Niederschraubventil


Niederschraubventil
Dieser Artikel beschreibt das Ventil als technische Vorrichtung; zum Ventil bei Blasinstrumenten siehe Ventil (Blasinstrument).
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Schrägsitzventil als Erstabsperrung einer häuslichen Trinkwasserleitung
Ventil zum Regeln des Druckes in einer Gasleitung
Ventileinsatz aus PKW-Rad

Das Ventil (von Ventilation lat. für (Be)lüftung, Luftwechsel) ist ein technisches Bauteil, das dazu dient, den Ein- oder Auslass von Gasen oder Flüssigkeiten zu kontrollieren oder die Fließrichtung zu steuern und zu regeln.

Inhaltsverzeichnis

Bauarten

Unterschiedliche Ventilarten werden nach folgenden Aspekten unterschieden:

Form

Ventile können nach ihrer geometrischen Form eingeteilt werden in:

  • Durchgangsventil (Ein- und Austritt liegen in einer gemeinsamen Richtung), wobei der Durchgang "reduziert" (mit Querschnittsreduzierung) oder "egal" (ohne Querschnittsreduzierung) ausgeführt sein kann.
  • Eckventil (Ein- und Austritt schneiden sich im rechten Winkel)
  • Schrägsitzventile (der Absperrkörper ist (meist) 45° zur Strömungsrichtung geneigt)
  • Drei-Wege-Ventile für das kontrollierte Mischen von Fluidströmen, wie sie beispielsweise zur Temperaturregelung für Heizwasser in der Heizungstechnik verwendet werden

Betätigungsart

Ventile lassen sich aber auch nach der Art der Betätigung unterteilen in:

