Ventiltechnologie im Anlagenbau

Ventiltechnologie im Anlagenbau

Ralph Kroupa

WILEY-VCH

Ralph Kroupa

Ventiltechnologie im Anlagenbau

4ib

VCH

Weinheim New York Base1 - Cambridge - Tokyo

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Ralph Kroupa

Ventiltechnologie im Anlagenbau

0 VCH Verlagsgesellschaft mbH. D-6945 I Weinheim (Bundesrepublik Deutschland), 1994 Vertrich: VCH. Postfach 1 0 11 61. D-69451 Weinheim (Bundesrepuhlik Deutschland)

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Japan: VCH. Eikow Building. 10-9 Hongo 1-chome, Bunkyo-ku, Tokyo 113 (Japan) ISBN 3-527-28612-8

Ralph Kroupa

Ventiltechnologie im Anlagenbau

4ib

VCH

Weinheim New York Base1 - Cambridge - Tokyo

Ralph Kroupa Hohenlohestrak 23 74676 Nicdernhall-Giebelheide

Das vorlicgende Werk wurde sorgfaltig erarbeitet. Dennoch ubernehmen Autor und Verlag fur die Richtigkcit von Angaben. Hinweisen und Ratschlagen sowie fur eventuelle Druckfehler keine Haftung.

1. Auflage 1994

Lektorat: Philomena Ryan-Bugler

Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme

Kroupa, Ralph: Vcntiltechnologie im Anlagenbau/Ralph Kroupa. - 1. Aufl. Weinhcim; New York: Basel: Cambridge: Tokyo: VCH, 1094 ISBN 3-527-286 12-8

0 VCH Vcrlagsgesellschaft mbH. D-6Y45 1 Weinheim (Federal Republic of Germany). 1994 Ciedruckt auf siiurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Alle Rechte. insbesondere die der Ubersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form - durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren - reproduziert oder in eine von Maschinen. insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen. verwendbare Sprache iibcrtragcn oder iibersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigcn Kcnnzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dal3 diese von jedermann frei benutzt werden diirfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstigc gesetzlich geschutzte Kennzeichen handeln. wenn sic nicht eigens als solche markiert sind. All rights reserved (including those o f translation into other languages). N o part of this book may be reproduced in any form - by photoprinting. microfilm. or any other means - nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publishers. Registered names. trademarks. etc. used in this book, even when not specifically marked as such, are not to be considered unprotected by law.

Satz: Typo Design Hecker GmbH, D-69045 Heidelberg Druck: Betz-Druck. D-64291 Darmstadt Bindung: IVR Hcppcnheirn. D-64646 Heppenheim Printed in the Federal Republic of Germany

Vorwort

Das vorliegende Buch stellt ein gesamtheitliches Nachschlagewerk mit Lehrcharakter zum Thema Ventiltechnologie innerhalb des Anlagenbaus dar. Es ist ein Konzentrat an praktischem Wissen. Betrachten Sie den Inhalt als Sammelsurium von Antworten auf die Problematik der Ihnen taglich gestellten Aufgaben. Das Ziel ist es, eine fundierte Grundlage zur optimalen Auswahl von Stell- und Regelgliedern innerhalb aller Anwendungsgebiete zu schaffen. Dariiber hinaus sol1 vorhandenes Wissen so erganzt werden, daB bestehende Problemlosungen noch effektiver ausgefuhrt werden konnen. Kein Fachbuch kommt mit dem Wissen einer einzelnen Person aus. Viele Menschen tragen schon Jahre, wenn nicht sogar Jahrzehnte zuvor dazu bei, z. B. indem sie physikalische Grundregeln entdekken und definieren. Auch die notwendige Nahe zur

Praxis besitzt ein solches Werk nur dann, wenn die Erkenntnisse der Industrie mit einfliekn konnen. Zwar mu13 der Autor sein eigenes Wissen in Text und Bild umsetzen, aber er greift immer auf das von ihm erlernte und durch andere gelehrte Wissen zuriick. Mein Dank daher an all diejenigen, welche mich unterstutzt und somit dieses Werk erst realisierbar gemacht haben. Mein besonderer Dank geht an Herm Fritz Muller, Frau Monika Wassmer und nicht zuletzt an meine Familie, die auf mich oft tage- und nachtelang verzichten mu13te. Vie1 Spa13 beim Lesen, Lernen und schnellen Auffinden der gesuchten Informationen. Ralph Kroupa

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Inhalt

1

1

Ventile in der praktischen Anwendung

1.1 1.2

Beispielhafte Einsatzgebiete von Industrieventilen Auswahlkriterien fur Ventile im Anlagenbau 15

2 2.1 2.1.1 2.1.2

Werkstoffe in der Ventiltechnik 33 Einfiihrung 33 Gegeniiberstellung: Kunststoff - Metall - Keramik Werkstoff-Gesamtiibersichtstabelle 33

2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.3.1 2.2.3.2 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7

Ventilkorper aus Metall 35 Der StahlguSkorper 36 Der Niro-Stahlkorper 40 FeinguB- oder Schmiedekorper? 4 1 Der Schmiedekorper 42 Der FeinguBkorper 43 Der GrauguB-Ventilkorper 46 Der SphiiroguBkorper 47 Der Messingkorper 48 Der RotguBkorper 48

2.3 2.3.1 2.3.2

Die Oberflachenrauheit 52 Die Oberflachenbeschaffenheit von Edelstahlarmaturen 52 Spindeln und Wellen mit rollierter Oberflache 55

2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.2.1 2.4.2.2 2.4.2.3 2.4.3 2.4.3.1 2.4.3.2

Ventilkorper aus Kunststoff 56 Betriebsdruck - Temperaturabhangigkeit bei Kunststoffen 57 Der PVC-Ventilkorper 58 PVC-H: Der Standardwerkstoff 58 PVC-c 59 Anwendungsgebiete von PVC 60 Der Polypropylen-(PP)Ventilkorper 60 Die Geschichte von PP 60 Die Eigenschaften von Polypropylen 6 1

1

33

2.4.3.3 2.4.3.4 2.4.3.5 2.4.4 2.4.4.1 2.4.4.2 2.4.4.3 2.4.5

Die physiologische Vertraglichkeit von Polypropylen 62 Die Beurteilung itn Rahmen der Lebensmittelgesetze 62 Weitere Einsatzgebiete von Polypropylen-Ventilen 62 Der Polyfluoralkoxid-(PFA) und der Polyfluorvinylidenfluorid-(PVDF)Ventilkorper 62 PVDF 63 PFA 63 Die Einsatzgebiete von Fluorkunststoffen im Ventilbau 65 Der GFK-Ventilkiirper 65

2.5 2.5. I 2.5.2

Werkstoff-Kombinationen 66 Qualitatsprufung von Auskleidungen 69 Reinstmedien-Zufuhrung in Kombinationskorpern 69

2.6 2.6. I 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.6.5 2.7

Dichtwerkstoffe und Elastomere 70 GummilKautschuk 70 Thermoplasten 7 I Elastomere 7 1 Thermoplastische Elastomere 7 1 Priifverfahren fur Elastomere und Gummis 72 Statische und dynamische Abdichtungen 75

3

Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

3. I 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6

Die Industrialisierungs- und Ventilgeschichte sind eng verknupft Armatur oder Ventil? 80 Hahn, Klappe oder Ventil? 81 Gesamtubersicht - Ventilarten und ihre Merkmale 8 I Feuersicherheit fur Ventile 86 Internationale Fire-Safe-Prufspezifikation 87 Ventile im Baukastensystem 87

3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3

Das Schieberventil 92 Entstehung und Verbreitung von Schieberventilen 94 Die Charakteristik von Schieberventilen 94 Ausfiihrungsarten von Schieberventilen 95

3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4

Das Klappenventil 96 Die Entstehung und Verbreitung von Klappenventilen 98 Die Charakteristik von Klappenventilen 98 Ausfuhrungsarten von Klappenventilen 101 Einsatzgebiete und Anwendungen von Klappenventilen 107

3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4

Das Kukenventil 107 Entstehung und Verbreitung von Kiikenventilen 108 Die Charakteristik von Kukenventilen 109 Ausfuhrungsarten I I 1 Einsatzgebiete und Anwendungen von Kukenventilen 1 12

79 79

Inhalt

Das Kugelventil 113 Entstehung und Verbreitung von Kugelventilen 1 I3 Die Charakteristik von Kugelventilen 114 Ausfuhrungsarten und Dichtprinzipien von Kugelventilen 1 15 Drehmomente fur Kugelventile 117 Doppeltwirkendes Schaltwellen-Dichtsystem und seine Weiterentwicklung zur Einhaltung der TA-Luft 118 Kugelventile mit metallischen Dichtsystemen 120 3.5.6 3.5.6.1 Konventionelle Weichstoffdichtsysteme und ihre Einsatzgrenzen 120 3.5.6.2 Metallische Dichtsysteme 120 3.5.6.3 Dreischichtenmodell 123 3.5.6.4 Nikadur 124 3.5.6.5 Arguloy 125 3.5.6.6 Reibschichten 127 Kugelventilsystem fur Regelzwecke 127 3.5.7 Kugelventil-Kupplungen mit Vollstromdurchgang 129 3.5.8 Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele 136 3.5.9 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5

3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3

Das Sitzventil 139 Die Entstehung und Verbreitung von Sitzventilen Die Charakteristik von Sitzventilen 149 Ausfuhrungsarten von Sitzventilen 152

3.7 3.7.1 3.7.2 3.7.3

Das Schlauch-Quetschventil 166 Die Entstehung und Verbreitung von Schlauch-Quetschventilen Die Charakteristik von Schlauch-Quetschventilen 168 Ausfuhrungsarten von Schlauch-Quetschventilen 168

3.8 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.8.3.1 3.8.3.2 3.8.3.3 3.8.3.4 3.8.3.5 3.8.4

Das Membranventil 169 Die Entstehung und Verbreitung von Membranventilen 174 Die Charakteristik von Membranventilen 178 Ausfuhrungsarten von Membranventilen 179 Ventilkorper 179 Freiauslauf von Membranventilen 181 Die Dichtmembrane 185 Spezifikation fur handbetatigte Membranventile 196 Spezifikation fremd- und eigenmediengesteuerte Membranventile 199 Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele 209

3.9 3.9.1 3.9.2 3.9.3

Das Kolbenschieberventil 210 Die Entstehung und Verbreitung von Kolbenschieberventilen 21 1 Die Charakteristik von Kolbenschieberventilen 2 13 Ausfuhrungsarten von Kolbenschieberventilen 2 13

3.10 3.10.1 3.10.2

Zubehor fur Ventile 213 Optische Stellungsanzeigen fur Hubventile 216 Hubbegrenzungen fur fremdgesteuerte Ventile 2 16

148

167

IX

X

tnhalt

3.10.3 3.10.4 3.10.5 3.10.6

Nothandbetatigungen fur fremdgesteuerte Hubventile Elektrische Riickmelder fur Hubventile 2 17 Elektrische Stellungsanzeigen fur Hubventile 2 18 Dreipunktregler fur motorgesteuerte Ventile 220

4

Anschlurjarten

4.1

Anschlurjarten-Gesamtubersicht 223

4.2

Klebe- bzw. Schweirjmuffen-Anschlul3

4.3

Gewindemuffen-AnschluS 229

4.4

Schlauchklemm-AnschluB

4.5

Klebe-/Schweirj-Stutzen-Anschlurj

4.6

GewindestutzenanschluS mit Verschraubung

4.7

Rohrverschraubungs-Anschlurj 240

4.8

Clamp-AnschluS 245

4.9 4.9.1 4.9.2 4.9.2.1 4.9.2.2 4.9.2.3 4.9.2.4 4.9.2.5 4.9.2.6 4.9.3

Flexible Sterilverbindungen und ihre Vorzuge bzw. Nachteile 249 Die Philosophie der flexiblen Sterilverbindung 249 Die marktublichen Sterilverbindungen und ihre Eigenschaften 250 Die Rohrverschraubung nach DIN 250 Die Rohrverschraubung nach Fa. NAUE GmbH 250 Die Clamp-Verbindung nach DIN 251 Tri-Clover mit 0-Ringabdichtung 25 1 Tri-Clover mit Formdichtring 252 Clamp-System nach Fa. GEMU 252 Zusammenfassung 253

4.10

Flansch-AnschluB

4.1 1

Zwischenflansch-Anschlurj 272

5

Physikalische und chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen 279

5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5. I .4 5.1.5

Physikalische und chemische Grundlagen Wechselw irkungen 279 Kraft 28 1 Stromung 287 Elektrizitatslehre 29 1 Magnetismus 297

2 16

223

223

23 1 233

238

253

279

Inhalr

5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6

Grundlegende Formeln 299 Zeichen, Symbole und Einheiten 299 Mechanik 302 Wmelehre 304 Elektrotechnik 305 Hydrostatik 306 Hydrodynamik 307

5.3

Allgemeine Tabellen 3 17

5.4

Die Bestandigkeitsliste

6

Anhang 437

6.1

Bild- und Quellennachweis 437

6.2

Normenverzeichnis 439

6.3

National und international gebrauchliche Abkurzungen fur Organisationen, Verbande und Regelwerke 44 1

365

Sachwortverzeichnis 449

XI

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kntJtechnologiehAdagenbau Ralph Kroupa Copyright OW94 VCH Vcrlagsgesellschaft mhH

1 Ventile in der praktischen Anwendung

1.1 Beispielhafte Einsatzgebiete von Industrieventilen

Wohl in keinem der vergangenen Jahrhunderte gab es so viele Erfindungen und Entdeckungen wie im 19. und 20. Der wesentliche Unterschied zwischen friiher und heute liegt darin, daB die gemachten Entdeckungen heute auch weitgehend verwirklicht werden konnen. Die Umsetzung erfolgt in industriell genutzten Verfahrensablaufen und Prozel3einrichtungen. Ein wesentlicher Grund fur die immer schneller fortschreitende Entwicklung liegt mit Sicherheit auch darin, daB nun die geeigneten Werkstoffe und technischen Geratschaften zur Verfiigung stehen, die es ermoglichen, neues Wissenspotential zu nutzen. Ein gutes Beispiel fur den rasanten Fortschritt ist die Ventiltechnologie der letzten 50 Jahre. Insbesondere die letzten 40 Jahre konnen als der Zeitraum angesehen werden, in dem ca. 80% der heute verwendeten Ventiltechnologie entwickelt wurde. Man denke nur daran, daB es vor vierzig Jahren noch keine Kunststoffventile in der Verfahrenstechnik gab. Viele Produkte des taglichen Lebens sind fur uns heute selbstverstiindlich. In vielen Fallen gibt es jedoch erst seit kurzem Moglichkeiten, besagte Zwischen- oder Endprodukte herzustellen. Um eine erste Ubersicht dariiber zu vermitteln, mit welcher Art von Industrieventilen sich dieses Buch beschaftigt, werden einige Anwendungsbeispiele stellvertretend gezeigt und kurz erlautert.

Wasseraufbereitung im Kraftwerk Bei der Wasseraufbereitung eines modernen Kohlekraftwerkes kommen Metall-Membranventile in den Nennweiten DN 65 bis 200 mm zum Einsatz. Da die Wasseraufbereitungsanlage zentral uber Rechner gesteuert wird, werden fremdgesteuerte Ventile verwendet, in diesem Fall meist beidseitig angesteuerte Antriebe, die durch Druckluft betatigt werden. Aufgabe dieser Wasseraufbereitungsanlage ist es, das aus einem Flu8 angesaugte Wasser mechanisch zu reinigen und chemisch aufzubereiten. In einer dritten Stufe wird der Teil des Wassers, welcher zur Dampferzeugung in den Generatorenturbinen benotigt wird, voll entmineralisiert. Dariiber hinaus wird ein geringer Teil des Wassers in ein kraftwerkinternes Industriewassernetz zur allgemeinen Nutzung eingespeist. Da es sich urn verschmutztes FluBwasser handelt, werden bevorzugt Membranventile eingesetzt. Der Vorteil dieses Funktionsprinzipes liegt darin, daB es sich insbesondere fur verschmutzte Medien eignet und auch bei partikeldurchsetzten Medien eine volle Dichtwirkung erzielt wird. Die gezeigte Applikation ist aufgrund der Nennweiten, Betriebsdriicke und Temperaturen aus Metal1 (Abb. 1

1 \

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Polyurethan-Aufschaumung Nachdem das allgemeine UmweltbewuBtsein weltweit gestiegen ist, werden heute Styropor sowie andere schaumbare Kunststoffe meist mittels Dampf geschaumt. Man verzichtet weitgehend auf FCKW, um so umweltschonend wie moglich zu arbeiten.

2

Ventile in der pruktischen Anw-endung

Abb. 1-1. Wasseraufbereitung im Kraftwerk.

Durch die Verwendung von Dampf als Treibmittel sind hohere Betriebstemperaturen sowie hohere Betriebsdrucke gegeben. In dieser Applikation werden daher Schragsitzventile verwendet, die uber fremdgesteuerte Antriebe verfugen. Die Schragsitzgeometrie ermoglicht eine relativ gunstige Stromungscharakteristik, daruber hinaus ist die Gesamtbauhohe der Rohrventilapplikation wesentlich geringer als bei einem Geradesitzventil. In diesen Applikationen kommen haufig Druckregler zum Einsatz, welche die fremdgesteuerten Sitzventile als Stellglied ansteuern. Dadurch wird eine relative Druckkonstanz wahrend der Beschaltung gewahrleistet. Bei den Abb. 1-2. Polyurethan-Aufschaumung.

Beispielhafie Einsatzgebiete von Industrieventilen

3

verwendeten Druckreglern handelt es sich meist um beidseitig druckbeaufschlagte Membranregler einfachster Bauart. Um die Regelcharakteristik der Sitzventile zu optimieren, werden ebenso haufig sogenannte Regelkegel anstelle der Ventilteller verwendet.

Schwimmbad-Wasseraufbereitung Innerhalb einer Schwimmbad-Wasseraufbereitungsanlage wird ein Teilstromdurchfluflmessereingesetzt. Dariiber hinaus ist in der oberen rechten Bildhalfte eine Ventilbatterie zu erkennen, die als zentrale Steuereinheit fur die benotigten, in der Anlage verteilten, fremdgesteuerten Ventile dient. Die Batteriebauweise hat den Vorteil, daB sie uber eine zentrale Steuerluftleitung versorgt werden kann. Der Teilstromdurchfluflmesser ist fur einfache Volumenstrommessungen bis 50 m3/h geeignet. Eine DurchfluBmessung nach dem Schwebekorper-

Abb. 1-4. Galvanotechnik.

Abb. 1-3. Schwimmbad-Wasseraufbereitung. prinzip ist ab 25 m3/h ungeeignet, da iiber diesem Volumenstrombereich Turbulenzen zu einer zu gro-

4 Veritile in der prtiktischeri Anwendung Ben Ungenauigkeit fuhren. Das magnetisch induktive MeSverfahren ist fur diese einfache Aufgabe zu kostspielig.

Galvanotechnik In einer Galvanikanlage befinden sich Magnetventile zur Dosierung der einzelnen benotigten Komponenten, wie Elektrolyte, Reinigungs- und Neutralisationsflussigkeiten. Die Analyse der Medien erfolgt automatisch, ebenso die Dosierung zur Konstanthaltung ihrer Bestandteile. Magnetventile eignen sich besonders fur

diese Art der Applikation, da sie aufgrund der hohen Schaltbarkeit und des Antriebes durch Elektromagnete in einer kurzen Zeiteinheit exakte Dosierungen realisieren konnen. Andere Antriebs- und Ventilausfuhrungen sind aufgrund ihrer Tragheit ungeeignet (Abb. 1-4).

Fermenter in der Biotechnologie Auf dem Gebiet der Biotechnologie kommen haufig Edelstahl-Membranventile zum Einsatz. Bei dem hier gezeigten Anwendungsfall handelt es sich um einen Fermenter, welcher mit handbeta-

Abb. 1-5. Fermenter in der Biotechnologie.

Beispielhajie Einsatzgebiete von Industrieventilen 5

tigten, fremd- und elektromotorisch gesteuerten Membranventilen ausgestattet ist. Diese eignen sich besonders aufgrund ihrer vollkommen totraumfreien Arbeitsweise fur den Einsatz im biotechnologischen Bereich. Dariiber hinaus sind die sogenannten Bioventile bis 150 "C temperaturbestandig und somit auch mit Sterilsattdampf beaufschlagbar. Die Oberflachenqualitaten liegen, abhangig von den Anforderungen, zwischen R, 6,3 und 0,l pm. Je sensibler die Medien, desto hoher die notige Obefflachengute. Durch die geschlossenporig polierte Oberflache wird verhindert, dal3 sich Keime in Nestern festsetzen konnen und so den Reinigungsprozel3 iiberleben.

Reinraum-Technik Einen relativ jungen Bereich der Verfahrenstechnik stellt die Halbleiterfertigung dar. Die abgebildete Applikation zeigt eine Reinstmedienzufuhrung mit zentraler Verteilung fur die Produktion von 4 MB Mikrochips. Die benotigten Ventile sind aus den hochreinen Werkstoffen PFA und PVDF gefertigt. Sie durfen keine nachweisbare Eigenpartikelabscheidung besitZen und mussen chemisch gegen hochaggressive Medien bestandig sein. Neben der Elektronikindustrie benotigen auch die pharmazeutische und che-

Abb. 1-7. Wasseraufbereitung allgemein.

Abb. 1-6. Reinraum-Technik.

mische lndustrie sowie die Labortechnik diese Art von Ventilen. Es kann davon ausgegangen werden, daB in Zukunft Produktionsanlagen viele Bereiche, in denen heute noch Ventile aus konventionellen Werkstoffen eingebaut sind, in Reinstraumtechnologie ausgestattet werden. Dabei sind zwar relativ grol3e Investitionen notig, diese sind aber im Sinne der Produktreinheit und Ausschuherminderung mittel- und langfristig gerechtfertigt.

6

Verzrile in der prciktischen Anwenclung

Wasseraufbereitung allgemein Industriell verschmutztes Gebrauchs- und ProzeBwasser wird analysiert und gereinigt, bevor es an das ortliche Abwassernetz abgegeben werden darf. Innerhalb solcher Anlagen sind die unterschiedlichsten Schritte notwendig und es kommen die unterschiedlichsten Verfahren zur Anwendung. Uber Filtration und Neutralisation sowie Eindikkung konnen die Abwasser heute bis zur Trinkwasserreinheit gereinigt werden. Da in solchen Applikationen meist verschmutzte Industrieabwasser, Vermengungen oder eingedickte Substanzen gereinigt werden, kommen Kunststoff-Membranventile zum Einsatz. Die Schmutzunempfindlichkeit wie auch die Artenvielfalt dieses Ventil-Prinzipes ermoglichen einen baukastenartigen Aufbau dieser Anlagen (Abb. 1-7).

Reinigungsanlagen in der Biotechnologie Fremdgesteuerte Bio-Membranventile werden in einer Pipettenreinigungsanlage verwendet. Um die Reinheit der behandelten Pipetten zu gewahrleisten, mu13 zunachst die Reinigungsanlage selbst hohen Reinheitsanforderungen geniigen. Neben Tempera-

Abb. 1-8. Reinigungsanlagen in der Biotechnologie.

turbestandigkeit ist auch Sterilisierbarkeit gefordert. Bei den verwendeten Verbindungen handelt es sich um Tri-Clamp-Anschliisse, welche einen schnellen, radialen Aus- und Einbau der Ventile ermoglichen. Diese Verbindungstechnologie ist totraumfrei und speziell fur den Einsatz im Biotechnologiebereich entwickelt worden. Durch die TriClamp-Verbindungstechnik wird ein Optimum an Flexibilitat erzielt. Eine Alternative dazu ware die sogenannte Milchrohrverschraubung. Diese Art der flexiblen AnschluBtechnik wird, wie ihr Name vermuten lafit, insbesondere in der Lebensmittel- und Molkereitechnologie verwendet.

Kiesfiltration Mechanisch verschmutztes Wasser wird durch eine Kiesfiltration gereinigt. Wegen der Verschmutzung des Mediums mit Partikeln kommen Membranventile zum Einsatz. Die Abbildung zeigt eine Metallapplikation in fremdgesteuerter Ausfiihrung (Abb. 1-9).

Recycling von ProzeBlosungen Die wahrend eines Produktionsprozesses verschmutzten und gemischten aggressiven Medien werden durch verschiedene Schritte getrennt und recyclefahig gemacht, danach konnen sie der Entsorgung zugefuhrt werden. Im gezeiten Anwendungsfall werden werden fremdgesteuerte Metall-Membranventile eingesetzt. Die Trennung von Gemengen ist ein standig aktueller werdendes Thema. Im Rahmen der Rohstoffriickgewinnung sowie des Umweltschutzes ist in naher Zukunft mit weiteren Gesetzesverscharfungen zu rechnen. Heute in diesem Bereich gemachte Investitionen werden einen ,,Gesetzesschock" vermeiden. Ein durch Gesetze entstandener Zugzwang zu plotzlichen Investitionen im Umweltschutzbereich kann ein Unternehmen empfindlich treffen. Wird daher bereits jetzt vorgesorgt, ist neben dem willkommenen Effekt, schon heute die Umwelt zu schutzen, der Ubergang zu einer scharferen gesetzlichen Regelung leichter hinzunehmen (Abb. 1- 10).

Beispielhafre Einsatzgebiete von Industrieventilen

Abb. 1-9. Kiesfiltration.

Abb. 1-10. Recycling von ProzeBlosungen.

7

Abb. 1-11. Neutralisationsanlage. lisiert. Die Anlage arbeitet vollautomatisch und wird uber eine kleine Steuereinheit geregelt. Anlagen dieser Bauart befinden sich haufig am SchluB der unterschiedlichsten Produktionsverfahren. Innerhalb

Neutralisationsanlage Das pH-Wert-Schwankungen ausgesetzte Industrieabwasser wird mit Natronlauge und HC1 neutra-

4 t Oruden

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Q Abb. 1-12. Dampftechnik.

Beispielhafie Einsatzgebiere von Industrievenrilen

solcher Applikationen stellen Medienanalyse, Neutralisation und Nachanalyse eine geschlossene Einheit dar.

Abb. 1-13. Rohwasseraufbereitung.

9

Dampftechnik Dampferzeuger, Warmetauscher, Kondensatoren und Sterilisatoren werden in vielen Anlagen verwendet (Abb. 1 - 12). In diesen Anwendungsbereichen sind temperatursowie druckbestandige Ventile gefordert. Es handelt

Vamp!

\ Abb. 1-14. Geschlossenes Kondensatorsystem.

sich dabei meist um Ventile in Flanschausfiihrung, insbesondere Sitzventile werden aufgrund der Druck- und Temperaturbedingungen eingesetzt.

Rohwasseraufbereitung und geschlossenes Kondensatsystem Die Rohwasserautbereitung ist der erste Schritt, der durchgefiihrt werden muB, urn ein Dampfsystem

in Betrieb zu setzen. Das Rohwasser wird mechanisch gereinigt und vollentsalzt. Aus Rohwasser wird nach Reinigung und Vollentsalzung Dampf erzeugt. Er wird einem Verbrducher zur Verfugung gestellt und nach der Kondensation dem System zur erneuten Verwendung zuriickgefuhrt. Lediglich der dabei auftretende Mengenverlust wird durch neu aufbereitetes Wasser ersetzt (Abb. 1-13).

Wasserventile Sogenannte ,,Wasserventile" in Magnetausfiihrung finden sich in vielen Applikationen des allgemeinen Maschinenbaues. Es handelt sich hierbei um relativ preiswerte Membran/Sitzventile, die mit einem Elektromagneten betatgt werden. Da in vielen Anwendungsbereichen keine Druckluft zur Steuerung bereitgestellt werden kann, stellen diese Ventile oft eine gute Alternative dar. Ein typisches Anwendungsgebiet sind beispielsweise die Waschwasseraufbereitungen und Wiederverwertungsanlagen von AutowaschstraBen (Abb. 1 - 15).

Anlagenbau allgemein

Abb. 1-15. Wasserventile.

Ein Beispiel dafiir, dalj Technik nicht haBlich sein mu@ ist diese Wasseraufbereitungsanlage. Hier kommen fremdgesteuerte Membranventile mit elektrischen Stellungsriickmeldern zum Einsatz. Der

Beispielhajie Einsatzgebiete von Industrieventilen

Abb. 1-16. Anlagenbau allgemein.

Abb. 1-17. Labortechnik.

1I

Aufbau dieser Applikation beweist. daB Industriedesign durchaus seine Berechtigung hat (Abb. 1- 16).

Labortechnik In einer automatisch arbeitenden Laboreinrichtung werden mittels direktgesteuerter Magnetventile unterschiedliche Rezepturen gemischt. Die Messung der Beimengungsmasse erfolgt uber elektronische Waagen, welche ein fur die Steuerung auswertbares Signal senden. Das entsprechende Magnetventil wird im Bedarfsfall iiber kurze Impulse angesteuert. Durch die Umprogrammierung der Steuereinheit lassen sich die Rezepturen einfach verandern, so da13

Abbe 1-18. Alternative KlaPPenventile.

Abb. 1-19. Getrankeabfullung .

Beispielhafie Einsatzgebiete von Industrieventilen

langwierige Versuchsreihen auf diese Weise ohne unnotige Personalbindung durchgefiihrt werden konnen (Abb. 1-17).

Alternative-Klappe Bei der Wasseraufbereitung werden haufig Klappenventile eingesetzt. Es sollte allerdings darauf geachtet werden, daB keine mechanischen Verschmutzungen auftreten. Die Schalthaufigkeit von Klappenventilen ist gegenuber derjenigen von Membranventilen stark eingeschrankt, so daB bei einer erforderlichen hohen Schaltzahl Klappenventile oft nur bedingt eingesetzt werden konnen (Abb. 1-18).

13

Getrankeabfullung Die Getrankezylinder fur gastronomische Betriebe werden in der gezeigten Einrichtung mit Apfelsaft befullt. Da der hohe Fruchtsaureanteil den Apfelsaft zu einem aggressiven Medium macht, werden Schragsitzventile aus hochwertigen Edelstahllegierungen verwendet. Deren kurze Schaltzeit, sowie der am Ventilsitz klar definierte Querschnitt machen Schragsitzventile f i r diesen Zweck besonders geeignet. Durch die Beschaltung in einer klar definierten Zeiteinheit kann mit fremdgesteuerten sowie elektromagnetisch betatigten Sitzventilen eine genaue Dosierung erreicht werden.

FaRreinigung Die gezeigte FaBreinigungsanlage ist ebenfalls mit Metall-Sitzventilen zur Steuerung und Vertei-

Abb. 1-20. FaBreinigung.

14 Ventile in der praktischen Anwendung lung der Reinigungs- und Spulflussigkeit fur Keckfasser vorgesehen. Um einen hohen Reinigungsgrad bei relativ geringem Wasser- und Spulmitteleinsatz zu gewahrleisten, arbeitet die FaSreinigungsanlage mit relativ hohen Betriebsdriicken von bis zu 10 bar.

teilweise hochaggressive Medien und Substanzen verwendet. Innerhalb dieser Applikation zur Medienverteilung am Produktionsbeginn werden manuell betatigte PVC-Klappenventile eingesetzt. Alle weiteren Produktionsprozesse sind halb- bzw. vollautomatisch realisiert.

Haarpflegemittel-Herstellung In der kosmetischen Industrie, wie beispielsweise bei der Herstellung von Haarpflegemitteln, werden

Abb. 1-21. Haarpflegemittel-Herstellung.

Ubersichtstabelle der Anwendungsgebiete Da es nahezu unmoglich ist, auch nur annahernd alle wichtigen Einsatzfalle fur Ventile aufzuzeigen, gibt die nachfolgende Tafel 1- 1 eine erganzende

Ubersicht uber die Einsatzgebiete von Industriearmaturen. Die vorangegangenen Anwendungsbeispiele stellen lediglich eine kleine Auswahl der Applikationsmoglichkeiten dar.

Auswahlkriterien f i r Ventile im Anlagenbau

15

Tafel 1-1. Beispielhafte Einsatzgebiete f i r Ventile. Abfillanlagen, -maschinen Abwasseranlagen Analyseapparate Anlagenbau (Allgemein) Anlagenbau (Chemie) Anleimaschinen Anneimittelhersteller Asphaltiermaschinen Atzmaschinen Autoklaven Backereimaschinen Batteriehersteller Bedampfungsanlagen, -maschinen Befeuchtungsanlagen BehtUterheizanlagen Beizmaschinen Beschichtungsanlagen Betonmischanlagen Bewhserungsanlagen Bleichereianlagen, -maschinen Bleichereien Brandschutzanlagen Brauereien Chemieanlagenbau Chlordosierung Chlorherstellung Dampferzeuger Dampfstrahlmaschinen Desinfektionsapparate Destillationsanlagen Dosieranlagen Dosiermaschinen Druckluftanlagen

Druckmaschinen Diingemittelhersteller Emaillierwerke htfettungsanlagen Enthtktungsanlagen Entkeimungsanlagen Entsalzungsanlagen Extraktionsanlagen Fiirbereien Fiirbereimaschinen Farbenindustrie Fa6reinigungsmaschinen Fennenterbau Filteranlagen Filterpressen Fleischereimaschinen Galvanisieranlagen Genfonchung Gerbereimaschinen Getrhkeindustrie Gewiichshiiuser, Gartenbau Gipsmaschinen GroBkUchenanlagen Impriignieranlagen Ingenieurbiiros (Anlagenbau) lngenieurbbs (Chemie) Ingenieurbiiros (Wasseraufbereitung) Ionenaustauscher Wteanlagen Kgisereimaschinen, -anlagen KlMagen Klebeautomaten

1.2 Auswahlkriterien fur Ventile im Anlagenbau Die Auswahlkriterien fur Ventile im Anlagenbau sind die Grundlage fur eine sichere, wirtschaftlich und technisch einwandfreie Auswahl in jedem Einsatzfall. Werden auch etablierte Anwendungsgebiete nach diesem Auswahlschema analysiert, kann oft festgestellt werden, d& bereits vorhandene, eingebaute Ventile durch besser geeignete ersetzt werden konnen. Dies liegt zum einen daran, dal3 die aus Zeitgriinden oftmals nur oberflachliche Behandlung dieses Themas an Hochschulen die Schuler und Stu-

Klebemaschinen Klebstoffhersteller Kochanlagen Kraftfahrzeugbau Kraftwerke Laborgeriite Lachsriluchereien Lackieranlagen Leimapparate Luftbefeuchhmgsanlagen Lufttmcknungsanlagen Luft- und Raumfahrt Meerwasseraufbereitung Milchindustrie Molkereieinrichtungen Molkereimaschinen Nahrungsmittelindustrie Neutralisationsanlagen Osmoseanlagen Ozonaniagen Pharmazie pH-Wert-Regelung Raucheranlagen Raffherien Rauchgasentschwefelug Recycling Regenerationsanlagen fiir Stluren Reifenpressen Reinigungsmaschinen fiir Behillter Reinraumtechnii Ruhrrnaschinen Sage- und Schleifmaschinen

Schiffbau Schokolademaschinen SchwefelrUckgewinnungsanlagen Schwimmbadausriistungen Seifenfabriken Separationsanlagen Silofahrzeuge Solarsysteme Spiilmaschinen(Industrie) Sterilverpackungsmaschinen Tankfahrzeuge Tauchbilder (Chemikalien) Taxmaschinen Teigmischmaschinen Temperaturkammern Teppichmaschinen Tiefkiihlanlagen Triidcanlagen 'hcknungsanlagen Verfahrenstechnik Verleimmaschinen Verpackungsanlagen, -maschinen Wiischereianlagen (Industrie) Waschanlagen Waschstra6en Wasseraufbereitungsanlagen Werften

denten nur unzureichend informiert. Zum anderen wird nach dem Studium haufig vorhandenes Wissen ungepriift und falsch weitergegeben. Dariiber hinaus werden aufgrund mangelnder Informationen iiber Ventilneuentwicklungen bereits bestehende und technisch oft uberholte Losungen realisiert. Das Ziel sollte also sein, Ventile nicht nur in-

nerhalb neuer Applikationen richtig auszuwahlen, sondern sinnvollerweise sollten auch bestehende Applikationen auf ihre optimale Auslegung uberpruft werden. Ein heute optimal eingesetztes Ventil kann morgen schon zur Verbesserung und grof3eren Rentabilitat einer Produktionsanlage fuhren.

16 Ventile in der praktischen Anwendung

Das Auswahlschema Das auf Tafel 1-2 gezeigte Auswahlschema mit den Auswahlkriterien fur Ventile im Anlagenbau zeigt, wie komplex die richtige Auswahl des optimalen Ventiles ist. Im wesentlichen beinhaltet das Auswahlschema drei Uberbegriffe: - Analyse

- Spezifikation - Definition

Die Analyse Der Begriff Analyse umfaBt alle Anforderungen des Anwenders an das Stellglied und kann sinngemaB mit einem Pflichtenheft eines technischen Gerates verglichen werden. Natiirlich ist dieses im Fall der Analyse kein niedergeschriebenes Werk, sondern eine aus vielen Einzelanforderungen bestehende Gegebenheit innerhalb eines Verfahrens. Inhaltlich ist die Analyse in drei Uberbegriffe unterteilt, namlich:

- prozeaabhangige Anforderungen - mediale Einfliisse - anlagentechnologische Anforderungen.

ProzeJabhangige Anforderungen

Die prozeBabhangigen Anforderungen lassen sich in vier einzelne Komponenten einteilen, welche durch den zu realisierenden ProzeB bestimmt werden. Es handelt sich hierbei um die Positionen:

Die Steuer- und Regelfunktion bestimmt, in welchem MaBe fiir den zu realisierenden ProzeB eine Offnungs- oder SchlieBfunktion, eine Mehrwegefunktion oder eine Proportional- bzw. Regelfunktion erforderlich ist, beispielsweise die Aufgabe, verschiedene Medien zu mischen, zu teilen oder in einer klar definierten Einheit zu regeln bzw. zu dosieren. Die gewiinschte Steuer- und Regelfunktion wirkt sich auf die konstruktiven Merkmale eines Stellgliedes aus. So konnen beispielsweise gute Regelfunktionen nicht mittels eines Klappenventils realisiert werden. In diesem Fall ist ein Sitzventil bzw. bei verschmutzten Medien ein Membranventil erforderlich. Ebenso ist es nicht moglich, mit einem Klappenventil eine Dreiwegefunktion zu realisieren. Die erste grobe Vorauswahl des Funktionsprinzipes eines erforderlichen Stellgliedes wird also schon innerhalb der prozeBabhangigen Anforderungen beim ersten Unterbegriff gemacht. Weitern EinfluB nimmt die Steuer- und Regelfunktion auf den Antrieb. Sol1 beispielsweise eine Regelung erfolgen, so konnen keine elektromagnetischen Antriebe verwendet werden, die Regelung ist nur manuell, fremdgesteuert oder elektromotorisch moglich. Bei einem erforderlichen Dosiervorgang wiederum stellt in vielen Fallen der elektromagnetische Antrieb eine gute Losung dar. Die zweite Rubrik Betriebsdruck beriicksichtigt eventuell verfahrenstechnologisch erforderlichen Unter- bzw. Uberdruck und wirkt sich direkt auf den Werkstoff aus. 1st beispielsweise bei einem bestimmten Verfahrensablauf ein .Uberdruck von 15 bar notwendig, kann kein reiner Kunststoffkorper verwendet werden. Handelt es sich um ein aggressives Medium, so kann als Losung ein Kunststoffkorper nur in Verbindung mit einer Metallummantelung akzeptiert werden.

- Steuer-Regelfunktion

- Betriebsdruck - Betriebstemperatur - K,-Wert.

Alle vier Positionen werden durch das Produktionsziel des benotigten Prozesses definiert.

Die Betriebstemperatur wirkt sich ebenfalls unmittelbar auf die Werkstoffauswahl aus. Bei extrem niedrigen oder hohen Temperaturen konnen nur Metalle verwendet werden. Im Temperaturbereich zwischen minus 20 "C und plus 130 "C sind auch einige Kunststoffe durchaus venvendbar.

Def in it ion

L

Spezif ikation

Analyse

4

c

Membranventil, Sitzventil, Klappe, Kugelhahn. u s w

handbetatigt, fremdgesteuert, motorisch, elektromagnetisch

verschraubung, Try-Clamp. Schlauch klemmverbindung, u s w.

Klebe-SchweiR stutzen, Armaturenverschraubung. MilchrohrFlansch.

Spezif ikation

GrauguB mit PP od PFA Auskleidung u s w

Messing. Rot uB. Sta hfgu 8, GrauguR, NiroguB, u s w

PVC - CPVC ABS - PP PFA - PVDF u s w

Analyse

DIN. IS0 BS-OD-Tubing ANSI NAMUR

Auswahlkriterien fir Ventile im Anlagenbau

AuBerdem wirkt sich die auftretende Temperatur auch auf die Auswahl der AnschluBvarianten aus. Beispielsweise ktinnen Armaturverschraubungen mit Bundbuchse nicht bei Armaturen mit extrem hoher Temperaturbelastung verwendet werden, denn die zu g r o k temperaturabhiingige Ausdehnung wurde innerhalb des Ventilkorpers und der Verrohrung zu extrem groSen Spannungen fuhren. Auch eine Klebeverbindung ist nur moglich, wenn sie im zulassigen Temperaturbereich der Klebung erfolgt.

K,-Wert. Der prozeBabhangige, erforderliche Volumenstrom beeinflufit die konstruktiven Merkmale eines Stellgliedes unmittelbar. 1st beispielsweise ein ungehinderter Volumenstrom gefordert, kann das Kugelventil als das richtige Funktionsprinzip eingesetzt werden. Dariiber hinaus ist auch ein EinfluS auf die korrekte Auswahl des Antriebes moglich. 1st beispielsweise eine schnelle Volumenstromveriinderung erforderlich, eignen sich insbesondere fremdgesteuerte Antriebe, da motorische Antriebe in diesem Fall meist zu langsam sind. Weiterhin erfolgt eine EinfluSnahme durch die Auswahl der Anschlusse. Wenn beispielsweise ein groBer Volumenstrom erforderlich ist, muB dementsprechend eine groSe Nennweite definiert werden. Viele der AnschluSvarianten stoBen hier jedoch sehr schnell an ihre Grenzen. Milchrohrverschraubung oder Tri-Clamps existieren z.B. in der Nennweite DN 200 mm nicht mehr. Somit grenzt der erforderliche Volumenstrom unmittelbar die wzihlbare Verbindungstechnik ein.

Die medialen Einfliisse Im Rahmen der medialen Einfliisse werden drei Variablen diskutiert:

- Verschmutzungsgrad - Aggregatzustand - Chemische Eigenschaften. Der Verschmutzungsgrad eines Mediums nimmt sehr starken EinfluB auf die Konstruktionsmerkmale eines Stellgliedes. So sind Sitzventile und Klappen-

19

ventile beispielsweise uberhaupt nicht f i r extrem stark verschmutzte Medien geeignet, in diesem Fall sollte ein Schlauchquetsch-, Membran- oder Membrantiefsitzventil eingesetzt werden. Ebenso wirkt sich der Verschmutzungsgrad auf die Auswahl der Anschlusse aus. Bei einer biotechnologischen Anwendung, bei der nach ProzeSbeendigung Keimfreiheit gewiihrleistet sein muS, konnen nur solche AnschluBvarianten zum Einsatz kommen, die den hohen Anforderungen der Sterilisierbarkeit entsprechen. Auch Normen beeinflussen die Wahl des richtigen Ventils. Als Fallbeispiel dient die amerikanische FDA Zulassung fur in der Lebensmittelindustrie genutzte Ventile. Die unter dem iiberbegriff Normen zusammengefdten Anforderungen umfassen natiirlich auch branchenabhhgige Vorschriften und Empfehlungen. Dabei handelt es sich zwar nicht um Normen im eigentlichen Sinne, aber dennoch um Auswahlkriterien, die in ihrer Wertigkeit mit Normen gleichzusetzen sind. Dex Aggregatzustand ubt direkten EinfluB auf die Konstruktionsmerkmale aus. Im Fallbeispiel Staub wsire ein Sitzventil denkbar ungeeignet. Durch die hohe Umlenkung des Mediums und dessen abrasive Eigenschaft k&ne es zu einer explosionsartigen Selbstzerlegung der Armatur. Fiir staubformige Medien sind Membranventile, insbesondere solche mit Gummiauskleidung, ideal. Die Kombination abrasiver Staub und Gummiauskleidung zeigt automatisch auch einen leicht zu erkennenden Zusammenhang zwischen Aggregatzustand und Werkstoffauswahl. Wegen durch die AnschluSgeometrie bedingter Abstufungen und Kanten sind einige AnschluBvarianten bei stark abrasiven Medien als technisch schlechte Liisung anzusehen. Dariiber hinaus gibt es im Rahmen verschiedener Anwendungen Falle, in denen extrem giftige Gase auftreten. Dann miissen die Anschlusse absolut gassicher, wenn nicht gar in SchweiSstutzenausfiihrung, ausgelegt sein.

Chemische Eigenschaften. Der pH-Wert bzw. die Aggressivitat eines Mediums wirken sich direkt und leicht erkennbar auf die Werkstoffauswahl aus, wobei meist Erfahrungswerte bzw. Informationen aus einer Bestiindigkeitsliste als Grundlage dienen. Ihr

Membranventil. Sitzventil, Kla pe Kugefhahn, u. s. w. ~

handbetatigt, frerndgesteuert, rnotorisch, elektromagnetisch

u. s. w. ;ch, ,ohr,ubung, im-

UCh-

amp,

DIN - IS0 BS-OD-Tubing ANSI :hwei8en, uren-

verbindung, u. 5. w.

Spezif ikat ion

GrauguB mil PP od. PFA Auskleidung u. s. w.

Messing, Rot UB Sta hfg u d , GrauguR, NiroguB, u. s. w.

-

neutral.

f ~ ~ ~ ~ aggres*siv

gasformig, Dampf.

PVC . CPVC . ABS PP PFA - PVDF u. s. w.

rein, sauber, verschmutzt

mmm

Mediale EinflSisse

Analyse

Auswahlkriterien fu’r Ventile im Anlagenbau

EinfluB fuhrt zur Normung bzw. zu Branchen- und industriebedingten Empfehlungen. So existieren beispielsweise Vorschriften zur Lagerung und zum Transport von gef&lichen Gutern, welche beachtet werden mussen.

21

zum schnellen und leichten Umbau gegeben sein muB. In diesem Fall mussen die Anschlusse entsprechend ausgewiihlt werden.

Zusammenfassung der Analyse Die anlagentechnologischenAnforderungen Im Feld der anlagentechnologischen Anforderungen sind drei Rubriken aufgefiihrt:

- Steuermedium - Sicherheitsanforderungen - Besonderheiten.

Das zur Verfugung stehende Steuermedium beeinfluBt die Wahl des Antriebes direkt. Steht z. B. keine Druckluft innerhalb einer Anlage zur Verfiigung, so konnen keine fremdgesteuerten Antriebe eingesetzt werden. Es besteht in diesen Fallen die Moglichkeit, Hydraulikantriebe, bzw. mediumdruck-beaufschlagte Antriebe einzusetzen. Meist jedoch werden in diesen Fallen elektromotorische- oder magnetische Antriebe bevorzugt. Die besonderen Sicherheitsanfordengen an ein Ventil wirken sich direkt auf die Werkstoffe, die Antriebe, die konstruktiven Merkmale, die AnschluBvarianten und auf die moglichen Normen aus. Sie sind meist in Unfallverhutungsvorschriften, Versicherungsvereinbarungen, Verordnungen oder GesetZen geregelt. Die Definition der genannten Rubriken in Abhiingigkeit von der Aufgabe und dem Medium muB immer unter Beriicksichtigung der Sicherheitsanforderungen erfolgen. Unter Besonderheiten konnen beispielsweise Umgebungsatmosphiire sowie Umfeldtemperatur oder erforderliches Zubehor definiert sein. 1st z. B. innerhalb einer Applikation mit einer erhohten Umgebungstemperatur zu rechnen, so muB diese bei der Werkstoffauswahl unbedingt beriicksicht werden, denn es wirken sich sich sowohl die Medien- als auch die Umgebungstemperatur aus. Eine weitere Besonderheit kann darin bestehen, daB innerhalb einzelner Abschnitte die Moglichkeit

Die bei der Analyse definierten Gegebenheiten wirken sich direkt auf die Spezifikation aus. Betrachtet man nun auf der Tafel 1-2 s h t l i c h e Verbindungslinien zwischen Analyse und Spezifikation, so fallt auf, wie komplex ein Auswahlvorgang ist. Dariiber hinaus besteht als weitere, nicht immer leicht ersichtliche Schwierigkeit, der EinfluB ungunstiger Kombinationen mehrerer Analyserubriken auf die einzelnen Rubriken der Spezifikation. Aufgrund der prozeoabhangigen Anforderungen in Verbindung mit dem Konstruktionsmerkmal kann ein z. B. Sitzventil als besonders geeignet erscheinen, aber ein extrem hoher Verschmutzungsgrad des Betriebsmediums kann dennoch zur Wahl eines Membranventiles fuhren. Es sind also zur Ventilauslegung neben einer Analyse auch noch umfangreiche Kenntnisse im Bereich der Spezifikation notwendig. Die Analyse definiert also nur die herrschende Situation innerhalb eines Verfahrens bzw. Applikation.

Die Spezifikation Die Spezifikation u m f d t alle moglichen, sich auf dem Markt befindenden, StellgIiedNentilvariationen und beinhaltet die Rubriken:

- Konstruktionsmerkmale - Werkstoff - Antrieb

- Anschlusse - Normen.

Da der Anwender nur begrenzte Kenntnisse uber die Produktvielfalt der vorhandenen Ventile besitzt, ist er in diesem Punkt auf die Informationen aus der Zulieferindustrie angewiesen. Eine gute Fachberatung der einzelnen Ventilhersteller ist daher unabdingbar. Dariiber hinaus besitzen die Ventilhersteller

morkmrlr Membranventil, Sitzventil, Klappe. Kugelhahn, u. s. w.

r handbetatigl. fremdgesteuert, motorisch, elektromagnetisch

Notfunktion, ex-gesch0tzt,

u. ” ’’

BS-OD-Tubing ANSI NAMUR

DIN - IS0

neutrales Gas, elektr. Energie. Hydraulik, Betriebsmedium

m8m Umgebungslutt. -temperatur, Zubehor

Anlagentechnologische Anforderungen

Klebe-SchweiBstutzen, Armaturenverschraubung, Flansch, Milchrohrverschraubung. Try-CI a mp, Schlauchklemmverbindung, u. s. w.

Spezif ikation

GrauguB mit PP od., PFA Auskleidung u. s. w.

Messing, Rot uB, St a hfgu B, GrauguB, NiroguB, u. s. w.

~

PVC . CPVC ABS - PP PFA PVDF u. s. w.

Analyse

Auswahlkriterien fur Ventile im Anlagenbau 23

meist einen groBen Erfahrungsschatz sowie ein Sammelsurium an Losungen in verschiedenen Anwendungsbereichen. Auf diese Erfahrungen mu8 der Anwender zuriickgreifen konnen. Durch dieses Buch sol1 ein umfangreiches Wissen im Bereich der Spezifikation vermittelt werden, so daf3 ein Betreiber bzw. Anlagenbauer mehr Unabhangigkeit bei der Spezifikation erlangt.

Die Definition Die Definition ist schlieBlich das Produkt aus Analyse und Spezifikation. Sie fuhrt unter Beriicksichtigung der prozeBabhangigen Anforderungen, der medialen Einflusse sowie der anlagentechnologischen Anforderungen im direkten Zusammenhang mit der Spezifikation zu einer klaren Definition des erforderlichen Stellgliedes.

Verhandlungssicherheit durch Auswahlschema LaBt sich ein Anlagenbauer, technischer Einkaufer oder Konstrukteur durch eine Fachberatung das fur seinen Anwendungsfall richtige Ventil empfehlen, kann er nun unter Zuhilfenahme des vorliegenden Auswahlschemas seinen Gesprachspartner besser hinterfragen. Eine Fehlberatung wird dadurch nahezu ausgeschlossen. Dariiber hinaus ist durch die Verwendung des Auswahlschemas auch eine schnelle, nachtragliche iiberpriifung vorhandener Ventillosungen moglich. Sind dem Auswiihlenden innerhalb seiner Applikation Funktionsstorungen bzw. andere Reklamationen an den eingesetzten Ventilen bekannt, so kann er durch eine Uberpriifung der einzelnen Analysepunkte einen moglichen Definitionsfehler der Vergangenheit erkennen.

Beispiel eines praktischen Auswahlverfahrens Um durch einen echten Anwendungsfall aufzuzeigen, wie wichtig die Beachtung und Durchfiihrung des Auswahlschemas ist, wird nun an Hand der

allgemeinen Auswahltafel 1-2 eine konkrete Auswahl durchgefuhrt. Die Anwendungsbeschreibung und die Einsatzdaten mussen in das Auswahlschema integriert werden, wodurch eine Gesamtubersicht Analyse entsteht. Durch Hinterfragen der einzelnen Analysepunkte lassen sich so Konstruktionsmerkmale, Werkstoff, Antrieb, Anschliisse und Normen bzw. Vorschriften am genauesten definieren. Natiirlich setzt dieser Vorgang ein g r o k s Wissenspotential im Bereich der Ventiltechnik voraus, das zu einem groBen Teil in den nachsten Abschnitten vermittelet wird. 1st dieses Grundwissen dann vorhanden, fallt es leicht, die nachfolgenden Anwendungsbeispiele mit Hilfe des Auswahlschemas in eine klare Ventilauslegung umzusetzen. Zu Ubungszwecken konnen alle nachfolgenden Anwendungsbeispiele herangezogen werden. Dazu mussen die Anwendungsschemen, Funktionsablaufe sowie die technischen Informationen der Anwendungsbeispiele betrachtet werden. Dariiber hinaus kann dann aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse eine Materialauswahl im Rahmen der Bestandigkeitsliste erfolgen. Das Fehlen von einzelnen, notwendigen Informationen beim Auswahlvorgang zeigt, wie wichtig die vollstandige Analyse einer Anwendung ist. Die fehlenden Informationen mussen in der Praxis entweder hinterfragt oder selbst konstruiert werden. Der Anwender mu8 also unbedingt alle in der Analyse zusammengefaBten Informationen dem Auswiihlenden zur Verfugung stellen. Fehlt nur eine Information, so besteht die Gefahr, keine optimale Auswahl treffen zu konnen.

Einsatzfall: Gasgewinnung Vequhren: Energie aus MiilYGas-Forschungswerk Funktionsprinzip: Das auf einer Mulldeponie anfallende Gas (Methan 15 bis 65 %) wird erfdt, aufbereitet und einer naheliegenden GroBgiirtnerei zugefiihrt. Gewachshauser mit ca. 100oO m2 Grundflache werden durch eine Kraft-Wiirmekopplungsanlage beheizt. Gleichzeitig erzeugen zwei GasOttomotoren neben Strom zur Eigenversorgung auch noch Strom fur das offentliche Stromnetz.

L

I I

II‘

Wasser

I

morLaulo

Konttruktlons-

I

I

I

sauber

I

I

Workstoff

1

I l l

I

Gas

I

I

I

I I

--------

1

i I

Y

I

I l l

a s~~~ zt

Normen

1

I l l

Druckluft

Inr

I

ke i n e

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Anla entechnologische

AnschlOsse

re Iat i v neutral

.-

Antrieb

mwm-q

Nlediale Einflusse

Analyse

Auswahlschema eines Ventiles fur die Biogasgewinnung (Mulldeponie)

Auswahlkriterien fu’r Ventile im Anlagenbau 25

Funktionsublaufi Auf der Deponie sind neun Gasdome verteilt. In diesen Sammelstellen sammelt sich Gas, das von einem Geblase (im Maschinenhaus) abgesaugt wird. h e r besondere MeB- und Entwasserungs-Einrichtungen wird es im Hinblick auf Qualittit untersucht und die Menge registriert. Brauchbares Gas (Methangehalt 15 bis 65 %) wird zum Verbraucher gesteuert, unbrauchbares Gas wird iiber Gasfackeln abgebrannt.

Funktionsprinzip: Carbonatreiches bzw. magnesiumhaltiges Wasser durchflieBt unter Druck besonders saure Kationenaustauscher. Dabei tauscht das Kationenaustauscherharz die im Wasser enthaltenen Kationen gegen Wasserstoffionen aus. Im so a u k reiteten Wasser befindet sich noch freie Kohlensaure, die durch Beluftung entfernt wird. Durch Kalkwasser wird die Mineralsaure abgebunden, so erhiilt man entcarbonisiertes Brauwasser, das nur noch Calciumionen enthalt.

Tafel 1-6B. Gasgewinnung.

UJJ

I

Gardon

Entwassrung

aurlitlt

Mange

520

Typ 8300

Funktionsublaufi Das Ionenaustauschharz wird nach seiner Erschopfung regeneriert. Die Regeneration erfolgt im Gegenstromverfahren mit Schwefelsaure in zwei Stufen. Die uberschussige Saure wird anschlieBend ausgewaschen. Die Funktion der Ionenaustauscher wird iiber eine Differenzleitfiihigkeit iiberwacht.

Druckluft

Eingesetzte Ventile bzw. Armturen:

- 2/2-Wege Metall-Sitzventil, fremdgesteuert - 2/2-Wege Kunststoff-Membranventil, fremdEingesetzte Ventile bzw. Armaturen:

- 2/2 Wege Metall-Sitzventile, fremdgesteuert - Metall-Vorsteuerventil

gesteuert - DurchfluBmesser (Schwebekorperprinzip) Geruteduten: Nennweiten: DN 15, 32, 65, 100 und 150 mm

Geruteduten: Nennweite: DN 100 mm Steuerfunktionen: in Ruhestellung geschlossen Steuerfunktion: in Ruhestellung geschlossen Steuermedium: Druckluft 4 bis 6 bar Steuermedium: Druckluft 5 bis 7 bar Betriebsmedium: Methangas

Einsatzduten: Mineralsaures, kohlensaurehaltiges Wasser, sowie 4 % Schwefelsaure.

Betriebsdruck: Vakuum bis 0,5 bar

Druck: bis 6 bar herdruck.

Magnetschutzart: ExSG 4 fur Vorsteuerventil Dieser Funktionsablauf ist fiir jeden Gasdom installiert.

Einsatzfall :Abfiillanlage Verjiuhren: Abfiillen von chemischen Fliissigkeiten in Behalter von 20 bis 60 Liter Inhalt (Tafel 1-8).

Einsatzfall Brauwasser-Aufbereitung Verfahren: Brauwasser-Aufbereitungsanlage in einer Brauerei (Tafel 1-7)

Funktionsprinzip: Das Flussigkeitsvolumen wird mit Kunststoffzahler (Taumelscheibenprinzip) gemessen.

26

Ventile in der praktischen Anwendung

Tafel 1-7. Brauwasseraufbereitiin~.

2 x Kies-Kohlefilter I

wasser

egenerier-Wasserpumpen

EntcarbonisiertesWasser

Kalkmilch

zum Spillwasserbecken

Tafel 1-8. Abfiillanlage.

,

Bchaltrr

wahlweise

Vwwahl

0

0

€/A

Std

5teuergerat Entluftung

Punpc

Zahlcr

Ventl

225

0 Stop

Auswahlkriterien fur Ventile im Anlagenbau

Funktionsablauf: Am elektrischen Steuergerat wird die Anzahl der Behalter und die Flussigkeitsmenge des abzufullenden Mediums eingestellt. Der Kunststoffflussigkeitsziihlergibt mengenproportionale Impulse an das Steuergerat, wo sie verwertet werden. Wenn der jeweilige Behalter voll ist, schlieBt das eingesetzte Ventil (Magnet- bzw. Membranventil). Neufullen wird durch manuellen Start oder durch Einschalten der Wiederholautornatik eneicht. Bei Automatik erfolgt nach jeder Fullung eine Pause von 10- 30 Sekunden, um den Fullschlauch in den nachsten Behalter fuhren zu konnen.

Eingesetzte Ventile bzw. Armaturen:

- 2/2 Wege Sitzventil aus Kunststoff mit Magnetantrieb oder

- Mernbranventil aus Kunststoff, frerndgesteuert, DN 32, mit Vorsteuerventil (entsprechend Luft oder Strom als Steuermedium) Geriiteduten: Werkstoffe PVC, Dichtelernent EPDM

Einsatzfall: Entsorgungsanlage Verfahren: Entsorgung von silberbelastetem Abwasser in der Fotoindustrie Funktionsprinzip: Das silberhaltige Waschwasser aus den Film- und Papierentwicklungsmaschinen wird im Gegenstrom-Schwebebettverfahren durch eine, mit Anionenaustauschern gefullte, Plexiglassaule geleitet. Dabei lagert sich der anionische Silberkomplex am Ionenaustauscher an. Das silberfreie Abwasser lauft in den Kanal. Nachdem die Kapazitat der Ionentauscherfiillung erschopft ist, wird sie rnit einer Amrnoniurnthiosulfatlosung regeneriert. Dabei wird die Silberverbindung aus dem Ionenaustauscher herausgel8st. Diese silberhaltige Regenerierlosung wird nun im Kreislauf uber eine Elektrolyseanlage geleitet, wo sich das Reinsilber an den Elektroden niederschlagt. Funktionsablauf: Das Ionenaustauscherharz wird nach der Erschopfung regeneriert. Die Regeneration erfolgt im Gegenstrom rnit Amrnoniumthiosulfat,

Tafel 1-9. Entsorgungsanlage fur silberbelastetes Abwasser.

IdNEN-Austauscher

a Waschwasser

27

28

Ventile in der praktischen Anwendung

anschlieBend wird das uberschussige Thiosulfat ausgewaschen. Die Funktion der Ionenaustauscheranlage wird uber eine speicherprogrammierbare Steuereinheit uberwacht.

Steuermedium: Druckluft 4 bis 6 bar Werkstoff: PVC Dichtwerkstoff EPDM

Eingesetzte Ventile bzw. Armaturen: 3/2 Wege Sitzventile aus Kunststoff mit Magnetantrieb als Vorsteuerventile fur Schaltkasten - 2/2 Wege Magnet- u. Membranventile aus Kunststoff, fremdgesteuert (52, 617) - DurchfluBmesser (Schwebekorperprinzip) (850) -

Geratedaten: Nennweiten: DN 12, 25 und 32 mm Steuerfunktion: drucklos bzw. stromlos geschlossen Tafel 1-10. Chlor-Elektrolyse.

Einsatzdaten: Silberhaltiges Wasser, verunreinigt mit Fotoentwickler und Fixierbad; Ammoniumthiosulfatlosung, PN 10-1I (Raumtemperatur).

Einsatzfall: Chlor-Elektrolyse Verfahren: Herstellung von Natriumhypochlorid (NaOCl) aus Kochsalz (NaCl) zur Desinfektion von Wasser. Funktionsprinzip: Durchlauf-Elektrolysezelle: Elektrolysezelle im NebenfluB (Wasserentnahme aus

1

i

1

I !

t

1 Steuerteil und Gleichrichter 2 Elektrolysezelle

3 KonzentrationsmeBstelle 4 CI,-MeOgerateanschlul3 5 Salzlosebehalter 6 Solepumpe 7 Leitung zur Dosierstelle

52 Magnetsitzventil, PVC 617 Membranhandventil, PVC

850 DurchfluOmesser

Auswahlkriterien fur Ventile im Anlagenbau

dem Hauptstrom) oder separat versorgt (Wasserentnahme aus einer vom System unabhangigen, druckfiihrenden Wasserleitung), mit definierter DurchfluBmenge und C12-Konzentration. Die notwendige Chloridmenge wird durch eine Dosiereinrichtung in die Zelle kontrolliert eingespeist.

29

Eingesetzte Ventile bzw. Armuturen:

- 2/2 Wege Kunststoff-Magnetventile DN 4 mm rnit Gleichstrom-Spule - 2/2 Wege Kunststoff-Membranventile, hand-

betatigt, DN 15

- Kunststoff-DurchfluBmesser (SchwebekorFunktionsabluuf: Im Betriebszustand wird der Elektrolysezelle eine, von der jeweiligen GerategroBe abhangige Menge an Frisch- oder Beckenwasser durch ein Magnetventil und einen DurchfluBmesser zugefiihrt. Vor dem Eintritt in die Elektrolysezelle wird dem Wasser noch eine bestimmte Menge an Sole rnit einer Dosierpumpe aus einem Salzlosebehalter zugemischt und bei einer maximalen Gerateleistung von 8 g/l gleichzeitig gemessen und angezeigt. Beim Betrieb wird iiber die Steuerung das Magnetventil fur das Frisch- oder Beckenwasser geoffnet und die Dosierpumpe fur die Salzsole angesteuert. Die dem Salzlosebehalter entnommene Menge wird automatisch durch eine Fiillstandsregulierung erganzt. Das durch die Elektrolysezelle flieOende, mit Salz (max. 8 g/l) angereicherte Wasser wird in ihr auf elektrochemischen Wege in eine Desinfektionslosung rnit einem C10-Gehalt von ca. 1,7 g/l umgewandelt und dem Kreislauf direkt zugefiihrt.

Tafel 1-11. Polystyrol-Schaumautomat. n

1

perprinzip) Gerateduten:

Werkstoffe EPDM

PVC, Dichtelemente

Einsatzduten: Becken- oder Frischwasser - Zulauf uber eingestellten Druckminderer auf 2 bar begrenzt, Temperatur des Mediums: ca. +20 bis 25 "C. Medien: NaOC1-Losung rnit Konzentration 1,7 g

a2n. NaC1-Liisung aus gesattigter Sole vermischt rnit Becken- oder Frischwasser rnit einer Kochsalzkonzentration von 8,O g NaCl pro Liter.

Einsatzfall: Polystyrol-Schaumautomat VerJuhren: Aufschaumen von Polystyrol. Funktionsprinzip: Die vorgeschaumten PolystyrolPerlen (EPS) werden pneumatisch in ein formgebendes Werkzeug gefiillt und dann durch ein Bedam-

pfungsverfahren zum Formteil ausgeschaumt. Anschliefiend wird das Formteil mit Wasser und Vakuum stabilisiert, pneumatisch und mechanisch entformt. gestapel t und gespeichert.

Eingeset,-te Ventile h:w,. Artnuturen. - 2/2-Wege Metall-Sitzventile, fremdgesteuert, Gerade- und Schragsitzausfuhrung - Vorsteuerventile (Magnetventile).

Geriirc)dcireri:zu Position 1 = DN zu Position 2 = DN zu Position 3 = DN zu Position 4 = DN zu Position 5 = DN zu Position 6 = DN zu Position 7 = DN

25 20 25 32 15

50 25

Einscit:daren: zu Position 1 = Vakuum-Druck: max. -0.9 bar (U) zu Position 2 = 3 + 5 DruckluftDruck: Druck: max. 8 bar (U) zu Position 4 = Sattdampf + Kon-

densat Druck: max. 6 bar (U) zu Position 6 = Dampf + Kondensat Druck: max. 1,s bar (U) zu Position 7 = Wasser Druck: max. 6 bar.

Einsatzfall: Polystyrol-Aufschaumung Veguhren: Verarbeitung von schaumbarem Polystyrol (EPS) zu Formteilen Funktionsprinzip: Das in das formgebende Werkzeug eingebrachte, vorgeschaumte Polystyrol wird unter Einsatz von Dampf, Kuhlwasser und Druckluft zum Verpackungsteil aufgeschaumt. Funktionsahluuf: 1. Schlieljen des formgebenden Werkzeuges. 2. Fullen, d. h. Einbringen des vorgeschaumten Polystyrols uber Fullinjektoren mit Druckluft. 3. Ruckblasen des vorgeschaumten Polystyrols

Auswahlkriterien fur Ventile im Anlagenbau

aus den Materialschlauchen der Fullinjektoren in den Maschinensilo. 4. Dampfphase: Spiilen der Dampfkammern, rnit Dampfstolj (Querbedampfung) und mit Druckhaltung. 5. Kuhlen des Werkzeuges mit Kuhlwasser. 6. Evakuieren, d. h. Absaugen von W m e , Feuchtigkeit und Treibmittel aus den Dampfkammern. 7. Entformen, d. h. Losen des Formteiles im Werkzeug durch Druckluft. Offnen des Werkzeuges. 8. Abwerfen des Formteils aus dem geoffneten Werkzeug mit Druckluft.

Eingesetzte Ventile bzw. Armaturen: -

2/2-Wege Metall-Sitzventile, 3/2-Wege Kunststoff-Magnetventile, als Vorsteuerventile

31

Geriiteduten:~~ Position 1 = DN 50 und 65 Federkraft schlieljend zu Position 2 = DN 20, 25 und 50 Federkraft schliefiend und offnend. zu Position 3 = DN 2 Federkraft schlieBend. Einsatzdaten: zu Position 1 = Dampf, Druck: max. 1,5 bar (U) Vakuum, Druck: max. -0,7 bar (U) U = Unterdruck zu Position 2 = Druckluft, Druck: max. 7 bar (U). Kiihlwasser, Druck: max. 6 bar (U) und Kondensat. zu Position 3 = Druckluft, Druck: max. 7 bar (U) Steuermedium.

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2 Werkstoffe in der Ventiltechnik

2.1 Einfuhrung Der Anlagenbau umfaBt viele Spezialanwendungsbereiche. Die sehr allgemein gehaltene Bezeichnung tauscht uber die Artenvielfalt der darin enthaltenen Ventile hinweg, allein in der chemischen Industrie bestehen tausende von Anwendungsmoglichkeiten. Diese Vielfalt der Einsatzfalle ist ein Grund dafur, daB Ventile mit den unterschiedlichsten Korper- und Dichtwerkstoffen ausgestattet sein mussen (siehe Kapitel 1). Zunachst unterscheidet man die Kategorien Korper- und Dichtwerkstoffe, Tafel2- 1 zeigt die weitere Untergliederung, auf die an dieser Stelle nicht naher eingegangen wird. Die in diesem Kapitel besprochenen Werkstoffe sind die im Bereich des Anlagenbaues am haufigsten verwendeten Varianten, so z. B. in der Lebensmitteltechnik, dem biotechnologischen Anwendungsbereich sowie der Umwelttechnik und dem allgemeinen Maschinenbau, um nur einige zu nennen. Neben den klassischen Erlauterungen werden auch personliche Erfahrungen in einzelnen Bereichen weitergegeben.

2.1.1 Gegenuberstellung: Kunststoff-Metall-Keramik Die auf Tafel 2.2 aufgefuhrten Unterscheidungsmerkmale zwischen Kunststoff, Metall und Keramik sind heute noch relevant. Sicherlich werden schon bald Werkstoffe gefunden werden, welche zwar kunstlich hergestellt sind, also Kunststoffe bzw. Keramiken sind, aber dennoch auch Eigenschaften der anderen Werkstoffarten besitzen. Die Grenzen verschwimmen zunehmend, so daI3 fur zukunftige Generationen der Beruf des allgemeinen Werkstoffingenieurs mehr und mehr an Wichtigkeit gewinnen wird. Schon jetzt zeichnet sich ab, daB eine allgemeine Ausbildung in Metall- oder Ingenieurberufen nicht mehr ausreicht, dieses Sachgebiet optimal zu uberblicken.

2.1.2 WerkstoffGesamtubersichtstabelle Die in Tafel 2-3 gegebene Gesamtubersicht fur Werkstoffe kann als Arbeitsgrundlage fur die in Kapitel 1 erlauterten Auswahlkriterien fur Ventile genutzt werden. Dariiber hinaus laBt die im Kapitel 5 aufgefuhrte Bestandigkeitsliste eine Werkstoffauswahl mit Bezug auf chemische und thermische Bestandigkeiten zu.

-Aluminium -7itan sonstige Nichteisen rnetalle

Thermoplaste PVC. Polyvinylchlorid PP, Polypropylen PFA. Perfluoralkoxid - PVDF, Polyvinylidenfluorid - ABS, AcrylnitrilButadienStyrol-Copolymere - PA, Polyarnid - PE, Polyetylen - sonstige Therrnoplaste

GFKI Glasfaserverstarkte Harze - Bakelit . sonstige Duroplaste -

- Messing - Bronze - RotguB

GrauguB SpharoguB StahlguB NiroguB Stahl Nirostahl sonstige Eisenmetalle

-

Duroplaste

Kunststoffkorper

Nichteisenmetalle

I

i

-

-

ROtgUB

litan sonstige Metalle

- Bronze

-

Stahl in diversen Legierungen - Nirostahl in diversen Legierungen - Aluminium - Messing

-

MetallDichtungen

1

IIR, Butyl-Kautschuk HNRB, Therban Cr, Neoprene Chloropren Kautschuk PSI. Silikon-Kautschuk NR, Naturkautschuk sonstige Weichelastomere

EPDM. Ethylen-PropylenDien-Kautschuk CSM, Hypalon” Chlorsulfonyl Polyethylen-Kautschuk NBR, Perbunan N‘ Nitril-Butadiy Kautschu FPM, Viton Fluor-Kautschuk

WeichelastomerDichtungen

I Dichtwerkstoffe 1

Ventil-Werkstoffe

Eisenmetalle

Metallkorper

i

1 ~~~

VerbundMetall I Kunststoff Metall I Metall Kunststoff I Kunststoff Elastomer i Kunststoff Elastomer / Metall Keramik, z 8 AI,O, sonstige Verbundrnaterialien

- ...Dichtungen

$

E

P

‘s,

Ventilkorper aus Metall

35

Tafel 2-2. Vergleich der Ventilwerkstoffe.

Innerer Aurbau m d allgetneb Eigtmchdbn Medunale

Me;taite

KIeinste Teilchen

Atome der Metalle

Moiekulverbindung aus Metalloxiden ( 2 . B. A1,0,). Durch Kombinierbarkeit werden unterschiedliche Eigenschaften erreicht.

Makromolekule

Bindungskraft der Teilchen

g r o k gegenseitige Anziehung zwischen Metallionen und freien Elektronen

die naturgemu schwache Bindung der Molekule wird durch die hohe mechanische Verdichtung bei der Herstellung teilweise ausgeglichen.

schwache Bindung zwischen Molekulen.

Bindungsart der Teilchen

kristallin (Metallgitter)

kristallines Geflige, jihnlichkeiten zum Metall- u. Quarzgefiige

amorph (wattebauschartig verfilzt) oder teilkristallin, raumlich vernetzt.

vorteilbafte Eigenschaften

hohe Festigkeit, gro6e HZirte, hiirtbar, gute thermische und elektrische Leitfiihigkeit, Formstabilitat, Besthdigkeit bei hohen und tiefen Temperaturen, witterungsunbesthdig.

sehr hohe Hiirte (entsprechend der Bestandteile und der Verarbeitung), hohe Formstabilitllt, sowie hohe thermische und chemische Belastbarkeit.

einfache Verformung bzw. Formgebung, gute thermische und elektrische Isoliereigenschaften, Korrosionsbestiindigkeit, chemische Bestiindigkeit, leichte Einfairbbakeit bzw. gute Transparenz, geringe Dichte.

Nachteilige Eigenschaften

hohe Dichte, z. T. schlechte Korrosionsbesttindigkeitund chemische Bestiindigkeit.

Relativ geringe Druck- u. Zugfestigkeit, nicht spanabhebend und spritztechnisch verarbeitbar.

Thermoplaste: bei hoherer Temperatur plastisch verformbar, z a , elastisch, durch Recken hohere Zugfestigkeit.

~

~

Duroplaste: hart, sprijde. nehmen Wasser auf, kriechen unter Last (nicht formbesttindig), teilweise entflamm- und brennbar, geringe W h e b e stlindigkeit (Zersetzung). Die aufgefuhrten Eigenschaften treffen auf d l e Metalle bzw. Kunststoffe zu.

2.2 Ventilkorper aus Metall Aus Griinden der Stabilitat werden insbesondere fur Ventile im GroBanlagenbau vorzugsweise Metalle eingesetzt. Oft ist ihre chemische Bestandigkeit aber zu gering, oder das abrasive Verhalten des Mediums gegenuber dem Metallkorper 1aBt die Ver-

wendung von Metallen nicht zu. In solchen Fallen sollte moglichst auf Metalle als Korperwerkstoff verzichtet werden. Bei hohem Betriebsdruck u n d oder hoher Betriebstemperatur kann es dennoch sinnvoll sein, einen Metallkorper einzusetzen. Dann kann neben den positiven Eigenschaften des Metallkorpers, wie Temperaturbestandigkeit und Druckfestigkeit auch auf positive Eigenschaften von Kunst-

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Werkstofe in der Ventiltechnik

stoffen zuriickgegriffen werden und der kombinierte Metall/Kunststoff-Korper verwendet werden (s. Kapitel 2, Abschnitt 2.5). Unter der Voraussetzung, daB die chemischen Bestandigkeiten ausreichen, die Medien nicht uberdurchschnittlich abrasiv sind und die Betriebsdrucke sowie Betriebstempcrnturen Metalle fordern, werden im folgenden die wichtigsten Metallvarianten fur Ventile im Anlagenbau aufgezeigt. AuBerdem existieren einige Funktionsprinzipien nur in Metallausfuhrung, so daB unweigerlich ein KompromiB gefunden werden muB (z. B. Schieber-, insbesondere bei groBen Nennweiten, Klappen- und Kugelventile ab DN 300 mm aufwMs oder fremdgesteuerte Sitzventile ab DN 50 mm aufwarts). Eine Losung kann in solchen Fallen das Ausweichen auf ein anderes Funktionsprinzip darstellen (z. B. Membranventil), sonst mussen erhohter VerschleiB und eine kurzere Lebensdauer in Kauf genommen werden. Verbieten Sicherheitsbestimmungen einen KompromiB, bleibt manchmal nur der Weg uber eine Sonderanfertigung auljerhalb des vorhandenen Standards.

2,2,1 Der StahlguBkorper Ventilkorper aus StahlguB kommen im Anlagenbau seltener vor. Sie treten nur in Flanschausfiihrung in Erscheinung. Membranventil-, Kiikenventil-, Kugelventil-, Klappen- sowie Sitzventilkorper werden daraus gefertigt. Die meisten Ventilhersteller fuhren diesen Werkstoff jedoch nur als Sondervariante und nicht standardmafiig, wegen der, verglichen mit GrauguB und SpharoguB, aufwendigen Herstellung. Es handelt sich bei diesen zwar auch um GuBkorper, aber diese Alternativen sind einfacher und preiswerter herzustellen. In Fallen, bei denen hohere Qualitatsanspriiche sowie besondere mechanische Belastbarkeiten gefordert sind, bietet der Spharoguflkorper GGG 40.3 eine Alternative zum StahlguB. Daher ist eine langere Abhandlung zu diesem Werkstoff derzeit nicht gerechtfertigt.

NIRO G&- oder Schmiedeteil

NIRO Gu6- oder Schmiedeteil

GG-25

GGG-40.3

nichtrostender Stahl

nichtrostender Stahl

GrauguB

SphiiroguB

0.7043

0.6025

1.4539

1.4581

1.4435 316 L

NIRO

nichtrostender Stahl

GuB- oder Schmiedeteil

1.4408

NIRO GUS- oder Schmiedeteil

nichtrostender Stahl

G-X 6 CrNiMo 18 10

~

-

Lamellengraphit

DIN 1693 TI Kugelgraphit

DIN 1691

femtisch

femtisch

austenitisch

-

-

-

~~

DIN 17440 X2 NiCrMoCu 25 20 5

~

GieStemp. 1545 "C Formtemp. 1100- 1120 "C

~

Gie6temp. 1545 "C Formtemp. 1100-1120 "C

DIN 17445 G-X 5 CrNiMoNb 18 10 austenitisch

~~~

GieStemp. 1560 "C Formtemp. 1100-1120 "C

~~~

austenitisch

austenitisch

DIN 17445 G-X 2 CrNiMo 18 14 3

DIN 17445

Dehngrenze 250 N/mm2 Bruchdehnung 18 8 Kohlenstoff variabel

Zugfestigkeit 400 N / m 2

Bruchdehnung Kohlenstoff 3,O 96 H W HB 180-240

Zugfestigkeit 245 N / m 2 Dehngrenze -

BructKiehnung 30% Kohlenstoff 0,030 % HWHB---

Zugfestigkeit 500-750 N / m 2 Dehngrenze 250 N / m 2

Kohlenstoff 0,06 % Hiirte HB 130-200

Zugfestigkeit 440-640 N / m 2 Dehngrenze 185 N/mm2 Bruchdehnung 20 9%

Zugfestigkeit 490-690 N / m 2 Dehngrenze 225 N / m 2 Bruchdehnung 25 % Kohlenstoff 0,06% H&te HB 120-180

Bruchdehnung 20 % Kohlenstoff 0,07 % H&e HB 130-200

Zugfestigkeit 540 N / m 2 Dehngrenze 185 N / m 2

z

4

w

K

-

3

E

Q

jj

ss.

RG 5

RotguD

Kunname

PVC

PP

Werkstoff

Polyvinylchlorid

Polypropylen

Kunststoffe

Kurzname

Werkstoff

Nichteisenmetalle

DIN 7746 Blatt 1 E 1982

DIN 3442 Armaturen aus PP

-

Norm

DIN 1705

Norm

-

Werkstoffnummer

2.1096.01

nummer

Werkstoff-

Molekule mit 2 Kohlenstoff-, 3 Wasserstoffatomen und 1 Methylgruppe

Molekiile mit 2 Kohlenstoff-, 3 Wasserstoff- und 1 Chloratom

Bestandteile

G-CuSnSZnPb

Bestandteile

Herstellung

Herstellung

Kristallin

HWe Shore H = D 83-D 85 C=D90

ReiSdehnung H = 8-20 96 C = 1O-15%

C = 3000-3400 N/mm2

H = 2800-3300 N/mm2

Zugfestigkeit H = 55-70 N/mm2 C = 75 N/mm2 E - M d u l (zug)

Eigenschaften

Bruchdehnung min. 16 % HWe HB min. 60

Dehngrenze min. 90 N/mm2

Zugfestigkeit min. 220 N/mm2

Eigenschaften

HWe Shore 60-65 (von der copolymer-Variante ausgehend)

ReiBdehnung -

aus Mineralol hergestellte Zugfestigkeit 25-30 N/mm2 Rohstoffe (wird durch Stabilisatoren jedoch erheblich erhoht) E-Modul (ZUg) 1000-1300 N / m 2

U = unplast- C12 + Ethylen -+ fiziert VC (Vinylchlorid) H = hart, wird unter Druckohne Weich- u. Wmeeinwirkung macher pol ymerisiert C = nachchloriert

Gefiige Aufbau

Kristallin SandguB Bleibestandteile in ungelaster, verteilter Form

Gefuge Aufbau

fi

g -.

2.

2$ -

-2.

