Die Auswahl der richtigen Armatur ist ein sehr wichtiger Schritt bei der Auslegung jedes Fluidförderungssystems, da ein falscher Armaturentyp zu zahlreichen Problemen führen kann. Unter allen Armaturentypen gehören das Absperrschieber und das Kugelventil zu den am häufigsten verwendeten Armaturen in Technik und Industrie. Obwohl beide zur Steuerung des Flüssigkeitsstroms dienen, unterscheiden sie sich in Bauweise, Funktionsweise und Anwendungsbereich. Es ist entscheidend, diese Unterschiede zu verstehen, um in zahlreichen Branchen die besten Ergebnisse hinsichtlich Systemleistung, Produktivität und Sicherheit zu erzielen. Dieser Artikel konzentriert sich auf die detaillierte Beschreibung von Absperrschiebern und Kugelhähnen, was Ihnen helfen wird, die richtige Wahl für Ihre Anwendung zu treffen.
Was ist ein Absperrschieber?
In seiner einfachsten Form ist ein Absperrschieber ein Ventil mit linearer Bewegung, das den Durchfluss von Wasser oder anderen Flüssigkeiten öffnet oder sperrt. Seine Hauptanwendung besteht darin, den Flüssigkeitsstrom vollständig zu öffnen oder zu schließen, sodass in geöffneter Stellung ein Durchfluss durch den gesamten Durchmesser und in geschlossener Stellung kein Durchfluss möglich ist. Zu den gängigsten Arten von Absperrschiebern zählen Parallelschieber, Keilschieber (mit festem Keil, flexiblem Keil und geteiltem Keil) sowie Durchgangsschieber, die für unterschiedliche Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen entwickelt wurden.
Was ist ein Kugelhahn?
Ein Kugelhahn ist eine Art Drehventil, das sich um eine Viertelumdrehung dreht, um das Ventil mithilfe einer kugelförmigen Scheibe mit einer Öffnung in der Mitte zu öffnen oder zu schließen. Kugelhähne zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, schnell abzusperren, eine dichte Abdichtung zu gewährleisten und relativ klein zu sein, wodurch sie sich für den Einsatz in Wasserversorgungssystemen eignen. Es gibt verschiedene Arten von Kugelhähnen, wie beispielsweise Vollbohrungs-, Reduzierbohrungs-, V-Bohrungs- und Zapfenkugelhähne, die jeweils unterschiedliche Durchflusskoeffizienten und Druckstufen aufweisen. Das Hauptelement ist eine hohle Kugel mit einer drehbaren Bohrung.
Absperrschieber vs. Kugelhahn: Wie schneiden sie im Vergleich ab?
Arbeiten
Gestaltung und Aufbau
Auch der Aufbau von Schiebern und Kugelhähnen weist einige Unterschiede auf, die sich wie folgt zusammenfassen lassen: Ein Schieber besteht aus Gehäuse, Haube, Schieber, Sitzringen, Spindel und Antrieb, der entweder als Handrad oder als automatischer Antrieb ausgeführt sein kann. Der Schieber gleitet mithilfe der Sitzringe entlang der Spindel, um den Durchfluss zu regulieren. Kugelhähne hingegen bestehen in der Regel aus einem Gehäuse, einer Kugel, Sitzen, einer Spindel und einem Antrieb. Die Kugel mit ihrer speziellen Bohrung ist das Hauptbauteil zur Durchflussregelung; sie dreht sich, um die Sitze entweder zu öffnen oder zu schließen und so den Durchfluss von Flüssigkeiten zu ermöglichen oder zu verhindern. Schieber sind im Allgemeinen größer und schwerer als Kugelhähne gleicher Größe und Druckklasse, was hauptsächlich auf den Platzbedarf für die Bewegung des Schiebers zurückzuführen ist.
Durchflussregelung
Bei der Durchflussregelung werden Absperrschieber hauptsächlich für Auf-Zu-Anwendungen in großen Wasserversorgungsleitungen eingesetzt. Sie sind bei der Regelung oder Steuerung des Durchflusses nicht besonders effektiv. Zu den Problemen, die durch das teilweise Öffnen eines Absperrschiebers entstehen können, gehören durch den Durchfluss verursachte Schwingungen, Erosion des Schieberkörpers und der Sitze aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit des durch die verengte Öffnung strömenden Mediums sowie Schäden am Ventil. Kugelhähne werden hauptsächlich für Auf-Zu-Anwendungen eingesetzt, können jedoch in gewissem Maße auch zur Drosselung dienen, insbesondere wenn die Kugel über einen V-förmigen Durchflusskanal verfügt. Allerdings kann die Drosselung mit einem Standard-Kugelhahn bei längerem Einsatz ebenfalls zu Sitzverschleiß führen. Im Hinblick auf die Durchflussregelung ist der Einsatz von Regelventilen sowohl gegenüber Absperrschiebern als auch gegenüber Kugelhähnen empfehlenswerter.
