Ventile sind weit verbreitete Komponenten, die in unterschiedlichsten Systemen für vielfältige Aufgaben eingesetzt werden. Um bei der Auslegung und Realisierung von Fluidsystemen die richtige Komponente für die jeweilige Anwendung auszuwählen, ist es notwendig, die verschiedenen Ventiltypen und ihre Funktionsweise zu kennen. Ventile halten den Betrieb eines Fluidsystems aufrecht und sind wichtige Bausteine im Sicherheitskonzept eines Fluidsystems. Welches Ventil ist für Ihre Anwendung das Richtige?
Wenn die Wahl des richtigen Ventils zur Herausforderung wird
Insbesondere bei komplexen Systemen kann die Wahl der richtigen Ventile zur Herausforderung werden, da oftmals die Auswirkungen von Eingriffen in den Prozessstrom weitere Eingriffe an anderer Stelle bedingen. Hierbei sind als Beispiele die Abhängigkeit von Durchflussrate und Systemdruck oder – bei Gasen – von Volumen und Druck zu nennen. Je nach Auslegung des Fluidsystems kann es erforderlich sein, diese Abhängigkeiten mit den dafür geeigneten Ventilen zu berücksichtigen.
Darüber hinaus sind zahlreiche weitere Faktoren bei der Ventilauswahl zu beachten, wie z.B. Fluid- und Umgebungstemperatur, Arbeitsdruck sowie chemische Eigenschaften des Prozessmediums.
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Der Durchflusskoeffizient CV – eine der wichtigsten Kenngrößen bei der Ventilbestimmung
So vielfältig die Einsatzbereiche und Funktionen von Ventilen sind – ein Ventil muss einen vorgegebenen Durchfluss gewährleisten. Der Durchfluss beschreibt den quantitativen Medienstrom in einem Leitungssystem. Gemessen wird die Durchflussrate als Menge bzw. Volumen des Mediums (z.B. Liter, Kubikmeter) pro Zeiteinheit (z.B. Minute, Stunde).
Abhängig ist die Durchflussrate eines Ventils u.a. vom Durchmesser seines Endanschlusses und dem Fließweg des Mediums durch das Ventil. Dabei kann die Ventilkonstruktion so gestaltet sein, dass der Fluidstrom zu einem oder mehreren Richtungswechseln gezwungen wird. Dadurch erhöht sich der Widerstand im Vergleich zu einem geraden Durchfluss. Die Folge ist eine geringere Durchflussrate.
Als einheitliches Maß für den Durchsatz eines Mediums dient der so genannte Durchflusskoeffizient Cv. Der Cv -Wert entspricht dem Wasserdurchfluss durch ein Ventil (in m³/h, je nach Ventilgröße auch l/min) bei einer Druckdifferenz von 0,98 bar und einer Wassertemperatur von 5 °C – 30 °C. Somit dient der Cv-Wert als Richtgröße bei der Wahl der Dimensionierung von Ventilen: Je höher der Cv-Wert, desto größer die Durchflussrate bei gleichem Differenzdruck. Der Cv-Wert sollte in jedem technischen Datenblatt eines Ventils angegeben sein.
Einteilung der Ventilarten nach den Hauptfunktionen
Die verschiedenen Ventilarten lassen sich nach ihren Hauptfunktionen in fünf Gruppen einteilen, wobei zumeist zwei, mitunter auch mehr Funktionen in einer Ventilart kombiniert sein können:
- Auf-Zu-Funktion
- Durchflussrichtungsregulierung
- Durchflussmengen
- Überdruckschutz
- Überlaufkontrolle
Die Auf-Zu-Funktion ist bei vielen Ventilen die einzige Basisfunktion. Bei der Auf-Zu-Funktion kann das Ventil den geschlossenen oder geöffneten Zustand einnehmen und damit den Fluidstrom passieren lassen oder unterbrechen. Zu dieser Ventilart zählen beispielsweise Absperrventile, Kugelhähne, Kükenhähne, Faltenbalgventile, Membranventile.
Mit Mehrwege-Ventilen für die Durchflussrichtungsregulierung wird bestimmt, wohin der Fluidstrom geleitet wird. Zu dieser Art zählen beispielsweise Mehrwegekugelhähne. Rückschlagventile sind nur in eine Richtung durchlässig und verhindern, dass das durchgeleitete Fluid ungewollt zurückfließt. Mehrwegekugelhähne und Rückschlagventile haben jedoch nur die Auf-Zu-Funktion. Sie sind nicht für die Regulierung der Durchflussrate geeignet.
Regulierventile zur Durchflussmengenregulierung erlauben es, die Fluidmenge (flüssig oder gasförmig), die pro Zeiteinheit das Ventil passiert, einzustellen. Hierbei sind für die Steuerung der Bohrungsdurchmesser sowie Art und Position der Ventilspindel verantwortlich, welche vom Ventilsitz weg oder zu ihm hin bewegt werden kann. Teilweise sind diese Ventilarten für das Absperren (Auf-Zu-Funktion) geeignet. Für die besonders feine Regulierung werden Dosierventile verwendet.
Für den Überdruckschutz sorgen proportionale Überströmventile. In Fluidsystemen sind sie eine äußerst wichtige Komponente, da sie darauf ausgelegt sind, bei einem voreingestellten Druckwert auszulösen. Dabei öffnet sich das Ventil proportional zur Übersteigung des Einstelldrucks, um den Systemdruck zu senken. Wenn der Druck unter den voreingestellten Wert fällt schließt sich das Ventil wieder. Im Gegensatz dazu öffnen reine Sicherheitsventile nahezu schlagartig um das Fluidsystem auch bei Druckstößen vor Überbelastung und Beschädigung zu schützen.
Eine wirksame Überlaufkontrolle stellen Rohrbruchsicherungsventile dar. Wie der Name schon sagt, treten sie in Aktion, sobald beispielsweise bei einem Rohrbruch stromabwärts des Ventils die Durchflussrate unkontrolliert zunimmt. Das Rohrbruchsicherungsventil, das auf eine bestimmte Durchflussrate eingestellt ist, blockiert den weiteren Durchfluss sobald diese Voreinstellung überschritten wird. Rohrbruchsicherungsventile und Rückschlagventile sind häufig anzutreffende Sicherungs- und Schutzeinrichtungen bei industriellen Fluidsystemen.
Gemeinsam zu nachhaltigem Erfolg
Zur Auswahl des richtigen Ventils für Ihre Anwendung bedarf es nicht nur der weiteren Information, zum Beispiel über die bewährte STAMPED-Methode, sondern auch der ausführlichen Beratung durch einen unserer Experten speziell für Techniker und Ingenieure im Planungs- und Realisierungsbereich von industriellen Fluidsystemen. Mit dieser Beratung können Sie sicher sein, dass Sie die am besten geeignete Komponente für Ihren Anwendungsfall empfohlen bekommen.
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