5

s 2:%

00

w

ABS

PTFE (Teflon*) *eingetragener Handelsname (Du Pont)

PVDF ungefiillt

PVDF (kohlefaserverstiirkt)

PFA

AcrylnitrilButadienStyrolCop01ymere

Polytetrafluorethylen

Polyvinylidenflourid

Polyvinylidenflourid

PeffluorAlkoxyPolymere

-

-

-

-

-

-

-

DIN

-

-

Molekiile aus Kohlenstoff, Fluor, Sauerstoff

Molekiile aus Kohlenstoff, Fluor, Wasserstoff

Molekiile aus Kohlenstoff, Fluor, Wasserstoff

-

-

Kristallin

Kristallin CZ-FOITII mit zusiitzlicher Kohle durchsetzt

a-Form

Kristallin

Kristallin

-

-

-

-

l a t sich mit anderen Themoplasten legieren, z.B. PVC, PA, Pc,PV Streckspannung bis 48 N/mm2

Bruchdehnung ca. 300 8 H W Shore D 60-62

Zugfestigkeit 30 N/mm2 E-Modul (Zug) 60&700 N/mm2

HWe Shore D/82

Zugfestigkeit 93 Megapascale E-Modul (Zug) 6OOO N/mm2 Bruchdehnung ca 1 8

HMe Shore Dl79 D

Zugfestigkeit 57 N/mm2 E-Modul (Zug) 21W2900 N/mm2 Bruchdehnung 20-150 %

H W Shore D 50-60

Bruchdehnung 250-400 8

Zugfestigkeit 22-30 N/mm2 E-Modul (Zug) ca. 700 N / m 2

Kerbschlagzrngkeit Vm 380 (nach ASTM) H W Shore 65-75 D

E-Modul (Zug) bis 2700 N/mm2

\o

w

;s

i-z ca-

E

Q

$j

-s8

2.

40

Werkstoffe in cler Ventiltechnik

2.2.2 Der Niro-Stahlkorper Der Begriff Niro-Stahl steht als allgemeinbrauchliches Kiirzel fur nichtrostende Stuhllegierung. Als Stahl wird sogenanntes technisches Eisen bezeichnet, welches einen Kohlenstoffanteil von weniger als 1,7 % hat. 1st der Kohlenstoffanteil groBer als 1,7 %, so handelt es sich um GuBeisen. Neben einem Kohlenstoffanteil unter I ,7 % besitzt NiroStahl einen groBen Anteil an Legierungsbestandteilen unterschiedlichster Materialien. Im deutschen Stahlschlussel wird unter dem Begriff Leitzahl oder Code eine Nummer definiert. Die haufigsten Nirostahllegierungen fur Ventilkorper besitzen die Codenummern I .4308, I .4408, 1.4581, 1.4435 und vermehrt auch 1.4539. Hinter dieser Leitzahl verbirgt sich eine, ebenfalls im Stahlschlussel aufzufindende, formelartige Bezeichnung. Durch die in dieser Formel vorkommenden chemischen Kurzzeichen und durch Zahlen sind die einzelnen Legierungsbestandteile definiert. Ventilkorper aus Nirostahl werden in allen Gebieten des Anlagenbaues eingesetzt. Samtliche Funk-

Tafel 2-4. Legierungsbestandteile und deren Eigenschaften. Nichtmetalle Bestandteil

erhUht

erniedrigt

Kohlenstoff C

Festigkeit, Hiirte, Hglrtbarkeit

Schmelzpunkt, Dehnung, SchweiS- und Schmiedbarkeit

Phosphor

P

Dunnflussigkeit, Kaltbriichigkeit, Warmfestigkeit

Dehnung, Schlagfestigkeit

Schwefel

S

Spanbriichigkeit, Dickflussigkeit, Rotbruchigkeit

Schlagfestigkeit

N

Festigkeit, Spriidigkeit

Alterungsbestandigkeit

Wasserstoff H

Sprodigkeit

Kerbzahigkeit

Silicium

Elastizitat, Festig- SchweiDbarkeit keit, Korrosionsbestandigkeit,Graphitausscheidung bei GuDeisen

Stickstoff

Si

Metalle erh6ht

Bestandteil Mangan

erniedrigt

,

Mn

Durchh&tbarkeit, Festigkeit, Schlagfestigkeit, VerschleiDfestigkeit

Zerspanbarkei t, Graphitausscheidung bei GrauguB

Nickel

Ni

Zahigkeit, Festigkeit, Korrosionsbestandigkeit, elektrischen Widerstand, Durchhartbarkeit

Wbnedehnung

Chrom

Cr

H u e , Festigkeit, Warmfestigkeit, Korrosionsbestandigkeit

V

Dauerfestigkeit, Hglrte, Wigkeit, Warmfestigkeit

Empfindlichkeit gegen Uberhitzung

Hglrte, Warm-

Dehnung, Schmiedbarkeit

Vanadium

Molybdan Mo

festigkeit, Dauerfestigkeit Cobalt

Co

Hiirte, Schneidhaltigkeit, Warmfestigkeit

Wolfram

W

Hdrte, Festigkeit, Korrosionsbestandigkeit, Warmfestigkeit, Schneidhaltigkeit

migkeit

Tafel 2-5. Multiplikatoren fur die Legierungselemente von niedrig legierten Stiihlen.

I

4

Chrom Cobalt Mangan Nickel Silicium Wolfram

Cr Co Mn Ni Si W

I

lo

Aluminium Kupfer Molybdan Tantal Titan Vanadium

Al

cu Mo Ta Ti V

~

Kohlenstoff Phosphor Schwefel Stickstoff

C P

S N

tionsprinzipien, wie Membran-, Klappen-, Kugel-, Sitz- und Kukenventilprinzip greifen auf diesen Werkstoff zuruck. Immer wenn Korrosionsbestandigkeit bei erhohten Drucken undloder Temperaturen gefordert ist, kommt Niro-Stahl zum Einsatz.

Ventilkorper aus Metall

Tafel2-6. Normbezeichnungen (entsprechend DIN 17 006).

1.4308 1A408

1.4539 1.4581 1.4435

V4A 316L

X 6 C r N i 189 X 6 Cr Ni Mo 18 10 X 2 Ni Cr Mo Cu 25 20 5 X 5 Cr Ni Mo Nb 18 10 X 2 Cr Ni Mo 18 14 3

Seine ausgezeichnete Eignung fur Lebensmittel und Getranke stellt einen weiteren wichtigen Grund fur die Verwendung von Niro-Stahl dar. Er l a t sich gut polieren, so dalj neben den Vorteilen des Werkstoffes an sich auch noch eine hochwertige Oberflachenbeschaffenheit erzielt werden kann. Aus dem ,,Vollen" geschnitzte Korper werden ebenso wie FeinguB- und Schmiedekorperausfuhrungen eingesetzt (dam mehr in Abschnitt 2.2.5). Mit den unterschiedlichen auf dem Markt verfugbaren Legierungen konnen die meisten Anlagen optimal ausgelegt werden, fur jeden Anwendungsfall existiert eine masgeschneiderte Legierung (siehe auch Abschnitt 2.1.2). In der gesamten Biotechnologie finden Ventile aus nichtrostenden Stahllegierungen ihren Einsatz.

Beispiel: Bei hochlegierten Stiihlen werden die Legierungsbestandteile ohne Faktoren angegeben, also bezeichnen die Zahlenangaben hinter den Legierungsbestandteilen ihren Anteil in Prozent.

41

2.2.3 FeinguB- oder SchmiedeKorper? Die beiden verschiedenen Varianten von Edelstahl-Ventilkorper stellen den Anwender dieser Ventile haufig vor die Frage, fur welche Ausfuhrungsart er sich entscheiden soll: Schmiede- oder FeinguB-Korper ? Fur beide Ausfuhrungsformen existiert eine Vielzahl von Argumenten. AuBerdem spielen im Lauf der Zeit gewonnene Auslegungsgewohnheiten der Konstrukteure eine nicht unwesentliche Rolle. Will man jedoch beide Ausfuhrungsformen ganz neutral beurteilen, muB man die Anforderungen an diese Ventile und insbesondere die Herstellungsverfahren im Zusammenhang mit den Vor- und Nachteilen beider Komponenten beachten. Um eine Entscheidung zu treffen, muB grundsatzlich abgewogen werden. Was also sind die wesentlichen Anfordemngen an einen Edelstahl-Ventilkorper? Er mu13 dem jeweiligen Betriebsdruck sicher standhalten. Die Druckbelastbarkeit liegt bei beiden Varianten deutlich, meist sogar mehrfach uber der geforderten Druckstufe. Die Oberflache muB in verschiedenen Qualitaten der jeweiligen Anwendung, bis hin zu einer Rauheitstiefe Ra 0,l pm angleichbar sein. Keimen und Schmutz darf die Oberflache keine Totraume bieten. Beide Varianten lassen sich mit einer solchen Oberflache herstellen. 0 Die Temperaturbelastbarkeit sollte in Verbindung mit einem Antrieb bis 150 "C gewahrleistet sein. Der Korper muB sich beim Sterilisieren mit Sattdampf schnell erwhnen und danach schnell ab18% Chrom

42

Wrrkstoffe in drr Ventiltechtiik

kuhlen, um den Energiebedarf so niedrig wie moglich zu halten. Ein weiterer Aspekt ist die so kurz wie moglich zu haltende Temperaturspitze auf der Seite der Dichtmembrane, die das schwachste Glied in der Kette der Bauteile darstellt. 0 Die Ventile sollten so eingebaut werden konnen, daB sie sich vollstandig entleeren. Probeentnahmeventile sollten gegebenenfalls leicht adaptierbar oder schon vorhanden sein, ebenso Dampf-, Wasser- oder Kondensatablasse. Solche Korper werden in Lebensmittel- und biotechnologischen Anlagen, in der Pharmazie, der Chemie und vielen anderen Bereichen verwendet. Um eine Beurteilung zu ermoglichen, welches der beiden angesprochenen Herstellungsverfahren alle diese Anforderungen erfullt, werden die wesentlichen Merkmale der Herstellung beider Verfahren am Beispiel eines Membranventilkorpers in der Ausfuhrung 3 16 L, also eines Edelstahlkorpers aus der Legierung X 2 Cr Ni Mo 18 14 erlautert.

2.2.3.1 Der Schmiedekorper Beim Schmieden von Ventilkorpern wird Stangenmaterial verwendet, welches entweder stuckweise in einem Ofen oder induktiv erwarmt wird. Eine weitere Variante ist die Portionierung durch

Abscheren und die portionsweise Erwarmung. Die Erwarmungstemperatur liegt in allen Fallen zwischen 1000 "C und 1 I00 "C. Beim Ausgangsmaterial handelt es sich in den meisten Fallen um einen warmgewalzten Stangen-Austenit aus der jeweiligen Legierung. Seine Oberflache ist nicht in dem MaBe mit einer Walzhaut versehen wie z. B. die eines ferritischen Stahls. Eine Walzhaut ist dennoch vorhanden und wird beim nachsten Bearbeitungssschritt mit in die Oberflache des Schmiedekorpers eingeschlagen. Die Folge ist eine Oberflachenverunreinigung, die allerdings durch die folgende spanabhebende Bearbeitung an den kritischen Stellen wieder groBtenteils riickgangig gemacht wird. Die Formgebung erfolgt durch Einschlagen in eine Metallform rnit vier bis sechs Schlagen. Hierbei treten insbesondere in den Flanken des Dichtsteges grol3e Flieflgeschwindigkeiten des Materials auf, da an dieser Stelle zwei Stempel tief in den Rohling ei ndri ngen. Durch die hohen FlieBgeschwindigkeiten und die ungieichmafiigen Verstauchungen in diesen Bereichen entstehen haufig feinste Haarrisse. Diese beeinflussen aber nicht die Festigkeit des Korpers, da sie nur im Oberflachenbereich auftreten. Durch das Polieren dieser Stellen wird ausreichend Material abgetragen und die Oberflachenschicht mit den .Haamissen verschwindet weitgehendst. Das Gefuge wird durch die Schmiedung verdichtet, was dann eine Qualitatsverbesserung darstellt, wenn das

I

Abb. 2-1. Schmiedekorper-Rohteil und fertig bearbeiteter Schmiedekorper.

Abb. 2-2. Schmiedekorperrohling und fertig bearbeiteter Schmiedekorper.

Ventilkorper aus Metal1 43

Schmiedestiick nicht oder nur geringfugig weiterverarbeitet wird. Das Schmiedeteil fur einen Membranventilkorper wird allerdings immer maschinell nachbearbeitet. So werden an Bohrungen der Anschlusse (Nennweiten, Innendurchmesser) und an AnschluBauBendurchmessern weitere gravierende spanabhebende Bearbeitungen durchgefuhrt, wobei der eigentliche Vorteil eines Schmiedestuckes, namlich die positive Gefugeverdichtung, verloren geht. Nach der Formgebung wird die bei der Warmbehandlung auftretende Verzunderung durch das Abstrahlen des Schmiedestuckes mit Strahlsand oder durch Beizen behoben. Das Teil wird nun entgratet (geputzt). Es erfolgt dann in einem Durchlaufofen eine weitere Warmbehandlung bei 980 "C und einem Durchlauf von ca. 6 Minuten. Ein anschlieBendes Abschrecken in Wasser beendet diese zweite Warmbehandlung. Eine abschlieknde Oberflachenbehandlung durch Beizen undloder Quarzsandbestrahlung schlieDt diesen Arbeitsgang ab. Der nun vorliegende Schmiedekorper-Rohling stellt fur den Fertigverarbeiter durch seine Geometrie ein verarbeitungstechnisches Problem dar. Die Form ist ungunstig fur maschinelle Verarbeitung (speziell fur CNC gesteuerte Fertigungszentren) und verhindert eine reproduzierbare Aufnahme in die Maschinenfutter. Das bedeutet, d& jedes Schmiedeteil von Hand einzeln in die Maschine eingelegt, ausgerichtet und bearbeitet werden muD; fur den Hersteller von geometrisch identischen Produkten

Abb. 2-3.Wachsform eines Membranventilkorpers, aufgeschnittene Keramikform und Fertigteil.

im Rahmen der Wirtschaftlichkeit und Qualitatskonstanz ein Schritt zuriick.

2.2.3.2 Der FeinguBkorper Beim FeingieBen, das auch als Wachsausschmelzverfahren bezeichnet wird, entsteht zunachst eine Wachsform, welche der Fertigform des herzustellenden Korpers entspricht. Sie wird in mehreren Schichten durch Eintauchen in eine verflussigte Keramikmasse umhiillt. Die direkt auf die Wachsform aufgetragene Keramikschicht hat eine aul3erst feine Struktur, die auBeren Keramikschichten werden grober gehalten. Wenn eine ausreichende Wandstake erreicht ist, werden diese Formen getrocknet, danach wird das Wachs ausgeschmolzen; daher auch der Name Wachsausschmelzverfahren. Das Brennen der Keramikform bildet den nachsten Arbei tsschritt, dessen Ergebnis Formstabilitat und Hitzebestandigkeit sind. Das zu gieljende Material, in diesem Fall die 316 L-Legierung, muD nun auf eine Temperatur von 1620 "C bis 1680 OC gebracht werden. Der verflussigten Legierung werden sauerstoffaffine Mittel zugesetzt (z. B. Ca-SiKalcium-Silicium, Fe-Si/EisenSilicium 0.a.)* die Sauerstoff, Gase und Schmutz binden und an die Oberflache der GieSpfanne transportieren. Es werden auch noch weitere Bindemittel eingesetzt, deren Zusammensetzung jedoch von den einzelnen GieBereien meist nicht offengelegt wird. Auf diese Weise konnen im Material gebundene Verunreinigungen entfernt werden, so daB ein optimaler Reinheitsgrad erreicht wird, und sogar eine Veranderung der Legierung ist in diesem Stadium noch moglich. Die Legierung wird nun mit einer Temperatur von 30 "C bis 50 "C iiber der EinflieBtemperatur in die Form von der Schmelzpfanne in die GieBschale gebracht. Dabei kuhlt sie auf die richtige GieDtemperatur ab. Die GieSformen sind vorgewiirmt, urn eine optimale, langsame Abkuhlung zu gewiihrleisten, daher kommt es nicht zu einem GieBschock des Gefuges. Aus der Schale wird nun direkt in die Form gegossen. Die GieBform selbst ist ein traubenformiges Gebilde, bestehend aus mehreren einzelnen Formen. Optimales Nachflieaen aufgrund der Form der An-

44

Werkstoffe in der Ventiltechnik

gieastutzen und ein zwei- bis dreistundiges langsames Auskuhlen der Legierung haben zur Folge, daB das Gefuge des Ventilkorpers gleichmaBig erstarrt. Dabei ist von Vorteil, daB die Keramikform die Warme speichert und nur langsam an Temperatur verliert. Nach dem Erstarren des Ventilkorpers, der nun bereits annahernd seine endgultige Form besitzt, folgt das Ausschlagen aus der Keramikhulle. Der Ferrostat-Strahlung zur Entfernung restlicher Formteile folgt das sogenannte Losungsgluhen bei 600 "C bis 800 O C und darauf das Abschrecken in einem Quarzsandbad. Das Losungsgluhen bewirkt die vollstandige Entspannung des Gefuges und eine gleichmaBige chemische Bindung des Ferritgehaltes innerhalb der Legierungsbestandteile (Delta Ferrit). So wird ein in sich homogener Korper geschaffen. Eine Lunkerbildung kann durch eine sinnvolle Formgebung der AngieBstutzen theoretisch vollstandig verhindert werden, da sich Lunker immer nur an den Stellen der groaten Materialanhaufung bilden, dort wo die Auskuhlung bzw. Erstarrung des GuOmaterials zuletzt eintritt. Werden nun die AngieOstutzen so dimensioniert und plaziert, daB der NachfluB der Legierung gewahrleistet ist, so bilden sich die Lunker aul3erhalb des Ventilkorpers, innerhalb des Angieastutzens, welcher in einem nachfolgenden Arbeitsgang abgesagt wird. Der FeinguBkorper erfahrt nun nur noch einige kleinere Nachbearbeitungen, wie z. B. die Veredelung der Oberflache durch Polieren oder eine Langenangleichung auf die geforderte Einbaulange. Grobe, spanabhebende Bearbeitungen wie das Bohren der Flanschlocher oder die Nachbearbeitung der Membransitzflache, wie sie beim Schmiedekorper erforderlich sind, entfallen beim Feinguakorper fast vollig. Die durch die GieBtechnik gegebenen gleichmaBigen Wandungsstarken ermoglichen einen gunstigeren Zeitfaktor beim Sterilisieren von Ventilen mit FeinguBkorper. Vergleicht man den Energieaufwand fur eine Anlage mit Schmiedekorper-Ventilen und dieselbe Anlage mit Feinguflkorper-Ventilen, so zeigt sich, daB im Fall von Schmiedekorpern eine wesentlich grorjere Energiemenge aufzuwenden ist. Deshalb ergeben sich neben den sich aufsummierenden hoheren Energiekosten auch wesentlich langere Zykluszeiten fur die Sterilisation. Das hat den weite-

ren Nachteil, da13 dabei die Schwachstellen der Ventile, namlich die Dichtmembranen, wesentlich langer den erhohten Temperaturen ausgesetzt werden und sich die Lebensdauer der Membranen dadurch verringert. Dies fuhrt zu erhohten Wartungs- und Reparaturkosten wie auch zu verlangerten Ausfallzeiten und damit zu EinnahmeeinbuBen. Es sollte daher im Einzelfall sehr sorgfaltig gepriift werden, ob eine Polierung bis zur Rauheitstiefe Ra 0,l pm unbedingt erforderlich ist oder ob eine Elektropolitur des Ventilinnenbereiches ausreicht. Dann kann namlich davon ausgegangen werden, daO sich moglicherweise im FeinguDkorper befindliche Lunker nicht freigelegt werden und der FeinguBkorper als der wirtschaftlichere betrachtet werden kann. Nur in Applikationen, fur die die Ventilkorper unbedingt einer mechanischen Politur unterzogen werden mussen, ist es derzeit sinnvoller, einen Schmiedekorper einzusetzen. Zur allgemeinen Information sei hinzugefugt, dal3 die Stuckzahlen fur NirogruBventiIkorper, verglichen mit denen anderer GieBereiprodukte, vergleichsweise gering sind und manche GieBereien die Kunden aus der Ventilbranche lediglich als Kleinkunden betrachten. Dies fuhrt oft dazu, daS einige Gieaereien Ventilkorper als Nebensache betrachten. Auch der scharfe Preiskampf in diesem Bereich der Ventilbranche fuhrt dazu, da13 Lunker manchmal auftreten, obwohl sie theoretisch vollkommen vermeidbar sind. Anwender sogenannter Bioventile versuchen, den Preis fur die Ventile auf dem Markt zu driicken. Dieser durch die Ventilhersteller an die Gierjereien weitergegebene Preisdruck fuhrt haufig zu einer Qualitatsminderung, die durch die Qualitatssicherung der Ventilhersteller oft zu spat oder gar nicht erkannt werden kann. Fur Bereiche, in welchen eine extrem hohe Qualitatsanforderung besteht, konnen Ventilhersteller nur mit uberdurchschnittlicher Sorgfalt und somit auch zu uberdurchschnittlichen Preisen diese hochqualitativen Ventile herstellen. Hier treffen unterschiedliche Interessen aufeinander, aber eine reale Einschatzung der Situation kann als Denkmodell fur alle Beteiligten dienen.

1

I L

lo -

C,

0 FeinguRkorper

0 Schmiedekorper

n

Z8-

3

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O P 0 9

&go

2-

4q+-, i40

120

,a# 100

80

60

40

20

"C Abb. 2-4. Abkuhlverhalten von Ventilkorpern. Zusammenfassung

Ventilkorper aus Metall

45

Die Auskuhlzeit verhalt sich umgekehrt zur Erw-ung. Die in der grol3eren Masse eines Schmiedekorpers gespeicherte groBere Energiemenge wird je nach der GroBe des Massenunterschiedes langsamer abgegeben (s. Abb. 2-4). Bei Betrachtung des gesamten Sterilisationszyklus (Erwknungsphase, Temperaturhaltephase, Auskuhlphase) gilt: - der Schmiedekorper besitzt erhohten Bedarf an Sterilisationsenergie - sein Sterilisationszyklus ist erheblich langer als der des FeinguSkorpers - seine Dichtkomponente (Dichtmembrane) unterliegt einem erhohten VerschleiB. Dabei geht man davon aus, daS ein eingebautes, sterilisiertes Ventil seine Wiirmeenergie nach auBen, also an die Atmosphiire abgibt. Die nach innen abgegebene Wknemenge ist nicht relevant (Thermoskanneneffekt).

Der Schmiedekorper ist schwerer als der FeinguBkorper und im Unterhalt unwirtschaftlicher, garantiert aber bei einer erforderlichen mechanischen Politur eine geschlossene Oberflache. Der FeinguBkorper ist wirtschaftlicher und bietet durch eine elektropolierte Obefflache durchaus die notwendige Betriebssicherheit beim Sterilisieren. Es ist daher immer zu priifen, ob eine mechanisch polierte Oberflache unbedingt erforderlich ist (siehe auch Abschnitt 2.3.1).

Wamzemenge: Um die Temperatur eines Korpers der Masse m um den Betrag AT zu erhohen, mu13 ihm die Wihnemenge

Unterschiedliche Sterilisationszyklen

Q = m - c (Tj - T2)

Schmiede- bzw. Feinguhentilkorper gleicher Nennweite haben unterschiedlich lange E r w k mungs- bzw. Auskuhlungszeiten. Diese Tatsache wird in der Theorie kontrovers diskutiert, anhand eines konkreten Vergleiches dieser Zeiten in einem Versuchsaufbau aber belegt. Das in Abb. 2-4 dargestellte Diagramm wurde aus einem Experiment erhalten. Er bestatigt folgende Punkte: Bei gleicher Nennweite ist die Masse m des Schmiedekorpers stets grol3er. Wegen der groaeren Masse benotigt der Schmiedekorper eine entsprechend hohere Zufuhr an W-eenergie zum Erreichen der gleichen Endtemperatur.

zugefuhrt werden. m ist die Masse des Korpers in kg, c ist die spezifische Wmekapazitat in J/(kg - K), T die Temperatur in Kelvin (K).

Temperaturverhalten von Metallventilkorpern Physikalische Grundlagen

-

Wumzeiibergang/Konvektion: Der Wiirmestrom Q, einer bewegten Fliissigkeit oder eines Gases mit der Temperatur T an einer festen Wand mit der Flache A und der Ubergangszahl a betragt

a ist der materialspezifische Wmeiibergangskoeffizient in J/(m2 . s K), Tfl die mittlere Temperatur des stromenden Mediums in K und Tw die ur-

46

Werkstoffe in der Ventilrechnik

spriingliche Wandtemperatur in K. Fur Q, errechnet sich die Einheit J/s oder W. 0 Warmestrahlung: Der Warmestrom as, der von einer Flache A eines Korpers mit der absoluten Temperatur T abgestrahlt wird, ist

QS= C

A 'P

*

*

ist der StrahlungsfluB in J/(m2 - s) oder W/m2, C die Strahlungszahl in J/(m2 s K4), T die absolute Temperatur des abstrahlenden Korpers in K.

QS

Warmeleitung: Der Warmestrom 0, der durch eine ebene Wand der Dicke s geleitet wird ist 0


WarmeQ A = h - * (TI - T2) Zeit t 3, 9

h ist die materialspezifische Warmeleitzahl in J/(m . s K) (W/(m K)), A die Flache des Bauteils (z.B. Ventil) in m2, (T,- T2) die Temperaturdifferenz zwischen innen und aul3en in K und s die Wandungsstiirke in m. Fur Chrom-Nickelstahl gilt z. B. bei 20 "C: h = 12,5 J/(m - s - K) und bei 200 "C: h = 14,s J/(m - s K). Fur 0 ergibt sich die Einheit J/s oder W. +

+

Die Pruflinge: Schmiedekorper Flache: 14 327 mm2 gleiche FeinguBkorper Flache: 14 966 mm2 Eyeite Schmiedekorper Gewicht: 549 g FeinguBkorper Gewicht: 486 g Benotigte W-emenge zur Temperatursteigerung um 1 "C pro m2 und g: Schmiedekorper: 274,5 J/("C m2 g) FeinguBkorper: 243,O J/("C m2 g)

}

2.2.4 Der GrauguR-Ventilkorper Im weiten Feld der Anwendungsgebiete von Ventilkorpern in Metallausfuhrung zahlt neben dem Nirokorper die GrauguBvariante zu den haufigsten.

Abb. 2-5. Lamellengraphit in GrauguB. Am weitesten verbreitet ist der GrauguB GG 25. Er ld3t sich leicht g i e k n und ziihlt daher zu den preiswertesten Metallkorper-Ausfuhngen. Als Verbindungselement zur Verrohrung werden ausnahmslos Flansche und in den kleinen Nennweiten auch Gewindemuffenausfuhrungen verwendet. Diese sind an dem Korper direkt angegossen. Neben den reinen GrauguBkorpern existieren viele weitere ausgekleidete Varianten (siehe 2.5). Die Anwendungsvielfalt macht eine Aufzihlung aller Einsatzgebiete unmoglich. Prinzipiell wird der GrauguBkorper uberall dort eingesetzt, wo hohere Temperaturen und/oder groBere Betriebsdriicke umgesetzt werden mussen. Allerdings mussen die Medien chemisch neutral sein, so dal3 GrauguBkorper in Wasserleitungen aller Art zum Einsatz kommen konnen, ebenso wie in E-Werken und sonstigen Kraftanlagen. Daneben wird der GrauguBkorper in mittleren und groBen Nennweiten auch sehr haufig in Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen verwendet. Sollen aggressive Medien eingesetzt werden, fuhrt dies unweigerlich zu der ausgekleideten Korpervariante, wobei die Auskleidung meist aus Gummi oder anderen Weichelastomeren besteht. GrauguB wird mit einem Kurzzeichen bezeichnet, das aus zwei Buchstaben, GG, und einer Zahl besteht. GG-25 heiBt, daB es sich um GrauguS mit einer Festigkeit von 250 N/mm2 handelt. Er besitzt eine Dichte von 7,25 kg pro dm2 und hat einen Schmelzpunkt zwischen 1150 "C und 1250 "C. Die Gieatemperatur betragt etwa 1350 OC. Die Zugfestigkeit liegt j e nach der GrauguBart zwischen 100 und 390 N/mm2. Eine Dehnung ist nur in geringstem MaBe vorhanden. Das SchwindmaB betragt 1 %. GrauguB ist ein GuBeisen mit plattchenformig eingelagertem Graphit, sogenanntem Lamellengraphit. Das Gegenstuck dazu bildet der SphiiroguB. In

Ventilkorper aus Metall

ihm liegt Graphit in Kugelform vor und er wird daher auch haufig KugelgraphitguB genannt. Dieser ist weniger schlagempfindlich und besitzt im Gegensatz zu GrauguO gute Dehnung- sowie Festigkeitseigenschaften. In der vereinfachten, schematischen Darstellung des Gefuges von GrauguB wird deutlich, daB der Graphit in Lamellenform vorliegt, im Gegensatz zum kugelformigen Graphitanteil in SphkoguO. Damit l a t sich auch die groBere Ziihigkeit, bzw. Schlagfestigkeit des SphiiroguS gegenuber dem GrauguB erkliiren (siehe 2.2.4).

2.2.5 Der Spharogufikorper Ventilkorper aus SphkoguB werden vorwiegend aus GGG 40.3 hergestellt. Es handelt sich dabei um eine besonders kerbschlagfeste, stabile SphiiroguBausfuhrung. SphiiroguS 40.3 wird allerdings so gut wie nie ohne Kunststoffauskleidung verwendet. Bei den verwendeten Kunststoffen handelt es sich meistens urn PP (Polypropylen) PFA (Teflon, Handelsname der Fa. Du Pont) oder andere Kunststoffarten. Durch diese Werkstoffkombinationen werden sowohl die Vorteile des Metalls als auch die der Kunststoffe genutzt . Die Vorteile des Metalls bestehen in der Druckfestigkeit sowie Temperaturbestandigkeit,die Vorteile der Kunststoffe liegen in ihrer chemischen Best&digkeit. Der SphkoguBkorper dient also lediglich als Korsett fur das eigentliche Innenventil, das in Kontakt mit dem Medium kommt. SphkogruB ist in DIN 1693 T1 festgelegt. Viele Industriezweige fordern GGG 40.3 als Werkstoff fur ihre Ventile. Besonders die chemische Industrie hat in der jungeren Vergangenheit darauf gedrangt, daR moderne Ventile aus diesem Werk-

41

stoff hergestellt werden. Ohne die positiven Eigenschaften des GGG 40.3 in Frage zu stellen, mu13 festgestellt werden, daB moglicherweise der nicht ganz optimale Werkstoff gewiihlt wurde. Natiirlich ist der 40.3 offensichtlich der ideale Werkstoff, aber bei der Entscheidung der Industrie wurde die Lieferkapazitat fur diese Ventile nicht beriicksichtigt. Es existieren z. B. in Deutschland gerade eine handvoll von Giekreien, die in der Lage sind, diesen Werkstoff in geforderter Qualitat herzustellen. Erschwerend kommt hinzu, daf3 einzelne Industriezweige auf Deutschland als Ursprungsland des Ventilkorpers bestehen. Da die betreffenden GieSereien ebensowenig auf diese Urnstellung vorbereitet waren wie die VentilherstelIer, gab und gibt es zeitweise erhebliche Engpasse. Dariiber hinaus ist der Preis fur GGG 40.3 auch durch die aufwendigen aber erforderlichen Zeugnisse seitens der Giekreien erheblich hoher als diejenige der Vorgiingervariante. Die erforderliche Qualitat, sowie die Eigenschaften der Ventile konnten auch anniihernd z. B. durch GGG 40 oder StahlguR erreicht werden. Die technisch beste Liisung stellt zwar GGG 40.3 dar, es konnten allerdings viele Applikationen auf dem betreffenden Anwendungsgebiet durch die anderen genannten Werkstoffe ausreichend abgedeckt werden. Einzelne Kreise der betreffenden Industrie sprechen bereits wieder von einer erneuten, allerdings unauffalligeren Urnstellung auf StahlguB.

Der Werkstoff GGG 40.3bezeichnet SphkoguS mit einer Zugfestigkeit von 400 N/mm2. Die Werkstoffnummer fur GGG 40.3 ist 0.7043.Die Dehngrenze liegt bei 250 N/mm2, die Dehnung bei 18 %, das Gefuge ist vorwiegend femtisch. Auch bei tieferen Temperaturen verfugt GGG 40.3 noch uber eine relativ gute Zahigkeit, was insbesondere bei Rohrapplikationen im Freien von g r o k r Wichtigkeit ist. Seine positiven Eigenschaften erhdt der Sph&guS u. a. auch durch den in Kugelform enthaltenen Graphit. Da die Kugel diejenige geometrische Korperform darstellt, die die grol3te Oberflache im Verhaltnis zu ihrem Volumen besitzt, werden die auf den SphiiroguB wirkenden Druck-, Schlag- und Zugkrafte innerhalb des Korpers auf eine groOe Flache verteilt.

48

Werkstoffe in der Ventiltechnik

Messingventilkorper sind vorzugsweise mit GewindemuffenanschluB versehen. So lassen sie sich einfach in jede handelsubliche Stahlverrohrung mit Rohrgewinde einschrauben. Auf andere Verbindungstechniken, wie z. B. angeloteten Flansch oder Klebeverbindung trifft man selten. Besonders fur Wasser, Warmwasser, Druckluft und andere Inertgase geeignet, stoBt Messing allerdings bei dem Medium Dampf auf seine Grenzen. Bei groSer Umlenkung innerhalb eines Ventilkorpers, wie sie bei stromungsungunstiger Geometrie auftritt, kann es durch die auftretenden hohen Stromungsgeschwindigkeiten und implodierenden Dampf zu abrasivem Verhalten kommen (z. B. bei Sitzventilen). Membranventile sind durch ihre stromungsgunstige Form nicht davon betroffen.

Abb. 2-7.Wasserversorgungsleitung mit Handventilen aus Messing.

2.2.7 Der RotguRkorper Der Spharo- oder KugelgraphitguB, wie er auch genannt wird, ist also besonders fur solche Gegenstande geeignet, die Krafte absorbieren mussen. Je gleichmafiiger und runder die Graphitkugeln angeordnet sind, desto besser ist der GuB. In der Regel wird SpharoguS 40.3 nur in Verbindung mit einer Kunststoffauskleidung verwendet, bei der es sich meist urn Polypropylen oder Perfluoralkoxid (PFA) handelt (siehe 2.5).

2.2.6 Der Messingkorper Fur neutrale Medien und bei kleineren Nennweiten werden aus Kostengriinden meist preiswerte Messingventile eingesetzt. Vom einfachen Wasserhahn bis hin zum komplizierten Automatikventil ist Messing ein universe11 einsetzbarer Werkstoff. Am haufigsten jedoch wird er bei Magnetsitzventilen oder bei Magnetmembranventilen eingesetzt. Ob als sogenanntes Wasserventil in der Wasserumwalzanlage einer AutowaschstraBe oder als Druckluft-Venti1 in einer Betriebsmittelleitung, die Einsatzmoglichkeiten sind nahezu grenzenlos.

Neutrale Medien, hohe Betriebstemperaturen und mittlere Driicke sind die Einsatzgebiete fur RotguBkorper. Er ist insbesondere fur die Regelung und Steuerung von Dampf geeignet, im Gegensatz zum Messingkorper, welcher der abrasiven Wirkung von Dampf keinen ausreichenden Widerstand entgegensetzt. Der Werkstoff ist relativ preiswert und laBt sich leicht bearbeiten. Allerdings ist RotguB nicht ganz so preiswert wie Messing und so findet er nur dort Verwendung, wo Messing nicht mehr einsetzbar ist. Dies ist der wahrscheinlich wichtigste Grund, weshalb eigentlich nur Sitzventile aus RotguB gefertigt werden. Ebenso wie der Messingkorper ist RotguB stets in Verbindung mit einem GewindemuffenanschluB zu finden. Eine neue Verbindungstechnik findet man allerdings beim Gewindestutzenkorper, da dieser einen einfachen, schnelleren und technisch besseren Einbau ermoglicht (siehe Kapitel 4, AnschluBvarianten). Nahere Spezifikationen konnen aus der folgenden Beschreibung entnommen werden. Diese Informationen entsprechen dem RotguB-Normenauszug nach DIN 1705.

49

Ventilkorper aus Metall

WerkstoCt-Nr.: 2.1096.01 Alte Bezelchnung ,,Rg5" G-CuSn5ZnPb zeichnet sich durch gunstige Kombination einer guten GleObarkeit mit optimaler Spanbarkelt und hoher Fertlgkelt aus. G-CuSn5ZnPb besitzt eine gute K o r r o s i o n s ~ n d l g keit auch im Meerwasser und eignet sich als Kon8tNktbnb werkstoff fur allgemeine Anwendungen [l]. Hauptanwendungsgebiete sind Wasser- und Dampfarmaturengehiiuse,Pumpengehliuse und dunnwandige verwickelte GuOstucke sowie Drehteile fur den Maschinen-, Apparate- sowie Schiffbau.

Massenanteil in % Zulhssige Beirnengungen Sb Sonstige Pb Ni zusamrnen bis bis 4,O bis 4,O bis bis

Legierungsbestandteiie Cu Sn Zn

2.5')

8,8 m/(R * mm2) 8,2 ml(n.mm2) 7,6 m/(R . mm2) 7,3 m/(n. mmz)

2.7 Spez. elektrlscher Widerstand bei 20°C bei 100 "C bei 200 "C bei 250 "C

0,114 n . rnrnz/m 0,122 R. mmVm 0,132 n . mmVm 0,137 R . mmVm

2.8 Temperaturkoeffklent des elektrischen Wlderstands 0,00088 K-' bei 20 "C (gultig von 20 bis 200 "C)

1, Zusammensetzung nach DIN 17 05')

04,O bis 4,O bis 6.0 86.0 6.0 6.0 ') Ni zhhlt als Cu. Damn 0,30 Fe. 0 , l O S und 0,05 P.

2.6 Spez. elektrlsche Leltfiihlgkelt bei 20°C bei 100°C bei 200 "C bei 250 "C

0,3

2.9 Elastizitllt.modul bei -40 "C bei 20°C bei 100 "C bei 200 "C bei 250 "C

103 kN/mmZ 84 kNlrnm2 79 kNlrnrn2 55 kN/mm2 43 kN/mrna

0,5*)

2.10 SchwindmaB (bei Abkuhlung von GieO- auf Raumtemperatur) 13-13 %

*) Gultig sind jeweils die neuesten Ausgaben der Normen.

2.11 Spez. magnetische Suszeptlbllitiit bei 20 "C G-CuSn5ZnPb besitzt keine ferromagnetischen Eigenschaften. Bei einem nach DIN 1705 max. zulhsigen Eisengehalt von 0,3 % betragt die SuszeptibiliMje nach GuBzustand 1 bis 3.10-6 cmVg.

2. Physikaiische Eigenschaften 2.1 Dlchte im festen Zustand bei 20 "C bei Schmelztemperatur

8,74 kgldm3 8,20 kg/drn3

2.2 Solldus- und Llquldustemperatur

860 bzw. 1030 "C

2.3 Ungenausd8hnungskoettizient von 20 bis 100 "C von 20 bis 200 "C von 20 bis 300 "C von 20 bis 400 "C von 20 bis 500 "C

17,8 * 10-' K-' 18,l . 10-'K-' 18,5 . 10-' K-' 18,9 . 10-' K-' 19,3 * 10-'K-'

2.12 Krlstallstruktur/GefOE(e G-CuSn5ZnPb weist i. a. ein einheitliches Gefiige, bestehend aus dendritischen a-Mischkristallen, eine homogene Losung von Zinn und Zink in Kupfer, auf und kristallisiert in einem kubisch-flachenzentrierten Gitter. Das Blei ist unloslich und liegt im Gefuge in Form von feinverteiltenTeilchen vor. Je nach Zusammensetzung, GieB- und Abkuhlbedingung kann sich aber auch ein (a 5)Eutektoid ausscheiden, wobei die &Phase eine kubische Struktur besitzt. Schroffe Abkuhlung und steigende Sn-Gehalte begunstigen die Ausscheidung des (a + 6)-Eutektoids.

0,38J/(g . K)

3. Mechanische Elgemchatten

2.4

spet. Wlirmekapazlult bei 20°C bei 100 "C bei 200 "C

039 J/(g * K) 0,40 J/(g . K)

2.5 Wiirmeleltfiihlgkelt bei 20°C bei 100 "C bei 200 "C bei 300 "C Kunzeichen

WerkstoffNummer

Bei G-CuSn5ZnPb werden fur verschiedene GieOverfahren und Wanddicken unterschiedliche Festigkeiten erzielt, die durch eine Warrnebehandlung nur geringfugig zu verbessern sind.

72 W/(rn . K)

80 W/(m - K) 90 W/(m K) 101 W/(m K) Lieferform

GGuSnSZnPb 2.1096.01 'I Sandaufl ') .01 a Sandgufl, unbehandelt (DIN 17007).

+

3.1 Festlgkeltselgenschaften be1 Raumtemperatur 3.1.1 Festlgkeitselgenclcheftennach DIN 1705')

Zugfestigkeit

0,2 YVDehngrenze

Bruchdehnung

Rm

Nimm2

32:2

%

min. 220

rnin. 90

b

min. 16

*) Anhaltsangaben uber rnechanische und physikalische Eigenschaften sind irn Beiblatt zur DIN 1705 enthalten.

Brinellhhrte

HB 10 min. 60

50

Werkstoffe in der Ventilrechnik

Sie betriigt bei 20 C rnin. 165 N/rnrn2.

3.3.2Zeitstandwerte

O

b) Druckfestigkelt Sie ist fur unterschiedliche Verformungsgrade in dem nachstehenden Diagramm eingetragen [2].

Die Zeitstandfestigkeit sowie die Zeitdehngrenze sind in den nachstehenden Diagrammen angegeben [l , 5 ] .

50

-50

0

Temperatur in

50

100

150

200

250

OC

3.2 Festlgkeitseigenschatten be1 tiefen Temperaturen Die Zugfestigkeit, die 0,2 O/'Dehngrenze sowie die Dehnung sind in dem nachstehenden Diagramm eingetragen [3,41.

<

e . S 150 ZOO 250 Temperatur in "C

Zeit in Stunden

300

3.4 Dauerschwingfestlgkeit Es ist folgende Abhangigkeit bekannt [6].

-

C

a

5 50v

E

fB .B 0, (D

n" , 104 10 Lastwechsel

10

10 6

lod

4. Relevante Normen DIN 1687 GuBrohteile aus Schwerrnetallegierungen; Allge-

3.3 Festlgkeltselgenschaften be1 hohen Temperaturen 3.3.1 Warmfestlgkelt Werte fur die Zugfestigkeit, die 0,2 %-Dehngrenze sowie die Dehnung sind in dem nachstehenden Diagramm eingetragen [l, 51.

meintoleranzen, Bearbeitungszugaben DIN 1690T.1 Technische Lieferbedingungen fur GuBstucke aus metallischen Werkstoffen; Allgemeine Bedingungen DIN 50 049 Bescheinigungen uber Werkstoffpriifungen DIN 50 125 Prufung metallischer Werkstoffe; fugproben, Richtlinien fur die Herstellung DIN 50 145 Prufung metallischer Werkstoffe; Zugversuch DIN 50 351 Prufung metallischer Werkstoffe; Harteprufung nach Brinell VDG-Merkblatt GieBen von Probestaben aus Kupfer-GuBlegieP 378 rungen fur den Zugversuch (SandguB und KokilIenguB)

5. Vergleich der Werkstoffbezeichnungenin verschiedenen Undern (einschl. SO)*) Land Deutschland

Bezeichnung der Normung DIN

Frankreich

NF

GroBbritannien

Spanien

BS UNI JIS SIS SNNSM UNE

USA Intemat. Normung

UNS IS0

Werkstoffbezeichnung und/oder -Nummer G-CuSn5ZnPb 2.1096.01 ... . ~

Italien Japan Schweden Schweiz

Tenperatur in C'

CuSn5Pb5Zn5 LO2 G-CuSnSZnSPbS . ._ _ -- - _ _ BC 6 RMmetal 5204 G-CuPb5Sn5Zn CuSn5Zn5Pb5 C-3520 C 83600 CuPb5Sn5Zn5

*) Die Toleranzbereicheder Zusammensetzungder in anderen LBndern genorrnlen

Legierungensind nicht in allen FBllen gleich mit den Festlegungennach DIN.

Ventilkorper aus Metal1 5 1 6. Glelteigenschaften

9. Korrosionsbestiindlgkelt

Aufgrund des friiher ijblichen hOheren Zinngehaltes und des damit gegebenen Gefiiges (weiche Grundmasse mit harten Einlagerungen) war die Vemrendung des G-CuSnSZnPb als Lagerwerkstoff gerechtfertigt, heute sollte er Mr Gleitzwecke nicht mehr eingesetzt werden.

7. Glestechnlsche Eigenschaften G-CuSnSZnPb besita eine gute GieRbarkeit und weist im gegossenen Zustand bei unverletzter GuBhaut eine gute Druckdichtigkeit auf. Als GieBverfahren sind Sand-, Maskenform- und FeinguO relevant; fiir Strang- und SchleuderguB wird GC-, GZCuSn7ZnPb bevorzugt. KokillenguB ist nur Mr geometrisch einfache GuBsWe mbgliih. Die GieBtemperatur liegt je nach Verfahren 50-100 "C ijber der Liquidustemperatur.

G-CuSn5tnPb besitzt eine gute Korrosionsbestandigkeit gegen atmospharische Einflijsse (auch IndustrieatmosphBre) und ijberzieht sich dabei mit einer lest haftenden, dichten Schutzschicht. Hinsichtlich der Anwendungsgebiete ist seine Bestandigkeit gegenijber Trink- und Brauchwasser (auch aggressive Wasser), Kondenswasser, Wasserdampf, nicht oxidierende Sauren, neutrale SalzlOsungen und vor allem gegen Meerwasser von besonderer Bedeutung. Selbst durch Verunreinigungen an Schwefeldioxid und Kohlendioxid wird das Korrosionsverhalten nicht mangeblich beeintrachtigt. G-CuSn5ZnPbwird bevorzugt als entzlnkungrbesthdlger Werkstoff eingeseta und ist gegen SpannungsrlBkorrosion praktisch unempflndlkh. -Diese Legierung ist aber gegen LOsungen, die Cyanide und Halogenide enthalten, gegen oxidierende Slluren, ammoniakalische Lbungen Mherer Konzentrationen und halogenhaltige Gase sowie Schwefelwasserstoff bzw. Sulfide nicht bestandig.

8. Bearbeitung

10. Anwendungen

Eine einwandfreie GuDobeflache sollte frei von anhaftendem Sand,keramischen Reststoffen, Oxih&&n und Schlieren sein. M r spezielle Anwendungen sind die Teile durch Beizen, Schleifen oder Polieren nachzubehandeln. Bei der spanenden Bearbeitung ist der GuBhauteffekl zu berucksichtigen. Eine WBrmebehandlung bewirkt nur an fehlerfrei gegossenen Teilen leichte Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.

Wasser- und Dampfarmaturengehause, Armaturengehause fur die chemische Industrie, Bauteile fijr hohe Korrosionsbeanspruchung, Pumpenlaufriider und -gehause, Flijssigkeik und Dampfventile, Ventilsitze und -dichtungen, Meerwasserbestandige Gehiuse, Saugpumpen, Zllhlergehause und -teile, Schnecken-, Schrauben- und Zahnriider, Schraub- und LOtfittings, Flansche, Schaltergehhuse, Befestigungselemente,Teile fijr den Maschinenbau, 2.8. in der Papierfabrikation, Statuen, Denkmaler, Schmuckplatten, Zierteile u. a.

Hontcgenisierungsglllhung EntsDannunasalOhuna Spanbarkeitl)

Verbindungstechnlken') Weichl8ten Hartl8ten*) Gasschweibn Lichtbogenhandschweillen Schulzgassdrweibn Kleben MechanlschesPolierenl) Elektrolytlsches/ chemisches Polierenl) Galvanlsierbarkelt Eignung fllr Veninnung I)

a)

ca. 650 "C ca. 260 "C Bei der groben Unterteilungder Kupferwerkstoffe hinsichtlich ihrer Spanbarkelt in drei Hauptgruppenwird G-CuSnSZnPb der Gruppe I (sehr gute Spanbarkeit) zugeordnet. Die Gullhaul wirkt eich auf den VerschleiS und dle Mal3haltigkeit der Werkzeuge sowie auf die OberflachengOte sehr unganstig aus. gut mittel schlecht schlecht schlecht gut Put gut aut gut

SpezieHe Informationaschriften sind beim DKI erh81tIich. Ldhslt 1mbgllchst kurz zu halten, belm Ldtvorgang und Abkirhlen sind Spannungen zu verrneiden.

11. Uefernachweis Technische Lieferbedingungen sind in der betreffenden GuBnorm enthalten. Nachweise von Herstellern und Hlindlern fur GuBstucke aus G-CuSn5ZnPb kbnnen beim DKI angefordert werden.

12. Literatur [ l ] Kupfer-Zinn-, Kupfer-Zinn-Zink- und Kupfer-Blei-Zinn-GuBlegierungen (DKI-lnformationsdruck i. 25). Deutsches KupferInstitut, Berlin (1987). 121Metals Handbook, 9th edition. ASM, Metals Park, Ohio (1981). 131 F. Hudson und D. A. Hudson: Gunmetal Castings. Macdonald, London (1967). [4] GuO aus Kupfer und Kupferlegierungen; Technische Richtlinien. GDM, VDG und DKI, Dijsseldorf-Berlin (1982). [5] C. H. Thornton, S.Harper und J. E. Bowers: "A critical survey of available high temperature mechanical property data for copper and copper alloys", Chapter XI1 from "Incra series on the metallurgy of copper". International Copper Research Association, New York (1983). [S] J. G. Kura: New information on brass and bronze casting alloys. Presented at the St. Louis Chapter of ASM on April 19 (1962).

52

Werkstofle in der Ventiltechnik

2.3 Die Oberflachenrauheit

2.3.1 Die Oberflachenbeschaffenheit von Edelstahlarmaturen

Die Oberflachenrauheit wird in vm gemessen. Sie ist unterteilt in sogenannte Rauheitsklassen und wird in der DIN 4768/Teil 1 definiert (Rauheitsklassen fur Bioventile siehe 2.3.1). Fur die Definition der Oberflachenqualitat von Innenkonturen in Ventilen und Rohren ist der Mittenrauhwert R, relevant. Er ist der Durchschnittswert der unterschiedlichen gemessenen Rauhtiefe entlang einer MeBstrecke ,1 (Abb. 2-8).

Der Mittenrauhwert & R, entspricht der Hohe eines Rechteckes, dessen Lange gleich der GesamtmeBstrecke 1, ist. Das Rechteck mu13 flachengleich mit der Summe der zwischen Rauheitsprofil und mittlerer Linie eingeschlossenen Flachen sein. Die gemittelte Rauhtiefe R, Die gentirrelte Rauhriefe R, stellt das arithmetische Mittel aus den Einzelrauhtiefen (ZI ...Z5) fiinf aneinander grenzender EinzelmeBstrecken dar. Die maximale Rauhtiefe Rmax Die maximale Rauhriefe R,,, ist die groBte der auf der Gesamtstrecke 1, vorkommenden Einzelrauhtiefen. Die Grenzwellenlange Die Grenzwellenlange h, ist der zur Auswertung benutzte Teil der Priiflange.

Fur manche Applikationen miissen die Innenoberflachen von Verrohrungen und der dazugehorenden Ventile uber besondere Obefflachenguten verfugen, insbesondere in Anlagen fur pharmazeutische, lebensmitteltechnologische oder gentechnologische Anwendungen. Alle Anwendungen, in denen verhindert werden muB, daB Keime sich ungewollt fortpflanzen oder gar das Medium kontaminieren, werden unter dem Gesamtbegriff ,,Biotechnologie" zusammengefaBt. Es handelt sich dabei meist um Anlagen aus Edelstahllegierungen. Die Sterilisation erfolgt mit Sattdampf oder Sterilsattdampf, in seltenen Fallen werden chemische Reinigungsmittel verwendet. Bei der Sterilisation mit Dampf werden je nach Anwendung und Sterilisationsdauer Temperaturen von ca. 130 bis 150 "C erreicht. Da Kunststoffe bereits bei maximal 130 "C auf ihre Einsatzgrenzen stoBen, wird derzeit noch ausschliealich Metal1 als Werkstoff verwendet. Die Temperaturbestandigkeit liegt zwar bei einigen Kunststoffen, wie beispielsweise bei Teflon PTFE, deutlich uber 130 "C (namlich bei 200 "C und daruber), die schnelle Verformung dieses Kunststoffes schon bei geringer Warme schlieBt jedoch eine Verwendung ab 130 "C aus. Der molekulare Aufbau von Teflon wird zwar dann noch nicht zerstort, aber

Rauheitsklassen- R, in pm

N4

N5

N6

N7

N8

N9

N10

N11

N12

0,2

0,4

0,s

1,6

3,2

64

123

25

50

mittlere Linie

lm Abb. 2-8a und b. Ermittlung der RauheitsmeBgroOen R,, R,, R (DIN 4768R1).

mit elektrischen Tastschnittgeraten

Die Oberjldchenrauheit

Abb. 2-9. Sterilisierung eines Rohrabschnittes. Schematische Darstellung. die Geometrie des Ventilkorpers verandert, so daB in Anlagen, die mit Dampf sterilisiert werden, ausschlieBlich Edelstahllegierungen eingesetzt werden. Der zur Dekontaminierung bzw. Sterilisation verwendete Sattdampf stromt durch die Verrohrungen, Ventile und sonstigen mediumfuhrenden Teile der jeweiligen Anlage. Dabei erwbnen sich alle relevanten Bauteile auf eine Temperatur, bei der die schadlichen Keime absterben und vernichtet werden. Sind jedoch Totraume, selbst mit kleinsten AusmaBen, vorhanden, so konnen sich dort die Keime einnisten und eventuell uberleben (Abb. 29). Deshalb mussen alle Bauteile in Bioanlagen absolut totraumfrei sein und zwar Rohre, Behalter, Ventile, Verbindungselemente und alle weiteren Bauteile, mit welchen das sensible Medium in Beriihrung kommt. Das zur Reinigung eingesetzte Medium (Dampf, Chemikalien oder sonst. Reiniger) konnen bei geschlossener Oberflachenstruktur alle Keime erreichen, umspulen und abtoten.

Abb. 2-10. Schematische nannten Sterilverbindung

53

Um im Hinblick auf den Werkstoff optimal geriistet zu sein, wird bei solchen Anwendungen fast ausschlieBlich Nirostahl 360 L (1.4435)verwendet. Die Ventile werden eingeschweiBt oder mit speziellen, totraumfreien, sterilisierbaren Verbindungselementen in die Anlage eingebaut (siehe Kapitel 3 Milchrohr- und Clampverbindungen). Eine weitere notwendige Mdnahme zur Verhinderung von Kontaminierung ist die Optimierung der Innenoberflache. Bei einer Obefflache mit Totraumen werden eingenistete Keime moglicherweise vom Reinigungsmedium nicht umspult und konnen so iiberleben, die Folgen sind unabsehbar (Abb. 210). Fur die chemische Sterilisation muB eine Anlage nicht unbedingt aus Edelstahl gefertigt sein. Eine gute Werkstoffalternative bilden Fluorkunststoffe, wie z.B. PFA (Polyfluoralkoxide). PFA hat eine sehr glatte, geschlossenporige Oberflache. Es ist gegen die meisten Chemikalien bestandig und ist in enorm hohen Reinheitsgraden erhaltlich. In der Reinstmedienversorgung der Mikrochipfertigung, der Labortechnik und anderen Reinraumanwendungen wird PFA bereits sehr erfolgreich eingesetzt. Aus Kunststoff gebaute Anlagen konnen wesentlich kleiner gehalten werden und sind ein Vielfaches leichter als solche aus Edelstahl, in jedem Fall jedoch ist das Funktionsprinzip der Ventile von auBerster Wichtigkeit. Es hat sich gezeigt, daB Membranventile sowohl in Edelstahl- als auch in Kunststoffausfiihrung durch ihre totraumfreie Arbeitsweise die

54 Werkstoffe in der Ventiltechnik optimale Losung sind. Natiirlich existieren auch Spezialklappen- und Spezialkugelventile fur biotechnologische Verfahren, Ventile nach dem Membranprinzip gelten allerdings als die sicherste Losung auf diesen Einsatzgebieten (siehe Kapitel 3). Unabhangig von den Werkstoffen kann die Oberflachenqualitat (Oberflachenrauheit) gemessen und definiert werden. Die Messung erfolgt mit elektrischen Tastschrittgeraten, wobei entlang einer MeBstrecke 1, die Oberflachengeometrie ermittelt wird. Die wichtigste Voraussetzung fur eine exakte Messung ist, daB sich die MeBstrecke auf einer Geraden befindet. Gewolbte oder runde Flachen konnen nicht gemessen werden. Fur die Diskussion der optimalen Oberflachengute im Bioeinsatz ist dies ein wichtiger Punkt. Richtig ist, daB eine optimale Obefflachenqualitat bei kleinstmoglicher Rauheit auch eine kleinstmogliche Gefahr der Kontaminierung darstellt. Aber es ist auch richtig, daB in vielen Fallen an den kritischen Stellen uberhaupt nicht gemessen werden kann. Dariiber hinaus werden beim mechanischen Polieren von Edelstahlflachen haufig feine Risse, Vertiefungen und Kerben einfach zugeschmiert (Abb. 2- 11 und 2- 12). Der abrasive Dampf kann durch das Entfernen der Verschwemmung die zuvor unsichtbaren Risse und Locher freilegen, so dal3 Keime gefahrliche Nester bilden konnen.

Abb. 2-11. Verschwemmung von Vertiefungen durch mechanisches Polieren.

Bei einer direkt nach dem Polieren erfolgten Messung ist das MeBergebnis gut, tatsachlich liegen unter der ebenen Oberflache aber Totraume verborgen. Da Dampf abrasiv wirkt, konnen diese Locher nach einiger Zeit freigelegt werden und fiihren dann oft zu erheblichen Problemen, insbesondere bei mechanisch polierten Korpern. Edelstahl ist relativ weich und lafit sich leicht verschwemmen. Betrachtet man im Gegensatz zu mechanisch POlierten elektrisch polierte Flachen, so fallt das MeBergebnis zwar in der Regel schlechter aus, die Oberflachenbeschaffenheit allerdings ist fur den biotechnologischen Einsatz besser geeignet. Beim elektrischen Polieren werden lediglich die Spitzen des Bezugsprofiles abgetragen. Die Mulden bleiben, sind aber freigelegt, so daB der Sattdampf auch die Flachen des Grundprofiles erreichen kann. Schmutzeinschliisse werden beim E-polieren nicht freigelegt, Risse nicht zugeschmiert. AuBerdem wird bei Feinguokorpern die GieBhaut nur teilweise abgetragen und bleibt als weiterer Schutz weitgehend erhalten, was bei der mechanischen Politur nicht der Fall ist. Die optimale Losung ist eine zunachst leicht mechanisch polierte Obefflache mit anschlieBender Elektropolitur. Eine so bearbeitete Obefflache hat gegeniiber der stark mechanisch hochglanzpolierten Obefflache mit 0,6 bis 0,l pm eine gemessene Oberflache von 1,O pm. Scheinbar ist diese Gute schlechter. Allerdings ist die Obefflache homogen, besser und vor allen Dingen sicher sterilisierbar. Daneben ist diese technisch bessere Losung auch preiswerter als die nach dem Meljwert hochwertigere Politur. Es sollte also im Einzelfall gepriift werden, ob die Obefflache mit dem besseren MeBwert der verfahrenstechnisch giinstigeren Oberflache vorzuziehen ist.

Unterschiedliche Oberflachengiiten fur Niroventile

Abb. 2-12. Entfernen von Verschwemmungen durch z.B. abrasiven Dampf.

Entsprechend den unterschiedlichen Aufgabenstellungen an Ventile aus nichtrostenden Stahllegierungen sind diese in unterschiedlichen Oberflachengiiten erhaltlich (Abb. 2-13a - f). Die Standardausfiihrung besitzt eine Rauheitstiefe R, von ungefahr 6,3 pm. Diese Oberflache wird

Die Oberjlachenrauheit

a

Ra I6,3 pm gestrahlt

b

Ra = 3,2 pm gestrahlt und elektrolytisch poliert

C

Ra = 1,6 pm handgeschliffen

'lo pm handgeschl. und elektrolytisch poliert

55

durch das Strahlen mit Glasperlen hergestellt. Sie ist Ausgangspunkt fur alle weiteren Oberflachenqualitaten (Abb. 2-13a). Wird die Standardoberflache von 6,3 pm elektrolytisch poliert, wird eine Oberflache R, von ungefiihr 3,2 pm erzielt (Abb. 2-13b). Durch Handschliff wird von der Standardausfuhrung 6,3 pm ausgehend eine Oberflachengute R, von ca. 1,6 pm erreicht (Abb. 2- 13c). Um die verfahrenstechnisch gunstigste, weil sicherste Oberflachengute R, mit 1,0 pm zu erzielen, mu13 der Standardventilkorper zunachst handgeschliffen und anschlieBend elektrolytisch poliert werden. Der MeBwert dieser Oberflache liegt ungunstiger als derjenige der beiden anderen Varianten, dennoch stellt sie die verfahrenstechnisch am sichersten sterilisierbare Oberflache dar (Abb. 213d). Die hochglanzgeschliffene Oberflache in Abb. 2-13e erreicht eine Rauheitstiefe R, von 0,2 pm. Als hochwertigste Oberflache fur Ventile wird die hochglanzpolierte Ausfuhrung angeboten (Abb. 2- 130. Sie hat eine durchschnittliche Rauhtiefe von 0,l pm. Korper mit dieser Oberflache sehen zwar gut aus, zumindest jedoch an der SchweiBnaht des SchweiBstutzens und der Verrohrung kann der Wert von 0,l pm nicht mehr gehalten werden. Eine Nachpolitur ist erforderlich. Oft konnen diese SchweiBniihte jedoch von a u k n nicht mehr erreicht werden. Es sollte daher unbedingt gepriift werden, ob der Rest der gesamten Anlage ebenso hochwertig ist, wie diese, sehr teuren Ventilkorper. Eine Kette ist nur so stark wie ihr schwachstes Glied.

f 2.3.2 Spindeln und Wellen mit rollierter Oberflache

Ra = 0,6 pm hochglanzgeschliffen

Ra = 0,l pm hochglanzpoliert

Abb. 2-13. Oberflachenguten von Niroventilen.

Spindeln und Wellen besitzen grundsatzlich eine geschliffene Oberflache, die zwar beim Betrachten hochwertig wirkt, fur die Weichelastomer-Dichtung jedoch nicht optimal ist. Um eine moglichst lange Lebensdauer fiir Wellen, Spindeln und ihre Dichtelemente zu erzielen, sollte die Oberflache betreffender Teile so glatt wie moglich sein. Dariiber hinaus muB die Spindel im auBeren Bereich ein festeres und im Inneren (Kernbereich) ein ziihes Gefuge haben, so daB der Abrieb im AuBenbereich auf ein Minimum reduziert wird, Schlage und StoBe jedoch

56

Werkstofle in der Ventiltechnik

Abb. 2-14. Rollieren einer Oberflache.

von der Spindel ohne Schaden absorbiert werden konnen. Ein einfacher aber effektiver Weg, diese Ziele zu erreichen, ist das Rollieren. Die mit ca. 1 - 2 pm UbermaB versehene, geschliffene Spindel wird zwischen einer groBen und zwei kleinen WalZen wahrend einer Abrollbewegung zwischen den Walzen um das UbermaB verpreBt, deshalb die Bezeichnung rollieren (Abb. 2- 14). Die Oberflache wird dabei glatt, der Kern bleibt zah. Es kann auf diese Weise die doppelte bis dreifache Lebensdauer von Weichelastomerdichtungen erzielt werden.

2.4 Ventilkorper aus Kunststoff Erst die Verwendung von Kunststoffen in der Verfahrenstechnik ermoglichte die praktische Umsetzung neuer theoretischer Erkenntnisse. Damit wurden viele Verfahren in allen Bereichen der industri-

ellen Fertigung rentabel. Die exakt steuerbare Synthese von Kunststoffmolekulen ermoglicht, ganz gezielt neue Werkstoffe mit bestimmten Eigenschaften herzustellen. Kunststoffe sind universe11 einsetzbar und konnen kostengunstig hergestellt werden. Die neuen Werkstoffe wurden bedenkenlos eingesetzt, erst mit der Zeit wurde man sich ihrer Nachteile bewuBt. Inzwischen verfugt man uber ausreichendes Wissen, um den GroBteil der verwendeten Kunststoffe umweltgerecht herzustellen, zu verarbeiten und zu recyclen. Denn Kunststoff ist in allen Bereichen, in denen chemische und mechanische Verunreinigung auftritt, notwendig, da er erst die notwendigen Reinigungsprozesse ermoglicht. Ob bei der Filtration, der Osmose, der Wasserneutralisation, Wasser- und Abwasseraufbereitung, Rauchgasentschwefelung usw. oder bei der umweltgerechten Produktion in der Chemie oder Elektronik; - die Einsatzgebiete von Kunststoff sind schier grenzen10s. Auf Kunststoffe als Werkstoffe kann nicht mehr verzichtet werden, allerdings mussen sie mit dem notigen Verantwortungsbewufitsein eingesetzt werden.

Ventilkorper aus Kunststoff 57

Auch ein Kunststoff wie PVC ist nicht ohne negative Folgen gegen andere Werkstoffe austauschbar. Ohne PVC gabe es moglicherweise in einigen Bereichen weniger Umweltprobleme, die Umwelttechnik befande sich aber auf dem Stand wie vor 50 Jahren, verhaltnismaBig preiswerte Abwasseraufbereitungsanlagen, Entgiftungs- und Neutralisationsanlagen gabe es nicht. PVC ist in der Tat bei der Herstellung und der Vernichtung (WarmentsorgungNerbrennung) ein nicht zu unterschatzender Umweltkiller. Diese beiden Phasen konnen kontrolliert werden, um die Vorteile von PVC auch weiterhin zu nutzen, denn zur Zeit existieren noch keine sinnvollen Alternativwerkstoffe. Rohre, Fittinge und Ventile sind keine Verbrauchsguter. Die Venvendung von PVC im Verbrauchsguterbereich muB durchaus eingeschrhkt, wenn nicht sogar beendet werden. Uberall da, wo aber technische Betriebssicherheit, technische Optimierung und Umweltschutz beachtet werden mussen, mu8 PVC weiterhin akzeptiert werden. Ein Ausweichen auf sogenannte Alternativkunststoffe ist beim Anlagenbau nicht berechtigt, wenn verantwortungsbewuBt gearbeitet und weitgehend recycliert wird. PVC wird noch sehr lange seinen berechtigten Einsatz im Anlagenbau finden. Einen wesentlichen EinfluB auf die Eigenschaften von Kunststoffen haben die Stabilisatoren und Weichmacher. Sie konnen auch die Umweltvertraglichkeit entscheidend beeinflussen. Beispielsweise konnen zum Stabilisieren von Kunststoffen Schwermetalle eingesetzt werden, aber auch Talkum (Magnesiumoxid). Bei der Beurteilung eines Kunststoffes mussen auch alle seine Zusatze wie Weichmacher, Stabilisatoren, Farben oder Verbundwerkstoffe beriicksichtigt werden, da viele Kunststoffventile im Trinkwasserbereich und der Lebensmitteltechnik eingesetzt werden. Einzelne Ventilhersteller achten schon seit langem darauf, d& alle eingesetzten Kunststoffe fur Ventilkorper generell lebensmittelecht sind. Im Zweifelsfall konnen Werkszeugnisse angefordert werden, die dariiber AufschluB geben. Bei der Auswahl des jeweils richtigen Ventilkorperwerkstoffes muB daher uneingeschrihkt die technisch optimale Losung das Ziel sein (s. Abschnitt 2.4.2).

2.4.1 Betriebsdruck Temperaturabhangigkeit bei Kunststoffen Die angegebenen Druckbestandigkeiten von Kunststoffen hangen stets von der Betriebstemperatur der zu transportierenden Medien sowie der Umgebungsatmosphiire ab. Je hoher die Betriebstemperatur, desto geringer die Druckbestandigkeit des Ventilkorpers. Die im Normaltemperatur-Bereich starren Kunststoffmolekiile werden mit steigender Temperatur bei Ventilkorpern aus Thermoplasten zu losen, flexiben Ketten. Bei Duroplasten tritt dagegen keine Phase auf, in der die Molekulketten lose sind. Duroplaste bleiben bis zu ihrer Zerstorung starr und lassen sich deshalb auch nicht verspritzen. Im Hinblick auf die physikalischen Gegebenheiten, wie Betriebsdruck und -temperatur, muB die Auswahl des zu verwendenden Werkstoffes mit Hilfe eines Diagrammes erfolgen, das die Abhangigkeit der Druckbestandigkeit von der Temperatur wiedergibt. Eventuell erhohte Umgebungstemperaturen mussen in die Bewertung einbezogen werden (Abb. 2-15). Die im Diagramm angegebenen Werte sind sogenannte Mittelwerte. Die jeweilige Zusammensetzung, beziehungsweise die Zugabe unterschiedlicher Anteile von Weichmachern oder Stabilisatoren, konnen eine Abweichung der Kennlinien ergeben. Daruber hinaus orientiert sich das Diagramm an der Verrohrung. Sie ist das schwachste Glied innerhalb einer Applikation, die Ventilkorper sind stets stabiler. Die Wandungsstkken der Ventilkorper sind wesentlich dicker und nur im Bereich der Anschlusse auf das jeweilige VerrohrungsmaB gebracht. Besteht wegen eines aggressiven Betriebsmediums die Notwendigkeit zur Verwendung von Kunststoff, zeigt das Betriebsdrucflemperatur-Diagramm jedoch keine ausreichende Temperaturbesthdigkeit, so kann auf Ventilkorper in Kombinationsbauweise zuriickgegriffen werden, z. B. auf einen SphiiroguBkorper aus GGG 40.3 mit einer Polypropylen (PP)-Auskleidung. Bei der Nutzung der Druckbestandigkeit des Metalles und der chemischen Bestiindigkeit der Kunststoffe werden ausschlieBlich Flanschverbindungen verwendet (siehe Abschnitt 2S).

58

Werkstofle in der Ventiltechnik #fkr 185 13 171 12 158 11

142 10 128

8

114

6

100

7

8 5 8 71

5

57

4

4 3 3 28

2

14

1

ac

-30 -20 -10 0 +10 20 9 -22 - 4 +14 +32 +50 88

30 40 50 60 10 80 90 loo 110 120 130 140 86 104 122 140 158 178 194 212 230 243 266 284

2.4.2 Der PVC-Ventilkorper Die in den 60er Jahren beginnende Automatisierung, insbesondere im Bereich der Galvanotechnik, hatte auch die Entwicklung des Kunststoffventils zur Folge. Die damaligen Pioniere ziihlen auch heute noch zu den Marktfuhreren der Ventilbranche - auch wenn immer noch etwa 50% aller Ventile aus Metal1 hergestellt werden. PVC (Polyvinylchlorid) bildet den Standard im Kunststoff-Anlagenbau. Mehr als 70 % aller Kunststoffapplikationen sind derzeit aus diesem Werkstoff hergestellt. Membranventile bilden neben Kugelund Klappenventilen kleiner Nennweite das haufigste Funktionsprinzip, bei dem PVC verwendet wird (siehe auch Abschnitt 2.4). Auch Sitzventile mit Elektromagnetantrieb sollten nicht vergessen werden. Gerade sie waren die ersten aus Kunststoff gefertigten Ventile. Bei dem erstmals verwendeten Werkstoff handelte es sich ebenfalls um PVC. Heute werden zwei unterschiedliche PVC-Sorten fur die Herstellung von Ventilkorpem verwendet.

Abb. 2-15. BetriebsdrucmemperaturDiagramm fur Ventilkorper und Rohre aus Kunststoff.

2.4.2.1 PVC-H: Der Standardwerkstoff

PVC-H steht fur Polyvinylchlorid hart, also mit geringstmoglichen Weichmacherzusatzen. Um nicht zu sprodes PVC zu erhalten, kann allerdings nicht ganz darauf verzichtet werden, Weichmacher zu integrieren. Allerdings liegt der Weichmacher-Anteil deutlich unter den maximal zulassigen Mengen. Die als Beispiel aufgefuhrte Tabelle einer Spritzgiel3masse gibt AufschluB uber die Eigenschaften von PVC-H. Die dort angegebenen Werte konnen von denen anderer Granulate und Fabrikate abweichen, sind aber grundsatzlich bei allen anderen im Anlagenbau eingesetzten PVC-Sorten ahnlich. PVC wurde im Jahre 1835 durch den Franzosen Henry Victor Regnault erstmals aus Kalilauge und Sonnenlicht hergestellt. Der Frankfurter Chemiker Fritz Klatte entdeckte 1912 einen Ausgangsstoff fur PVC, das Vinylchlorid und meldete es zum Patent an. Fur die IG Farben kam das PVC gerade zur rechten Zeit. Durch dieses neue Produkt konnte das unenviinscht als Nebenprodukt anfallende Chlor aus der Herstellung von Natronlauge verwendet werden. Wie entsteht PVC? Chlor als Ausgangsprodukt fur PVC wird von Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl),

Ventilkorper aus Kunststoff

Thfel 2-7. Die wichtigsten Daten von PVC-H.

Dichte

DIN 35479 IS0 1183

1,38

Vicat B/50

DIN 53460 IS0 306

76

SchlagAhigkeit bei 23 OC (ChWY) Kerbschlagziihigkeit bei 23 *C

DIN 53453 IS0 179

ohne Bruch

DIN 53453 IS0 179

4

(CharPY) Zugfestigkeit ReWhnung Kugeldruck-

DIN 53455 IS0 527 DIN 53455 IS0 527

55

DIN 53456

115

DIN 53505 IS0 868

82

4

hiirte H358/30

Shon-Ha D

ausgehend mit elektrischem Strom hergestellt. Dabei wird bei einer Elektrolyse das gelbe Chlorgas produziert. Es ist nicht nur giftig, sondern auch reaktionsfreudig und reagiert sehr schnell mit vielen Substanzen. Dabei konnen z.B. auch Dioxine entstehen. Die Elektrolyse hat zwar einen hohen Strombedarf, bei der Herstellung von PVC wird aber weniger Strom benotigt als bei der Herstellung vieler anderer Kunststoffe. Bei der heute zum Teil verwendeten Elektrolysetechnologie, dem sogenannten Amalgamverfahren, bestehen die Elektroden aus Quecksilber. Ein Teil des Schwermetalles gelangt dabei in die Umwelt. Das okologisch akzeptablere Membranverfahren stellt eine Alternative dar. Mit ihm werden heute schon 40% des fur PVC benotigten Chlors hergestellt. AuSer Chlor braucht man fur die Herstellung von PVC noch Ethylen aus Erdol. Andere Kunststoffe bestehen zum allergroBten Teil aus Erdol. PVC jedoch nur zu 43%. In einem Druckbehdter reagiert das Chlor mit dem Ethylen. In der W-e entsteht Vinylchlorid, kurz VC genannt. Es ist krebserregend

59

und wird deshalb in einem geschlossenen Kreislauf gehandhabt. Es ist instabil und zersetzt sich unter Lufteinwirkung schnell. Im letzten Schritt wird das VC polymerisiert. Dabei reagieren die Einzelmolekule zu Molekiilketten, aus Vinylchlorid wird Polyvinylchlorid.

Vinylchlorideinheit Ausschnitt aus einer PVC-Kette Dazu werden weitere Chemikalien benotigt, n h lich Katalysatoren. SchlieSlich entsteht PVC als weiBes Pulver. Das gebildete PVC ist vollkommen ungef*lich. Es hat mit seinem Ausgangsstoff, dem VC, nichts mehr gemein und kann selbst beim Verwittern auf der Mullkippe kein VC mehr freisetzen. Aber bei der Verbrennung von PVC kommt es zu erheblichen Umweltbelastungen. Das im PVC gebundene Chlor reagiert mit Wasserstoff zu Salzsaure. Wird diese jedoch in geschlossenen Waschern aufgefangen und raffiniert, so entsteht als Endprodukt der PVC-Verbrennung wieder Kochsalz. Es kann aufgrund seiner hohen Reinheit ohne weiteres wieder zur Herstellung von PVC verwendet werden. Unter diesem Aspekt ist PVC wesentlich besser recyclebar als viele andere Kunststoffe. Eine Mullverbrennungsanlage, welche die bei der PVC-Verbrennung entstehenden Giftstoffe verwertet, ist z.B. in Iserlohn in Betrieb. Hier wird auf elegante Weise das Umweltproblem gelost. Mit einem geschlossenen NaBwaschersystem wird aus dem bei der Mullverbrennung entstehenden Rauchgas die Salzsaure in Wasser gelost. Anschlieknd wird mit Natronlauge neutralisiert, das Wasser verdampft, so daB schlieSlich das NaCl in reiner Form als Salz zuriickbleibt. Es wird gesammelt und der Industrie zuriickgefiihrt, die daraus wiederum PVC herstellt. 2.4.2.2 PVC-C

Neben dem PVC-H existiert noch der Sonderwerkstoff PVC-C, namlich zweifach chloriertes PVC .

60

Werkstoffe in rier Ventiltechnik

00000000000

o o o o o ~ ~ c o o o o o o r ( oor,ooo o o o u o ~ ~ ~ o o o 00000000000

Abb. 2-16. Schema der PVC-Synthese. Seltsamerweise ist PVC-H, z. B. in den USA, als Ventilkorperwerkstoff mit der Begriindung, daB PVC umweltschadlich sei, nicht zugelassen. PVC-C jedoch enthalt deutlich mehr Chlor im Molekul als PVC-H. Deshalb ist diese Begriindung fur das Verbot von PVC-H nicht nachvollziehbar. Die verglichen mit PVC-H leicht erhohte Festigkeit durfte das wohl einzige einleuchtende Argument fur PVC-C sein. Allerdings ist, wie die Praxis beweist, PVC-H im Hinblick auf seine mechanische Stabilitat vollkommen ausreichend.

standig ist, der PP-Korper geeignet erscheint. 1st auch er unbestandig, ware der dritte Schritt die Uberpriifung von Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyfluoralkoxid (PFA) als moglichen Werkstoff. Polypropylen ist der Ventilkorperwerkstoff, der nach PVC am gebrauchlichsten ist. Medien, bei welchen PP unbestandig, aber PVC bestandig ist, existieren zwar, allerdings ist diese Situation selten anzutreffen. Sicherheit gibt nur der Blick in die Bestandigkeitsliste.

2.4.2.3 Anwendungsgebiete von PVC

2.4.3.1 Die Geschichte von PP

Es gibt wohl kaum ein Anwendungsgebiet, in welchem PVC nicht verwendet wird. In allen Bereichen der Abwasser- und Wasseraufbereitung, im Sanit&bereich, im Lebensmittel- und Getrankebereich, in der Chemie, Galvanotechnik und im kommunalen Bereich, also uberall dort, wo die chemische Bestandigkeit des PVC ausreichend ist wird es auch verwendet (siehe Kapitel 5 : Die Bestandigkeitsliste).

Polypropylen ist aus dem Haushalt bekannt, es ist seit den 60er Jahren weit verbreitet. Damals wurden nahezu alle Gebrauchsgegenstiinde im Haushalt aus Kunststoff gefertigt. Unter dem Handelsnamen Hostalen (Handelsname der Fa. HOECHST) sind seither u. a. Waschewannen, -korbe, Spulschusseln aus PP und vieles andere gebrauchlich. Im Anlagenbau verwendetes PP ist ein mit Hilfe stereospezifisch wirkender Katalysatoren hergestelltes, isotaktisches Polypropylen von hohem Kristallinitatsgrad. Als erste Firma erzeugte die HOECHST AG Polypropylen in grofitechnischen Anlagen.

2.4.3 Der Polypropylen- (PP) Ventilkorper Uber die chemischen Bestandigkeiten von Kunststoffen konnen eigentlich keine pauschalen Aussagen getroffen werden. Dennoch kann aber generell als Faustregel gelten, da13 immer dann, wenn der PVC-Ventilkorper laut Bestandigkeitsliste ungeeignet ist, im zweiten Schritt die Bestandigkeit von PP gepriift werden sollte. Dabei wird man feststellen, daB in den meisten Fallen, in denen PVC zu unbe-

Kennzeichnende Eigenschaften von Polypropylen sind: 0 niedrige Dichte 0 ausgewogene Relation von SteifheitEiihigkeit 0 ausgezeichnete akustische Dampfung bei beachtlicher Steifheit 0 gute Eignung fur Filmscharniere 0 sehr gute Chemikalienbestandigkeit 0 keine SpannungsriBbildung

Ventilkiirper aus Kunststoff 0 gute Ver- und Bearbeitbarkeit

61

2.4.3.2 Die Eigenschaften von Polypropylen

0 teilkristallines Gefuge.

Ausschnitt aus einer Polypropylenkette. Polypropylen entsteht aus Propylen durch Polymerisation. Die raumliche Anordnung der an jedem zweiten Kohlenstoffatom vorhandenen Methylgruppe kann variieren; man unterscheidet zwischen isotaktischem, syndiotaktischem oder ataktischem Polypropylen. Nur das isotaktische Propylen, bei dem alle Methylgruppen auf einer Seite der zickzackformigen Molekulkette angeordnet sind, hat die Eigenschaften eines technisch brauchbaren Werkstoffes. Dieser regelmaoige Aufbau begunstigt beim Auskuhlen der Schmelze das Entstehen kristalliner Bereiche. Die Kettenmolekule werden jedoch selten in ihrer ganzen Lange in einen Kristalliten eingebaut, da sie immer auch nicht isotaktische Anteile enthalten, die nicht kristallisationsf&ig sind. AuSerdem entstehen amorphe Bereiche durch die Verschlaufungen der Ketten in der Schmelze, besonders bei hohem Polymerisationsgrad. Der kristalline Anteil ist von den Bedingungen bei der Herstellung der Formteile abhangig und liegt zwischen 50 und 70%. Polypropylen ist somit ein teilkristalliner Werkstoff. Der teilkristalline Aufbau bewirkt wegen der hohen Sekundiirkrafte im Kristalliten beachtliche Festigkeit und Steifheit, warend die ungeordneten Bereiche mit der hoheren Beweglichkeit ihrer Kettensegmente oberhalb der Einfriertemperatur zu Flexibilitat und Zi4higkeit fuhren. Wachsende Anforderungen an die Werkstoffe fiihrten zur Modifizierung seit langem bewiihrter Thermoplaste durch Verst&kungsmaterialien, eine besonders geeignete anwendungsspezifische Problemlosung. Hierbei werden ausgewiihlte Verstiirkungsstoffe in den Kunststoff homogen eingebettet und je nach S p chemisch mit dem Kunststoff gekoppelt (chemische Haftvermittlung). Das teilristalline PP findet dabei als Grundwerkstoff Verwendung.