Anwendungen
Absperrschieber kommen in solchen Prozessen zum Einsatz, in denen ein großer und ungehinderter Durchfluss des Mediums erforderlich ist und das Ventil nicht häufig geöffnet oder geschlossen wird. Beispiele hierfür sind:
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Wasser- und Kläranlagen
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Öl- und Gaspipelines
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Kraftwerke
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Bergbaubetriebe
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Schüttgutumschlag
Kugelhähne werden aufgrund ihrer schnellen Betätigung sowie ihrer Absperr- und Dichtungsfähigkeit in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen eingesetzt, darunter:
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HLK-Anlagen
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Erdgasverteilung
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Chemische Verarbeitung
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Lebensmittel- und Getränkeindustrie
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Arzneimittel
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Automatisierte Prozesssteuerungssysteme
Das hängt hauptsächlich von den Anforderungen des Systems ab, beispielsweise davon, ob ein schnelles Schließen, eine dichte Abdichtung oder ein geringer Druckverlust erforderlich ist.
Dichtungsleistung
Die Dichtheit ist einer der wichtigsten Aspekte der Ventilleistung, und sowohl Absperrschieber als auch Kugelhähne weisen unterschiedliche Dichtungsgrade auf. Kugelhähne, insbesondere solche mit weichen Sitzen (PTFE oder Elastomer), sind hinsichtlich der Dichtheit relativ effektiver als Absperrschieber. Dies ist auf die Kugelform der Kugel und den gleichmäßigen Kontakt mit den Sitzen entlang der Dichtfläche zurückzuführen. Bei Absperrschiebern wird die Abdichtung dadurch erreicht, dass der Schieber auf die Sitze schließt. Im Laufe der Zeit können die Dichtflächen der Absperrschieber je nach Nutzungshäufigkeit des Ventils oder wenn das durch das Ventil strömende Medium abrasive Stoffe enthält, Verschleißerscheinungen aufweisen, was zu Undichtigkeiten führen kann.
Lebensdauer
Die Lebensdauer von Absperrschiebern und Kugelhähnen hängt vom verwendeten Werkstoff, den Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur, Art des Mediums) und der Nutzungshäufigkeit ab. Im Allgemeinen sind Kugelhähne konstruktiv weniger komplex und weisen weniger bewegliche Teile auf, weshalb sie insbesondere im zyklischen Betrieb eine längere Lebensdauer aufweisen. Die Vierteldrehung verringert zudem den Verschleiß der inneren Bauteile. Bei Absperrschiebern kann es aufgrund ihrer Schieberbewegung zu einem stärkeren Verschleiß am Schieber und an den Sitzen kommen, insbesondere wenn das Ventil zur Drosselung eingesetzt wird. Werden Absperrschieber jedoch überwiegend in der vollständig geöffneten oder vollständig geschlossenen Position betrieben und sind sie keinen extremen Bedingungen ausgesetzt, können auch sie eine lange Lebensdauer aufweisen und die Langlebigkeit des Gesamtsystems gewährleisten.
Wartung und Reinigung
Die Wartung von Absperrschiebern und Kugelhähnen unterscheidet sich aufgrund ihrer jeweiligen Bauweise. Absperrschieber sind in der Regel wartungsintensiver, da sie über zahlreiche bewegliche Teile verfügen und der Schieber sowie die Sitze einem Verschleiß unterliegen. Die Spindel muss möglicherweise regelmäßig geschmiert werden, während die Stopfbuchse auf Undichtigkeiten überprüft werden muss. Auch die Reinigung kann bei Absperrschiebern aufwendiger sein, da sich in den Hohlräumen häufig Schmutz ansammelt, der zu Verunreinigungen führen kann. Kugelhähne sind vergleichsweise weniger komplex und erfordern daher weniger Wartung. Dennoch können die Sitze von Kugelhähnen durch abrasive Medien oder hohen Druck verschleißen. Die Reinigung eines Kugelhahns ist in der Regel einfach; manchmal reicht es bereits aus, das Ventil zu öffnen und durchzuspülen.
Faktoren, die bei der Wahl zwischen Absperrschiebern und Kugelhähnen zu berücksichtigen sind
Flüssigkeitstyp
Die Beschaffenheit der Flüssigkeit, die durch das System gefördert werden soll, ist ein entscheidender Faktor bei der Auswahl des Ventils. Für saubere, nicht viskose Flüssigkeiten können sowohl Schieber- als auch Kugelhähne eine gute Wahl sein. Bei Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen oder Schlämmen sind Schieber jedoch aufgrund der Gleitbewegung des Schiebers möglicherweise anfälliger für Verstopfungen oder Schäden am Ventilsitz. Kugelhähne, die sich durch die Drehung der Kugel selbst reinigen, sind in solchen Anwendungen möglicherweise vorzuziehen. Bei stark korrosiven Flüssigkeiten ist das Werkstoffmaterial der Ventilteile (Gehäuse, Sitze, Dichtungen) entscheidend; beide Ventiltypen werden aus verschiedenen korrosionsbeständigen Werkstoffen hergestellt und sind für den Einsatz mit Gasen geeignet.
