regeln?

Obwohl ein Kugelhahn den Durchfluss regeln kann, ist er nicht ideal für eine präzise Durchflussregulierung. Er eignet sich am besten für Anwendungen, die vollständig geöffnete oder geschlossene Positionen erfordern.

Warum braucht man einen Kugelhahn?

Kugelhähne werden wegen ihrer zuverlässigen, schnellen Absperrfähigkeiten, minimalem Druckabfall und Langlebigkeit benötigt, was sie ideal für verschiedene Fluidsteuerungsanwendungen macht.

Was ist besser, Messing- oder Kunststoff-Kugelhähne?

Messing-Kugelhähne sind langlebiger und hitzebeständiger, geeignet für Hochdruck- und Temperaturanwendungen. Kunststoffventile sind korrosionsbeständig und leicht, ideal für den Einsatz mit Chemikalien.

Wann ist ein Kugelhahn geöffnet?

Ein Kugelhahn ist geöffnet, wenn der Griff in einer Linie mit dem Rohr steht, und geschlossen, wenn er senkrecht zum Rohr steht. Er muss nur um 90 Grad gedreht werden.

Können Kugelhähne versagen?

Ja, ein Kugelhahn kann versagen. Häufige Ausfallarten sind eine beschädigte Dichtung (Ventil dichtet nicht zu 100%) oder eindringende Fremdkörper (Ventil lässt sich nicht bewegen).

Wofür kann ein Kugelhahn verwendet werden?

Ein typischer Kugelhahn fungiert als Einschaltventil. Verwenden Sie einen Regelkugelhahn, wie einen V-Port-Kugelhahn, für eine präzise Durchflussregelung.