PP kommt im Anlagenbau meist gelb-graulich gefabt vor. Die Farbe resultiert aus den beigemischten Stabilisatoren, die fur diese Anwendungen benotigt werden, am haufigsten wird Talkum (Magnesiumoxid) verwendet. Aukrdem werden Farbstoffe zugesetzt. Die so stabilisierte Variante von PP eignet sich fur Temperaturen bis 90 "C bei inerten Medien und bis 80 "C bei aggressiven Medien (s. auch Abschnitt 2.1.2) Als weitere Variante gibt es Ventilkorper aus PPnatur, einer nicht allgemein ublichen Sondervariante. Einige amerikanische Anwender setzen diese PP-Variante als Alternative zu PVDF insbesondere im Reinstmedienbereich ein. Aber es ist nur bei Betriebsdriicken bis maximal 3 bar und Temperaturen von maximal 30 "C sicher einzusetzen. Die Fa. GEMU bietet als erster Ventilhersteller einen Verbundkorper bestehend aus einem PP-natur Inliner und einem Glasmalkum versttirkten Outliner an. Diese Losung bietet groBtmogliche Werkstofffreiheit bei optimaler mechanischer Festigkeit. Aus sicherheitstechnischen Griinden ist die Anwendung eines so wenig belastbaren Werkstoffes wie PP-natur umstritten. Die Bestandigkeit fur Temperaturen unter 0 "C ist gering, da PP unterhalb dieser Temperatur sehr schnell aussprodet. Bei konstanten Temperaturen unter dem Nullpunkt empfiehlt sich daher die Verwendung von PVDF oder PFA als Korperwerkstoff. PP ist verglichen mit PVC mechanisch weniger stabil, wie auch bei der Betrachtung von Kunststoffverpackungen deutlich wird. Stellt man beispielsweise zwei Lebensmittelbehalter aus PVC und PP einander gegenuber, so stellt man fest, daB derjenige aus Polypropylen eine doppelt so dicke Wandungsstiirke haben mu13 wie derjenige aus PVC, um eine vergleichbare Stabilitat zu erreichen. Bei Ventilkorpern sind die Wandungsstiirken allerdings von vornherein wesentlich stkker als notwendig gehalten.

62

Werkstofle in der Ventiltechnik

2.4.3.3 Die physiologische Vertraglichkeit von Polypropylen

2.4.3.5 Weitere Einsatzgebiete von Polypropylen-Ventilen

In Laborversuchen wurde Polypropylen in sogenannten akuten und chronischen Futterungsversuchen gepriift. Nach zweijahriger Versuchsdauer konnte an den Organen der Tiere keine auf den Kunststoff zuruckfuhrende Schadigung festgestellt werden. Untersuchungen mehrerer PolypropylenTypen auf Haut- und Schleimhautvertraglichkeitergaben keinerlei Reizerscheinungen. Die lebensmittelrechtlich zulassigen Polypropylentypen erfullen auch die Forderungen der Monographie VI.2.2.1 der europaischen Pharmakopia sowie analoger Texte der nationalen Arzneibucher, z. B. der Monographie VI.2.2.1 ,,Kunststoffe, Behaltnisse, Verschlusse" des deutschen Arzneibuches, 9. Ausgabe (DAB 9). PP ist damit zur Herstellung pharmazeutischer Verpakkungen geeignet.

Bei der Rauchgasentschwefelung ist Polypropylen weit verbreitet. Einige Anwender von PVC-Anlagen glauben, in Polypropylen verglichen mit PVC einen umweltgunstigeren Kunststoff zu finden, und schreiben deshalb haufig in ihren Ausschreibungen Polypropylen vor, obwohl dies objektiv betrachtet umwelttechnisch nicht gerechtfertigt ist.

2.4.3.4 Die Beurteilung im Rahmen der Lebensmittelgesetze Das Bundesgesundheitsamt (BGA) regelt in seiner Empfehlung VII ,,Polypropylenen" dessen Verwendung bei der Herstellung von Bedarfsgegenstanden im Sinne von Ej 5 Abs. 1 Nr. 1 des Lebensmittelund Bedarfsgegenstandegesetzes (LMBG). Die Empfehlung des Bundesgesundheitsamtes stellt nach dem derzeitigen Stand der Wissenschaft und Technik fest, unter welchen Bedingungen ein Bedarfsgegenstand aus Kunststoffen den Anforderungen des 9 31 Abs. 1 des LMBG entspricht. Dabei wird vorausgesetzt, dal3 der betreffende Gegenstand fur die vorgesehene Verwendung geeignet ist und dal3 Lebensmittel weder geruchlich noch geschmacklich beeinflulit. Fur Trinkwasserversorgungsanlagen gelten die ,,Empfehlungen zur gesundheitlichen Beurteilung von Kunststoffen und anderen nichtmetallischen Werkstoffen fur den Trinkwasserbereich", die sogenannten KTW-Empfehlungen. Die gesundheitliche Beurteilung von Kunststoffen in der Lebensmittelgesetzgebung auserhalb der BRD ist je nach Land unterschiedlich. Es gelten zwar iihnliche Prinzipien, aber es ist dennoch ratsam, im Einzelfall riickzufragen.

2.4.4 Der Polyfluoralkoxid- (PFA) und der Polyfluorvinylidenfluorid(PVDF) Ventilkorper Aufgrund ihrer besonders hohen chemischen Bestandigkeiten und auch der Reinheit beider Werkstoffe (keine Weichmacher, keine Stabilisatoren) finden sich Perfluoralkoxipolymere (PFA) und Polyvinylidenfluorid (PVDF) in meist sehr hochwertigen Anwendungen. Bei beiden handelt es sich um fluorhaltige Kunststoffe, die im allgemeinen Sprachgebrauch sehr haufig auch als Teflon bezeichnet werden. Bei dem Begriff Teflon handelt es sich jedoch um einen geschutzten Handelsnamen der Hoechst AG. Ebenso sind Bezeichnungen fur z.B. PFA und PTFE (Polytetrafluorethylen) der Firma Du Pont geschutzt. PVDF ist z.B. unter dem Handelsnamen Solef fur den Hersteller Solvey geschutzt. Alle drei Werkstoffe aus der Familie der fluorhaltigen Kunststoffe sind sehr bestandig. Dennoch besitzen sie erhebliche Unterscheidungsmerkmale, insbesondere im mechanischen und thermischen Bereich (siehe Tafel 2-8 mit Tabellen in diesem Abschnitt). Die hochste chemische Bestandigkeit weist PTFE auf. Jedoch kann PTFE nicht spritztechnisch verarbeitet werden, so dal3 die Herstellung von Ventilkorpern lediglich aus dem vollen Material moglich ist. Membranventilkorper z. B. sind aus diesem Werkstoff nicht erhaltlich. Der Werkstoff PFA weist ebenfalls sehr hohe Bestandigkeiten auf. Allerdings ist PFA grundsatzlich sehr weich, was erklm, warum es keine Ventilkorper aus reinem PFA gibt. Man bedient sich eines sogenannten Korsetts. Zunachst wird ein Inliner aus

Ventilkorper aus Kunststoff 63

Abb. 2-17. Model1 einer PVDF-Kette. PFA hergestellt und dieser z. B. mit PVDF oder einem anderen Werkstoff umspritzt. Dariiber hinaus existieren auch Metallkorper (z.B. GGG 40.3) mit PFA-Ausspritzung oder -Auskleidung (siehe Abschnitt 2.5). Das PVDF schliel3lich verfiigt uber eine ausreichende statische Festigkeit, jedoch uber eine nicht ganz so grorje chemische Bestandigkeit wie die beiden anderen Werkstoffe. So werden also alle drei Werkstoffe im Ventilbau in unterschiedlichen Bereichen verwendet. Da aber PTFE nur aul3erst selten als Ventilkorperwerkstoff eingesetzt wird, beschranken sich die Ausfuhrungen zu diesem Thema auf die beiden Werkstoffe PVDF und PFA. PTFE wird haufig zum Aufsintern auf Metallkorper oder fur Dichtmembranen- und -stucke sowie Ventilsitze verwendet. 2.4.4.1 PVDF

Das PVDF-Molekul hat einen Masseanteil an Fluor von 59 %. Die Bindung zwischen dem elektronegativen, kleinen Fluoratom und dem Kohlenstoffatom ist aurjerordentlich fest. PVDF besteht aus Molekulketten mit dem folgenden Strukturelement :

Die im Molekiil chemisch gebundenen Fluoratome verleihen dem PVDF:

grol3e chemische Widerstandsfahigkeit gegenuber starken Sauren, aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen sowie zahlreichen anorganischen und organischen Verbindungen; 0 ausgezeichnete Thermostabilitat; 0 bemerkenswertes Brandverhalten: schwer entflammbar; 0 aul3ergewohnlichen Widerstand gegen Alterung. 0

2.4.4.2 PFA

Bei PFA liegt der Fluor-Anteil bei 76 Gew.-%. Da die Bindungsenergie von Kohlenstoff zu Fluor hoher ist als zu Wasserstoff (im PVDF) erklart sich daraus sowohl die hohere Temperaturbestandigkeit als auch die hohere chemische Resistenz. Wiihrend PVDF hauptsachlich als Ventilkorper und Ummantelungswerkstoff eingesetzt wird, kann PFA neben seiner Verwendung als Ventilkorperwerkstoff auch als zusatzlichen Dichtwerkstoff bei Membranen eingesetzt werden (Sandwichbauweise). Seine Molekiile besitzen das folgende Strukturelement :

PVDF ist ein Polymer, dessen kristalline Phase in verschiedenen Konformationen auftreten kann. Unter normalen Verarbeitungs- und Anwendungsbedingungen liegt PVDF jedoch nur in der kristallinen Alpha-Form vor (Abb. 2- 17).

64

Werkstoffe in der Ventiltechnik

Tafel 2-8. Eigenschaften fluorierter Kunststoffe. Mechenische Eigenschaften PTFE

Eigenschaft gicmJ Nimm'

Dichte Zugfestigkeit Bruchdehnung Zug-E-Modul (statisch) Shore-Hllrte D Schlagzahigkeit KerbschlagzAhigkeit IZOD-Kerbschlagzahigkeit

Qo

Nimm'

-

kJ/mZ kJim' Jim

A m D 1457 ASTM D 1457 ASTM D 1457

-

2.15 22-30 250-400 ca. 750 50-60

DIN 53 505 DIN 53453 , ohneBruch DIN 53 453 1 ca.16 160 ASTM D 256

PFA

PVDF

ungefilllt

ungefOllt

verstarkt

2,12-2,l7 30 ca. 300 600-700 60-62

77-79

ohne Bruch ohne Bruch ohne Bruch

ohne Bruch

ca.12 100-200

~~

Wegapascal

Thermische Eigenschaften PFA

ungeMllt ~~

SchmelzpunM Obere Anwendungstemperatur Untere Anwendungstemperatur FormbestAndigkeit IS0 75 B FormbestAndigkeit IS0 75 A WArmeleitfAhigkeit lin.Warmeausdehnungskoeffizient

305 ca. 260 ca.-45

ca. 260 ca. - 200 I S 0 75

50-60 0,23 1,2.lo-'

W/(m.K) K-'

140-145 105-11 5 0,19

48 74 0,26 1,2.lo-'

0,22

Optische Eigenschaften Einhdt

mzse

PTFE ungefilllt

ungefilllt

kohlefaserverstarkl

ungefOllt

-

DIN 53 491

1,351

1,42

-

1,35

BrechungszahI

PVDF

Elektrische Eigenschaften Eigenschaft

'Tohlefaserversterkt

Spez. Durchgangswiderstand Oberflllchenwiderstand Durchschlagfestigkeit0,2 mm Dielektrizitlltszahl 103-105Hz Diel.VerlustfaMor 10' Hz Kriechstromfestigkeit

1

> 10'8 > 10'6 50-80 2,1

stufe

DIN 53 482 DIN 53 482 DIN 53 481 DIN 53 483 DIN 53 483 DIN 53480

-

-

sehr gut

Ohm .cm 'Ohm kV/mm

-

0.oool KA 3c

PFA

I

1

> loi5 > 10'3

> 10'8 > 10"

7,6-9 ca.0.18

50-80 23 0,0002

> 22 (1 mm)

-

KC 400

Eigenrchsft

Witterungsbestandigkeit

keine Anderung

Chemische Eigenschaften PVDF

PTFE

PFA

~~

Allgemdne Ubenlcht

Bestllndig gegen fast alle Chemikalien. UnbestAndig (bei hdheren Driicken und Temperaturen) gegen elementares Fluor und Chlortrifluorid. UnbestAndig gegen geschmolzene oder geldste Alkalimetalle. Man bedient sich dieser Reaktion, um PTFE verklebbar zu machen.

Bestllndig gegen fast alle Chemikalien. Nicht bestllndig gegen flussige Natrium- und Fluor-Verbindungen.

Gegen Chemikalien noch bestllndiger als PVDF, aber unbestAndig gegen einige halogenierte Usemittel bei erhdhten Temperaturen. Ahnlich wie PTFE.

Ventilkorper aus Kunsrsroff

+

65

D1-Wa-r (Fullen)

rtikelsenso

Abb. 2-18. Schaltbild einer MeBanlage zur Messung von Partikelabscheidung. Hohe Reinheit von PVDF und PFA Da fur die Herstellung der mediumbertihrten Teile in Ventilen beide Werkstoffe ohne Weichmacher und Stabilisatoren verwendet werden, eignen sie sich besonders zur Verwendung von Ventilen in der Reinstraumtechnik, denn als Ausgangsmaterial zur Synthese beider Werkstoffe dienen besonders rein hergestellt und gereinigte Granulatchargen. Sie tragen die Bezeichnung HP (High Purety). AuBerdem werden keine Teilchen an das Medium abgegeben. Versuche mit einer MeBanlage zur Messung von Partikelabscheidung beweisen, da13 keine Verschmutzung durch Eigenpartikelabgabe erfolgt. (Abb. 2- 18). Beide Werkstoffe bilden auch eine Alternative im biotechnologischen Anlagenbau (siehe Abschnitt 2.2.2). Bei der Verwendung chemischer Reinigungsmittel zu Sterilisationszwecken kann auf Edelstahlventilkorper verzichtet werden. Dadurch verringern sich G r o k und Gewicht der Anlage erheblich.

2.4.4.3 Die Einsatzgebiete von Fluorkunststoffen im Ventilbau Neben den Eigenschaften der chemischen Bestandigkeit und der Reinheit der Fluorkunststoffe, eig-

nen sich diese auch aufgrund ihres mechanischen und thermischen Verhaltens zum Einsatz bei tiefen und extrem tiefen Temperaturen. In einer modernen Produktionsanlage zur Herstellung von Megachips befinden sich z. B. in der zentralen Reinstmedienverteilung Membranventile aus PFA. Sie sind mit einem kohlefaserverstiirkten PVDF-Korsett versehen, so darj die eigentlich mechanisch ungunstigen Eigenschaften von PFA nicht mehr relevant sind. Im medizinisch-technischen Anwendungsbereich finden neben Edelstahl- auch Kunststoffventile ihre Verwendung. Wegen seiner hohen Werkstoffreinheit sowie der hohen Bestandigkeit wird hier z.B. oft PVDF eingesetzt.

2.4.5 Der GFK-Ventilkorper Der Begriff GFK ist sehr allgemein gehalten. Er besagt lediglich, daB es sich um glasfaserverstarkte Kunststoffe handelt. Es kann sich dabei ebenso um glasfaserverstiirktes Polypropylen als auch um glasfaserverstiirktes Epoxy-Harz (EP) handeln. Bei der Antriebstechnik fur Ventile im Anlagenbau werden beide Varianten verwendet. Im Ventilkorperbereich

66

Wrrkstofe it1 &r V e n t i l t e h i k

jedoch sind nahezu ausschlieBlich glasfaserverstarkte Harze im Einsatz. Bei den eingesetzten Epoxy-Formmassen handelt es sich nicht um Granulate sondern um Ausgangsmaterialien in Mattenform, die, wie andere Duroplaste auch, immer aus mehreren Komponenten bestehen: 0

0 0 0 0 0

0 0 0

0 0 0 0

EP-Harz, Harter, evtl. Beschleuniger, Fiillstoff undoder faserformige Verstarkungsstoffe, Gleit- und Trennmittel, Pigmente (zur Einfarbung), andere Zusatze wie z. B. Flammschutzmittel, Flexibilisatoren usw. Die Vorteile von EP-Formmassen sind: keine Uberhartung, praktisch keine Nachschwindung, sehr gute Dimensionsstabilitat, gute Haftung zu Metalleinlegeteilen, hohe RiBbestandigkeit, gute Chemikalienbestandigkeit, gute elektrische Isolationseigenschaften, auch in tropischem Klima.

Zur Zeit wird nur ein Funktionsprinzip aus glasfaserverstarktem Epoxy-Harz hergestellt. Es handelt sich hierbei um die sogenannte Zwischenbauklappe aus der Familie der Klappenventile. Bis vor kurzer Zeit wurden Zwischenbauklappen ausschlieBlich aus Thermoplasten und Metallen hergestellt. Auf der Suche nach einem Alternativwerkstoff, welcher sowohl in einer Metallverrohrung als auch einer Kunststoffverrohrung eingesetzt werden kann, stieB man sehr schnell auf diesen Werkstoff. Diese Art der Zwischenbauklappe wird im Nennweitenbereich 65 bis 250 mm hergestellt. Neben GFK wird auch immer mehr das Polyethersulfon (PES) verwendet. Der Vorteil von PES gegenuber GFK besteht darin, daB es sich verspritzen la&. GFK wird ,,gebacken". Dabei wird das abgewogene Granulat oder Mattenmaterial in eine Form eingelegt. AnschlieBend werden gegebenenfalls notwendige Einlegeteile aus Metall zusatzlich in die Form eingebracht. Danach wird die Form unter hohem hydraulischem

Druck geschlossen und erwarmt. Durch den auf den Werkstoff ausgeubten Druck wird das Ausgangsmaterial in Form gebracht. Die erhohte Temperatur beschleunigt den AushartungsprozeB. Dieses Verfahren ist jedoch sehr zeitintensiv und im Vergleich zum SpritzgieBen von Thermoplasten unrentabel, was den Trend hin zu PES erklart.

Die Anwendungsgebiete von GFK-Ventilen Da derzeit lediglich Zwischenbauklappen mittlerer und groBerer Nennweite aus diesem Werkstoff gefertigt werden, beschrankt sich ihr Einsatzbereich auf die Anwendungsgebiete dieser Klappenventile. Bei Wasserleitungen im Kraftwerksbau, in der Diingemittelproduktion, der Rauchgasentschwefelung, der Wasser- und Abwasseraufbereitung (bei groBeren Rohrquerschnitten) liegen die wichtigsten Einsatzgebiete. GFK-Zwischenbauklappen, zukiinftig moglicherweise verstarkt PES-Klappen, konnen aufgrund ihrer hohen mechanischen Belastbarkeit sowohl in Metallverrohrungen als auch in Kunststoffverrohrungen adaptiert werden.

2.5 Werkstoff-Kombinationen Was versteht man unter Kombinationswerkstoffen? Die im Rahmen mancher Verfahren bestehenden Anforderungen an die Ventilkorper konnen haufig mittels eines einzelnen Werkstoffes nicht erfiillt werden. Als Fallbeispiel dienen uns folgende Daten: - Medium Trichloressigsaure, waBrig (CC13-COOH) - Konzentration: 50 9i - Betriebstemperatur: 60 "C - Betriebsdruck: 8 bar - Nennweite: 32 mm erforderlich. Spatestens der Blick in die Bestandigkeitsliste zeigt, daB fur dieses Medium lediglich PP (Polypropylen), PFA (Polyfluoralkoxid) und PE (Polyethy-

Ventilkorper uus Kunststoff 67

len) geeignete Werkstoffe darstellen. Eine Verwendung von PE ist nicht moglich, da es derzeit noch keine Ventile aus diesem Werkstoff fur diese Nennweite gibt. Es verbleiben also noch die beiden Kunststoffe Polypropylen und PFA. Mit dem BetriebsdrucklTemperatur-Diagramm aus Abschnitt 2.4.1 wird festgestellt: Polypropylen eigent sich bei einer Betriebstemperatur von 6OoC maximal fur einen Betriebsdruck von 4 bar und PFA bei einer Betriebstemperatur von 60 "C bis zu einem maximalen Betriebsdruck von ca. 4,5 bar. Da jedoch beim oben erwanten Beispiel ein Betriebsdruck von 8 bar angegeben ist, konnen beide Werkstoffe nicht alleine eingesetzt werden. Einen

Metallkorper, der sowohl dem Betriebsdruck als auch der Betriebstemperatur und dem aggressiven Medium standhalt, kann auf dem Markt als Serienprodukt nicht gefunden werden. Die Losung besteht bei diesem Anwendungsbeispiel darin, daB man die mechanisch und statisch giinstigen Eigenschaften eines Metalles zu Hilfe nimmt, um die Schwachstellen des Kunststoffes auszugleichen. Es wurde sich ein SphiiroguB-Ventilkorper mit Polypropylenauskleidung als wohl wirtschaftlichste Losung anbieten. Selbstverstandlich konnte es auch ein SpharoguB-Korper mit PFA-Auskleidung sein, das ware aber eine unnotige Investition. Ein in Kombinationsbauweise hergestellter Kor-

Tafel 2-9. Ubersichtstabelle der Funktionsprinzipien in Kombinationsbauweise. Membranventile Werkstoff Mknkqi8r bis DN 300 mm

Flansche

PP, PFA

bis DN 50 mm

Flansche

PFA

bis DN 15 mm

SchweiBstutzen, Gewindemuffe, Schlauchklemm-Verbindung

PVDF, kohleversmkt

PFA

bis DN 25 mm

SchweiSstutzen, ClampAnschluS

PP VerstiirktlGlas und Talkum

PP natur

bis DN 50 mm

SchweiBstutzen, Armaturenverschraubung mit Bundbuchsen

EPDM, Butyl, Hypalon, Nitril, Naturkautschuk, Silikon, Viton, PTFE

bis DN 600 mm

Zwischenflanschausfuhrung

EPDM, Butyl, Hypalon, Nitril, Naturkautschuk, Silikon, Viton, F'TFE

bis DN 600 mm

EPDM, Butyl, Hypalon, Nitril, Naturkautschuk, Silikon, Viton, PTFE

bis DN 600 mm

EPDM, Butyl, Hypalon, Nitril, Naturkautschuk, Silikon, Viton, PTFE

bis DN 600 mm

GG (GrauguS)

Hartgummi, Weichgummi, Glas, PVDF, PTFE

GGG (SphhguB) PVDF, natur

Klappenventile wsskstoff

GG (GrauguB)

GGG (SphiiroguB)

Niro-GuSlegierung

AluminiumGu61egierung

Monoflanschausfiihrung Zwischenflanschausfuhrung Monoflanschausfuhrung Zwischenflanschausfiihrung Monoflanschausfuhrung Zwischenflanschausfihrung Monoflanschausfiihrung

68

Werkstoffein der Ventiltechnik

per besteht aus zwei oder mehreren vollkommen unterschiedlichen Werkstoffen. Sie sind nicht vermischt oder legiert, sondern nur zusammengefiigt. Als Werkstoffkombination kann also letztendlich die raumlich getrennte Anordnung unterschiedlicher Werkstaffe bezeichnet werden. Verbundwerkstoffe dagegen sind Werkstoffe, die in ihrer raumlichen Struktur einen weiteren oder mehrere weitere Werkstoffe integriert haben, wie z. B. glasfaserverstarkte Kunststoffe. Ein Kombinationswerkstoff jedoch besteht generell aus zwei oder mehreren raumlich getrennten, unterschiedlichen Werkstoffen, also z. B. einem Inliner und einem Outliner oder Korsett. Inliner werden haufig auch als Auskleidungen bezeichnet. Jedoch darf hier generell der Unterschied zwischen einer Auskleidung und einer Beschichtung nicht verwechselt werden. Die Kombinationsfahigkeit der Werkstoffe ist beinahe grenzenlos, aber in der Praxis dennoch eingeschrankt. Die am weitesten verbreiteten Kombinationen bestehen aus GrauguB- AuBenkorpern mit unterschiedlichen Innenbeschichtungen oder aus SpharoguB-Korpern mit unterschiedlichen Auskleidungen und nicht zuletzt aus verstarkten KunststoffAuBenkorpern mit PP-natur- oder PFA-Auskleidung. In der folgenden Tabelle werden die gangigsten Werkstoffkombinationen aufgezeigt. Wegen der auftretenden mechanischen Belastungen, der wirtschaftlichen Herstellung sowie dem Bedarf im Anlagenbau werden lediglich Membranven-

Abb. 2-19. Beschadigter Ventilkorper.

tile sowie Klappenventile in Kombinationsbauweise seriengefertigt angeboten. Selbstverstandlich gibt es auch Sonderanfertigungen von anderen Funktionsprinzipien. Diese zahlen allerdings nicht zum Standard und sind daher auch nicht sehr verbreitet. Aus diesem Grund werden sie hier nicht besprochen. Ein Beispiel fur ein Ventil aus einer Werkstoffkombination zeigt Abb. 2- 19. Innerhalb eines Rohrverbundes von mehreren Rohren wurde durch eine undichte, iiber diesem Ventil gefiihrte, Leitung der AuBenkorper beschadigt. Deutlich sichtbar ist der immer noch intakte Inliner aus PFA. Durch die richtige Werkstoffauswahl konnten groBere Schaden verhindert werden.

Abb. 2-20. Zwischenbauklappe. Wie man am Schnittbild der Zwischenbauklappe in Abb. 2-20 deutlich sehen kann, besteht eine Werkstoffkombination nicht zwangslaufig nur zwischen AuBenventilkorper und Inliner, sondern kann auch innerhalb des Inliners selbst vorliegen. Um den Tefloninliner formstabil zu halten, ist dieser auf ein Tragerelement aus Weichelastomer aufkaschiert, so daB er aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen besteht. Erst dann wird der Inliner in das Gehause einmontiert. Es konnen also auch mehr als zwei Werkstoffe miteinander kombiniert werden.

Ventilkorper aus Kunststoff

2.5.1 Qualitiitspriifung von Auskleidungen Um die Qualitat und Dichtheit einer PFA- oder

Polypropylen-Auskleidung zu priifen, wird ein hochspannungsfiihrender elektrischer Leiter an der Auskleidung angelegt. 1st die Wandungsstkke zu dunn oder der Inliner gar beschadigt, so findet eine Entladung in Form eines Lichtbogens im Innenbereich des Ventilkorpers statt. 1st der Inliner intakt, so bildet sich ein Lichtbogen zwischen Hochspannungselektrode und AuBenkorper.

2.5.2 Reinstmedien-Zufuhrungin

Kombinationskorpern Im Bereich der Reinstmedienzufiihrung, wie z. B. bei der Mikro-Chip-Herstellung werden hochreine Kunststoffe verwendet. Es handelt sich bei diesen Kunststoffen fast ausschlieBlich um PVDF und PFA. Lediglich in den USA werden teilweise auch PP natur und PVDF ahnliche Ersatzwerkstoffe eingesetzt. PVDF findet insbesondere im Reinstwasserbereich seine Anwendung, PFA hingegen besonders bei der Zufuhrung hochprozentiger, hochreiner Sauren. PFA ist ein hochreiner, sehr bestandiger Werkstoff, der jedoch aufgrund seiner ungunstigen statischen Eigenschaften sehr schnell an seine Einsatzgrenzen stoBt. Ventilkorper aus reinem PFA konnen lediglich bei niedrigen Betriebsdriicken und bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen eingesetzt werden. Durch die Ummantelung rnit einem statisch bzw. mechanisch gunstigeren Werkstoff, z. B. rnit PVDF, konnen die Nachteile von PFA kompensiert werden, so dal3 auch PFA-Ventilkorper fur Betriebsdriicke bis 10 bar und -temperaturen von mehr als 100 "C hergestellt werden konnen. In umfangreichen Versuchsreihen wurde jedoch festgestellt, dal3 schon bei Nennweiten ab 15 mm oder bei besonderen mechanischen Anforderungen, wie z. B. beim Clamp-AnschluB, in der Ummantelung ein Fiillstoff erforderlich ist. Dafiir kommen Glasfasern, Glaskugeln, Kohlefasern, Kohlepigmente etc. in Frage. Durch die Befullung rnit Glasfasern oder -perlen

69

wird scheinbar eine hohere Festigkeit erreicht, doch ein mogliches Ausschwemmen von Glasteilen aufgrund der zu groBen Unterschiede in der Obefflachenspannung beider Werkstoffe spricht gegen einen technischen Einsatz. Unmittelbar nach dem Verspritzen haften beide Werkstoffe in ausreichendem MaBe aneinander, jedoch schon nach kurzer Zeit beginnt sich das PFA von der Obefflache der Glasfasern bzw. -perlen zu losen. SchlieBlich lost sich der gesamte Verbund auf, und das PFA ist nur noch rnit Glas gefullten Lochern versehen. Durch die Kombination von PVDF und Kohlefasern hingegen entsteht ein homogenes Gefiige, in dem beide Werkstoffe harmonieren und der erforderliche hohe Grad an Stabilitat erreicht wird. Langjiihrige Testserien und Erfahrung in der Praxis erlauben den SchluB, dal3 die Werkstoffkombination PVDFlKohlefaser zur Stabilisierung von PFA-Inlinern die derzeit ausgereifteste Lijsung ist. Abb. 2-21 zeigt ein Ventilteil aus einer Kombination von PFA und PVDF. Deutlich sichtbar besteht es aus zwei vollkommen unterschiedlichen Werkstoffen. Da PFA eine hohere Schmelztemperatur als PVDF besitzt, wird zunachst der Inliner gespritzt. AnschlieBend wird dieses Inlinerteil in eine neue SpritzgieBform eingelegt und erst dann mit dem kohlefaserverstkkten Korsett ummantelt, also in genau umgekehrter Reihenfolge wie bei der Werkstoffkombination Metal1 rnit Kunststoff-Auskleidung. Diese zukunftsweisende Werkstoffkombination verursacht eine schwarze Tonung des Ventilkorpers, die jedoch auch als Vorteil betrachtet werden kann, denn im Rohrverbund lassen sich die Absprerrorgane und Stellglieder aufgrund der Farbe schnell lo-

Abb. 2-21. Schnittbild eines Membranventilkorpers aus PFAPVDF.

70 Werkstoffe in der Ventiltechnik kalisieren. Ein Einfarben der schwarzen VentilauBenkorper wurde eine Verunreinigung des homogenen Gefuges bedeuten. Auljerdem fiihrt die Zugabe von Farbpigmenten automatisch auch zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Man mu13 sich also zwischen technisch optimaler Losung oder optisch schoner Variante entscheiden.

2.6 Dichtwerkstoffe und Elastomere In diesem Abschnitt werden insbesondere die Elastomere als Dichtwerkstoffe abgehandelt. BewuBt wird hier auf die Erlauterung der unterschiedlichsten Metalle oder Kunststoffe als Dichtwerkstoff verzichtet. Hinweise auf die Metalle finden sich in Abschnitt 2.2. und Hinweise auf Kunststoffe finden sich in Abschnitt 2.4.

Zwischenprodukt Benzol, auch Styrol werden unter Zusatz von Wasser, Emulgatoren und Katalysatoren emulgieriert, so daB ein Gemisch kleinster, dicht aneinander angelagerter Tropfchen entsteht. In einer weiteren Reaktion wird diese Emulsion polymerisiert und es entsteht synthetische Latexmilch. Ebenso wie bei Naturkautschuk wird auch bei synthetischem Kautschuk der feste Bestandteil nach Koagulation ausgeschieden. Seit den 40er Jahren gewinnt der synthetisch hergestellte Kautschuk zunehmend an Bedeutung. Sein Anteil weltweit liegt heute bei 60%. Durch die besonderen Eigenschaften von Naturkautschuk wird dieser jedoch durch den synthetischen Kautschuk nie ganz verdrangt werden.

Kautschuk ist plastisch - Gummi ist elastisch Naturkautschuk ist, wie von Kaugummi bekannt, ein klebriges, zahes und plastisches Material mit sehr langen, nachgiebigen und biegsamen Molekulketten. Unter Krafteinwirkung gleiten diese aneinander vorbei. Wird die Kraft zuriickgenommen, so bleibt der verformte Zustand bestehen (Abb. 2-22).

2.6.1 GummiKautschuk Lange Zeit war Naturkautschuk der ausschliel3liche Basisrohstoff fur Gummi in der Industrie. Er wird aus dem Saft des Gummibaumes (Hevia Brasilianisis) gewonnen. Trotz seines Namens befinden sich die groBten Kautschukplantagen in Asien. In die Rinde des Gummibaumes werden Rillen eingekerbt, die in ein SammelgefaB munden. Die austretende Gummimilch (Latex) enthalt ca. 35 9% Kautschukbestandteile. Durch die Zugabe von Saure fallen diese aus (sie koagulieren). Das eingedickte Rohmaterial wird anschlieljend gewalzt, getrocknet und teilweise auch gerauchert sowie geprel3t. Seit der Jahrhundertwende wird Gummi auch kunstlich hergestellt. Der sogenannte synthetische Kautschuk ist ein Erzeugnis der organischen Chemie mit Rohol als Ausgangsprodukt, speziell mit Schwerbenzin (Naphtha), welches beim Spalten (Cracken) des Rohols in der Raffnerie entsteht. Die eigentlichen Basisprodukte des synthetischen Kautschuks, namlich Ethylen, Propylen, Butadien und, uber das

Abb. 2-22. Schematische Darstellung von Molekulketten in Naturkautschuk. Nach der Zugabe bestimmter Stoffe konnen bei einem Vulkanisationsvorgang die Molekulketten fest miteinander verknupft werden. Aus dem plastischen Kautschuk wird ein elastischer Gummi. Wird nun eine Kraft darauf ausgeubt, so konnen die Molekulketten nicht mehr aneinander vorbeigleiten, sie verformen sich lediglich. Wird die Kraft zuruckgenommen, so kehren die Molekiile in ihre ursprungliche Lage zuruck (Abb. 2-23).

Dichtwerkstoffe und Elastomere

71

2.6.3 Elastomere

Abbe 2-23. Schematische Darstellung von Molekulketten in Gummi.

2.6.2 Thermoplasten Thermoplasten sind Kunststoffmassen, die sich durch W b n e - und Krafteinwirkung verformen lassen. Nach Uberschreiten der Erweichungstemperatur wird der Werkstoff fliel3fahig. Beim Abkuhlen unter diese Temperatur erstarrt er wieder. Dabei

Abb. 2-24. Schematische Darstellung von Molekulketten in Thermoplasten.

Beim Elastomer handelt sich um die urspriinglich plastisch verformbare Kautschukmasse, die durch Wbneeinwirkung vernetzt wurde (Abb. 2-23). Durch diesen Vulkanisationsvorgang erhalt der Kautschuk Elastizitat. Vulkanisation ist ein chemischer ProzeB, durch den die Kautschukmolekiilketten untereinander verkniipft werden. Erneute Wbneeinwirkung macht das Material nicht wieder verformbar. Die wichtigsten Merkmale der Elastomere sind ihre Dehnungs- und Ruckfederungseigenschaften, die auch bei thermischer und mechanischer Langzeitbeanspruchung bestehen bleiben.

2.6.4 Thermoplastische Elastomere Bei diesen Werkstoffen sind elastische Polymerketten in thermoplastisches Material eingebunden. Die Herstellung geschieht bei einem rein physikalischen Prozel3 unter Kombination von hohen Kraften, Wbneeinwirkung und anschliel3ender Abkuhlung. Obwohl keine chemische Vernetzung durch eine zeit- und temperaturaufwendige Vulkanisation wie bei den Elastomeren notwendig ist, haben die hergestellten Teile aufgrund ihrer besonderen Molekiilstruktur (Abb. 2-25) doch gummielastische Eigenschaften. Eine erneute Erwarmung sowie Krafteinwirkung fiihrt zur erneuten Aufschmelzung und Verformung des Werkstoffes. Deshalb sind thermoplastische Elastomere weitaus weniger thermisch und dynamisch belastbar als Gummi. Thermoplasti-

handelt es sich um einen rein physikalischen ProzeB, ohne chemische Umwandlung oder Vernetzung. Durch erneute Warmeeinwirkung ist der Verformungsprozel3 wiederholbar. Man unterscheidet teilkristalline Thermoplasten (PP, PA, PE) von amorphen Thermoplasten (ABS, PS, PC) (Abb. 2.24).

Abb. 2-25. Schematische Darstellung der Molekulstruktur von thermoplastischen Elastomeren.

72

Werkstoffe in der Ventiltechnik

sche Elastomere sind also keine Ersatzprodukte fur Gummi, sondern vielmehr eine Erganzung, welche die Vorteile bei der Verarbeitung von Thermoplasten mit den Werkstoffeigenschaften der Elastomere verknupft.

2.6.5 Prufverfahren fur Elastomere

und Gummis Um einen gleichbleibend hohen Qualitatsstandard zu sichern, ist eine standige Mischungskontrolle der einzelnen Bestandteile unbedingt notwendig. Gepriift werden die Rohstoffe, Kautschukmischungen und Vulkanisate. Vergleichbare Untersuchungsergebnisse erhalt man durch exakt definierte Priifmethoden und Prufkorper. Die DIN-Vorschriften sind fur Deutschland bindend. Neben der DIN-Norm wird aber auch die amerikanische ASTM-Norm als MaBstab herangezogen. Alle nachfolgend aufgefiihrten Priifverfahren werden bei +20 "C durchgefuhrt, nur so ist ein tatsachlicher Vergleich der Priifergebnisse moglich.

Zugfestigkeitsmessung, Bruchdehnung und Spannungswert (DIN 53 504) Als Zug- oder ReiBfestigkeit wird die Kraft bezeichnet, die notwendig ist, um einen Priifkorper zu zerreisen. Sie wird in N/mm2 angegeben. Die Langenanderung des bis zum ZerreiBen gespannten Probekorpers, gemessen in Prozent der urspriinglichen Probekorperlange, wird Bruch- oder ReiBdehnung genannt. Der Spannungswert schliel3lich ist die Kraft in N/mm2, die erforderlich ist, um den Probekorper um 100, 300 % usw. zu dehnen. Als Probekorper dienen exakt definierte Normringe oder Normstabe. Die Messung erfolgt unter Verwendung einer Zugpriifmaschine, die den Korper rnit einer konstanten Vorschubgeschindigkeit ausdehnt. Das Priifergebnis wird mittels eines Schreibers aufgezeichnet.

WeiterreiBwiderstand (DIN 53 507 und 53 515) Als WeiterreiBwiderstand wird die Kraft bezeichnet, die ein Vulkanisat mit einer Schnittverletzung dem WeiterreiBen entgegensetzt. Er wird in N/mm2 ausgedruckt und ist rnit einer Zugpriifmaschine nach zwei Methoden ermittelbar. namlich

Harteprufung nach Shore (A/D, DIN 53 505) 0

Als Harte bezeichnet man den Widerstand, der einem eindringenden Gegenstand durch einen Korper entgegengesetzt wird. StandardmaBig wird die Harte bei Elastomeren rnit einem Shore-A-Priifgerat gepriift. Eine Kegelstumpfnadel dient als Priifkorper. Sie wird durch eine Feder in die Gummioberflache eingedriickt. Je tiefer die Nadel in den Gummi eindringen kann, das heiBt j e weicher der Gummi ist, desto geringer ist der Zeigerausschlag auf einer MeBskala von 0" Shore-A bis 100" Shore-A. Der ideale MeBbereich eines solchen Priifgerates nach Shore-A liegt zwischen 10 und 90" Shore. Hartere Mischungen wie z. B. Hartgummi werden rnit einem Gerat nach Shore-D gemessen. Es hat eine spitzere Nadel und eine starkere Feder.

0

der Streifenprobe (DIN 53 507) oder der Winkelprobe nach Graves (DIN 53 5 15)

Beide Verfahren unterscheiden sich in der Art des Priifkorpers. Bei der Streifenprobe wird ein ca. 30 mm tief eingeschnittener Gummistreifen, bei der Graves-Methode hingegen ein gewinkelter Probekorper verwendet. Der Begriff Strukturfestigkeit dient in der Praxis haufig als andere Bezeichnung fur den WeiterreiBw iders tand.

Ruckprallelastizitt (DIN 53 512) Die Riickprallelastizitat ist ein Ma13 zur Beurteilung des Elastizitatsverhaltens von Vulkanisaten bei StoBbeanspruchung. Sie wird mittels einer mechanischen Schwingvorrichtung gemessen. Ein hangender Pendelhammer wird dabei um 90" angehoben

Dichtwerkstoffe und Elastomere 73

und anschlieaend auf die Gummiprobe geschwenkt. Die Elastizitat des Gummis bewirkt, daB der Pendelhammer zuriickprallt. Die Ruckprallelastizitat wird als Prozentsatz der gemessenen Riickprallhohe des Pendels, bezogen auf seine Fallhohe, angegeben. Eine iihnliche Vonichtung dient zur Messung der Kerbschlagzaigkeit von Metallen und Kunststoffen.

W m e , Sauerstoff, Ozon, Feuchtigkeit und energiereicher Strahlung altert. Diese Alterung auBert sich 2.B. durch Versprodung und RiBbildung. Zur Priifung der Hitzbestandigkeit beschleunigt man den Alterungsprozes kunstlich durch Lagerung in W k meschranken. AnschlieBend vergleicht man die nun vorhandenen Materialeigenschaften wie z. B. H&e, Zugfestigkeit, Bruchdehnung usw. mit den vorher vorhandenen.

Abriebsmessung (DIN 53 516) Die Widerstandsfahigkeit eines Vulkanisates gegen reibende Abnutzung ist der Abriebwiderstand. Abrieb ist infolge von Reibung auftretender Materialverbrauch bzw. VerschleiB. Insbesondere bei gleitenden Dichtringen aus Weichelastomer ist der Abriebwiderstand eine wichtige GroBe. Zur Bestimmung des Abriebes legt cine Gummiprobe unter einem AnpreBdruck von 1 kg auf einer sich drehenden Walze einen Reibweg von 40 m zuriick. Der Volumenverlust der Gummiprobe gibt AufschluB auf ihre Abriebfestigkeit, er wird in mm3 angegeben.

Druckverformungsrest (DIN 53 517) Nach Beendigung einer l a g andauernden, konstanten Verformung wird die Restverformung eines Vulkanisates a h Druckverformungsrest definiert. Dabei wird gemessen, wieviel sich der verpreate Probekorper nach einer gewissen Zeit der Entspannung nicht mehr zuriickbildet. Die Angabe erfolgt als Verhaltnis der nicht mehr zuriickgebildeten Strecke zur zusammengedriickten Strecke und wird in Prozent angegeben. Die Priifung wird auBer bei Raumtemperatur auch bei tieferen und/oder hoheren Temperaturen und unterschiedlichen Beanspruchungszeiten durchgefiihrt. Die iiblichen MeBbedingungen liegen bei 72 StundenRaumtemperatur und 24 Stunded70 "C. Eine weitere andere gangige Bezeichnung fur Druckverformungsrest ist Compression-Set.

HeiRluftalterung (DIN 53 508) Gummi ist ein organisches, reaktionsf&iges Produkt, welches unter dem EinfluB von Sonnenlicht,

Verhalten gegenuber Gasen, Dampfen und Flussigkeitend (DIN 53 521) Vulkanisate, die olen, Lijsungsmitteln, SIuren, Laugen, Wasserdampf, Gasen oder ahnlichen Kentaktmedien ausgesetzt sind, v e r ~ d e r nnach einiger ihre urspriinglichen Eigenschaften. Das ist grofiter Bedeutung, da Elastomere als Dichtungen bei den unterschiedlichen Funktionsprinzipien direkten Kontakt mit den Medien haben. Die Aufnahme Medien und das Herauslosen Mischungsbestandteilen aus dem Elastomer fuhrt zu einer Quellung. Die mechanischen Eigenschaften werden dadurch beeintrachtigt. Zur Ermittlung des AusmaSes dieser Beeintrachtigung setzt man die Vuikanisate fur eine gewisse Zeit bei bestimmten Temperaturen den Kontaktmedien aus. Die Resultate sind in der Bestandigkeitsliste aufgefiihrt (Kapitel 5.3).

Vulkanisation Erwiirmt man Kautschukmischungen, so gehen sie vom plastischen in den elastischen Zustand iiber. Diesen Vernetzungsvorgang bezeichnet man als Vulkanisation. Die wichtigsten Parameter bei der Vulkanisation sind die Temperatur und die Zeit. Beide miissen so aufeinander abgestimmt werden, dal3 der zu fertigende Artikel optimal vernetzen kann. Um einen angestrebten Vulkanisationsgrad zu erreichen, ist bei gegebener Vulkanisationstemperatur eine bestimmte Erwiirmungszeit erforderlich. Eine Faustregel besagt, dal3 im Bereich von 140 "C bis 170 "C eine Temperaturerhohung von 10 "C die Halbierung der erforderlichen Heizdauer bewirkt. Aus Griinden der Wirtschaftlichkeit ist man natiir-

Tafel 2-10. Ubersichtstabelle - Dichtelastomere.

Statische und Dynamische Abdichtungen 75

lich an moglichst kurzen Vulkanisationszeiten interessiert und strebt daher kiirzer zu beheizende Mischungsqualitaten mit hohen Vulkanisationstemperaturen an. Diese konnen aber nicht beliebig gesteuert werden. Ausschlaggebend sind: 0 Art und Dimension des zu vulkanisierenden Artikels: Dickwandige Produkte miissen bei relativ niedriger Temperatur lange geheizt werden, um gleichm%iges Durchvulkanisieren zu erreichen. FlieBfhigkeit und Vulkanisationsgeschwindigkeit der Mischung: Je ,,schneller" eine Mischung eingestellt ist, desto groaer ist auch die Gefahr der vorzeitigen Anvulkanisation. Art der Vulkanisation: Bei einer Formvulkanisation ist die Warmeiibertragung besser als bei einer Kesselvulkanisation, z. B. in HeiBluft. Maximale Vulkanisationstemperatur der zur Verfugung stehenden Verarbeitungsanlage. Entformen: Bei hoheren Temperaturen ist das Entformen erschwert. Haufig erreicht man das Optimum der verschiedenen Eigenschaften vulkanisierter Artikel nach recht unterschiedlichen Heizzeiten. Die hochste Zugfestigkeit und Bruchdehnung erreicht man bei einem niedrigeren Vulkanisationsgrad als die maximale Elastizitat und den besten Druckverformungsrest. Das bedeutet, daB unterschiedliche Vulkanisationsbedingungen zu wahlen sind, will man aus ein und derselben Mischung verschiedenartige Produkte mit unterschiedlichen Einsatzbedingungen herstellen.

2.7 Statische und dynamische Abdichtungen Die unterschiedlichsten Dichtungsvarianten haben ihre Existenzberechtigung, da eine einzige Abdichtungsart nicht fur alle Einsatzfalle zu verwenden ist. Leider werden aus Kostengriinden haufig ungeeignete Dichtungsvarianten in Konstruktionen integriert. Dies hat zur Folge, dal3 zwar zunachst eine Abdichtung erzielt wird, allerdings schon nach relativ kurzer Zeit die Anlage durch gewohnlichen VerschleiB undicht wird.

Prinzipiell wird zwischen sogenannten statischen und dynamischen Abdichtungen unterschieden. Bei den statischen Abdichtungen handelt es sich beispielsweise um Flachdichtungen jeglicher Art. Diese konnen aus Hartfaserwerkstoff, Gummi, Teflon oder sonstigen Werkstoffen hergestellt sein. Das wesentliche Merkmal einer statischen Abdichtung ist, daB sie fur bewegliche Teile ungeeignet ist. Auch 0-Ringe ziihlen zu den statischen Dichtungen. Sie mussen mit einem MindestanpreBdruck an den Dichtflachen anliegen. Werden bewegte Teile mit 0-Ringen abgedichtet, so wird schon nach relativ kurzer Zeit, abhangig von AnpreBdruck und Oberflachenrauheit der bewegten Teile, soviel Werkstoff vom 0-Ring abgerieben, daB der durch den Werkstoffverlust verringerte AnpreBdruck nicht mehr zur Abdichtung ausreicht. So gut 0-Ringe fur starre Dichtfunktionen auch sind, fur die Abdichtung bewegter Teile sind sie ungeeignet. Sind die abzudichtenden Bauteile allerdings von Schmierstoff (Hydraulikol) umspiilt, und sind die Obefflachen von hoher Qualitat, so sind 0-Ringe dennoch bedingt einsetzbar (z. B. in Hydraulik-Steuerventilen). Die dynamischen Abdichtungen zeichnen sich dadurch aus, daB sie aufgrund ihrer Geometrien auch nach einem erhohten VerschleiB noch eine dichtende Wirkung besitzen. Es konnen Lippenringe, Quadringe sowie wei tere spezielle Arten von Formdichtungen dazu gezahlt werden. Durch ihre Geometrie bedingt kann das Betriebs- oder Steuermedium Druck auf sie ausuben. Der Dichtwerkstoff wird ganz gezielt gegen die abzudichtenden Flachen gepreBt. Das durch VerschleiB abgeriebene Dichtmaterial wird von durch den Betriebsdruck nachgeschobenem Dichtmaterial ersetzt. Durch die Optimierung der abzudichtenden Oberflache, z. B. durch Polieren, Rollieren, Lappen und durch den richtigen Einsatz einer dynamischen Dichtung, kann die Standzeit eines Ventilantriebes erheblich verlangert werden. Es sollte daher stets darauf geachtet werden, da13 die in Ventilen verwendeten Abdichtungen fur ihren jeweiligen Verwendungszweck geeignet sind. Beispiele fur statische bzw. dynamische Dichtungen zeigen die Abb. 2-26 bis 2-28. Der 0-Ring (Abb. 2-26) ist eine statische Dichtung. Durch ausreichendes Verpressen an seiner

76 Werkstoffe in der Ventiltechnik

0-Ring-Dichtung

Quadringdichtung

(statisch)

(dynamisch)

0-Ring aus Elastomer

Abb. 2-26. Prinzip der 0-Ring-Dichtung. Schon nach geringer Abnutzung reicht der anstehende Druck aus, urn den 0-Ring von der Dichtflache wegzupressen.

Abb. 2-28. Prinzip der Quadringdichtung. Der anstehende Druck prel3t die Wulste gegen die zu dichtenden Flachen.

lippen ring-Dichtung

Formdichtung

(dynamisch)

(dynamisch) Stutzring

i c

a0

Formdichtring

Abb. 2-27. Prinzip der Lippenring-Dichtung. Der anstehende Druck kann auch nach mechanischem Abrieb die Dichtung gegen die Dichtflachen pressen.

Abb. 2-29. Prinzip der Formdichtung. Der entstehende Druck preBt die Flanken gegen die zu dichtende Flache.

Ober- und Unterseite wird Dichtheit erzielt. Wird jedoch durch das Hin- und Herschieben Material abgetragen, wirkt die Kraft des anstehenden Betriebsoder Steuerdrucks auf die 0-Ring-Radien, der 0Ring wird von der zu dichtenden Flache weggeprel3t und undicht. 0-Ringe eigenen sich daher nur fur feste, statische Verbindungen oder fur wenig und

schwach bewegte und dabei gut geschmierte Teile. Der Lippenring (Abb. 2-27) oder auch Doppellippenring ist eine klassische, dynamische Abdichtungsvariante. Der Betriebs- oder Steuerdruck greift in die Dichtungsgeometrie ein und driickt die beiden Flanken des Lippenringes gegen die abzudichtenden Flachen. Dabei kann auch ein grol3erer Material-

Statische und Dynamische Abdichtungen

abrieb durch das Nachdriicken der Flanken ausgeglichen werden. Der Doppellippenring ist ein nach zwei Seiten abdichtender Lippenring. Der Quadring (Abb. 2-28) ist wie der Lippenring eine dynamische Dichtung. Allerdings ist der Quadring von vornherein zur Abdichtung nach beiden Seiten geeignet. Auch hier driickt das Betriebs- oder Steuermedium die Dichtung in die Dichtungsgeo-

77

metrie hinein, so daB die Krafte nach auBen an die abzudichtenden Flachen wirken. Weitere dynamische Dichtungsvarianten wie z. B. der ,,Dachdichtring" sind haufig an beweglichen Teilen mit langem Hub eingebaut. Meist sitzen bei dieser Dichtungsvariante mehrere Dichtungen hintereinander. Ein typisches Anwendungsbeispiel hierfur ist die Spindelabdichtung von Sitzventilen.

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3 Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

3.1 Die Industrialisierungsund Ventilgeschichte sind eng verknupft Das Wissen urn eine Funktion ist nichtsbedeutend, wenn die geeigneten Mittel zur Umsetzung dazu fehlen. Schon sehr friih wurde erkannt, daB man sich die Arbeit erleichtern kann, indem man auf vorhandene Krafte zuriickgreift. Beispielsweise wurde die Wasserkraft genutzt, um Muhlen jeglicher Art zu betreiben. Ob Sagemuhlen, Hammermuhlen oder Muhlen zum Mahlen von Getreide; stets wurden sie in unmittelbarer Nahe zum flieBenden Wasser gebaut. Durch einfache Absperrmechanismen wie Schieber oder Wasserweichen konnte der Wasserstrom abgesperrt, gedrosselt oder geoffnet werden. Das Miihlrad, durch die Wasserkraft angetrieben, diente als Motor fur eine lange Kette mechanischer Kraftiibertragungs-Mechanismen. Im Zeitalter der Damphaft muBten allerdings Rohre sowie Absperrmechanismen geschaffen werden, die dieser neuen, groBen Kraft standhielten. Neue, geeignete Werkstoffe mufiten gefunden werden. Bearbeitungsmethoden fur diese Werkstoffe muOten entwickelt werden und nicht zuletzt muaten die neuen Ventile dicht sein. Im biologischen und medizinischen Bereich wurde die Makro-Welt der Kleinstlebewesen entdeckt und studiert. Chemische Vorgiinge wurden

entdeckt und kiinstlich nachvollzogen, in Laborversuchen wurden kiinstliche Werkstoffe erzeugt. Durch die groBen Kriege des 20. Jahrhunderts stark beschleunigt, wurden Wege gefunden, diese Erkenntnisse in die Tat umzusetzen. Stets das Ziel vor Augen, dem Gegner immer eine Nasenlange voraussein zu miissen, ubertrafen sich alle Sparten der Wissenschaft, Verfahrens- und Produktionstechnik. Nachdem die jeweiligen wissenschaftlichen Grundlagen und die Verfahrenstechnologien entwickelt waren, muRten nun Wege gefunden werden, eine Massenproduktion zu realisieren. Die Anforderungen an die erforderlichen Anlagen bildeten die Grundlage an die Zulieferindustrie der Anlagenbauer. Mit der Industriegeschichte eng verkniipft ist die Ventilgeschichte und nur diejenigen Ventilbauer, die bereit sind, die immer neuen Anforderungen an ihre Produkte zu erkennen und zu akzeptieren, konnen in dieser schnellebigen Zeit iiberleben. Leider profitieren auch Kopisten und Nachbauer von den teuren und langwierigen Entwicklungen der dynamischen Ventilhersteller. Allerdings fehlt gerade diesen Kopisten oftmals das notige Wissenspotential. Der lange Weg des Erkennens, der Suche nach Problemlosungen und der Optimierung der Systeme fehlt in diesen Fallen fast vollstandig. So kommt es haufig zu Fehlinterpretationen oder Falschauslegungen. Es sollte daher in der Technik allgemein darauf geachtet werden, dal3 der ProzeS, das Verfahren, die Spielregeln bestimmt und nicht das Zulieferteil. Die individuelle Problemlosung ist gefragt.

3.1.1 Armatur oder Ventil Ein Blick zuriick in die Geschichte oder auf das Wesentliche genugt. den Unterschied zwischen Venti1 und Armatur zu erkennen. Sprachgebrauche, Branchen-Dialekte und Bequemlichkeit haben dazu gefiihrt, daB die Begriffe Armatur und Ventil bunt durcheinander gewirbelt werden. Aber beide Worte beschreiben unterschiedliche Dinge. Das Wort Armatur stammt aus der Friihzeit der deutschen Wehrtechnik - der Ritterzeit. Als Arniatur wurden die technischen Ausriistungsteile der Blechrustung bezeichnet. Es reichte nicht rnehr aus. einfach das Kettenhemd uberzustreifen und von dannen zu ziehen. Langwierige Arbeiten, die ohne Hilfestellung von dritten nicht moglich waren, muliten vollzogen werden. Schnallen, Gurte, Scharniere und Hilfsapparaturen wie z. B. Haltehaken fur Lanzen, Hebevorrichtungen usw. kamen zum Einsatz. Ein neues Wort hierfiir wurde gebraucht. Urspriinglich aus dem Lateinischen stammend wurde das Wort Armatur fortan fur die technischen Teile der Rustung verwendet. Im Lauf der Zeit wurde dieses Wort immer wieder auf neue Gegenstande iibertragen. Demnach gilt: Eine Armatur ist ein Ausriistungsteil, Bedienteil, Anzeigegerit und nicht zuletzt jegliche Art von Beschlag, - aber kein Ventil. Beim lnstallationsgewerbe in der Haustechnik findet man den Begriff Armatur ebenfalls. Hier ist er seinem geschichtlichen Ursprung am nachsten, da der Begriff Armatur zur Definition eines Beschlagteils in Badezimmern oder sonstigen hygienischen Einrichtungen verwendet wird. Er ist dort aber auch am weitesten davon entfernt, weil auch der Wasserhahn und die Mischbatterie als Armatur bezeichnet werden. Dies sind jedoch Ventile und keine Armaturen. Es soll nicht der Eindruck entstehen, dal3 das Wort Armatur in diesem Bereich fur den Wasserhahn verboten ist, es soll lediglich dahingehend sensibilisiert werden, vor einer neuen Begriffszuordnung dariiber nachzudenken, welche Aussage eigentlich getroffen werden SOIL Die nachfolgende Definition beschrankt sich auf den Anlagenbau/Maschinenbau und sie lautet:

Die Armatur ist ein Gegenstand oder Apparat, welcher innerhalb oder am Ende einer Verkettung von technischen Applikationen eine helfende, aus- oder angleichende oder eine anzeigende Funktion besitzt. So sind u. a. Hilfseinrichtungen, Hilfsanzeigen, mechanische Ubertragungseinrichtungen, manuelle Vorrichtungskomponenten usw. Armaturen. Ein Ventil hingegen ist stets in eine mediumsfuhrende Leitung integriert oder dient zur planmiifiigen Fuhrung von Medien. Eine Armatur kann sich auch innerhalb einer Verdrahtung befinden, deshalb wird nicht der Begriff Verrohrung sondern Verkettung benutzt. Ein Ventil zeigt nichts an, es dient nicht zur Messung irgendwelcher GroBen. Es hat immer dieselbe Aufgabe: Es steuert und regelt Medien jeglicher Art, egal ob gasformig, pulverformig, pastenformig, flussig, neutral, aggressiv.

Die Definition fur Ventil lautet also:

Das Ventil ist ein Gerat, welches innerhalb oder am Ende einer mediumsfuhrenden Leitung unmittelbar EinfluR auf Volumenstrom, Druck oder Mischungsverhaltnis eines oder mehrerer Medien nimmt. Beispiele fur Ventile sind Stell- und Regelglieder, Druck- und Volumenstromminderer, Mischer, Riickschlagsicherungen usw. Auch wenn im allgemeinen Sprachgebrauch oft die falschen Begriffe verwendet werden, ist es dennoch sinnvoll, darauf zu achten, die richtigen Begriffszusordnungen zu wahlen. Nur wenn auch die technische Sprache geptlegt wird, konnen Mifiverstandnisse vermieden werden.

3.1.2 Hahn, Klappe oder Ventil? Welches dieser Worte ist fur ein Ventil die richtige Bezeichnung? Diese Frage klingt zunachst unsinnig; - sie ist es aber nicht.

Die Indusrrialisierungs- und Ventilgeschichte sind eng verknupfi 8 1

Der Kugelhahn oder die Klappe sind Ventile. Die korrekte Bezeichnung fur die einzelnen Arten lautet daher: Kugelventil, Klappenventil, Sitzventil, Membranventil usw. Stets wird das wichtigste konstruktive Merkmal an erster Stelle benannt, gefolgt von dem Uberbegriff des Gegenstandes - Ventil. Sprachpflege fallt schwer und ist oft unbequem. Wer sich aber in dreiBig oder mehr Jahren auch noch verstandigen will, muf3 seine Sprache pflegen. In der englischen Sprache ist die Reihenfolge der Aussage im Fall von Ventilen stets korrekt: ball valve, globe valve, diaphragm valve, butterfly valve usw. Das Wort Klappe hat zwar unterschiedliche Bedeutungen, wenn aber der Begriff Klappenventil verwendet wird, so ist es unmifiverstandlich definiert. Dies wird auch am Beispiel des sogenannten ,,Kugelhahnes" deutlich. Es gibt Kugelfische, Kugelhagel und Kugelventile. Einen Kugelhahn ...? Wenn man uber Ventile spricht, sollte man auch sagen und schreiben was man meint. Naturlich ist im allgemeinen Sprachgebrauch, also in der Umgangssprache, vieles anders als in der technischen oder wissenschaftlichen Sprache. Wo es allerdings auf

die Vermeidung von MiBverstandnissen ankommt, muB die exakte Definition beachtet werden.

3.1.3 Gesamtubersicht - Ventilarten und ihre Merkmale Auf der Tafel 3-1 werden die wichtigsten Ventilarten aufgezeigt. Die Tafel umfaBt die Funktionsprinzipien, konstruktiven Merkmale sowie die Vorund Nachteile der einzelnen Ventilarten. Diese Aussagen basieren auf Standardausfuhrungen der einzelnen Ventilarten. Selbstverstandlich gibt es Sondervarianten und diese verfugen auch uber Merkmale, die uber die Aussagen dieser Tabelle hinausgehen. Ganz bewul3t wurden jedoch lediglich Standardvarianten herangezogen, um einen groben Uberblick zu verschaffen. Ventile werden zunachst wie folgt unterschieden:

HUBVENTILE Membranventil Sitzventil Schieberventil

SCHWENKVENTILE Klappenventil Kukenventil Kugelventil

Tafel3-1. Ubersichtstabelle iiber Ventile und deren Eigenschaften. Betriebstemperatur wcT/istoffabMIngig OC

prinzipien I

Klappenventil Kugelventil

I

gering

I

sauber

I

geringer hckverlust

mittelmaig bis schlecht

bis 50

bis 400

gering

sauber (Sonderausst. f. versch. Medien)

kein Druckverlust

mittelm3iBig

bis uber 600

bis 800 plus

Sitzventil

hoch bis sehr hoch

hochrein bis sauber

mittlerer bis hoher Druckverlust

bis sehr gut

bis 80

bis 300 plus

Membranventil

hoch bis sehr hoch

hochrein bis stark verschmutzt

niedriger bis mittlerer Druckverlust

gut bis sehr but

bis 20

bis 150 plus

Kiikenventi1

Tafel 3-2.Ventilarten-Gesamtiibersicht.

Verrtilarkn-GesamWbersicht Die in dieserTabelle aufgezeigtenWrte undAngaben beziehen sich nur auf marktoblicheStandardausfOhrungenund deren Maximalwerte. SonderausfOhrungensind nicht berOcksichtigt. Diese kOnnen auch auRerhalb der angegebenen Grenzen funktionstuchtig sein.

--

--

Schieberventil

I-

-

Ein flacher oder keilfbrmiger Schieberwird in den Volumenstrom eingetaucht. Der Schieber kann ein- oder mehrteiligsein

Durchflu6richtung:beliebig. Wahrscheinlich 1. Funktionsprinzip (Urventil).

$

direkter Durchgang geringer Druckverlust Standards for hohe DrOcke existent Flammensichere und tieftemperaturbestandigeAusfOhrungen existent

212~ege

Med'm: For saubere, neutrale, flOssige Medien

I

I--

-

nicht totraumfrei hohes Gewicht groCe Abmessung AbstOtzung der Rohrleitung nOtig Ablagerungen und Korrosion mOglich unbestandige Dichtheit im Durchgang relativ komplizierterAufbau von Antrieben aufwendige Wartung schlechte Regelbarkeit

hnwrllm DN In mm DN 20 bis 1000 mm

-

Der Schieber ist wie KOrperwerkstoff haufig aus Bronze oder sonstigen Kupferlegierungen. Der Schieberwirkt direkt dichtend gegen die Dichmllchendes KOrpers oder einer speziellen Dichtung

bis 600 bar gegen 0 meist aber bis 40 bar existent

I

minus 200% bis 800 % meist aber minus 40% bis 150%

+ +

I-

Meist handbetlltigt. aber auch motorgesteuert oder hydraulisch (gro6e Nennweiten) speziell

I--

Flansche und Steckmuffen

diverse Gu6- und StahlguBAusfOhrungen. In Ausnahmen auch Edelstahl.

I-

Wasserkreislaufe,Dampfkreislaufe, Petrochemie. Ehemals in Feuerwehrfahrzeugen. KommunaleWasserversorgung. Sonstige Anwendungen

Klappenventil

ioi .

kklbwrlrc,

vorkllhrcII--

Eine flache Scheibe wird zentrisch oder exzentrisch gelagerl im Volumenstrom geschwenkt

-

.,

Durchflu6richtung:beliebig

1

212-wege

Medien: flossig. gasfbrmig. neutral, aggressiv, relativ sauber

-

geringes Gewicht keine oder nur wenig Ablagerungen wenn geOffnet geringeBauhOhe leichter Einbau geringeWartung wenig mediumsberOhrteTeile sichere Scheiben- und Spindelabdichtung relativ geringer Druckverlust Flammensichereund tieftemperaturenbestandigeAusfohrungen existent

-

-

nicht totraumfrei fOr hohe DrOcke nicht geeignet nur fllr relativ saubere Medien begrenzteAnwendung bei hohen Temperaturen fOr Einslltze bei ROssigen Medien mit hohen Feststoffanteilen nicht geeignet relativ schlechte Regelcharakteristik Schwenkventile sind generellfllr relativ niedrige Schaltwechselgeeignet

Kkp.mrkblk DN 15 bis mehr als 3 Meter

bis zu 50 bar gegen 0. Entsprechende Ausfllhrung besonders gut f0rVakuumbetrieb geeignet

EPDM. FPM, PTFE, Hypalon, Perbunan, BUM. Naturgummi.In SonderausfOhrungenauch Metall gegen Metall (dabei allerdings nicht 100% dicht)

Hand-. fremdmedien- und motorgesteuert

minus 200% bis plus 400 % meist aber minus 20% bis plus 150%

GrauguS, SphBroguB, Nirogu6. StahlguB, Aluminiumlegierungen.Titan, Messing, PVC. PP. WDF, PTS, GFK, PEEK

AnrohFlansche,Zwischenflanschbauweise, Monoflansch, in kleineren Nennweiten auch Gewindemuffe und in KunststoffausfOhrung Armaturenverschraubungen mit Bundbuchse

Nahezu alle Einsatzgebiete wo keine stark venchmutzten Medien und relativ hohen Temperaturen sowie niedrige Schaltwechsel gefordert sind

Kukenventil \

DurchnuMchtung: beliebig.

t

I-

,

212-Wge

Eln zyllndrischer oder kegebrmiger RundkOrper ist mit einem oder mehreren Kanalen versehen und wid In einem geometrisch angeglichenen Lagerbett geftlhrt. Die Abdlchtung erfolgt durchWerkstoffabgleichung und Druck des KOkens ins Lagerbett. Durch Schwenken des KOkens werden dieWege hi,bm. verSpent.

- nlchttotreumfrel - einfache Konstruktlon - freler Durchgang (212-Wege) - hohes Gewicht - geringer Druckverlust (212- - Schwenkventile sind ge-

Wegel einfache Handhabung

- leichter A u b u von Antrieben - flammensichere und tieftem-

-

peraturbestandlgeAusfOhrungen existent

'

-

312-Wege Modkn: flassig, begrend auch Gase, neutral. aggressiv und sauber, nicht aushartend

I

~ W l w I l m

I

bis 50 bar gegen 0

DN 4 bis 100 mm

-

nerell nicht Mr hohe Schaltwechsel ausgelegt, insbesondereKOkenventile. standardma6ig relativ schlechte Regelcharakterilk nicht ftlr aushertende oder krlstalllsierende Medien geelgnet hoher Verschlel6

minus 200 % bis + 800 % meist aber minus 10% bis + 100%

Diverse Gu6arten: Graugu6, StahlgU6, SphArogu6, Nimstahl, PVC. PP, PVDF, PTFE. Diverse Metallkdrper mlt Kunststoffauskleidung, Glas

#ryrcyllk Das Kaken wird in seiner Geometrie dem KOkenlager angeglichen. so da6 durchVerpressen mischen belden Eiementenelne Dichtheit erzlelt wlrd. Voraussetrung ist Formgenaulgkelt und gutes Lagewerhalten beiderTelle

Petrochemle,petrol, Chemie, technlsch veraltetes Funktionsprlnzlp und schneil undicht, daher nur Mr einfache, ungef8hrkhe Anwendungsberelche empfehlenswert. KlassischesAnwendungsgebiet sind kleine Saugvergaser von Ottomotoren bia 50 ccm. In den USA In der Chemie sehr popular

Hand-, fremdmedien- und motorgesteuert

Kleinere Nennwelten Gewindemuffeoder Gewindestutren (In Kunststoff); grO6ere Nennwlten ausschlle6lich Flansche

Elne Kugel 1st mlt einem oder mehreren Kanalen versehen und wlrd in einem geometrlach angeglichenenGehause durch Gleitringe geftlhrt. Durch Schwenken der Kugel werden die W e frei, bm. versperrt

- freler Durchgang (212-Wege) - nicht totraumfrel - hohes Gewicht - geringer Druchrlust (212- Schwenkventlie sind gee) nerell ftlr hohe Schalt-W einfache Handhabung wechsel nicht geeignet - leichter Aufbau von Antrieben - in gro6en Nennweiten re- Produktpalette fOr hohe lativ teuer DrUcke existent - Fiammensichereund tieftem-

Kugelventil -m---

-mmmmm-

Dumhnu6rlchtung: meist beliebig.

peraturbestandlgeAusfllhrungen existent

212-Wege

312-Wege Median: flossig, gasmrmig, neutral, aggressiv, sauber. nicht aushertend

DN 4 bis 1500 mm

bis 500 bar gwen 0 meist aber bis 50 bar

Meist diverse Fluorkunststoffe Creflon'), Keramiken, Nitrilkautschuk (NBR), Fluorsllikonkautschuk, Reinstelastikgraphit, Arguloy (Nickeileglerung),Lyton (Polymer), POM (Polyoxymethylen)

Hand-, fremdmedien- und motorgesteuert

minus 275% bls plus 800% meist aber minus 40% bis pius 200%

I-

KleinereNennweiten: Gewindemuffe oder In Kunststoff auch Annaturen-Verschraubungen, mit Bundbuchse. Gro6e Nennweiten: Flansche und Anschwei6kdrper

I-

Dhrerse Edeistahilegierungen, (Niro) Stahlgu6, Graugu6, Aluleglerungen,Titan. Messing, Sph(Lrogu6,W C , PP, PTFE, PVDF

Kleine Nennweiten finden slch In alien Gebieten. Die g m k n NennwettenIn Mineralblfbrderung, Petrochemie, Papierherstellung, Wasser-Gro6systeme

hmlmwdm Eine Membranewird senkrecht auf einen zum Volumenstrom queriiegendenDichtsteg aufgedrOcM

-

Tiefsil- und MittelstegausfOhrung. Dieliefsiiusmhrungist in dieser Tabelle nicht berflcksichtigt. DurchClu0rlchtung: beliebig. Median: flossig, pasten- und gasfbrmig, sauber bis stark verschmutzt. Neutral oder aggressiv. EntsprechendAusfOhrung auch fur hochreine Medien geeignet

B

- vielseitigsteVariabilitat - fllr hochrelne bis stark ver-

-

schmutzte Medien geeignet durch senkrechte Querschnittsverlnderunggut zum Regeln geeignet kleine EinbaumaBe universe11einsetzbar zuverlassige Dichtheit fllr hohe bis sehr hohe Schaltwechsel geeignet totraumfrei und sterilisierbar strOmungsgOnstige Geometrie

-

-

relativgeringe Betrlebstemperatur relativ geringe BetriebsdrOcke leichte Druckverluste als Betriebsdruck zlhlt die Summe der beidseitig anstehenden Anschlufb drflcke

2/2-Wege

-DNkrMn DN 4 bis 300 mm

Dkhlm#ock Elastomere: EPDM, NBR, FPM, Butyl, Hypalon. NBR, Sllikon oderTeflon PTFE/ PFA

kbClbrYlaec#krh.C bis 20 bar einseitig oder 10 bar beidseitig anstehend

minus 20 OC bis max. plus 150OC

krlrkk.rbn

kmMpll)ucm

Hand-. fremdmedien- und motorgesteuert

Gewindemuffe,Gewindestutzen mit Armaturenverschraubung, Klebe- bzw. SchwelBmuffe, Klebe- bzw. SchweiBstutzen, Flansche, SchlauchklemmanschluB, Clamp-AnschluB, Milchrohr-Verschraubung

IkllrpwwII#p(k GrauguB, SphBroguB, Stahlgu6, Nirogu6, Niroschmiedestuck, Sphlrogu6 mit PP oder PFA Auskleidung. GrauguB mit diversen Elastomerbeschichtungen. GrauguB und SpharoguB mit Glasbeschichtung.PVC, PP, ABS, CPVC, PVDF, PFA

-

-

-

-

in allen Bereichendes Anlagenbaus insbesonderein biotechnologlschen Anlagen wie z. B.: Fermentation,Genforschung, Lebensmittelund Getrlnkeindustrie, Pharmazie usw. Chemie (alle Bereiche) Reinstmedienzumhrung (z. B. Mikrochipherstellung) und vide andere Bereiche

ABbdmdm

Durchflu0rlchtung:vorgegeben Medlan: sauber, flossig, gasfbrmig. meist neutral, bedingt aggressiv Mehrwege-AusfOhrungzum Steuern von fremdmediengesteuerten Gerlten

NanndbnDNInrmn

-

DN 0.25 bis 20 mm

diverse Elastomere,Fluorkunststoffe. Graphit, Keramik und Metall-Legierungen

Ein funktionsbedingtgeformter Kolben wird in einem Gehause, welches mit mehreren AnschlOssen versehen ist, entsprechend der gewonschten Durchflu6richtungverschoben. Durch das Blockieren. bzw. freilegen vOn KanBlen. steuert der Kolben das Betriebsmedium

-

-

Mehrwege-Funktionen,daher Einflu6nahme auf verschiedene Steuervorglngezur selben Zeit mdglich platzsparende Bauweise Klr kleine bis sehr hohe BetriebsdrOckeexistent

kb#rdrlk(uInkr bis 500 bar und sogar darOber

bis + 300 OC meist aber bls + 100OC

mlbbmwb

Almwamm

elektromagnetisch, Handantrieb. Pmportionalantriebe. z. B. Schrittmotorenusw.

Gewindemuffe,Hohlschrauben, Verflanschungen. KontaktblOcke

-

Medien mOssen sauber sein Medien kOnnen nur bedingt aggressiv sein

-

diverse Kunststoffe,diverse Metallgflsse, in Sonderfellen auch Sonderlegierungen

Vorsteuelventlle Mr fremdmediengesteuerteVentllantrkbe. FOr Zylinder und andere GerBte der Fmeumatikund Hydraulik. Im gesamten Maschinenund Anlagenbau

- --

SitzventiI --uummm

- gro6e Abmessungen - gute Dlchtheitdutch KontaM - nlcht totraumfrel ohne Relbung - Durchflu6rlchtungvorge- als Regehrentil optimal

EinTellerwtrd miltels elner Spindel auf einen Dichtsltz herabgedrlldct. Be1 Regelausmhrungenwird an Stelle einesTellers eln Regelkegel als Dlchtelement benutzt. Ausfohrungen m l langen HOben sind for Regekwecke bestens geeignet

Wkn:sauber, neutral, aggressk,flOssig, gasfdrmlg

geeignet (ie Ausmhrung)

geben

- for relatk hohe Temperaturen - .WasserschlBge' moglich - hoher Druckverlust und DrOcke - InsbesondereMr Gase -

8 I+

geeignet Mr hohe bis sehr hohe Schaltwed\sel

2f2-Wege

312-Wege

DurchfluBrlcMung:vorgegeben

DN 1 bls 150 mm

bis 300 bar m e n0 melst aber bis 40 bar

M E . diverse Elastomere, Nlm8bhl

Hand-, fremdmedlen motorgesteuert und in kurzhublgen Ausftlhrungenauch magnetbetatlgt

I

entsprechendAusmhrung minus 275 % bls DIUS 400% meist aber minus 50% bis plus 200%

I I

Graugu6, Stahlgu6, Rotgu6, diverse Nlrdegierungen PVC. PP. FVDF,GI- (kuahubige Magnetausmhrung)

i

Gewindemuffe, Gewindestuken, Flansche, Klebe- und Schwel6muffen, Klebe- und Schwebstutzen

Dampf. Mebsgaszufohrung, Petrochemle, Maschinenbau, Sonderfahrzeugbau, GetrBnkelndustrle,Abmllanlagen, zum Dosleren und Regeln, Sterlllsationskrelsl8ufe, Styroporaufschdumung. KOhlkreislAufe,ThermokreisIAufe usw.

- hohes Durchla6vermCget-t - keln Druckveriust

- nur Mr sehr geringe Schaltwechsel - schlechteVolldlchtheit bei groBen Nennweiten - hohe Materialbeanspru-

Schlauch=Quetzrchventil Eln In elne Rohrleitung Integriertes Schlauchstockwlrd lm Bedarfsfallzusammengedrllckt und stopt den Volumenstrom

-

-

insbesonderefor stark verschmutzte Medien geeignet einfachstes Funktionsprlnzip vollkommen wartungsfrel

chung

Modion: aggressiv, neutral, flOssig, P&WWInig. SteUbfMnii,Wschmutzt, abrassk

8

2f2-Wege

DurchfluBrldrtung: beliebig

DN 1 mm bls 1500 mm

I

nur sehr geringe DrOcke (freier Auslauf)

0-100%

Diverse Metall-GuBerten

1

. > *. .

, L

Diverse Elastomere

Als .Endventlie' lm Abwasserbereich vOn lndustrie und Kommunen. Schlammfdrderung, DOngemiltelherstellung. Elnsatzgeblete sehr begrenzt und einfach. Nicht geeignet be1Slcherheitsanforderungen. Klelne Nennweiten im Laborberelch

3.1.4 Feuersicherheit fur Ventile In brandgefiihrdeten oder heifibetriebenen Anlagen und Verrohrungen mussen die eingesetzten Stellglieder auch bei hoher Temperatur oder offenem Feuer eine sichere Funktion besitzen. Wegen der dafur notwendigen konstruktiven VoraussetzunSen konnen nicht alle Ventilarten so prapariert werden. Insbesondere Ventile, denen das Membran-, Schlauch- oder Kolbenschieberprinzip zugrunde liegt, eignen sich nicht dafur. Die in diesen Ventilen eingesetzten Weichelastomer-Dichtungen konnen nicht oder nur bedingt durch hitzebestandigere Werkstoffe oder gar Metalle ersetzt werden. Das Kugel-, Klappen-, Sitz-, Schieber- und Kukenventilprinzip eignet sich hingegen nach Anderung einiger konstruktiver Merkmale und Werkstoffe fur solche Einsatze. Ventile, die sich fur den Einsatz bei hohen Temperaturen eignen, konnen in aller Regel auch fur die Anwendung bei tiefen Temperaturen angefertigt werden. Insbesondere in der Petrochemie, der Erdolforderung und in Olraffinerien spielt die Feuersicherheit von Ventilen eine bedeutende Rolle. Innerhalb dieser Anwendungsgebiete legen Ingenieure und Betreiber groljten Wert darauf, dalj die eingebauten Absperrorgane auch im Brandfdl zuverlassig und ausreichend abdichten bzw. auch wahrend oder nach dem Feuer noch betatigt werden konnen. Ein Brand in derartigen Anlagen sol1 moglichst begrenzt werden kiinnen, um schwerwiegende Auswirkungen zu vermeiden. Dies setzt die Aufrechterhaltung der Betatigung und der Dichtwirkung von Absperrventilen unter Warmeeinwirkung voraus, was zur Bildung der Begriffe ,,firesafe" bzw. ,,feuersicher" fuhrte. Diese Absperrorgane dichten auch bei Branden noch zuverlassig ab, so dalj das Feuer durch auslaufende brennbare Flussigkeiten keine zusatzliche Nahrung erhalt.

Abb. 3-1. Ventil mit gelagerter Kugel. um so dichter die Absperrung), bietet der Kugelhahn die besten konstruktiven Voraussetzungen fur eine ,,fire-safe"-Absperrkomponente. Beim Dichtprinzip der gelagerten Kugel erfolgt die Abdichtung auf der Druckeingangsseite. Der federunterstutzte Dichtring wird durch den Mediumsdruck auf die gelagerte Kugel geprel3t. Im Brandfall ubernehmen metallische Anlageflachen die Notabdichtung (Abb. 3-1). Ahnlich verhalt es sich mit der Schaltwelle; uber einen angedrehten Bund kommt die Schaltwelle zu einer druckunterstutzten, metallischen Anlage an das Gehause (Abb.3-2). Um eine sichere Dichtwirkung, vor allem auch nach auBen,

Von feuersicheren Ventilen wird sowohl Dichtheit im Durchgang als auch nach auBen gefordert Durch sein 90" SchnellschluBverhalten und sein druckunterstutztes Dichtprinzip (je hoher der Druck,

Abb. 3-2.Schaltwelle eines Kugelventils.

Die Industrialisierungs- und Ventilgeschichte sind eng verknupfl

87

d. h. an der Schaltwelle und den Gehausetrennstellen zu erzielen, werden in diesen Kugelventilen zusatzlich hitzebestandige elastische Graphitdichtungen eingesetzt. Auch Sitzventile konnen bedingt feuersicher gebaut werden. Als Dichtkomponente zur Spindelabdichtung dient in diesem Fall ein Metallfaltenbalg (Abb. 3-3). Er wird auf der unteren Seite direkt an den Ventilteller angeschweiflt, sein anderes Ende kann entweder mit dem Ventilkorper verklemmt oder mit dem Zwischenstiick zum Antrieb verschweiat werden. Diese Art der Abdichtung fur Sitzventile wird auch bei Applikationen mit Betriebstemperaturen von uber 200 "C empfohlen.

Abb. 3.4. Priifstand zur realitatsnahen Priifung der Feuersicherheit fur Ventile.

Abb. 3-3. Metallfaltenbalg als Spindelabdichtung eines Sitzventils.