Aufstellungsraum
Die Größe des Einbauraums kann ebenfalls ausschlaggebend dafür sein, ob ein Absperrschieber oder ein Kugelhahn zum Einsatz kommt. Kugelhähne sind im Vergleich zu Absperrschiebern gleicher Nennweite und Druckstufe in der Regel kompakter gebaut. Daher werden Kugelhähne in vielen Anlagen bevorzugt, da sie in vielen Fällen weniger Einbauraum benötigen. Absperrschieber benötigen einen größeren linearen Hub, damit der Schieber bei voller Öffnung vollständig angehoben ist, was bei manchen Anwendungen eine Einschränkung darstellen kann.
Kosten
Die Anschaffungskosten für Absperrschieber und Kugelhähne können je nach Baugröße, Druckklasse, Werkstoff und Marke variieren. Im Allgemeinen liegen die Kosten für Kugelhähne bei kleinen Baugrößen und niedrigen Druckklassen möglicherweise etwas höher als die für Absperrschieber. Bei großen Baugrößen und hohen Druckklassen ist der Kostenunterschied jedoch möglicherweise nicht sehr groß, und manchmal sind Absperrschieber sogar günstiger. Bei den Gesamtkosten sollten auch die langfristigen Kosten berücksichtigt werden, wie beispielsweise die Kosten für die Wartung der Anlagen und die Kosten für deren Ersatz in naher Zukunft.
Druck
Für den Nieder- bis Mitteldruckbereich bis einschließlich ANSI-Klasse 300 können sowohl Absperrschieber als auch Kugelhähne verwendet werden, wobei Kugelhähne aufgrund ihrer besseren Dichtwirkung und schnellen Betätigung vorzuziehen sind. Bei Hochdruckanwendungen (ANSI-Klasse 600+) sind für beide Ventiltypen spezielle Ausführungen erforderlich. Absperrschieber werden für Anwendungen mit sehr hohem Druck eingesetzt, es gibt jedoch auch Hochdruck-Kugelhähne mit Zapfenlagerung. Es ist stets wichtig sicherzustellen, dass die Druckstufe der Armatur höher ist als der maximale Druck und der hydraulische Stoß des Systems.
Temperaturen
Ein weiterer Faktor, der die Wahl des Ventils beeinflusst, ist die Temperatur des zu fördernden Mediums. Absperrschieber und Kugelhähne können mit verschiedenen Werkstoffen für Gehäuse, Sitze und Dichtungen bestellt werden, die für unterschiedliche Temperaturbereiche geeignet sind. Die Temperatur spielt eine wesentliche Rolle für die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Armatur und kann daher entweder hoch oder niedrig sein. So können beispielsweise hohe Temperaturen zur Verschleißbildung bei einigen weichen Sitzwerkstoffen führen, die in Kugelhähnen verwendet werden. Die folgende Tabelle zeigt die ungefähren Temperaturgrenzen für die am häufigsten verwendeten Armaturenwerkstoffe:
| Material | Typischer Temperaturbereich (°C) | Typischer Temperaturbereich (°F) |
| Kohlenstoffstahl | -29 bis 427 | -20 bis 800 |
| Edelstahl | -196 bis 538 | -320 bis 1000 |
| PTFE (Teflon) | -200 bis 260 | -328 bis 500 |
| EPDM | -50 bis 150 | -58 bis 302 |
| Buna-N (Nitril) | -40 bis 121 | -40 bis 250 |
Ventilbetätigung: Der nächste Schritt für Absperr- und Kugelventile
Obwohl die Betätigung per Handrad oder Hebel bei Absperr- und Kugelhähnen üblich ist, gibt es viele Anwendungsfälle, in denen eine Fern- oder Automatiksteuerung erforderlich ist. Hier kommen Ventilantriebe ins Spiel. Sowohl bei Absperrschiebern als auch bei Kugelhähnen können pneumatische, elektrische und hydraulische Antriebe eingesetzt werden. Pneumatische Antriebe nutzen das Prinzip der Druckluft, um die zum Betätigen des Ventils erforderliche Kraft bereitzustellen, was sie zu einer kostengünstigen und effizienten Lösung für viele Anwendungen macht. Elektrische Antriebe nutzen einen Elektromotor, um das für den Ventilbetrieb erforderliche Drehmoment bereitzustellen, und lassen sich leicht an Steuerungssysteme anbinden.
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Fazit
Die Auswahl des richtigen Ventils ist entscheidend für den Erfolg jedes Fluidhandhabungssystems. Die Entscheidung zwischen diesen beiden Ventiltypen hängt von der Art der Anwendung, der Art des Mediums, dem Druck, der Temperatur, dem verfügbaren Platz, den Kosten und davon ab, ob das Ventil betätigt werden muss. Nur wenn man die Unterschiede und die jeweiligen Stärken versteht, kann man die richtige Wahl treffen und ein besseres und effizienteres Fluidhandhabungssystem erzielen.
