Ventile

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Was ist ein Ventil? Definition:

Ein Ventil regelt die Fließrichtung bzw. Menge an Luft oder Flüssigkeit, die durch eine Leitung hindurchfließen soll. In der Fluidtechnik lassen sich Ventile durch verschiedene Parameter unterscheiden.

Auch oft gesucht: Hahn, Schieber, Klappe


Was ist ein Ventil

Ventile nehmen im Steuerungsprozess eine ausführende Aufgabe ein. Die Aufgabe von Ventilen beschränkt sich im Regelfall darauf, die Fließrichtung und/oder die Menge an Luft (Pneumatik) oder Flüssigkeit (Hydraulik) zu steuern. Ventile werden also einerseits verwendet, um genau zu bestimmen, wie viel Fluid (Flüssigkeit & Gas) durch eine Leitung dringen darf. Andererseits blockieren Ventile Leitungen zuweilen komplett, sodass keine Flüssigkeit oder Gas mehr durch sie hindurch dringen kann. Bei dieser Regelungsfunktion sind Ventile großen Dynamiken ausgesetzt und müssen daher strapazierfähig und zuverlässig sein.

Fachsprachlich wird im Deutschen nicht jedes Absperrorgan als Ventil bezeichnet. Armaturen wie Absperrschieber, Absperrklappen und Kugelhähne sind keine Ventile.

Bei Ventilen im engeren Sinne wird ein Verschlussteil (z. B. Teller, Kegel, Kugel oder Nadel) ungefähr parallel zur Strömungsrichtung des Fluids bewegt. Die Strömung wird unterbrochen, indem das Verschlussteil mit der Dichtfläche an eine passend geformte Öffnung, den Ventil- oder Dichtungssitz, gepresst wird.

Bei anderen Armaturen, die als Ventil bezeichnet werden, obwohl sie nicht unter die obige Definition fallen, handelt es sich meist um weichdichtende Absperrorgane und Rückschlagarmaturen. Das heißt, dass die Abdichtung durch ein gummiertes Verschlußteil oder eine Gummimembran (wie beispielsweise bei Schlauchventilen und Quetschventilen) erreicht wird.

Ventile Unterscheidung

Wie ein Ventil aufgebaut ist, hängt von der Ventilart ab. Ventile lassen sich durch verschiedene Parameter unterscheiden: die Form, die Betätigungsart des Ventils, die Steuerungsart, die Ventilfunktion und die Bauform des Absperrkörpers.

Ventilformen

Ventile können nach ihrer geometrischen Form eingeteilt werden in:

  • Durchgangsventil (Ein- und Austritt liegen parallel in Strömungsrichtung), wobei der Durchgang „reduziert“ (mit Querschnittsreduzierung) oder „egal“ (ohne Querschnittsreduzierung) ausgeführt sein kann.
  • Eckventil (Ein- und Austritt stehen im rechten Winkel zueinander)
  • Schrägsitzventil (der Absperrkörper ist (meist) 45° zur Strömungsrichtung geneigt), ein Durchgangsventil mit geringerem Druckverlust, als ein Geradsitzventil
  • Drei-Wege-Ventile für das kontrollierte Mischen von Fluidströmen, wie sie beispielsweise zur Temperaturregelung für Heizwasser in der Heizungstechnik verwendet werden

Betätigungsarten von Ventilen

Ein Ventil kann auf verschiedene Weise angesteuert werden. Zum Beispiel elektromagnetisch, mechanisch, mit Druckluft oder per Hand / Fuß.

  • Elektromagnetisch betätigte Ventile (Magnetventile): Diese Ventile werden durch elektrische Spannung angesteuert. Dabei ist ein Elektromagnet dafür verantwortlich, dass das Ventil reagiert. Diese Art von Ventilen finden am häufigsten Verwendung.
  • mit Druckluft betätigte Ventile (Pneumatikventile, pneumatische Ventile): Hier ist die Druckluft der Auslöser für das Ventil. Es ist also ein Druckluftanschluss am Ventil von Nöten.
  • Mechanisch betätigte Ventile: Diese Ventile werden direkt, z.B. durch einen Pneumatikzylinder, angesteuert und betätigt. Durch die direkte Ansteuerung gibt es weniger Schnittstellen und somit sinkt auch die Fehlerquote. Mechanisch betätigte Ventile sind in der Fluidtechnik daher sehr beliebt.
  • Muskelkraftbetätigte Ventile (handbetätigte Ventile): In ihrer Funktion und ihrem Aufbau gleichen durch Muskelkraft betätigte Ventile den mechanisch betätigten Ventilen. Allerdings ist hier der Auslöser ein Knopf, Fußschalter oder Hebel, der von Hand betätigt werden muss und direkt das Ventil ansteuert.