3.1.5 Internationale Fire-SafePriifspezifikationen Feuersicherheit muR kontrollierbar sein Bereits in den 60er Jahren hat die Firma ARGUS als erster deutscher Ventilhersteller einen Feuertest an einem Kugelventil durchgefiihrt. Nach dem Test war das Ventil dicht und konnte betatigt werden, die Priifung wurde vom TUV erstmalig bescheinigt. Zur Vergleichbarkeit verschiedener Tests sind jedoch genormte Priifbedingungen erforderlich. Erstmalig hat sich im Jahre 1971 eine Vereinigung namhafter, internationaler Petroleumgesellschaften rnit der Erstellung einer solchen Priifnorm befaljt. Sie hieB FSV. 1 und wurde von der Oil-Companies-Ma-

terials-Association (OCMA) erstellt. Es gab Zustimmung, aber auch berechtigte Einwande beziiglich der Wirklichkeitsnahe einer derartigen Priifung. Nacheinander haben sich dann namhafte internationale Normungsinstitute wie British-Standard-Institute (BSI) und American-Petroleum-Institute (API) mit ,,fire-safe" Priifvorschriften beschaftigt. Auf Tafel 3-3 sind die weltweit wichtigsten Spezifikationen der unterschiedlichen internationalen Normstellen definiert.

3.1.6 Ventile im Baukastensystem Durch die Vielfalt der Anwendungsgebiete und Einsatzfalle ergeben sich immer auch individuelle Anforderungen an die einzelnen Komponenten der Anlagen. Gerade in so sensiblen Bereichen wie der Biotechnologie, der Chemie und der Reinstraumtechnik kommt es ganz besonders darauf an, daB Ventile im Hinblick auf Werkstoffe, Antriebstechnik, AnschluBart und nicht zuletzt auf das notwendige Zubehor optimal auf die jeweilige Anforderung zugeschnitten sind. Wegen Automatisierung, erhohten Sicherheitsanforderungen und Produktionsstei-

88

Firrtktionsprin~ipieri und besoridere Merkmalr

lntemationale Hre-Safe Priifspezifikationen* (Tafel3-3)

S~krtlon Geltungsbereich Beschrankung von Nennweite < 400 und Druckstufe class 2500

DN: k e h Boschrinkung PN: < ANSI cl. 2500

Dichtung vorgeschrieben:weichdicht

Dichtung: kdne Bos&r&nkung

<

I Priifmedium Kuaelstelluna Schaltwellenstelluno Temperatur Flamme Gehause Brenndauer Druck wdhrend Feuer

Lecktest wghrend Feuer

AnschluBart: nicht vorgeschrieben Gehausematerial: nicht vorgeschrieben

I Kerosin oder Diesel01 I offen I vertikal

ANSI

Gehlusematerlal: nlcht vorgeachrkkn Wasser rneschlossen

I

mindestens 15 min.

1 2 bar

I

im Durchgang: nein

I+

Lecktest Niederdruck ohne Schaltung: Durchgeng bei RT Lecktest Niederdruck ohne Schaltung: Au0en bei RT Schalten nach Abkijhlung bei RT Lecktest Niederdruck nach Scheltung: Durchgang bei RT Lecktest Niederdruck nach Schaltung: AuEen bei RT Lecktest Hochdruck nach Schaltung: Durchgang bei RT Lecktest Hochdruck nach Schaltung: AuEen bei RT

I

3 x Ap=O 5 min. nach Feuer aus

+

ANSI

ANSI

+

+ +

+

+

760-871 O C

+

+

+

+

Durch~ang:max. 400 ml x Inch 0

+

+

100 ml x Inch 0

+

+

0

0

+

+

+

+

t

+

h0rlmnt.l

nlcht untar 650 OC 30 mln. nech D ~ d d c l a m z.B. ANSI 600 -74,5 bar

+

+

-I0

0 bar

max. 40 ml x Inch 0 mln. z. B. ANSI 600 -7,2 bar max.20mlxlnch0 mln.

I I I

+

+ +

L. 6. ANSI 600 -7,2

1

+

+

nach auBen: ja

Schalten nach Feuer

API-RWF

+

I + I+ I+

760-980 % I ~ 6 0 O O C

II +

APl-6FA

-

I+ I+

l x A p = l bar

1 x Ap

max. 0,4 ml x mm 0 Ibarmin.

0

0

0

max.02 ml x mm @ bar min. vollgeprufte Druckstufe

0

0

0

max. 0 4 ml x mm 0 * min. vollgeprutte Druckstufe

0

0

0

+

+

HochdNck

lo

z.B. ANSI 600-74 bar Hahn offenl

max. 0,2 ml x mm fj min.

Forderung: Dichtung mu6 wahrend der F’rufung total verbrennen I

beinhalten nicht Firmen-Standardswie z B. EXXON, SNEA etc

0

lo

0

0 + wie BS 6755

0keine Forderung

Die Industrialisierungs- und Ventilgeschichte sind eng verkniipfl

gerungen mussen diese Komponenten immer besser auf die einzelnen Verfahren abgestimmt sein. Aus Grunden der Wirtschaftlichkeit, einer geringstmoglichen Lagerhaltung und einer erhohten Flexibilitat kommt es heute allerdings auch darauf an, immer so universe11 wie moglich zu bauen.

Die Losung heifit: Ventiltechnik im Baukastensystem Nur bei ganz besonderen Einsatzbedingungen sollten noch Sonderventile benotigt werden, denn diese kosten wesentlich mehr, haben langere Lieferzeiten und bedurfen meist einer erhohten Wartung. Unter dem Begriff Baukastensystem versteht man die Vereinheitlichung der Geometrien innerhalb eines Ventilsystems. Daruber hinaus miissen die Ventilkorper- und Dichtwerkstoffe dem jeweiligen Anwendungsfall anzupassen sein, die unterschiedlichen Antriebsvarianten, wie handbetatigt, fremdmediengesteuert und motorgesteuert, mussen austauschbar sein. Dariiber hinaus ist es wichtig, da13 auch nachtraglich benotigtes Zubehor, wie z. B. elektrische Stellungsruckmelder, elektrische Stellungsanzeigen, Hubbegrenzungen, Vorsteuerventile und MindestdruchfluBregulierungen leicht von auBen, ohne die Ventile zerlegen zu mussen, nachgeriistet werden kann. Im Idealfall stehen auch unterschiedliche Sondergeometrien des Ventilkorpers zur Verfugung. Im biotechnologischen Anwendungsbereich (z. B. in der Lebensmitteltechnologie,Pharmazie, Gen-Technologie usw.) miissen unterschiedliche Oberflachenqualitaten fur die erforderlichen Edelstahlventilkorper bereitstehen.

Montagehilfen erleichtern den Einbau. Da in vielen Bereichen des Anlagenbaues wie z.B. in Wasseraufbereitungs- und Rauchgasentschwefelungsanlagen die Rohrapplikation in Kunststoffausfiihrung auf ein Tragergeriist aus Metal1 gebaut wird, fuhren die unterschiedlichen Nennweiten der Ventile und die dadurch unterschiedlichen Ventilkorper-Geometrien auch zu verschiedenen Montageebenen. Sind jedoch innerhalb des verwendeten Funktionsprinzips die Korpergeometrien aufeinander abgestimmt, so entsteht uber mehrere Nennweiten hinweg eine einheitliche Montageebene. Dieser Geometrieabgleich ist allerdings nicht uber alle Nennweiten hinweg realisierbar. In dem gezeigten Beispiel (Abb.3-7) wird deutlich, wie einfach auch dieses Problem gelost werden kann. Durch ein einfaches Zubehor (Befestigungsplatte) kann auch uber die unterschiedlichen Nennweitengruppen hinweg zwischen den Nennweiten DN 15 mm bis DN 50 mm eine einheitliche Montageebene geschaffen werden. Es ergeben sich die folgenden Vorteile: - Aufwendige Angleicharbeiten entfallen

- Sauberes Gesamtbild der Anlage - Spannungsfreies Rohrsystem - Schnelle, leichte Montage.

Vereinheitlichte Ventilkorpergeometrien. Das Beispiel eines Membranventilsystems zeigt, wie wichtig die Zusammenfassung der unterschiedlichen Nennweiten in sogenannte Nennweitengruppen sein kann. Haben die Ventilkorper der einzelnen Nenn-

I Abb. 3-5. ,,Baukasten" fur Klappen-System.

89

Abb. 3-6. ,,Baukasten" fur Membranventil-System.

herkommlich

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I

-9--7

.+ "I

moderne, funktionelle Bauweise

4- 7

' m .& 1

Abb. 3-7. Verwendung einer Befestigungsplatte zur Schaffung einer einheitlichen Montageebene.

Die Industrialisierungs- und Ventilgeschichte sind eng verknupjl

weiten eine unterschiedliche Korpergeometrie, so betrifft dies auch die Adaptionsfahigkeit mit den Dichtelementen und den Antrieben. Bei Betrachtung der Nennweiten DN 15, 20, 25, 32, 40 und 50 mm bedeutet dies, dal3 man fur jede Nennweite eine eigene Dichtmembrane und einen eigenen Antrieb benotigt. Wird jedoch, wie im dargestellten Fall, die gesamte Nennweitenspanne in Nennweitengruppen unterteilt, so ergeben sich lediglich drei verschiedene Geometrien. Zur ersten Gruppe werden die Nennweiten DN 15, 20 und 25 mm zusammengefafit. Die zweite Gruppe besteht aus DN 32 und 40 mm, die dritte Gruppe lediglich aus der Nennweite 50 mm. Fur die Lagerhaltung ist von Vorteil, daB lediglich eine einzige Dichtmembranengeometrie fur die Nennweiten 15, 20 und 25 mm erforderlich ist. Ebenso konnen auch die Antriebe fur die einzelnen Nennweitengruppen in einer reduzierten Lagerhaltung gefuhrt werden.

Abb. 3-8. Bioventilsystem im Baukasten.

91

Bioventilsystem im Baukasten. Die Perfektionierung eines Baukastensystems wird in der Abbildung 3-8 gezeigt, die einen sogenannten Flachkolbenantrieb aus Edelstahl zeigt, welcher geringste EinbaumaBe zulal3t. Die Ventilkorper konnen untereinander problem10s ausgetauscht werden, und selbst eine Variation der Funktionsprinzipien Membran- bzw. Sitzventil ist gewahrleistet. Beide Systeme werden in der Biotechnologie verwendet. Das Membranventilsystem dient zur Steuerung und Regelung der sensiblen Medien des jeweiligen Verfahrens, das Sitzventilprinzip zur Steuerung und Regelung des Dampfes, der zur Sterilisation benotigt wird. Es konnen die unterschiedlichsten Verbindungsarten gewahlt werden, dariiber hinaus lassen sich alle notwendigen Zubehorteile leicht von auBen adaptieren. Bei einem biotechnologischen Anwendungsfall konnen somit alle Steuer- und Regelaufgaben ohne weiteres sicher und zuverlassig durch ein einziges

Produktsystem abgedeckt werden. Sind innerhalb einer Anlage Hand- oder Motorantriebe gefordert, so kann der Flachkolbenantrieb gegen sie ausgetauscht werden. Das Beispiel zeigt, dalj durch ein Baukastensystem eine individuelle, sichere Applikation gewahrleistet ist, also hochstmogliche Sicherheit bei grol3tmiiglicher Flexibilitat. Oft ist es nur ein kleiner Schritt unter Verwendung der bereits vorhandenen Mittel. um ein technisches Gerat wie z.B. ein Ventil fur die Verfahrenstechnik anwendungsgerecht zu verbessern.

3.2 Das Schieberventil Ausfiihrung 212- Wege- Ven ti1 Di4i-chfTi! fJrichtung : be1i e b i g Medieri: fur saubere, neutrale, tliissige und dampffiirmige Medien Arbeitsweise Ein flacher oder keilformiger Schieber wird in den Volumenstrom eingetaucht. Der Schieber kann ein- oder niehrteilig sein. Vorteilhafte Eigenschaften Direkter Durchgang, geringer Druckverlust, Standards fur hohe Driicke, flammensichere und tieftemperaturbestandige Ausfiihrungen erhaltlich. Nachteilige Eigenschaften GroBe Totraume, hohes Gewicht, grolje Abmessung, Abstiitzung der Rohrleitung notig, Ablagerungen und Korrosion m6glich, unbestandige Dichtheit im Durchgang und an der Spindel, relativ komplizierter Aufbau von Antrieben, aufwendige Wartung, schlechte Regelbarkeit. Nennweitenbereich DN 20 bis 1000 mm Betriebsdriicke Je nach Ausfuhrung zwischen annshernd 0 und 600 bar

Betriebstemperatur Minus 200 "C bis plus 800 "C, meist aber minus 40 "C bis plus I50 "C (entsprechend Ausfiihrung) Korperwerkstoffe Diverse Gulj- und StahlguB-Ausfuhrungen, in Ausnahmen auch Edelstahl. Es gibt auch glasausgekleidete Metallkorper. Dichtwerkstoffe Der Schieber ist haufig aus dem selben Werkstoff wie das Ventilgehause. Ebenso finden Bronze oder sonstige Kupferlegierungen Verwendung, ebenfalls Metallschieber mit Gummiummantelungen. Der Schieber wirkt direkt dichtend gegen die Sitzfliichen des Ventilkorpers. Antriebsarten Meist handbetatigt, aber auch motorgesteuert sowie mit Fremdantrieben. AnschluRarten Flansche und Steckmuffen (Steckmuffenverbindungen meist im kommunalen Bereich) Einsatzgebiete Wasserkreislaufe, Dampfkreislaufe, Petrochemie, kommunale Wasserversorgung und sonstige Anwendungsbereiche, fruher auch in Feuerwehrfahrzeugen. Insbesondere in Hoch- bzw. Tieftemperaturbereichen in mittleren bis groBen Nennweiten. Nicht in Applikationen, bei denen eine schnelle Stellzeit gefordert ist. Bauteile Das Schieberventil besteht im wesentlichen aus den Hauptteilen Spindel, Schieber (bewegliches Absperrelement), Gehause und Antrieb. Die fur das komplette Ventil hautig verwendete Bezeichnung Schieber oder ,,Der Schieber" bezieht sich also lediglich auf ein Bauteil des ganzen Ventiles. Wenn das komplette Ventil gemeint ist, sollte es dementsprechend bezeichnet werden.

Das Schieberventil 93

Funktion Mittels eines verschiebbaren Schiebeteiles kann das Ventil geoffnet und abgespen? werden. Dabei wird der Schieber meist in einem Winkel von 90" zum Ventildurchgang in den Volumenstrom eingetaucht. Es existieren zwei grundsatzlich zu unterscheidende Ausfuhrungsarten, das offene und das geschlossene Schieberventil. Diese Bezeichnungen beschreiben nicht den Steuerzustand des betreffenden Ventiles, sondern die Bauart. Offene Schieberventile: Das offene Schieberventil war vermutlich das erste Funktionsprinzip eines Ventiles auf der Welt uberhaupt. Es handelt sich letztendlich um einen in Schienen gefuhrten Plattenschieber, dessen Fuhrungsschienen entweder direkt in das Volumenstrombett eingebaut oder innerhalb eines geschlossenen Rahmens seitlich integriert sind. Typische Anwendungsbeispiele fur eine solche Schieberventil-Ausfuhrung sind ein Staudamm oder ein Wehr, bei dem der obere Wasserspiegel durch einen hohenverstellbaren Schieber eingestellt werden kann. Ebenso findet man solche Ventile auch im Schuttgutbereich, innerhalb der Verfahrenstechnik jedoch nicht. Geschlossene Schieberventile: Die zweite fur den Anlagenbau relevante Ausfuhrungsart ist das geschlossene Schieberventil, ein geschlossenes rundum abgedichtetes Gehause. Durch dieses Gehause wird der Volumenstrom gerade gefuhrt und in den Volumenstromkanal ein Schieber eingetaucht. Die Geometrie des Schiebers ist mit dem Innengehause so abgestimmt, daB Dichtheit erzielt wird, wenn der Schieber vollstandig geschlossen ist. Wird der Schieber angehoben und vollstandig geoffnet, so findet er in einer entsprechenden Ausbuchtung des Gehauses Platz, der Volumenstrom erfolgt dann ohne nennenswerte Behinderung. Der Schieber wird mittels einer abgedichteten Spindel senkrecht in den Volumenstrom eingetaucht. Der dabei zuriickgelegte Weg ist relativ lang, so daB Schieber als langsame Ventile einzustufen sind.

Klemmschieber : Die Schieber selbst konnen entsprechend der unterschiedlichen Ausfuhrungsarten verschiedene Geometrien besitzen. Meist sind die Schieber entweder keilformig oder bestehen aus zwei Platten, die am Ende ihres SchlieBweges, bei Erreichen des Ventilsitzes, durch ein dazwischengeschobenes Keilstuck in den Ventilsitz eingepreBt werden. Beim Losen und Anheben der Spindel werden durch Federkraft die beiden tellerformigen Schieberteile wieder zusammengezogen, so daB der Schieber sich von den beiden Dichtsitzen lost. Er kann nun vollstandig geoffnet werden. Haufig wird diese Ausfuhrung eines Schieberventiles auch als Klemm-Schieber- oder Platten Keilschieberventil (Abb. 3-9) bezeichnet.

' lager- u. DicMpackung

Dichtnechen

/

I

I

Abb. 3-9. Platten-Keil-Schieberventil.

Keilschieber: Weiter verbreitet ist der vie1 einfacher und dabei zuverlassiger arbeitende Keilschieber. Durch seine keilformige Geometrie ist beim Losen und Offnen des Schieberventiles Verkanten fast nicht moglich, auBerdem dichtet der Keilschieber auch zuverlassiger (Abb. 3-10).

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3.2.1 Entstehung und Verbreitung von Schieberventilen

Lager- und Dichtpaokung

Dichtfldchen

/

i

Abb. 3-10. Keil-Schieberventil.

Flach-Plattenschieber: Eine weitere geometrische Variante bildet der Flachschieber. Der Schieber selbst ist absolut flach und dichtet durch das unter Druck anstehende Betriebsmedium. Er wird gegen die Dichtmanschette gedruckt, die sich an der Durchgangsseite befindet. Diese Variante wird in der ProzeBtechnik aber ebensowenig verwendet, wie die offene Ausfuhrung (Abb. 3-1 1).

Da es technisch am einfachsten ist, mit Hilfe eines Brettes oder eines flachen Steines einen Wasserlauf zu unterbrechen, war wohl das Schieberventil das erste Funktionsprinzip der Welt. Wasser- und Sagemuhlen gab es schon lange vor dem Bau der romischen Viadukte. Noch heute gibt es in den entlegenen Teilen der Welt einfachste Bewasserungssysteme, bei denen die einzelnen Kanale mit Brettern oder flachen in Schienen gefuhrten Steinen abgedichtet und umgeleitet werden. In der modernen ,,Medientechnik" (die Technik, unterschiedliche Betriebs- und Steuermedien zu steuern undoder zu regeln) oder im Anlagenbau werden Schieberventile in erster Linie in der kommunalen Wasserversorgung eingesetzt und natiirlich auch im industriellen Wasserver- und Entsorgungsbereich. Dabei handelt es sich jedoch meist um mittlere bis groBere Nennweiten. Im kleinen Nennweitenbereich sind kaum Schieberventile anzutreffen. Daruber hinaus ist die Stellzeit von Schieberventilen in diesen Nennweitenbereichen meist zu langsam. Sie sind relativ groB, schwer und unhandlich. Weitere Verwendung finden Schieberventile insbesondere in Dampf- und Heizanlagen, Fernwarmeleitungen und im Petrolbereich. Da sie aufgrund ihrer relativ einfachen Bauweise sehr gut fur Hochund Tieftemperaturanwendungen zu modifizieren sind, haben sie auch heute noch ihre volle Existenzberechtigung, sie verlieren aber im Bereich der eigentlichen ProzeBtechnik immer mehr an Bedeutung.

3.2.2 Die Charakteristik von Schieberventilen

Abb. 3-11. Flachschieberventil.

In voll geoffnetem Zustand kann das Betriebsmedium nahezu ungehindert und ohne nennenswerte Beeintrachtigungen das Ventil passieren. Lediglich im Offnungsbereich der Ventilkorperausbuchtung, die zur Aufnahme des aus dem Volumenstrom her-

Das Schieberventil

ausgehobenen Schiebers dient, kann es kurz nach dem Offnen zu leichten Turbulenzen kommen. Der in diesem Bereich durch den Volumenstrom entstandene Unterdruck zieht einen Teil der vorhandenen Luft aus der Ausbuchtung ab. Wird nach kurzer Zeit das Druckgleichgewicht erreicht, so beruhigt sich der Volumenstrom in diesem Bereich und es bleiben lediglich kleine Turbulenzen. Befindet sich in voll geoffnetem Zustand der Schieber deutlich iiber dem Volumenstrom, so entsteht in diesem Ausbuchtungsbereich Unterdruck. 1st der Schieber jedoch auch nur ein kleines Stuck in den Volumenstrom eingetaucht, so staut sich der Volumenstrom am Schieber und es entsteht Uberdruck in diesem Bereich. Daher ist es wichtig, daB die Abbdichtung der Spindel sowohl fur Uber- als auch fur Unterdruck ausgelegt ist. In teilgeoffnetem Zustand kommt es zu relativ schweren Turbulenzen vor und hinter dem Schieber. Dennoch, das VolumenstrodOffnungsverhalten uber den gesamten Schlieflbereich betrachtet, hat das Schieberventil durchaus eine relativ gute Charakteristik. Besitzt der Schieber an der Unterseite zusatzlich eine stromungsgiinstigere Geometrie, so kann ein Schieberventil auch in grol3eren bis sehr grol3en Nennweiten uber eine relativ gute Charakteristik verfiigen. Entscheidend jedoch ist, daB dabei die Druckdifferenz kleiner als 0 5 bar ist. Das Verhaltnis zwischen Offnungsgrad und Volumenstrom fallt bei runden Geometrien gegenuber rechteckigen Geometrien etwas ungunstiger aus. Denn wenn der Schieber bei gleichbleibender Offnungsgeschwindigkeit geoffnet wird, ist der freiwerdende Querschnitt zunachst dem Radius entsprechend gering und wird dann gro8er. (Vergleichbar mit der Charakteristik eines Klappen- oder Kugelventiles.)

3.2.3 Ausfuhrungsarten von Schieberventilen Das Schnittbild eines Keilschieberventils in Abb. 3- 13 veranschaulicht seine Funktionsweise. Die Korperwerkstoffe sind unterschiedlich, zumindest

I

95

-

*

Abb. 3-12.Betriebszustande von Schieberventilen und Stromungsverhalten des Mediums.

gibt es unterschiedliche Auskleidungen wie Gummi, Glas usw. Ebenso kann der Schieber auch ummantelt werden. Auch Schieberventile werden im Baukastensystem zur individuellen Problemlosung angeboten. Ein Beispiel fur den Einsatz von Schieberventilen zeigt Abb. 3- 14. Innerhalb einer manuell betatigten Versorgungseinheit steuern Schieberventile die Trinkwasserversorgung.

96 Firriktiorisprin~i~ien wid hesondere Merkmale

Abb. 3-13. Schnittbild eines Keilschieberventils.

3.3 Das Klappenventil Ausfuhrung 212-Wege-Ventil in sehr seltenen Ausnahmen auch Mehrwegeausfuhrung (312-Wege) Durchflugrichtung: beliebig Medien: fur saubere, neutrale, aggressive, fliissige, gasformige Medien (in Sonderausfiihrungen fur Granulate und Dampfe). Abb. 3-14. Multamed-Schieberventile im Wasserwerk Renningen, Baden-Wiirttemberg.

Arbeitsweise Eine flache Scheibe wird zentrisch, exzentrisch oder doppelexzentrisch gelagert im Volumenstrom geschwenkt. Vorteilhafte Eigenschaften Geringes Gewicht, geoffnet keine oder nur geringe Ablagerungen, geringe Bauhohe, leichter Einbau, geringe Wartung, wenig mediumsberiihrte

Das Klappenventil

Teile, sichere Abdichtung, geringer Druckverlust (offen), auch in flammensicheren und tieftemperaturbestandigen Ausfuhrungen.

Nachteilige Eigenschaften Nicht totraumfrei, fur hohe Driicke nicht geeignet, nur fur relativ saubere Medien, begrenzte Anwendung bei hohen Temperaturen, relativ schlechte Regelcharakteristik durch rundgeometrischen Durchl&, keine hohen Schaltwechsel (im Vergleich zu Membranventil oder Sitzventil). Nennweitenbereich DN 15 bis zu mehreren Metern Durchmesser. Betriebsdrucke Zwischen anniihernd 0 und 50 bar (je nach Ausfuhrung, in entsprechenden Ausfuhrungen gut fur Vakuumbetrieb geeignet). Betriebstemperatur Minus 200 "C bis plus 400 "C (entsprechend Ausfuhrung), meist aber minus 20 "C bis plus 150 "C.

KSrperwerkstoffeKlappenwerkstoffe GrauguB, SpharoguB, StahlguB, AluminiumguB, Titanlegierungen, NiroguB, Messing, Bronze und andere Kupferlegierungen, PVC, CPVC, PP, PVDF, PTS, GFK, PEEK, PES. (Klappenscheibe mit diversen Beschichtungen.)

97

Einsatzgebiete Nahezu alle Einsatzgebiete, in denen relativ saubere Medien auftreten, keine zu hohen Temperaturen undoder niedrige Schaltwechsel gefordert sind. Funktion Neben dem Membranventil, welches insbesondere bei hochreinen oder stark verschmutzten Medien eingesetzt wird, findet das Klappenventil bei sauberen bis leicht verschmutzten Medien fast uberall Verwendung. Als sauber werden Medien bezeichnet, die nur wenige oder keine Partikel mitfiihren. Farbe sowie Viskosittit sind nicht ausschlaggebend. Die Kerne von Waldfrucht-Joghurt zahlen ebenso als Verschmutzung wie z. B. Zement-, Kalk-, Schwefeloder Gipspartikel. Die letztgenannten sind besonders deshalb fur Klappenventile aufierst problematisch, weil sie sich bei ruhendem Betriebsmedium im Schwenkbereich der Klappenscheibe absetzen und relativ hoch verdichten (Abb. 3-15). Das nun erforderliche Offnungsdrehmoment kann die Belastbarkeit einzelner Bauteile weit uberschreiten und zu Beschadigungen oder Funktionsstorungen fuhren. Es ist daher bei solchen Medien unbedingt darauf zu achten, daB die Klappenventile quer zum Volumenstrom eingebaut werden und die Offnungsrichtung der Klappenscheibe im unteren Bereich in DurchfluBrichtung liegt.

Dichtwerkstoffe EPDM, FPM, PTFE, PVDF, Hypalon, Perbunan, Butyl, Gummi, in Sonderausfuhrungen auch Metall gegen Metall. Antriebsarten Hand-, fremdmedien- und motorisch betatigt. AnschluRarten Flansche aller gangigen Normen, Zwischenbauflanschausfuhrung, Monoflanschausfuhrung, in kleineren Nennweiten auch Gewindemuffe in Metallausfuhrung, Gewindestutzen mit Verschraubung und Bundbuchsen in Kunststoffausfuhrung sowie SchweiBstutzen (kleinere Nennweiten im Werkstoff NIRO).

Abb. 3-15. Ablagerung von Partikeln im Klappenventil.

Bei groben Verschmutzungen wie z. B. Holz-, Faser-. Metall- oder sonstigen Teilen besteht die Gefahr, da13 sich diese zwischen Dichtung und Klappenscheibe klemmen. Die Folge ist zumindest ein erhiihter VerschleiB. Das Klappenventil ziihlt zu der Gruppe der Schwenkventile und unterliegt einem vergleichsweise hohen VerschleiB der Dichtungselemente. Insbesondere die asymetrische Belastung der Spindelabdichtung wie auch der Scheibenabdichtung haben zur Folge, daB Klappenventile fur hohe Schaltwechsel ungeeignet sind. AuBerdem wirkt sich die hohe Reibung an der Klappenscheiben-AuBengeometrie bei relativ hoher SchlieBgeschwindigkeit ungunstig aus und verglichen mit Hubventilen wirken dariiber hinaus um Vielfaches groljere Kriifte in alle Richtungen. Klappenventile sollten daher ebenso wie alle weiteren Schwenkventilarten nur bei relativ geringer Schalthaufigkeit eingesetzt werden. Im Vergleich unter identischen Bedingungen kann gesagt werden, daB ein Membranventil etwa funfmal soviele Schaltwechsel wie ein Klappenventil durchfuhren kann. Naturlich verfugt das Klappenventil auch uber viele vorteilhafte Eigenschaften, so daB sein Einsatz oft gerechtfertigt ist. Bei sauberen Medien gibt es nur wenige Grunde, ein Klappenventil nicht einzusetzen, wie beispielsweise seine schlechte Regelbarkeit. Ein Klappenventil kann eigentlich iiberall eingesetzt werden. Es ist in nahezu allen Korper- und Dichtwerkstoffen auf dem Markt zu finden. Dabei stehen unterschiedlichste AnschluBarten sowie alle erforderlichen Antriebsvarianten zur Verfiigung. Insbesondere in groBen bis sehr groBen Nennweiten stellt das Klappenventil eine gute Losung fur Stellaufgaben dar, ist aber auch in kleinen Nennweiten zwischen DN IS und 80 mm sehr gut einsetzbar, vor allem als Alternative zum Kugelventil. Immer dann, wenn Betriebsdrucke unter 16 bar und Betriebstemperaturen zwischen minus 2 0 "C und plus 120 "C getordert sind, ist bei sauberen Medien das Klappenventil dem Kugelventil vorzuziehen. Es hat, wie das Membranventil, keine unniitigen Totraume, ist kleiner und besonders in Kunststoffausfuhrung leichter und meist auch preiswerter.

3.3.1 Die Entstehung und Verbreitung von Klappenventilen Die ersten Klappenventile wurden zunichst als Drossel ausgelegt. Nachweisbar sind bereits Einsatztille vor ca. 1500 Jahren, z. B. in Trinkwasserversorgungssystemen aus Bleirohren wie im alten Rom. Daneben wurde dieses Funktionsprinzip auch in der Bergwerktechnik mit Holzrohren verwendet. In der Anfdngszeit dieser Ventiltechnik gelang es allerdings nur, die Welle einigermaBen mittels Stopfbuchsen abzudichten, eine Abdichtung der Klappenscheibe als solche gab es noch nicht. Sie waren daher immer mehr oder weniger undicht. Abhangig von der exakten Ausarbeitung von Klappenscheibe und Klappengehause war die Dichtwirkung mehr oder weniger grol3. Erst durch die Entdeckung von Naturgummi konnte das Klappenventil zum dichten Ventil gemacht werden. Das Klappenventil 1st heute in allen Bereichen der Medienfuhrung verbreitet, so auch in der Wasseraufbereitung, Olindustrie, Papierherstellung, Dungemittelherstellung, Lebensmitteltechnik, Cetrankeindustrie, dem allgemeinen Maschinen- und Anlagenbau. Klappenventile stehen sowohl in Kunststoff- als auch in Metallausfuhrung als Baukastensystem zur Verfugung.

3.3.2 Die Charakteristik von Klappenventilen Da beim Schwenken der Klappenscheibe insbesondere im Offnungs- und SchlieBbereich bei relativ groBer Offnungswinkelveranderung eine relativ kleine Querschnittsveranderung erfolgt, ist der fur Regelzwecke nutzbare Bereich sehr stark eingeschrinkt (Abb. 3- 16). Er liegt bei Klappenventilen bei einem Offnungswinkel zwischen ca. 30" und 60". es steht also ein Spielraum von 30" zur Verfugung. Durch Optimierung der Geometrien kann dieser Bereich leicht vergroljert werden, prinzipiell sind Klappenventile allerdings zum Regeln ungeeignet, wie Abb. 3-17 zeigt. Deutlich erkennbar sind die UnregelmaDigkeiten der Kennlinie. Selbst bei

Das Klappenventil

99

Abb. 3-16. Zusammenhang zwischen Offnungswin kel und Offnungsquerschnitt beim Klappenventil. Spezialklappen mit als Stromungskorper ausgelegter Klappenscheibe sind solche Abstufungen erkennbar. Eine gute Regelung kann mit einem Klappenventil als Stellglied daher nie erreicht werden, auBer durch Beeinflussung der Bewegungsgeschwindigkeit und bei relativ geringer Druckdifferenz. In sehr grol3en Nennweiten gibt es allerdings oft keine Alternative, da Sitz- oder Membranventile standardmPBig nur bis maximal 300 mm zur Verfugung stehen. Daher sind Klappenventile nach Moglichkeit als reine Auf-Zu-Ventile einzusetzen. Nur

wenn es wegen der Nennweiten keine andere Losung gibt, konnen Klappenventile bedingt fur einfachste Regelaufgaben eingesetzt werden. In vollstandig geoffnetem Zustand verursacht das Klappenventil nahezu keinen Druckverlust, es wirkt sogar laminarisierend auf den Volumenstrom. Bei Teiloffnung jedoch entstehen erhebliche Turbulenzen hinter der Klappenscheibe und fuhren oft zu einem StromungsabriB in diesem Bereich (Abb. 3- 18).

t

I

hungswinkel

Abb. 3-17. Kennlinie einer Zwischenbauklappe in Standardausfuhrung, zentrisch gelagert, DN 100 mm, gemessen mit Wasser, A p = 1 bar.

Abb. 3-18. Stromungsverlauf im Klappenventil.

10000

1000

100

10

A p Druckverlust kPa

(lo-’ bar)

Abb. 3-19. Hydraulische Eigenschaften von Klappenventilen.

Das Kluppenvenril

Ebenso wie bei Kugel- oder Kukenventilen mu13 hier darauf geachtet werden, daB die Stromungsgeschwindigkeit insbesondere bei Gasen oder Dampfen nicht zu hoch liegt. Gegebenenfalls muB sogar jeweils eine Nennweite gro13er als errechnet gewiihlt werden, da bei Teiloffnung das Ventil durch Kavitation zerstort werden kann. Das gilt allerdings nicht bei einem Einsatz in reiner Auf-Zu-Funktion, da dann nur fur sehr kurze Momente dieser kritische Zustand herrscht. Ganz im Gegenteil sind bei solchen Einsatzfallen, also bei vorwiegend vollstandig geoffneten Klappenventilen, aufgrund der giinstigen Geometrie sogar extrem hohe Stromungsgeschwindigkeiten moglich. Das Diagramm der Abb. 3- 19 zeigt die Abhangigkeit des Druckverlustes von Nennweite und Volumenstrom. Es gilt fur zentrisch gelagerte Zwischenflanschklappen und mit geringen Abweichungen fur fast alle Klappenventile dieser Bauart. Tafel 3-4 zeigt den K,Wert von zentrisch gelagerten Klappen in Abhangigkeit zum Offnungswin-

101

kel. Die dort aufgefuhrten Werte sind Niiherungswerte, durch die Klappengeometrie konnen geringfiigige Abweichungen entstehen. Der KvWert entspricht dem DurchfluB in m3/h Wasser bei einer Temperatur von 20 "C und einem A p von 1 bar.

3.3.3 Ausfiihrungsarten von Klappenventilen Als Unterscheidungskriterien fur Klappenventile werden Arbeitsweise und Abdichtungsart herangezogen.

Zentrische Klappenventile: Die Spindelachse erstreckt sich senkrecht durch die Mitte des Klappenventiles und die Klappenscheibe ist genau mittig zur Schwenkachse der Welle angeordnet (Abb. 3-20a).

Exzentrische Klappenventile: Die Welle befindet sich mit ihrer Langsachse zentrisch im Querschnitt des Klappengehauses. Die Klappenscheibe allerdings ist auf die Welle aufgesetzt, so dal3 sic in voll geiiffnetem Zustand auBerhalb der Mitte des Volumenstroms in Axialrichtung steht (Abb. 3-20b). Doppelexzentrische Klappenventile: Die Klappenscheibe ist ebenfalls auf der Welle einseitig angesetzt, so daB sie in voll geoffnetem Zustand in Axialrichtung auljerhalb der Mitte des Volumenstromes steht. Allerdings wird die Welle nicht durch den Mittelpunkt des Klappenquerschnittes gefuhrt sondern befindet sich auljerhalb (Abb. 3-2Oc). a

b

C

Abb. 3-20. Schematische Darstellung verschiedener Funktionsprinzipien von Klappenventilen - a zentrisch. b exzentrisch, c doppelexzentrisch. Abdichtungsarten: Abb. 3-21 zeigt die bei Klappen ve n t i I e n gebriiuc h 1i c he Abbi c h t I I n g4 art en . a

b

C

d

Abb. 3-21. Abdichtungsarten bei Klappenventilen: a Klappenscheibe in Dichtmanschette einlaufend, b Klappenscheibe an Dichtmanschette anstehend,

c Klappenscheibe mit integrierter Dichtung am Gehause anstehend, d Klappenscheibe mit integriertem Dichtring ins Gehiiuse einlaufend.

Industrieklappe in Kunststoffausfiihrung, Nennweitenbereich DN 15 bis 50 mm Das in Abb. 3-22 abgebildete Klappenventil hat einen Aufnahmeflansch nach NAMUR. Dieser ermoglicht den einfachen Umbau von handbetiitigter in fremdgesteuerte oder motorgesteuerte Betriebsweise. Der in die beiden Gehauseschalen integrierte Dichtring erfiillt drei Dichtfunktionen gleichzeitig. Er dichtet zum einen die Klappenscheibe, zum anderen werden die beiden Gehauseteile gegeneinander abgedichtet und auljerdem wird die Klappenwelle abgedichtet. Durch die Reduzierung der Bauteile konnte der gesamte VerschleiB auf ein einziges hochwertiges Bauteil beschrankt werden, so dalj eine einfxhe und schnelle Wartung moglich ist. Die Klappenventilkorper sind im Kunststoftbereich bei dieser Nennweitengruppe meist aus PVC, es gibt sie aber auch aus Polypropylen und PVDF. Die Dichtungsringe bestehen standardmaljig meist aus EPDM, Viton (FPM) oder aus Silikon-Kautschuk. 1st das Klappenventil in Systembauweise hergestellt, konnen sowohl Korper- als auch Dichtwerkstoffe untereinander ausgetauscht werden, bei einzelnen Herstellern ist sogar ein Tausch von Kunststoff- und Metallkiirper moglich. Uber den NAMUR-Flansch kann jeder gewunschte Antrieb montiert werden. Die Klappenscheibe besteht aus PVDF mit einem Edelstahlkern, der vollstandig und dickwandig mit PVDF umspritzt ist, so dalj ein Kontakt des Betriebsmediums mit dem Edelstahlkern absolut ausgeschlossen ist. Bei der Kunststoffvariante kann auf eine zusatzliche Wellen-Lagerung verzichtet werden. Das Lagerverhalten von PVDF ist hervorragend und macht diesen Verzicht moglich.

Das Klappenventil

103

Abb. 3-22.Handbetatigtes Klappenventil. Klappenventil, Metallausfuhrung, Nennweitenbereich DN 15 bis 50 mm Abb. 3-23 zeigt ein Klappenventil in fremdmediengesteuerter Ausfuhrung. Der Klappenventilkorper besteht aus Messing, ebenso wie die Klappenscheibe. Die Welle ist in selbstschmierenden Sinterbronzelagem gefuhrt. Der Dichtring dichtet gleichzeitig Klappenscheibe, Welle und Gehauseschalen ab. Bei dem Antrieb handelt es sich um einen 90' Schwenkantrieb, der mit Druckluft oder anderen neutralen Gasen angesteuert werden kann. Die Welle ist mit einem Steilgewinde versehen, dessen Gegenstuck sich im Antriebskolben befindet. Wird der Antriebskolben druckbelastet, so wird durch die Veranderung der Kolbenposition die Welle uber das Steilgewinde zwangsgesteuert. Dieser Antrieb ist eine sehr robuste Ausfuhrung, die auch im allgemeinen Maschinenbau fur Antriebszwecke genutzt wird. Sein Vorteil liegt in der Bauweise. Er ist beinahe vollstandig aus Kunststoff hergestellt und damit auch fur den Einsatz in aggressiver Umgebungsatmosphare geeignet. Es werden dynamische Dichtungen verwendet, die sehr langlebig sind. Ein solches Klappenventil kann auch aus Edelstahl bestehen und buntmetallfrei sein. Dann sind die Wellenlager aus kohlefaserverstarktem PTFE, die Klappenscheibe ist ebenfalls aus NIRO-Stahl, als Verbindungsteile fungieren SchweiDstutzen und Gewindemuffen.

Abb. 3-23.Fremdgesteuertes Klappenventil.

1 04

Funktionsprinzipien itnd besondere Merkmale

Motor-Schwenkantriebfur Klappenventile in DN 15 bis 50 mm Ein Gleichstrommotor dient als Antrieb eines geschlossenen Getriebes. Uber eine Gewindespindel wird der Steuerhebel ca. 3,5 s um 90" geschwenkt. Endlagenschalter dienen zur sicheren Stop-Funktion. Ein Endschalter kann in seiner Position verstellt werden, so dalj eine Endposition reduziert werden kann, die Einstellung eines minimalen oder maximalen Volumenstromes ist somit zwar moglich, dennoch ist dieser Antrieb zum Regeln nicht geeignet. Allerdings kann ein Klappenventil mit einem solchen Antrieb in den Nennweiten DN 32 - 50 mm oft eine sinnvolle Alternative zu einem Magnetventi1 sein. Magnetventile sind in dieser Nennweitengruppe meist hilfsgesteuert, so da13 auf der Eingangsseite ein Mindestdruck herrschen mu13, was bei einem Klappenventil nicht der Fall ist. Durch ein zusatzliches Notstrom-E-Modul ist sogar eine Notfunktion vorprogrammierbar, bei Stromausfall wird automatisch die vorgewahlte Position eingenommen, und es sind bis zu 15 manuelle Schaltwechsel mit einem Akku moglich (Abb. 3-24).

Zwischenflansch-Klappenventil in Kunststoffausfuhrung, geeignet auch fur Metallverrohrungen im Nennweitenbereich DN 65 bis 250 mm Die groljte Neuerung der letzten Jahre im Bereich dieses Funktionsprinzipes stellt die Zwischenflanschklappe in Kunststoffausfuhrung dar. Diese Ausfuhrung wurde neben der Moglichkeit zur Verrohrung in Kunststoffrohren speziell fur die Integration in Metallverrohrungen konzipiert. Der Vorteil besteht darin, dalj auch bei aggressiver Umgebungsatmosphare ein Schutz besteht. Der verwendete Kunststoff ist hochbestandig gegen aggressive Medien, fur hohe Temperaturen geeignet, und er verfugt uber eine hohe mechanische Festigkeit. Klappenscheibe und Welle bestehen aus einem Teil aus Edelstahl. Es ist mit einer dicken Schicht PVDF umspritzt, so da13 das Betriebsmedium keine Metallteile beriihrt. Die Gehauseschalen sind aus Duroplast (glasfaserverstarkter Kunststoff) oder aus Polyethersulfon (PES) gefertigt, der Dichtring wahlweise aus EPDM oder Viton. Teflon-Dichtringe sind in Vorbereitung und werden in absehbarer Zeit erhaltlich sein. Auch in diesem Fall konnen mit dem Verbindungsflansch in NAMUR-Ausfiihrung die

Abb. 3-24. Motor-Schwenkantrieb.

Das Klappenventil

105

Antriebsvarianten hand-, fremd- und motorgesteuert realisiert werden. Die Abdichtung der Klappenscheibe und der Welle erfolgt durch nur einen Dichtring, der bei dieser Variante auch die Flansche abdichtet. Der Vorteil von Zwischenflanschklappen liegt eindeutig in ihrer einfachen Montage. AuBerdem konnen Zwischenflanschklappen radial aus der Rohrleitung ausgebaut werden und sie lassen sich in Flansche aller Normen integrieren (Abb. 3-25).

Abb. 3-26.Zwischenflansch-Klappenventi 1 in Metallausfiihrung.

Klappenventil in Metallausfiihrung in groRen Nennweiten fur neutrale Medien

Abb. 3-25. Zwischenflansch-Klappenventil Kunststoffausfuhrung.

in

Dieser Ventiltyp wird beispielsweise in der kommunalen Wasserversorgung, im industriellen Abwasserbereich oder sonstigen Anwendungen mi t neutralen, fliissigen oder gasformigen Medien eingesetzt. Er wird manuell betatigt und von einem Handrad uber ein Getfiebe gesteued. Die Abdichtung erfolgt uber eine in die Klappenscheibe integrierte Elastomerdichtung, die in geschlossenem Zustand ins Ventilgehause einlauft (Abb. 3-27).

Zwischenflansch-Klappenventil, Metallausfiihrung im Nennweitenbereich DN 40 bis 600 mm Abb. 3-26 zeigt eine zentrisch gelagerte Klappe aus Metall. Die Klappenwerkstoffe sowie das Gehause und der Dichtring konnen dem jeweiligen Betriebsmedium angeglichen werden, so daB so gut wie alle Anwendungsbereiche abgedeckt werden konnen. Es konnen hand-, fremd- und motorische Antriebe adaptiert werden. Bei der gezeigten Klappe ist die Spindel durch die Scheibe gefiihrt und mittels einer Vielverzahnung eine mechanisch hochwertige Verbindung geschaffen.

Abb. 3-27.Klappenventil in Metallausfuhrung.

Antriebstechnik fur Klappen- und andere Schwenkventile

I

Abb. 3-28. Motorantrieb.

Abb. 3-29. Fremdmediengesteuerter Stellantrieb,

Abb. 3-28 zeigt einen Motorantrieb zum Stellen und Regeln. Insbesondere Klappenventile mittlerer Nennweite sind bei verschiedenen Herstellern mit diesen Antrieben versehen. Abb. 3-29 zeigt einen fremdmediengesteuerten

Stellantrieb fur Klappenventile mittlerer Nennweite. Unterschiedliche Fabrikate werden damit ausgestattet. Hier handelt es sich um einen doppelt wirkenden Stellantrieb, der mit neutralen Gasen iiber ein 4/2Wege-Vorsteuerventil betatigt wird.

Abb. 3-30. Industrieabwasseraufbereitungsanlage.

Dns Kiikenventil

3.3.4 Einsatzgebiete und

Anwendungen von Klappenventilen Als Beispiele seien die folgenden Anwendungen von Klappenventilen genannt:

Einsatzfall Industriewasser In einer Aufbereitungsanlage wird Wasser gereinigt, filtriert und neutralisiert. Das Endprodukt Weichwasser wird in einer GroBwascherei benotigt. In die Anlage integriert sind fremdgesteuerte Zwischenflansch-Klappenventile, die Anlage arbeitet vollautomatisch und ist in Nennweite 65 bis 100 mm ausgelegt. Einsatzfall Pflegemittel-Herstellung Bei einem Verfahren zur Herstellung von Kosmetikartikeln (Haarpflege) werden die unterschiedlichsten Bestandteile in einem Behalter zusammengefuhrt. Durch handbetatigte Klappen werden die unterschiedlichen Medien in einer Sammelleitung zusammengefuhrt. (Die Anlage ist noch nicht vollstandig verrohrt.) Durch die Auslegung im Bau-

Abb. 3-31. Anlage zur Haarpflegemittel-Herstellung.

107

kastensystem ist es nachtraglich jederzeit moglich, diesen Vorgang zu automatisieren, es mussen dazu lediglich die Handantriebe gegen Fremd- oder Motorsteuerungen ausgetauscht werden. Die Anlage besteht aus PVC, die Sammelbehalter sind jedoch aus Polypropylen gefertigt.

3.4 Das Kukenventil Ausfuhrung 212-Wege und 312-Wege-Ventil DurchfluJrichtung: beliebig Medien: fur flussige, begrenzt auch gasformige, neutrale, aggressive und saubere, nicht aushartende Medien Arbeitsweise Ein zylindrischer oder kegelformiger Rundkorper (Kuken) ist mit einem oder mehreren Kanalen versehen und wird in einem geometrisch angeglichenen Lagerbett gefuhrt. Durch Schwenken des Kukens werden die Wege frei bzw. versperrt. Die Abdich-

1 08

Funktionsprin~ipierzi t r i d brsondere Mrrkmnle

tung erfolgt durch Werkstoffabgleichung (Kiiken/ Lagerbett) sowie Druck des Kukens ins Lagerbett.

schlossen, groBere Nennweiten ausschlieBlich iiber Flansche.

Vorteilhafte Eigenschaften Einfxhe Konstruktion, freier Durchgang (2/2Wege), geringer Druckverlust (2/2-Wege), einfache Handhabung, leichter Aufbau von Antrieben, auch in flammensicheren und tieftemperaturbestandigen Ausfuhrungen.

Einsatzgebiete Vor allem in der Petrochemie. Das technisch veraltete Funktionsprinzip wird relativ schnell undicht, ist daher nur fur einfache, ungefahrliche Anwendungsbereiche empfehlenswert. Ein klassisches Anwendungsgebiet sind kleine Saugvergaser von Ottomotoren bis 50 ccm. In Glasausfuhrung wird es auch sehr haufig in der Labor- und Medizintechnik eingesetzt. In den USA ist es in der Chemie sehr popular.

Nachteilige Eigenschaften Nicht totraumfrei, hohes Gewicht. Schwenkventile, insbesondere Kiikenventile, sind generell nicht fur hohe Schaltwechsel geeignet. Relativ schlechte Regelcharakteristik (in Standardausfiihrung), nicht fur aushartende Medien geeignet, hoher VerschleiB, schlecht dichtend. Nennweitenbereich DN 4 bis DN 100 mm. Betriebsdriicke Zwischen annahernd 0 und 50 bar. (In Sonderausfuhrungen auch hoher) Betriebstemperatur Minus 200°C bis plus 800"C, meist aber minus 10 "C bis plus 100 "C. Korperwerkstoffe GrauguB, StahlguB, SpharoguB, Nirostahl, PVC, PP, PVDF, PTFE, diverse Metallkorper mit Kunststoffauskleidung, Glas. Dichtwerkstoffe Das Kiiken ist in seiner Geometrie dem Kukenlager angeglichen, so daB Verpressen zwischen beiden Elementen das Ventil abdichtet. Voraussetzung dafiir sind Formschlussigkeit und gutes Lagerverhalten beider Teile. Antriebsarten Hand-, fremdmedien- und motorgesteuert. AnschluBarten Kleinere Nennweiten werden mit Gewindemuffe oder Gewindestutzen (nur in Kunststoff) ausge-

Funktion Ein meist konischer Schwenk-Korper (Kuken) hat einen oder mehrere Durchgange (2/2-Wege, 312Wege). Das Kuken wird von oben in den Ventilkorper eingepreBt. Die Ventilkorpergeometrie ist so ausgelegt, da13 das Kiiken gleichmal3ig von dem Gehause umschlossen wird, das Kuken ist direkt im Gehause gefuhrt und abgedichtet. Die Werkstoffe von Kuken und Gehause miissen so aufeinander abgestimmt sein, daB optimales Lagerverhalten erzielt wird. Durch Federdruck wird das Kuken kontinuierlich von oben in das Gehause eingepreBt und dichtet am Gehause ab. Durch Schwenken des Kukens werden die Durchgange geoffnet oder verschlossen. Das Kukenventil ist ein Schwenkventil und unterliegt somit einem erhohten VerschleiB.

3.4.1 Entstehung und Verbreitung von Kukenventilen Nachdem es gelungen war, spanabhebend reproduzierbare Geometrien herzustellen, wurde das Kukenventil fur Industriezwecke entwickelt. Aber schon lange zuvor waren Kukenventile im Einsatz, wie beispielsweise Zapfhahne der Wein- und Mostfasser, die schon vor mehreren tausend Jahren eine einfache Ausfuhrung des Kuken-Funktionsprinzipes darstellten. Allerdings handelte es sich hierbei ausschlieBlich um Holzventile. Industriell wurde das Kiiken-Prinzip erst genutzt, als die mechanische Fertigung prazise genug war,

Das Kiikenventil

um absolute Dichtheit zu gewarleisten, vor etwa 500 Jahren. So finden sich Kukenventile aus Bronze in alten Schiffswracks, wo sie als Ein- bzw. AuslaBventile der Lenzpumpen im Schiffsrumpf dienten.

3.4.2 Die Charakteristik von Kukenventilen Das Kukenventil ist eng mit dem Kugelventil verwandt, lediglich in der Art der Abdichtung unterscheiden sich beide voneinander. Der DurchlaBkanal im Kuken selbst ist oval oder rund gehalten. Durch eine langlochformige, rechteckige, dreieckige oder quadratische DurchlaBoffnung kann die Regelcharakteristik entscheidend verbessert werden, da der Volumenstrom in Abhangigkeit vom Kukenquerschnitt eingeregelt werden kann. Entsprechend dem Offnungswinkel verandert sich der Volumenstrom in diesem Fall z. B. linear. Das Kukenventil ist fur stark verschmutzte Medien nur dann geeignet, wenn die Verschmutzungspartikel so groB sind, da13 sie nicht zwischen

a

109

Ventilgehause und Kuken eindringen konnen (Abb. 3-32). Fur aushartende oder auskristallisierende Medien sind Kukenventile nicht geeignet, da nach langeren SchlieBzeiten der Durchgang verpfropft. Ebensowenig sind Kukenventile fur hohe Schaltfrequenzen geeignet.

Eigenschaften und Auslegung von Kuken- und Kugelventilen mit annahernd hearer Charakteristik (Nur fur 2/2-Wege-Ventile) Um eine annahernd lineare VolumenstrondOffnungswinkel-Charakteristikund damit gute Regeleigenschaften von Kuken- und Kugelventilen zu erhalten, mu8 der Durchgang des Kukens bzw. der Kugel in einem exakt definierten Verhaltnis zum jeweiligen AuDendurchmesser des Schwenkkorpers stehen. Dazu muB der RohranschluBquerschnitt des Ventils direkt im Einlaufbereich des Kukens/Kugel auf die Geometrie des Durchgangs im Schwenkkorper gebracht werden, der ehemals rund gefuhrte Volumenstrom wird also stromungsgunstig in eine andere Geometrie gebracht. Das Durchgangsprofii des Schwenkkorpers mu8 der aus dem AnschluBdurchmesser resultierenden Flache entsprechen. Entspricht der Aukndurchmesser des Schwenkkorpers dem 1,4fachen der Durchgangsbreite (DB) und ist der Durchgang im Schwenkkorper selbst konisch, rechteckig oder quadratisch, wird eine sehr gute Kennlinie erzielt (Abb. 3-33, 3-34).

Kugelformiges Schwenkelement b

Abb. 3-32.Volumenstrom beim Kukenventil in Abhangigkeit vom Offnungswinkel des Kukens. a vollstandig geoffnet, b teilweise geoffnet, c geschlossen.

Bei kugelformigen Schwenkelementen zahlt das AuBenmaB des Schwenkkorpers auf der Ebene der Durchgangsmitte. Dabei muB die Kugel uber die gesamte Durchgangshohe (DH) zylindrisch sein, sonst taucht das uberstehende Kugelprofil des Durchgangs entsprechend der Offnungsposition in den Offnungsquerschnittlumenstrom und zerstort die rechteckige Geometrie des Schwenkkorpereinlaufes.

1 10 Furiktionspriri~ipieriwid hesoridere Merkninle

1'.

\

\

\

\.

\

Abb. 3-33. Geometrische Verhaltnisse bei einem Verhaltnis AulSendurchmesser und OffnungsgroBe von 1,4.

r ,--

Kennlinie bei Faktor 1,4 und Auslegung nach Kroupa Linear-ideallinie

+

I Kiiken offen

I

450

hungswinkel 4 zum Volumenstrom

I Kiiken geschlossen

Abb. 3-34. Kennlinie eines Ventils mit Faktor 1,4.

Das Kiikenventil

Kegeliges Schwenkelement Verfugt der Schwenkkorper uber eine kegelformige Geometrie, so ist wie folgt zu verfahren: Flache aus AnschluBgroBe ermitteln. (Meist handelt es sich um DN.) Flache (A) aus DN = Flache des Schwenkkorper-Durchganges. Da der Schwenkkorper kegelformig sein soll, mu6 das Durchgangsprofil dem angestrebten Kegelwinkel entsprechen, es ist also trapezformig. Der Kukenaufiendurchmesser betragt an jeder Stelle exakt das 1,4-fache des trapezformigen Durchganges. Somit ist innerhalb der 90"-Schwenkbewegung ein dem Offnungswinkel annahenrd proportionales Offnungsprofil garantiert (Abb. 3-35). Da das Durchgangsprofil stets im Verhaltnis 1:1,4 zum Kukenprofil sein muB, ist es fur die Charakteristik gleichgultig, ob das Kuken kurz und dick oder lang und dunn ausgelegt wird. Aus Griinden der mechanischen Beanspruchung jedoch sollte das Kuken eher schlank sein. Ideal ist ein Durchgang, der ca. doppelt so hoch wie breit ist. AuBerdem sollte der Kegelwinkel so gering wie moglich sein, was auch mechanisch Vorteile bringt, z.B. sind geringere Krafte zur Abdichtung notwendig.

IYj Abb. 3-35.Auslegung eines kegelformigen Kukens.

11 1

Die stromungstechnisch ideale Kukengeometrie ist der Zylinder, der allerdings schwer abzudichten ist. Trotzdem kann man unter Anwendung der zuvor aufgefuhrten Punkte eine optimale Einstell- und Regelbarkeit von Kukenventilen erzielen. (Abb. 3-36).

DB

A = Flache

1, 20

i

DA sol1 A aus DN DHxDB=A

Abb. 3-36. Auslegung eines zylinderformigen Kukens.

3.4.3 Ausfuhrungsarten Die Abdichtung des Kukens erfolgt durch geometrischen Abgleich der Kuken- mit der Gehausegeometrie, so dal3 kontinuierlicher Druck auf das Kuken in den Innenkonus des Gehauses das Ventil abdichtet. Die Werkstoffe mussen entsprechend ihrer Lagereigenschaften optimal gewiihlt werden. Da wegen der eingesetzten Medien die Werkstoffe aufgrund ihrer Bestandigkeit vorgegeben sind, werden Einlegeteile aus hochwertigen Kunststoffen in die Metallventilgehause (Kunststoffinliner) eingebracht. Werden die Kukenventile im niedrigen Druckbereich sowie bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen eingesetzt, reicht ein Vollkunststoffgehause aus, fur hohere Betriebstemperaturen bzw. Betriebsdriicke mu8 auf eine Metallausfuhrung mit Kunststoffinliner zuriickgegriffen werden. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, daB der Inliner eine geschlossene

irrid hesoridere Merkmale 1 1 2 F1~tiktiotispriti~ipic.n

Einheit bildet und an den AnschluBflanschen des Ventilkiirpers abgedichtet wird. Da Fluorkunststoffe (z.B. PVDF, PFA, PTFE) neben der hohen chemischen Bestandigkeit in Verbindung mit anderen Kunststoffen oder mit Metallen iiber sehr gute Lagereigenschaften verfiigen, reichen relativ geringe Drehmomente zur Betatigung aus. Sie liegen allerdings wesentlich hoher als bei Kugelventilen. Durch die KalttlieBeigenschaften von PVDF und PFA, die sonst einen Nachteil darstellen, wird der Inliner immer satt an das Kiiken gepreat. Unebenheiten gleichen sich durch den KalttluB aus. 1st der Inliner jedoch geometrisch ungiinstig, besteht die Gefahr, da13 der Werkstoff des Schwenkkorpers wegtlieBt und das Ventil undicht wird. Durch die Trennung des Schwenkkorpers von der Antriebswelle kann der Totraum dariiber so klein wie moglich gehalten werden. Absolut totraumfrei kiinnen Kiikenventile jedoch nicht hergestellt werden, ihr Einsatz in biotechnologischen Anlagen ist daher nicht empfehlenswert. Durch die extrem groBen Reibflachen des Schwenkkorpers unterliegen Kiikenventile einem erhohten VerschleiB, zusatzlicher VerschleiB tritt durch die ungleichmafiige Reibung des kegelformigen Kiikens und der aus der Form resultierenden unterschiedlichen Umlaufgeschwindigkeit auf. Der Vorteil eines Kiikenventiles liegt lediglich darin, daB bei optimaler Auslegung der Geometrien ein geringstmoglicher Druckverlust in voll geoffnetem Zustand erzielt wird. Das Kugelventil bietet entsprechend seiner Ausfiihrung jedoch ebenfalls diesen Vorteil und dariiber hinaus eine langlebigere, sichere Abdichtung.

3.4.4 Einsatzgebiete und

Anwendungen von Kukenventilen In Europa werden Kugelventile - und bei verschmutzten oder sensiblen Medien - Membranventile bevorzugt. Seltsamerweise ist das Kiikenventil in den USA sehr popular, miiglicherweise als Relikt aus der Vergangenheit. Membranventile bzw. Kugelventile oder Klappenventile stellen die technisch reifere Liisung dar.

Abb. 3-37. Fremdgesteuertes Kukenventil in Kunsts toffausfiihrung .

Das Kugelventil

Dennoch findet man vereinzelt auch Kiikenventile im europaischen Anlagenbau, so z. B. die 312Wege-Ausfuhrung in Polypropylen (PP) mit PVDFKuken, hand- und fremdmediengesteuert. Diese Ventile werden in der Betriebsmittelzufiihrung bei einer Elektronik-Gerateproduktion eingesetzt.

3.5 Das Kugelventil

11 3

Betriebstemperatur Minus 275 "C bis plus 800 "C, meist aber minus 40 "C bis plus 200 "C.

Korperwerkstoffe Diverse Edelstahllegierungen (Niro), GrauguB, StahlguB, Alulegierungen, Titan, Messing, SpharoguB, PVC, PP, PVDF, PTFE.

Dichtwerkstoffe Ausfuhrung 212-Wege und 312-Wege-Ventil Durchfluflrichfung: meist beliebig Medien: fur flussige, gasformige, neutrale, aggressive, saubere, nicht aushmende Medien, in Sonderausfiihrungen bedingt auch fur verschmutzte Medien.

Meist diverse Fluorkunststoffe (Teflon@), Keramik, Nitrilkautschuk (NBR), Fluorsilikonkautschuk, Reinstelastikgraphit, Arguloy@ (Nickellegierung), Lyton (PEEK), Polyoxymethylen (POM).

Antriebsarten Hand-, eigenmedium-, fremdmedien- und motorgesteuert.

Arbeitsweise

Anschlunarten

Eine Kugel ist mit einem oder mehreren Kanalen versehen und wird in einem geometrisch angeglichenen Gehause durch dichtende Gleitringe gefiihrt. Durch Schwenken der Kugel werden die Wege frei bzw. versperrt.

Kleinere Nennweiten: Gewindemuffe oder in Kunststoff auch Armaturen-Verschraubungen mit Bundbuchse. GroBe Nennweiten: Flansche und AnschweiBkorper.

Einsatzgebiete Vorteilhafte Eigenschaften Freier Durchgang (2/2-Wege), geringer Druckverlust (2/2-Wege), einfache Handhabung, leichter Aufbau von Antrieben, Produktpalette fur hohe Driicke, flammensichere und tieftemperaturbestandige Ausfuhrungen erhaltlich.

In Kunststoffausfiihrung oft als ,,Billigventil" in allen Anwendungsbereichen in handbetatigter Ausfuhrung zu finden. In Metallausfuhrung und kleinen Nennweiten finden sie sich in allen Gebieten, grolje Nennweiten in Mineralolforderung, Petrochemie, Papierherstellung, Wasser-GroBsystemen.

Nachteilige Eigenschaften Nicht totraumfrei, hohes Gewicht, Schwenkventile sind fur hohe Schaltwechsel nur bedingt geeignet. (Durch den Einsatz gut aufeinander abgestimmter Werkstoffe und Bauteile konnen jedoch Schaltzahlen bis 200 000 nachgewiesen werden.) In gro13en Nennweiten relativ teuer.

Nennweitenbereich DN 4 bis DN 1500 mm. Betriebsdrucke Zwischen annahernd 0 und 600 bar, meist aber bis 50 bar.

3.5.1 Entstehung und Verbreitung von Kugelventilen Die maschinelle Reproduzierbarkeit von komplexen Geometrien war die Grundvoraussetzung zur Entwicklung von Kugelventilen, das Kugelprinzip ist also das jungste Schwenkventil-Prinzip. In ihm konnten zumindest bei der Metallausfuhrung durch die Nutzung der geometrischen Vorteile viele vom Anwender geforderte Eigenschaften vereint werden, wie z.B. 90" Schwenkbewegung zum Offnen und SchlieSen, sichere Abdichtung, Tief- und Hochtem-

1 14 Fiuiktiori.sprin,ipien und hesoridere Merkrnale

peraturbestandigkeit, groBtmoglicher Volumenstrom in voll geoffnetem Zustand, hohe Druckbestandigkeit. Aber es handelt sich um ein Schwenkventil, welches fur extrem hohe Schaltwechsel nicht ausgelegt ist. Auch hier gilt die empirische Beobachtung, daB die Zahl der moglichen Schaltwechsel von Hubventilen (z. B. einem Membranventil) zu derjenigen von Schwenkventilen an der selben Stelle ca. im Verhaltnis 5 : 1 steht. Naturlich spielen Betriebsdruck. Betriebstemperatur, Umgebungstemperatur, Aggressivitat, Viskositat usw. eine sehr grol3e Rolle.

Wird ein Kugelventil von einem auskristallisierenden oder aushartenden Medium durchstromt, kann sich bei einer zu kleinen Druckdifferenz und der daraus resultierenden niedrigen FlieBgeschwindigkeit ein Pfropfen bilden, vor allem, wenn das Ventil langer geschlossen wird als das Medium zum Ausharten benotigt (Abb. 3-39).

3.5.2 Die Charakteristik von Kugelventilen In voll geoffnetem Zustand ist das Kugelventil das Funktionsprinzip mit den gunstigsten Stromungseigenschaften. Wird es jedoch nur zum Teil geoffnet, so entsteht in den Stromungsbereichen innerhalb des Ventiles ein Uberdruck- bzw. Unterdruckbereich mit starken Verwirbelungen, die bis zum stellenweisen Stromungsabrilj fuhren konnen. Dabei wirken die entstehenden Krafte gegeneinander, so da13 zusatzlich eine Stromungsburde entsteht. Die Burde wBre unbedeutend, wenn sich die Krifte proportional zum Offnungswinkel verhalten wurden und somit keinen EinfluB auf eine lineare Regelcharakteristik hatten. Es ist jedoch genau das Gegenteil der Fall. Daruber hinaus sind die Durchgange des Schwenkkorpers meist rund, was bedeutet, dal3 zu Beginn der Ventiloffnung zunachst ein kleiner Querschnitt als Durchgang frei wird. Mit zunehmendem Offnungswinkel steigt der Offnungsquerschnitt uberproportional an. Vor Erreichen der 50%-Offnungsstellung jedoch verlangsamt sich die Querschnittzunahme deutlich. Zwischen 60 % und 80 % des Offnungswinkels nimmt dann der Querschnitt wieder uberproportional ab. Ideal ware eine Rechteckform des Durchgangs im Schwenkkorper, welche jedoch Abdichtungsprobleme nach sich ziehen wurde. Allerdings konnten damit nahezu ideale Regelkennlinien erzielt werden (siehe Kapitel Kiikenventile).

Abb. 3-39. Stromungsverhaltnisse im Kugelventil. a Vollgeoffneter Zustand, b Verwirbelungen bei Teiloffnung, c Blockierung eines Kugelventils durch ausgehartetes Medium. Es mu8 daher unbedingt darauf geachtet werden, da13 auskristallisierende Medien in geschlossenem Zustand des Ventiles aus dem Schwenkkorper ausgespult werden konnen. Ebenso sollte der Totraum zwischen Kugel-Schwenkkorper und Ventilgehause iiber ausreichend Volumen verfugen, so da13 auch dieser in geschlossenem Zustand des Ventiles ausgespult werden kann. Kleine Schmutzpartikel werden

Das Kugelventil

dann auch im teilgeoffneten Zustand besser entfernt. Kugelventile ohne Totraum sind nicht realisierbar, zu kleine Totraume fordern die Schmutzempfindlichkeit, da schon kleine Partikel einen zumindest erhohten Reibungswiderstand zwischen Kugel und Ventilgehause bedeuten.

Tafel 3-5. K,Werte

von Kugelventilen. Volumenstrom

Nennweite DN

mm 15 20 25 40

50 80 100

150 200 250 300 400

KV

CV

inch

n3 pro Stunde

US Gallonen pro min

112" 314" 1 1 112" 2" 3"

19.4 45.6 71.5 170.0 275.0 905.O 1414.0 3674.0 7 155.0 12500.0 20780.0 37000.0

22.6 53.2 83.4 198.0 32 1 .O 1056.0 1650.0 4288.0 8350.0 14590.0 24250.0 43 100.0

4" 6" 8" 10" 12" 16"

1 15

von Fertigungstoleranzen sowie durch konstruktive Maanahmen wird eine hohe Lebensdauer erreicht.

Das Dichtprinzip der schwimmenden Kugel: Die Abdichtung erfolgt auf der Druckausgangsseite. Durch den Mediumsdruck schwimmt die Kugel auf den gegeniiberliegenden Dichtring auf. Die Dichtringe erfullen dabei eine Doppelfunktion. Sie dichten und dienen gleichzeitig als Lager. Durch den entlasteten und in dieser Situation gewollten undichten Dichtring auf der Eingangsseite wird ein Druckaufbau verhindert.

DwckAusgangsseite

j

DmckEingangsseite

Abb. 3-40. Dichtprinzip der schwimmenden Kugel.

Die aufgelisteten Werte entsprechen fast allen Kugelventilen, bauartbedingt konnen jedoch geringfugige Abweichungen auftreten.

3.5.3 Ausfuhrungsarten und Dichtprinzipien von Kugelventilen 3.5.3.1 Technische Konstruktionsmerkmale Ausgangsseite

Die Wirksamkeit der Abdichtung ist abhangig von - der AnpreBkraft - der Breite der Beriihrungsflache der Dichtung - der Genauigkeit der Oberflachenbearbeitung von Kugel und Kugeldichtung - der Dichtungskonstruktion und der Wahl des Dichtwerkstoffes. Die AnpreBkraft wird durch die Vorspannung der Dichtung (kompakt oder federunterstutzt) und den Mediumsdruck erzeugt. Durch genaue Einhaltung

Eingangsseite

Abb. 3-41. Dichtprinzip der gelagerten Kugel.

Das Dichtprinzip der gelagerten Kugel: Die Abdichtung erfolgt auf der Druckeingangsseite. Der federunterstiitzte Dichtring wird durch den Mediumsdruck auf die gelagerte Kugel gepreBt. Die Lagerung der Kugel kann auf verschiedene Arten erfolgen: - durch Lagerschalen im Ventilgehause - durch angedrehten Zapfen - durch Lagerwellen.

Ein Druckaufbau im Gehause durch Temperatureinflusse wird durch federunterstutzte Dichtringe in Verbindung mit der gelagerten Kugel verhindert. Durch eine kompromifllose Trennung von Dichtund Lagerfunktionen bei der Konstruktion konnen eine beispielhafte Betriebssicherheit und lange Lebensdauer erzielt werden.

Die Doppeldichtung von Schaltwellen: Dieses Dichtsystem umfaflt eine Primardichtung (PTFE, Viton etc.) und eine Sekundardichtung fur Notfalle (z. B. bei Feuer) in zwei voneinander getrennten Dichtungsraumen. Die Schaltwelle selbst ist vollstandig in Buchsen gelagert. Ein Auswechseln der Schaltwellendichtung ist moglich, ohne das Ventil aus der Leitung zu entfernen. Schaltwellen nach dem Anti-blow-out-System sind so konstruiert, da13 sie bei unsachgemaBer Bedienung nicht durch den Mediumsdruck herausgedruckt werden konnen.

Schahwelle

mwwJ DN I50 rnrn

DN s 80 mm

Abb. 3-42. Prinzip der Doppeldichtung von Schaltwellen. Fire-Safe: Im Brandfill ubernehmen metallische Anlagetliichen die Notabdichtung und werden durch hitzebestandige Dichtungswerkstoffe erganzt. Dadurch wird die Funktionssicherheit im Notfall auch bei Temperaturen uber 600 "C garantiert und kann entsprechend den Bedingungen nach BS 6755 (und/ oder API 607) uberpruft werden. Anti-Statik: Die Ableitung moglicher statischer Aufladungen von Kugel, Schaltwelle und Gehause wird durch die Anordnung einer Niro-Spiralfeder zwischen Deckel und Anschlagplatte oder einem Federring zwischen Schaltwelle und Kugel sichergestellt.

Sekundardichtsystem: Das Sekundardichtsystem kommt dann zum Einsatz, wenn ein Ausbau eines beschadigten Ventiles problematisch ist, wie z. B. bei erdverlegten Leitungen oder wenn wahrend der Inbetriebnahme die Beschadigung der Kugeldichtung nicht ausgeschlossen werden kann. Das Einpressen von Dichtmitteln in die Bereiche zwischen der Kugeloberflache und den Dichtringen ermoglicht sogar bei mittlerem und hohem Druck und sowohl bei flussigen als auch gasformigen Medien ein zuverlassiges Abdichten beschadigter Dichtstellen. Dichtheit: Die angewandten Dichtsysteme an Kugel- und Schaltwelle miissen auch beim Einsatz im Hochvakuum Dichtheit gewahrleisten. Dabei sollten die MeRwerte von seriengefertigten Kugelventilen bar . cm'/s liegen. im Bereich von 3 .

3.5.3.2 Regelwerke Die Konstruktion von Kugelventilen sollte je nach Typ und Druckstufe nationale und internationale Regelwerke beriicksichtigen, z. B. DIN 3357, AD-Merkblatter, TRbF, TRGL, DVGW, BS 6755, API 6D und ANSI B 16.34. Die Uberpriifung in laufenden Testprogrammen sollte garantiert werden (BS-Kitemark und API). Dabei kann auf Pruforganisationen, wie z. B. Germanischer Lloyd, BS, Lloyds Register, TUV, DNV, Bureau Veritas etc, aber auch auf unabhangige Inspektionsburos zuriickgegeriffen werden. Die Regelwerke sollten unabhangig vom jeweiligen Qualitatsicherungssystem der Ventilhersteller berucksichtigt werden. Vorteilhaft ist dabei die Produktion und Qualitatssicherung nach DIN IS0 900 1.

Das Kugelventil

1 17

werkstoffe und Medium bestimmt. Durch entsprechenden konstruktiven Aufwand bei der besonderen Lagerung der beweglichen Innenteile kann durch die Entlastung der Dichtungen das erforderliche Drehmoment auf ein vertretbares MaB reduziert werden.

3.5.4 Drehmomente fur Kugelventile Der Kraftaufwand fur das Schalten der Kugelventile wird durch BaugroBe, Betriebsdruck, DichtNm

1250

1000

800 630

500

400 320 250

200 160 125 100

80 63

50 40 32 25

20 16 123 10 8 63

5

4 32 23 0

4

Abb. 3-43. Drehmomente bei Kugelventilen.

5

6,3 8

10

12,516 20 25 32 40 50 63 80

Druckdifferenz in bar

Die aus Abbildung 3-43 ersichtlichen Drehmomente stutzen sich auf Ventile der Fa. ARGUS. Kugelventile anderer Hersteller konnen von diesen Werten abweichen, allerdings konnen diese Werte weitgehend als Richtwerte verwendet werden.

3.5.5 Doppeltwirkendes Schaltwellen-Dichtsystem und seine Weiterentwicklung zur Einhaltung der TA-Luft (Abb. 3-44.) Das gezeigte Schaltwellen-Dichtsystem trennt konstruktiv eindeutig zwischen Lager ( 1 ) und Dichtfunktion (3 + 4). Dadurch wird die Verschleiljbelastung der Dichtelemente minimiert. Die Anlaufscheibe (2) schiitzt die Hauptdichtung (3) vor Mediumsdrucken und StoBen. Erst wenn diese Vordichtung undicht wird, mu13 die Hauptdichtung die volle Funktion ubernehmen. Die Hauptdichtung (3), ein 0-Ring, dichtet durch ihr elastisches Verhalten bis zur Kugelgrolje DN 50 ohne und dariiber rnit einem zusatzlichen Federelement (3a). Erst bei Versagen der Vor- (2) und Hauptdichtung (3) z. B. durch Feuer wird die nachgeschaltete Sicherheitsdichtung (4) wirksam (Celastic-Graphit-Dichtung)

Abb. 3-44. Doppeltwirkendes SchaItwellen-Dichtsystem (Zuordnung s. Text).

Weiterentwickeltes Standarddichtsystem fur aggressive Medien Fur aggressive chemische Medien, extreme Temperaturen oder Konzentrationen ist der wirtschaftlichste Dichtwerkstoff PTFE. Dieses Material hat allerdings den Nachteil einer hohen FlieBfahigkeit (sogar bei Normaltemperatur), so dalS die geforderte Dichtheit gegenuber Helium in Langzeitversuchen mit dem vorher beschriebenen System nur mit groljem fertigungstechnischem Aufwand erreicht werden kann. In langen Versuchsreihen wurden ideale Geometrien fur eine derartige Abdichtung entwikkelt. Dieses Schaltwellendichtsystem mit PTFEHauptdichtung besteht aus Vor- und Hauptdichtung und ist aus Griinden der Feuersicherheitsanforderungen nach BS und API um eine nachgeschaltete Sicherheitsdichtung erweitert (Abb.3-45). Die Hauptdichtung (l), ein PTFE-Dichtring mit Celastic-Federelement ( 1a), bewirkt im Zusammenwirken seiner Einzelkomponenten eine statisch-dynamische Abdichtung gegen gasformige sowie flussige Medien. Bei Versagen der Vor- (2) und Hauptdichtung ( I ) durch VerschleiB oder durch Feuer wird die nachgeschaltete Sicherheitsdichtung (3) wirksam. Als Vordichtung wirkt zuerst die Scheibe (2), die auch als Anlaufscheibe der Schaltwelle (4)vorgesehen ist. Dadurch wird die Hauptdichtung vor Mediumdruck und DruckstoBen geschutzt. Erst wenn diese Vordichtung undicht wird, mulj die Hauptdichtung ( 1) die volle Dichtfunktion ubernehmen. Dabei iibernimmt der Celastic-Graphit-Ring (1 a) die Funktion der Axialfeder.

Abb. 3-45. Weiterentwickeltes Schaltwellen-Dichtsystem.

Das Kugelventil

Tafel 3-6. Technische Priifung des doppeltwirkenden Schaltwellen-Dichtsystems. Technische Daten der Priifung Testgegenstand: statisch-dynamische PTFEICelastic-SchaltwellenabdichtungE 2 1 359.0 EK-Hahn Brh. 71 Testeinrichtung: Schaltstand: elektrisch gesteuerter, pneumatischer Antrieb 24 - 26 Schaltungen min-' (90"-Weg) Schaltzahl: 50 bar +I0 % = 55 bar = Ap Betriebsdruck: Testmedium: N2 Umgebungstemperatur Testtemperatur: 0.5, 6, 20, 50 bar Priifdrucke: He 4.6 (99,996 %) Priifmedium: Prufvorgang: in Ruhe/Halboffenstellung Prufeinrichtung : Priifglocke uber Schaltstutzen Priifgerat: He-Massenspektrometer Fa. VECCO Typ MS20 vor und nach Priifvorgang mittels Eichleck Eichung Priifgerat: Leckageermittlung: nach je 4 Minuten Standzeit Testdruckuberwachung: Anzeige Digibar, Aufzeichnung, Megalog-Schreiber

Datum

Leckagen (bar cm3 s-l) bei Innendruck (bar) =

Schaltzahl

20

6

0.5

x 10-8

x

50

0

1

x 10-8

1

20. 3. 91

8900

1

x 10-7

1,2 x 10-7

3,6 x 10-7

1,2 x

21. 3. 91

I7650

2,6 x 1W7

2 3 x 10-7

7,2 x 10-7

1,8 x lo-'

25. 3. 91

30954

I

x 10-7

1,2 x 10-7

2 x

27. 3. 91

50010

6 x

5,8 x 10-7

2,2 x 10"

4,6 x

x 10-7

I

1

I

x

19. 3. 91

lo-'

ARGUS Schaltwellen-Dichtsystem, ohne Hebel (Antriebsbetatigung) Innendruck: Ap = 55 bar NJMedium fur Leckage = He Temperatur: Umgebungstemperatur Datum

I

Schaltzahl

I

Leckagen (bar cm3 s-I) bei Innendruck (bar) =

20

50

3 x 10-9

3,4 x 10-9

6

0.5

19. 3. 91

0

6 x

3,4 x

20. 3. 91

8900

2,4 x

2

x 10-7

2,8 x lo-*

2,4 x

21. 3. 91

17650

8 x

I

x 10-7

2,4 x 10-7

I

25. 3. 91

30862

5,2 x

1,4 x 10-7

2.2 x 10-7

6,2 x lo-'

27. 3. 91

50008

2,2 x 10-7

1,6 x

6

x

I

lo-'

x 10-7

x 10-6

1 19

120

Funktionsprinzipien itnd hesondere Merkmale

Das System basiert auf der im Maschinenbau schon lange bekannten Elastizitat des verwendeten Materials. Das Ausgangsmaterial ist reinster Naturgraphit, dessen Graphitpartikel ohne Bindemittel zu Folien oder direkt in Ringe geprefit werden konnen. Das Material zeigt keinerlei Tendenzen zu verharten oder zu altern, auch nicht unter extremen Temperaturen, so dal3 seine von der VorpreBkraft abhangige Eigenelastizitat dauerhaft erhalten bleibt. Optimal wird eine Ruckfedermoglichkeit von ca. 10 % seiner im Einbau vorgespannten Blockhohe eingestellt. Durch die bei der Montage bewirkte axiale Vorspannung. bei der engste Toleranzbereiche eingehalten werden. wird die PTFE-Winkelmanschette ( 1) axial gegen den Gehausebund sowie radial gegen die Schaltwelle geprel3t. Somit werden breite Dichtfliichen von PTFE gegen Stahl oder Nirostahl fur extreme Dichtheit dauerhaft hergestellt. Die beschriebene Abdichtvariante wurde in Dauertests unter Begutachtung des TUV Sudwest 1991 gepruft. Namhafte Chemieanlagenbetreiber betrachten 50000 Schaltvorgange von Ventilen mit dieser Dichtungsart als ausreichende Lebensdauer. Sie kann somit als praxisgeprufte Dichtungsart zur Einhaltung der TA-Luft betrachtet werden. Testbedingungen, -verlauf und -ergebnis sind in Tafel 3-6 aufgefuhrt. Das Testergebnis wurde vom TUV Sudwest wie folgt zusammengefafit : ,,Oben genanntes Dichtsystem hat bei Leckageermittlungen mit Priifmedium He bei den Prufdrucken 0,5, 6, 20, 50 bar im Dauerschaltmodus von 0 bis 50000 Schaltungen bei A p = 55 bar den Grenzwert gemal3 TA Luft (Ausgabe vom 27.02.86) von 0,03g bar cm' . s-' bezogen h-' entsprechend 4,6 . auf Helium (99,996%) unterschritten." Die in der TA Luft geforderten Maximalwerte fur Handbetatigung und Antriebsbetatigungen werden nach diesem Test sogar um GroBenordnungen unterschritten. +

3.5.6 Kugelventile mit metallischen Dichtsystemen 3.5.6.1 Konventionelle Weichstoffdichtsysteme und ihre Einsatzgrenzen Die Grenzen fur den Einsatz der bewahrten Weichstoff-Dichtungen bei Absperrventilen sind im wesentlichen durch die Einsatzbedingungen wie Temperatur und Druck, aber auch durch die Eigenschaften der Medien selbst bestimmt, namlich chemische Aggressivitat, Abrasivitat, Feststoffgehalt, Schmierungseigenschaften, Neigung zum Auskristallisieren oder Festsetzen in Spalten. In den meisten Einsatzfallen werden Kugelventile mit Dichtungselementen aus Polymeren ausgerustet. Als Standardwerkstoffe sind die marktublichen PTFE-Qualitaten anzusehen, die zum Teil mit Kohle, Glas oder Stahlpulver gefullt werden, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Trotz des hohen En twicklungss tandes der Weichdichtungstechnologie unter konstruktiven und werkstofftechnischen Aspekten sind dem Einsatz von Polymeren naturliche Grenzen gesetzt, wie ein Blick auf das Betriebsdruck-Betriebstemperaturen-Diagramm von PTFE-Dichtwerkstoff (Tafel 3-7) zeigt. PTFE-Dichtungen konnen z. B. bei Nennweiten kleiner als DN 50 mm nur bis etwa 100 "C mit vollem Druck PN 100 belastet werden; bei Nennweiten grol3er als DN 80 mm mu13 der Betriebsdruck sogar auf 50 bar begrenzt werden. Auch durch die Verwendung durch POM oder Lyton, einem hochbestandigen Polymer, konnen nur graduelle Verbesserungen erzielt werden. Als obere Temperaturgrenze sind 250 "C anzusehen, wobei jedoch schon wesentliche Einschrankungen bei der Druckbelastbarkeit und der Nennweite in Kauf genommen werden miissen. Daruber hinaus eignen sich Weichdichtungen nicht, wenn das Medium stark abrasive oder erosive Eigenschaften besitzt.