  • Handbetätigte Ventile. Hierfür ist meist ein Handrad vorgesehen. Es gibt Ausführungen mit steigender oder nicht steigender Spindel. Bei großen Nennweiten ist ein Getriebe zwischengeschaltet. Ebenso kann die Handbetätigung nur als Notbetätigung vorgesehen sein, falls der normale motorische Antrieb nicht verfügbar ist.
  • Mediumbetätigte Ventile, zum Beispiel Rückschlagventile oder Quetschventile, als Durchgangs- oder Eckventil (bei den mediumbetätigten Ventilen kann man wiederum in "eigenmediumbetätigte" und "fremdmediumbetätigte" Ventile unterscheiden)
  • Maschinell (elektromotorisch) betätigte Ventile mit Ventilantrieb
  • Elektromagnetisch betätigte Ventile, unterteilt in:
    • Direktgesteuerte Ventile 2/2 Wege-Ventile
      2/2 Wege-Ventile, auch Durchgangsventile genannt, sind Absperrventile mit einem Eingang und einem Ausgang. In Ruhestellung drückt die Kernfeder, unterstützt vom Mediumsdruck, die Dichtung auf den Ventilsitz und schließt den Durchgang. Nach dem Einschalten wird der Kern mit der Dichtung in der Magnetspule bis an die Polfläche gezogen, das Ventil öffnet. Die elektromagnetische Kraft ist größer als die Summe aus Federkraft, statischer und dynamischer Druckkraft.
    • Direktgesteuerte Ventile 3/2 Wege-Ventile
      3/2 Wege-Ventile haben drei Anschlüsse und zwei Ventilsitze. Wechselseitig bleibt immer ein Ventilsitz geöffnet oder geschlossen. Je nach Anschluss des Betriebsmediums an den verschiedenen Arbeitsanschlüssen ergeben sich unterschiedliche Funktionen. Der Druck steht unter dem Ventilsitz an. Eine Feder presst im stromlosen Zustand die untere Kerndichtung auf den Ventilsitz und sperrt das Ventil. Die Leitung am Anschluss A wird über R entlüftet. Nach dem Einschalten des elektrischen Stromes zieht der Kern an und dichtet den Ventilsitz am Anschluss R über eine federnd gelagerte Dichtung ab. Das Medium hat Durchgang von P nach A.
    • Servogesteuerte Ventile
      Mit zunehmendem Durchmesser steigt bei direktgesteuerten Ventilen die statische Druckkraft, zu deren Überwindung dann eine entsprechend größere Magnetkraft erforderlich ist. Höhere Drücke bei größeren Nennweiten schaltet man deshalb mit zwangsgesteuerten oder vorgesteuerten Ventilen.
    • Zwangsgesteuerte Ventile
      Eine Membrane oder ein Kolben, der mit dem Magnetkern gekoppelt ist, dient dem Abdichten des eigentlichen Ventilsitzes. Nach dem Einschalten des elektrischen Stromes zieht der Kern an und öffnet den Hilfsventilsitz in der Membrane oder dem Kolben. Das auf der Membrane oder dem Kolben stehende Medium kann abströmen. Dadurch entstehen ausgeglichene Druckverhältnisse im Ventil und über die Kopplung Kern/Membrane oder Kern/Kolben wird der Hauptventilsitz geöffnet. Bei dieser Ausführung ist kein Differenzdruck erforderlich. Der Nenndruckbereich beginnt bei Druck "NULL".
    • Vorgesteuerte Ventile
      Vorgesteuerte Ventile haben ein 3/2 Wege-Pilotmagnetventil. Eine Membrane oder ein Kolben dient dem Abdichten des eigentlichen Ventilsitzes. Bei geschlossenem Vorsteuerventil kann sich über eine Drosselbohrung auf beiden Seiten der Membrane der anstehende Mediumsdruck aufbauen. Solange zwischen Eingang und Ausgang ein Druckunterschied besteht, wirkt auf Grund der größeren Fläche auf der Oberseite der Membrane eine Schließkraft. Wenn das Pilotventil geöffnet wird, baut sich der Druck oberhalb der Membrane ab. Die dadurch größer werdende Kraft an der Unterseite hebt nun die Membrane nach oben und öffnet das Ventil. Vorgesteuerte Ventile benötigen eine Mindestdruckdifferenz, um ein einwandfreies Öffnen und Schließen zu gewährleisten.
    • Fremdgesteuerte Ventile
      Im Gegensatz zu den vorgesteuerten Ventilen benutzt man hier nicht mehr das Betriebsmedium, sondern ein fremdes Medium zum Steuern. Bei einigen Ventilen ist es möglich, auch das Betriebsmedium zum Steuern zu verwenden. Meist handelt es sich um kolben- oder membrangesteuerte Ventile. Im drucklosen Zustand wird der Ventilsitz abgesperrt. Ein 3/2 Wege-Magnetventil, das am Antrieb angeflanscht werden kann, steuert das Fremd- oder Betriebsmedium. Nach dem Einschalten des Magnetventils wird der Kolben gegen die Feder angehoben und das Ventil öffnet. Eine drucklose offene Ausführung ergibt sich, wenn die Feder unterhalb des Antriebskolbens angeordnet wird. In diesem Fall muss zum Schließen des Ventils das Steuermedium von oben eingeleitet werden. Antriebe, welche über ein 5/2 Wege-Ventil beidseitig angesteuert werden, benötigen keine Feder.
  • Elektrisch betätigte Ventile
  • Pneumatisch betätigte Ventile
  • Hydraulisch betätigte Ventile
  • Feder- und gewichtsbelastete Ventile, vor allem in der Bauform Eckventil als Sicherheitsventil

Bauart des Absperrkörpers

Ventile können auch nach der Bauart des Absperrkörpers unterteilt werden. Beispiele sind:

