Kugelhahn

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Schnitt durch einen Kugelhahn (angeschnitten: Gehäuse (Rotguss), Dichtringe (PTFE), durchbohrte Kugel intakt). Deutlich zu sehen die Kopplung von Kugel und Hebel sowie die Toträume zwischen den Kunststoffabdichtungen.
Kugelhahn
Duplex-Kugelhahn
Symbolische Darstellung eines Kugelhahns

Kugelhähne sind Armaturen mit einer durchbohrten Kugel als Absperrkörper und werden, vor allem bei größeren Leitungsdurchmessern, auch als Kugelschieber bezeichnet.[1] In den meisten Fällen werden sie als Absperrhähne eingesetzt. Manchmal ist auch die unkorrekte Bezeichnung „Kugelventil“ zu finden, wobei klassische Kugelventile aber den Rückschlagventilen zuzuordnen sind. Vermutlich stammt diese Bezeichnung vom englisch ball valve ab. Charakteristisch für einen Absperrhahn ist das vollständige Schließen innerhalb einer Drehung von exakt 90°, im Gegensatz beispielsweise zu Ventilen.

Konstruktionsmerkmale[Bearbeiten]

Man unterscheidet Kugelhähne mit vollem Durchgang oder reduziertem Durchgang. Beim vollen Durchgang hat die Bohrung in der Kugel denselben Innendurchmesser wie die angeschlossene Rohrleitung. Dadurch ergeben sich geringe Strömungsverluste. Die Betätigung der Kugel erfordert – wie beim Absperrhahn – einen 90°-Drehantrieb.

Es gibt Kugelhähne mit schwimmender Kugel (siehe Bild) oder mit geführter Kugel. Zwischen Kugel und Ventilgehäuse sind in der Regel Dichtringe aus Kunststoff (häufig PTFE) eingebaut, die für Temperaturbereiche bis zu 220 °C geeignet sind. Bei höheren Betriebstemperaturen werden metallische Dichtungen verwendet. Beim Konstruktionsprinzip geführte Kugel hat die Kugel im Gehäuse gelagerte Zapfen und es ist nur ein Dichtring erforderlich. Beide Arten dichten aufgrund der anstehenden Fluiddrücke. Zum einen wird bei der schwimmenden Lagerung die Kugel in die gegenüberliegende Dichtfläche gedrückt. Zum anderen drückt das Fluid bei der starren Lagerung die Dichtungen gegen das Gehäuse und die Kugel.

Bei großen Nennweiten (z. B. Pipeline) ist der Absperrkörper absichtlich nicht exakt kugelförmig, sondern etwas oval. Das erlaubt einen hohen Pressdruck auf die dichtenden Sitzringe und verbessert so die Dichtheit.

Je nach Anforderungen gibt es unterschiedliche Dichtsysteme. Grundsätzlich wird zwischen weichdichtenden und metallisch dichtenden Varianten unterschieden, jedoch gibt es auch weitere optimierte Lösungen.

Aufgrund der hohen Flächenpressungen sind hohe Arbeitsmomente zum Öffnen und Schließen der Armatur nötig. Im Regelfall wird deshalb immer ein sogenannter Umgang mit einem bis zwei kleinen Kugelhähnen (DN 25) um die Hauptarmatur gelegt. Über diesen Umgang kann der Differenzdruck abgebaut werden und das Öffnen und Schließen wird erleichtert. Zusätzlich werden Kugelhähne dann mit einem Schneckengetriebe zum Antrieb ausgerüstet. Aus diesen Gründen sind Kugelhähne in großen Durchmessern (> DN 150) nur bedingt als Schnellschluss-Armatur geeignet. In großen Nennweiten (ca. DN 1200) werden Arbeitsmomente bis zu 80.000 Nm nötig.

Eine Sonderform ist der Drei-Weg-Kugelhahn. Hier hat die Kugel statt einer Durchgangsbohrung eine so genannte L-Bohrung. Damit kann eine zuführende Strömung auf zwei abführende Wege verteilt werden. Auch gibt es Ausführungen als Vier- oder Fünf-Wege-Hahn.

Besondere Eigenschaften[Bearbeiten]

Bei Flüssigkeiten ist der Totraum zu beachten. Temperaturänderungen können in dem Volumen innerhalb der Kugel im abgesperrten Zustand einen so hohen hydraulischen Druck erzeugen, dass die Kugel platzt. Abhilfe schafft eine kleine Entlastungsbohrung. Andererseits kann im geschlossenen Zustand durch eine Bohrung die Dichtigkeit des Kugelhahns durch Druckabgriff kontrolliert werden.

Kugelhähne und eine spezielle Vorrichtung erlauben das Anbringen von Stutzen an Behältern oder Rohrleitungen unter Betriebsbedingungen. Der Stutzen wird stumpf angeschweißt. Darauf wird der Kugelhahn montiert und durch die offene Kugel ein Loch durch die Wandung gebohrt. Diese Methode ist so ausgelegt, dass sie auch für brennbare Gase oder Flüssigkeiten möglich ist.

Verglichen mit anderen Armaturen hat ein Kugelhahn folgende Vorteile:

Nachteile sind:

  • Toträume, nur Spezialausführungen sind totraumfrei
  • hoher Verschleiß an den Dichtungsflächen
  • aufwendige Konstruktion bei großen Nennweiten, wo eine doppelte Lagerung notwendig wird
  • nur bedingte Einsatzmöglichkeit für kontinuierliche Durchflussverstellung

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Kugelhahn – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. [1] Konrad Bergmeister, Frank Fingerloos, Johann-Dietrich Wörner (Hrsg.): Beton-Kalender 2011: Schwerpunkte: Kraftwerke, Faserbeton (Beton-Kalender (Vch)) Ernst & Sohn, Berlin 2010, ISBN 978-3-433-02954-1.