3.5.6.2 Metallische Dichtsysteme Die Grundanforderungen an metallische Dichtsysteme sind sehr einfach aufzuzahlen: Sie sollten,

Das Kugelventil

wie die Kugeln, verschleiBfest, korrosionsbestandig, druckfest und fur den Einsatz bei hohen und tiefen Temperaturen geeignet sein. Dariiber hinaus sollten, verglichen mit konventionellen Kugelventilen, keine nennenswert hoheren Leckagen auftreten. Um geringere Schaltdrehmomente zu erreichen, ist dem Reibungsverhalten der Kombination KugeVDichtung besondere Aufmerksamkeit zu widmen.

121

Die niihere Betrachtung zeigt jedoch, daB es sich um sehr komplexe und teilweise auch widerspruchliche Forderungen handelt. Dabei ist allen Anforderungen gemeinsam, daB sie nicht nur von der Geometric der verwendeten Bauteile und ihrer Werkstoffe abhangen, sondern in gleichem MaBe von der Art des durchstromenden Mediums und von der Gesamtbelastung beeinfluBt werden. Die Elemente ei-

Tafel 3-7.Druck4Temperaturdiagramme fur Kugel dichtungen. PN lOn6

PN 25 50

40

c

n 3

.-C

30

Y Q

:2 20

.-

c L

8

d

10

I

0 -50

0

*1 bar = lo5N/m2

+ 100

+ 200

+m

Temperaturen in O C

PN 40

0

-50

+ 100

*l bar = lo5 N/m2

+ 200

+ 300

Temperaturen in O C

PN 63

80

50

40

30

20

d

d

I

I

-50

*1 bar = 1O5 N/m2

0

+200

+300

Temperaturen in O C

-50

1 bar = lo5N/m2

0

+ 100

+ 200

+m

Temperaturen in "C

1 22

Firnktiorisprirz,-ipienund besondere Merkmale

PN 100

PN 160 175

150

5c

125

.-

al

5 :2

100

U

n a, .-

75

c L

m

2

50

2

X

5

25

0

-50

0

t

100

1 bar = lo5N/m2

t

200

t

300

-50

0

+ 100

t200

+ 300

Temperaturen in "C

1 bar = 1O5 N/m2

Temperaturenin "C

PN 250 600

500 I

5

13 C .-

400

300

200

X

X

r"

s"

100

0

-50

0

1 bar = 1O5 N/m2

+ 100

t 200

t 300

Temperaturen in O

C

nes metallischen Dichtsystemes konnen folgendermal3en eingestuft werden:

Konstruktiv Kugel Dichtring DurchfluBmedium

Tribologisch Grundkorper Gegenkorper Zwischenstoff Umgebungsmedium

-50

1 bar = lo5 N/m2

0

+ 100

+ 200

t300

Temperaturenin O

C

Die Unterscheidung von Zwischenwerkstoffen und Umgebungsmedium kann entfallen, wenn das DurchfluBmedium homogen ist, sie ist aber z. B. bei feststoffbeladenen Gasstromen unerlaBlich. Das tribologische Verhalten des Systemes wird durch die Eigenschaften seiner Elemente und ihrer Wechselwirkung bestimmt. Diese Wechselwirkungen konnen z. B. zu VerschleiB fiihren. Man unterscheidet vier hauptsachliche Verschleirjmechanismen:

Das Kugelventil

- Adhasion - Tribooxidation - Abrasion - Oberflachenzerriittung. Wahrend bei der Adhiision MikroverschweiBungen zwischen Grund- und Gegenkorper auftreten, ist die Tribooxidation dadurch gekennzeichnet, daB Grund- oder Gegenkorper durch die Reibung soweit aktiviert: werden, daB Reaktionen mit dem Zwischenstoff bzw. dem Umgebungsmedium stattfinden. Wenn zwischen Grund- und Gegenkorper Mikrozerspanung beobachtet wird, spricht man von Abrasion. Als Ursache fur die Mikrozerspanung kommen die Rauheit der Reibpartner und abrasive Partikel aus dem Zwischenstoff in Frage. Oberflachenzerriittung tritt dagegen als Folge wechselnder mechanischer Spannungen beim Reibekontakt auf. Diese vier VerschleiBmechanismen konnen auch gleichzeitig nebeneinander auftreten. Aufgrund der gegebenen VerschleiBpaarung ist in einem Kugelventil jedoch hauptsachlich mit Adhasion und Abrasion zu rechnen, wobei das durch das Ventil transportierte Medium dafur verantwortlich ist, welcher Mechanismus uberwiegt. Durch reine Gase und niedrig viskose Flussigkeiten werden metallische Dichtungen der Gefahr des adhasiven VerschleiBes ausgesetzt, besonders dann, wenn zusatzlich hoher Druck herrscht, aber auch im Vakuum. Handelt es sich bei den Medien dagegen um feststoff- beladene Gase bzw. Fliissigkeiten oder Feststoffpulver, ist wahrscheinlich Abrasion der dominante Verschleifimechanismus. Die Abdichtfunktion metallischer Dichtungen kann aber nicht nur durch VerschleiB, sondern auch durch Korrosion erheblich beeintrachtigt werden. Als Ursache sind elektrochemische Potentialdifferenzen zwischen den verwendeten Werkstoffen und der direkte Angriff des Mediums auf den bzw. die Werkstoffe anzusehen. Obwohl die Mechanismen und Erscheinungsformen der Korrosion fast noch vielfaltiger als die des Verschleifies sind, konnen sie in zwei Gruppen eingeteilt werden. Man unterscheidet solche Korrosionsarten, bei denen ein gleichmaBiger flachiger Angriff erfolgt von denjenigen, die selektiv ortlich eng begrenzte Schadigungen verursachen (z. B. LochfraB).

123

Fur metallisch abgedichtete Kugelventile geht die groBere Gefahr von den selektiven Korrosionsarten aus. Hier sind LochfraB, Passungsrost, interkristalline Korrosion sowie die verschiedenen Formen spannungsinduzierter Korrosion zu nennen. Selbst von Medien, die nur geringe Anteile aggressiver Stoffe enthalten, kann Korrosion dann verursacht werden, wenn durch Unterschreitung des Taupunktes die aggressive Komponente kondensiert und dabei stark aufkonzentriert wird. Mit dieser Gefahr ist z. B. prinzipiell bei Abgasstromen aus Verbrennungsprozessen zu rechnen. Weiterhin ist zu beriicksichtigen, da8 die Betriebstemperatur einen sehr starken EinfluB auf den Ablauf und die Geschwindigkeit von Korrosionsprozessen ausubt. Der zu Beginn gestellten Forderung nach einer deutlichen Erhohung der zulassigen Betriebstemperatur metallisch gedichteter Kugelventile mu8 durch die Auswahl umwandlungsfreier und temperaturbestandiger Materialien Rechnung getragen werden. Da bei metallischen Dichtelementen im Gegensatz zu Weichdichtungen nicht mit einem elastischen Anschmiegen der Dichtung unter Druck gerechnet werden dad, ist eine vergleichbare Dichtheit nur bei auBerst praziser Bearbeitung der Kugel und ihrer Dichtringe zu erreichen.

3.5.6.3 Dreischichtenmodell Die iiblichen Konstruktionswerkstoffe fur Kugelventilgehause scheiden als Werkstoffe fur metallische Dichtungen aus, weil sie entweder stark zur Adhasion (austenitische Stahle) neigen oder fur abrasive Beanspruchung ungeeignet sind. Dagegen kann moderne Beschichtungstechnologie die gestellten Anforderungen an metallische Dichtsysterne optimal erfullen. Bei der Auswahl dafur geeigneter Werkstoffe und Verfahren sind nicht nur die bereits genannten Anforderungen zu erfiillen, dariiber hinaus durfen weder der Schichtwerkstoff noch das Beschichtungsverfahren den Grundwerkstoff bzw. das Werkstiick schadigen. Hier sind besonders Verzug, Warmbehandlungseffekte sowie eine nachteilige Veriinderung der Korrosionsbestandigkeit des Grundwerkstoffes zu beriicksichtigen. Langjahrige Erfahrungen und systematische Un-

tersuchungen der unterschiedlichsten Schichten und Verfahren fiihrten zu fundierten Kenntnissen uber die Herstellung metallischer Dichtungen. Als besonders geeignet hat sich der Aufbau aus drei Schichten erwiesen. Die drei Werkstoffe, aus denen eine metallische Dichtung aufgebaut wird, iibernehmen dabei genau abgegrenzte Funktionen, fur die sie gezielt ausgewahlt werden. Die Elemente des Dichtsystems, also Kugel und Ringkolben, werden aus dem Grundwerkstoff gefertigt. Das dafiir verwendete Material mu13 bei moglichst guter Bearbeitbarkeit bereits der korrosiven Belastung sowie den auftretenden Temperaturen gewachsen sein. Da der Grundwerkstoff anschliefiend beschichtet werden sol], mu8 er bereits gezielt fur das anzuwendende Herstellverfdhren ausgewahlt werden. Die eigentliche Hartschicht hat die Hauptlast der Beanspruchung zu tragen. Es sind nur hochverschleil3feste Materialien geeignet, von denen fur einen dauerhaften Schutz eine hervorragende Haftung auf den Grundwerkstoff zu fordern ist. Die Verschleirjbestandigkeit dieser Schicht darf weder durch die Betriebstemperatur noch durch die korrosive Beanspruchung beeintrachtigt werden. Die Dicke dieser Schicht ist in Abhangigkeit vom verwendeten Material und den Betriebsbedingungen so zu wahlen, daB ein Durchdrucken und Einbrechen in den relativ weichen Grundstoff mit Sicherheit vermieden wird. Auf die Hartschicht ist zusatzlich eine weitere Reibschicht aufzutragen, deren Hauptaufgabe in der Reduzierung der Reibungsverluste und dem Schutz vor Adhasion zu sehen 1st. Die enorme Vielfalt von Einsatzfallen erlaubt keine Universalbeschichtung. Trotzdem gibt es Standardausfuhrungen, mit denen ein Grorjteil der Betriebsfalle abgedeckt werden kann.

Abb. 3-46. Struktur einer Nikadurschicht. werden. Die erreichbaren Werte sind aus Abb. 3-47 zu ersehen. Abb. 3-48 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Schnittes durch eine Nikadurschicht. Die VerschleiB- und Korrosionsschutzeigenschaften von Nikadur-Dispersionsschichten hangen sehr stark von der Schichtzusammensetzung und der Betriebstemperatur ab. Im Hinblick auf den Verschleifischutz ist eine moglichst hohe Einbaurate von Hartstoffen und eine Aushartung der Schicht bei hoheren Temperaturen erforderlich. Bestmoglicher Korrosionsschutz wird durch entsprechende Legierungsgehalte und eine Badfuhrung erreicht, die zu Druckeigenspannungen in der Schicht fuhren. Die 1200

1

I

2

>

I

E

:m

3.5.6.4 Nikadur

Nikadur ist eine speziell gehartete Dispersionsschicht, die verglichen mit galvanisch aufgebrachten Schichten besondere Konturtreue aufweist (Abb. 346). Durch Abscheidung aufgebracht besitzt die Schicht eine Harte nach Vikers von etwa 550 HV und ist rontgenamorph. Durch eine Warmebehandlung kann die Schichtharte jedoch enorm gesteigert

I

0

200

400

600

800

Temperatur "C

Abb. 3-47. Abhangigkeit der Nikadur-Schichtharte von der Temperatur.

Das Kugelventil

Abb. 3-48. Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Schnittes durch eine Nikadurschicht.

sehr gute Korrosionsbestandigkeit ist im wesentlichen darauf zuriickzufiihren, daB die Schichten nicht kristallin sondern amorph sind. Chemisch abgeschiedene Nikadurschichten sind verglichen rnit galvanischen Uberziigen deutlich bestandiger. Nur bei oxidierenden Sauren, wie z. B. Salpetersaure scheidet die Verwendung von Nikadur grundsatzlich aus. Als VerschleiBschutz eignet sich Nikadur besonders wegen seiner ausgepragt geringen Neigung zu Adhasion an die meisten Gegenwerkstoffe. Gegen abrasive Beanspruchung ist Nikadur nur bedingt bestandig. Die obere Einsatztemperatur ist rnit 400 "C fur vorwiegend mechanisch verschleiBende Beanspruchung und mit etwa 220 "C bei zusatzlicher korrosiver Belastung anzusetzen. Fur den Einsatz von Nikadur in metallisch gedichteten Kugelventilen gelten folgende Grenzen: Nikadur kann verwendet werden, wenn nicht-korrosive Medien, insbesondere reine Gase und Fliissigkeiten, bei Temperaturen bis 400 "C durch das Venti1 gefordert werden. Es sollte bei korrosiven Medien nur nach genauer Priifung der Medienzusammensetzung und hochstens bis 220 "C verwendet werden. Bei abrasiven Beanspruchungen sollte Nikadur nur dann verwendet werden, wenn FurchungsverschleiD ausgeschlossen ist. Wesentlicher Parameter hierfiir sind der Feststoffgehalt des Mediums sowie die PartikelgroSe und -h&te.

125

zusammengefat, also mehrphasige metallische Werkstoffe rnit relativ zaher Matrix, in die zusatzlich Hartstoffe eingelagert werden. Diese Hartstoffe bestimmen durch ihre Art, Form, GroCje und ihren Mengenanteil die Eigenschaften der Hartlegierungen. Es werden sowohl Legierungen auf Nickelbasis als auch auf Kobaltbasis verwendet. Im Gegensatz zu Nikadur handelt es sich bei Arguloy nicht um reine Uberziige, sondern um Schichten rnit metallischer Bindung an den Grundwerkstoff. Arguloy wird gespritzt und thermisch nachbehandelt. Die fur dieses Verfahren erforderlichen Metallpulver werden durch Verdiisung aus der Schmelze hergestellt. Da Kornfraktion und KorngroDenverteilung erheblichen EinfluS auf die erzielbare Schichtqualitat haben, werden die Pulver strengen Qualitatskontrollen unterworfen. Die chemische Zusammensetzung sowie das Schmelzverhalten werden regelmsig kontrolliert. Zusammen mit groDer Erfahrung und Sorgfalt bei der Werkstiickvorbereitung, der Beschichtung und der thermischen Nachbehandlung lassen sich, wie Abb. 3-49 zeigt, Hartschichten hochster Qualitat herstellen. Man erkennt deutlich die Diffussionszone in der Mitte zwischen Grundwerkstoff (unten) und Hartauftragung (oben). Der erhebliche Harteunterschied zwischen Schicht und Grundwerkstoff ist in Abb. 350 zu sehen. Sie zeigt die Eindriicke eines HMe-

3.5.6.5 Arguloy

Mit der Bezeichnung Arguloy werden eine Reihe verschiedener Beschichtungen aus Hartlegierungen

Abb. 3-49. Ubergang der gespritzten und eingeschmolzenen Schicht zum Grundwerkstoff (V = 500:1).

1 26

Firnktion.si,riri~ii~ien urid hesoridere Merkmale

Abb. 3-50. Hartemessung am Querschnitt einer Arguloy-Schicht (V = 500: I ). prufkorpers in den Bereichen Hartauftragung, Diffusionszone und Grundwerkstoff. Je kleiner der Eindruck ist, desto harter ist der Werkstoff. Man erkennt die gleichbleibende Harte der ArguloySchicht bis in die Diffusionszone hinein. Arguloy-Schichten besitzen bei Raumtemperatur eine Mindestharte von etwa 60 HRC. Von aus-

schlaggebender Bedeutung fur den Einsatz bei hohen Temperaturen ist jedoch die hervorragende Warmharte der Arguloy-Typen. Wie Abb. 3-5 1 zeigt, tritt erst oberhalb von etwa 600"C ein deutlicher Abfall der Harte auf. Damit behalten ArguloySchichten ihre sehr gute Bestandigkeit gegen abrasiven Verschleilj auch bei hohen Temperaturen. Die in diesem Beispiel gewahlten Arguloy-Reibpaarungen sind dariiber hinaus ausgesprochen resistent gegeniiber adhasivem VerschleiB. Wegen ihres sehr hohen Gehaltes an Nickel bzw. Kobalt und Elementen wie Chrom und Wolfram sind Arguloy-Hartlegierungen weitgehend korrosionsfest. Die Wahlmoglichkeit zwischen Hartschichten auf Nickel- oder Kobaltbasis ermoglicht eine besonders gute Abstimmung auf die Betriebsbedingungen. Als Beschichtungswerkstoff fur metallische Dichtungen eignet sich Arguloy in den folgenden Fallen: - Arguloy kann bei Dauereinsatztemperaturen bis 550 "C verwendet werden, es ist dariiber

hinaus in Verbindung mit Spezialwerkstoffen fur die Gehause auch bei noch hoheren Temperaturen geeignet.

HRC

60

50 Arguloy 4 40

Arguloy 3 Arguloy 2 Arguioy 1

30

20

10

I

1

160

260

360

4b0

5b0

600

Abb. 3-51. Warmharte verschiedener Arguloy-Ty pen.

700

800

900

r

1000

+

"c

Das Kugelventil

- Arguloy eignet sich wegen seiner exzellenten Haftung auf dem Grundwerkstoff und der hohen Warmhme bei grol3ter VerschleiSbeanspruchung des Dichtsystems wie z. B. bei hochfeststoffhaltigen Medien. - Arguloy kann auch in den Fallen verwendet werden, in denen die VerschleiBbeanspruchung durch zusatzliche Korrosionsbelastung verscharft wird.

3.5.6.6 Reibschichten In besonderen Einsatzfallen werden metallische Dichtungen zusatzlich mit Reibschichten versehen. Die durch ein Spezialverfahren aufgebrachten auBerst harten Schichten erhohen nochmals die Bestandigkeit gegen Abrasion und Erosion. Aufgrund

Abb. 3-52. Gefahrdung von teilgeoffneten Kugelventilen a) Gefahrdung durch Erosion.

b) Deformierung von Dichtelementen.

127

ihres metallkeramischen Charakters treten keinerlei KaltverschweiBungen auf. Diese Art von Reibschichten kommt dariiber hinaus besonders der Forderung nach geringen Betatigungsmomenten des Ventiles entgegen, weil sie geringere Reibungskoeffizienten besitzen und eine deutliche Verbesserung der Oberflachengute mit sich bringen.

3.5.7 Kugelventilsystem fur Regelzwecke Das Kugelventil als Regelorgan - eine technische Losung? Im ersten Moment wird der Praktiker diese Frage verneinen, denn urspriinglich ist das Kugelventil als reine Absperrkomponente auf den Markt

1 28

Funktiotisprinzipien und hesondere Merkmale

gebracht worden. Aufgrund der Vorteile der Basiskonstruktion, wie z. B. glatter Durchgang, hat das Kugelventil fur diese Anwendung seine heutige Marktbedeutung und den weltweit weiter wachsenden Marktanteil erreicht. Der Einsatz des Kugelventiles als Stellglied ist wegen der herkommlichen Weichdichtungselemente naturgemao stark begrenzt, da bei Teiloffnung eines Kugelventiles gerade diese empfindlichen Bestandteile ungeschutzt im engsten kritischen Querschnitt liegen und somit einer starken Erosion durch die dort entstehenden Mediumsgeschwindigkeiten unterliegen (Abb. 3-52a). Diese Erosionsgefahr wird bei feststoffhaltigen Medien durch Abrasionsvorgange noch wesentlich vergroI3et-t. Ein so eingesetztes Standardventil verliert seine Dichtheit in geschlossener Stellung und wird schnell unbrauchbar. Ebenso konnen Weichdichtwerkstoffe durch hohe Druckdifferenzen und/

,

/

/

/

// 1

0

25

50

75

oder Stromungsgeschwindigkeiten und Krafteinwirkungen deformiert werden, was ebenfalls zwangsIaufig die Dichtfunktion stark beeintrachtigt (Abb. 3-52b). Fur den modernen Kugelventilhersteller gibt es jedoch seit einigen Jahren Mittel und Wege, diese beschriebenen Schwierigkeiten durch besondere Konstruktionen in den Griff zu bekommen, so daf.3 dem Kugelventil ein neues Anwendungsfeld als Stellgerat in Regelkreisen eroffnet wurde. Insbesondere in Nennweitenbereichen, in denen die klassischen Regelstellglieder unwirtschaftlich sind, kann das Kugelventil eine Losung bieten. Durch konstruktive, werkstoffliche und stromungstechnische Anpassungen und Modifikationen konnen durchaus akzeptable Kennlinien erreicht werden (siehe Abb. 3-53).

Kugelhahn NW 100

0 O!O

Abb. 3-53.Regelcharakteristik eines Kugelhahnes, NW 100 (gleichprozentig).

Das Kugelventil

129

3.5.8 Kugelventil-Kupplungen

mit Vollstromdurchgang Eine praktische Losung in vielen Bereichen bietet die Kugelventil-Kupplung. Sie hat einen geradlinigen, im Querschnitt runden Durchgang. Sie eignet sich deshalb bevorzugt fur grokre Stromungsgeschwindigkeiten und dann, wenn es auf geringsten DurchfluSwiderstand ankommt, da das Medium wie in einem glatten Rohr gefuhrt wird. KugelventilKupplungen bestehen im Prinzip aus zwei Kugelventilen, die durch das Ineinandergreifen der Kugeln so dicht zusammengekuppelt werden, daB Lufteinschlul3 fast volllig vermieden wird und beim Trennen der Kupplungen kaum Medium verlorengeht. Beim SchlieSen einer Kupplungshalfte dient diese gleichzeitig als Absperrorgan. Zum Kuppeln wird die am Schlauch befindliche Kupplungs-Loshalfte in die Gelenkachse der flanschversehenen Kupplungs-Festhalfte eingehangt. Durch Hochschwenken kuppeln sich die beiden Halften selbsthdig; beim Drehen der Kugeln in Durchgangsstellung mit Hilfe eines aufsteckbaren Ringschlussels werden die Kupplungshaken verriegelt. Zum Entkuppeln lassen sich die Vorghge nur in umgekehrter Reihenfolge ausfuhren, so daS ein Trennen der Kupplung nur bei geschlossenem Durchgang moglich ist.

Abb. 3-54. Kugelventil-Kupplung.

Zum Kuppeln gefiillter Schlauchleitungen eines Vollschlauchsystems kann die Kupplung auf beiden Seiten mit Schlauchanschlussen versehen werden. Zu verwenden sind solche Kupplungen je nach Werkstoff fur Kraftstoffe, Schmieroie, Hydraulikole, Gas, Flussigkeiten, Heizole (fur Heizol S Dichtungen aus PTFE), Luft bedingt auch fur Wasser und Dampf. Der Temperaturbereich liegt j e nach Dichtwerkstoff zwischen minus 20 O C und plus 200 "C. An der Trennstelle ist nur ein elastischer Dichtungswerkstoff moglich. Der Nenndruck kann der Tabelle auf Tafel 3-8 entnommen werden.

Tafel 3-8. FlanschanschluSmaBe nach DIN 2635.

DN mm

PN bar

D

11

h2

h3

d

I2

rl

SW 6-kt.

50

40

165

225

85

69

M 65x2

107,5

300

30

80150

40

200

245

85

69

M 100x2

122,5

300

30

Abmessungen in m m

1 30

Funktionsprirl~ipienund besoridere Merkiiicrle

Kugelventil in Kunststoffausfiihrung, DN 25

Abb. 3-55. Kugelventil in Kunststoffausfiihrung, DN 25.

Kugelventil in Kunststoffausfiihrung DN 15-50

Abb. 3-56. Kugelventil in Kunststoffausfuhrung, DN 15 - S O . 312-Wege Ausfuhrung, Werkstoff PVC.

Das Kugelventil

131

Abb. 3-57. Kugelventil in Metallausfuhrung, DN 15 PN 10 - 250.

- 50,

Kugelventil in Metallausfiihrung,

DN 15 - 50, PN 10 - 250 (Abb. 3-57) 1 Schaltwelle mit Zweiflach Der Zweiflach gestattet die Anbringung des Ventilschlussels nur in der Richtung der Kugelbohrung. Dadurch wird der Ventilgriff zur eindeutigen auBeren Anzeige der Offen- oder Geschlossen-Stellung des Kugelkukens. Anbaumoglichkeit fur alle handelsublichen Stellantriebe unter Venvendung einer AnschluDplatte DINAS0 52 1 1.

tungsverschleia und ein BuBerst niedriges Drehmoment. 5 Fire-safe-Dichtkante Nach dem Ausbrennen der Weichdichtungen wirken metallische Dichtflachen und sorgen fur ,,firesafe-Dichtheit" nach BS 6755.

6 Kompaktdichtungen Dichtungen aus PTFE und POM dichten im Unter- und Hochdruckbereich zuverlassig ab.

2 Doppeldichtsystem an der Schaltwelle Ein Auswechseln der Dichtung ist moglich, ohne den Hahn aus der Leitung zu entfernen. Kunststoffbuchsen sorgen fur eine optimale Lagerung und verhindern ein Festfressen der Schaltwelle. Durch Verwendung von CELASTIC-Dichtungen ,,fire safe" nach BS 6755.

3 Anti-blow-out-Schaltwelle Durch einen Bund stutzt sich die Schaltwelle am Gehause ab und kann somit nicht herausgeprel3t werden.

7 Einschraubstutzen Ermoglichen die Montage und Demontage von Kugel, Kugeldichtungen und Schaltwelle.

8 Doppeldichtsystem am Ei nschraubstu tzen Die 0-Ringdichtung vor dem Gewinde stellt einen zusatzlichen Schutz gegen das Eindringen des Mediums ins Gewinde dar und verhindert gleichzeitig die Korrosionsbildung. Am Stutzenbund ist eine Celastic-Dichtung angeordnet. 9 Antistatic

4 Kugelobefflache Die Bearbeitung einer Kugelobefflache mit einer Rauhtiefe von 1 pm gewahrleistet geringen Dich-

Eine zwischen Anschlagscheibe und Gehause angebrachte Druckfeder sorgt fur die Ableitung von elektrostatischen Aufladungen.

1 32

Funktioiisprin;i[~ienirnd besondere Merkmde

Abb. 3-58. Kugelventil in Metallausfiihrung, DN 65 - 400,PN 10 - 100.

Kugelventil in Metallausfiihrung, DN 65 PN 10 - 100 (Abb. 3-58)

-

400,

1 Schaltwelle mit Zweiflach Der Zweiflach gestattet die Anbringung des Ventilschlussels nur in der Richtung der Kugelbohrung. Dadurch wird der Ventilgriff zur eindeutigen auBeren Anzeige der Offen- oder Geschlossen-Stellung des Kugelkukens. Anbaumoglichkeit fur alle handelsublichen Stellantriebe unter Verwendung einer AnschluBplatte DIN/ISO 52 1 1. 2 Doppeldichtsystem an der Schaltwelle mit Federunterstutzung Ein Auswechseln der Dichtungen ist moglich, ohne das Ventil aus der Leitung zu entfernen. Kunststoffbuchsen sorgen fur eine optimale Lagerung und verhindern ein Festfressen der Schaltwelle. Durch Verwendung von CELASTIC-Dichtungen ,,fire safe" nach BS 6755. 3 Anti-blow-out-Schaltwelle Durch einen Bund stiitzt sich die Schaltwelle am Gehause ab und kann somit nicht herausgepreBt werden.

4 Antistatic nach BS 5351

Elektrostatische Aufladungen werden durch eine Feder zwischen Schaltwelle und Kugel uber den Kontakt rnit dem Gehause abgeleitet. 5 Fire-safe-Dichtkante

Nach dem Ausbrennen der Weichdichtungen ubernehmen metallische Ringkanten die Notabdichtung und sorgen fur ,,fire safe-Dichtheit" nach BS 6755.

6 Kugel und Lagerung Geringes Drehmoment und minimaler Dichtungsverschleil3 durch eine Kugeloberflachen-Rauhtiefe von max. I pm und Lagerung der Kugelzapfen in PTFE-Buchsen. 7 Dichtsystem an der Kugel Gleichbleibende Dichtheit im ganzen Druckbereich. Kein Druckaufbau im Gehause durch weichdichtende Ringkolben mit Niro-Stutzring und Tellerfeder.

8 Durchgang auch reduziert existent.

Das Kugelventil

133

Kugelventil in Metallausfuhrung, DN 50, PN 63 - 250

Abb. 3-59. Kugelventil in Metallausfuhrung, DN 50, PN 63 - 250.

1 Schaltwelle mit Zweiflach

4 Fire-safe-Dichtkante

Der Zweiflach gestattet die Anbringung des Ventilschliissels nur in der Richtung der Kugelbohrung. Dadurch wird der Ventilgriff zur eindeutigen a u k ren Anzeige der Offen- oder Geschlossen-Stellung des Kugelkukens. Anbaumoglichkeit fur alle handelsublichen Stellantriebe unter Verwendung einer AnschluBplatte DINAS0 52 1 1.

Nach dem Ausbrennen der Weichdichtungen iibernehmen metallische Ringkanten die Notabdichtung und sorgen fur ,,fire safe-Dichtheit" nach BS 6755. 5 Antistatic nach BS 5351 Elektrostatische Aufladungen werden durch eine Feder zwischen Schaltwelle und Kugel uber den Kontakt mit dem Gehause abgeleitet.

2 Anti-blow-out-Schaltwelle Durch einen Bund stutzt sich die Schaltwelle am Gehause ab und kann somit nicht herausgepreat werden.

3 Doppeldichtsystem an der Schaltwelle Ein Auswechseln der Dichtungen ist moglich, ohne das Ventil aus der Leitung zu entfernen. Kunststoffbuchsen sorgen fur eine optimale Lagerung und verhindern ein Festfressen der Schaltwelle. Durch Verwendung von CELASTIC-Dichtungen ,,fire safe" nach BS 6755.

6 Kugel und Lagerung Geringes Drehmoment und minimaler Dichtungsverschleil3 durch eine Kugeloberflachen-Rauhtiefe von max. 1 pm und Lagerung der Kugelzapfen in PTFE-Buchsen.

7 Dichtsystem an der Kugel Gleichbleibende Dichtheit im ganzen Druckbereich. Kein Druckaufbau im Gehause durch weichdichtende Ringkolben mit Niro-Stutzring und Tellerfeder.

8 Durchgang auch reduziert lieferbar.

1 34

Fitnktionspriri,7il,irn uric! hesoritlere Merkrmle

Metallisch dichtendes Kugelventil in Metallausfuhrung, DN 15 - 400, PN 16 bis zu 250.

Abb. 3-60. Metallisch dichtendes Kugelventil in Metallausfiihrung, DN 15 - 400,PN I6 bis zu 250.

Metallische Dichtungen fur abrasive Medien, bei Temperaturen -200 "C bis +500 "C zur Stromungsregelung

Der Einsatz von Kugelventilen war bisher wegen der weichen, aus Kunststoff hergestellten Dichtringe beschrankt auf gasformige und flussige Medien, diese sollten moglichst wenig Feststoffe enthalten. Temperaturen von +200 "C konnten nicht uberschri tten werden. Nur ein reiner Auf/Zu-Betrieb ohne Zwischenstellung war moglich. Fortschritte in der Werkstofftechnologie und in der Fertigung machen es heute moglich, metallische Dichtringe von hochster Giite und Prizision einzusetzen. Dadurch konnen Kugelventile auch in abrasiven, feststoffhaltigen Stromungen, bei hohen und tiefen Temperaturen und gleichzeitig zur Stromungsregelung eingesetzt werden, zum Beispiel bei Kohleschlamm, Erzschlamm, Dampf- und Hochtemperaturanlagen.

Hochdruck-Gehause bestehen aus Kohlenstoffstahl oder rost- und saurebestandigem Stahl, die Kugel aus C-Stahl oder aus rost- und saurebestandigem Stahl, hartstoffbeschichtet. Dichtheit wird durch druckunterstiitzte und wartungsarme Dichtsysteme erreicht. Gleichbleibende Dichtheit im ganzen Druckbereich. Kein Druckaufbau im Gehause durch gefederte Ringkolben (FK, HK) bzw. ,,schwimmende" Kugel (FK DN 15 - 50). Geringer VerschleiS durch neuartige PrazisionsKugelherstellung und modernste Beschichtungsverfahren fur Hartstoffe. Leichte Betatigung ist moglich wegen geringer erforderlicher Anpreflkrafte fur Gas- und Fliissigkeitsdichtheit und niedrigster Rauhtiefe der Kugeloberflache in Verbindung mit einer Lagerung der Kugel bei groSeren Nennweiten und hohen Betriebsdrucken. Verwendbar je nach Werkstoff fur abrasive technisch-chemische Medien, zur Stromungsregelung, auch bei hohen Temperaturen.

Das Kugelventil

Kugelventil fur Granulatfiirderung

135

Kugelventil in Metallausfiihrung mit Sekundar-Dichtsystern.

Ein Kugelventil zur Forderung von Granulaten zeigt Abb. 3-61, in Abb. 3-62 ist ein Kugelventil mit einer Ausblaseeinrichtung abgebildet.

Abb. 3-63. Kugelventil in Metallausfuhrung rnit Sekundar-Dichtsystem.

Abb. 3-61. Kugelventil fur Granulatforderung.

Abb. 3-62. Kugelventil mit Ausblaseeinrichtung, z. B. fur Ferngasleitungen.

1 AnschluBnippel rnit Ruckschlagventil fur die Dichtmittelpresse. 2 Ringdichtung an der Kugel (ein- und ausgangsseitig) rnit Bohrungen und einer Nut zur Verteilung des Dichtmittels. 3 Die Tellerfeder sorgt fur den AnpreSdruck der Ringdichtung auch im drucklosen Zustand. 4 O-Ring zwischen Ringdichtung und Gehause. 5 Metallischer Stiitzring zum Stabilisieren der Weichdichtung. 6 O-Ring zur Abdichtung des Stiitzringes gegen das Gehause.

Das Sekundar-Dichtsystem bietet ein HochstmaB an Betriebssicherheit: Selbst bei extremsten Einsatzbedingungen, wenn beispielsweise Fremdkorper im Medium die Dichtungen des Kugelventils beschadigt haben, besteht die Moglichkeit, durch Einpressen von plastischem Dichtmittel die einwandfreie Absperrwirkung des Ventils wieder herzustellen, und zwar wahrend des Betriebes, ohne Ausbau oder Offnen des Kugelventils. Mit einer handlichen Presse wird das Dichtmittel uber einen mit einem Riickschlagventil versehenen Anschluhippel in das System eingepreBt. Ringnuten sorgen fur eine gleichmaBige Verteilung im Kugeldichtungsbereich und damit fur eine optimale Abdichtung.

136 Funktionsprinzipien und hesondere Merkmale

3.5.9 Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele Hoch- und Tieftemperaturauslegungfur Gaswascheanlagen fur eine Nordseeplattform: Kugelventil mit metallischem Dichtsystem. Anfang der 90er Jahre nahrn die Plattforrn Fulrnar ihre Produktion auf. Sie war ursprunglich fur die reine Olproduktion ausgelegt, so daCj der uberwiegende Teil der gleichzeitig geforderten NGL (Natural-Gas-Liquids) in die Olformation riickinjiziert wurden. Dadurch sollte einerseits der Druck in der Formation und darnit die rnogliche Olausbeute erhoht werden, zurn anderen konnte man diese nicht benotigten Kohlenwasserstoffe fur die Zukunft zwischenlagern. Bald nach Aufnahrne der Produktion wurde jedoch erkannt, daB der Gasanteil im Fordergut bei dieser Lagerstatte unterschatzt worden war. Somit muRten weitere Anlagen im offshore- und onshoreBereich geschaffen werden, urn die hohe Gasproduktion entsprechend weiter zu verarbeiten. Deshalb wurden neue Gaswascheanlagen auf der FulrnarPlattforrn errichtet, die unter anderern auch an die verwendeten Kugelventile hochste Forderungen stellten. Der Betrieb und eine entsprechende Storfallbetrachtung des Produktionsablaufes verlangten eine sichere Handhabung von NGL, auch bei Extrernternperaturen von minus 90 "C bis plus 365 "C. Mit diesern Temperaturbereich waren Konstrukteure der Kugelventile, aber auch Werkstoffspezialisten gefordert, denn mit den herkornrnlichen Bauwerkstoffen fur Gehause, Welle und Kugel sowie Kugel- und Wellendichtungen und statische Nebendichtungen konnte nicht rnehr gearbeitet werden. Grundsitzlich rnuBte auch die zentrale Frage nach den Kugeldichtwerkstoffen beantwortet werden. Der Einsatz von Weichstoffhilfsdichtungen irn Bereich der rnetallischen Kugeldichtflachen konnte keine Losung fur diese Anforderungen darstellen, deshalb wurde einem vollig metallisch dichtenden System der Vorzug gegeben. Man hat sich bei dieser GasWasche-Anlage fur ein sogenanntes SplitbodyFlanschkugelventil entschieden. Uber einhundert solcher Kugelventile wurden in den Nennweiten

zwischen DN 15 rnm bis DN 300 rnrn eingebaut, wobei ab DN 150 rnrn entsprechende Handschaltgetriebe vorgesehen wurden. Fur kleinere Nennweiten wurden schwimmende Kugeln ausgewahlt, wahrend die grol3eren Ventile rnit gelagerten Kugeln versehen wurden. Abb. 3-64 zeigt ein beispielhaftes Kugelven

-

Abb. 3-64. Kugelventil fur eine Gaswascheanlage. Die sorgfaltige Werkstoffauswahl fuhrte zu folgender Auslegung: Gehause: Tieftemperatur-Stahl Kugel: Inconel mit Arguloy beschichtet Kugeldichtungen: Tieftemperatur-Stahl Arguloy beschichtet Schaltwel le : Inconel Schaltwellen- und andere Nebendichtungen: Celastic

Das Kugelventil

Flaschenventil und Kontrolleinheit

137

isolierte

Flussiger Stickstoff

isolierter Tank

I temperaturisoliertes Gehause

a

Abb. 3-65. Funktionstest fur ein Kugelventil einer Gaswascheanlage. a Priifstand fur Spezialventile der Fa. ARGUS. b Test im Tieftemperaturbereich. Neben den bei solchen Projekten obligatorischen Qualitatssicherungsmahahmen mit den entsprechenden Priifungen sowie der dazugehorigen Dokumentation wurde eine reprasentative Zahl von Ventilen in Gegenwart der Anwender einem Tieftemperatur-Funktionstest bei minus 95 "C unterzogen. Die erfolgreichen Priifungen fanden auf einem Sonderpriifstand der Fa. ARGUS statt, der in Abb. 3-65 schematisch dargestellt ist. Bei der Vorbereitung und der Durchfiihrung der Tests mufiten besondere Schwierigkeiten iiberwunden werden. Die Sicherstellung einer konstanten Priiftemperatur an allen Ventilstellen mit Hilfe eines Fliissigstickstoffbades, die Isolation des Vakuumtestbehalters, sowie die Messung der geforderten Leckratewerte (HeliundStickstoffgemisch mit 1 % Heliumanteil) und Drehmomentaufnahmen unter verschiedenen Druckzustanden verlangten erhebliche technische Anstrengungen. Bei diesem Testver-

fahren wurden bei minus 95 "C folgende Leckraten nachgewiesen: - Aul3ere (statische) Dichtungen: 0,027 Ncm3/ min. - Kugeldichtungen: 60,OO Ncm3/min je cm Nominalnennweite bei einer Umgebungstemperatur von minus 95 OC, 12 Ncm3/min j e cm3 bei DN 250 20 Ncm3/min je cm3 ab DN 300.

Einsatzfall Hochdruck-Kohle- und Koksschleusen in der hydrierenden Kohlevergasung: Metallisch dichtende Kugelventile. Seit Mitte der 70er Jahre betreiben die Rheinischen Braunkohlenwerke AG Versuchsanlagen zur Erforschung der hydrierenden Kohlevergasung. Neben der verfahrenstechnischen Entwicklung wurden

1 38

Firnktionsl,riri,7ipieriund hesondere Merkmale Methan

CO NI

saure Gase

Tieftemperaturfraktionierer

H:

Warrneausauschei

Staubschleuse

I

Iv

Kondensat

Abb. 3-66. Schematische Darstellung einer Anlage zur Kohlevergasung. auch Anlagenkomponenten, wie die zum Einsatz gekommenen Kugelventile, unter realistischen Bedingungen langfristig untersucht. Die vorgetrocknete Einsatzkohle (Komung bis ca. 4 mm) wird vor dem eigentlichen ProzeB iiber den Kohlebunker und eine weitere Trocknungsstelle in den Wagebunker verfrachtet. Uber die Kohleeintrittsschleusen wird jeweils die benotigte Menge in den Hochdruckreaktor (bis 120 bar) dosiert, wo mit Wasserstoff unter Druck die Hydrierung des Kohlestaubes stattfindet. Das Rohgas wird weitgehend durch Zyklonabscheider von staubformigen Feststoffen gereinigt und gelangt weiter iiber Warmetauscher, die unter anderem der Warmeriickgewinnung dienen, in die nachgeschalteten ProzeBanlagen. Der abgeschiedene Staub wird iiber eine Entspannungsschleuse aus dem Reaktor dem ebenfalls anfallenden Restkoks beigemischt und uber einen Austragswagebunker und Lagerbunker zum Abtransport bereitgestellt. Die hochbeanspruchten Abschlufiventile der Kohlen-Restkoks- und Staubschleusen, in denen die ent-

sprechenden Forderguter be- bzw. entspannt werden, sind wie folgt beaufschlagt bzw. ausgelegt:

Ein- und Austritt in die Kohleschleusen - DN 300 - Druckklasse ANSI 1500 - Max. Arbeitsdruck 120 bar - Max. Temperatur 200 "C - Schaltung unter Druck, jedoch ohne Differenzdruck, aber beaufschlagt mit Schuttgut bzw. Staub. Ein- und Austritt in die Koksschleuse, Ein- und Austritt in die Staubschleuse - DN 250 - Druckklasse ANSI 1500 - Max. Arbeitsdruck 120 bar - Max. Temperatur 350 "C - Schaltung unter Druck, jedoch ohne Differenzdruck mit Schuttgut bzw. Staub beaufschlagt.

Das Sitzventil

Die Ventile entsprechen im Grunde einer Splitbody-Konstruktion rnit schwimmender Kugel. Hervorzuheben sind wieder konstruktive MaBnahmen im Kugelventilinnern, die von der besonderen Betriebsart herriihren. Abb. 3-67 zeigt eine Eintritt-Kohleschleuse. Die DurchfluBrichtung bei geoffnetem Ventil ist von oben (Fest-Ringkolben) nach unten (gefederter Ringkolben). Die Druckrichtung bei geschlossenem Ventil ist entgegengesetzt, die Kugel wird nach oben gegen den Fest-Ringkolben gedriickt. Die Feder hinter dem Ringkolben auf der Abstromseite muB jedoch so dimensioniert sein, daB sie bei geringen Differenzdriicken das Eigengewicht und eventuell auftretende, weiter nach unten gerichtete Druck- und Stromungskrafte so weit uberwinden kann, daB der Kontakt der Kugel mit dem Ringkolben an der Eintrittsseite nie verloren geht. Dieser standige Kontakt verhindert ein Eindringen von Feststoffen in die Dichtflachen. Demzufolge werden die Ventile ungeachtet der Stromungsrichtung immer rnit der befederten Dichtung entgegen der Druckrichtung eingesetzt, was beim Einsatz als Eintritts- oder AustrittsabschluB der einzelnen Schleusen vor oder nach dem Reaktorteil zu beachten ist. In diesem Zusammenhang wurden auch positive Erfahrungen mit gelagerten Kugeln erzielt. Gut bewahrt hat sich die Anordnung von offenen Federraumen mit Tellerfedern, was einem Brikettieren von Staub in engen Spalten weit-

139

gehend entgegenwirkt und einen Selbstreinigungseffekt bewirkt. Im tatsachlichen Praxisbetrieb treten groBe Unterschiede in der Beanspruchung der Ventile beim SchlieBen bzw. Offnen auf. Der rauheste Betriebsfall ist am Ventil des Koksschleuseneintritts zu finden. Es wird unter einer stehenden Kokssaule geoffnet und bei flieBendem Koksstrom geschlossen! Der letztere Fall stellt die hochsten Anspruche an die Robustheit der Ventilkonstruktion und an die Werkstoffoberflache der Dichtflachen und -kanten. Als Werkstoffe fur die Kugeldichtungen wurde nach langer Erprobung die letztendlich kostengunstige Paarung aus reinen Nikadur-beschichteten Stahlkugeln und einem Ringkolben aus gehartetem Einsatzstahl gewahlt, die die positiven Betriebsergebnisse sicherstellt.

3.6 Das Sitzventil Wohl kein Funktionsprinzip weist so viele unterschiedliche Konstruktionsmerkmale auf, wie das Sitzventil. Wegen der verschiedenen Kombinationsmoglichkeiten und Variationen von Werkstoffen, Abdichtungsarten und Antrieben sind die Eigenschaften so unterschiedlich, daB pauschale Aussagen uber Sitzventile nicht getroffen werden konnen. Prinzipiell sind jedoch alle Sitzventile fur hohe Schaltwechsel und saubere Medien geeignet. Unabhangig von ihrer Werkstoffbeschaffenheit werden Sitzventile in zwei Hauptgruppen unterteilt, von denen sich weitere Varianten ableiten: - Tellersitzventile - Membransitzventile

Tellersitzventil, kunhubig, elektromagnetisch betiitigt in Kunststoffausfuhrung (W2-Wege und 3/2-Wege) (Abb. 3-68).

Abb. 3-67. Kugelventil als Kohleschleuse.

Diese Produktlinie ist insbesondere zum Dosieren durch Antakten geeignet. Insbesondere in Wageeinrichtungen, Dosieranlagen, Mischeinrichtungen und

1 40

Firnktiotisprin~ipienwid besondere Merkmcile

Tafel 3-9. Unterscheidungsmerkmale der Sitzventile.

I

Sitzventil-Prinzip

I

Tellersitzventil

Membransitzventil

(meist direkt gesteuert)

(meist hilfsgesteuert oder zwangsgesteuert)

(Nur fur saubere, partikelfreie Medien)

(Nur fur saubere, partikelfreie Medien)

I

I

Langhubig (meist hand-, fremdoder motorgesteuert)

Kurzhubig (meist magnetgesteuert)

(Gut fur Regelzwecke geeignet)

(Zum Dosieren geeignet)

Kurzhubig (meist magnetgesteuert) (Bedingt zum Dosieren geeignet)

v 0 L Metallausfuhrung (Fur hohe Betriebsdrucke u. -temperaturen)

Kunststoff-

Metall-

Kunststoff-

fuhrung

fuhrung

stoffaus-

Glasfuhrung

Standardausfuhrung Nadelsitzausfuhrung Regel kegelausfuhrung Regelglockenausfuhrung

nicht zuletzt in galvanischen Anlagen werden diese Ventile eingesetzt. Sie spielen in der modernen Ventilgeschichte eine ganz besondere Rolle. Als erste Ventile uberhaupt sind sie aus Kunststoff gefertigt worden. 1964 war die Geburtsstunde von Kunststoff-Ventilen fur die ProzeBtechnik. Das GEMUVentil Typ 200 war ein Tellersitzventil in Kunststoffausfuhrung, direktgesteuert und elektromagnetisch. Sein Erfinder, Fritz Muller, legte damit den Grundstein fur die ErschlieBung vieler neuer Anwendungsgebiete.

Tellersitzventil, langhubig, fremdmediengesteuert in Metallausfuhrung (2/2-Wege und 3/2Wege) (Abb. 3-69) Abb. 3-68. Kurzhubige Tellersitzventile in Kunststoffausfuhrung, elektromagnetisch gesteuert.

Diese Tellersitzventile sind fur hohere Betriebsdrucke, -temperaturen, sowie insbesondere zum Re-

Das Sitzventil

141

geln sehr gut geeignet. Durch die Modifikation durch die Regelkegel konnen beste Kennlinien erzielt werden. Die fremdmediengesteuerten Antriebe sind in diesem Fall rnit elektropneumatischen Stellungsreglern ausgestattet. Aber auch fur reine Auf-Zu-Funktionen sind diese Ventile sehr gut geeignet, es zeichnet sie besonders die hohe Schaltbarkeit aus.

Ausfuhrung 212-Wege- Ausfiihrung 312-Wege- Ausfuhrung Medien: sauber, neutral, aggressiv, flussig, gasformig (je nach Ausfuhrung) DurchfluJrichtung: Sie mu0 stets beachtet werden, denn entsprechend der DurchfluBrichtung wirken die aus Druck mal druckbeaufschlagter Flache resultierenden Krafte. Die falsche DurchfluBrichtung fuhrt dazu, daB das Ventil entweder nicht schlieRt oder nicht offnet.

Abb. 3-69. Langhubige Tellersitzventile in Metallausfuhrung, fremdmediengesteuert.

Generell gilt fur Sitzventile nach dem TellersitzPrinzip die Faustregel:

Grundsatzlich miissen die Angaben der Ventilhersteller unbedingt beachtet werden.

Fliissige Medien: DurchfluBrichtung gegen den Teller.

Arbeitsweise Man unterscheidet grundsatzlich zwei verschiedene Arten von Sitzventilen (Abb. 3-70):

Auf diese Weise sol1 verhindert werden, dalj Wasserschlage entstehen und sich negativ auswirken. Wegen ihrer Komprimierbarkeit ist bei gas- bzw. dampfformigen Medien die DurchfluRrichtung nicht von so groRer Bedeutung. Entsprechend unterschiedlicher Flachen innerhalb von fremdmediengesteuerten Antrieben kann es allerdings auch vorkommen, da13 abweichend von der Faustregel (gegen den Teller) auch bei flussigen Medien das Ventil rnit dem Teller geschlossen werden mu8. Hilfs- bzw. zwangsgesteuerte Sitzventile nach dem Teller- oder Membransitz-Prinzip werden, im Gegensatz zu dieser Sitzventilart, beidseitig druckbeaufschlagt, jedoch nicht innerhalb des Sitzbereiches. Das heiSt, daB der Teller bzw. die Membrane, wegen der fur ein einwandfreies Funktionieren des Ventiles notwendigen Krafte-Flachensituation, immer in DurchfluBrichtung gegen den Sitz geprel3t wird, also genau umgekehrt wie beim direktgesteuerten Tellersitz-Prinzip.

- TellersitzventiVdirektgesteuert oder rnit Zwangsanhebung

- Mernbransitzventilhilfsgesteuert oder rnit Zwangsanhebung

Membransitzventile Bei dieser Sitzventilvariante wird eine Membrane zum Offnen oder SchlieSen auf der jeweiligen Seite mit dem Betriebsdruck beaufschlagt. Sie steuert einerseits die Funktion und andererseits dichtet sie am Ventilsitz ab. Der Antrieb erfolgt indirekt und ist teilweise vom Betriebsmedium getrennt. Generell erfolgt der Antrieb von Membransitzventilen mit Elektromagneten und ist somit kurzhubig.

1 42

Firtiktionspriti~ipiettirnd hesoriderr Mrrkrnale

Abb. 3-70. Sitzventile. a Direktgesteuertes Tellersitzventil. b hilfsgesteuertes Membransitzventil.

Tellersitzventile Bei der Tellersitz-Variante wird ein Teller mittels einer Spindel auf einen Dichtsitz im Ventilkorper gedriickt. Der Antrieb ist vollkommen von mediumsbeaufschlagten Teilen getrennt. Die Gruppe der Tellersitzventile wird in zwei Untergruppen unterteilt: - kurzhubige Ausfiihrung - langhubige Ausfuhrung.

Die kurzhubige Ausfiihrung liegt bei Verwendung eines elektromagnetischen Antriebes vor. Sie ist zum Regeln ungeeignet, kann allerdings hervorragend zum Dosieren verwendet werden. Die langhubige Ausfiihrung ist meist fremdgesteuert und in Metallausfiihrung besonders fur hohe Betriebsdriicke und Betriebstemperaturen geeignet. AuBerdem kann die hervorragende Charakteristik der langhubigen Tellersitzventilausfuhrung ideal zum Regeln genutzt werden. Durch den Einsatz von Regelkegeln kann die Regelcharakteristik weiter optimiert werden. Bei kurzhubigen Ausfiihrungen erfolgt die Druckbeaufschlagung stets mit dem Teller.

Vorteilhafte Eigenschaften - Gute Dichtheit durch Kontakt ohne Reibung (die Krafte wirken entlang einer Achse stets mit- oder gegeneinander). - Die kurzhubige Tellersitzventilausfiihrung

-

-

(elektromagnetisch) ist zum Dosieren (Antakten) geeignet. Die langhubige Tellersitzventilausfiihrung (fremdgesteuert) ist zum Regeln gut geeignet, in Metallausfiihrung auch bei hohen Temperaturen und Driicken. Sitzventile sind insbesondere zum Steuern und Regeln von Gasen und fur hohe Schaltwechsel geeignet.

Nachteilige Eigenschaften - Nicht totraumfrei - Langhubige Ausfuhrungen sind relativ gro8. - Die DurchfluBrichtung ist immer vorgegeben. - Wasserschlage sind bei flussigen Medien moglich. - Relativ hoher Druckverlust aufgrund der grorjen Umlenkung innerhalb des Ventilkorpers. Nennweiten DN in mm Der Nennweitenbereich erstreckt sich zwischen 0,5 und 150 mm (entsprechend der Ausfiihrung). Membransitzventile sind in Metall- und Kunststoffausfuhrung bis DN 50 mm erhaltlich, Tellersitzventile in Kunststoffausfiihrung, elektromagnetisch, zwischen DN 0,5 und 50 mm, Tellersitzventile, fremdgesteuert in Metallausfiihrung in DN 4 bis 150 mm.

Das Sitzventil

Betriebsdrucke in bar Zwischen annahernd 0 bis 300 bar, meist aber bis 40 bar beim Tellersitzventil; Metallausfuhrung, fremdgesteuert. Bei allen anderen Varianten entsprechend der technischen Angaben. Sie sind meist nur bis maximal 10 bar einsetzbar. Betriebstemperatur in "C Je nach Ausfuhrung minus 275 "C bis plus 400 "C,meist aber minus 50 "C bis plus 180 O C bei Tellersitzventilen in Metallausfuhrung, fremdgesteuert. Alle anderen Varianten liegen deutlich unter diesen Werten. Korperwerkstoffe GrauguB, StahlguB, RotguB, div. Nirolegierungen, PVC, PP, PVDF, Glas (nur kurzhubige Magnetausfuhrung). Dichtwerkstoffe PTFE, diverse Elastomere, Nirostahl. Antriebsarten - Membransitzventile: grundsatzlich elektromagnetisch - Tellersitzventile: kurzhubige Ausfuhrung : elektromagneti sch langhubige Ausfuhrung: fremdmedien-, motor- oder handbetatigt. AnschluBarten Je nach Ausfuhrung: Gewindemuffe, Gewindestutzen, Flansche, Klebe- und SchweiBmuffen, Klebe- und SchweiBstutzen. Einsatzgebiete Entsprechend der Ausfuhrung bei Dampf- bzw. Betriebmittelzufuhrung (Druckluft, Wasser usw.) in der Petrochemie, im Maschinenbau, Sonderfahrzeugbau, in der Getrankeindustrie, in Abfullanlagen, zum Dosieren und Regeln, in Sterilisationskreislaufen, bei der Styroporaufschaumung, in KuhlkreisIaufen, Thermokreislaufen usw. Dieses Prinzip wird eigentlich in samtlichen Anwendungsgebieten eingesetzt. Tellersitzventile sind Sitzventile, bei denen ein tel-

143

lerformiger Stempel von einer Hubspindel auf einen ringformigen Sitz gedriickt wird. Die SchlieBkraft wirkt dabei senkrecht von oben in Spindelrichtung gegen den Sitz. Der Stempel und die Dichtung des Stempels konnen aus Kunststoff, Metal1 oder Elastomer sein. Der Stempel ist an einer Spindel oder an einem Magnetanker befestigt. Die Spindel wird als bewegliches Teil abgedichtet. Der Antrieb des Ventiles befindet sich auBerhalb des mediumsberiihrten Raumes innerhalb des Ventiles und ist vollstandig davon getrennt. Es gibt kurzhubige und langhubige Ausfuhrungen. Alle elektromagnetisch betatigten Sitzventile sind sogenannte Kurzhuber und zum Regeln nicht geeignet. Sie konnen allerdings sehr gut zum Dosieren eingesetzt werden. Durch kurzes Antakten konnen selbst geringste Medienmengen exakt gesteuert werden. Die langhubigen Tellersitzventile sind meist fremdmediengesteuert, konnen aber auch hand- oder motorbetatigt sein. Sie gelten als die idealen Regelventile, da sie aufgrund ihres relativ langen Hubes die optimale Voraussetzung fur eine gute Charakteristik haben. Durch konstruktive Optimierung, wie z. B. Regelkegel, Regelglocken oder Nadelsitzausfuhrung wird eine individuelle Charakteristik erzielt. Dabei kann meist auf besondere Wunsche und Bedurfnisse des Anwenders eingegangen werden, so daB das langhubige Sitzventil als das optimale Regelventil bezeichnet werden kann.

Nadelsitzventil: Die Nadelsitz-Ausfuhrung wird meist nur in sehr kleinen bis mittleren Nennweiten gebaut. GroBere Mengen werden mit Regelkegeloder Regelglockenventilen gesteuert. Durch die nadelformige Tellergeometrie wird eine kontinuierliche Veranderung des Querschnitts am Ventilsitz uber den gesamten Hub hinweg erzielt. Es entsteht dadurch eine optimale Regelkennlinie, da aus dem Hub ein reproduzierbarer Querschnitt am Ventilsitz und damit ein exakt definierbarer Volumenstrom resultiert. Kegelsitzventil: Ein Kegelsitzventil ist urspriinglich meist ein normales Tellersitzventil. Durch Einbau von entsprechenden Regelkegeln anstelle des Ventiltellers konnen individuelle Merkmale erzielt werden. Diese Ausfuhrung wird vor allem bis Nennwei-

1 44 Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

I

Abb. 3-71. Nadelsitz-Prinzip fur die Regelung von kleinen Mengen.

i

Abb. 3-73. Regelglocken-Prinzip fur die Regellung von groBen Mengen.

konnen sich in Hohe der Dichtflache auch kleine Bohrungen befinden, die Kennlinie andert sich dann entsprechend.

Abb. 3-72. Regelkegel-Prinzip fur die Regelung von mittleren Mengen.

ten von 150 mm verwendet. Durch die Veranderung der Kegelgeometrie lassen sich fast alle erforderlichen Charakteristiken erzielen (Abb. 3-72).

Glockensitzventil: Anstelle eines einfachen Tellers besitzt diese Ausfuhrung eine sogenannte Regelglocke, ein unten offenes Rohr, das seitlich in unterschiedlichen Querschnitten durchbohrt ist. Durch Variation seiner Eintauchtiefe im Ventilsitz wird ein exakt definierter Volumenstrom eingestellt. Die gezielte Anordnung der seitlichen Offnungen und ihre GroBe erlauben es, einen individuellen Volumenstrom an gewunschter Hubposition zu realisieren. Befinden sich die grol3en Bohrungen unmittelbar unterhalb der Dichtflache, ist schon bei geringer Offnung der Volumenstrom relativ groB. Ebenso

Membransitzventile sind generell kurzhubige Sitzventile. Sie sind meist elektromagnetisch betatigt und hilfs- bzw. zwangsgesteuert. Eine Membrane dient als Angriffsflache fur den Offnungs- bzw. SchlieBdruck und dichtet aufgrund ihrer speziellen Geometrie den Hauptvolumenstrom ab. Haufig werden diese Ventile auch als sogenannte ,,Wasserventile" bezeichnet, da sie beim Absperren von Wasser bei den unterschiedlichsten Applikationen besonders oft zum Einsatz kommen. Da das Absperrorgan eine Membrane ist, konnte man erwarten, da13 Membransitzventile besonders fur verschmutzte Medien geeignet waren. Ganz im Gegenteil aber mussen die Betriebsmedien, wie bei allen Sitzventilen, gerade bei Membransitzventilen sauber sein, da diese meist hilfsgesteuert sind. Kleine Offnungen und Bohrungen, die sich fur Hilfssteuerzwecke im Gehause, im Antrieb oder in der Membrane befinden, konnten sich zusetzen. Die Funktion ware dann unabhangig der Dichtfunfition der Membrane nicht mehr gewahrleistet.

Membransitzventilarten Membransitzventil ist nicht gleich Membransitzventil, trotz desselben Funktionsprinzips konnen

Das Sitzventil

diese Ventile auf unterschiedliche Arten betrieben werden. Man unterscheidet grundsatzlich zwischen:

- Membransitzventilhilfsgesteuert - Membransitzventilhwangsgesteuert

Beide Unterarten werden prinzipiell durch Elektromagnete betatigt.

Abb. 3-74. Funktionsschema des Membransitzventils, hilfsgesteuert, elektromagnetisch.

145

1 46

Funkrion.sprin~ipienund hesondere Merkmale

Das Sitzventil 147

Abb. 3-75. Funktionsschema eines Tellersitzventils rnit Zwangsanhebung, elektromagnetisch.

Membran-D'ellersitzventil- hilfsgesteuert Diese Ventile arbeiten nach dem Differenzdruckbzw. Vorsteuerprinzip und nutzen die Druckenergie des Betriebsfluids zum Offnen und SchlieBen des Ventilsitzes. Das Vorsteuersystem wirkt als Verstaker, so daB rnit einem Magneten von geringer Kraft Fluide rnit groBen Volumenstromen bei hoheren Driicken gesteuert werden konnen. Abb. 3-74 zeigt die verschiedenen Stufen des Funktionsablaufes eines hilfsgesteuerten elektromagnetischen Sitzventils. Ein Funktionszyklus besteht aus den folgenden funf Phasen: a) Ventil gesperrt: Der Magnet ist spannungslos, und sein Anker (Kolben des Vorsteuerventiles) verschlieBt die Abbaubohrung (Vorsteuersitz). Der Eingangsdruck in P (groSer als Ausgangsdruck in A) baut sich durch die Aufbaubohrung in der Membran auf der Membranoberseite auf. Dieser Druck, multipliziert mit der Flache der Membranoberseite, er-

zeugt eine SchlieSkraft, welche groBer als die auf die Membran wirkende Offnungskraft 4st. Diese wird auf ihren Sitz gepreBt. b) Vorsteuerung offnet: Die Magnetspule wird rnit Strom versorgt. Die Magnetkraft, g r o k r als die auf den Anker wirkende SchlieSkraft (Feder- und Druckkraft), hebt diesen von der Abbaubohrung. Hierdurch wird der Raum iiber der Membran entlastet, und es stellt sich Druckgleichheit mit der ASeite des Ventiles ein. c) Ventil geoffnet: Die Druckentlastung bleibt bestehen, da durch die Aufbaubohrung weniger Fluid nachstromen kann, als iiber die Abbaubohrung entweicht. Somit iiberwiegt die Offnungskraft, resultierend aus dem hoheren Eingangsdruck in P, an der Membran. Sie hebt vom Ventilsitz ab, und das Ventil bleibt so lange geoffnet, wie die vorgeschriebene Druckdifferenz von P nach A ansteht. d) Vorsteuerung schliefit: Die Magnetspule wird ausgeschaltet. Die Federkraft bewegt den Anker auf die Abbaubohrung. Durch die Aufbaubohrung beginnt der Druck oberhalb der Membran zu steigen. e) Ventil gesperrt: Der Anker verschlieBt durch Feder- und Druckkraft die Abbaubohrung. Uber der Membran steht der gleiche Druck wie auf der PSeite an. Die resultierende Kraft preBt die Membran auf den Ventilsitz.

Membran-D'ellersitzventilrnit Zwangsanhebung Diese Betatigungsart stellt eine Kombination direkter und indirekter Betatigung dar. Eine mechanische Kopplung zwischen Magnetanker (Vorsteuerstufe) und Teller unterstiitzt die Offnungsbewegung des Tellers. Man bezeichnet dies als Zwangsanhebung. Eine Mindestdruckdifferenz ist fur diese kombinierte Wirkungsweise nicht erforderlich, das Venti1 arbeitet ab 0 bar Druckdifferenz. Der Magnet ist relativ kraftig ausgelegt, da er bei fehlender Druckdifferenz ohne Druckunterstiitzung das Ventil offnen muB. Ventile rnit dieser Betatigungsart vereinen also die Vorteile der Direktsteuerung (kein minimaler DruckDurchfluB erforderlich) und der indirekten Betatigung (relativ groBer Volumenstrom bei hohen Driicken). Abb. 3-75 zeigt den Funktionsablauf eines elektromagnetischen Tellersitzventils mit

148

Funkrionsprinsipien und besondere Merkmale

Zwangsanhebung. Solche Ventile gibt es auch als Membransitzventile. Die einzelnen Phasen sind die folgenden: a) Ventil gesperrt: Der Magnet ist spannungslos, und der Anker verschlieBt durch Federkraft die Aufbaubohrung. Der Eingangsdruck in P (groBer als Ausgangsdruck in A) baut sich durch die beiden Aufbaubohrungen im Ventilteller auf der Ventiltelleroberseite auf. b) Abbaubohrung geoffnet: Der Magnet wird mit Strom versorgt. Die Magnetkraft, grol3er als die auf den Anker wirkende SchlieBkraft (Feder- und Druckkraft), hebt diesen von der Abbaubohrung ab. Dadurch wird der Raum uber dem Kolben entlastet, und es stellt sich Druckgleichheit mit der A-Seite (Ventilausgang) ein. c) Ventil geoffnet: Diese Druckentlastung bleibt bestehen, da durch die Aufbaubohrungen weniger Medium nachstromen kann, als durch die Abbaubohrung entweicht. Die Druckdifferenz zwischen Kolbenober- und -unterseite hebt den Kolben also vom Ventilsitz ab. Der Kolben wird nach einem entsprechenden Ankerhub gleichzeitig uber den Mitnehmeranschlag vom Magnetanker in die Offnungsstellung gezogen. d) Aufbaubohrung schliefit: Der Magnet wird ausgeschaltet, und der Anker verschlieBt durch Federkraft (und Druckkraft, wenn vorhanden) die Abbaubohrung. e) Ventil gesperrt: Oberhalb des Kolbens baut sich uber die Aufbaubohrung wieder der gleiche Druck wie auf der P-Seite auf, und die resultierende Kraft preBt den Kolben auf den Ventilsitz. Ohne bzw. bei sehr geringem Differenzdruck erfolgt dieser SchlieBvorgang allein durch die Kraft der Federn im Ankerrohr und oberhalb des Kolbens.

Fur den Einsatz von Sitzventilen gelten die folgenden Regeln: Sitzventile sind nur fur relativ saubere Medien geeignet. Membransitzventile sind immer kurzhubig und daher zum Regeln ungeeignet. langhubige Tellersitzventile sind zum Regeln sehr gut geeignet. Tellersitzventile rnit Magnetantrieb sind da-

0

gegen kurzhubig und zum Regeln ungeeignet, allerdings sind sie zum Dosieren sehr gut einsetzbar. Tellersitzventile in Metallausfiihrung rnit Fremd- oder Motorantrieb sind insbesondere fur hohe Betriebsdriicke und -temperatwen geeignet. Sie lassen sich sehr gut regeln und meist auch rnit Regelkegel ausstatten. (Nadel- und Glockensitzventile sind Untergruppen dieser Bauart.)

3.6.1 Die Entstehung und Verbreitung von Sitzventilen Sitzventile, wie sie heute hergestellt und eingesetzt werden, sind relativ junge Ventile. Allerdings laBt sich ihr Ursprung ziemlich weit zuriicklverfolgen, z. B. als Absperrventile in einem Staudamm. Ein sogenannter Striegel rnit einer kegelformigen Geometrie wird von oben durch einen Schacht in den Ventilsitz eingebracht. Die Betatigung erfolgt auf dem Damm, wahrend sich das Ventil unterhalb der Wasserlinie innerhalb des Dammes befindet. Wird der Striegel angehoben, so wird der Rohrleitungsquerschnitt freigesetzt und das angestaute Wasser kann talwarts abflieBen. Es handelt sich bei diesem Beispiel nicht um ein echtes Sitzventil, eher um eine Mischung aus Kuken-, Schieber- und Sitzventil. Allerdings ist das Grundprinzip sehr deutlich zu erkennen. Ein Gegenstand wird senkrecht von oben auf oder in einen dafur vorgesehenen Ventilsitz herabgedriickt, so daB das Ventil dicht ist, genau wie beim Tellersitzventil (Abb. 3-76). Sitzventile werden je nach Ausfuhrung in vollig verschiedenen Bereichen eingesetzt. So sind sogenannte Membransitzventile, auch Wasserventile genannt, in nahezu allen Applikationen zu finden, bei denen Wasser oder waBrige Flussigkeiten bis zu Nennweiten DN 50 mm abgesperrt werden mussen. Immer dann, wenn keine Druckluft zur Verfugung steht, aber eine automatische Funktion realisiert werden muB, werden diese Ventile eingesetzt. Sie fallen haufig auch unter die Universalbezeichnung Magnetventile.

Das Sitzventil

fi

149

Striegeleinrichtung

MaBstab

0

50

wL-I

mim

-

MaBstab

0

0,5 Meter

t-

Striegel-Kana1

Abb. 3-76.Absperrventil im Staudamm.

Magnetventile konnen aber auch nach dem Kolbenschieberprinzip funktionieren, ebenso kann es sich auch um kurzhubige Tellersitzventile handeln. Ein Ventil ist aber zunachst nach seinem Funktionsprinzip zu benennen, beispielsweise heifit ein fremdmediengesteuertes Membranventil auch nicht Fremdventil. Die im Anlagenbau und der Verfahrenstechnik haufigste Sitzventilart ist das Tellersitzventil in Metallausfuhrung, fremdmediengesteuert, deshalb beziehen sich die nachfolgenden Erlauterungen schwerpunktmaBig auf diese Ausfuhrungsart. Grundsatzlich werden Sitzventile (Metallausfuh-

rung, fremdgesteuert) uberall dort eingesetzt, wo hohe Betriebstemperaturen sowie Betriebsdriicke gefordert sind. AuSerdem eignet sich diese Ausfuhrungsart insbesondere zum Steuern und Regeln.

3.6.2 Die Charakteristik von Sitzventilen Membransitzventile sowie Tellersitzventile in Kurzhubausfuhrung werden durch einen Elektromagneten beschaltet, sie sind reine Auf-Zu-Ventile. Sie

1 50

Futiktiorisprin~ipirnurid hesotidere Merkmale

erzeugen einen relativ groljen Druckverlust und besitzen keinerlei Regeleigenschaften. Da magnetisch betatigte Sitzventile prinzipiell schnell schaltbar sind, kurze Schaltwege und damit eine kurze Schaltzeit haben, eignet sich diese Sitzventilvariante insbesondere zum Dosieren. Entsprechend dem Betriebsdruck, der Nennweite und dem jeweiligen Kv Wert, konnen uber zeitlich gesteuerte Takte exakte Mengen definiert werden, deshalb werden diese Ventile sehr haufig in Abfiillanlagen, Dosieranlagen oder Mischern verwendet. Fur den Anlagenbau und die Verfahrenstechnik weitaus interessanter jedoch sind Sitzventile, die iiber groBe Hube, Fremd- oder Motorantrieb und Metallkorper verfugen. Sie werden daher im folgenden besonders berucksichtigt.

Stromungscharakteristik Grundsatzlich sind alle Sitzventile relativ stromungsungunstig (Abb. 3-77), durch schrage Anordnung der Antriebe zum Volumenstrom kann eine Verbesserung erzielt werden. Bei Sitzventilen muB stets die angegebene DurchfluBrichtung beachtet werden, da die Geometrien entsprechend der wirkenden Krafte, wie Betriebsdruck, SchlieB- und Offnungskraft, immer aufeinander abgestimmt sein mussen. Erfolgen DurchfluB und Absperrung aus derselben Richtung, kommt es bei tliissigen Medien unweigerlich zu Wasserschlagen. Um diese zu ver-

meiden, ist die bevorzugte DurchfluBrichtung gegen den Teller.

Kraftesituation Im Idealfall werden bei fremdmedien-gesteuerten Sitzventilen die Geometrien so gewahlt, daB die Sitzquerschnitte und der Antrieb so klein wie moglich ausgefiihrt werden konnen. Durch ungiinstige BetriebsdrucWSteuerdruck-Verhaltnisse bedingt kann es jedoch erforderlich sein, auBergewohnliche Ventile zu konstruieren (z. B. Nennweite 15 mm, also eine kleine Nennweite, mit einem Antrieb von 120 mm Durchmesser). Um bei einer Anwendung eine optimale Abstimmung zu gewahrleisten, ist es unbedingt erforderlich, daB auch Sitzventile im Baukastenprinzip angeboten werden. Spatestens wenn relativ hohe Betriebsdriicke herrschen aber an der Anlage nur ein kleiner Steuerdruck zur Verfiigung steht, ist eine individuelle Losung gefordert, - entsteht ein ,,exotisches" Ventil.

Entstehung von Wasserschlagen innerhalb eines Ventiles Grundsatzlich gelten die folgenden Aussagen nur fur nicht komprimierbare Medien. Bei verdichtungsfahigen Medien werden DruckstoBe durch die Verdichtung des Mediums auf ein ertragliches MaB reduziert.

Betriebsdruck gegen den Teller (Abb. 3-78a)

Abb. 3-77. Stromung im Sitzventil a geschlossen, b teilweise geoffnet, c vollstandig geoffnet.

Offnen: Die SchlieBkraft ist grol3er als die aus Betriebsdruck und Tellerflache resultierende Kraft FMediurn. Das Ventil ist geschlossen. Wird eine zusatzliche Kraft in Wirkungsrichtung der Kraft FMMediu,,, aufgewendet und ist die Summe dieser Krafte groBer als die SchlieBkraft, offnet das Ventil. Dabei wirken die Krafte gegeneinander, so daB nur die Differenz der Krafthauptrichtungen wirkt. @Medium

+ FSteuer) - FSchlieBfeder = Foffnen

Das Sitzventil

15 1

Abb. 3-78.Entstehung von Wasserschlagen. a Betriebsdruck gegen den Teller, b Betriebsdruck mit dem Teller. Das Ventil offnet gedampft und nicht schlagartig.

SchlieBen: Wird die Steuerkraft gestoppt, so ist die FSchlieDfeder groBer als die in Gegenrichtung verbleibende Kraft FMedium. FSchlie6feder

- FMediurn = FSchlieSen

Das Ventil schlieBt. Aber auch in diesem Fall wirken die Krafte gegeneinander, so daB lediglich die Differenz der Krafte wirkt. Die SchlieBfunktion ist also ebenfalls gedampft.

Resultat: Wirkt der Betriebsdruck gegen die SchlieBkraft, sind sowohl die Offnung als auch das SchlieBen des Ventiles gedampft und Wasserschlage werden vermieden.

Betriebsdruck mit dem Teller (Abb. 3-78b) Offnen: Die Kraft der SchlieBfeder und des Mediums (Betriebsdruck) wirken in dieselbe Richtung. Das Ventil ist geschlossen. Eine groBere entgegen-

gesetzt wirkende Kraft FSteuerwird zum Offnen aufgewendet. FSteuer

- (FSchlieOfeder -k FMediurn) = FBffnen

Da die in SchlieBrichtung wirkenden Krafte zusammen relativ groB sind, ist eine verhaltnismaljig groBe Steuerkraft notig, der Antrieb muB daher uber eine ausreichende Steuerflache verfugen bzw. es mu13 ein hoher Steuerdruck bereitgestellt werden.

SchlieBen: Wird die Steuerkraft gestoppt, wirken die verbleibenden Krafte gemeinsam in SchlieBrichtung. FMMediurn -t FSchlieDfeder

= FSchlieDkraft

Da keine Kraft entgegenwirkt, schlieBt das Ventil schlagartig. Dieser Schlag ubertragt sich innerhalb des Rohrverbundes uber das Medium auf alle nachfolgenden Bauteile (Wasserschlag).

Resultat: Wirkt der Betriebsdruck mit der SchlieBkraft, so kommt es beim SchlieBvorgang zu soge-

152 Funktiorispriniipien und hesoridere Merkmale

nannten Wasserschlagen. Sie schaden die Applikation und konnen sie im Extremfall zerstoren.

tilen). Auch diese verfiigen iiber erstaunlich gute Kennlinien, an die Regel-Qualitat von Sitzventilen jedoch kommen sie nicht heran.

Die Kennlinie Tellersitzventile rnit Fremd- oder Motorantrieb haben einen relativ langen Hub (Weg). Dadurch steht eine relativ groBe Strecke zur Verfiigung, innerhalb welcher der Offnungsquerschnitt gleichma13ig verandert werden kann. Es resultiert daraus eine gute Kennlinie dieser Ventile fur Steuer- und Regelzwecke. Sie kann durch Optimierung der Tellerbzw. Sitzgeometrie verbessert und angeglichen werden. Uber Regelkegel, Nadelsitz bzw. Regelglocke kann beinahe jede gewunschte Charakteristik erzielt werden (z. B. linear, prozentual, konvex, konkav usw.). Abb. 3-79 zeigt die lineare Kennlinie eines Sitzventiles in Nennweite DN 20 mm rnit Regelkegel.

3.6.3 Ausfuhrungsarten von Sitzventilen Baukastensystem Ebenso wie bei allen anderen Ventilarten ist ein Baukastenprinzip die wichtige Grundvoraussetzung fur eine stets individuelle Losung innerhalb einer Applikation. Die unterschiedlichsten AntriebsgroBen konnen entsprechend der Anforderungen des Anwenders rnit dem jeweils richtigen Ventilkorper versehen werden. Neben den Geometrien konnen auch Ventilkorperwerkstoffe sowie Dichtwerkstoffe dem jeweiligen Anwendungsfall angepaBt werden. Neben den unterschiedlichen Werkstoffen existieren auch diverse Ventilkorpergeometrien, so z. B. Geradesitz-, Schragsitz- und Eckventilkorper. AuBer der 212-Wege- gibt es auch 3l2-Wege-Ausfiihrungen.

Die selbstnachstellende Stopfbuchspackung fur fremdgesteuerte Sitzventile in Metallausfuhrung

I

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hub in %

Abb. 3-79. Kennlinie eines Metallsitzventils rnit Regelkegel. Durch die Montage eines pneumatischen oder elektropneumatischen Stellungsreglers konnen beste Regelergebnisse erzielt werden. Wenn das Medium allerdings stark verschmutzt ist, so ist ein Sitzventil nicht mehr geeignet. In diesem Fall konnen Membrdnventile fremd- oder motorgesteuert eingesetzt werden (nicht zu verwechseln rnit Membransitzven-

Grundsatzlich haben fremdgesteuerte Metallsitzventile selbstnachstellende Stopfbuchspackungen, namlich Dichtungspackungen, die in Kombinationsbauweise hergestellt sind. Eine Feder driickt kontinuierlich auf einen Druckring aus Metall. Der Druckring verfugt uber eine sogenannte Dachgeometrie, die in einen PTFE-Formdichtring einwirkt. PTFE bzw. Weichelastomerringe sind nacheinander in die Packung eingelegt, ein Stiitzring rnit inverser Geometrie wirkt als Widerstand. Der Betriebsdruck bzw. die Federkraft wirkt direkt auf die Formdichtringe ein und driickt deren Flanken im Innenbereich gegen die Spindel und im AuBenbereich gegen das Gehause. Da es sich urn langhubige Ventile handelt, laljt sich selbst durch die Rollierung der Ventilspindel Abrieb uber einen lan-

Das Sitzventil

geren Zeitraum nicht vermeiden. Das an den Dichtringen abgetragene Material wird durch nachgedriicktes, neues Material ersetzt. Die Lebensdauer der Abdichtung ist also maximal. Es ist jedoch unbedingt darauf zu achten, daB die Ventilspindel zumindest rolliert ist. Durch lediglich geschliffene Spindeln wird die Lebensdauer der selbstnachstellenden Stopfbuchspackung erheblich verkurzt. Bei den in Abb. 3-80 dargestellten Formdichtringen handelt es sich urn dynamische Dichtungen. Kein 0-Ring oder irgend eine andere statische Dichtung kann uber einen langeren Zeitraum die Dichtfunktion gewahrleisten, es muS in jedem Fall eine dynamische Dichtung integriert sein. Dies trifft auch fur die Spindelabdichtung zum Antriebsgehause zu. Auch hier sollte die unmittelbare Spindelabdichtung eine sogenannte Dynamikdichtung sein. Lediglich die statisch feste, also unbewegliche Abdichtung zwischen Spindellager und Antriebsgehause kann

Abb. 3-80. Selbstnachstellende Stoffbuchspackung als Dichtkomponente fur langhubige Sitzventile.