  • Tellerventile, auch Sitzventil genannt,(der Absperrkörper ist tellerförmig ausgebildet, ein Beispiel ist der typische Wasserhahn, der von seiner Bauart eigentlich den Ventilen zuzurechnen ist)
  • Rollmembranventile (der Absperrkörper besteht aus einer Membran, die durch Abrollen mehr oder weniger der Ventilquerschnittsfläche freigibt, diese Bauart wird zum Beispiel bei Be- und Entlüftungsventilen eingesetzt)
  • Quetschventile (der Absperrkörper ist schlauchförmig)
  • Nadelventile, die kegelförmige Spitze des Absperrkörpers drückt gegen eine ringförmige Ein-/Auslassöffnung (Schwimmernadelventil in einem Vergaser eines Benzinmotors)
  • Kugelventile (der Absperrkörper ist eine Kugel mit einer Mittelbohrung)
  • Kükenhahn (der Absperrkörper ist ein konisch zylindrischer Körper mit einem ovalen Durchgang)

Außerdem werden Ventile in Nennweiten, Nenndruckstufen und Medien unterteilt. Dabei kann man zusätzlich steigende oder nichtsteigende Spindeln wählen. Steigende Spindeln haben den Vorteil, dass von außen die Ventilstellung ersichtlich ist, was bei letztgenannten nicht möglich ist.

Anwendung

Durch Ventile lassen sich Durchflussmengen in einer Rohrleitung exakt und präzise dosieren, sowie sicher gegen die Umgebung abschließen. Sicherheitsventile dagegen sind so gebaut, dass sie durch die rasche Abgabe einer großen Stoffmenge an die Umgebung Überdrücke verhindern.

Ventile haben jedoch stets einen gewissen Strömungswiderstand, wodurch sie für manche Anwendungen nicht geeignet sind. Außerdem ist es kaum möglich, die Betätigungseinheit absolut dicht zu halten.

Bei der überwiegenden Zahl von Fahrzeugen wird heute der Ottomotor in der Viertaktbauweise eingesetzt, bei dem Ventile in der Ventilsteuerung dazu dienen, den Gasfluss zu steuern.

Ventile, insbesondere Magnetventile, werden in der Industrie oft und vielfältig eingesetzt: im Bereich der Fabrikautomation zum Bewegen von Zylindern, Greifern oder Auswerfern, in der Medizintechnik für Beatmungsgeräte oder Dialyse, in der chemischen Industrie, der Lebensmittelindustrie, Wasseraufbereitung und vielen weiteren Gebieten.

Auch die Segelklappen am Herzen und die Taschenklappen in den Venen haben die Funktion von Ventilen.

Häufig wird der Begriff Ventil als Überbegriff verwendet. Je nach Bauart werden synonyme Bezeichnungen wie Hahn, Schieber oder Klappe verwendet.

Bekannte Formen

Pneumatik und Hydraulik

Sperrventile und Stromventile

Druckventile

Schnellschlussventil

Sie erlauben bei plötzlicher mechanischer Entlastung eines Generators (Lastabwurf) die schlagartige Unterbrechung der Dampfzufuhr und verhindern somit ein „Durchgehen“ der Turbine.

Schaltsymbole und Schaltpläne

Eine umfangreiche Auflistung von Schaltzeichen für Ventile sowie Schaltzeichen für die Betätigungsart von Ventilen in der Fluidtechnik findet man in folgender Liste der Schaltzeichen (Fluidtechnik). Komplette pneumatische Schaltpläne enthalten u.a. Stellglieder (Ventile) zur Steuerung der Arbeitsglieder (Zylindern).

Elektrotechnik

In der Elektrotechnik werden Thyristoren und steuerbare Quecksilberdampfgleichrichter sowie deren Reihenschaltung, wenn sie ein Funktionsglied bilden, ebenfalls als Ventil bezeichnet.

Literatur

  • Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme - Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie, Springer Verlag 2006, ISBN 3-540-29664-6

Siehe auch

Zum elektrischen Analogon: Für Hochspannungs-Gleichrichterröhren wird zuweilen die Bezeichnung Glühventil verwendet. Dioden sind „elektrische Rückschlagventile“.

Weblinks


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