Steuerungsarten von Ventilen

Wenn ein Ventil die Fluidmenge oder Fluidrichtung regelt, findet in ihm immer eine Bewegung statt, zum Beispiel indem sich ein Ventilkolben verschiebt. Das Auslösen des Ventilkolbens kann indirekt oder direkt geschehen, weshalb man bei der Steuerung von Ventilen zwischen indirekt gesteuerten Ventilen und direkt gesteuerten Ventilen unterscheidet.

Direkt gesteuertes Ventil
Bei der direkten Ansteuerung wird der Ventilkolben direkt - also ohne Zwischenschritt - betätigt. Beispielsweise durch eine Magnetspule, einen Schalter oder einen Druckknopf. Ein direkt gesteuertes Ventil findet im Vakuumbereich Anwendung, da es nicht vom allgemeinen Arbeitsdruck abhängig ist. Mit zunehmender Größe des direkt gesteuerten Ventils ist jedoch auch ein größerer Kraftaufwand notwendig.

Indirekt gesteuertes Ventil
Ein indirekt gesteuertes Ventil (vorgesteuertes Ventil) funktioniert z.B. über einen Druckluft-Steueranschluss. Der Ventilkolben wird also nicht direkt durch ein Betätigungselement ausgelöst, sondern durch Druckluft, die mithilfe eines pneumatischen Tasters freigesetzt wird. Man betätigt also zunächst den pneumatischen Taster (Hebel, Druckknopf, etc.). Dadurch setzt sich Druckluft frei, die den Ventilkolben bewegt. Der Vorteil an einem indirekt gesteuerten Ventil ist, dass es, anders als das direkt gesteuerte Ventil, viel weniger Kraft benötigt. Allerdings ist es aber auch auf einen ausreichenden Arbeitsdruck angewiesen.

Funktion Ventile

Die Funktionen von Ventilen sind unterschiedlich:

Wegeventile
Ein Wegeventil steuert den Weg des Arbeitsmediums (Druckluft, Flüssigkeit), indem es das Medium freisetzt, sperrt oder dessen Fließrichtung bestimmt. Es gibt verschiedene Arten von Wegeventilen. Sie sind nach der Anzahl der Anschlüsse und Schaltstellungen benannt. Dabei steht in der Bezeichnung die erste Zahl für die Anzahl der Anschlüsse, die zweite Zahl kennzeichnet die Anzahl der Schaltstellungen. Ein 3/2-Wegeventil (sprich: 3 Strich 2 Wegeventil) beispielsweise hat also drei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen. Die gängigsten Arten der Wegeventile sind:

  • 2/2-Wegeventile
  • 3/2-Wegeventile
  • 4/2-Wegeventile
  • 5/2-Wegeventile
  • 5/3-Wegeventile

Druck-, Sperr- und Stromventile
Ein Druckventil (Druckregelventil) sorgt dafür, dass der Druck der Druckluft richtig eingestellt wird.

Ein Sperrventil blockiert den Weg des Arbeitsmediums in eine Richtung und gibt dafür einen anderen Weg frei. Ein Beispiel für ein Sperrventil ist ein Rückschlagventil, das als Sicherheitsventil eingebaut wird, damit kein Druckabfall entsteht.

Ein Stromventil steuert die Geschwindigkeit des Fluids, indem sich der Querschnitt der Öffnung verändert. Ein Beispiel für ein Stromventil ist ein Drosselrückschlagventil. Es bremst den Fluss des Mediums in eine Richtung während das Fluid in die andere Richtung ungehindert strömen kann.

Proportionalventile
Bei einem Proportionalventil ändert sich der ausgegebene Wert im Verhältnis zum eingegebenen. Das bedeutet beispielsweise, je mehr Kraft auf ein Ventil einwirkt, umso größer ist dessen Durchflussmenge.

Logikventile
Logikventile lassen sich in Zweidruckventile und Wechselventile untergliedern.

Ein Zweidruckventil hat zwei Druckanschlüsse sowie einen Arbeitsanschluss. Nur wenn auf beiden Druckanschlüssen gleichzeitig Druck entsteht, wird das Medium zum Arbeitsanschluss weitergegeleitet. Das Zweidruckventil bezeichnet man daher auch als UND-Ventil.