153

durch einen solchen 0-Ring abgedichtet werden, die Spindel selbst jedoch auf gar keinen Fall. Abb. 3-80 zeigt, daB der Einbau der Formdichtringe so erfolgt, daS sie fur die druckbeaufschlagte Ventilauslegung ausgelegt sind. Wird ein Ventil ausschlieBlich im Unterdruckbetrieb eingesetzt, so kann die Dichtpackung vom Hersteller um 180" gedreht werden. Ebenso existieren Kombinationen, bei denen jeweils die Halfte der Dichtringe auf Druck und die andere Halfte der Dichtringe auf Unterdruck ausgelegt sind. Langwierige Versuche ergaben jedoch, daS auf Druck ausgelegte Dichtpackungen bei Verwendung von rollierten Spindeln sowie dynamischen Formdichtringen selbst im Unterdruckbetrieb uber einen langen Zeitraum absolut dicht sind. Da neben PTFE und Elastomer-Dichtringen aus EPDM oder Viton auch Messing fur die Stiitzringe verwendet wird, mu13 darauf geachtet werden, daB bei Ventilen in

I 54

Funktionsprinzipirn irnd hesondere Mrrkmcilr

Edelstahlausfuhrung diese Messingteile gegen andere Werkstoffe ausgetauscht werden, wie beispielsweise Nirostahl bzw. PTFE mit Kohlefaserstabilisierung. Werden Temperaturen uber 220 "C kontinuierlich gehalten, so kann auf diese Dichtungsvariante nicht mehr zuruckgegriffen werden. Dann empfiehlt sich ein eingeschweiBter Edelstahlfaltenbalg. In diesem Fall ist der mediumsberuhrte Innenteil des Ventiles hermetisch, ohne jegliche weitere Dichtung vom Antrieb getrennt. Es ist allerdings darauf zu achten. daB sich durch den Einbau eines Edelstahlfaltenbalgs der Hub reduziert. Eine Alternative zwischen Standarddichtpackung und Faltenbalg stellt eine Faserdichtung auf Graphitbasis dar. Diese Dichtung ist allerdings ebenfalls nur bis maximal 300 "C bestandig. Kuhlrippen zwischen Antrieb und Ventilkorper konnen eine zusatzliche leichte Erhohung der Temperaturbelastbarkeit be w irken. Als Faustregel gilt: 1st in einem Sitzventil ein Metallfaltenbalg integriert, so reduziert sich der Kv Wert um eine Nennweite. Das bedeutet, da13 ein Ventil der Nennweite 25 mm mit integriertem Edelstahlfaltenbalg lediglich einen K,Wert aufweist. der einem Ventil der Nennweite 20 mm entspricht. Dies ist unbedingt bei der Auslegung zu beachten, so daf3 im Vorfeld schon notwendige Erweiterungen bzw. Reduzierungen der Rohrquerschnitte berucksichtigt werden konnen.

Umgebungsternperatu r 20 "C

Warmeableitung von fremdgesteuerten Metallsitzventilen mit Kunststoffantrieb

Pruftemperatur des Mediums 180 "C

Abb. 3-81 zeigt das Ergebnis eines Dauerversuches, bei dem die Warmebestiindigkeit und Warmebelastbarkeit von Metallsitzventilen mit Kunststoffantrieb, fremdgesteuert gemessen wurden. Das Betriebsmedium war Wasser ( H 2 0 ) bei einer Temperatur von 180 "C, die Umgebungstemperatur betrug 20 "C. Wie die an den einzelnen Bauteilen angegebenen Werte zeigen, konnte selbst im Dauerbetrieb die Warme in ausreichendem Maf3e an die Umgebungsatmosphiire abgefuhrt werden, so da13 sich die Frage

Abb. 3-81. Warmeableitung beim GEMU-Sitzventil der Baureihe 554.

stellt, ob Metallantriebe bei mittleren Nennweiten und Betriebstemperaturen von weniger als 150 "C uberhaupt erforderlich sind. Mit zunehmender Umgebungstemperatur wird Warme zwar immer schlechter abgefuhrt, bis 150 "C und bis zu einer Umgebungstemperatur von 40 "C kann das gezeigte Versuchsventil aber problemlos eingesetzt werden.

Das Sitzventil

Schragsitzventil in Metallausfuhrung, fremdgesteuert

Abb. 3-81 zeigt ein Schragsitzventil, das dem heutigen Stand der Technik entspricht. An beweglichen Teilen werden ausschlieBlich dynamische Dichtungen verwendet. Die Spindel ist rolliert, so dal3 der Abrieb auf ein Minimum reduziert wird und sich die Standzeit der Dichtungen sowie Lager auf ein Maximum erhoht. Der Antrieb ist fremdgesteuert und federkraft-schlieoend. Zum Arbeiten rnit unterschiedlichen Betriebs- bzw. Steuerdriicken sind die Federpakete angleichbar, dariiber hinaus existiert dieser Antrieb in unterschiedlichen Durchmessern. Die Besonderheit dieses Antriebs ist die Delrinlaufbuchse, in der der Steuer-Kolben ge-

155

fuhrt ist. Delrin ist ein Kunststoff rnit einer sehr glatten wachsartigen Oberflache. Der Abrieb der dynamischen Lippenringdichtung des Steuerkolbens reduziert sich dadurch nahezu auf null. Eine vergleichbare Gangigkeit kann rnit den Gehausewerkstoffen direkt nicht, oder nur sehr aufwendig und daher unwirtschaftlich, erzielt werden. Im Antriebsoberteil befindet sich ein Aufnahmegewinde, das rnit einer Abdeckkappe versehen ist. Hier konnen nachtraglich sehr leicht von auRen Zubehorteile montiert werden, z. B. optische oder elektrische Stellungsanzeigen, elektrische Stellungsriickmelder, pneumatische oder elektropneumatische Stellungsregler etc. Weitere Ausfuhrungen, wie z. B. 3/2-Wege- und Tellersitzventil DN 100 mm rnit fremdmediengesteuertem Membran-Antrieb, werden auf den Abb. 3-81 und 3-82 gezeigt.

Abdeckuna fur

Antnebskolben

\ Ventilteller, beidseitig rnit Teflondichtung

Abb. 3-82a. Langhubiges fremdgesteuertes 312Wege-Sitzventil in Metallausfuhrung.

156

Funktionsprin~ipien und besondere Merkmale

Metallant gehause

m

Steuermembrane

Selbstnachstellende Stopfbuchspackung

yl

L-d

n beweglich gelagerter Ventilteller mit Teflondichtung

Abb. 3-82b. Langhubiges fremdgesteuertes 2/2Wege-Sitzventil.

Steuermedien fur fremdgesteuerte Sitzventilantriebe Fremdmediengesteuerte Kolbenantriebe fur Sitzventile sind grundsatzlich mit neutralen Gasen zu betatigen. 1st der Einsatz von flussigen Steuermedien erforderlich, so ist entweder auf Membran-Antriebe zuruckzugreifen oder eine Modifikation der Kolbenantriebe durch den Hersteller erforderlich.

2-Stufen Sitzventil, fremdgesteuert In Misch- oder Dosieranlagen ist es oft erforderlich, da13 kurz vor Erreichen einer definierten Menge der Volumenstrom reduziert wird, der eingestellte Endwert sol1 stark gedrosselt erreicht werden. Diese Aufgabe ubernimmt ein 2-Stufen-Antrieb. Die Abb. 3-83 zeigt eine beispielhafte Ausfiihrung dieses Typs. Alle beweglichen Teile sind mit dynamischen Dichtungen versehen, die Spindel ist rolliert und die 2. Stufe ist stufenlos von 0 - 100% einstellbar.

Das Sitzventil

Abb. 3-83. Tellersitzventil in Metallausfuhrung, 212-Wege mit stufenlos verstellbarem ZweistufenAntrieb, fremdgesteuert. DN 15 - 50 mm, Betriebs-

157

druck 0 - 16 bar, Steuerdruck 4 - 10 bar, Steuemedium: neutrale Gase, Haupthub 0 - 100 %, Resthub stufenlos 0 - 100 % einstellbar.

158 Funktionsprin~ipienund hesontiere Merkmu1e

Flachkolbenantrieb zum Einbau von Sitzventilen auf engstem Raum Da Sitzventile sehr haufig auch in Batterie- bzw. Blockbauweise zum Einsatz kommen, kann der erforderliche Antriebsdurchmesser zu Platzproblemen fuhren. Ein neuartiger Flachkolbenantrieb ermoglichte eine platzsparende Aufteilung der erforderlichen Steuertlache, so daB nun ein enger Einbau moglich ist. Es wurde dabei darauf geachtet, da13 alle vorher bereits vorhandenen konstruktiven Vorteile in diesen Antrieb ubernommen wurden. So befindet sich im Antrieb beispielsweise ebenfalls eine Laufbuchse. Der Kolben wird daher auch in diesem Fall annaherend verschleiBfrei mit einer dynamischen Dichtung gesteuert. Die Spindel ist rolliert. Ein weiterer Vorteil dieses Antriebs besteht darin, dal3 er aus Edelstahl gefertigt ist. Dariiber hinaus kann dieser Flachkolbenantrieb auch auf Membranventile in Edelstahlausfuhrung aufgebaut werden, was fur biotechnologische Anlagen wichtig ist, da dort auch im Ventilauoenbereich hohe Oberflachenqualitaten gefordert sind (Abb. 3-84).

Abb. 3-84. Platzsparender Flachkolbenantrieb fur

Sitzventile.

212-Wege-Sitzventile, elektromagnetisch betatigt in Kunststoffausfuhrung, direkt- und hilfsgesteuert Abb. 3-85 und 3-86 zeigen zwei typische direktgesteuerte ,,Magnetventile". Die Offnungs- bzw. SchlieBkraft wirkt direkt auf den Teller. Diese Ventile existieren bis zu einer Nennweite von 50 mm. Da allerdings bei Nennweiten ab 20 mm nur noch sehr kleine Betriebsdrucke auftreten durfen, mu13 gegebenenfalls auf ein hilfsgesteuertes Ventil zuruckgegriffen werden (Abb. 3-87).

Funktion eines hilfsgesteuerten Tellersitzventils Offnen: Das Ventil ist geschlossen. Das Betriebsmedium steht unterhalb der Steuermembran an und eine Kraft wirkt nach oben. Durch den Steuerkanal dringt das Betriebsmedium auch in den Ventilraum uber der Steuermembran. Auch hier wirkt eine Kraft, sie driickt nach unten. Die gegen den Ventilsitz wirkende Kraft (obere Kraft) ist allerdings grol3er, da durch die zusatzliche Flache des oberen Ventilkolbens auch eine groBere Kraft wirkt (F = p x A). Da die Magnetkraft fur einen Offnungsvorgang gegen diese grol3ere Kraft nicht ausreichen wurde, wird durch einen konstruktiven Trick die Angriffsflache verkleinert: innerhalb des eigentlichen Steuerkolbens befindet sich ein kleiner Kolben mit kleiner Flache und damit geringerer wirkender SchlieBkraft. Um diesen kleinen Steuerkolben hochzureil3en, reicht die Kraft des Magneten aus. In dem Moment, in dem sich der Vorsteuerkolben offnet, baut sich fur einen Augenblick der Betriebsdruck oberhalb der Membran ab. Die nach oben wirkende Kraft unterhalb der Steuermembrane ist fur einen Augenblick groBer, da durch den Vorsteuerkanal nicht ausreichend schnell das Betriebsmedium nachfliel3en kann. Der Betriebsdruck hilft, den Kolben nach oben zu driicken (daher die Bezeichnung hilfsgesteuert). Das Ventil offnet.

SchlieBen: Der Magnet wird abgeschaltet. Durch die Druck- oder SchlieBfeder wird der Vorsteuerkolben auf seinen Ventilsitz innerhalb des eigentlichen Steuerkolbens gedriickt. Es kann sich nun durch den Vorsteuerkanal erneut eine Kraft aufbauen. Das Betriebsmedium hilft. das Ventil zu schliel3en.

Das Sitzventil

159

Abb. 3-85a. Kurzhubiges direktgesteuertes 2/2-Wegeventil in Kunststoffausfuhrung mit Gleichstrommagnet.

Hinweise: Die engen Geometrien (z. B. Vorsteuerkanal, kleinste Hiibe etc.) erfordern sauberes Betriebsmedium. Die DurchfluBrichtung mu13 aufgrund der Kraft-Flachenausnutzung innerhalb des Ventiles unbedingt beach te t werden. Hilfsges teuerte Ventile

benotigen j e nach Ausfuhrung meist einen Mindestdruck des Betriebsmediums. Sie funktionieren nur bei freiem Auslauf, wenn also kein Ruckdruck gegen den Teller (Kolben) herrscht, bzw. es mu13 eine Mindestdruckdi fferenz beach tet werden.

I 60 Funktionsprinzipien und hesondere Merkmale

Abb. 3-85b. Kurzhubiges, direktgesteuertes 2/2-Wege-Tellersitzventilin Kunststoffausfuhrung mit Wechselstrommagnet.

Das Sirzventil

Abb. 3-86. Kurzhubiges, hilfsgesteuertes 2/2-Wege- Tellersitzventil mit Gleichstrommagnet.

161

Membransitzventil, elektromagnetisch betatigt, hilfsgesteuert, in Metallausfuhrung Das Schnittbild der Abb. 3-87 zeigt, daB die Steuer- und Dichtfunktion durch eine Membrane mit einer speziellen Sitzgeometrie erfolgt. Das eigentliche Steuermedium ist das jeweilige Betriebsmedium: lediglich der Ab- und Autbau des SchlieBdruckes und somit der SchlieBkraft erfolgt durch den Elektromagneten.

Vorsteuerventile fur fremdgesteuerte Antriebe aus hochbestandigen Werkstoffen Vorsteuerventile gibt es in den unterschiedlichsten Ausfiihrungen. Da haufig aggressive Umgebungen auftreten, muB aber sehr genau darauf geachtet

werden, welche Art von Vorsteuerventil fur welche Anwendung verwendet wird. Die Entscheidung hat der Techniker, nicht der Einkaufer zu treffen. Vorsteuerventile in 3/2-Wege-Ausfuhrung sollten sowohl in Einzelmontage als auch in Batteriebauweise oder im Direktanbau an den Fremdantrieb montiert werden konnen. Sie mussen eine leicht zugangliche Nothandbetatigung haben, so dal3 bei Stromausfall und vorhandener Druckluft im Versorgungsnetz eine Notfunktion ohne weiteres plotzlich oder kontinuierlich ausgelost werden kann. Die Werkstoffe sollten so gewahlt sein, daB aggressive Umgebungsluft keine negativen Auswirkungen auf das Vorsteuerventil hat. Meist unterscheiden sich die hochwertigen Vorsteuerventile genau in diesem Punkt von der Massenware. Wird Batteriebauweise bevorzugt, diirfen bei jeder zu steuernden AntriebsgroBe nicht zuviele Vor-

Abb. 3-87. Zwangsgesteuertes, elektromagnetisches Membransitzventil in Metallausfiihrung.

Das Sitzventil

163

Abb. 3-88. Vorsteuerventil steuerventile durch eine einzige Versorgungsleitung gespeist werden. Ausschlaggebend sind das Gesamtvolumen der zu steuernden Fremdantriebe und der K,Wert des Vorsteuerventiles. Bei Nennweiten bis zu 50 mm konnen zwar ohne weiteres bis zu 12 Vorsteuerventile in Reihe geschaltet werden, in

Handnotbetdtigung

diesem Fall sollte jedoch die Versorgung uber beide Seiten der Versorgungsschiene erfolgen. Dariiber hinaus sollte nicht vergessen werden, dafl Vorsteuerventile im Dauerbetrieb eine nicht unerhebliche W k n e erzeugen und fur eine ausreichende Schaltschrankbeluftung gesorgt werden mul3.

+o;l 4 Q

DIN-Schiene C

1

Befestigungsm6gIichkeiten sc:halld&mpfer

Einsatz als Steuerventil

Abb. 3-89. Vorsteuer-Sitzventilvarianten.

Schwenkbar 4 x goo

164 Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

Einsatzgebiete von Tellersitzventilen Reinigungsanlage fur Behalter (Abb. 3-90): Die Reinigungsflussigkeit sowie Wasser zum Spiilen werden durch Sitzventile gesteuert. Direkt an den Fremdmedien- Antrieb durch Druckluft sind die Vorsteuerventile angebaut, namlich Sitzventile in 3/2Wege-Ausfuhrung mit Magnetbetatigung. Das Steuermedium ist Druckluft.

tigte Sitzventile die jeweils fehlende Komponente zudosiert. Die abgebildeten Sitzventile haben eine optische Stellungsanzeige und eine Handnotbetatigung.

Dampfzufuhrung zum Sterilisieren: In einer Milchverarbeitungsanlage werden die Verrohrungen in entsprechenden Zyklen sterilisiert. Als Sterilisationsmedium wird Dampf verwendet, der durch fremdmediengesteuerte (Druckluft) Tellersitzventile, 2/2-Wegeausfiihrung aus Metall (Niro) zu den entsprechenden Abschnitten der Anlage gesteuert wird. Die Betriebstemperatur liegt zwischen 150 und 180 "C. Einsatzgebiete von Membransitzventilen

Abb. 3-90. Reinigungsanlage fur Behalter. Galvanikanlage (Abb. 3-9 1 ): Zur kontinuierlichen Aufarbeitung der beim Elektrolyse-ProzeB erforderlichen Medien wird durch elektromagnetisch beta-

Abb. 3-91. Galvanikanlage.

Beregnungsanlagen: Gartnereibetriebe setzen zum Bewassern ihrer Pflanzen in Gewachshausern groSflachige Beregnungsanlagen ein. Umfangreiche Verrohrungssysteme gewahrleisten uber Diisen die gleichmaBige Beregnung der Pflanzen. Der Beregnungsanlage wird, je nach Bedarf, einmal oder mehrmals taglich Wasser zugefuhrt. Die Wasserzufuhr erfolgt uber Membransitzventile, die von einem modernen Automatisierungssystem angesteuert werden. Dieses Automatisierungssystem (sogenannte Gewachshauscomputer) ist mit Fuhlern, die Innenund AuBentemperatur sowie Feuchtigkeit der Erde im Gewachshaus messen, verbunden. Die erfaBten Daten werden ausgewertet und an die Stellglieder, wie u. a. die Membransitzventile, weitergeleitet. 1st z. B. die Bodenfeuchtigkeit im Gewachshaus nicht mehr ausreichend, offnen die Membransitzventile, und die Pflanzen werden beregnet. Sobald die benotigte Bodenfeuchtigkeit erreicht ist, schlieOen die Membransitzventile wieder. Kehrmaschinen: Moderne Kehrmaschinen reinigen jahrlich Millionen Quadratmeter von StraBen, Parkplatzen, FuBgangerzonen, Geh- und Radfahrwegen. Die Kehrmaschinen lassen sich mit unterschiedlichen Bursten und Sprenganlagen kombinieren, wodurch Trocken- als auch NaBreinigung moglich ist. Gerade im Sommer, wenn die Staubentwicklung beim Reinigungsvorgang durch die Rotation der Bursten im Trockenbetrieb sehr hoch ware, ist eine

Das Sitzventil

Bedusung rnit Wasser zur Staubbindung unerlaBlich. Das Membransitzventil erfiillt dabei die Aufgabe der Wassersteuerung an der Spriihvorrichtung. Das angefeuchtete Kehrgut wird uber eine Absaugvorrichtung in den Kehrgutbehalter geschleudert. Autowaschanlagen: In Autowaschanlagen und -waschstraBen werden Tag fur Tag Tausende von Fahrzeugen gereinigt. Der Kunde kann dabei zwischen verschiedenen Reinigungsvorgangen wMen. Uber einen Datenrechner wird der gewunschte Reinigungsvorgang ausgelost. Die Wasser- und Waschmittelzufuhr erfolgt dabei uber Membransitzventile. Wird z.B. die Unterboden- oder Felgenwasche zugeschaltet, erhalten dafur Membransitzventile das Signal zur Wasserfreigabe. 1st der Reinigungsvorgang beendet, schlieBen die Ventile, und die Biirsten fahren in ihre Ausgangsposition zuriick (Abb. 3-92).

165

Spezifikation fur Sitmentile,

fremdgesteuert, in Metallausfiihrung, DN 4 bis lo0 Ventile dieser Bauart miissen die folgenden Eigenschaften besitzen, wobei sich die Spezifikation am Stand der Technik (Januar 1994) orientiert.

Ventilkorper-Auslegung: Die Ventilk6rper miissen aus RotguS, StahlguS oder nichtrostenden Stahllegierungen hergestellt sein, wobei die Werkstoffbestandteile bzw. die Legierung den geltenden Normen entsprechen mitssen.

AnschluS-Varianten: RotguSventile sind rnit Gewindemuffen, StahlguS-Ventile mit Flanschen und Ventile aus nichtrostenden Stahllegierungen (Niro) mit Gewindemuffen bzw. SchweiBstutzen zu versehen. Bei AnschluS mit Gewindemuffe mu8 an beiden Seiten des Ventilk6rpers die entsprechende Schlusselweite angegossen bzw. angeschmiedet sein, wobei es nicht ausreichend ist, da6 pro AnschluS nur eine Schliisselweite und somit Greifmaglichkeit vorhanden ist. Vielmehr mu6 bei jedem Anschld eine dreimalige Umgreifm6glichkeit fiir das entsprechende Werkzeug bestehen (Sechskant-Mutter). RotguSventilkGper kannen zur einfacheren Montage auch rnit Gewindestutzen und Verschraubung versehen sein. Diese AnschluSVariante wird empfohlen, da auf unnatige zusiitzliche Fittinge verzichtet werden kann und die Einbauhge verkiirzt wird.

Spindelauslegung: Die Ventilspindeln miissen aus nichtrostenden Stahllegierungen rnit harter und sehr glatter Oberfliiche hergestellt sein. Der Kern der Spindel mu6 zish bleiben, im Idealfall ist die Ventilspindel rolliert. Abb. 3-92. Autowaschanlage rnit Kreislaufanlage.

Ventilabdichw: Die Ventilabdichtung erfolgt dutch einen Teller aus nichtrostendem Stahl. Die Dich$l&che kann rnit PTFE bzw. PTFE-haltigen Mischwerkstoffen versehen sein. Fur Betriebstemperaturen itber 180 "C mifssen Ventiltellerflilcheund Ventilsitz metallisch dichten. In diesem Fall mu8 auf eine Kunststoffdichtung venichtet werden.

Das Schlauch-Quetschventil

dabei nicht, die Kraftubertragung erfolgt ausschlieBlich mechanisch.

Ausfuhrung 212-Wegeventil DurchfluJrichtung: beliebig Medien: aggressiv, neutral, flussig, pastenformig, staubformig, verschmutzt, abrasiv, auskristallisierend. Arbeitsweise Ein in eine Rohrleitung integriertes Schlauchstuck wird im Bedarfsfall zusammengedriickt und stoppt den Volumenstrom. Vorteilhafte Eigenschaften Einfachstes Funktionsprinzip, hohes DurchlaBvermogen, kein Druckverlust, insbesondere fur stark verschmutzte Medien geeignet, vollkommen w a tungsfrei, im Ventilinneren totraumfrei (die Flanschverbindungen der Ventilkorper sind jedoch nicht totraumfrei). Nachteilige Eigenschaften Nur fur sehr geringe Schaltwechsel ausgelegt, schlechte Volldichtheit bei groBen Nennweiten, hohe Materialbeanspruchung. Nennweiten DN in mm DN 1 mm bis 1500 mm (kleinste Nennweiten stellen keine eigene Ventilgruppe dar, es handelt sich lediglich um Schlauche z. B. im Laborbetrieb, die mit mechanischen Handklemmen abgedriickt werden. Der eigentliche Nennweitenbereich fur Schlauch-Quetschventile beginnt bei 25 mm. Betriebsdrucke in bar Nur sehr geringe Driicke. Insbesondere bei groBen und sehr groBen Nennweiten ist ein freier Auslauf erforderlich. Betriebstemperatur in "C 0 - 150 "C (ie nach Ausfuhrung und Werkstoff) Korperwerkstoffe Diverse MetallguBarten

167

Dichtwerkstoffe Diverse Elastomere wie z. B.: Perbunan, Butyl, Hypalon, Viton, EPDM, Naturgummi und Silikon. (In Sonderausfuhrungen auch mit Beschichtungen aus Fluorkunststoff.) Antriebsarten Hand- und fremdmediengesteuert, schwimmerbetatigt, motor- oder hydraulikbetrieben sowie federkraft-schlieBend als Uberdruckventil. AnschluRarten In allen gangigen Normen ist nur Flanschausfuhrung bekannt Einsatzgebiete Sie sind sehr begrenzt. Schlauch-Quetschventile sind bei Sicherheitsanforderungen nicht geeignet. Kleinste Nennweiten werden im Laborbereich verwendet. Ansonsten findet man solche Ventile als Endventile im Abwasserbereich von Industrie und Kommunen, bei der Schlammforderung und bei der Dungemittelherstellung.

3.7.1 Die Entstehung und Verbreitung von SchlauchQuetschventilen Das Schlauch-Quetschventil ist der Natur nachgebildet. Die meisten Organe. von Mensch und Tier besitzen Ringmuskeln, die entsprechend der biologischen Notwendigkeiten die Rohren, Blutbahnen und KapillargefaBe des jeweiligen Organismus offnen und schlieBen. Dem Korper stehen fur diese Quetschventile sehr komplexe Gewebestrukturen zur Verfugung, die uber Kraft, Eigenenergie, Flexibilitat und teilweise sogar automatische Erneuerungsmechanismen verfugen. Das technische Schlauch-Quetschventil konnte erst entwickelt werden, nachdem hochelastische Werkstoffe zur Verfugung standen, denn die mechanische und strukturelle Belastung des Dichtungsschlauches ist relativ grol3. Da anders als in der Na-

168 Funkrionsprinzipienund besondere Merkmale

tur der Werkstoff des Dichtungsschlauches keine automatische Selbsterneuerung erfahrt, ist der Verschleifi dieses Teiles grolj. Auljerdem wirkt die SchlieBenergie von auljen auf den Schlauch, so dalj die Krafte gegeneinander wirken. Hohe Schaltzyklen sind aus diesem Grund nicht ohne erheblichen Schaden durchzufuhren, so dalj das SchlauchQuetschventil eine Absperrkomponente fur geringe Schalthaufigkeit ist. In geoffnetem Zustand ist der volle Leitungsquerschnitt annahernd oder sogar vollstandig sichergestellt. Da der Schlauchwerkstoff in den meisten Fallen ein Elastomer ist, eignet sich dieses Funktionsprinzip insbesondere fur abrasive Medien wie z. B. Staube, Pulver, Pasten und flussige Medien mit hohem Feststoffgehalt, In der Verfahrens- und ProzeBtechnik spielt das Schlauch-Quetschventil ahnlich wie das Kukenventi1 eine Nebenrolle, es stellt in einigen Anwendungsbereichen allerdings eine gute Problemlosung dar. Bei groBen Nennweiten (bis uber 100 cm), geringen Betriebsdrucken, freiem Auslauf und niedrigem Schaltwechsel befindet es sich meist als Endventil in abwasser-, klar- oder schlammfuhrenden Rohrsystemen.

3.7.2 Die Charakteristik von Schlauch-Quetschventilen Bei mechanischer Betatigung, z. B. in Hand- oder Motorausfuhrung, werden ungleichmal3ige KraftverIaufe innerhalb des Schlauches weitgehend kompensiert, so dalj eine relativ gute Kennlinie erzielt werden kann. Bei pneumatischer Direktbetatigung jedoch kann das Steuermedium wegen ungleichmairjiger Kraftverlaufe wie z. B. eine ungleichmaBige Starrheit und Komprimierbarkeit des Schlauches zeitweise nur ungleichmaljige mechanische Verformung der Absperrkomponente garantieren. AuBerdem haben die mechanischen Antriebe einen langen Weg, aus dem lange Stellzeiten resultieren. Da beidseitige Betriebsdruckbeaufschlagung des Ventiles die druckbeaufschlagte Flache verdoppelt, muBten besonders bei mittleren und groBen Nennweiten entsprechend grolje Schliefikrafte wirken, die

eine extreme mechanische, beidseitige Belastung des Dichtungsschlauches bedeuten. Deshalb ist der freie Auslauf zu bevorzugen, was zu einem grofien Druckunterschied zwischen Druckeingangsseite und Druckausgangsseite fuhrt, einer fur Regelzwecke denkbar ungunstigen Situation. Die Charakteristik eines Regelventiles verschlechtert sich mit zunehmender Druckdifferenz. Bei geringer Druckdifferenz treten allerdings gute Stromungsverhaltnisse auf (Abb. 3-93).

Abb. 3-93. Stromungsverhaltnisse bei SchlauchQuetschventilen.

3.7.3 Ausfuhrungsarten von Schlauch-Quetschventilen Die folgenden Beispiele zeigen einige typische Ausfuhrungen dieser Ventilart, wobei die jeweiligen Einsatzgebiete jeweils in den Bildbeschreibungen zu finden sind.

Verwendungsbereich: Sauren, Laugen, atzende Flussigkeiten, Schlamme, Abwasser, Sand-Wassergemische, Erzund Kohlenschlamme, pulverformige Produkte (Zement, Kalk, Gips u s ~ . ) ,Mineralole, Wasser, Luft, neutrale, feststoffhaltige und kristallisierende Medien, Papierstoffe, Sirup, Safte, Maische.

Das Schlauch-Quetschventil 169

Schlauch-Quetschventiil in Metallausfiihrung, handbetiitigt.

Betiitigung: mit Handrad

FlanschanschluR: DIN 2501, PN 16, DIN 2533

Sonderausfiihrungen: Schlaucheinsatz aus NR lebensmittel- oder hitzebestandig; Schlaucheinsatz aus Perbunan oder Neopren; Schlaucheinsatz aus Butyl oder Hypalon; Schlaucheinsatz mit Stahldrahtspirale fur leichtes Vakuum; Spindel aus Messing oder VA-Stahl, Spindelverlangerungen;

Schlauch-Quetschventil in Metallausfiihrung, fremdmediengesteuert (direkt gesteuert). Abb. 3-94.

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12

Gehiiuseoberteil Gehiiuseunterteil Schlaucheinsatz Druckstilck geteilter Ring Fiihrungsmutter Spindel Handrad Handradmutter Verbindungsschrauben Halteschraube Haltescheibe

GG 20 OG 20

NR Gt

St GG 20 1.4021 GG 20 St St

St

st

Ausfiihrung: freier Durchgang, ohne Stopfbuchse, mit auswechselbarem Schlaucheinsatz, mit zwangslaufiger Betatigung.

-L-

Abb. 3-95.

Werkstoffe: siehe Tabelle

Betriebsdruck: DN 2 0 - 80 max. 6 bar DN 100 max. 5 bar DN 125 - 150 max. 3 bar

1 2 3

3a 4

4a

Geh4iUSe

Schlauch Konusflansch Konusstticke Scluaubn hrwurfmuner

GG NR GG Stahl Stahl GTS

I 70 Fiurktionsprin=ipien und besondere Merkrnale Spindelfeststellmutter und Hubbegrenzung; Endlagenschalter; Stellanzeige; GehauseauBenbeschichtung auf Kunststoffbasis; Kettenrad.

Schlauch-Quetschventil in Metallausfuhrung rnit Hubspindelausfiihrung fur Fremdmedien oder Motorantriebe (indirekt gesteuert)

Verwendungsbereich : staubformige Produkte (Zement, Kalk, Gips, Mehl usw.) Granulate, Sand, Lehm, Ton, Pasten, Erz- und Kohlenschlamme, verunreinigte Flussigkeiten, Schlamme, Abwasser, Futtermittel, Sirup, Safte, Maische, Luft, Wasser, aggressive Medien, pneumati sche Fordereintich tungen. Ausfuhrung: direkt beaufschlagt, mit auswechselbarem Schlaucheinsatz und zylindrischem und unverengtem Durchgang. DN 20 - 32 rnit Innengewinde nach I S 0 228DIN 259 DN 40 - 200 mit Flanschen Werkstoffe: siehe Tabelle

Abb. 3-96. Schlauch-Quetschventil mit Hubspindelausfuhrung. Teil 1

Betriebsdruck: max. 4 bar Steuerdruck: ca. 1,8 - 2,5 bar hoher als der jeweilige Betriebsdruck; max. Steuerdruck 6 bar Steuermittel: Druckluft, Druckwasser oder neutrale Gase. FlanschanschluB: DIN 2501, PN 16, DIN 2533, (DN 80 = 4 Loch) DIN 200 = DIN 2501, PN 10, DIN 2532 Sonderausfuhrungen: Konusflansche aus GG rnit Buchsen aus Polypropylen (PP), Konusflansche aus GG rnit Buchsen aus V2A- oder V4A-Stah1, Schlaucheinsatze aus Perbunan, Neopren, lebensmittelbestandigem Gummi usw., mit 3/2-Wege-MagnetventiI fur elektropneumatische Steuerung.

2 3 4 5 6

7 8 9 10

Bezeichnung

Werkstoff

Gehauseoberteil Gehauseunterteil Schlaucheinsatz Druckstiick geteilter Ring Fiihrungsmutter Spindel Verbindungsschrauben Haltescheibe Halteschraube

GG 20 GG 20 NR Gt St GG 20 1.402 1

St St St

Verwendungsbereich : Sauren, Laugen, atzende Flussigkeiten, Schlamme, Abwasser, Sand-Wassergemische, Erz- und Kohlenschlamme, pulverformige Produkte (Zement, Kalk, Gips usw.), Mineralole, Wasser, Luft, neutrale, feststoffhaltige und kristallisierende Medien, Papierstoffe, Sirup, Safte, Maische. Ausfuhrung: freier Durchgang, ohne Stopfbuchse, rnit auswechselbarem Schlaucheinsatz, mit zwangslaufiger Betatigung.

Das Schlauch-Quetschventil

171

Betriebsdruck: DN 15 - 80 max. 6 bar max. 5 bar DN 100 DN 125 - 200 max. 3 bar

Sonderausfuhrungen: Schlaucheinsatz aus NR lebensmittel- oder hitzebestandig, Perbunan, Neopren, Butyl, Hypalon. Gehauseaufienbeschichtung auf Kunststoffbasis.

Werkstoffe: siehe Tabelle

Verwendungsbereich : Sauren, Laugen, atzende Flussigkeiten, Wasser, Abwasser, Schlamme, feststoffhaltige, kristallisierende und pastose Medien usw.

Betiitigung: mit pneumatischen oder elektrischen Stell- und Regelantrieben FlanschanschluB : DIN 2051, PN 16, DIN 2533, DN 200 = DIN 2501, PN 10, DIN 2532 Schlauch-Quetschventil in Metallausfuhrung rnit Schwimmer-Direktsteuerung

Ausfuhrung: freier Durchgang, ohne Stopfbuchse, rnit auswechselbarem Schlaucheinsatz, rnit zwangslaufiger Betatigung, schliefiend bei steigendem Schwimmer. Betriebsdruck: DN 20 - 80 max. 6 bar Werkstoffe: siehe Tabelle FlanschanschluB: DIN 2501, PN 16, DIN 2533 Sonderausfiuhrungen: Schlaucheinsatz aus NR lebensmittel- oder hitzebestandig; Perbunan, Neopren, Butyl, Hypalon. Mantelschwimmer aus V2A, V4A, Cu und Stahl gummiert. Schwimmerstange aus V4A und Stahl gummiert.

Abb. 3-97. Schlauch-Quetschventil rnit Schwimmer-Direktsteuerung. Teil 1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12

Bemichnmg

WebtOff

Gehiiuseoberteil Gehiiuseunterteil Schlaucheinsatz Druckstuck geteilter Ring Fuhrungsmutter Spindel Gelenkstiick Hebel Schwimmerstange Schwimmer Haltescheibe/Schraube

GG 20 GG 20 NR Gt St GG 20

MS Rg St St (VA) St (VNCU) St

Verwendungsbereich: Sauren, Laugen, atzende Flussigkeiten, Wasser, Abwasser, Schlamme, feststoffhaltige, kristallisierende und pastose Medien usw. in BypaBleitungen als Uberstromventil verwendbar. Ausfuhrung: offene Bauart, freier Durchgang, ohne Stopfbuchse, mit auswechselbarem Schlaucheinsatz, mit zwangslaufiger Betatigung, mit aufgebauter Feder, mit Einstellschraube.

172 Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

Schlauch-Quetschventil in Metallausfuhrung, betriebsdruckbetatigt (Uberdruck-Ventil) 12 9

Werkstoffe: siehe Tabelle FlanschanschluB : DIN 2501, PN 16, DIN 2533

11 10

Sonderausfuhrungen: Schlaucheinsatze in lebensmittel- oder hitzebestandiger NR-Qualitat, in Neopren, Perbunan, Butyl, Hypalon.

8 7

3.8 Das Membranventil

6

5 1

3 2

Unter der Bezeichnung Membranventil werden zwei vollig verschiedene Ventiltypen zusammengefafit: - Membran-Tiefsitzventil - Membran-Mittelstegventil. Zwar dichten beide Varianten mit Hilfe einer Dichtmembrane den Volumenstrom ab, dennoch sind ihre konstruktiven und technischen Eigenschaften vollkommen verschieden.

Abb. 3-98. Uberdruck-Ventil. Tell 1

2 3 4 5 6

7 8 9 10 11 12

Bezeichnung

Werkstoff

Gehauseoberteil Gehauseunterteil Schlaucheinsatz Druckstuck kpl . Spindel Laterne Federteller unten Feder Muttern Federteller oben Briicke Federspannschraube

GG 20 GG 20 NR Gt

Betriebsdruck: DN 15 - 80 max. 6 bar max. 5 bar DN 100 DN 125 - 150 max. 3 bar

Niro St St

St verz. St St

St Ms

Abb. 3-99. Ventiltypen nach dem MembranventilPrinzip. a Membran-Tiefsitzventil, b Membran-Mittelstegventil.

Das Membrunvenril

Das Membran-Tiefsitzventil-Prinzip Eine extrem ausgefomte Dichtmembrane wird durch einen Hubantrieb durch den gesamten Ventilk6rperquerschnitt (Volumenstrom) auf den Boden des Ventilkorperdurchganges gedriickt und dichtet den Volumenstrom ab. In geoffnetem Zustand wird die Membran soweit angehoben, dal3 der volle Volumenstrom fast ungehindert flieSen kann. Der gro6e Vorteil liegt im geringen Druckverlust in voll getiffnetem Zustand, vergleichbar mit dem Schlauch-Quetschventil. Einen groaen Nachteil bildet der lange Hub und die daraus resultierende extreme Belastung der Membrane. Die verwendeten Membranen sind deshalb stark vorgeformt, was allerdings auch ungunstigere mechanische Eigenschaften zur Folge hat. Diese Ventilart kann nur dann eingesetzt werden, wenn niedrigste Schaltwechsel durchzufiihren sind.

Das Membran-Mittelstegventil-Prinzip Bei der Membranventil-Variante mit Mittelsteg sind die Membrane und der MembranQchtsteg zur Mitte hin gewiilbt. Es resultiert verglichen mit dem Tiefsitzprinzip daraus zwar eine etwas ungunstigere Stromungscharakteristik, der Hub verkleinert sich aber erheblich. Deshalb ist die Membrane nur leicht vorgeformt und die mechanische Belastung ist so gering wie moglich gehalten. Das Resultat ist eine extrem hohe Schaltbarkeit bei relativ geringer Membranbelastung. Die beschriebenen Unterschiede zeigen, dal3 lediglich das Membran-Mittelstegventil die im Anlagenbau geforderten Vorteile aufweist. Der Einsatz von Mernbran-Tiefsitzventilen ist hingegen nur in Einzelfallen und unter besonderen Voraussetzungen gerechtfertigt. Aufgrund der hohen Verwendungshaufigkeit der Mittelstegausfuhrung und des nur vereinzelten Einsatzes der Tiefsitzausfuhrung versteht man im Anlagenbau sowie in der Ventilbranche unter der Bezeichnung Membranventil stets die Mittelstegausfuhrung. So sind auch im folgenden unter der Bezeichnung Membranventil ausschlieElich MembranMittelstegventile gemeint, wenn nicht ausdriicklich von Membran-Tiefsitzventilen die Rede ist.

173

Merksatz: Mit der Bezeichnung Membranventile sind automatisch immer Membran-Mittelstegventile gemeint. Fur Mernbran-Tiefsitzventile ist die vollstiindige Bezeichnung zu gebrauchen. Das Membranventil (Mittelsteg-Ausfuhnng) besteht aus drei wesentlichen Komponenten: - Ventilkhper - Dichtmembrane - Antrieb mit Druckstuck

Bei den Nennweitenbereichen DN 4 bis 150 mm und einem Betriebsdruckbereich von Vakuum bis 10 bar Uberdruck stellt das Membranventil die flexibelste, universellste und modernste Variante von Ventilen dar. Es eignet sich in entsprechender Ausfuhrung sowohl fur hochreine. saubere, verschmutzte, stark verschmutze, pastenfiirmige, staubfiirmige, flussige, gasfiirmige, neutrale und aggressive Medien als auch fur Dampfe und wird innerhalb der Lebensmittel-, Wasseraufbereitungs-, Chemie- oder Filtrationstechnik in Recycling-, K l h e r k s - und der Medizintechnik eingesetzt. Membranventile sind totraurnfrei, besonders fur hohe Schaltwechsel geeignet, in unterschiedlichen Korper- und Dichtwerkstoffen, AnschluBvarianten und Antriebsarten erhaltlich und garantieren ein Optimum an Fiexibilitat. Auch die Oberflachengiiten lassen sich bei Verwendung von Edelstahlventilkiirpern dem jeweiligen Anwendungsfall angleichen. Membranventile sind absolut totraumfrei und bei Temperaturen bis zu 150 "C einsetzbar, sie gelten auch im Biobereich als Universalventile mit grtiatet Zuverlassigkeit. Anders als das Membran&ventil besitzt dieses Funktionspnnzip eine relativ storrnungsgiinstige Geometrie und eine gute Regelbarkeit.

Ausfiihrung 2/2-Wege- und 3/2-Wege-Ausfuhrung (T-Stuck) Grundsiitzlich werden Membranventile in sogenannte Tiefsitz- und Mittelstegausfuhrungen untergliedert. Die Tiefsitzausfuhrung wird hier nicht beriicksichtigt, da sie nur in Einzelfallen eingesetzt wird.

174

Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

DurchfluJrichtung: beliebig Medien: flussig, pasten- und gasformig, hochrein bis stark verschmutzt, neutral bis aggressiv.

Arbeitsweise Eine Membrane wird von einem, durch einen Antrieb betatigten, Druckstuck von oben senkrecht auf einen zum Volumenstrom quer liegenden Dichtsteg aufgedriickt und dichtet ab. Vorteilhafte Eigenschaften GroBe Variabilitat, fur hochreine bis stark verschmutzte Medien geeignet, gut zum Regeln geeignet, kleine EinbaumaBe, universe11 einsetzbar, zuverlassige Dichtheit, fur hohe bis sehr hohe Schaltwechsel geeignet, totraumfrei und sterilisierbar, stromungsgiinstige Geometrie. Nachteilige Eigenschaften Nur fur Betriebstemperaturen bis 150 "C und fur mittlere Betriebsdriicke geeignet (Vakuum bis 20 bar Uberdruck, meist nur bis 10 bar), leichte Druckverluste. (Als Betriebsdruck zahlt die Summe der beidseitig anstehenden AnschluBdriicke.) Nennweiten DN in mm DN 4 bis 300 mm, meistens DN 4 bis 150 mm. Betriebsdriicke in bar Bis 20 bar einseitig oder 10 bar beidseitig anstehend. meist aber bis maximal 10 bar. Betriebstemperatur in "C Minus 40 "C bis maximal plus 150 "C. Korperwerkstoffe GrauguB, SpharoguB, StahlguB, diverse NiroguBlegierungen, diverse Niroschmiedekorper, Spharogut3 mit PP oder PFA-Auskleidung, GrauguB mit diversen Elastomerbeschichtungen, GrauguB und SpharoguB mit Glasbeschichtungen, PVC, PP, ABS, CPVC, PVDF, PFA. Dichtwerkstoffe Weichmembranen: aus diversen Elastomeren wie EPDM, NBR, FPM, Butyl, Hypalon, NBR, Silicon. Fluorkunststofiembranen: z. B. verschiedene Ela-

stomere mit Fluorkunststoff-Folien (PTFE, PFA, PTFE) (Teflon@).

Antriebsarten Hand-, fremdmedien-, betriebsmedien- und motorgesteuert. AnschluBarten Gewindemuffe, Gewindestutzen mit Armaturenverschraubung, Klebe- bzw. SchweiBmuffe, Klebebzw. SchweiBstutzen, diverse Flansche, Schlauchklemm-AnschluB, Clamp-AnschluB, Milchrohrverschraubung, sonstige SonderanschluBarten (entsprechend Korperwerkstoff). Einsatzgebiete In allen Bereichen des Anlagenbaues, wie z. B. Wasseraufbereitung, Filtrationstechnik, Recycling, Abfullanlagen. Insbesondere in biotechnologischen Anlagen, wie z. B. Fermentation, Genforschung, Lebensmittel- und Getrankeindustrie, Pharmazie usw. Alle Bereiche der Chemie, Reinstmedienzufuhrung (2. B. Mikrochipherstellung, Pharmazie).

3.8.1 Die Entstehung und Verbreitung von Membranventilen Membranventile stellen das jungste Funktionsprinzip innerhalb der Verfahrenstechnik dar. Die Urform des Membranventils stammt aus GroBbritannien. Urspriinglich ausschlieBlich aus Metal1 hergestellt, wurde dieses Funktionsprinzip in Deutschland modifiziert und auch erstmals aus Kunststoff gefertigt. Eine klare Abgrenzung zwischen den unterschiedlichen Anwendungsgebieten existiert nicht. Durch universelle Einsetzbarkeit, Artenvielfalt und eine hohe Lebenserwartung kommen Membranventile in allen Anwendungsgebieten vor, insbesondere in der Chemie, im Lebensmittel- und Getrankebereich, in der Pharmazie, bei der Reinstmedienzufuhrung, im Wasseraufbereitungs- und Recyclingbereich und im allgemeinen Anlagenbau sind diese Ventile zu finden. Die Abbildungen 3- 100 bis 3- 102 demonstrieren die Vielfalt dieses Funktionsprinzips.

Das Membranventil

I

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175

176

Funktionsprinzipien

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besondere Merkmule

--

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Fremdgesteuert

Handbetlltigt

Fremdgesteuert

Handbetlltigt

I

Motorgesteuert

6

Abb. 3-102. Clean-System@' fur Membranventile in Reinraumtechnologie.

5

l

1

I

I Fremdgesteuert

E-

Teflon Membranein Sandwichbauweise FTFE/PFA/PTFE

I

SchwdB0tuh.nzdl (PFA)

Handbetlltigt

I

7

Motorgesteuert

Fremdgesteuert

I

Fremdgesteuert

I

178 Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

3.8.2 Die Charakteristik von Membranventilen Stromungscharakteristik Da alle mit dem Volumenstrom in Kontakt kommenden Bauteile gerundet sind, ist der Volumenstrom trotz der Umlenkung des Betriebsmediums innerhalb des Ventilkorpers relativ laminar. Im Idealfall ist der Querschnitt zwischen Dichtsteg und vollstandig geoffneter Membrane groBer als die eigentliche Nennweite des jeweiligen Ventilkorpers, was zu einer Kompensation der Volumenstrombeschleunigung durch die Verlangerung des Weges (Umlenkung) fiihrt (Abb. 3-103). Da durch die ausgangsseitige Verjungung auf das urspriingliche Anschlul3maB eine Druckerhohung am Ventilausgang resultiert, ermoglicht dieser konstruktive Trick auch eine Optimierung der Regelcharakteristik. Selbst im teilgeoffneten Zustand werden Stromungsabrisse vermieden. Das Medium wird durch den Offnungsquerschnitt hindurchgetrichtert (Abb. 3- 104). Setzen sich bei geschlossenem Ventil Schwebeteile oder sonstige Feststoffe vor dem Dichtsteg ab, oder kommt es gar zur Verdichtung dieser Ablagerungen (z.B. bei Kalkmilch), wird der Volumenstrom nach dem Offnen des Ventils nur indirekt behindert, der Offnungsquerschnitt ist nicht verandert. Beim Offnen des Ventils wird der volle Querschnitt freigegeben. Die Feststoffablagerungen liegen vor dem Steg (Abb. 3-105). Unmittelbar nach Stromungsbeginn des Betriebsmediums werden bei ausreichender Stromungsgeschwindigkeit die Ablagerungen mit dem Volumenstrom fortgerissen. Fur geringe Stromungsgeschwindigkeiten kann das Membranventil auf dem Kopf stehend eingebaut werden. In diesem Fall senkt sich die Membrane beim Offnungsvorgang ab, und die darauf liegenden Ablagerungen konnen vom Volumenstrom erfaBt und fortgespult werden (Abb. 3-106). Durch den relativ breiten Dichtsteg und die Elastizitat der Dichtmembrane (nicht bei Teflon beschichteten Membranen) schliel3t das Ventil auch dann dicht, wenn zwischen Dichtsteg und Membrane Partikel und Schmutzteilchen festgeklemmt sind. Die erreichbare Dichtheit hangt von der KorngroiBe der Schmutzpar-

Abb. 3-103. Optimiertes Querschnittsverhaltnis AnschluB/Durchgang.

b a

C

Abb. 3-104. Stromungsverhaltnisse in Membranventilen. a geschlossen, b teilgeoffnet, c vollgeoffnet.

Abb. 3-105. Membranventil mit Feststoffablagerungen.

Das Membranventil

Abb. 3-106. Membranventil, zur Vermeidung von Verstopfungen auf dem Kopf stehend.

I

1

179

2 Hub in mm

tikel und der Nennweite ab. Fur stark verschmutzte undoder abrasive Medien sind Membranventile also besonders geeignet.

Regelcharakteristik Bei gleichmaBiger Veranderung des Hubes verandert sich der Querschnitt zwischen Membrane und Dichtsteg ebenfalls weitgehend gleichmal3ig. Lediglich im Anfangs- und Endstadium treten geringe Abweichungen vom linearen Verlauf auf (Abb. 3107). Die Kennlinie zeigt besonders im Bereich zwischen ca. 20% und 70% des Gesamtweges ein gun-

Abb. 3-108. Kennlinie eines Membranventils. stiges Verhaltnis zwischen Hub und Volumenstrom. Dieser Bereich kann fur Regelzwecke sehr gut genutzt werden. Werden die Ventilkorper- und Membran-Druckstuckgeometrien konstruktiv optimiert, so kann der gunstige Regelbereich dariiber hinaus erweitert werden. (Im Idealfall zwischen 5% und 85% gute Kennlinie.)

3.8.3 Ausfuhrungsarten von Membranventilen 3.8.3.1 Ventilkorper Trotz ihres anlichen Aussehens besitzen Membranventilkorper grundsatzliche Unterscheidungsmerkmale, die uber Funktionalitat und Einsatzfiihigkeit entscheiden. Gute Ventilkorper sollten die folgenden Eigenschaften besitzen:

- Nennweiten sollten in Baugruppen zusam-

i Abb. 3-107. Veranderung des Querschnitts in Abhangigkeit vom Hub.

mengefaBt sein (z. B. DN 15, 20,25 / DN 32, 40 usw.), so da13 Membranen und Antriebe innerhalb der betreffenden Nennweitengruppen ausgetauscht werden konnen und die erforderliche Lagerhaltung der Ersatzteile entsprechend verringert wird.

1 80 Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

- Der Offnungsquerschnitt zwischen Mem-

brane und Dichtsteg sollte groBer als der Querschnitt betreffender Nennweite sein. Der Druckverlust wird reduziert, der Volumenstrom wird beruhigt. - Die Ventilkorper sollten aus allen gangigen Kunststoffen, Metallen, MetaWKunststoffKombinationen und Metall-Legierungen in allen gangigen AnschluSvarianten angeboten werden. - Eine einheitliche Montageebene (speziell im Kunststoffbereich) zur Vereinfachung und Verkurzung der Montagezeit ist erforderlich. - Kunststoffkorper sollten iiber bereits integrierte Befestigungspunkte verfugen, Metallkorper wenigstens uber entsprechende Vorrichtungen (Flachen oder Zapfen) fur die im Bedarfsfall nachtraglich anzubringenden Befestigungsgew inde. - Sonderventilkorper wie T-Stuck, Probeentnahmemoglichkeit oder Bodenablahentile mussen verfiigbar sein (speziell in Metallausfu hrungmiro). - Speziell bei biotechnologisch genutzten Ventilen (Niro) mu6 ein Freiauslauf moglich sein.

notigen unterschiedliche Nennweitengruppen unterschiedliche Montageebenen. Befestigungsplatten innerhalb der Gruppe 15, 20 und 25 mm ermoglichen eine einheitliche Montageebene fur alle sechs Nennweiten. Ebenso konnen innerhalb der Nennweitengruppen fast alle Membranen und Antriebe untereinander ausgetauscht werden. Dieses Baukasten-System ermoglicht dem Anwender eine Reduzierung an Arbeitsaufwand und Lagerhaltung.

Der T-Ventilkorper (Mehrwege-Korper)

Einheitliche Montageebene fur Membranventile aus Kunststoff und ihre Zusammenfassung in Baugruppen

Insbesondere im biotechnologischen Anwendungsbereich (Niro-Ventile) besteht oft die Notwendigkeit, einen Rohrabschnitt mittels eines T-Ventiles zu entleeren oder an entsprechender Stelle etwas zuzumischen. Ein T-Ventilkorper kann aufwendige Applikationen ersetzen, wenn er bestimmte geometrische Merkmale besitzt. So darf der Dichtsteg des Ventiles nicht vie1 tiefer als der Hauptrohrboden sein, damit bei geschlossenem Ventil keine Pfutze entstehen kann, insbesondere bei entleerten Rohren und nachlaufendem bzw. abtropfendem Medium. Die Dichtstegkante kann der Ebene des Hauptrohrbodens angeglichen werden, ein leicht verdrehter Einbau in Langsachse kann dann eine Entleerung ermoglichen. Dazu ist jedoch erforderlich, daB der Dichtsteg des T-Ventilkorpers nicht zu weit von der Ebene des Hauptstromrohres entfernt ist (Abb. 3109).

Die Abstimmung der Ventilkorpergeometrie kann erhebliche Vorteile fur den Anlagenbauer bedeuten. Speziell im Kunststoff-Anlagenbau werden die Ventile sowie alle weiteren in die Verrohrung integrierten Bauteile meist auf ein Rohrrahmengestell aufgebaut. Unterschiedliche Bauhohen miissen durch aufwendig hergestellte Sockel ausgeglichen werden. Sind die Ventile jedoch bereits in ihrer Geometrie aufeinander abgestimmt, so kann die Nennweite DN 15 bis 50 mm problemlos auf einer einheitlichen Montageebene montiert werden. DN 15, 20 und 25 bilden dabei eine Nennweitengruppe, DN 32, 40 und 50 mm jeweils eine weitere. Die erheblichen Geometrieunterschiede im Innenteil des Ventiles wirken sich auf die AuBengeometrie aus, daher be-

Abb. 3-109. T-Ventilkorper aus NIRO.

Das Membranventil 181

Niroventilkorper mit Probeentnahmeventil Insbesondere bei biotechnologisch genutzen Anlagen miissen im Rahmen der Qualitatssicherung sowie -uberwachung Proben an entsprechenden ProzeBabschnitten genommen werden. An vom Hersteller entsprechend vorbereitete Ventilkorper konnen an optimaler Stelle Probeentnahmeventile angeschweiBt werden, die auch zum AblaB von Sterilisationskondensat dienen konnen. Ein haufig auftretendes Problem stellt jedoch das kurze Rohrstiick zwischen Hauptvolumenstromkanal und Dichtsteg des Probeentnahmeventils dar. Beim in Abb. 3-1 10 gezeigten Ventil ist das Entnahmeventil am optimalen Entnahmepunkt plaziert.

Der Ventilkorper wird an den Behalter angeschweiBt. Zu Wartungsarbeiten kann der Antrieb leicht demontiert werden, es konnen Hand-, Fremdmedien- und Motorantriebe verwendet werden. Durch den schragen Aufsatz des Antriebes wird eine ergonomische Bedienposition erreicht und der freie Auslauf stromungsgunstig garantiert. Der tiefste Punkt des korrekt angeschweiBten Membranventil-Bodenablafikorpers liegt direkt am Dichtsteg. Durch Offnen der Membrane kann das Medium vollstandig aus dem Behalter auslaufen. Lediglich an der druckentlasteten Seite des Membranventiles kann sich an der Membranoberflache, bedingt durch den Absatz zum AbfluBrohr, Medium ansammeln, nicht aber im Behalterinnenraum, so daB der Behalter tatsachlich vollstandig auslaufen kann (Abb. 3- 111). Wird nach vollstandigem Auslauf des Behalters das Ventil erneut geschlossen, so konnen an besagtem Absatz lediglich geringe Mengen des Mediums verbleiben. I

Abb. 3-110. Niro Ventilkorper mit Probe-Entnahmeventil.

Niro-Bodenablafiventil Diese Variante des Membranventils gewarleistet einen fast vollstiindigen, riickstandsfreien Auslauf des Behalters, wobei je nach Viskositat, Haftf&igkeit und weiterer physikalischer Eigenschaften des Betriebsmediums eine Restmenge an den Behalterwanden haften bleibt. Der Begriff riickstandsfrei beschreibt lediglich die geometrische Plazierung des Auslaufpunktes, bei der im Idealfall der Behalter vollstandig auslaufen konnte.

Abb. 3-111. Giinstige Geometrien optimieren das Entleerungsverhalten von BodenablaBventilen.

3.8.3.2 Freiauslauf von Membranventilen Ein Freiauslauf ist meist nur bei sogenannten biotechnologischen Verfahren gefordert. Die dabei verwendeten Anlagen sind normalerweise aus hochle-

1 82

Funktionsprinzipien und hesondere Merkmale

giertem nichtrostendem Stahl, allerdings vereinzelt auch aus Fluorkunststoffen (PFAPVDF) hergestellt. Freiauslauf kann notig sein - beim Medienwechsel innerhalb einer Anlage, zur Verhinderung einer Vermischung zwischen erstem und zweitem Medium, - nach Sterilisation mit chemischen Reinigungsmitteln oder Dampf, - zur Vermeidung einer Vermischung von Resten des Reinigers oder Kondenswassers des Sterildampfes mit dem nachfolgenden Medium, - zur Vermeidung von Brutstatten fur Keime bei Verfahrensunterbrechung, - zur Vermeidung von Ablagerungen bei Volumenstromunterbrechung entsprechender Medien (flussige Medien mit Partikelanteilen hohen spezifischen Gewichts). Freiauslauf bedeutet letztlich nichts anderes als die Vermeidung von unerwiinschten Medienriickstanden bei einer Verfahrens- oder ProzeBunterbrechung bzw. deren Ende. Durch eine optimale Ventilinnengeometrie und einen korrekten Einbau kann bei geschlossenem Venti1 der nachfolgende Rohrabschnitt einschlieBlich der druckentlasteten Ventilseite vollstandig entleert werden. Bei geoffnetem Ventil Iauft der gesamte Rohrabschnitt einschlieBlich des Ventilkorpers leer, allerdings verbleiben bei manchen Medien Ruckstande. Dafur sind die Haftfahigkeit, das spezifische Gewicht sowie die Viskositat des Betriebsmediums ausschlaggebend . Auch die Reinigung mit Wasser, Dampf oder chemischen Stoffen kann Ruckstande innerhalb der Verrohrung nicht vollig verhindern. Durch glatte Oberflachen der Rohre und Ventilkorper, sowie speziellen Sammel- und Entleerungspunkten fur das abflieBende Medium kann eine relativ hohe Ruckstandsfreiheit erzielt werden. Mu13 eine Anlage jedoch absolut trocken sein, so mu13 nach dem ReinigungsprozeB mit getrockneter HeiBluft gespult werden. In den meisten Fallen ist dies jedoch nicht erforderlich, da bei hohen Reinheitsanforderungen

und selbst entleerenden Ventilen bei entsprechender Verrohrung das sterile Restkondensat keine negativen Auswirkungen auf den nachfolgenden ProzeB hat.

Voraussetzungenfur den Freiauslauf von Membranventilen Voraussetzung 1 Die Ventilinnenflache zwischen Dichtsteg AuBenkante (a) und dem Schnittpunkt zum AnschluBrohr (b) mu13 absolut gerade sein (Abb. 3-1 12 b). 1st die Strecke von (a) nach (b) gekriimmt und wird der

Abb. 3-112.a Unzureichender Freiauslauf durch gekriimmte Innenflache, b guter Freiauslauf.

Das Membranventil

Ventilkorper um die Langsachse gedreht, so verbleibt stets eine Pfutze. 1st die Strecke jedoch absolut gerade, so flieSt das Medium vollstandig in den Rohrquerschnitt ab.

Voraussetzung 2 Das Ventil muS in seiner Langsachse so weit gedreht werden, dalj die auljerste Kante des Membranausschnittes (c) auf derselben Ebene wie die tiefste Stelle des AnschluSrohrinnendurchmessers liegt. Liegt (c) dariiber, ist das Ventil also nicht weit genug geneigt, kann das Rohr druckseitig nicht vollstandig auslaufen. 1st das Ventil zu weit gedreht, so liegt (c) tiefer als die tiefste Stelle des Rohranschlusses und es bildet sich ein sogenannter Sack.

Abb. 3-113. Geometrische Verhaltnisse fur Freiauslauf. Voraussetzung 3 1st der vollstandige Auslauf des gesamten Rohrabschnittes einschlieSlich des Ventilkorpers notig,

183

so mussen die gesamte Verrohrung und das Ventil in Langsachse leicht geneigt werden. Wenn eine der drei Voraussetzungen nicht gegeben ist, so kann sich das Ventil bzw. der Rohrabschnitt nicht entleeren. Bio-Ventile unterschiedlicher Hersteller besitzen unterschiedliche Auslaufwinkel. Das Ergebnis eines Vergleichs ist eindeutig und beweist, daB nicht alle Membranventilkorper aus Edelstahl uber eine ideale Selbstentleerungsgeometrie verfugen. Ventile von Saunders, ITT und GEMU, namlich Serienventilkorper aus der Legierung 1.4435 (316 L), wurden durch Sichtkontrolle verglichen, was vollkommen ausreichend und auch jederzeit nachvollziehbar ist. Die verglichenen Serienventilkorper in SchweiSstutzenausfuhrung entsprachen dem Stand der Technik zu diesem Zeitpunkt. Technische Anderungen, die moglicherweise mittlerweile vollzogen wurden, konnen inzwischen zu anderen Ergebnissen fuhren. Als Testmedium diente Wasser mit einer Temperatur von 20 "C bei einer Umgebungstemperatur von 20 "C. Voraussetzung 4 Der Anlagenbauer mu13 in der Lage sein, die werkseitigen Einbauangaben exakt einzuhalten. Da dies in der Praxis meist nicht moglich ist, mussen die angegebenen Einbauwinkel zumindest annahernd erreicht werden. Letztendlich reicht es aus, die Ventilkorper so einzuschweiSen, daS sich die Korper und Rohrabschnitte fast vollig entleeren. Bei der Planung von Anlagen mussen die geometrischen Voraussetzungen beriicksichtigt werden. Im ubrigen ist eine absolute Selbstentleerung einer Anlage unmoglich. Der sicherste Weg ist der senkrechte Einbau der Ventile, was allerdings nicht immer moglich ist. In Einzelfallen bietet auch der T-Ventilkorper eine Freiauslaufmoglichkeit.

1 84

Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

Auslaufversuche von Edelstahl-Membranventilen unterschiedlicher Fabrikate Fabrikate: GEMU Priifbedingungen: Medium: entspanntes Wasser ITT Medium-Temperatur: +20 "C Saunders Umgebungs-Temperatur: +20 "C Ausfuhrung: FeinguBkorper 3 16L Stand der Technik: Januar 1993

Nennweite

Hersteller

Ihp

8 mm

GEMU ITT Saunders

605 12" 22" stand kein Muster zur Verfiigung

50" 53"

10 mm

GEMU ITT Saunders

10" 625 stand kein Muster zur Verfugung SV-T 20"

35"

GEMU ITT Saunders

687 17" stand kein Muster zur Verfiigung sv-u* 13"

13"

GEMU

687

Saunders

-

25 mm

GEMU I'IT Saunders

687 7" stand kein Muster zur Verfugung stand kein Muster zur Verfugung

26"

32 mm

GEMU ITT Saunders

687 4" stand kein Muster zur Verfugung stand kein Muster zur Verfiigung

38"

40 mm

GEMU

28"

Saunders

687 7" stand kein Muster zur Verfugung stand kein Muster zur Verfugung

GEMU ITT Saunders

687 -

15 mm

20 mm

ITT

WinkeVAuslaufbeginn

~~~

ITT 50 mm

* Ventile

mit abgestufter Innenkontur des AnschluBstutzens.

59"

42" 41" 45" 46"

10" 19" 16"

-*

WinkeYEntleerungspasition

~

15"

24" 35"

15"

35"

7"

Das Membranventil

3.8.3.3 Die Dichtmembrane Die Membrane stellt eines der wichtigsten Bauteile des Membranventils dar, was in der Namensgebung fur dieses Funktionsprinzip zum Ausdruck kommt. Im Zusammenspiel mit der Dichtsteggeometrie des Ventilkorpers, der Kraftubertragung iiber das Druckstuck und dessen spezieller Geometrie, sowie dem jeweiligen Antrieb ist die Membrane das am stkksten beanspruchte Teil dieser Ventilart. Da die Membranen direkt zwischen Antrieb und Ventilkorper verflanscht sind, muB bei entsprechenden Sicherheitsanforderungen ein besonderes Augenmerk auf den Einbau und die Dichtheit des Flansches gelegt werden. Fur exakte Anzugswerte der Verflanschung muB grundsatzlich auf die allgemein gultigen Regeln der Physik und Mechanik hingewiesen werden.

1. Kunststoffe und Metalle (Ventilkorper und Antriebe) dehnen sich aus und ziehen sich entsprechend der Druck- und Temperaturbelastung zusammen. Kunststoffe schrumpfen oder dehnen sich zusatzlich durch ihre Fahigkeit, Wasser zu binden. 2. Die Dichtmembranen bestehen groBtenteils aus Elastomeren, die stark auf Druck und Temperatur reagieren. Durch den direkten Kontakt mit dem Betriebsmedium konnen Bestandteile des Membranwerkstoffes ausgeschwemmt werden und Aushirtungen auftreten. 3. Veranderliche Faktoren wie Betriebsdruck, Betriebs- und Umgebungstemperatur, Medienbeschaffenheit, Schalthaufigkeit, Steuerkraft und Offnungs- bzw. SchlieBgeschwindigkeit bilden eine Vielzahl an Variablen, die sich unmittelbar oder mittelbar auf die mechanische Verbindung zwischen Antrieb, Membrane und Ventilkorper auswirken, so dal3 es unmoglich ist, auch nur anniihernd feste Anzugswerte fur diese Flanschverbindung mit Sicherheit zu definieren. Nur die regelmaBige Uberpriifung und ggf. das Nachziehen der Flanschschrauben ist wirklich sinn-

185

voll. Die Wartungszyklen einer Anlage geben die entsprechenden Zeitpunkte dazu an. Diese Aufgabe mu13 durch einen Fachmann erledigt werden:

- Die Flansche mussen iiber Kreuz gelost bzw. festgezogen werden.

- Der Flansch darf nicht zu locker oder zu fest

-

gezogen werden (reine Erfahrungswerte eines Praktikers). Es mu8 die notwendige Sorgfalt walten.

Herstellerseitige Drehmomentangaben konnen nie als endgultig betrachtet werden. Sie stellen lediglich Richtwerte dar, die entsprechend der jeweiligen Situation abweichen konnen.

Herstellung von Membranen Hauptbestandteil von Dichtmembranen fur Membranventile ist ein Elastomer. Es kann in Art und Konsistenz den Anforderungen angeglichen werden, wobei Material und Zusammensetzung verandert werden konnen (wie die unterschiedlichen Legierungen bei Metall). Das Rohmaterial ist plastisch, also ahnlich wie Kaugummi verformbar, und es behalt seine Verformung bei. Es wird entweder bereits in flachen Bahnen auf Trommeln bereitgestellt oder durch sogenannte Kalander zu Flachbahnen verarbeitet. (Kalander sind gegenlaufige Metallwalzen, die durch einen Zwischenraum das Material zu flachen Bahnen verpressen.) Anschlieknd wird das Material in der erforderlichen MembrangroBe und -form ausgestanzt und fur das Vulkanisieren vorbereitet. Dabei werden die verschiedenen Werkstoffe schichtweise aufeinander gelegt. Es handelt sich dabei um den eigentlichen Membranwerkstoff, den Metallpin bzw. den Gewindestift, bei Teflonmembranen entsprechend vorbereitete Folien sowie Gewebeeinlagen zur Verstkkung der Membrane (Abb. 3- 114). Das entstandene ,,Sandwich" wird nun in einer Mehrfachform in die Vulkanisationspresse eingelegt. Die Form wird geschlossen und mit einem spezifischen PreBdruck von 200 - 800 bar beaufschlagt. Dabei wird die Form auf 150 - 180 "C e r w h t , so

186

Funkrionsprinzipien und besondere Merkmale

Abb. 3-114. Zum vulkanisieren vorbereitete Membranen. daB sich die Molekulketten des Werkstoffes vernetZen. Nach ca. 5 - 25 Minuten wird die Form geoffnet und die Membranen entnommen. Die jeweiligen Parameter hangen vom Werkstoff, der GroBe und Ausfuhrung der herzustellenden Membrane ab. Zum SchluB werden die Membranen gereinigt, uberstehende Werkstoffreste abgetrennt und entsprechend der Nennweiten Locher fur die Verflanschung hineingestanzt. Dieser scheinbar einfache Vorgang setzt ein groBes Malj an Erfahrung und Werkstoffkenntnis voraus. Selbst kleinste Abweichungen von Temperatur und Druck konnen eine mindere Qualitat zur Folge haben. Dariiber hinaus erfordern speziell Fluorkunststoffmembranen (Teflon@)Kenntnisse und Erfahrungen in der Verbindungstechnik der unterschiedlichen Werkstoffe.

Membranarten Membranen werden in drei Gruppen unterteilt:

- Weichelastomer-Membranen - Fluorkunststoff-Membranedvollkaschiert (Teflon@) - Fluorkunststoff-Membranedflexibel (und teilkaschiert) (Teflon@)

Die Weichelastomermembrane besteht aus einem fur den Einsatzfall geeigneten Elastomer, wie

z. B. EPDM, Viton, Perbunan, Hypalon, Butyl, Silikon, Naturgummi. Im Idealfall hat sie eine Gewebeeinlage, die ihr eine hohere mechanische Belastbarkeit verleiht. Ein Gewindestift, in Einzelfallen auch ein Bajonettstift, ist in die Membrane einvulkanisiert und dient zur Befestigung am Druckstiick und insbesondere zur Ubertragung der Offnungskraft (Abb. 3-1 15). Die Fluorkunststoff-Membranekaschiert:Unter einer Fluorkunststoff-Membrane versteht man im allgemeinen Sprachgebrauch eine Teflon-Membrane. Ihr Grundaufbau ist dem einer Elastomermembrane identisch, fur groBere chemische Bestandigkeit ist die Weichelastomer-Tragerrnembrane aber mit einer Fluorkunststoff-Folie uber die gesamte Flache kaschiert. Unter Kaschierung versteht man eine Oberflachenverbindung unterschiedlicher Werkstoffe ohne Klebstoff. Durch Anatzen der Fluorkunststoff-Folie sowie deren Beschichtung mit einem besonderen Bindemittel, wird wahrend des Vulkanisiervorganges eine extrem feste Verbindung der unterschiedlichen Werkstoffe erzielt. Die chemische Bestandigkeit der Membrane erhoht sich dadurch erheblich. Das Betriebsmedium hat nur Kontakt zur hochbestandigen Fluorkunststoff-Folie. Als Tragermembrane konnen die unterschiedlichsten Elastomerwerkstoffe venvendet werden. Bei normaler mechanischer Belastung der Membrane ist die Lebensdauer befriedigend. Wird ein Membranventil jedoch haufig geschaltet, so kann es aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe zu Werkstoffablosungen kommen, die nicht direkt an der veratzten Flache auftreten, sondern unmittelbar unter der Oberflache des Weichelastomers. Die Fluorkunststoff-Membrandflexibel: 1st eine hohe chemische Bestandigkeit bei groljer Schalthaufigkeit des Ventiles gefordert, so mu0 eine flexible Fluorkunststoff-Membrane eingesetzt werden. Hohe Schaltbarkeit und somit lange Lebensdauer der Membrane wird durch Trennung der Fluorkunststoffschicht von der Weichelastomerschicht erzielt. Lediglich in der Mitte der Membrane sind beide Werkstoffe direkt mechanisch verbunden. Im Auljenbereich der Membrane werden beide Teile mit dem Antrieb und dem Ventilkorper verflanscht. Unterschiedliche Kraftesituationen innerhalb beider

Das Membranventil

187

Gewindestift Teller Weichelastomer Gewebeeinlage

Abb. 3-115. Weichelastomermembrane. Gewindestift Teller

Gewebeeinlage

I

Abb. 3-116. Fluorkunststoff-Membrane, kaschiert. Werkstoffe konnen somit nicht gegeneinander wirken, so daB sich weder unterschiedliche W m e Ausdehnungskoefizienten noch Steifigkeit oder Festigkeit der Werkstoffe negativ auswirken konnen. Dariiber hinaus befindet sich bei dieser Variante zwischen der Teflonfolie und dem Verbindungsstift ein Elastomerkissen. Es bewirkt eine Verteilung der SchlieBkraft. Bei anderen Teflonmembranen dagegen kommt es durch die KaltflieBeigenschaft der Kunststoffe und die direkte Verbindung des Metallstiftes mit der Folie zur schnellen Zerstorung der Membrane.

Teflonmembran ist nicht gleich Teflonmembran Die Fluorkunststoffmembrane aus PTFE wird durch eine hohe chemische Bestandigkeit ausgezeichnet. Dieser Kunststoff ist besonders hochbestiindig gegen aggressive Medien, allerdings ist sein Molekulgeflecht relativ grobmaschig, so da13 es fur Molekule einiger Medien, wie z. B. Chlor, durchlassig ist und Medien ungewollt austreten konnen.

1 Teflonfolie

(PTFVPFNPTFE)

Warum wird ausgerechnet PTFE eingesetzt, obwohl noch weitere hochbestandige Fluorkunststoffe wie z. B. PFA oder PVDF existieren? Sowohl PVDF als auch PFA sind zu weiche Fluorkunststoffe, deren mechanische Belastbarkeit nicht ausreichen wurde. Auch eine PTFE-Membrane kann abgedichtet werden, und zwar indem die stabile PTFE-Folie mit einer PFA-Schicht versehen wird. Uber das PFA wiederum kommt eine zweite Schicht PTFE. Die nun aus drei Schichten bestehende FluorkunststoffFolie vereint alle fur den Einsatzfall erforderlichen Vorteile. Sie verfiigt zum einen uber die notwendige mechanische Stabilitat (PTFE) und zum anderen uber die notwendige Engmaschigkeit der Fluorkunststoffmolekule (PFA). Derzeit gibt es auf dem Weltmarkt nur eine einzige Membrane dieser Bauart. Alle weiteren Teflonmembranen bestehen lediglich aus dem Elastomertragerwerkstoff und PTFE. Sollen Medien gesteuert oder geregelt werden, die aus g r o k n Molekulen bestehen oder ist ein Durchdiffundieren des Betriebsmediums durch die Membrane unproblematisch, so ist die PTFE-Folie ausreichend. Werden jedoch

-

Gewindestift

t

Abb. 3-117. Fluorkunststoffmembrane, flexibel.

Folienarretierung Elastornerpolster Gewebeeinlage

188

Funktionsprinzipien und hesondere Merkmale

Grundform - geschlossen: Diese Membranvariante wird lediglich von einem Hersteller (Fa. ITT) verwendet (b). Trotz der unterschiedlichen Grundgeometrie konnen in einzelnen Fallen die Membranen untereinander ausgetauscht werden. Ebensowenig wird die Lebensdauer durch die Grundform beeinflufit. Die eine oder andere Grundform ist nicht grundsatzlich die bessere Variante. Beim Austausch von Membranen mu13 immer darauf geachtet werden, daB neben der Membrangeometrie auch das Druckstiick sowie die Dichtsteggeometrie aufeinander abgestimmt sind.

a

Abb. 3-118. Struktur von Teflonmembranen. a reine PTFE-Membran, b PTFE mit PFA-Schicht.

b

I

Abb. 3-119. Membrangeometrien. hohe Sicherheitsanforderungengeltend gemacht, so kann derzeit nur diese mehrschichtige Variante empfohlen werden.

Teilkaschierung Eine vollkommen neue Verbindungsart fur flexible Fluorkunststoffmembranen ist die Teilkaschierung. Dabei wird die Teflon-Folie lediglich in der Mitte der Membrane an die Tragermembrane ankaschiert, der Rest bleibt flexibel. Umfangreiche Versuchsreihen bestatigen, daB moglicherweise darin die Zukunft der flexiblen Membran liegt. Als Werkstoff dient eine PTFE/PFA-Mischung.

Die Membranen selbst stellen in den wenigsten Fallen ein Problem dar.

Membrankennzeichnung Alle Membranen mussen eine Kennzeichnung haben, aus der Hersteller, Nennweite und Werkstoff hervorgehen. zu diesem Zweck mu13 sich an der Membrane ein Lappen befinden, der such in eingebautem Zustand aus den Bauteilen des Ventiles her-

NENNWEITE

Membran-Geometrien Die beiden Membran-Geometrien auf dem Markt unterscheiden sich durch ihre Grundform.

Grundform - offen: Sie ist die verbreitetere Form, die von den meisten Herstellern verwendet wird (a).

I

WERKSTOFF

Abb. 3-120. Membrankennzeichnung.

HERSTELLER

Das Membranventil

189

ausragt. Dadurch wird dem Reparatur- bzw. dem Wartungspersonal ermoglicht, auch in eingebautem Zustand eine Membrane nachzubestellen.

Befestigungsmoglichkeitenvon Membranen Von den zwei existierenden Befestigungsmoglichkeiten wird der Gewindepin am hlufigsten verwendet. Er wird in das Druckstuck handfest eingeschraubt und danach so weit zuriickgedreht, bis die Membrangeometrie mit der Ventilkorper- bzw. Antriebsflansch-Geometrie iibereinstimmt. Zum SchlieSen des Ventils wird die Kraft durch das Druckstiick iibertragen. Der Gewindepin ist lediglich zum Offnen der Membrane erforderlich. Dabei wirkt die Offnungskraft an seiner unteren Gewindeflankenflache . Die zweite Verbindungsvariante kommt nur noch vereinzelt zum Einsatz und besteht aus einem sogenannten Bajonettpin. Anstelle des Gewindepins ist ein glatter Stift in die Membrane einvulkanisiert. Durch eine Querbohrung wird ein PaBstift eingesteckt, der in einer Art Bajonett-VerschluB im Druckstuck arretiert wird. Auch in diesem Fall wird die SchlieBkraft durch ein Druckstuck iibertragen. Die Offnung erfolgt durch das Anheben des Glatt-

Abb. 3-121.Befestigung der Membran mit Gewin\ depin.

I! \

u

Abb. 3-122.Bajonettpin.

pins an den beiden herausragenden Enden des querstehenden PaBstiftes. Dabei wirkt die Offnungskraft lediglich an den Unterflachen der beiden herausragenden kleinen Pafistiftenden. Da im Vakuumbetrieb des Ventiles die Offnungskrafte ziemlich groB sein konnen, sollte dort aus Sicherheitsgriinden auf diese Verbindung ganz verzichtet werden. Auch bei steiferen Fluorkunststoffmembranen ist diese Art der Verbindung nicht empfehlenswert.

1 90

Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

MaBtabellen fur Membranen

Die MaBtabelle in Tafel 3-10 gibt AufschluB uber die optimale Membrangeometrie. Die meisten

Membranventilhersteller weltweit greifen auf die Geometrien (mit geringen Abweichungen) zuriick. Wie aus den Tabellen ersichtlich ist, sind die einzelnen Membranen oft fur mehrere Nennweiten verwendbar.

MembrangroOe DN (mm)

8/1 Produktionsstand bis Ende 92

DM

#D

#Dl

D,

@d

6

B,

H

H,

H, 1,5

L, 19,5

LK,

6

H, 2

L

3,5

-

-

LK,

-

M

-

811

0

Produktionsstandbis Ende 92

DM

#D

#D,

D,

#d

6

6,

H

H,

H,

H,

L

L,

LK,

LK,

-

L

I

M

-

1

I

Das Membranventil

19 1

-i----M MembrangroBe DN (mm)

DM

#D

#Dl

D,

#d

B

B,

H

HI

H,

H,

L

L,

LK,

LK,

M

+Metall

DM

@ D (dDl

D,

#d

6

Bl

HI

H,

L

I.,

LK,

H

MembrangroRe I DN (mm) 25 Kunststoff +Metall

DM

,

5-25

B & 6 7 1 5

#D

@Dq 17

D,

-

@d 9

H

H,

H, 8

L,

l7

H, 53

L

6

72

-

-

-

LK, 54

LK, 46

M V.4"

H,

LK,

M

1 92

Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

MembrangroOe 40 Kunststoff +Metall

DM

H

I DN (mm) I

1

I

32+40

8D

8D,

D,

8d

-

22

-

11

B 90

22

H,

H,

H,

L

L,

LK,

B,

LK,

M

+Metall

I

H

MembrangroOe

I DN (mm) I

65/1 Kunststoff

I

65

H,

I

DM

8D

80,

D,

-

-

32

-

8d 18

H 9

H, 37,5

H, 8

H, 8

L 186

B

B,

156

22

L,

LK, 127

-

LK, 114

M 5/16”

H,

H,

L

L,

LK,

LK,

M

Das Membranventil

DM

#D

-

-

H

H, 33,s

8

DM H

I

Membrangrose 100/1 Kunststoff

I DN (mm) I 1 100 1

DM

#D

81

-

#d 13

B

-

#D, 38

D,

228 H

H, 355

H, 10,5

H, 9

L

L,

-

-

LK, 194

10

-

-

LK,

-

Dz

#d

28

-

14

H,

H,

75

L 145

L,

8

D,

#d

18

B 156

22

L

L,

LK,

#D #D,

-

M 6/16"

4

84

-

32

-

H,

H,

H,

B 133

-

193

22 LK, 102

M

LK, 95

5/16"

LK,

M

8,

I 94 Funktionsprinzipien und hesondere Merkmule MembrangroBe 100/2 Metall

7

DM

I DN (mm) 1 I

I

100

$50 OD, - 38

D,

Od

B

B,

-

13

-

-

H

HI

H,

H,

L

L,

LK,

LK,

M

10

353

10,5

9

-

-

194

-

5/16"

$5D $53, - 44

D,

$5d l7'

B

6,

-

-

-

HI 48,5

H, 10

L

L,

-

-

LK, 222

228

125 Metall

DM

260

H 10

150 Metall

DM

$5D $5Dl

D,

$5d

B

6,

305

H,

51,5

-

17

-

-

H,

H, 11

L

L,

-

-

LK, 273

H 11

52,5 10,5

LK,

-

M %Jr

H, 10,5

LK,

-

M %I'

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11

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L

x

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m 0

m

0 Q

1

196 Firtiktiorispriri,7ipien und besondere Merkmale

3.8.3.4 Spezifikation fur handbetiitigte Membranventile Handrad Die grundlegende Voraussetzung fur Handventile ist eine einfache, sichere Kraftubertragung der Hand auf die Dichtmembrane. Ein Handrad mu8 daher ergonomisch (korpergerecht) geformt sein. Auch mit schmutzigen oder gar fettigen Handen mu8 es dem Bediener moglich sein, bis zu einer Nennweite von 50 mm eine Einhandbedienung durchzufuhren. Ein Handrad ohne kraftschlussige Geometrie oder rnit glatter Obefflache ist moglicherweise billiger, kann aber im Notfall schwieriger geschlossen werden. Nach Mijglichkeit sollte ein Handrad aus Kunststoff gefertigt sein. Bei erhijhter Betriebstemperatur konnen wegen der geringeren Wiirmeleitfdhigkeit Verbrennungen und Unfalle vermieden werden. Es sollte nur in Anwendungsbereichen mit besonderen Anforderungen oder auf speziellen Kundenwunsch auf Metallhandrader ausgewichen werden.

wenn die Membrane auf dem Dichtsteg anliegt. Die ubefflussigen Krafte der meist zu stark zugedrehten Ventile wirken unmittelbar auf die Dichtmembrane und schaden ihr. Ein dem Ventil nachgeschalteter DurchfluBmesser zeigt, wie wenig Kraftaufwand notwendig ist, um das Ventil sicher zu schliekn. Bei sensiblen Anwendungen ist eine SchlieBkraftbegrenzung fur Membranventile, DN 4 bis 10 mm, gerechtfertigt. Eine ausgefeilte Mechanik ermoglicht beim in Abb. 3- 123 dargestellten Ventil die individuelle Einstellung der SchlieBkraft. Dazu wird die Handrad- Ametierungsschraube entfernt, so daB das Handrad nach oben abgezogen werden kann. Das Handrad wird nun verdreht auf den Spindelzapfen aufgesteckt. Die Spindel kann dann durch eine Links- bzw. Rechtsdrehung verdreht werden, wodurch sich ihre Position im Anschlag andert und der SchlieBweg begrenzt wird. Auf diese Weise kann nicht nur SchlieBkraft sondern eventuell auch ein MindestdurchfluB eingestellt werden.

Optiscbe Stellungsanzeige AbschlieBbarkeit Da Handventile oft als Sicherheits- oder Vorsteuerventile in Regelkreisen zum Einsatz kommen, empfiehlt es sich, eine AbschlieBmoglichkeit zu integrieren. Der Schlussel wird sinnvollerweise an einer Kette oder einem Band am Ventil aufbewahrt. So kann im Bedarfs- oder Notfall sofortige Betiltigung erfolgen, versehentliches Verstellen ist hingegen ausgeschlossen.

SchlieBkraft Fur Ventile bei biotechnologisch- bzw. reinstraumtechnischen Prozessen sollte eine SchlieBkraftbegrenzung wenigstens als Sonderausfuhrung in den Nennweiten DN 4 bis 10 mm angeboten werden, wodurch sich die Lebensdauer und Zuverlassigkeit der Dichtmembrane erheblich verlwgern l a t . Leider herrscht im allgemeinen der Glaube, dal3 ein Membranventil, je fester es verschlossen ist, umso fester abdichtet. Ein Membranventil (insbesondere mit Weichelastomerdichtung) mu13 aber nur relativ leicht zugedreht werden. Es reicht vollkommen aus,

Ein Handventil sollte stets eine optische Stellungsanzeige haben. Bei Kunststoffventilen empfiehlt sich ein roter Kunststoffpin, der aus der Handradachse herausragt und ohne zusatzliche Abdekkung montiert ist. Diese wurde unnotig auftragen, so daf3 eine Einhandbedienung oft nur noch rnit den Fingerspitzen moglich ware. Fur den Schutz der Innenteile reicht ein Schmutzabstreifring fur die optische Stellungsanzeige vollkommen aus. Schmutzpartikel, die so klein sind, daB sie zwischen Abstreifring und Handrad zur Spindel vordringen konnen, schaden dem Ventil in keiner Weise. Die Ventilspindel sowie das Gegengewinde im Antriebsgehause mussen aus aufeinander abgestimmten Werkstoffen bestehen und uber gute Lagereigenschaften verfiigen, so da13 eine Auswaschung der Schmierstoffe keine negativen Auswirkungen hat. Dariiber hinaus gibt es Anwendungen, bei denen Schmierstoffe von vornherein unzulassig sind. Sind die Werkstoffe richtig gewiihlt, konnen bedenkenlos Reinigungsarbeiten durchgefiihrt werden.

Das Membranventil

Sicherheits-Stopfbuchspackung Bio-Ventile, also Ventile mit besonderer Sicherhneitsanforderung, miissen, wenn notig, mit einer Sicherheitsdichtpackung ausgeriistet werden konnen. Es empfiehlt sich in diesem Fall, den Raum zwischen Dichtmembrane und Sicherheitspackung rnit einem Sensor zu kontrollieren. Eine Undichtheit der Membrane kann sofort erkannt und geeignete Gegenmdnahmen kijnnen eingeleitet werden. Die Handantriebe (Metall- und Kunststoff) sollten wie die Dichtmembranen in Nennweitengruppen zusammengefaBt werden (2.B. 4, 6, 8, 10 mm/12 u. 15 d 1 5 . 2 0 , 25 d 3 2 u. 40 mm usw.), urn verringerte Lagerhaltung und erhiihte Wartungsflexibilitat zu ennaglichen.

197

Handbetiitigtes Membranventil rnit integrierter SchlieRkraftbegrenzung

m

Spindelabdichtung zum Handrad Eine zus&zliche Spindelabdichtungzum Handrad ist technisch vollkommen iiberfliissig und daher nicht empfehlenswert. Aufnahmemliglichkeit fiir Zubehar 1st eine optische Stellungsanzeige alleine nicht ausreichend (2. B. bei vollautomatischen Proze6iiberwachungen), so miissen von a u k n auch nachtriiglich ein elektrischer Stellungsriickmelder oder gar eine elektrische Stellungsanzeige auf einfache Weise adaptierbar sein. Zur Aufnahme dient ein Gewinde, das mit einem Gewindestopfen verschlossen ist, wenn es nicht gebraucht wid. Steigende oder nichtsteigende Handrader Ein steigendes Handrad wird wahrend des Offnungs- oder Schliehorganges angehoben oder abgesenkt. Beim Nennweitenbereich DN 4 bis 10 mm hat dies keine negativen Auswirkungen. In grokren Nennweitenbereichen kann jedoch aus Platzgriinden ein beim Offnungsvorgang steigendes Handrad zum Einklemmen der Hand zwischen Ventil und anderen Bauteilen fuhren. Daher sollten Ventile ab Nennweite DN 15 mm mit sogenannten nichtsteigenden Handradern versehen sein, die unabhangig von der Ventilstellung stets in einer Ebene bleiben.

Abb. 3-123. Handbetatigtes Membranventil rnit integrierter SchlieBkraftbegrenzung. (Die Abbildung zeigt einen patentrechtlich geschutzten Antrieb.) Membranventil, handbetiitigt, DN 15 bis 100 mm in Kunststoff- und Metallausfuhrung (Abb. 3-124) Dieses Handventil 1aBt sich auch rnit verschmutzten und fettigen Fingern betatigen. Das im Handrad integrierte SchloB tragt nicht unnotig auf. Ein roter Kunststoffpin dient als deutliche Stellungsanzeige. In den Ventilkorper integriert ist deutlich eine der beiden Befestigungsbuchsen erkennbar. Die Schrauben sind alle abgedeckt, so daB auch bei einer extremen Verschmutzung des Ventiles notwendige Vartungsarbeiten durchgefuhrt werden konnen, ein aufwendiges Saubern der Schraubverbindung ist nicht erforderlich. Am Klebestutzen ist erkennbar, daB dieses Ventil der Nennweite DN 15 mm einen Grundkorper besitzt, der auch fur die Nennweiten 20 u. 25 mm eingesetzt werden kann.

1 98

Funkticmsprinzipien und besondere Merkmale

Optische Stellungsanzeige

Arretierungsschlussel (sichert Position bei Regulierung)

Ergonomisch geformtes Kunststoff-Handrad/ nicht steigend wartungsfreies Spindellager

Druckstuck

Kunststoffoberteil Abdeckkappe fur Zubehoraufnahrnegewinde (2. B. elektr. Ruckmelder)

Ventilkorper

Membrane -

Abb. 3-124. Handbetatigtes Membranventil.

Mernbran-Tiefsitzventil, DN 10 bis 300 rnrn in Metallausfiihrung (Abb. 3-125)

Befestigungsgewinde

ringe Schalthaufigkeit gefordert, so kann ein Membran-Tiefsitzventil eingesetzt werden. Hohe Schaltzyklen vertragt dieses Ventil aber nicht.

Sind ein ungehinderter Volumenstrom und ge-

l

Ergonornisch geforrntes Metallhandrad

,125. Membran-Tiefsitzventil.

Das Membranventil

Membranventil, handbetiitigt, DN 10 bis 100 in Metallausfuhrung (Bio-Ventil aus Niro) Ein fur biotechnologisch genutzte Anlagen einsetzbares Metallventil aus einer nichtrostenden Stahllegierung ist mit einer SchlieBkraftbegrenzung versehen. Sie kann von aul3en durch die beiden Muttern leicht eingestellt und arretiert werden, auf diese Weise kann die Lebensdauer der Membrane erhoht werden. Allerdings mu8 in regelmal3igen Abstanden eine Uberpriifung der Dichtfunktion erfolgen. Durch aggressive Medien konnen Bestandteile der Membrane ausgeschwemmt werden. Dies hat eine Aushartung und Schrumpfung der Membrane zu Folge, dariiber hinaus kann durch eine zu grol3e Dauerbelastung die Membrane dauerhaft verformen. Diese Veranderungen miissen durch eine erneute Einstellung der SchlieBkraftbegrenzung korrigiert werden. Fur Ventile dieser Ausfuhrungsart empfiehlt sich eine wochentliche Uberpriifung.

199

3.8.3.5 Spezifikation fremd- und eigenmediengesteuerte Membranventile Steuerfunktionen Steuerfunktion 1: federkraft-schlieknd. Steuerfunktion 2: federkraft-6ffhend. Steuerfunktion 3: beidseitig angesteuert.

Steuermedien Entsprechend der Ausfiihrung kisnnen neutrale Gase (z. B.Lufi oder COz)ebenso wie neutrale, saubere Flitssigkeiten zur Steuerung verwendet werden. (Achtung: bei Kolbenantriebmussen vom Hersteller teilweise Modifikationen vorgenommen werden.) Sind die Betriebsmedien neutral, kisnnen auch diese zur Steuerung verwendet werden (sogenannte Eigenmedien; Vorsicht bei Verschmutzung).

Antriebs- bzw. Ventilspindeln Alle Spindeln fiir Antriebszwecke sollten rolliert und aus rostfkeien bzw. rosttrligen Stahllegierungen hergestellt sein. Daneben sind auch Spindeln aus hochwertigen Kunststoffen zulissig, die, je nach Werkstoff, chemisch besser besttindig sind. Da die Oberfliiche aber nicht ganz so glatt wie die von Stahl ist, verkunt sich die Lebensdauer der Dichtungen.

Spindel- bzw. Steuerkolbenabdichtung An diesen Positionen sollten stets dynamische Abdichtungen verwendet werden. Lippen-, Doppellippen- und Quadringe eignen sich besonders gut. O-Ringe sind statische Dichtungen und stellen daher nur eine minderwertige Lasung dar.

Spindellagerung

Abb. 3-126.Bio-Ventil mit SchlieBkraftbegrenzung.

Als optimale Spindellagerungen gelten selbstschmierende Gleitlager aus entsprechenden Lager-

200 Funkrionsprin,-ipien und hesondere Merkmale

metallen oder PTFE-Lager mit Kohleanteilen. Bei Kunststoffspindeln mu13 auf das Lagerverhalten in der entsprechenden Werkstoflkombination geachtet werden.

empfiehlt sich die Verlegung einer geschlossenen Druckausgleichsleitung zwischen der Druckausgleichsbohrung im Antrieb und einer nicht kontaminierten Umgebung bzw. einem Druckausgleichsbehalter,

Druckstuck Optische Stellungsanzeige Bei Kunststoffventilen sollte das Druckstiick aus Kunststoff, bei Metallventilen aus dem entsprechenden Metall oder Kunststoff sein, bei Ventilen aus nichtrostenden Stahllegierungen ausschlieBlich ebenfalls aus entsprechenden Stahllegierungen. ZinkdruckguD ist nicht zulassig, leider aber vereinzelt aufzufinden. Es ist darauf zu achten, daB im Falle von MetallDruckstiicken bei aggressiver Umgebungsluft kein elektrolytisches Verhalten zwischen Gehause- und Druckstuckwerkstoff erfolgen d d . Das Druckstuck sollte pendelnd gelagert sein. Die Geometrie der Druckstiicke unterschiedlicher Hersteller weicht teilweise stark voneinander ab, so da13 nicht ohne weiteres die Antriebe gegeneinander ausgetauscht werden konnen. Steuerelement (Membrane oder Kolben) Als Steuerelemente konnen Kolben oder Membranen dienen. Bei der Steuerung mit neutralen Gasen spielt die Art des Steuerelements keine Rolle, bei der Verwendung fliissiger Steuermedien sind Membransteuerungen vorzuziehen. Kolbenantriebe haben aber grundsatzlich die giinstigere Kennlinie. Federpaket Das im Antrieb integrierte Federpaket sollte variabel sein, so dal3 unterschiedliche Steuer- und Betriebsdruckkombinationen moglich sind. Im Normalfall ist Federstahl vorzuziehen, denn Nirofedern neigen zum Bruch. Um auch bei Federstahlausfiihrung Korrosionsschutz zu bieten, konnen diese mit Kunststoff ummantelt werden. Dies ist aber nur selten notwendig. In Fallen, in denen die Antriebsinnenteile unbedingt von der Atmosph&e getrennt werden miissen,

Optische Stellungsanzeigen sind insbesondere bei fremdgesteuerten Ventilen kleiner Baugrok meist serienmaBig vorhanden. In mittleren bzw. grokren Nennweiten sind sie als Zubehor erhaltlich. Der Schutz durch ein Schauglas ist bei mittleren bis gro13eren Nennweiten empfehlenswert, da fremdgesteuerte Antriebe insbesondere fur hohe und schnelle Schaltwechsel geeignet sind. Eine Verschmutzung wirkt sich dabei durch die erhohte Reibung negativ aus. Bei kleinen Nennweiten ist ein Schauglas uberfliissig. Aufnahmemoglichkeit fiur Zubehor Alle fremdmediengesteuertenAntriebe sollten im Antriebsoberteil iiber ein Aufnahmegewinde fur Zubehor verfiigen. Optische Stellungsanzeigen, Riickmelder, elektrische Stellungsanzeigen, Hubbegrenzungen, Namurbiigel und Stellungsregler mussen auch nachtraglich leicht von auBen adaptierbar sein.

Das Mernbranventil

20 1

Abb. 3-127. Fremdgesteuertes Membranventil, federkraft-schlieBend.

Membranventil, fremdgesteuert, DN 10 bis 20 mm in Kunststoff- und Metallausfiihrung, federkraft-schlieRend Der auf Abbildung 3-127 gezeigte Antrieb kann in Steuerfunktion 1, 2 und 3 umgewandelt werden. Fur den Hersteller bedeutet dies die Umriistung von federkraft-schlieBend auf federkraft-offnend oder beidseitig angesteuert. Durch Abheben der Kappe,

in der die optische Stellungsanzeige integriert ist, laDt sich von oben eine Hohlschraube als stufenlos einstellbare Hubbegrenzung in den Antrieb einbringen. Durch die Kappeninnengeometrie wird die Hubbegrenzung an gewiinschter Stelle arretiert. Der gesamte Vorgang dauert lediglich einige Sekunden. Anstelle der Hubbegrenzung konnen auch elektrische Stellungsriickmelder bzw. Stellungsanzeigen adaptiert werden.

202 Funktionsprinzipien und hesondere Merkinale

Abb. 3-128. Fremdgesteuertes Membranventil, federkraft-schliefiend.

Membranventil, fremdgesteuert, DN 4 bis 20 mm in Metallausfiihrung (Bio-Ventil aus Niro), federkraft-schlieBend

In Abfiillanlagen (z. B. von Molkereiprodukten) schaltet dieser Antrieb 4,6 Mio. mal, bevor er im Rahmen regularer Wartungsarbeiten uberholt werden mul3. Allerdings kann eine Pauschalaussage

nicht getroffen werden, da wechselnde Steuerdriicke bzw. Betriebstemperaturen und unterschiedliche Federpaketkombinationen zu einer entsprechend reduzierten Schalthaufigkeit fiihren konnen. Die Ventile in Abb. 3-128 und 3-127 haben prinzipiell denselben Antrieb. Da das zweite Ventil in biotechnologischen Anlagen eingesetzt wird, muljte ein Zwischenstiick zur Abfiihrung der Sterilisationswbne montiert werden. Der Ventilkorper ist aus Niro.

Das Membranventil 203

Abb. 3-129. Fremdgesteuertes Membranventil, federkraft-schliefiend.

Membranventil, fremdgesteuert, DN 15 bis 150 mm, in Kunststoff- und Metallausfiihrung, federkraft-schliefiend Das mittels einer Steuermembrane betatigte Membranventil eignet sich fur die Ansteuerung

durch neutrale Gase sowie neutrale Flussigkeiten. Es kann vom Hersteller auch fur die Steuerfunktionen federkraft-offnend bzw. beidseitig ansteuerbar modifiziert werden. Dieses Ventil hat sich sowohl in der Kunststoff- als auch in der Metallausfiihrung im Alltagsbetrieb bewahrt.

204 Funktionsprinzipien und besondere Merkmnle

Abb. 3-130. Fremdgesteuertes Membranventil, federkraft-offnend.

Membranventil, fremdgesteuert, DN 15 bis 80 mm, in Kunststoffausfuhrung, federkraft-offnend Das Druckstuck eines solchen Ventiles dient gleichzeitig als Spindel zur Kraftubertragung auf die

Dichtmembrane und als Wirkflache fur die Steuermembran. Hier wird auf aufwendige konstruktive Merkmale verzichetet. Durch Abnehmen der sich auf dem Antriebsdeckel befindenden Abdeck-Kappe konnen von aufien leicht nachtraglich Zubehorteile montiert werden.

Das Membranventil

205

Abb. 3-131. Fremdgesteuertes Membranventil, federkraft-schliel3end.

Membranventile, fremdgesteuert, DN 10 bis 100 mm in Metallausfuhrung, (Bio-Ventil) federkraft-schlieBend Das bei biotechnologisch genutzten Anlagen

meist verbreitete Membranventil ist in Abb. 3- 131 zu sehen. Es zeichnet sich durch einen robusten, praxisorientierten Antrieb aus. Ein Zwischenstuck erlaubt eine hohe Temperaturbelastung.

206 Furiktionspriri=ipien und besondere Merkmale

Abb. 3-132. Membranventil rnit voreinstellbarem Antrieb. Membranventil, fremdgesteuert, DN 15 bis 50 mm, in Kunststoffausfiihrung, rnit integrierter Hub- und MindestdurchfluReinstellung, federkraft-schlieRend Die Zukunft gehort ,,denkenden" Ventilen. Das sind nicht Ventilantriebe rnit integrierter Computer-

Membranventil, motorgesteuert, DN 4 bis 15 mm, in Metall- und Kunststoffausfiihrung und Membranventil, motorgesteuert, DN 15 bis 50 mm, in Kunststoff- und Metallausfiihrung Die beiden in Abb. 3-133 und 3-134 dargestellten Membranventile rnit Motorantrieb besitzen einen

funktion, sondern voreinstellbare Antriebe. So konnen bei dem Ventil in Abb. 3-132 sowohl die Hubbegrenzung als auch die Mindestdurchfluh-egulierung stufenlos uber den gesamten Hub eingestellt werden, so da13 eine Nothandbetatigung sowie die Nutzung eines frei definierbaren Volumenstrombereiches moglich ist.

rnit Wechselstrom betriebenen Synchronmotor. Solche Motoren haben den Vorteil, im Augenblick der Stromunterbrechung stehen zu bleiben, ein Uberfahren der angesteuerten Position ist also nicht moglich. Daruber hinaus sind diese Motoren sehr kraftig und blockiersicher. Da Membranventile insbesondere fur stark verschmutzte Medien geeignet sind, kann das Verklemmen von Schmutzteilen zwischen

Das Membranventil

207

Abb. 3-133. Motorgesteuertes Membranventil.

Dichtmembrane und Dichtsteg dazu fuhren, daR die Endpositionsschalter nicht betatigt werden und der Motor blockiert. Synchronmotoren uberstehen dies ohne Probleme. Diese Antriebe gibt es fur alle gangigen SpannungedAC. Durch unterschiedliche Getriebeauslegungen konnen verschiedene Stellzeiten erzielt werden. Fur Steuerzwecke kann ein Ruckmelderpotentiometer integriert werden. Es zeigt die tatsachliche Position des Membranventiles bezogen auf die eingestellte Position an (1st-Sollwertvergleich). Fur Regelzwecke kann auf das Potentiometer verzichtet werden, in diesem Fall wird der Istwert an der MeBstelle der zu regelnden GroBe abgegriffen (z.B. Druck, Temperatur, Volumenstrom).

In Verbindung mit E-Modulen konnen auf einfache Weise Steuer- und Regelkreise aufgebaut werden. Bei diesen Antrieben handelt es sich jedoch nicht um fur PID-Regler geeignete Stellglieder. Diese Motorantriebe werden uber Dreipunktregler gesteuert bzw. geregelt. In Abb. 3-135 wird als Beispiel eine Regelkennlinie eines solchen Motorventiles gezeigt. Vor der Definition einer Nennweite sollte auch bei diesen Ventilen unbedingt an Hand der Auswahlkriterien fur Ventile bzw. Berechnungsformeln fur Stellglieder, die einzusetzende Nennweite errechnet werden. Insbesondere bei der Steuerung bzw. Regelung von Gasen ist mit grol3ter Sorgfalt zu arbeiten, denn die Komprimierbarkeit der Gase verursacht schon bei geringsten Hub-Veranderungen eine extreme Volumenstromveranderung.

208

Firnktionsprin,7ipiert wid hesandere Merkmule

20.000

Abb. 3-134. Motorbetiitigtes Membranventil.

7 t

i: = 1...12 u,: =

~

4.8

6.5 mm

V' =

0 805 1487 2 293 3 297 5 433 8 392 11 369 13 388 14918 16 395 17151 IVh

Fi w,: =

Fl pq

Vordruck =6bar Ap =1 bar Ruftemp. = 20 O C Rufmedium =Wasser EdelstahlVentilkorper mit SchweiSstutzen

14

20 mA

Abb. 3-135. Regelkennlinie eines Membranventils mit Synchronmotor (GEMU 698/DN 25).

mA Signal

Das Membranventil 209

3.8.4 Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele Anwendungsbeispiel Filterpresse Der Ein- und AuslaB einer Filterpresse ist mit Membranventilen bestiickt. Wegen ihrer Schmutzunempfindlichkeit eignen sie sich besonders fur diesen Anwendungsfall. Auf der Eingangsseite werden fremdgesteuerte Membranventile, federkraft-offnend, ausgangsseitig federkraft-schlieaende Ventile eingesetzt. Uber eine integrierte Sensorik werden Storungen und Fehlfunktionen erkannt und an eine Steuerung weitergeleitet, der jeweilige Arbeitsvorgang wird dann unterbrochen oder abgestellt.

Abb. 3-136. Filterpresse.

Kreislaufanlagen fur Abwasser in der KFZ-Branche Verfahrensablauf Die in Autowaschanlagen, an Hochdruck-Reinigungsplatzen und in KFZ-Werkstatten anfallenden Abwasser laufen in einen Schlammfang, in dem grobe Schwebstoffe sedimentieren. Aus dem Schlammfang flie8t das Medium in einen Leichtstoffabscheider, in dem alle freien Ole abgeschieden werden. Der Uberlauf des Abscheiders ist an ein Pufferbecken angeschlossen. Mit diesem Pufferbecken sind unabhangig voneinander die Ozonzufiihrung und der Wasserverbraucher verknupft. Das im Pufferbecken anfallende Wasser kann grundsatzlich am Wasserverbraucher wieder verwendet werden, es enthalt jedoch geringste Mengen an Schwebstoffen, emulgierten Olen und Reinigungsmittelresten, die bei Mehrfachnutzung anaerobe Abbauprozesse und dadurch bedingt Geruchsbildung bewirken. Um dem entgegenzuwirken, wird das Wasser mit Ozon behandelt. Mit einer Umwalzpumpe wird zu diesem Zweck aus dem hfferbehalter Medium zum Schlammfang gefordert. Der erzeugte Medienstrom saugt iiber einen Injektor das erzeugte Ozon an, das bereits zum groBten Teil in der Rohrleitung zum Schlammfang reagiert. Das Ozon bewirkt die Spaltung emulgierter Restole und fordert den Abbau von Organika. Die durch die Aufoxidation entstehenden Schwebstoffe fallen im Schlammfang aus, die freien Ole werden im Benzinabscheider zuriickgehalten. Durch diesen Kreislauf wird eine konstante Wasserqualitat sichergestellt. Parallel dazu wird der Wasserverbraucher aus dem Pufferbecken beschickt. Ein Filtergewebe filtriert feinste Schwebstoffe aus dem Medium, um so die Diisen des Wasserverbrauchers zu schiitzen. Die Reinigung des Filters verlauft differenzdruckabhangig und zeitgesteuert, so dal3 ein kontinuierlicher Waschbetrieb gewahrleistet wird. Die wahrend der automatischen Ruckspiilung des Filters anfallenden Schmutzstoffe werden dem Schlammfang zur Sedimentation zugefiihrt.

wid hrsondere Merkrnale 2 10 Fwikriotisprin~i~ien

Abb. 3-137. Kreislaufanlage fur Abwasser.

3.9 Das Kolbenschieberventil Dieses Funktionsprinzip wird im Anlagenbau nur indirekt eingesetzt, namlich als Vorsteuerventil fur pneumatische oder hydraulische Fremdantriebe. Obwohl es nicht direkt fur Verfahrensablaufe verwendet wird, ist seine Aufgabenstellung entscheidend. Dieses Ventil wird nach seinem Steuerkolben benannt, der so geformt ist, da13 er beim Verschieben verschiedene vorgegebene Wege offnet oder versperrt. Je nach Ausfiihrung konnen 3/2-Wege-, 412-Wege-, 512-Wege-, 513-Wege- bis hin zu 24lx-Wege-

Funktionen realisiert werden. Da diese Ventilart ausschlieBlich zum Betatigen von Steuer- oder Regelventilen eingesetzt wird, also vor dem eigentlichen, im ProzeB integrierten Ventil, wird es auch als Vorsteuerventil oder Pilotventil bezeichnet. Diese Namen beschreiben allerdings lediglich die Aufgabe der Ventile, nicht aber die Funktionsweise. Kolbenschieberventile werden auch als proportional arbeitende Steuerkomponente eingesetzt. In diesem Fall bewirkt der Antrieb nicht nur einzelne Schaltstellungen, sondern stufenlose Regelung von vollstandig geschlossen bis vollstandig geoffnet. Abhangig von der eingehenden SteuersignalgroBe werden die Wege proportional gesteuert. Da die in

Das Kolbenschieberventil

der Pneumatik verwendeten Steuermedien komprimierbar sind, werden die Proportionalventile jedoch hauptsachlich in der Hydraulik verwendet. Ihre haufigste Ausfuhrungsart ist die 3/2-Wege und 4/2-Wege-Ausfuhrung.

Ausfuhrungen Mehrwegeventile zum Steuern von Fremdmedien betatigten Geraten. Medien: sauber, flussig, gasformig, meist neutral, bedingt aggressiv (entsprechend Ausfuhrungsart). Durchfluflrichtung: vorgegeben Arbeitsweise Ein Kolben ist je nach gewunschter Funktion mit besonderen konstruktiven Merkmalen versehen. Er wird in einem Gehause, das mit mehreren Anschlussen versehen ist, verschoben, dabei werden Wege geoffnet oder versperrt. Durch das Blockieren bzw. Freigeben von Kanalen steuert der Kolben das Betriebsmedium. (Betriebsmedium ist gleich Steuermedium fur fremdgesteuerte Ventile der Verfahrenstechnik.)

2 11

Nennweiten DN in mm DN 0,25 bis 20 mm, in der Hydraulik sogar daruber hinaus. Betriebsdrucke in bar Bis 500 bar und sogar dariiber. Betriebstemperatur in "C Bis +300 "C aber meist bis +I00 "C, im allgemeinen Anlagenbau bis maximal 60 "C. Korperwerkstoffe Diverse Kunststoffe, diverse Metallgusse, in Einzelfallen auch Sonderlegierungen, am haufigsten Aluminiumlegierungen. Dichtwerkstoffe Diverse Elastomere, Fluorkunststoffe, Graphit, Keramik und Metall-Legierungen. Antriebsarten Elektromagnetisch, Hand-Antrieb, ProportionalAntrieb (z. B. Schrittmotoren). AnschluRarten Gewindemuffe, Hohlschrauben, Verflanschungen, Kontaktbliicke (Batteriebauweise).

Abb. 3-138. Funktionsprinzip eines Kolbenschieberventils.

Vorteilhafte Eigenschaften Mehrwegefunktion ermoglicht Einfluhahme auf verschiedene Steuervorgange zur selben Zeit, platzsparende Bauweise, fur niedere bis sehr hohe Betriebsdriicke erhaltlich. Nachteilige Eigenschaften Medien mussen sauber sein, im Zweifelsfall mu6 ein Filter vorgeschaltet werden. Sie durfen nur bedingt aggressiv sein.

Einsatzgebiete Vorsteuerventile fur fremdmedien-gesteuerte Ventilantriebe, fur Zylinder und andere Gerate der Pneumatik und Hydraulik. Im gesamten Maschinen- und Anlagenbau zu finden.

3.9.1 Die Entstehung und Verbreitung von Kolbenschieberventilen Um beispielsweise einen Fremdantrieb in der Ausfuhrungsart federkraft-schlieknd/steuerdruckoffnend (2/2-Wege) anzusteuern, wird ein Vorsteuerventil in 3/2-Wege-Ausfuhrung benotigt. Diese Art der Vorsteuerventile, also die 3/2-We-

2I 2

Fiuiktioi~sprin~ipivri wid hesondere Merkmale

einfach wirkend

Vorsteuer-Ventil

beidseitigwirkend

Vorsteuer-Ventil

-

3 / 2 - w e g a 1

c 4

Q”

1

Abb. 3-139. Ansteuerung fremdmedien-betatigter Ventile. ge-Ausfuhrung, ist meist nach dem Sitzventilprinzip kon stru i ert . Werde n j edoc h 4/2 - Wege- Fun kt ione n oder dariiber hinausgehende Funktionen benotigt, wird auf das Kolbenschieber-Prinzip zuriickgegriffen. Es ermoglicht auf einfache Weise die Steuerung vieler Wege auf engem Raum (Abb. 3- 139). Als es galt, die neue Kraft, den Dampf, zu steuern, mul3ten Ventile geschaffen werden, die auf einfache Art und Weise dieses Medium in die gewunschte Richtung brachten, beispielsweise um einen Dampf-Antriebskolben im richtigen Moment von der entsprechenden Seite her mit Dampfdruck zu versorgen. Diese Funktion wird bei der Betrachtung einer Dampfkolbensteuerung einer Lokomotive besonders deutlich (Abb. 3- 140). Durch das Rohr 1 stromt der Frischdampf in den Schieberkasten 2. Getrieben von einer Steuerung (Heusinger- oder auch Walschaert-Steuerung) be-

wegt sich der Schieber 3 im Schieberkasten hin und her und steuert damit den Dampfzutritt zum Zylinder 4,5 , in dem sich der Kolben 6 hin- und herbewegen 1al3t. Bei der dargestellten Stellung der Maschine stromt der Dampf aus dem Kessel in den Raum links vom Kolben und druckt diesen nach rechts. Die Aufgabenstellung ist bis heute dieselbe geblieben, z. B. die Betatigungsdrucksteuerung fur fremdgesteuerte Ventilantriebe. Die Verbreitung dieses Funktionsprinzipes ist dementsprechend weitgefachert. Man findet es in allen Bereichen, in denen fremdmediengesteuerte Ventile zum Einsatz kommen.

Das Kolbenschieberventil 2 13

7

Abb. 3-140. Funktionsprinzip des Kolbenschieberventils am Beispiel der Dampfkolbensteuerung einer Lokomotive.

3.9.2 Die Charakteristik von Kolbenschieberventilen

3.9.3 Ausfuhrungsarten von Kolbenschieberventilen

Die Charakteristik von Kolbenschieberventilen ist in der einschlagigen Literatur diverser Hersteller beschrieben (2. B. Fa. HERION, FESTO, Bosch, Joucomatik etc.).

Stellvertretend fur die im Anlagenbau am haufigsten verwendeten Ventile dieses Funktionsprinzipes zeigt Abbildung 3-141 ein 5/2-Wege-Vorsteuerventil.

3.10 Zubehor fur Ventile

Abb. 3-141. Kolbenschieber-Vorsteuerventil.

In halb- oder vollautomatischen Verfahrensablaufen spielen neben den eigentlichen Stellgliedern auch zusatzliche Komponenten wie Ruckmelder, Stellungsanzeigen und Regler eine wichtige Rolle. Auch einfache Zubeharteile wie Hubbegrenzungen oder MindestdurchfluB-Arretierungen sind fur eine reibungslose Funktion der Applikationen oftmals notwendig. Grundsatzlich mussen Ventile moglichst weitgehend auch nachtraglich mit Zusatzkomponenten versehen werden konnen, urn auch bereits bestehende Anlagen im Rahmen von UmbaumaBnahmen nachzuriisten. Dariiber hinaus sollen die Standzeiten bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten auf ein Minimum reduziert werden. Einen Gesamtuberblick uber Zubehorteile fur Ventile gibt Abb. 3-142.

Befestigungsplatte

Befestigungsplatte

Abb. 3-142b. Zubehorteile fur Ventile.

Hubbegrenzung mit Kombination

Hubbegrenzung

Befestigungsplatte

Hubbegrenzung mit Kombination

Haltewinkel

P

Hubbegrenzung mit Kombination

Optische Stellungsanzeige

K-

g.

x

2 16

Fiaiktiniisprin~ipieiirmri hrsoiirlere Merkinale

3.10.1 Optische Stellungsanzeigen fur Hubventile Zum Erkennen der Schaltstellung fremdgesteuerter Hubventile sind optische Stellungsanzeigen notwendig. Eine herkommliche Anzeige 1aBt nur eine ungefahre Einschatzung der Schaltsituation zu, die allerdings meistens ausreichend ist. Der Anwender erkennt, ob das Ventil beschaltet oder unbeschaltet

ist, aber eine Zwischenstellung kann nicht eindeutig definiert werden. Eine feinere optische Einschatzung ist, insbesondere bei kurzhubigen Ventilen oder wenn der Hub stark begrenzt werden mu8 und daraus nur noch sehr kurze Bewegungen resultieren, mit der herkommlichen Anzeige moglich. In diesem Fall empfiehlt sich eine optische Stellungsanzeige in Rosettenform. Sie ist kegelformig aufgebaut. Der rote Anzeigeteil bewegt sich innerhalb einer Kulisse und 1a8t selbst Hube unter 0,5 mm deutlich erkennen (Abb. 3-143).

3.10.2 Hubbegrenzungen fur fremdgesteuerte Ventile Fremdgesteuerte Hubventile kleinerer Nennweite mussen besonders im Abfull- oder Dosiereinsatz oft zusatzlich in ihrem Hub begrenzt werden. Sind die konstruktiven Voraussetzungen beim Ventilantrieb gegeben, so kann dies sehr einfach und schnell durch eine Hohlschraube erfolgen. Fur groBere Nennweiten gibt es Hubbegrenzungen mit integrierter optischer Stellungsanzeige. Auch sie mussen sich ohne Zerlegen des Ventilantriebes von auBen montieren lassen konnen.

3.10.3 Nothandbetatigungen fur fremdgesteuerte Hubventile

Abb. 3-143. Patentrechtlich geschutzte optische Stellungsanzeige in Rosettenform.

Auch fremdgesteuerte Hubventile mussen notbedienbar gemacht werden konnen. Ein Handrad mit integrierter optischer Stellungsanzeige wird dazu von oben in den Fremdantrieb eingebaut. Dabei wird das Adapterstuck am oberen Spindelende des Antriebes verschraubt. Beim regularen Schalten des Ventiles bewegt sich lediglich die Stellungsanzeige, das Handrad bleibt in der eingestellten Position. Erst durch Drehen des Handrades in die entsprechende Richtung wird der Fremdantrieb verstellt. Neben der

Zubehor fur Ventile 2 17

Abb. 3-144.Nothandbetatigung fur Fremdantrieb. Notfunktion kann dieses Zubehorteil auch zu einer Mindestdurchflul3-Einstellung bei der Steuerfunktion federkraft-schlieBend dienen. Werden zusatzlich zur Nothandfunktion noch Endlagenschalter benotigt, mu13 eine etwas aufwendigere Konstruktion verwendet werden. Ein Aufnahmebugel nach NAMUR dient dazu als Basis. Eine Spindel wird durch den gesamten Bugel hindurchgefiihrt, das Handrad sitzt oben auf dem Biigel auf. Eine auf der Spindel verstellbare Schaltnoppe betatigt dann die am AuBenbugel montierten Endlagenschalter.

3.10.4 Elektrische Ruckmelder fur Hubventile

Abb. 3-145. Nothandbetatigung mit Endlagenschalter.

Zur Femubertragung eines elektrischen Ruckmeldesignales (z. B. fur Kontrollzwecke) kann ein Ruckmelder sowohl bei hand- als auch bei fremdgesteuerten Ventilen eingesetzt werden. Der eingebaute Wechselschalter ld3t jede gewunschte AnschluBmoglichkeit zu. AuBerdem ist eine integrierte optische Stellungsanzeige eingebaut. Es kann allerdings nur eine Schaltstellung sicher angezeigt werden.

2 18 Funktionsprinzipien und besondere Merkmale

3.10.5 Elektrische Stellungsanzeigen fur Hubventile

Die korrekte Endposition eines Ventiles kann mittels einer elektrischen Stellungsanzeige uberpruft werden. Der Begriff Stellungsanzeige entspricht allerdings nicht ganz den Gegebenheiten, da lediglich

Schaltweg des Ventiles in einer geschlossenen, transparenten Rohre, die von oben in den Ventilantrieb eingeschraubt ist. Zwei verstell bare Schalteraufnehmer mit Normgewinde konnen individuell in ihrer Hohe verstellt und arretiert werden. In ihnen sind Naherungsschalter entsprechend der Anwender-Hausnorm eingeschraubt. Diese Konstruktion zeichnet sich durch Einfachheit, zusatzliche optische Stellungsanzeige und freie Schalterwahl aus.

Abb. 3-146. Elektrische Stellungsanzeige.

der jeweilige Beschaltungszustand uber die integrierten Schalter durch Zusatzbausteine wie Warnleuchten, Trennschaltverstarker oder sonstigen Zusatzgeraten die jeweilige Position des Ventiles erkennbar gemacht wird, so da13 der Begriff ,,elektrischer Stellungs-Sensor" zutreffender ware. Da allerdings auch Gerate mit integrierter Anzeigeeinheit angeboten werden und der marktubliche Name Stellungsanzeiger etabliert ist, besteht kein Grund zur Korrektur. Neben der Anzeigefunktion dienen diese Gerate auch zur Ruckinformation fur Steuer- und Regeleinheiten, beispielsweise zum Beschalten zusatzlicher Pumpen, dem Beschalten von BypaB-Ventilen oder sonstigen Stellgliedern. Eine Kunststoffspindel mit einem Stahlkopf fur den Naherungsschalter bewegt sich analog zum

Abb. 3-147. Elektrische Stellungsanzeige NAMUR.

Zubehiir fur Ventile 2 19

Werden geschlossene elektrische Stellungsanzeigen benotigt, konnen Gerate zum Einsatz kommen wie das auf Abb. 3- 146 gezeigte. Sie entsprechen IP 65 und sind staub- und spritzwassergeschutzt. Die Schaltpositionen sind frei wahlbar. Ein transparentes

Gehause ermoglicht eine zusatzliche optische Kontrolle. Es gibt auch explosionsgeschutzte Ausfuhrungen sowie Gerate in Zweileitertechnik nach NAMUR (Abb. 3-147). Die Montage solcher Gerate erlautert Abb. 3148.

Spezifiiation fur die Montage von elektrischen Stellungsanzeigen auf Hubventile (Abb. 31148) 1. Abdeckkappe (1) oder optische Stellungsanzeige vom Antriebsoberteil entfernen (Abdeckkappe aufgesteckt; Schauglas der Stellungsanzeige eingeschraubt; Kontrollstift aufgesteckt oder eingeschraubt). 2. Bettltigungsspindel mit Adaptersttick (2) von oben in den Antriebskopf einfiihren und mit der Antriebsspindel verschrauben (3) (Rechtsgewinde). 3.Spindelfiihrung (4) in das Antriebsoberteil einschrauben und arretieren. 4. Elektrische Stellungsanzeige auf Spindelfiihrung aufstecken ( 5 ) (Vorsicht beim Aufstekken, damit Schalter durch Schaltnoppen nicht beschiidigt werden) und mit Sicherungsschraube (6) in gewiinschter Anschldrichtung arretieren. 5. Endlagenschalter entsprechend Ventilantrieb einstellen (7)und Deckel (8) schliekn. Es ist darauf zu achten, daB alle Dichtelemente und Schraubverbindungen einwandfrei montiert sind (9). Aufwendigere Ausftihngen entsprechen nicht den Anforderungen des Anlagenbaues.

Abb. 3-148. Montagespezifikation fur elektrische Stellungsanzeigen an Hubventilen.

Elektrische Stellungsanzeige fur Schwenkventile Die elektrischen Stellungsanzeigen (Endlagenschalter) fur Schwenkventile sind meist individuell in oder an den Antrieben integriert. Die Antriebshersteller bieten viele im Detail unterschiedliche Ausfuhrungen an. Sie funktionieren zwar alle sehr ahnlich, sind aber nicht auf andere Antriebsfabrikate iibertragbar. Es existieren jedoch auch Stellungsanzeigen fur Schwenkventile, die universe11 auf mehrere Ventilfabrikate montierbar sind. Sie konnen auch nachtraglich zwischen Antriebsteil und Ventilkijrper zwischengeflanscht werden.

3.10.6 Dreipunktregler fur motorgesteuerte Ventile Einfache Steuerungen und Regelungen lassen sich beispielsweise mit motorbetatigten Klappen-, Kugel-, Membran- oder Sitzventilen durchfiihren. Dazu wird neben dem jeweils erforderlichen Ventil auch ein Regler benotigt. 1st eine einfache Steuerung der Regelung ausreichend, kann auf aufwendige und teure Losungen wie PID-Regler, SP-Steuerungen verzichtet werden. Grundvoraussetzung ist ein Motorventil mit Synchronmotor (AC). Ein Dreipunktregler vergleicht die eingestellte GroBe (Sollwert) mit der gemessenen GroBe (Istwert) und offnet bzw. schlierjt entsprechend der Differenz beider Groaen den jeweiligen Stromkreis des Motorantriebes. Dreipunktregler existieren in verschiedenen Ausfuhrungen auf dem Markt z. B. in lY’-Europakarte oder im geschlossenen Gehause.

Anwendung eines Dreipunktreglers

Abb. 3-149. Elektrische Stellungsanzeige fur Schwenkventile. In ihrem Inneren befinden sich zwei herkommliche Kleinschalter, die durch eine auf die Welle aufgesteckte Schaltnoppe betatigt werden. Diese Anzeige eignet sich fur die Montage an Klappen-, Kugel- und Kukenventilen bis DN 50 mm.

In einer Rohrleitung ist zur manuellen ferngesteuerten Volumenstrombeeinflussung ein frei positionierbaes Stellglied integriert. ES vediigt iiber einen elektrischen Antrieb und wird von einem Dreipunktregler in die gewiinschte Betriebsstellung gebracht. Dazu braucht die Regelelektronik eine Vergleichsmoglichkeit zwischen der eingestellten und der tatsachlichen Position des Stellgliedes. Bei Volumenstromanderung erfolgt keine automatische Korrektur.

Zubehor fur Ventile 22 1

Pneumatische und elektropneumatische Stellungsregler fur fremdgesteuerte Hubventile Bei Nennweiten iiber DN 50 mm oder Betriebsdriicken uber 6 bar sowie Steuerungen oder Rege-

Pneumatischerhydraulischer Regelkreis Zur Druckregelung von Dampf (beispielsweise bei der Styroporaufschaumung) oder auch von Waser oder anderen neutralen Medien kann ein Druckl Volumenstromregler verwendet werden. Es handelt sich dabei um eine sehr einfache aber zuverlassige Regelvariante. Ein Nachteil dieser Ausfiihrung besteht jedoch darin, daB der Regler vie1 Steuerluft benotigt und ununterbochen Druckluft abblast. 1st diese jedoch in ausreichendem MaBe vorhanden, bzw. mu8 nur kurzzeitig geregelt werden, steht dem Einsatz dieses Reglers nichts im Wege. Er mu13 nahe am zu regelnden Stellglied integriert sein. Zu grol3e Entfernungen haben zur Folge, daB das Steuermedium (Druckluft) innerhalb der Leitung komprimiert wird und dadurch Fehler verursacht.

Abb. 3-150. Elektropneumatischer Stellungsregler. lungen hoherer Qualitat konnen pneumatische oder elektropneumatische Stellungsregler auf die Antriebe montiert werden. Ein mit der Ventilspindel verbundener Biigel ermittelt die Position des Ventiles, die mit der eingestellten GroBe (Sollwert) verglichen wird. Bei einer MeBabweichung wird ein in diesem Gerat integriertes Proportionalvorsteuerventi1 betatigt. Es versorgt den Antrieb mit entsprechendem Steuerdruck. Die Vorgabe des Sollwertes erfolgt durch einen PID-Regler bzw. durch eine SPSSteuerung. Diese Kombination ist zwar vergleichsweise kostenintensiv, sie l d t aber eine sehr hohe Steuer- bzw. Regelqualitat zu.

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Abb. 3-151. Pneumatischer Druckregler.

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4 AnschluRarten

4.1 AnschluRartenGesamtubersicht Vielfalt bringt nicht nur Vorteile Die weltweite Vielfalt an AnschluBarten fur Ventile bringt den Anwendern erhebliche Vor- aber auch Nachteile. Naturlich ist es von groBem Vorteil, daB es fur alle Bedurfnisse die jeweils technisch optimale Losung gibt, dennoch wirft sich die Frage auf, ob nicht doch eine unnotig groBe Vielzahl auf dem Markt existiert. In diesem Kapitel sollen aber die AnschluBvarianten der einzelnen AnschluBarten diskutiert werden, z.B. am Beispiel der AnschluBart ,,SchweiBstutzen". Es gibt alleine innerhalb der DIN die unterschiedlichsten Baureihen (z.B. Baureihe 0, 1, 2, 3 usw.) aufgrund der unterschiedlichen erforderlichen Betriebsdriicke und den daraus resultierenden Rohrwandstiirken. Auch die anderen Normenstellen (z. B. ANSI, BS, SMS usw.) tragen zur Vielfalt auf dem Weltmarkt bei. Die selbe Situation liegt bei Flanschen, Clamps, Rohrverschraubungen etc. vor. Bei Flanschen existieren neben den GroBendifferenzen auch noch weitere geometrische Unterschiede. Selbstverstandlich gibt es berechtigte Griinde, die innerhalb einzelner AnschluBarten mehrere Ausfuhrungen rechtfertigen, doch ist die Anzahl der notwendigen Varianten schon lange uberschritten. Unter Zugrundelegung einer sinnvollen Weltnorm

fur AnschluBarten konnten alle betreffenden Ventile im Nennweitenbereich DN 10 bis 100 mm um ca. 20 - 30% preiswerter hergestellt werden. Da Hersteller und Industrie im allgemeinen keine sinnvolle Normenabgleichung in die Wege leiten konnen, sind die Normenausschusse der einzelnen Nationalstaaten gefordert. Eine Vereinheitlichung der AnschluBnormen ist mit Sicherheit nicht einfach, aber dennoch anstrebenswert. Die Tabelle 4-1 gibt eine grobe Ubersicht uber die bestehenden AnschluBarten von Ventilen im Anlagenbau (siehe Seiten 224-228).

4.2 Klebe- bzw. SchweiRmuffen-AnschluR Konstruktive Merkmale Bei den Klebe- bzw. Schweiflmuffen-Anschlussen befinden sich ventilkorpereingangs- und ausgangsseitig an den RohrauBendurchmesser angeglichene Offnungen. Sie sind glattwandig und zur Innengeometrie der Ventilkorper abgesetzt, so daB eingesteckte Rohre sowohl an der AuBenoberflache des Rohres als auch an der Stirnseite mit dem Ventilkorper verklebt bzw. verschweiBt werden. Im Idealfall entspricht die Abstufung der Ventilkorperinnengeometrie der Wandungsstarke des Rohres. Dadurch

__

Mewing.RotguE. diverse Nirp iegieruwen.GrauguE,SIahlguE. AlulegleNng

G.rrindemulh H l l

W C ,C W C .ABS. PP, PVDF,PFA

__

Gewimuffe Kunrtrton

a

ABS.F'P, PVDF

Pvc. CPVC.

Kkbalsehrrdhulh Kunrtrton

m

-

Tellersitz-und Membransitzventile (Magnehrentile), Membranventile, Kugelventile,Klappenventlle.

(Betr. Baulenge siehe DIN 3202rTell4)

DN 2 bis 50 mm AnschluBgr6k (Siehe DIN 2999/Teill)

(Betr. Baulenge siehe DIN 3202rTell4)

meist aber nur DN 50 mm

Sicher bis 10 bar Uberdruck

(Siehe Betriebsdruck4 Temperaturdiagramm ffir Kunststoffrohre)

Sicher bis 10 bar h e r druck bei 20%

m4IwmhrRkt

meist aber nur bis 150%

Sicher bis 200 %

(Siehe Betriebsdruck4 Temperaturdiagramm ffir Kunststoffrohre)

Werkstoffabhangig

(Siehe Betriebsdruck-l Temperaturdiagramm Mr Kunststoffrohre)

ur"lyu;r

(Siehe Betriebsdruck4 Temperaturdiagramm Mr Kunststoffrohre)

Bei korrekterVerbindung entsprechend Rohrbelastbarkeit

DN 4 mm bis DN 50 mm (Baulenge siehe DINwie Gewindemuffe)

Meist aber bis 10 bar bei 20%

Bei korrekterverbindung entsprechend Rohrbelastbarkeit.

IyIyL+III.hLr

'-rr..L411y.

Teilersitz-und Membran- DN 2 bis 100 mm sitzventile (MagnetAnschluBgrdk ventile), Membranventile. (Slehe DIN 2999rTeii 1)

Teliersitz- und Membransitzventiie (Magnetventile). Membranventile.

montierbar

-

bendtigt Nur ffir relativ geringe Temperaturen und Drllcke

- Preiswerte,Ibsbare Verbindung - Kurze Einbaulange - Mit wenig Aufwand

- Dichthilfsmittelwerden

relativaufwendige Verarbeiing, mangelhafte SchweiBstellen meist nicht mehr nachzubessem.

L B. PP, PFA und PVDF

den Werkstoffen, wie

- Nur durch Zerstbrung ausbaubar - Nicht garantiert totraumfrei - Bei zu verschweikn-

YJYF-

=mNmwmmMkmB - Nicht totraumfrei - Unsichere Abdichtung

Preiswerte,einfache Verbindung.Insbesondere bei klebbaren Werkstoffenwie W C oder C W C bm. ABS. Kurze EinbaumaBe

*nYlllrkall.rr

-

-

--

-

Nennweiten bis DN 32.

in welchen ungef8hrliche Medien fliekn. (Meist Wasser oder neutrale Gase.)

- In allen Applikationen

- Meist nur in kleineren

-

Nennweiten bis DN 32 mm in ieicht verklebbarenWerkstoffen wie L 0. W C ,C W C und ABS innerhalb einfacher Applikationen.

- Meist nur in kleinen

Die in dieserlabelle aufgezeigtenWerte und Angaben beziehensich nurauf marktllbliche Standardausmhrungenund deren Maximalwerte.Sonderausmhrungensind nicht berllcksichtigt und kdnnendurchaus auch aubrhalb der angegebenen Grenzen funktionstllchtig win.

Tafel 4-1

DL.

Telle&- und Membransitrrentile, Membranventile

-

SchdMhmKmUbuI

AnechluBgroBe dehe DIN ll850 Beb. eaulange DIN 3202/k112

1200 mm

DN 6 Ms 20 mm (V'-1 Zoll) Maximal entsprechend Werkstoff 90% (PFA-Schlauch)

Maxlmal entsprechend Werkstoff 6 bar be1 20% (FA-Schlauch)

EnbpmchendWerkstoff bk,mehmrelOO% Meist aber bis 300 OC

EntsprechendWsvkstoff Ms m e h m 100 bar Meld aber bls 40 bar

Maximalentsprechend IMerkstoff16 bar be1 20%

(Slehe m b s d r ~ d c - / knperaturdlagmmmfar Kunsbtoffmhre)

(SleheBetriebsdrudc-/ TemperaturdlagrammMr Kunststoffrohre)

(Siehe Betriebsdrudc-/ Pmperaturdlagramm Mr Kunseszoffrohre)

stoff mr hohe b o d e und Temperaturen (Metailausmhrung)

h") - mEntsprechendWrk-

stuken In Nlroaus-

- Nlcht d c h e r totraumfrel - Nur kleine Nenrmueiten

- Teihwlseaufwendige - SlchmteVerblnverarbeitung (rB. im dungsart - SirsteDicMheit - Tmumfrel (Schwel6- - 16Unflexibel

- flexibleVerblndung - Elnfech montierbar

mlt hohem Sicherheitrr-standard

raumfreiiVerblndung. Daher auch optlmal im Bloberelch. (SchweB-AusMhNngen In NIRO)

- Eldgewirkllchetot-

- In allen Anwendungen

- Be1Ventllen und Rohren aus PFA - In der ReinstmedlenzuMhNng - In Labomppllkationen

Klappenventile,Membranventile,Kugehrentile in .BioausMhrung' (aus Nirostahl)

Rohnenchraubung .MikhmhwerschraubungY Metall

diverse Nirolegierungen

Tellershntil

Mernbranventil,Klappenventil, Kugehfentil, KOkenventil.Durchflu8messer, Druck- und Temperatursensoren

GewincbsMm mil

PVC. CPVC. PP. WDF

G d n d m M m mil vwrchraubung &matu~raubung" KullStsM

11h"

I Gewinde

2,4, 2%" 3'"' 4" 5"

:,'"

lK,,

Gewinde

(Auch nach DIN existent) AnschluBgr66en (Siehe DIN 11851)

Unterschiedlichste Fabrikate mit diversen Ma6en auf dem Markl

DN 15 mm bis 100 mm

(Baulangensiehe DIN 3202rTeil5)

25

DN

100

80

25 32 40 50 65

lf

DN

Bisl70% sicher

(Entsprechend Dichtung)

Bis 10 bar sicher

bis 180%

(Entsprechend Dichtung)

(Maximal 90%)

(Siehe Betriebsdrudc-/ Temperaturdiagramm Mr Kunststoffrohre)

bis40bar

(Maximal 10 bar bei 20%)

(Siehe Betriebsdruck-/ Ternperaturdiagramm Mr Kunststoffrohre)

bar

- HexibleVerbindung - Ventil radial ausbau-

- Kurze Baulange

ausbaubar

- Radialaus Rohrleitung

dungsart

- Sehr RexibleVerbin-

-

Nicht sicher totraumfrei (Nach DIN) (besondersnach Alterung der Dichtung oder unkorrektemEinbau)

DrOcke undTemperaturen (KunststoffausMhrung)

- Nicht totmumfrei - Nur Mr relativ geringe

-

Noch in der Milchwirtschafl und in weiteren .Bio-Bereichen: wo Totraumfreiheitbei gr60trnOglicherFlexibllitat gefordert ist ZukOnttig mehr und mehr zudckgehend da entgegen landkiufiger Meinung nicht sicher totraumfrei.

neutrale Medien gesteuert werden

- Eigentlich Oberall wo

GaszuMhrung

- Wasser-, Darnpf- und

aggressive oder neutrale Medien zum Einsatz kommen

- Wasseraufbereitung - Fillration - Chernie - EigentlichOberall wo

PFA mil PVDF-Ummantelung

GrundsBkiichkonnen alle Klebe-, bm. SchweIEsMzen nachtr8glich modlflzkrt werden. Alle Bgnglgen Normen

DN 15-100 mm

UnterschiedlkhsteFabrlkate mk dlversenVermaEungen existent Auch nach DIN (Siehe DIN 32676)

DN 10 bis 100 mm

(Kelne Norm existent)

DN 15+25 mm

Alle gAngigen Normen

in Einzelfallensogar bis 1200 mm.

Alle Fun-ndplen. DN 15 mm mehrere Nim-SchweiBshrtzenkOr- Meter. per nachrOstbar. Meist aber bis DN 300 mm

Alle Funktkmprlnziplen in Klebe- und SchweiE shrhen auf Flansch nachrostbar

Klappen-, Kugel- und Membranventile in .Blos r u n g ' ( a u s Nim-

Membranventile

BiS3OObar melst bls 40 bar (Entsprechend DicmUng)

Bis 16 bar meist bls 10 bar be120%

Bls 16 bar (Sicher bls 10 bar)

Bis 10 bar bei 20%

(EntsprechendDlchtung)

bls 500% meist bls 200%

(Slehe Betrlebsdruck-/ TemperaturdiagrammMr Kunststolfrohre)

Maximal bis 130%

Bls l70% (Sicher Ms 150%)

lbmperaturdiagramm Mr Kunststolfrohre)

(SieheBetriebsdruck-/

Bls 90% maximal

-

ren und Drodce geeignet (Metallausmhrung) Mechanischstabile Verbindung Radialaus Rohrleitung ausbaubar

- For hohelbmperatu-

bar

(Kunststoffausmhrung mit 0-Ring oder AusMhrung Fa. NAUE in Nim) Ventll18oD innerhaib der Venohrung dreh-

- Sehr lkxible Wrblndung& - WnUi radlal ausbaubar - tohumfrei

nusm8Elg Oberproff und gegebenenfaiis nachgezogen werden

- AUfwendige-,paBgenaue Montage - SchwereGer8te - Verbindung mu8 tur-

- NicMtobaumfrei

-

penventllen. dott Zwischenflansch)

Temperaturen bei g r b Eeren DrOcken zum Einsatz kommen. (Metailausmhrung) In g d e n bis sehr g d e n Nennweiten, wirtachaltlichste sung a u k r bei KlapLd-

- clberali WD hehere

ROMullg, da LU unsichereTotraumfreiheit (Metallausmhrung)

gisch genutzterAnlagen in welchen Fledbiiitet geaordert kt

- lnnerhalbbiotechndo-

- Nur unter optimalsten - ReinstmedienVorewsetarngentotversorgu?g raumfrel (Metallaus- IJharmam f0hruW) - Laboctechnik - Teuer

werden Abstufungen und Kanten innerhalb der Ventilkorpergeometrie und am Ubergang von Rohr zu Ventilkorper und damit Verwirbelungen des Betriebsmediums verhindert.

Charakteristik

I

Der Klebe- bzw. Schweifimuffen-Anschlul3 stellt die kurzeste und auch die preiswerteste Einbauform eines Ventiles in eine Verrohrung dar. Entsprechend den jeweiligen Werkstoffen wird das stirnseitig plan abgetrennte Rohr an der Eingangs- und Ausgangsseite in den Ventilkorper eingeklebt bzw. eingeschweil3t. Je exakter die Stirnseite bearbeitet wird, desto besser ist die Qualitat der Verbindung. Diese Verbindungsart wird insbesondere bei Kunststoffventilen angewandt, Metallventile werden auf diese Weise so gut wie nicht eingebaut. Lediglich einige wenige Sonderausfuhrungen, meist in der Haustechnik, werden in eine Metallverrohrung eingelotet. Sogenannte klebbare Kunststoffe werden im Grunde genommen auch eingeschweiflt, denn bei einer echten Klebeverbindung wird ein Klebstoff verwendet, der als dritte Komponente die zu verbindenden Teile zusammenhalt. Wird der Klebstoff, beispielsweise durch Alterung oder chemische- bzw. thermische Einflusse, in seiner Struktur verandert oder zerstort, so lost sich die Verbindung. Eine Klebung ist also eine physikalische, losbare Verbindung. Beim ,,Kleben" von Kunststoffventilen, das eigentlich eine VerschweiBung darstellt, werden von einem chemischen Stoff (Losungsmittel) die Oberflachen der zu verbindenden Teile angelost. Die starre Molekulstruktur der Werkstoffoberflache wird kurzzeitig flexibel gemacht. Werden die Verbindungsteile dann zusammengefugt, so entsteht nach dem Ausharten des angelosten Werkstoffes eine Verbindung der molekularen Struktur beider Werkstoffe im Oberflachenbereich. Eine KaltverschweiBung ist eine chemisch und thermisch unlosbare Verbindung. Die korrekte Bezeichnung fur Stutzen aus z.B. PVC ware also SchweiBstutzen und nicht Klebestutzen. Da der Begriff Klebestutzen allerdings marktublich ist, wird er im folgenden auch weiterhin verwendet.

Gewindemuffen-AnschluJ

Eigenschaften der KlebeSchweiBmuffen-Verbindung Ausfiihrung, Kunststoff PVC, CPVC, ABS, PP, PVDF, Metal1 nicht ublich. AnschluRgroRe DN 4 bis DN 50 mm. Betriebsdriicke Bei korrekter Ausfuhrung ist die Verbindung so belastbar wie die Rohre (siehe Temperatur-Druckdiagramm fur Kunststoff-Rohre).

Tabelle 4-2. MaStabelle fur Klebe-/SchweiBmuffen.

229

Betriebstemperatur Bei korrekter Ausfuhrung ist die Verbindung den Rohren entsprechend belastbar (siehe Temperatur-/ Druckdiagramm fur Rohre). Vorteilhafte Eigenschaften Insbesondere bei klebbaren Werkstoffen einfache und preiswerte Verbindung mit kurzen EinbaumaBen. Nachteilige Eigenschaften Nur unter Zerstorung ausbaubar, nicht totraumfrei. Bei zu verschweiBenden Werkstoffen, wie z. B. PP und PVDF, relativ aufwendige Verarbeitung. Mangelhafte SchweiSstellen sind meist nicht mehr nachzubessern. Anwendungsbereiche Meist nur in kleinen Nennweiten bis DN 32 aus leicht verklebbaren Werkstoffen wie z. B. PVC, CPVC und ABS in einfachen Applikationen.

-~

4.3 Gewindemuffen-AnschluR lvmfwtk

BIY

Konstruktive Merkmale

(-1 2

10 10 10 + 12 12 16 16 20 25 32 40 50 63 75 90 110

4 6 8 10 12 15 20 25 32 40 50 65

80 100

An der Ventilkorpereingangs- und -ausgangsseite befinden sich zylindrische Rohrgewinde. Auf die RohrendenauBengeometrie wird ein kegelformiges Gegengewinde aufgeschnitten (meist ein Whitworth-Rohrgewinde). Das Rohrstuck wird in den Ventilkorper eingeschraubt. Im Idealfall sind keine Dichtstoffe notwendig, konnen aber verwendet werden. Die Ventilkorper sollten am inneren Ventilende so abgesetzt sein, daB der weiterfuhrende Querschnitt dem Innendurchmesser des Rohres entspricht. Auf diese Weise konnen Verwirbelungen an der Ubergangsstelle des Rohres zum Ventilkorper vermieden werden.

- Klebe- bzw. SchweiBmuffenanschluB fur -

Metallventile sind unublich. Die Bauliingen der Ventile variieren in Abhangigkeit vom Funktionsprinzip und sind von Hersteller zu Hersteller verschieden.

Charakteristik Diese AnschluBvariante ist fur einfache Applikationen die preiswerteste losbare Verbindung.

Je nach verwendeten Dichtwerkstoffen (z. B. Teflonband) sind sorgfaltig durchgefuhrte Verschraubungen auch uber den zulassigen Betriebsdruck hinaus dicht. Die fur diese Verbindung in Europa gangigste Gewindeart ist das Whitworth-Rohrgewinde in Zoll, das sowohl in Kunststoff- als auch in Metallausfuhrung eingesetzt wird. Das Innengewinde im Ventilkorper ist dabei zylindrisch, wahrend das AuBengewinde auf dem Rohr kegelformig ist. Durch die Verwendung von zuviel Dichtstoff bzw. bei zu starkem Anziehen der Verbindung, kommt es insbesondere bei Kunststoffventilen haufig zu Verformungen oder Schiidigungen der Ventilkorper. Bei korrekter Durchfuhrung der Verschraubung und exakter Gewindeausfuhrung beider Teile ist normalerweise besonders bei Kunststoffen kein Dichtwerkstoff notwendig. Da aber vorbeugend dennoch meist Dichtstoffe verwendet werden, mu13 darauf geachtet werden, dalj beim Einsatz aggressiver Medien auch der Dichtstoff chemisch bestandig ist.

Nahere Informationen zur Geometrie enthalten DIN 3203/Teil4 und DIN 2999/Teil 1 .

Eigenschaften der GewindemuffenVerbindung Ausfiihrung, Kunststoff PVC, CPVC, ABS, PP, PVDF, PFA. Ausfuhrung, Metall Messing, RotguB, diverse Niro-Legierungen, GrauguB, StahlguB, Alu-Legierungen. AnschluBgroBe, Kunststoff DN 2 mm/G 1/4" bis DN 50 mm/G 2" (meist aber nur bis DN 15 mm). AnschluBgroBe, Metall DN 2 mm/G 1/4" bis DN 100 mm/G 6" (meist aber nur bis DN 50 mm).

Tabelle 4-3.MaCjtabelle fur Gewindemuffen-AnschluB.

Nennweite Kunststoffventile Durchmesser G DN

Metalhentile

(mm)

(all)

(ZQW

2 4 6 8 10 12 15 20 25 32 40 50

G 114 G 114 G 114 G 114 G 318 G 318 G I12

G 114 G 114 G 114 G 114 G 114 + 318 G 318 G 112 G 314 G1 G 1 114 G 1 112 G2

-

-

-

Durchmesser G

Die Anschluljart Gewindemuffe ist bei Kunststoffventilen mit einer Nennweite von uber DN 15 mm und in Metallausfuhrung uber DN 50 mm unublich.

-

Die Baulangen der Ventilkorper variieren in Abhangigkeit vom Funktionsprinzip und Hersteller, sind allerdings in der DIN 3202/ Teil 4 definiert.

Schlauchklemm-AnschluJ

Betriebsdriicke, Kunststoff Bei einer Betriebstemperatur von 20 "C sicher bis 10 bar, siehe Betriebsdruck-Temperaturdiagramm fur Rohre.

23 1

nehmer-Zapfen und das Schlauch-Arretierungsgewinde auf dem Ventil-AuBenkorper.

Funktion Betriebsdriicke, Metall Sicher bis 10 bar.

Betriebstemperatur, Kunststoff Werkstoffabhangig, siehe Betriebsdruck-Temperaturdiagramm fur Rohre.

Betriebstemperatur, Metall Bis 200°C je nach Werkstoff, sicher aber bis 150 "C.

Vorteilhafte Eigenschaften, Kunststoff und Metall Preiswerte, losbare Verbindung, kurze Einbaulange, mit wenig Aufwand montierbar.

Das Schlauchende wird bei einer Temperatur von 280 "C bis 320 OC rnit einem Formgeberdorn (Abb. 4-1) erweitert, so daS es paBgenau auf den Schlauchaufnehmerzapfen an der AnschluBseite aufgeschoben werden kann. Eine Formgebervorrichtung mit integrierter elektrischer Heizung und Thermostat ist nicht notig und nur bei extrem haufigem Gebrauch sinnvoll. Die vor der Schlaucherweiterung aufgeschobene Uberwurfmutter aus PVDF wird auf dem am AuBenkorper angebrachten Gegengewinde arretiert und zieht den Schlauch an der Stirnseite des Anschlusses auf den Schlauch-Aufnehmer-Zapfen.

Nachteilige Eigenschaften, Kunststoff und Metall Nicht totraumfrei, unsichere Abdichtung, zum Teil werden Dichthilfsmittel benotigt, in Kunststoffausfuhrung nur fur relativ niedrige Temperaturen und Betriebsdriicke geeignet.

Anwendungsbereiche, Kunststoff und Metall Meist nur in kleinen bis mittleren Nennweiten (Kunststoff bis DN 32 mm) bei allen Applikationen, fur ungefahrliche Medien wie Wasser oder neutrale Gase.

Abb. 4-1. Formgeberdorn aus PTFE.

4.4 Schlauchklemm-AnschluR Konstruktive Merkmale Die Schlauchklemm-Verbindung wurde speziell fur PFA-Schlauche entwickelt. Ventile rnit dieser AnschluBvariante sind daher ausschlieBlich aus PFA, PVDF bzw. rnit PFA-Inlinern und AuBenkorpern aus PVDF oder anderen Werkstoffen. Da der Werkstoff PFA sehr weich ist, sind die betreffenden PFA-Ventilkorper immer rnit einem Korsett versehen. Die AuBengeometrie umfaBt den Schlauchauf-

Abb. 4-2. Formgebervorrichtung.

232 Ansc~lili&irtrn

Tabelle 4-4. MaBtabelle fur Schlauchklemm-AnschluB.

Nennweite DN mm

ZQll

I OD (ZQW

6 10 15 20

114 3/8 1/2 3/4

I Metall-Ventile

Kunststoff-Ventile

0,375” 0,500” 0,750’ 1,ooo”

0,25 1” 0,376” 0,626” 0,876”

(mm)

(mm)

(metrisch)

12 15 15 16.7

10,7 14 20,2 29

16 x 1,5 20 x 1,5 30 x 2 36,5 x (Spezialgewinde)

-

-

Abb. 4-3. Schematische Darstellung eines Schlauchklemm-Anschlusses.

Die Abdichtung erfolgt am Ubergang der Innenphase des Schlauches und der Auljenphase des AnschluBzapfens am Ventilkorper. Da mindestens eine der abzudichtenden Flachen aus PFA und damit weich ist, wird eine sichere Abdichtung erreicht. Aufgrund des FlieBverhaltens von PFA empfiehlt sich jedoch unbedingt ein turnusmaBiges, leichtes Nachziehen der Uberwurfmutter.

Eigenschaften von Schlauchklemmanschlussen: Charakteristik Ausfuhrung, Kunststoff PFA-Inliner mit Verbindungsgeometrie an der Anschluljseite, VentilauBenkorper aus PVDF bzw. anderen Werkstoffen, mit anschluBseitig integriertem Befestigungsgewinde fur PVDF-Uberwurfmutter oder gesamter Ventilkorper aus PVDF.

-

Bei Metall-Ventilen ist diese AnschluBart unublich. Nennweiten aul3er DN 6 - 20 mm sind mit dieser AnschluBart unublich.

Ausfuhrung, Metall In Metallausfuhrung ist diese AnschluBvariante unublich. AnschluBgroBe DN 6 mm bis DN 20 mm (1/4” bis 1”). Betriebsdrucke Siehe Betriebstemperatur-/ruckdiagramm Rohre bzw. Schlauche, maximal 6 bar.

fur

Betriebstemperatur Siehe Betriebstemperatur-/Druckdiagramm fur Kunststoffrohre bzw. Schlauche, maximal 90 “C. Vorteilhafte Eigenschaften Flexible Verbindung, einfach montierbar. Nachteilige Eigenschaften Nicht sicher totraumfrei, nur kleine Nennweiten, begrenzte Werkstoffvariationen. Anwendungsbereiche In der Reinstmedienzufuhrung, beispielsweise auf Gebieten wie Pharmazie, Genforschung, Labortechnik, Mikrochipfertigung und Saureabfullung.