Ein Wechselventil hat ebenso zwei Druckanschlüsse und einen Arbeitsanschluss. Allerdings wird das Medium hier bereits an den Arbeitsanschluss weitergeleitet, wenn nur ein Druckanschluss unter Druck steht. Es muss also nicht an beiden Druckanschlüssen gleichzeitig Druck bestehen, weshalb das Wechselventil auch als ODER-Ventil bekannt ist.

Bauart des Absperrkörpers

Ventile können auch nach der Bauform ihres Absperrkörpers und seiner Wirkungsweise unterteilt werden.

Als Wirkungsweisen (Verschlussarten) sind Sitzventile und Schieberventile zu unterscheiden: der Dichtkörper bewegt sich entweder in Flussachse oder senkrecht dazu, also auf die Dichtfläche zu (Sitz) oder an ihr entlang (Schieber). Unterschiede ergeben sich daraus insbesondere bei Betätigungskraft, Verschleiß und Störanfälligkeit - z. B. durch Feststoffe im Fluss - und in der Durchflussmodulationsweise. Der klassische WasserHahn ist ein Sitzventil, der Bierhahn ist ein Schieberventil (Drehschieber):

Beispiele sind:

  • Tellerventil (Sitzventil): Der Absperrkörper ist tellerförmig ausgebildet, ein Beispiel ist der typische Wasserhahn. Vgl. auch Ventilsteuerung (Verbrennungsmotoren)
  • Rohrventil oder Doppelsitzventil (Sitzventil): Der Absperrkörper ist ein Rohrstück und besitzt zwei ringförmige Dichtflächen; dadurch wird druckentlastete Betätigung erreicht. Vgl. auch Ventilsteuerung von Dampfmaschinen
  • Kolbenventil (Schieberventil): Der Absperrkörper ist ein Kolben
  • Rollmembranventil: Der Absperrkörper besteht aus einer Membran, die durch Abrollen die Ventilquerschnittsfläche von einer Seite her (wie beim Schieberventil) mehr oder weniger freigibt, diese Bauart wird zum Beispiel bei Be- und Entlüftungsventilen eingesetzt.
  • Quetschventil: Der Absperrkörper ist die schlauchförmige Durchflusskanalwand selbst.
  • Nadelventile (Sitzventil): Die kegelförmige Spitze des Absperrkörpers drückt gegen eine ringförmige Ein-/Auslassöffnung (z. B. Schwimmernadelventil im Vergaser eines Benzinmotors)
  • Kugelventil (wahlweise Sitz- oder Schieberventil): Der Absperrkörper ist eine Kugel, in der Schiebervariante mit Durchlasskanal.

Überdeckung bei Ventilen

Ist der Absperrkörper in einem Ventil kolbenförmig, so gibt es verschiedene Arten der Überdeckung. Dabei meint die Überdeckung die Dichtlänge zwischen der Steuerkante des Kolbens und der Steuerkante der Ringnut. Bei Wegeventilen gibt es drei verschiedene Arten der Überdeckung: Die negative Überdeckung, die positive Überdeckung und die Deckung Null.

a) Überdeckung Null
Beim sogenannten Nullschnitt decken sich die Steuerkanten von Kolben und Ringnut exakt. In der Ausgangsstellung kann also kein Volumenstrom fließen. Allerdings tritt dieser sehr zügig ein, wenn der Absperrkörper bewegt wird.

b) Positive Überdeckung
In diesem Fall ist der Absperrkörper länger als die Ringnut. Die Steuerkanten liegen also nicht übereinander. Dadurch kann ein Volumenstrom erst dann eintreten, wenn die Überdeckung vom Kolben durchfahren wurde.

c) Negative Überdeckung
Hier ist der Kolben kürzer und kleiner als die Ringnut. Auch hier liegen die Steuerkanten nicht direkt übereinander, im Unterschied zur positiven Überdeckung kann in diesem Fall jedoch auch schon in der Ausgangsposition des Absperrkörpers ein Volumenstrom fließen (Schwimmstellung).

Varianten Überdeckung Ventile
Varianten Überdeckung Ventile

Anwendungsgebiete Ventile

In der Pneumatik und Hydraulik sind Ventile allgegenwärtig. Ventile werden neben der Fluidtechnik auch in anderen Gebieten angewendet:

  • Kraftfahrzeuge (z.B. AGR-Ventil)
  • Fahrräder (z.B. Schraderventil)
  • Wasseraufbereitung (z.B. Elektromagnetventil)
  • Medizintechnik (z.B. Ventile mit Piezotechnologie)
  • chemische Industrie
  • Lebensmittelindustrie
  • Maschinenbau
  • ...

Quellen Thema Ventile

Dieser Text basiert auf dem Artikel Ventil aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

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