Klebe-/Schwe@-Stutzen-AnschluJ

233

4.5 Klebe-/SchweiR AnschluR

Betriebstemperatur,Metall Entsprechend dem Werkstoff bis mehrere 100 "C meist aber bis 300 "C (siehe Betriebsdruckangaben des jeweiligen Ventiles).

Konstruktive Merkmale

Vorteilhafte Eigenschaften, Kunststoff und Metall Sicherste Verbindungsart, sicherste Dichtheit, bei korrekter Ausfuhrung totraumfrei, entsprechend Werkstoff in Metallausfuhrung fur hohe Driicke und Temperaturen geeignet.

Auf der Ventilkorpereingangs- und -ausgangsseite befinden sich Stutzen, die entsprechend ihrer Werkstoffausfuhrung zum Kleben- bzw. AnschweiBen von Rohren unterschiedlichster Normen geeignet sind. In Tabelle 4-5sind die unterschiedlichen Klebe-/SchweiBstutzen- Ausfuhrungen erklart.

Eigenschaften der Klebe- bzw. Schweifistutzenverbindung Ausfuhrung, Kunststoff s. Tabelle 4-5. Ausfuhrung, Metall s. Tabelle 4-5. AnschluBgroBe, Kunststoff DN 4 bis 100 mm in den Ausfuhrungen DIN, WNA, WNF, Zoll. AnschluBgroBe, Metall DN 4 mm meist bis 100 mm (Kugelventile bis 1200 mm). Ausfuhrungen entsprechend DIN, ISO, BS-OD-Tubing, SMS usw. Betriebsdrucke, Kunststoff Siehe Temperatur-Druckdiagramm fur Kunststoffrohre. Betriebsdrucke, Metall Entsprechend Werkstoff bis mehrere 100 bar, meist aber bis 40 bar (siehe Betriebsdruckangaben des jeweiligen Ventiles). Betriebstemperatur,Kunststoff Siehe Temperatur-Druckdiagramm fur Kunststoffrohre.

Nachteilige Eigenschaften, Kunststoff und Metall Teilweise aufwendige Verarbeitung, z. B. im Biound Reinstraumbereich. unflexibel. Anwendungsbereiche, Kunststoff und Metall In allen Anwendungen mit hohem Sicherheitsstandard, bei entsprechender Ausfuhrung einzige wirklich totraumfreie Verbindung, daher auch optimal im Bio- und Reinstraumbereich einsetzbar. 1st ein Kunststoff-Klebe-SchweiBstutzen in einer SondergroBe bzw. speziellen Norm nicht erhaltlich, so kann auf die AnschluBvariante der Armaturenverschraubung zuriickgegriffen' werden. Entsprechende Einlegeteile (Bundbuchsen) adaptieren dann das erforderliche Ventil an die vorhandene RohrgroBe. In Metallausfuhrung gibt es nur eine SchweiBstutzenvariante, mit der lediglich Ventilkorper in NiroVersion ausgestattet sind. An solche SchweiBstutzen ist das plane Rohrende stumpf angelegt und von auBen durchgeschweiflt. Die AnschluBgroBen entsprechen den gangigen Normen wie z. B. DIN, ISO, BS, SMS usw. Diese Einbauart fur Metallventile ist die einzige absolut sichere Sterilverbindung, vorausgesetzt die Obefflachen und die SchweiBung entsprechen den Erfordernissen. In dieser Verbindungsvariante sind Membran-, Klappen-, Kugel- und Sitzventile erhaltlich. Klebe- bzw. SchweiBstutzen in Kunststoffausfuhrung Man unterscheidet grundsatzlich zwei Varianten der Klebe-/SchweiBstutzengeometrie,namlich Muffen- und Stumpfschweiastutzen.

2 34 An sch 1u j h rte i 1

Tabelle 4-5. Klebe- bzw. SchweiBstutzen.

MetaIl

Kunststoff

Zum Stumpfschweifien

Zum Stumpfschweiflen

:urn Muffenchweiflen

Mit Wdst fur PP, PVDF, PFA (Abb. 4-4a)

Wulstnahtarm WNA (AGRU) fur PVDF, PFA PP (Abb. 4-4b)

In Fitting beidseitig eingesteckt oder ingesteckt oder tohr direkt auf Stut- Rohr direkt auf StutZen aufgeschoben. en aufgeschoben. Fur PVC, CPVC u. ?ir PP u. PVDF Abb. 4-4e,f)

Wulstnahtfrei WNF (GF) fur PVDF (Abb. 4 - 4 ~ )

Zum Muffenkleben

n Fitting beidseitig

r

Ausfuhrung: nach DIN

Funktionsprinzip: Membranventil Sitzventil

Muffen-SchweiB-Klebestutzen Die Muffen-SchweiB- bzw. Klebestutzen entsprechen in ihrer Geornetrie StumpfschweiBstutzen, lediglich die Art der Verbindung unterscheidet sie. Das zu verbindende Kunststoffrohr wird entwender uber den Stutzen aufgeschoben (Abb. 4-4e) und den Werkstoffen entsprechend verklebt bzw. verschweiflt, oder es werden Stutzen und Rohrenden jeweils in einen Fitting eingebracht und verbunden (Abb. 4-40. Der Vorteil der zweiten Verbindungsvariante liegt in der relativ glatten Innenkontur, denn es entstehen dabei keine wesentlichen Abstufungen.

Stumpf-SchweiR-Stutzen Bei dieser Verbindungsvariante werden die geometrisch identischen Rohrenden erwarmt und verp r e k Es entsteht dabei abhangig vom Verfahren ein groUer, kleiner oder gar kein Innenwulst (Abb. 4-4a-c).

Funktionsprinzip: Membranventi I Sitzventil

Zum EinschweiBen Rohrende an Stutzen plan angelegt und von auRen durchgeschweiBt. Fur diverse NIROLegierungen (Abb. 4-4d) (Einzige, absolut sichere Sterilverbindung) Ausfuhrung: nach DIN, 1.30, SMS, BS-OD-Tubing

Funktionsprinzip: Membranventil Klappenventil Kugelventil Sitzventil

So lassen sich beispielsweise PP, PFA und PVDF sowohl mit Wulst als auch wulstnahtarm verschweiBen. Wulstnahtfrei hingegen kann derzeit nur PVDF verschweil3t werden. Bei allen drei Schweiherfahren werden die SchweiBflachen zuvor mittels aufheizbarer Metallscheiben (Spiegel) erwarmt, was die haufig verwendete Bezeichnung SpiegelschweiBen erklart. Kunststoff-Klebe- bzw. -SchweiBstutzen haben die selbe Geometrie. Das Rohr kann dabei direkt uber den Stutzen des Ventilkorpers geschoben werden (Abb. 4-4e) oder mit ihm durch eine Muffe verbunden werden (Abb. 4-40. Der Vorteil der zweiten Variante besteht darin, dal3 kein Absatz entsteht.

Klebe-/SchweiJ-Srutzen-AnschluJ 235

. SturnpfschweiOung bei KunststoffPP, PVDF, PFA

Wulstnahtarrne SturnpfschweiOung bei Kunststoff PP, PVDF, PFA

+

Ventilktjrper

.-.-.

Abb. 4-4. Kunststoff-

_._

Wulstnahtfreie StumpfschweiBung bei Kunststoff nur bei PVDF

Rohrinnenwand

Wulstnahtfreie SchweiOung von auBen nach innen nur bei NlRO

Fittina

Rohr

[

\

.Ventilktjrper -.

f

Rohr

I/

-

Klebe- bzw.SchweiBstutzen.

WNF-SchweiBverfahren fur PVDF und WNASchweiRverfahren fur PP, PFA u. PVDF In der Praxis besitzt die wulstnahtarme SchweiDausfuhrung erhebliche Vorteile, die wulstnahtfreie Verbindungsart ist lediglich subjektiv die bessere Verbindung. Eine wulstnahtarme Verschweirjung (WNA) ist sehr schnell und vergleichsweise einfach durchzufuhren, die wulstnahtfreie Ausfiihrung jedoch sehr aufwendig und zeitintensiv (siehe Tabelle 4-5). Der kleine Innenwulst beim WNA-Schweiaverfahren bedeutet bei einer Reinstmedienzufuhrung keine groBere Kontaminierungsgefahr. Beim Streben nach Perfektion werden oft die praktischen Probleme, wie der Zeitfaktor, SchweiBgerate, Baustellen, der Bedarf an qualifizierten SchweiBern usw., vernachlassigt. Die SchweiBvorrichtungen fur WNA sind relativ klein, leicht zu bedienen und auch fur andere Kunststoffe als PVDF einsetzbar, z. B. fur PP und PFA. Das WNF-Verfahren zur wulstnahtfreien VerschweiBung dagegen setzt Perfektion voraus. Durch unsachgemaoe Bedienung des SchweiBgerates kommt es haufig zu starken Verformungen des Rohres und der Fittings neben der SchweiBnaht, die ins-

@ besondere durch die grosflachige Erwarmung der SchweiBstelle begunstigt wird. Dariiber hinaus fuhren haufig unzugangliche Stellen, insbesondere hinter Bogen, zu einer einseitigen mechanischen und thermischen Belastung des Innenrohres (Abb. 4-5). Durch die beim WNF-SchweiBverfahren vorgeschriebene Verwendung von Alkohol als Reinigungsmittel kann es zu Einschlussen von gasformigem Alkohol in der SchweiDnaht kommen. Das Ergebnis ist eine porose SchweiBnaht. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn nach der Reinigung

Abb. 4-5. Verformung von Innenrohren.

nicht lange genug gewartet wird, bis das Reinigungsmittel vollstandig verdunstet ist. Beim wulstnahtarmen WNA-SchweiBverfahren ist der Einsatz von Reinigungsmitteln nicht erforderlich, eine homogene SchweiBnaht wird vie1 einfacher erzielt. In Abb. 4-6 ist der abgeflachte Innenwulst gut zu sehen. Ein WNA-SchweiBgerat 1st klein, kompakt und sehr bedienerfreundlich. Schon nach einer relativ kurzen Einweisung ist ein qualifizierter Facharbeiter in der Lage, die SchweiBung vor Ort sicher durchzufiihren. AuBerdem ist es durch sein Baukastensystem, das den Austausch von Wechselteilen ermoglicht, ohne weiteres auch fur PP und PFA einsetzbar.

Abb. 4-6. Abgeflachter h e n w u l s t nach dem WNA-Schweifiv~rfahren.

MaOtabellen fur Anschlusse auf Stutzenbasis Stutzen nach DIN 3441 b m . 3442

Kkb.- bm. Schwei6stukenk8rp.r

-

SQ 68

63 75 90 110

88 100

K k b bm.SdweiBmuthn K6rper auf Stubenbash

38 44 51 61

224 204 300 340

AuBongewindekOrperauf Stutzenbarir

FlanachkOrper auf Stutzenbasis

D'

a

I

111

I

82 40 50 6S

80 100

I 1

32 40 50 63 75 90 110

1

I I

224 256 290 342 412 446 494

:

I

1 I

174 198 222 260 310 334 362

I

I I

224 252 282 328

I

I

178 202 226 264

1

I

Klebe-/Schwe$-Stutzen-AnschluJ’ 237

schnelles Umbauen zum gewunschten GehauseanschluB. Eine Baulangenanderung ist rnit Zubehorteilen entsprechend DIN moglich. Folgende AnschluBvarianten sind moglich:

Sie dienen u. a. zur Aufnahme verschiedener Befestigungsarten, wie Gewindemuffen, Klebemuffen, Flanschen und Armaturverschraubungen. Das bedeutet geringe Lagerhaltung an Gehausen und

Schwoi6stutzonkdrp.r

~

i

L3 _.

L

-

Schwoi6stutzonk6rper mit Milchrohr-Gewlndestutzon

Sdrwe,Bautzenkm,Mah

2

Schwei6atutzonkdrper mit Trl-Clamp nach DIN 32878, IS0 2852, SMS 3017 Ma60 L4. S c h w e l 6 ~ k b r p emit r Tri-Clamp nach BS 4825 Part 3 Ma- L 2

1:~

t-Tpqx-p I# 108

21.3

1,6

120

21.3 26,9 33,7 42,4 48,3 60,3 76,l 88,9 1143

1,6 1,6 2.0 2,O 2,O 2,3 2,6 2.6 2.6

120

18 22 28

1 1

20 24 3 0 36 42 5 4

2 2 2 2 2 2

--

7

25,O 33J 38,O 51,O

-

76,l

101,6 -

-

B84m RI cf

--

60(,602,603

605,608,6l4, 618

64 64 64

6,35 933 12,70

89 108

953 12,70

6tl, 612,615, 625

108 117 Dl27 146 D159 Dl90

12,70 19,05 25,40 31,75 38,lO 50.80

640,671,672, 607,695,698

254 305

76,20 101,60

--

-

Schwei6stutzenk6rp.r mit mit flansch entspredmnd untenchiedlichenNormen

It

j

20

1 120 34 153 1 1 40 153 52 173 -1 254 2 254 2 318 I I J 25,40 und 50 Ma& .2 nu n Schrniede USMt1 ‘ung, bei Fei

--

L5lL2 - _

L4lL2

L

-

-

SMS DN 100 entsprlcht die BaulAnge Ll 305 mrn

i

238 AnschluJarren

AnschluB-Varianten fur SchweiR-Stutzenin Metall (Niro) Ein markanter Vorteil der Metall-Membranventilkorper DN 4 bis DN 100 ist der genormte SchweiBstutzenanschlufi nach DIN,ISO, SMS bzw. BS O.D. Tubing. Neben der Moglichkeit des direkten Einschweiljens in das Rohrleitungssystem dient er zur Aufnahme verschiedener Befestigungsmoglichkeiten wie Gewindestutzen, Flanschen, Milchrohrverschraubungen, Tri-Clamps.

4.6 GewindestutzenanschluB rnit Verschraubung (Armaturen-Verschraubung)

Konstruktive Merkmale An dem Ventilkorper befinden sich eingangs- und ausgangsseitig Gewindestutzen rnit Auaengewinde (Whitworth-Rohrgewinde in 2011). Auf das anzuschlieljende Rohrstiick werden die Verschraubungsmuttern (Uberwurfmuttern) aufgeschoben und anschlieBend entsprechend dem Rohrwerkstoff eine Bundbuchse an das Rohrende stirnseitig angeschweiBt bzw. angeklebt. Bei der Metallausfiihrung wird abhangig vom Rohrwerkstoff auch gelotet. An der Stirnseite von Ventilkorpern in Kunststoffausfiihrung befindet sich ein Einstich, so daB entsprechend dem Betriebsmedium ein 0-Ring eingelegt werden kann, der die Verschraubung abdichtet. In Metallausfiihrung ist der Ventilkorper serienmal3ig an der Stirnseite plangedreht, so daB entweder ein entsprechender 0-Ring oder eine Flachdichtung die Verschraubung abdichtet. Auf Wunsch konnen die Metallkorper jedoch vom Hersteller leicht mit 0-Ringeinstich versehen werden.

Funktion Ein Gewindestutzen rnit Verschraubung erlaubt es, die Ventile radial aus der Rohrleitung auszubauen, was zu groBtmoglicher Flexibilitat fiihrt.

Abb. 4-7. Radial ausbaubares Ventil bzw. Gerat rnit GewindestutzenanschluB.

In Anlagen rnit verschmutzten oder aushartenden Medien kann auf diese Weise problemlos ein verschmutzter oder verstopfter Rohrabschnitt zuganglich gemacht und gereinigt werden. AuBerdem kann das Ventil innerhalb der Rohrleitung um 360 Grad gedreht werden. Bei Ventilkorpern rnit direkt am Korper angespritzten oder angegossenen Gewindestutzen verkiirzt sich, im Gegensatz zu anderen Anschluaarten, die Baulange. In Metallausfiihrung gibt es derzeit lediglich Sitzventile aus RotguB rnit fremdmedien-gesteuerten Antrieben in den Nennweiten DN 15, 20 und 25 mm. Bei ihrer Montage in die Rohrleitung kann, anders als beim GewindemuffenanschluS, auf zusatzliche Fittings verzichtet werden. Aukrdem ist der Gewindestutzen montagefreundlicher, da beim Einbau nur mit zwei Gabelschliisseln arretiert werden muB. In Gewindemuffenausfuhrung kann sich beim Festziehen einer Seite des Ventilanschlusses leicht die andere Seite losen. Die Dichtwerkstoffe konnen leicht dem entsprechenden Betriebsmedium angeglichen werden.

GewindestutzenanschluJ mit Verschraubung 239

Eigenschaften des GewindestutzenAnschlusses mit Verschraubung

Betriebstemperatur, Metall Bis 180 "C (entsprechend Dichtung).

Ausfuhrung, Kunststoff Es existieren Ventilkorper in unterschiedlicher Ausfuhrung. So gibt es z.B. Membran- und Klappenventile rnit direkt am Ventilkorper angespritzten Gewindestutzen. Da nicht alle Ventil-Funktionsprinzipien aus Kunststoff rnit direkt angespritzten Gewindestutzen hergestellt werden, findet man auch SchweiS- bzw. Klebestutzenkorper, an die nachtraglich vom Hersteller die Gewindestutzen angeklebt bzw. angeschweiflt sind.

Vorteilhafte Eigenschaften, Kunststoff und Metall Sehr flexible Verbindungsart, radial aus Rohrleitung ausbaubar, kurze Einbaulange (bei direkt am Ventilkorper befindlichen Gewindestutzen).

Ausfuhrung, Metall In Metallausfiihrung gibt es diese AnschluBvariante derzeit lediglich bei Sitzventilen aus RotguB, fremdmedien-gesteuert, in den Nennweiten DN 15 bis 25 mm. AnschluBgroBe, Kunststoff Membranventile: DN 15 mm bis 50 mm mit direkt angespritzten Gewindestutzen in PVC, CPVC und PP. Bis DN 100 mm rnit angeklebtem bzw. angeschweiatem Gewindestutzen. Klappenventile mit direkt angespritzten Gewindestutzen aus PVC: DN 15 mm bis DN 50 mm. Ventilkorper: DN 65 mm bis DN 100 mm, auch anderer Funktionsprinzipien konnen ggf. nachtraglich mit dieser Verbindungsart versehen werden. Als Ausgangskorper dient dann meist ein Korper mit Klebe- bzw. SchweiDstutzenanschluB. AnschluBgroBe, Metall Nur Sitzventile, fremdgesteuert: DN 15 mm bis DN 25 mm. Betriebsdrucke, Kunststoff Siehe Betriebstemperatur4Druckdiagramm fur Kunststoffrohre (max. 10 bar bei 20 "C). Diese AnschluSart ist bei Membranventilen aus Metall uniiblich. Betriebsdrucke, Metall Bis 40 bar (entsprechend Dichtung). Betriebstemperatur, Kunststoff Siehe Betriebstemperatur-Druckdiagramm fur Kunststoffrohre (max. 90 "C).

Nachteilige Eigenschaften, Kunststoff und Metall Nicht totraumfrei, in Kunststoffausfuhrung nur fur relativ niedrige Driicke und Temperaturen. Anwendungsbereiche, Kunststoff Bei flussigen und gasformigen Medien in Wasseraufbereitung, Filtration, Chemie, in allen Applikationen, bei denen aggressive oder neutrale Medien eingesetzt werden. Anwendungsbereiche, Metall Wasser-, Dampf- und Gaszufuhrung bei der Betriebsmittelbereitstellung,in allen Applikationen bei denen neutrale oder leicht aggressive Medien gesteuert bzw. geregelt werden.

MaBtabelle fur Ventilkorper mit direkt angespritztemAuBengewinde -(Rdwrubwrgrwlnckm~M-uwbma)

V

M

N

M

AnschluBmaBe fur Kugel- und Sitzventile aus Kunststoff Die StutzenmaRe von Kugelventilen aus Kunststoff sind identisch mit denen der Membranventile aus Kunststoff, lediglich die Baulange variiert zwischen den einzelnen Funktionsprinzipien und Herstellern. Es kann daher in bezug auf die Einbaulange keine allgemeingultige Aussage getroffen werden. Bei Kugelventilen aus Metall ist diese AnschluBart unublich. AnschluBmaBe fur Sitzventile aus Metall

u-

I

AnschluBmaBe fur Klappenventile aus Kunststoff

Diese AnschluBart ist fur Klappenventile aus Metall unublich.

4.7 RohrverschraubungsAnschluR (,,Milchrohrverschraubung")

Diese AnschluBart existiert ausschlieBlich in Niro-Ausfuhrung. Neben der DIN 1185l ist sie auch in vielen Abarten und ,,Normen" gangig (z.B. eine technisch optimierte Variante der Fa. NAUE). Zum Einsatz kommt die Rohrverschraubung insbesondere im Bio-Bereich, also in Anwendungen, bei denen eine grofitmogliche Sterilitat der Anlage gefordert wird. Naturlich 1aBt sich dariiber diskutieren, inwieweit Sterilitat in Verbindung mit flexiblen Anschlussen uberhaupt erzielt werden kann. (Siehe Abschnitt: Flexible Sterilverbindungen.) Der KompromiB zwischen Flexibilitat und notwendiger Sterilisierbarkeit fuhrt zu dieser Verbindungsart, ahnlich wie bei den sogenannten Clamp-Anschlussen, Wirtschaftlich und verfahrenstechnisch als nicht empfehlenswert eingestuft, kann die Rohrverschraubung in Einzelfallen jedoch auch gewisse Vorteile besitzen.

Konstruktive Merkmale (DIN-Ausfuhrung) An einen Ventilkorper aus z. B. nichtrostender Stahllegierung angeschweiBt befinden sich Gewindestutzen mit AuBen-Rundgewinde. Stirnseitig sind Einstiche vorhanden. Darin ist ein Formdichtring aus entsprechenden Elastomeren (z. B. EPDM, Silikon etc.) eingelegt. Der Dichtring befindet sich nicht unmittelbar an der Rohrinnenseite. Das zu verbindende Rohrelement ist rnit einer Uberwurfmutter bestuckt. Das Rohr ist stirnseitig mit einer Bundbuchse versehen, die angeschweiBt oder angeformt wurde. Die am Rohr vorhandene Bundbuchse besitzt an der AuBenseite Kegelgeometrie, die beim Festzie.hen der Uberwurfmutter in eine passende InnenKegelgeometrie des Ventilkorpers eintaucht und den Dichtring verprel3t. Dazu mussen Rohre und Ventilkorper fluchten, da sonst durch Verkanten der Kegel die Dichtung einseitig verprefit wird und der AnschluB moglichweise undicht ist (Abb. 4-8).

Rohrverschraubungs-AnschluJ

24 1

Abb. 4-8. Milchrohrverschraubung in DIN-Ausfiihrung.

Abb. 4-9. Milchrohrverschraubungen NAUE-Ausfuhrung.

Die Uberwurfmutter besitzt eine grobe AuBenverzahnung, so daB sie durch Spezialschlussel arretiert werden kann.

Eigenschaften der Rohrverschraubung

Konstruktive Merkmale

Ausfuhrung, Kunststoff

(NAUE-Ausfuhrung)

Rohrverschraubungen (,,Milchrohrverschraubungen") sind in Kunststoffausfuhrung unublich.

An einen Ventilkorper aus z.B. NIRO angeschweiBt befindet sich ein Gewindestutzen mit IS0 AuBengew inde. An der Stirnseite ist unmittelbar an der Rohrinnenseite ein Einstich zur Aufnahme eines Dichtringes (z.B. aus EPDM, Silikon etc.) vorhanden. Das zu verbindende Rohrelement ist mit einer Uberwurfmutter bestuckt. Das Rohr ist stirnseitig mit einer Bundbuchse versehen, die angeschweiBt wurde und ebenfalls stirnseitig uber einen Einstich fur die Aufnahme des Dichtringes verfugt. Die Flachen des Ventilstutzens und die Stirnflachen des Rohres liegen plan aneinander. Der Dichtring liegt zwischen beiden Geometrien unmittelbar am Rohrinnenquerschnitt. Durch die Verpressung mittels Uberwurfmutter dichtet er formschlussig und totraumfrei ab. Da die Stirnflachen des Stutzens bzw. des Rohrendes als Anschlag dienen, wird der Dichtring mit genau definierter Vorspannung verpreBt. Bei exaktem Einbau ist diese Verschraubung totraumfrei. Die Dichtung unterliegt allerdings der Alterung, vor allem bei Beanspruchung durch Sterilisation.

Ausfuhrung, Metal1 Diverse Nirolegiemngen (Niro=hochlegiexte, nichtm stende Stahllegierung), wie z. B. 1.4435/316 L.

Funktionsprinzip Fur Klappen-, Membran- und Kugelventile in ,,Bio-Ausfuhrung".

AnschluRgroBe DN 15 mm bis DN 100 mm (Fa. NAUE bis DN 150 mm). Unterschiedlichste Fabrikate mit diversen MaBen sind auf dem Markt, auch in DIN (siehe DIN 11851, Ausfuhrung der Fa. NAUE technisch optimal).

Betriebsdriicke Bis 10 bar sicher abdichtend, Maximum aber entsprechend Ventil bzw. Rohr.

Betriebstemperatur Bis 170 O Elastomer.

C

sicher, je nach Zykluszeit und Dicht-

Vorteilhafte Eigenschaften Flexible Verbindung, Ventil radial ausbaubar. Nachteilige Eigenschaften Nicht sicher totraumfrei (nach DIN), besonders nach Alterung der Dichtung oder bei unkorrektem Einbau (Ausfuhrung entsprechend NAUE ist bei intakter Dichtung und korrekter Verpressung totraumfrei). Anwendungsbereiche Noch in der Milchwirtschaft und in weiteren BioBereichen, wo Totraumfreiheit bei groBtmoglicher Flexibilitat gefordert ist. Sie wird aber immer seltener verwendet, da sie entgegen landlaufiger Meinung nicht sicher totraumfrei ist (DIN-Ausfuhrung). Aurjerdem konnen die Kosten durch Verwendung von SchweiBstutzen bis zu 30 % gesenkt werden.

MaBtabelle von NAUE fur Sterilverschraubungen mit metrischem GewindeIDIN Da sich je nach Funktionsprinzip und Ventilhersteller unterschiedlichste Baulangen ergeben, wird stellvertretend auf die MaBtabelle in Abschnitt 4.5 (SchweiBstutzen-AnschluB) verwiesen. Dariiber hinaus gibt die DIN 1 1851 AufschluD. Nachfolgend wird die Marjtabelle der Fa. NAUE abgebildet. Rohrverschraubungen entsprechend dieser konstruktiven Losung stellen eine gute Variante dieser AnschluBart dar.

MaBtabelle von NAUE fur Sterilverschraubung mit metrischem GewindelISO (auch alle weiteren gangigen Gewindearten moglich) - Werkstoff Alle gangigen nichtrostenden Stahllegierungen - Bund- und Gewindestutzen: Alle gangigen nichtrostenden Stahllegierungen - Mutter: Alle gangigen nichtrostenden Stahllegierungen

Rohrverschruubungsunschlu~ 243

Sterilverschraubung mit metrischem Gewinde

DIN Standard-SchweiB-Ausf uhrung

# 15

18

10

6,O x 2,5

15

18

13

8.0 x 2.5

15

18

17

103 x 2,5

I 19 18 I 2 2 I

15,O x 3,O

16 I 2 0

9 40 1 4 0 1 1 2

20’0 x 3,O

-

25,O x 3,O

6A2

6/12 6A2 21 -

30,O x 3,O

~

39,O x 3,O

24

50,O x 3,O

9/12 9105 I 7 0

12 31 I 39 I I 12 -

660 x 4.0

12 -

81,O x 4,O

12

-

100,O x 4,O

12

150,O x 4,O

Sterilverschraubung mit metrischem Gewinde

IS0 Universal-Orbital-SchweiB-Ausfuhrung

I 531 16 I 1 6 I 2 5 I 2 8 I 1 0 I I SW24 I 531 16 I 1 6 I 2 5 I 2 8 I 1 3 I 13.5x1.6 I SW27 I 531 16 I 16 I 2 5 I 2 8 I 17 I

10.5x2.51

1 7 3 ~ 1 . 6I S W 3 0

15,0x3,01

8,0xl,OI SW19

lO,Oxl,O

6,0x2,51 8,0x2,51

21,3x1,6

1 SW38

I 631 16 I 1 6 I 2 5 I 2 8 I 1 9 1 1 531 16 116 125 I 2 8 122 I

42,4x2,0

I

9 60

1 551 16 I 1 6 I 2 5 130 1 1

39,0x3,01

$ 65

I

I

45,0x3.01

48.3x2.0

I

I

601 16 116 I 2 8 I 3 2

168.0~2.6 9205 I1031 30

I

I 30 I 4 5 I 58 I

18,5x3,01

Il63.Ox4.01

244 Atisc.hlr$urteti

Sterilverschraubung mit Rundgewinde nach DIN 405

DIN Universal-Orbital-SchweiR-Ausfuhrung

1

I

I

8,0x1,0

I SW 19

53 16

16 25

28

10

6,O x 2,5

53 16

16 25

28

13

8,O x 2,5

16

16 25 28

10,5x 2,5

16 -

16 25 28

1 5,O x 3,O

25 28

20,Ox 3,O

16 16 25 30 16 16 25 30 -

25,Ox 3,O

28 32

39.0 x 3,O

28 32

50,Ox 3,O

16 16 -

16 16 16 16

16 16 31 44 -

66,Ox 4.0

16 31

44

81,O x 4,O

30 30 45 1 03 -

58

100,Ox 4,O

30 30 45 58 103 -

150,O x 4,O

75 16 I

I

I

I

30,O x 3,O

Sterilverschraubung mit Rundgewinde nach DIN 405

IS0 Universal-Orbital-SchweiO-Ausfuhrung

zit 1

531 16 I16 25 I 28 53 16

SW27

I

I 10 I

6,0x2,5

16 25 28

13

8,0x2,5

25 28

17

10,5x2,5

19

15,0x3,0

531 16 116

EKE

25

SW36

53 16

18,5x 3,O

16 25 28 22 25

~

28

I 28 I

I

25.0 x 3,O 30,Ox 3,O 39,Ox 3,O

42.4~2’0

45,Ox 3,O

44@ 48.3 x2.0

55,Ox 3,O 72,O x 4,O

31

I 44 I

I

84.0x4,O 110,Ox 4,O

(b205 103 30 30

163,Ox 4,O

Clamp-AnschluJ

4.8 Clamp-AnschluB Clamp-Varianten existieren in Kunststoff (DN 15 u. 25 mm) und Metal1 (DN 10 -100 mm). In Kunststoffausfiihrung (PFA mit kohlefaserverstkkter PVDF-Ummantelung) gibt es, soweit bekannt, nur eine Clamp-Variante. Sie wurde in enger Zusammenarbeit rnit der anwendenden Industrie entwickelt und wird insbesondere im Reinstmedienbereich eingesetzt. Es gibt sie nur f i r Membranventile mit identischer Werkstoffkombination. In Metallausfiihrung existieren drei Hauptvarianten, namlich - TRI-Clamp aus Niro, nach DIN - TRI-Clover aus Niro, rnit 0-Ring-Dichtung, -

TRI-Clover aus Niro, rnit Formdichtring.

Sie werden bei Membran-, Klappen-, Kugelsowie sogar teilweise bei Sitzventilen verwendet. Oft werden sie nachtraglich an die bestehenden SchweiBstutzenausfiihrungen der Ventile angeschweiBt. Die Baulangen variieren dadurch und zwar abhangig vom Funktionsprinzip des Ventiles und von den einzelnen Herstellern. Neben den drei Hauptarten gibt es allerdings noch viele Neben- und Abarten auf dem Weltmarkt. Oft werden von Anlagenbauern eigene, spezielle Abwandlungen konstruiert. Die Idee, die Clamp-Verbindungen zu entwickeln, beruht auf der Tatsache, daB es haufig aus Platzgriinden nur unter erschwerten Bedingungen moglich ist, Ventile, Fittinge oder sonstige Bauteile in die Rohrapplikationen einzuschweikn. Dariiber hinaus sollte die Moglichkeit geschaffen werden, ganze Rohrabschnitte bzw. die einzelnen Ventile einfach (z. B. zu Reinigungszwekken) auszubauen. Abb. 4- 10 zeigt eine Clamp-Applikation in Kunststoffausfuhrung. Durch diese Verbindungsart kann die Anlage sowohl in Kunststoff als auch in Metallausfiihrung leicht erweitert werden. Ebenso konnen Rohrabschnitte bzw. einzelne Ventile zu Reinigungszwecken radial ausgebaut werden. Grundsatzlich sind Niro-Clamp-Anschlusse kostenintensiv, unsicher oder in vielen Ausfiihrungen

245

nicht totraumfrei und stellen nur einen KompromiB dar. Die Kunststoff-Clamp-Verbindungdagegen ist totraumfrei, kostengiinstig und wesentlich kleiner als z. B. die Verbindung in SchweiBstutzenausfiihrung. (PFA-SchweiBen ist teuer und zeitintensiv, ebenfalls das anschlieoend notwendige Reinigen der Applikation, insbesondere im Reinstmedienbereich.)

Funktion Unabhangig von der Clamp-Variante haben diese Anschliisse dasselbe Funktionsprinzip. Am Ventilstutzen und dem betreffenden Rohrende befinden sich Querschnittserweiterungen in der AuBengeometrie. Dadurch vergroBert sich die Stirnflache des Rohrstuckes bzw. Stutzens. Die zu verbindenden Teile werden stirnseitig aneinander gelegt. Dazwischen befindet sich je nach Clamp-Ausfuhrung entweder eine Formdichtung oder ein 0-Ring. An den Stirnflachen sind entsprechende Einstiche ausgearbeitet, so daR der jeweilige Dichtring paBgenau sitzt. Sind die Clamps aneinander gelegt, so werden sie mit einem von auBen angelegten Spannring uber eine konusformige Aukngeometrie verpreBt.

Abb. 4-10. Verwendung von Clamp-Anschlussen im Reinstraumbereich.

nicht sicher totraumfrei

iicht totraumfrei

nicht sicher totraumfrei

totraumfrei

mit Formdichtring

nit 0-Ring-Dichtung

mit Formdichtring

mit 0-Ring-Dichtung

1NIRO)

I'RI-Clover 1NIRO)

Metall DN 10 - 100 mm FRI-Clover

TdI-Clamp nach DIN 32 676 (Klemmverbindung fur Rohre aus nichtrostenden Stiihlen)

GEMU Clamp System PFA (Teflon9

Kunststof€DN 15 + 25 mm

Tabelle 4-6. Clamp-AnschluB-Varianten.

Clamp-AnschluJ3 247

Eigenschaften der TRI-ClampAnschlusse Ausfiihrung, Kunststoff BekanntermaBen existiert derzeit nur eine Kunststoff-Variante von Clamp-Anschlussen, namlich Ventilkorper bzw. Fittinge aus PFA rnit kohlefaserverstiirkter PVDF-Ummantelung. Die Abdichtung erfolgt durch einen 0-Ring aus einem, dem Betriebsmedium angleichbaren Werkstoff. Der 0-Ring sitzt in entsprechenden Einstichen direkt an der Rohrleitungsinnenwand, so daB nach dem Verpressen keine Totraume verbleiben. Ausfuhrung, Metall Es existieren drei Hauptvarianten in Metallausfuhrung. Alle drei sind Klemmverbindungen fur Ventile, Fittinge bzw. Rohre aus nichtrostenden Stahlen (Niro). Es handelt sich dabei um:

DN 100 mm. In Sonderausfuhrungen sind Ventile jedoch auch schon ab Nennweite 4 mm bis zu DN 150 mm damit ausgestattet.

Betriebsdrucke, Kunststoff Bis 10 bar maximal bei 20 "C, siehe Betriebsdruck-nemperaturdiagrammfur Kunststoffrohre. Betriebsdriicke, Metall Bis 16 bar, entsprechend der Ausfuhrung, sicher jedoch bis 10 bar, siehe Druckstufen der angeschlossenen Rohre. Betriebstemperatur, Kunststoff Bis 90 "C maximal, siehe Betriebstemperatur-/ Druckdiagramm fur Rohre aus PFA. Betriebstemperatur, Metall Bis 180 "C. (Entsprechend der Sterilisationszyklen und Dichtwerkstoffe.)

- TRI-Clamp nach DIN rnit Formdichtring

- TRI-Clover rnit 0-Ringdichtung - TRI-Clover rnit Formdichtring. Die TRI-Cloververbindung rnit 0-Ringdichtung ist nicht totraumfrei, warend die beiden anderen Varianten rnit Formdichtring unter giinstigsten Voraussetzungen totraumfrei sind, auch sie kiinnen jedoch bei fehlerhafter Montage sowie Alterung des Dichtringes leicht Totraume aufweisen.

Funktionsprinzip, Kunststoff Derzeit existieren lediglich Membranventile aus PFA rnit kohlefaserverstiirkter Ummantelung. Funktionsprinzip, Metall Insbesondere bei den totraumfreien, sterilisierbaren Membranventilen, aber auch bei Klappen-, Kugel- und teilweise sogar Sitzventilen aus Metall (-Niro) werden TRI- Clamp-Anschlusse verwendet. AnschluBgroBe, Kunststoff DN 15 mm und 25 mm, dies entspricht 1/2" bzw. 1"* AnschluBgroBe, Metall StandardmaBig gibt es alle drei Niro-Varianten in einem Nennweitenbereich zwischen DN 10 mm bis

Vorteilhafte Eigenschaften, Kunststoff Sicher totraumfrei, sehr flexible Verbindungsart, Ventil radial aus Rohrleitung ausbaubar, Ventil innerhalb der Verrohrung um 180 "C drehbar. Die Applikation kann sehr klein gehalten werden, da die Clamp-Anschlusse direkt an die Ventile angespritzt sind. Daraus resultiert eine enorme Platzersparnis gegenuber der PFNSchweiBstutzenausfuhrung. Vorteilhafte Eigenschaften, Metall TRI-Clamps rnit Formdichtringen sind unter optimalen Voraussetzungen totraumfrei und eine flexible Verbindungsart. Das Ventil ist radial aus der Rohrleitung ausbaubar, es ist innerhalb der Verrohrung um 180 "C drehbar. Nachteilige Eigenschaften Die Metall-Clampvarianten rnit Formdichtring sind nur unter optimalen Voraussetzungen totraumfrei, die Metallvariante rnit 0-Dichtring ist nicht totraumfrei. Die Metall-Varianten sind teuer, durch die Verwendung von SchweiBstutzen konnen bei einer Applikation die Kosten bis zu 30 % gesenkt werden. Bei Clamp-Verbindungen in Kunststoffausfuhrung sind keine nachteiligen Eigenschaften bekannt. Sie sind zwar im Einkauf teurer - aber in der Montage preiswerter.

248 AnschluJu-iun

MaRtabelle fur Kunststoff-Clamp-Verbindungen

Adapterstock als Bindeglied zwischen CLAMP-AnschluB und handelsublichem PFA-Rohr

AnrchluWUck CLAMPIStutzen

-(9

P

+I

a 64

L65J

I

DN 15

L

L

.

1 Bogen 90° CLAMPiCLAMP

DN 25 WlnkolSW CUWPl

r

55

25 0-Ringe DN15/15x3mm DN 25/25 x 3 mm

Aus entsprechendenWrkstoffen

DN 25

Hinweis: Keine Erkenntnisse bestehen derzeit daruber, ob neben dem aufgezeigten Clamp-System weltweit noch weitere Kunststoff-Clamps existieren. Normen hierfur gibt es nicht.

1

6 40 050

DN 25 Spennring fur CLAMP-Verbindungen -

-

I

DN 15

DN 25

Flexible Sterilverbindungen

Anwendungsbereiche, Kunststoff Reinstmedienversorgung, Pharmazie, Labortechnik, in allen Bereichen, in denen mit chemischen Sterilisationsmitteln sterilisiert wird, bzw. in denen keine Ansatzpunkte fur Verschmutzungen vorhanden sein diirfen und Flexibilitat gesichert ist. Anwendungsbereiche, Metall Bei biotechnologisch genutzten Anlagen, in denen Flexibilitat gefordert ist. Die Verwendung dieser Verbindungsart ist allerdings riicklaufig, da Totraumfreiheit nicht sicher genug gewiihrleistet wird. AuBerdem sind die Kosten fur diese Verbindungsart verglichen mit der SchweiBstutzenausfuhrung um ca. 30% hoher. MaBtabelle fur Metall (Niro) ClampVerbindungen Niro-Ventilkorper der unterschiedlichsten Funktionsprinzipien werden mit Clamp-Anschlussen versehen, zum einen durch nachtragliches AnschweiBen der Anschliisse an bestehende SchweiBstutzenkorper-Varianten, zum anderen werden, wenn dies der Ventilkorperrohling zulaot, die Clamp-Anschlusse direkt an die Ventilkorper angedreht. Dies ist jedoch fast ausschlieBlich bei Niro-Ventilkorpern in Schmiedeausfiihrung moglich, da vor allem sie iiber die notwendige Materialanhaufung verfiigen. Grundsatzlich werden die Anschlusse jedoch nachtraglich angebracht, was zu stark differierenden Einbaulangen fiihrt. Aus diesem Grunde wird stellvertretend auf die MaBtabelle fur SchweiBkorper aus Metall im Abschnitt 4.5 verwiesen. Dabei handelt es sich um Ventilkorper nach dem Membranventilprinzip, die insbesondere in biotechnologisch- bzw. lebensmitteltechnologisch genutzten Anlagen verwendet werden. Da Klappen-, Kugel- und Sitzventile nicht totraumfrei sind, stellt das Membranventilprinzip in Verbindung mit Sterilanschlussen die wohl sinnvollste Losung in den relevanten Applikationen dar,

249

4.9 Flexible Sterilverbindungen und ihre Vorzuge bzw. Nachteile 4.9.1 Die Philosophie der flexiblen Sterilverbindung Im Anlagenbau biotechnologisch- bzw. lebensmitteltechnologisch genutzter Apparate stellt die SchweiBverbindung die sicherste AnschluBvariante dar. Bei dem fur dieses Verfahren verwendeten Werkstoff handelt es sich ausschlieBlich um nichtrostende Stahllegierungen (Niro). Werden die Einzelkomponenten durch EinschweiBen in die Rohrleitung integriert, so wird verhindert, daB die jeweiligen AnschluBpunkte zur Gefahrenquelle einer Kontaminierung werden. Es ergeben sich seitens der Anschlusse keinerlei Totraume. Keime, wie Viren und Bakterien sowie Pilze, diirfen in besagten Verfahren keine Gelegenheit haben, sich festzusetzen oder sich gar zu vermehren. Die Anlagen miissen daher zumindest innen sterilisierbar sein, was meist durch Sattdampf erfolgt. Die Anlagen werden zwischen oder nach den einzelnen Produktionsverfahren gespult und mit Sattdampf sterilisiert. Dies geschieht in exakt ermittelten Zyklen, so daB die Aufheizung aller integrierten Bauteile auf die notwendige Sterilisationstemperatur gewiihrleistet ist. Danach kuhlt die Anlage aus. Das gebildete und abtropfende Kondenswasser wird abgelassen. Da in der Vergangenheit die Qualitat der SchweiBverfahren wegen der unzulanglichen Technologie oft nicht ausreichend war, wurde nach alternativen Liisungsmoglichkeiten gesucht. Dariiber hinaus bestehen haufig auch raumliche Probleme, so daB das EinschweiBen der Apparaturen in ausreichender Qualitat nicht oder nur mit groBem Aufwand moglich ist. Oft besteht auch die Notwendigkeit, Ventile undoder ganze Rohrabschnitte, beispielsweise zu Reinigungszwecken, ausbaubar zu gestalten. Fur solche Falle also, in denen eine SchweiBverbindung nicht akzeptiert oder durchgefuhrt werden kann, muBte eine alternative Verbin-

250 Amchlufiurten dungsvariante geschaffen werden. Fast gleichzeitig wurden notwendige Alternativen an verschiedenen Orten entwickelt. Es stehen heute verschiedene flexible Sterilverbindungen zur Verfugung und zwar - diverse Clamp-Anschlusse und - diverse Rohrverschraubungen. Neben den anschlieaend erlauterten Hauptvarianten finden sich weltweit noch viele Sonderkonstruktionen. Sie wurden oft von den einzelnen Anlagenbauern bzw. auch von Betreibern entwickelt. Da durch die schnell fortschreitende Entwicklung der Technologien immer neue Anforderungen auch an die Werkstoffe gestellt werden, war es nur eine Frage der Zeit, bis auch im Kunststoff-Anlagenbau diese Forderungen beriicksichtigt wurden. Insbesondere Totraumfreiheit bei groBtmoglicher Flexibilitat in Verbindung mit Kunststoffen fur die Reinstmedienversorgung waren die Griinde fur die Entwicklung eines Kunststoff-Clamp-Systems aus PFA. Diese Anforderungen wurden auch von der Labortechnik sowie beispielsweise von der Gentechnologie gestellt, also uberall dort, wo Totraumfreiheit verlangt wird aber nicht mittels Dampf sterilisiert werden mu13 (entweder gar keine Sterilisation oder Sterilisation mit chemischen Stoffen). Zwar gelten fur alle Sterilverbindungen fast immer dieselben Anforderungen, die konstruktive Losung allerdings ist oft vollig unterschiedlich. Nicht alle derartigen Anschluflvarianten konnen als totraumfrei undoder steril bezeichnet werden.

Normung: DIN 11 851 Totraumfreiheit: nicht sicher

Abb. 4-11. Rohrverschraubung nach DIN.

Ausfiihrung In Abbildung 4-11 ist zu sehen, dab sich der Dichtring nicht unmittelbar am Rohrinnenquerschnitt befindet. Sind beide AnschluBteile stirnseitig absolut plan und haben sie eine riefenfreie Oberflache, so kann bei exakt fluchtendem Einbau die Bildung eines Ringspaltes zwischen den Teilen verhindert werden. Der Praktiker weil3 aber, da13 diese Voraussetzungen meist nicht eingehalten werden konnen. Da Keime oder Pilze klein genug sind, auch in die kleinste Ritze zu gelangen, kann diese Variante also nicht als sicher totraumfrei bezeichnet werden.

4.9.2.2 Die Rohrverschraubung nach Fa. NAUE GmbH

4.9.2 Die marktublichen Sterilverbindungen und ihre Eigenschaften 4.9.2.1 Die Rohrverschraubung nach DIN Exakter Name: Rohrverschraubung fur Armaturen, Ventile und Rohre aus nichtrostenden Stahlen nach DIN Gebrauchlicher Name : Mi lchrohrverschraubung

Exakter Name: Sterilverschraubung fur Armaturen, Ventile und Rohre aus nichtrostenden S t a l e n Gebrauchlicher Name: NAUE-Sterilverschraubung Normung: Hausnorm der Fa. NAUE Totraumfreiheit : Unter optimalen Voraussetzungen totraumfrei

Ausfuhrung Im Gegensatz zur Rohrverschraubung nach DIN, befindet sich hier der Dichtring umittelbar am Rohrinnenquerschnitt. Nach der Verpressung durch eine

Die marktublichen Sterilverbindungen 25 1

Ausfuhrung

\

\

'.

,'

-I----0

Abb. 4-12. Rohrverschraubung nach NAUE.

Spannmutter (Uberwurfmutter) bleiben keine Totraume zwischen den relevanten Teilen. Bei optimaler Montage und intakter Dichtung stellt sie eine gute technische Losung dar.

Ein Formdichtring dichtet die Verbindung uber die gesamte Stirnflache ab. Der Formdichtring ist stets etwas kleiner als die Innengeometrie des Rohres. Durch das Verpressen der Verbindung wird das fehlende Material herausgedriickt, so daR im Idealfall bei exakter Verpressung das Innenrohr mit der Dichtung eine Ebene bildet. Wird jedoch nicht ausreichend verpreRt, so bleibt insbesondere nach der normalen Schrumpfung des Elastomers ein breiter Einstich erhalten. (Ausschnitt A in Abb. 4-13). ErwiesenermaBen ergeben sich aufgrund der Alterung sowie durch Druckbeaufschlagung mittels Sattdampf Materialschwunderscheinungen der Dichtung. In Abschnitt B der Abb. 4-13 wird ersichtlich, daR insbesondere an den Flanken der Dichtung Hohlraume entstehen konnen. Wird die Clamp-Verbindung zu stark verpreBt, so tritt die Formdichtung sowohl nach auRen als auch nach innen in den Rohrquerschnitt aus (Abschnitt C, Abb.4-13). Hier besteht die Gefahr der Bildung einer Nische.

4.9.2.3 Die Clamp-Verbindung nach DIN Exakter Name: Klemmverbindung fur Armaturen, Ventile und Rohre aus nichtrostenden Stahlen nach DIN Gebrauchlicher Name: Tri-Clamp Normung: DIN 32 676 Totraumfreiheit: nicht sicher

Abb. 4-13. Clamp-Verbindung nach DIN.

4.9.2.4 W-Clover mit 0-Ringabdichtung Exakter Name: Klemmverbindung fur Armaturen, Ventile und Rohre aus nichtrostenden Stiihlen Gebrauchlicher Name: Tri-Clamp Normung: Nicht in der DIN verankert Totraumfreiheit: nicht moglich

Abb. 4-14. Tri-Clover.

Ausfuhrung Ahnlich wie beim Clamp nach DIN werden die Elemente miteinander verbunden. Als Dichtelement dient ein 0-Ring, der sich allerdings nicht in unmittelbarer Nahe des Rohrinnenquerschnittes befindet, sondern mehr oder weniger, bei manchen Ausfuhrungen sogar sehr weit, vom Innenrohrquerschnitt entfernt liegt. Es entsteht dadurch ein tiefer Ringspalt, dessen GroBe je nach Oberflachenqualitat, AnpreBkraft sowie Montage variiert. Diese Verbindungsvariante kann rnit Sicherheit nicht als totraumfrei bezeichnet werden und stellt daher keinesfalls eine flexible Sterilverbindung dar.

Praktiker erkennt jedoch auch hier, dalJ alle notwendigen Voraussetzungen meist nicht zu erfiillen sind.

4.9.2.6 Clamp-System nach Fa. GEMU Exakter Name: Klemmverbindung fur Armaturen, Ventile und Rohre aus PFA Gebrauchlicher Name: Kunststoff-Clamp Normung: Da es sich um eine Neuentwicklung handelt, ist diese Clamp-Verbindung in noch keiner Norm fixiert Totraumfreiheit: gewahrleistet

4.9.2.5 Tri-Clover mit Formdichtring Exakter Name: Klemmverbindung fur Armaturen. Ventile und Rohre aus nichtrostenden Stiihlen Gebrauchlicher Name: Tri-Clamp Normung: Nicht in der DIN fixiert Totraumfreiheit : nicht sicher

Ausfuhrung Die konstruktive Losung lehnt sich stark an die Klemm-Verbindung nach DIN an. Es bestehen daher dieselben technischen Voraussetzungen wie beim KlemmanschluB nach DIN. Unter optimalen Gegebenheiten ist eine Totraumfreiheit gewahrleistet, der

Abb.4-15. Tri-Clover mit Formdichtring.

Abb. 4-16. GEMU Clamp-System.

Ausfiihrung Sowohl die Ventilkorper (Membranventilsystem) als auch die Fittings sind aus einem PFA-Inliner rnit kohlefaserverstarkter PVDF-Ummantelung hergestellt. Als Dichtelement dient ein 0-Ring, der sich unmittelbar am Rohrinnenquerschnitt befindet. Durch das Verpressen mit einem Spannring, wie bei der NAUE-Sterilverschraubung, wird der 0-Ring teilweise in Form eines Wulstes bis in die Rohrinnengeometrie gedriickt. Dadurch wird die Bildung eines Totraumes vollkommen verhindert. Durch die Verwendung von 0-Ringen aus hochbestandigen Werkstoffen, kann eine alterungsbe-

Flansch-Anschlup 253

dingte bzw. durch chemische Belastung bedingte Ausschwemmung oder Schrumpfung des 0-Ringes verhindert werden. Dariiber hinaus besteht der Inliner aus PFA, einem Kunststoff hoher Elastizitat. Dies bedeutet, dal3 die PreBkraft des Spannringes auch zusatzlich den PFA-Inliner vorspannt. Da PFA relativ weich ist, dient die gesamte Stirnseite des Clamps zusatzlich als dichtende Flache. Wurde unter extremen Bedingungen dennoch der 0-Ring-Werkstoff ausgeschwemmt, bzw. unterliegt er einem Schrumpfungsprozel3, so wirken die im Elastizitatsbereich des PFA gebundenen Kriifte auf den 0-Ring ein, es wirkt also wie eine vorgespannte Dichtpackung.

4.9.3 Zusammenfassung Der Begriff flexible Sterilverbindung ist nur rnit groBter Vorsicht zu betrachten. Der Trend im relevanten Metall-Anlagenbaubereich geht eindeutig von diesen Verbindungsarten ab. Dagegen zeichnet sich die umgekehrte Entwicklung im Kunststoffbereich ab, d. h., daB das ClampSystem in Kunststoffausfiihrung zukunftig verstkkt zum Einsatz kommen wird. Im Metallbereich dagegen kann durch die Verwendung von EdelstahlSchweiBstutzenverbindungen eine Kostenreduzierung von bis zu 30% erzielt werden. Es wird daher empfohlen, im Edelstahlbereich so weit wie moglich auf EinschweiBventile zuriickzugreifen. Kann auf eine flexible Sterilverbindung jedoch nicht verzichtet werden, so empfiehlt sich die Sterilverschraubung der Fa. NAUE. Im Kunststoffbereich gilt die GEMU Clamp-Verbindung als gute Losung.

maBe. Es gibt sie in Kunststoff- und Metallausfuhrung, sowie in Metallausfuhrung rnit Auskleidung, Beschichtung und eingespritztem Inliner aus verschiedenen Kunststoffen. Ventilkorper mit FlanschanschluB in Verbundbauweise (Metallgehause rnit Kunststoff-Auskleidung) kommen immer dann zum Einsatz, wenn aufgrund der Betriebsmedien eine erhohte chemische Bestandigkeit bei erhohter Betriebstemperatur erforderlich ist. AuBerdem werden sie immer dann verwendet, wenn Kunststoff als Werkstoff notwendig, aber ein Kunststoffventil in entsprechender Nennweite nicht mehr verfiigbar ist. Die Flansch- bzw. EinbaumaBe der Korper gelten fur alle Ventil- Funktionsprinzipien und sind in allen gangigen Normen definiert (z.B. in DIN, BS, ANSI). Die Flansche sind entsprechend den Ventilkorperwerkstoffen entweder angegossen (z. B. bei GrauguS und SphkoguB) oder konnen auch angeschweiBt sein (2.B. bei Niro-Korpern). Innerhalb aller relevanten Normen existieren verschiedene Baureihen (2.B. in der DIN K 1/K 2/K 3 usw.). Sie dienen zur GroBendefinition fur die unterschiedlichen Druckstufen. Betrachtet man die daraus resultierende Artenvielfalt, so stellt man fest, daS auch in diesem Bereich eine einheitliche Weltnorm sinnvoll ware. Durch dariiber hinausgehende Normenvermischung bei Flanschabmessungen und Baulangen (z. B. DIN-FlanscNBaulange ANSI) wird dieses Problem noch weiter vergrosert. Die Flansch-Stirnflachen konnen auBerdem ebenfalls unterschiedliche Geometrie besitzen. So finden sich glattelebene Stirnflachen ebenso wie Stirnflachen rnit Dichtleiste und noch viele weitere Varianten.

Funktion

4.10 Flansch-Anschlufi

Grundsatzlich werden Ventile rnit FlanschanschluB in funf Hauptgruppen untergliedert, namlich:

- Ventile aus Kunststoff rnit direkt angespritzKonstruktive Merkmale

tem Flansch

- Ventile aus Kunststoff rnit Klebe- bzw. Ventile rnit FlanschanschluB haben grundsatzlich, unabhangig vom Funktionsprinzip, gleiche Einbau-

SchweiBstutzenanschluBund lose aufgeschobenem Flansch rnit fixierter Bundbuchse

-

-

-

Ventile aus Metall rnit angeschweiatem FlanscWglatter Flansch- Stirnflache (NIRO) Ventile aus Metall rnit direkt angegossenem Flansc h/glatter Flansc h-S ti rnflac he. Ventile aus Metall rnit angegossenen Flanschen rnit Gummibeschichtung bzw. Kunststoffauskleidung.

Bei fast allen Flanschverbindungen wird grundsatzlich eine Dichtung benotigt, der Dichtwerkstoff kann dem entsprechenden Betriebsmedium angeglichen werden. Eine Ausnahme bilden Metallventile rnit PFA-Inliner und Dichtleiste, in diesem Fall kann je nach Ausfuhrung eventuell auf eine Dichtung verzichtet werden. Der Einzelfall mu13 jedoch genauestens uberpriift werden. Alle Kunststoff-Ventile in Klebe- bzw. SchweiBstutzenausfuhrung konnen problemlos nachtraglich rnit Flanschen versehen werden, sofern die Antriebs-Geometrie dies zulaBt. Die dazu benotigten Flanschringe sind im Handel erhaltlich. Allerdings steht in Einzelfallen der Preis in keinem Verhaltnis zum Nutzen bzw. zu den Herstellungskosten. Es gibt weltweit relativ wenige Hersteller dieser Flansch-Uberstreif-Ringe, so dal3 sich im Laufe der Jahre insbesondere bei speziellen Werkstoffen ein Preismonopol gebildet hat. Metallflansche rnit Dichtleiste unterscheiden sich von den anderen Metallventilen rnit FlanschanschluB insofern, da13 es sich bei ihnen um MetallGuBkorper handelt, die rnit z. B. PFA oder PP ausgespritzt sind. Der Inliner-Werkstoff befindet sich auch in ausreichendem MaBe an der Stirnseite der Flanschen, so daB in korrekt eingebautem Zustand das Betriebsmedium keine Metallteile beriihrt. Die Stirnseite des Flansches ist jedoch in diesem Fall nicht vollstandig von entsprechenden Werkstoffen abgedeckt, so daB eine geometrische Abstufung zwischen Inliner und Flanschstirnseite auftritt, die als sogenannte Dichtleiste bezeichnet wird. Man unterscheidet zwischen den rnit Kunststoff ausgespritzten Metallventilen und den sogenannten Gummi-ausgekleideten Metallventilen. Bei letzteren wird lediglich eine Gummischicht auf die Flanschbzw. Innenflache des Ventilkorpers vulkanisiert, die Schichtstarke kann differieren. Die ausgespritzten Ventilkorper hingegen werden

in eine sogenannte ,,verlorene Form" eingelegt, die sich in einer Kunststoffspritzmaschine befindet. Formkerne definieren eine reproduzierbare Wandungsstarke des Miners. Als Grundkorper dienen hierfiir fast ausschliel3lich SpharoguBkorper, als Inliner wird meist PP oder PFA verwendet. Die dritte Variante ist der sogenannte beschichtete Ventilkorper. Auf den jeweiligen Basiskorper aus Metall wird die Beschichtung aufgetragen, so z. B. eine PTFE- oder Pulverbeschichtung. Auch in diesen Fallen kann die Schichtstake variieren. Eine besondere Variante dieser Gruppe ist der rnit Glaskeramik beschichtete Ventilkorper. Gegen hohe Betriebstemperaturen und chemische Belastungen aul3erst bestandig, ist diese Beschichtung sehr sprode. Er mu13 daher rnit auBerster Vorsicht transportiert und montiert werden. Die Ventilkorper mit FlanschanschluB und Beschichtung haben grundsatzlich eine glatte Stirnflache.

Eigenschaften der FlanschAnschlusse Ausfiihrung, Kunststoff PVC, CPVC, ABS, PP, PVDF. Ausfuhrung, Metall StahlguB, GrauguB rnit und ohne Auskleidung, SpharoguB mit Kunststoffinlinern (ausgespritzt), diverse Niro- Legierungen sowie GrauguB rnit diversen Beschichtungen. Funktionsprinzip, Kunststoff Ventile aller Funktionsprinzipien (In Klebe- und SchweiBstutzenausfuhrung auf Flansch nachriistbar sowie in seltenen Fallen direkt angeschweil3t bzw. geklebt). Funktionsprinzip, Metall Ventile aller Funktionsprinzipien (Niro-SchweiBstutzenkorper aller Funktionsprinzipien sind ebenfalls auf Flansch nachriistbar).

Flansch-AnschluJ 255

AnschluBgroBe, Kunststoff DN 15 mm bis DN 100 mm in allen gangigen Normen. (Grundsatzlich konnen alle Klebe- bzw. SchweiBstutzen nachtraglich modifiziert werden.)

AnschluBgroBe, Metall DN 15 mm bis mehrere Meter, meist aber bis 300 mm, in allen gangigen Normen.

Betriebsdriicke, Kunststoff

bile Verbindung, radial aus der Rohrleitung ausbaubar.

Nachteilige Eigenschaften, Kunststoff und Metall Nicht totraumfrei, aufwendige, paogenaue Montage, relativ schwere Ausfuhrung. Die Verbindung muB turnusmaBig uberpriift und ggf. nachgezogen werden (zum Teil deshalb, weil sich die Dichtung aufgrund der Betriebstemperaturen und Driicke sowie des Alterungsprozesses setzt).

Bis 16 bar, meist bis 10 bar, bei 20 "C.

Anwendungsbereiche, Kunststoff und Metall Betriebsdrucke, Metall Bis 300 bar, meist bis 40 bar, entsprechend der Dichtung und Druckstufe der Rohre und des Ventilkorpers.

Betriebstemperatur, Kunststoff Maximal bis 130 "C je nach Werkstoff, Dichtung und Betriebsdruck. (Siehe Betriebstemperatur-/ Druckdiagramm fur Kunststoffrohre.)

Betriebstemperatur, Metall Bis 500 "C, meist bis 200 "C, entsprechend der Dichtung und des Ventiles.

Vorteilhafte Eigenschaften, Kunststoff Mechanisch stabile Verbindung, radial aus der Rohrleitung ausbaubar.

Vorteilhafte Eigenschaften, Metall Fur hohe Betriebstemperaturen und Driicke entsprechend dem Werkstoff geeignet, mechanisch sta-

Uberall, wo hohere Temperaturen bei groBeren Driicken auftreten (gilt nicht fur die Kunststoffausfuhrung.) In grol3en bis sehr groBen Nennweiten die wirtschaftlichste Losung, auBer bei Klappenventilen, wo die Zwischenflanschausfuhrung noch wirtschaftlicher ist.

MaBtabelle fur Ventile mit FlanschanschluR aus Metall und Metall mit Kunststoff ausgespritzt, bzw. ausgekieidet Hinweis: Die Malie fur Flansche aus Kunststoff sind im Abschnitt SchweiB- bzw. Klebestutzen in der MaBtabelle Kunststoff aufzufinden. Die Flansch- und Einbaumak fur Membranventile aus Metall gelten ebenso fur alle weiteren Funktionsprinzipien.

25 6 AnscliluJcirten

EinbaumaRtabellen fur Flansch-Membranventilkorper aus Metall (DIN, ANSI, BS) HinweL Nachfolgende Malltabellen entsprechen den gdngigsten Normen. Die Flansdunalle gelten auch fur Ventle anderer Funktionsprinzipii Die Bauldngen jedoch k h n twischen den einzelnen Ventilorten variieren.

DIN-Flansch mit Dichtleiste, Baulange DIN, aus GG 25, ohne Auskleidung

BaulSnge nach DH 3202, Flansch nach DIN 2532

. dl.

c3 73

V S c h n i tt C -D I-

,M,

n

Schnitt A-B

t

Flansch-AnschluJ

257

DIN-Flansch mit Dichtleiste, Baulange DIN, aus GG 25 und GGG 40.3, mit Gummiauskleidung

,22 8:1 138 158

18 18

il !

10,4

Eauldnge nach Dw 3202, Flansch nach Dw 2533 rll

YSchnitt C-D

,o, I

1

Schnitt A-B

25 8 Anschluj?urteri

DIN-Flansch mit Dichtleiste, Baulange DIN, aus GGG 40.3, mit diversen Auskleidungen tiinweis: Als Auskleidungswerkstoffe dienen PP. PFA, PTFE usw.

Bauldnge nach DIN 3202, Flansch nach DIN 2533

N c h n i t t C -0 L 0, 4'

Schnitt A-B

Flansch-AnschluJ

ANSI-Flansch mit Dichtleiste, Bauliinge ANSI, aus GG 25, ohne Auskleidung H i n w e k ANSI selbst v d g t ilber kdne eigeclen Balnihgmmlk Daher Anlehnung an ITT.

qsEJWI 42,9 157

73.2 157

:0,15

250 300

4.8 635 t3.2 406,4 30.2 4.9 749 t3.8 482.6 31.8

269,7 22.4 323,9 25,4 ,381 25,4

1,6 1,6

298,s 362 431.8

12 12

71 85

22 22

-

24 24

Bauldnge nach Iff. Ransch nach ANSI 9M.S , 150 Iblsqin.

\chnitt L I -

-

.o. Schrritt A-B

C -D

~

259

260 AnschluJlurterz

ANSI-Flansch ohne Dichtleiste, Baulange ANSI, aus GG 25, ohne Auskleidung Hinweis: ANSI selbst verfugt iiber keine eigenen Baultkngenmane. D a k Anlehnung an ITT.

Baulhge nach ITT, Flansch nach ANSI 816.5, 6 0 Ib/sqin

vSchnitt C- 0 ,M,

Schnitt A-B

I

-1

I

Flansch-AnschluJ 26 1

ANSI-Flansch, Bautange ANSI, aus GGG 40.3, mit Gummiauskleidung Hhweis: ANSI setbst verfOgt Uber keine eigenen BaullingeMlane Daher A n l h u n g an ITT.

tO.4

Bauldnge nach ITT (ampnonunen DN 32 d. Rmch nach ANSI 816.5 , 150 Ib/sqh

VSdrnitt C-D L 1 -

n

-4Schnitt A-B

Baulange nach ITT (ausgenommen DN 32 4. Flansch nach ANSI 816.5 , 150 Lb/sqin.

-vSchnitt C-D L

0 ,

Schnitt A-B

Flansch-AnschluJ 263

,d l , I

w

-

v

L

I

I -

Schnitt C-D

I

.o. Schnitt A-B

Baulonge nach BS 5156, Flansch nach BS 10, Tab. D/E

L I -

0 t Schnitt A-B

-

Flansch-AnschluJ 265

ANSl-Flcnsch, Mihge BS, aus 000 50, mit 0vrmcALcsldei~

tO,4

Bauldnge nach BS 5156, Hansch nach ANSI 816.5, is0 Ib/sqin

v '

0, I

Schnitt A - 6

Schnitt c-0

Bauldnge nach DIN 3202, Flansch nach ANSI 616.5, 150 Ib/sqh. (ausgenommen DN 65 und DN 80 *I

y v

Schnitt C - 0

I I Schnitt A -B

c

Flansch-AnschluJ

Baulhge nach DIN 3202, Ransch nach ANSI 816.5, 150 Ib/sqin. (ausgenommen DN 65 und DN 60 *I

I

v Schniit c-0

-&-

,M,

Schnitt A-B

L

I

267

268

A nschl@r rteri

DIN-Flansch mit Dichtleiste, Baulange BS, aus GGG 50, mit diversen Auskleidungen Mweis: Als Auskleidungs-Werkstoffe dienen PVDF und PP

Bauldnge nach BS 5156 (ausgen. DN 15

* nach ITT, DN 32 * t ~ nicht nach Norm), Flansch nach DIN 2532

L r-

-1

Schnitt A-B

Bauldnge nach BS 5156 (awgen DN 15 e nach ITT,

DF(

32

** nicht nach Norm), Flansch nach ANSI BM.S,lSO Lb/sqin

i %chnitt

C-0

L

.o.

I-t-

Schrritt A-B

44-

c

270 Anschlujiarten

DIN-Flansch mit Dichtleiste, Baulange BS, aus GG 25, ohne Auskleidung

Bauldnge noch BS 5156 (ausgenommen DN 15 4,Flansch nach DW 2532

-b l

v

’ Schnitt C-D

-A-

, M ,Schnitt A - B

Flansch-AnschluJ 27 1

DIN-Flansch mit Dichtleiste, Baulange BS, aus GG 25, mit Gummi-Auskleidung

M -*0,15 -3

t1.51 -0

3 3.5 :0,4

4 t2,Ol

-0 125 150 200

-

t0,2

4

~

-

-

Bauldnge nach BS 566, Flonsch nach DIN 2532

% m i t t C- D

--k%

Schnitt A-6

272 AnschluJurten

4.11 Zwischenflansch-AnschluB Konstruktive Merkmale Der Zwischenflansch-AnschluB unterscheidet sich von allen anderen AnschluBarten insoweit, daB der Ventilkorper (ausschlieBlich Klappenventile) selbst keine gesonderte AnschluBgeometrie besitzt. Der Klappenventilkorper ist so geformt, daB er direkt zwischen die zwei sich an den Rohrenden befindenden Flansche eingeschoben werden kann. Es existieren sowohl Klappenventile aus Kunststoff als auch aus Metall, die dafur geeignet sind.

Die Eigenschaften von Zwischenflanschanschlussen Ausfuhrung, Kunststoff Diverse Duroplaste, PES, PPS. Ausfiuhrung, Metall Stahl, StahlguB, GrauguB, SpharoguB, NiroguB, Aluminiumlegierungen sowie Titan. Funktionsprinzip, Kunststoff und Metall AusschlieBlich Klappenventile. AnschluBgroBe, Kunststoff Fur Klappenventile dieser Bauart und den Nennweitenbereich DN 65 mm bis DN 250 mm (Baulangen siehe MaBtabelle z.B., nach DIN 3202A'eil 3). AnschluBgroBe, Metall Fur Klappenventile Nennweitenbereich DN 40 mm bis 600 mm und teilweise noch dariiber (Baulangen siehe Marjtabelle z.B. nach DIN 3202/Teil 3). Betriebsdrucke, Kunststoff Bis 6 bar, bei 20 "C. Betriebsdriicke, Metall Bis 40 bar, bei 20 "C.

Weil die Klappenventile Dichtmanschetten haben, die neben ihrer Funktion Klappenscheibe und Welle abzudichten auch noch uber das Gehause beidseitig hinausragen, sind keine zusatzlichen Flanschdichtungen erforderlich. Die an beiden Seiten uberstehende Dichtmanschette wird zwischen dem Ventilgehause und den beiden Flanschen verpreBt. Lediglich Zwischenbau-Klappenventile aus Metall fur Granulate bzw. fur hohe Betriebstemperaturen haben diese Manschetten nicht immer. In diesen Ausnahmefallen werden auf beiden Seiten gesonderte Dichtungsscheiben benotigt.

Betriebstemperatur, Kunststoff Bis 90 "C. Betriebstemperatur, Metall Bis 300 "C. Vorteilhafte Eigenschaften, Kunststoff und Metall Kleinstmogliche Einbaulangen, universe11 fur alle gangigen Normen (entsprechend Ausfuhrung; Anzahl der Flanschlocher nicht relevant), auBerst preiswerte Losung. Nachteilige Eigenschaften, Kunststoff und Metall Es empfiehlt sich aus Sicherheitsgrihden, die Flansche turnusmaBig zu uberpriifen und gegebenenfalls nachzuziehen. Nur fur Klappenventile verfugbar. Anwendungsbereiche, Kunststoff und Metall Uberall dort, wo saubere Medien zum Einsatz kommen und Verrohrungen in g r o k n Nennweiten bei geringer Schalthaufigkeit benotigt werden. (Geringe Schalthaufigkeit, aufgrund des Einsatzes der Klappenventile bzw. Schwenkventile nur fur relativ geringe Schaltzyklen empfohlen.) Hinweis: Die folgenden Mal3tabellen fur Zwischenflansch-Bauweise gelten sowohl fur Kunststoff- als auch fur Metall-Klappenventile gleichermaBen. Sie entsprechen der DIN (siehe PN sowie in Auszugen BS und ASA).

Zwischenjlansch-AnschluJ 273

Installation Absperrklappen

Richtlg

Falsch

Die Fiansche mtlssen gentlgend gespreizt sein, damit die Kiappe probiemlos eingesetzt werden kann. Die Scheibe mu6 dabei leicht gebffnet sein.

Fails die flansche zu eng zusammenstehen, kann die Manschette beschddigt oder aus dem Gehduse geschoben werden. Die zu weit gedffnete Scheibe kann an den flanschen beschadlgt werden.

Bei ieicht geoffneter Scheibe die Flanschschrauben einsetzen und handfed anziehen.

Wenn die Boizen bei geschlossener Scheibe angezogen werden, wird die Manschette in einer falschen Lage vorgespannt. Dadurch erhClht sich das Drehmoment und die Klappe wird eventueli undicht.

Scheibe v0llig Clffnen. Profen ob die Rohrieitung richtig ausgerichtet ist. Muttern Obers Kreuz gleichmdt3ig anziehen.

Keine Dichtungen oder Fette verwenden.

274 Anschliq3urtew

Flanschabmessungen Absperrklappen

Die Absperrklappe wird ohne zustitzliche Dichtungen zwischen den Flanschen der Lei-

tung eingebaut. Die Zentrierung erfolgt durch Zugbolzen oder Schrauben. Die Flanschdurch-

messer mussen mit den angegebenen Werten DO, Dl,D2 Ubereinstimmen.

I

DO: Minimal erforderlicher Innendurchmesserder Flansche, um eine fehlerlose Betatigung der Klappenscheibezu gewtihren (in diesem Fall muB die Klappe optimal zentriert sein).

D1: Maximaler Innendurchmesser der Flansche Mr einen optimalen Einbau.

D2

02: Maximal zulassiger Innendurchmesser der Flansche Mr Einsatz bei niedrigem Betriebsdruck (Zusammenpressung der tiuseren Rille der Manschette). MuB bei Bestellung unbedingt angegebenwerden.

DN

Flansch @

32

40

50

65

80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600

DO

25

25

31

50

68

D1

43

43

59

73

89 111 136 163 218 270 320 376 433 484 503 602

88 115 142 195 244 293 334 383 433 476 565

Zwischenflansch-AnschluJ 275

Normen der FlanschanschluBmaBe

276 AnschluJarten

PN 6-10 Montage mit Zugbolzen

Montage mit Muttern

Klappe

I Ha. I

Montage mit Schrauben (Lug)

Verschraubung

I

Fla.

I

1 10 I 60 I

24

1 M20 I

Klappe

DN

32 40

50

65

8o 100

125 150

200

Verrchraubung

PN

7%. 6 10

++ -+ 10 6

10 10 50

I

16

Zwischenflansch-AnschluJ

Montage mit Muttern

Montage mit Zugbolzen

D N j l a p j A iF;i

,"?hraub;ng

,

Mutter H Gewlndebolzen 0

Ant

0

L1 Ant

277

Montage mit Schrauben (Lug)

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5 Physikalische und chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen

5.1 Physikalische und technische Begriffsdefinitionen

5.1.1 Wechselwirkungen Absorption ist das Losen von Gasen in Fliissigkeiten oder festen Korpern (Aufsaugen). Die aufgenommene Gasmenge ist dem Druck des Gases auf die Flussigkeit oder dem Festkorper proportional und nimmt mit steigender Temperatur ab. Beispiel: Beim Offnen einer Sprudelflasche wird durch das Abnehmen des Deckels der Druck in der Flasche vermindert. Er gleicht sich dem Umgebungsdruck auBerhalb der Flasche an. Durch die erfolgte Druckminderung lost sich unter Druck gebundenes Gas aus der Flussigkeit und stromt in Form von Gasperlen nach oben aus der Flasche, es sprudelt. Adsorption ist das Anlagern von Gasen an feste Korper. Je groBer die Oberflache eines Korpers, desto groBer ist die angelagerte Gasmenge. Beispiel: Wirft man ein Reiskorn in ein Weizenbier, so wird sich das in der Flussigkeit geloste Gas

an der Obefflache des Reiskornes sammeln, bis seine Auftriebskraft groSer ist als die Anziehungshaft zwischen dem Gas und der Obefflache des Korns. Dann perlt das Gas aus der Flussigkeit nach oben.

Adhiision ist die Anziehungskraft zwischen den Molekulen verschiedener Korper. Beispiel: An einem mit Wasser benetzten Glas befinden sich Wassertropfen. Ab einer bestimmten GroOe weisen sie eine Gewichtskraft auf, die groBer ist als die Adhasionskraft zwischen Wasser und Glasobefflache. In diesem Augenblick beginnen die Wassertropfen am Glas herabzurinnen. Dabei verlieren sie einen Teil ihres Wasseranteiles durch die existierende Adhasionskraft zwischen Wasser und Glasobefflache und werden kleiner. Irgendwann wird der Wassertropfen so klein, daB die Adhasionskraft wiederum gleich der Gewichtskraft des Wassertropfens ist. Er bleibt stehen und hangt nun so lange an der Glasoberflache, bis durch das Nachrinnen anderer Wassertropfen seine Gewichtskraft wieder groBer ist, als die Anziehungskraft zwischen Wasser und Glasoberflache. Die Adhasionskraft fuhrt also zum GroBenverlust des Tropfens beim Herabrinnen und zur Bildung eines ditnnen Wasserstreifens an der Glasscheibe. Kohasion ist die Anziehungskraft zwischen den Molekiilen innerhalb eines Korpers, Stoffes oder

280 Physikalische und chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen zwischen Gasmolekulen. Die Molekule eines Korpers, Stoffes oder von Flussigkeiten werden durch die Kohasionskraft zusammengehalten, obwohl sie sich standig in Schwingung befinden. Festigkeit, Viskositat oder Zahigkeit geben uber die GroRe der Kohasionskraft AufschluR. Beispiel: Die Kohasionskraft wird bei der Oberflachenspannung, z. B. bei der Bildung von Wassertropfen, sichtbar.

Kapillaritiit (Pipetteneffekt) heil3t das Zusammenwirken von Kohasion (Flussigkeitsteilchen haften aneinander) und Adhasion (Flussigkeitsteilchen haften an einer Rohreninnenflache). Der sich in der Umgebungsatmosphare befindende Wasseranteil der Luft und der Umgebungsdruck beeinflussen die Kapillaritat. Beispiel: Taucht man ein dunnes, an beiden Seiten geoffnetes Glasrohrchen in eine Flussigkeit mit einer geringen Dichte, so steigt diese Flussigkeit innerhalb des Glasrohrchens an. Je dunner das Rohrchen und je geringer die Dichte der Flussigkeit sind, desto hoher steigt die Flussigkeit innerhalb des Glasrohrchens. Die Fliissigkeitsoberflache ist innerhalb des Glasrohrchens zur Flussigkeit hin gewolbt (an der Rohrchenwand steigt die Flussigkeit hoher als in der Mitte des Rohrchens), (Abb. 5-1).

veau der Oberflache auBerhalb des Glasrohrchens liegt, (Abb. 5-2). Je enger das Glasrohrchen und je dichter die Flussigkeit, desto weiter wird die Oberflache abgesenkt. In diesem Fall wolbt sich die Flussigkeit innerhalb des Rohrchens nach oben. Beispiele: Das Aufsteigen von Flussigkeiten in Loschpapier, Dochten, Geweben und Mauern.

Oberflachenspannung : Im Inneren eines Korpers oder einer Flussigkeit wirken auf ein Molekul Anziehungskrafte des Nachbarn (Kohasion). Da an der Oberflache eines Korpers oder einer Flussigkeit die Nachbarmolekule des eigenen Materials fehlen, sind diese Krafte nach oben nicht abgesattigt. Dies bedeutet, d& auf Molekule an der Oberflache eine Kraft wirkt, die sie nach innen zieht. Beispiel: Die typische Form eines Wassertropfens ist das Resultat der Oberflachenspannung. Meniskus ist die Geometrie einer Flussigkeitsoberflache. (s. Kapillaritat). Beispiel: Wird ein Glas mit Leitungswasser vorsichtig bis an den oberen Rand gefullt, so kann eine nach oben gewolbte Oberflache erzeugt werden, die Oberflache in der Mitte des Glases ist dann hoher, als der Glasrand selbst. Der Meniskus ist ein Effekt der Oberflachenspannung.

Diffusion ist die selbstandige Durchmischung zweier oder mehrerer Flussigkeiten oder Gase. Bei der Diffusion bedarf es keiner von auBen wirkenden Krafte, es werden lediglich die zwischen den Molekulen auftretenden Anziehungskrafte durch die Molekulbewegung uberwunden. Beispiel: Luft besteht aus 78% Stickstoff (N2), I I I z.B.Wasser z.8. Quecksilber 21 % Sauerstoff (0,) und 1 % sonstigen Gasen Abb. 5-1. Kapillareffekt Abb. 5-2. Kapillareffekt (Edelgase). Die verschiedenen Gase sind ohne mein einer Flussigkeit gerin- in einer Flussigkeit hoher chanischen EinfluB von aul3en gleichmal3ig vermischt. ger Dichte. Dichte.

Taucht man ein nach beiden Seiten geoffnetes Rohrchen in eine Flussigkeit mit einer relativ hohen Dichte, so weicht die Flussigkeit innerhalb des Glasrohrchens nach unten aus, so daD die Oberflache der Flussigkeit innerhalb des Rohrchens unter dem Ni-

Osmose beruht auf der Diffusion, also der Durchmischung zweier oder mehrerer Flussigkeiten oder Gase durch eine porige Scheidewand (Membran). Die Membran ist fur die unterschiedlichen Molekule unterschiedlich gut durchgangig, dadurch entsteht. eine osmotische Druckdifferenz. Dieses Phanomen

Physikalische und technische Begriflsdefinitionen

kann z.B. dazu benutzt werden, Gase aus Flussigkeiten herauszufiltrieren. Osmose ist auch aus der Biologie bekannt, beispielsweise beruht die Beobachtung, daB Salat nach dem Salzen zusammenfallt und Wasser absondert, auf Osmose. Die Zellwande des Salates wirken in diesem Fall als Membran, die fur Kochsalz schlechter als fur Wasser durchlassig ist.

Energieerhaltungssat: Materie und Energie konnen weder aus dem Nichts entstehen noch vernichtet werden. Energie kann nur in unterschiedliche Erscheinungsformen umgewandelt werden; z. B. Reibungsenergie in Wibneenergie oder elektrische Energie in mechanische Bewegungsenergie. Bei allen rein mechanischen Vorgihgen hat in jedem Moment die Summe von potentieller und kinetischer Energie den selben Wert. Reibung beschreibt den Widerstand zweier sich beriihrender Korper gegen die Verhderung ihrer gegenseitigen Position. Sie tritt in verschiedenen Erscheinungsformen auf, wie z. B. rollende Reibung (Kugellager) und gleitende Reibung (Gleitlager). Die Reibungskraft ist in der Ruhelage groBer als Bewegung, was dazu fiihrt, daB zum Beschleunigen zweier sich beriihrender Korper aus der Ruhelage heraus eine groBere Kraft benotigt wird als in der Bewegung selbst. Die rollende Reibung ist wesentlich geringer als die gleitende Reibung. Harte ist der Widerstand eines Korpers, den er einem anderen Korper entgegensetzt. 1st die HWe gering, so kann der andere Korper eindringen. 1st die Hiirte des Korpers sehr hoch, so kann dieser in den anderen Korper eindringen. Beispiel: Bei der HMeprobe nach Brinell wird eine Stahlkugel mit einer genau definierten Kraft auf den zu priifenden Korper aufgedriickt. Entsprechend der HWe des Priifkorpers dringt die Kugel in die Obefflache des Priiflings ein. Die daraus resultierende Eindruckflache ergibt eine Kennzahl, die den HMegrad nach Brinell in N/mm2 definiert. Eine andere BezugsgroBe fur die Hiirte bildet die empirische Hiirteskala nach Mohs, die aufgrund von Ritzversuchen ermittelt wird und von 0 bis 10 lauft:

28 1

Kalk Blei Aluminium Messing Gold Eisen Stahl Quarz Topas Korund Diamant

5.1.2 Kraft Kraft wird in der Einheit Newton (N) definiert. Ein Newton entspricht 1 kg d s 2 . Dies bedeutet, daB 1 Newton der Kraft entspricht, die einem Korper mit der Masse 1 kg die Beschleunigung 1 m / s 2 erteilt. An verschiedenen Orten auf der Erde liegen verschiedene physikalische Gegebenheiten vor, es gilt: 1 Newton = 1 kg m / s 2 ist die Gewichtskraft, die ein 9,81ter Teil eines Korpers der Masse lkg in 50" Breite und Meereshohe hat.

-

Schwerkraft ist eine zum Mittelpunkt eines Korpers gerichtete Kraft. Am deutlichsten spurbar ist fur uns die Schwerkraft der Erde. Sie wirkt zum Erdmittelpunkt und halt uns auf der Oberflache der Erde. Wiirde diese Schwerkraft nicht existieren, so wiiren alle Gegenstande der Schwerelosigkeit ausgesetzt. Die Schwerkraft beruht auf der Masse eines Korpers, so daB jeder Korper eine eigene Schwerkraft besitzt. Naturlich ist sie bei kleinen Korpern nicht ohne groBen Aufwand meBbar. Bei Korpern wie z.B. der Erde, dem Mond oder anderen Himmelskorpern, die iiber eine sehr groBe Masse verfugen, wirkt sich die Schwerkraft jedoch deutlich aus. Die Schwerkraft (in diesem Fall die Erdanziehungskraft) wird als Kraft F in der Einheit Newton definiert. Um einen Korper der Masse = 1 kg in der Schwebe zu halten, wird die Kraft F = 9,8 1 N (Newton) benotigt. Die Gewichtskraft (F,) ist demnach

282

Ph~sikalischeund chemische Grundlugen und Umrechnun~.stctbelln

Ausdruck der Schwerkraft. Der Mond hat eine geringere Schwerkraft als die Erde, demnach ist die Gewichtskraft eines Korpers auf der Erde groC3er als auf dem Mond.

Gewichtskraft ist die dem Durchschnittsburger geIaufigste Kraftart. Sie halt uns am Boden und wirkt sich spurbar aus, wenn ein Gegenstand herunterfallt. Fallt ein leichter Gegenstand herab, ist der Schaden meist gering. Wenn der Gegenstand jedoch schwer ist, so konnen sich die Folgen durch Zerstorung zeigen. Es wirken also unterschiedlich groBe Krafte. Die Formel fur Gewichtskraft ist:

F,=m-g Gewichtskraft = Masse (in Newton) (g.kg,t)

4

Fallbeschleunigung (m - s2)

Die Gewichtskraft ist also das Resultat aus der Masse eines Gegenstandes und der jeweilig herrschenden Fallbeschleunigung, z. B. 9.8 1 m / s 2 auf der Erde. Da auf dem Mond eine wesentlich geringere Fallbeschleunigung als auf der Erde herrscht, ist dort die Gewichtskraft eines Korpers (bei derselben Masse) wesentlich geringer. Die Gewichtskraft einer Weltraumrakete ist vor dem AbschuB am groBten. Je weiter sie sich von der Erde entfernt. desto kleiner ist die Anziehungskraft der Erde. AuBerhalb des Anziehungsfeldes der Erde, also in der Schwerelosigkeit, ,,wiegt" die Rakete nichts mehr, sie hat nur noch eine Masse. Halt man einen Gegenstand in der Schwebe, so herrscht ein Kraftegleichgewicht. Die Haltekraft ist in diesem Fall genauso groB wie die Gewichtskraft des gehaltenen Korpers (z. B. ein Schwebekorper im DurchfluBmesser).

Federkraft (Hooke'sche Gesetz): Eine Feder verfugt uber einen elastischen Bereich. Als elastischer Bereich wird der Weg der mechanischen Verformung definiert, aus welchem die Feder wieder selbstandig ihre urspriingliche Form annimmt. Die Formel fur die Federkraft lautet:

Federkraft = Federrate (Newton) (N/mm)

-

Federweg (cm, mm)

Wird der elastische Bereich iiberdehnt, bleibt die Feder nach ihrer Entlastung verlangert. Der ideale Arbeitsbereich einer Feder liegt innerhalb des Elastizitatsbereiches, in dem die Kraft und die zugehorige Langenanderung proportional sind. Bei fremdgesteuerten Antrieben dienen haufig Federn zum Offnen oder SchlieBen der Ventile. Meist sind die Federpakete innerhalb der Antriebe variabel. Durch die exakten Federkraftberechnungen der eingesetzten Federn konnen die unterschiedlichsten BetriebdSteuerdruck-Kombinationen realisiert werden.

Abb. 5-3. Das Hooke'sche Gesetz. F = Kraft, s = Auslenkung.

600 500 '0 400 300

R = 25 N/mm

2

R = 6 N/mm

= 200

100

0 0 10 20 30 40 50

mm

Abb. 5-4. Elastische Bereiche von Federn. R = Federrate. Druck entsteht, wenn frei im Raum befindliche Atome irgendeines Stoffes (Flussigkeit, Gas, fester Stoff) gegen ihren naturlichen Abstand zusammengepreBt werden. Dam ist eine Kraft von aul3en notwendig.

Physikulische und technische Begriffsdefinitionen 283

Die zusammengedriickten Atome sind bestrebt, ihren naturlichen Abstand wiederzuerlangen und uben ihrerseits eine Gegenkraft aus. Diese Gegenkraft wirkt auf die Behalterwand. Der Quotient aus wirkender Kraft und Flache der Wand heil3t Druck. Die Atome von Gasen lassen sich weiter zusammendriicken als die von Fliissigkeiten, weil die Abstiinde der Atome von Gasen bedeutend groBer sind, als die der Atome in Flussigkeiten oder Feststoffen. Werden Gase stark verdichtet, so werden sie flussig. Die Atome von Flussigkeiten und festen Stoffen lassen sich nur wenig zusammenpressen und setzen schon relativ schnell eine grorje Gegenkraft entgegen. Das bedeutet: iibt man eine gleichgrof3e Kraft jeweils auf eine Fliissigkeit und ein Gas aus, so verringert sich das Volumen des Gases bedeutend stkker als das der Flussigkeit.

Hydrostatische Kraft: Sie ist eine wichtige Kraftvariante innerhalb der Ventiltechnologie und stellt die vom hydrostatischen Druck auf eine bestimmte Flache ausgeiibte Kraft dar. Die nachfolgende Krafteberechnung ist auch die Grundlage der Hydraulik, so daS eine Zuordnung aukrst schwer fallt. Die Definition dieser Kraft konnte ebenso in der Rubrik Hydraulik aufgefuhrt sein, der korrekte Oberbegriff heirjt jedoch Hydrostatik, denn die Gesetze der Hydrostatik bilden die Grundlage der Hydraulik.

Statische Kraft von Fliissigkeiten: Der Druck, der von a u k n auf eine sich in einem geschlossenen Behalter befindenden Fliissigkeit an irgend einer Stelle ausgeiibt wird, pflanzt sich nach allen Seiten und in alle Richtungen unverandert fort. Der Druck innerhalb eines flussigkeitsgefullten, geschlossenen Behalters ist also an allen Stellen gleich grorj. Diese Aussage gilt fur ebene und gewolbte Flachen (beispielsweise Zylinder oder kugelformige Behalter). Die wirkende Kraft 1 a t sich nach folgender Formel berechnen :

Kraft = Druck (Newton) (Pascal)

- Flache (cm2)

Durch Auflosen der Gleichung ergibt sich fur den Druck:

p (N/ m2 = Pa(scal)), F (N), A (m2) Zwischen den unterschiedlichen Einheiten bestehen die folgenden Beziehungen: 1 Pa(sca1) = 1 Newton pro Quadratmeter 1 Pa = 1 N/m2 1 bar = 9.81 N/cm2

Abbe 5-5. Hydrostatische Kraft.

Das hydrostatische Gleichgewicht. Befinden sich beide Zylinder in unbewegtem Zustand, so gilt die Aussage:

Abb. 5-6. Druckerzeugung durch Krafteinwirkung auf einen Kolben.

284 Physikalische und chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen Beispiel: Auf einen Kolben mit einem Durchmesser von 25 cm2 wirkt ein Druck von 5 bar. Wie grol3 ist die wirkende Kraft?

Die Formel fur Ruckdruck lautet:

F=p-A = (9,81 N/cm2 . 5) . 25 cm2 = 49 N/cm2 25 cm2 = 1226,25 Newton

Statischer Druck ist ein Druck, welcher durch die Gewichtskraft einer Flussigkeit, eines Gases oder eines festen Stoffes ausgeubt wird. Ein als druckfrei bezeichnetes Auslaufen aus einem Behalter oder Rohr erweist sich nach genauer Betrachtung oft als druckbeaufschlagt. Befindet sich namlich zwischen der DruckmeBstelle (moglicher Einbauort eines Ventiles) und dem sogenannten freien Auslauf ein Hohenunterschied, so steht eine Saule des Mediums an. Bei 10 m Hohenunterschied und Wasser als Medium ergibt sich daraus ein statischer Druck (Ruckdruck) von I bar.

Hydraulik: Wird eine Kraft auf eine Fliissigkeit in einem geschlossenen Behalter ausgeubt, so entsteht Druck. Der Druck pflanzt sich nach allen Seiten gleich fort. Dieser Sachverhalt wird durch die folgenden Formeln beschrieben:

Durch Auflosen der Gleichung kann man die anderen Variablen berechnen:

Merksatz: Die Bezeichnung ,,druckfreier Auslauf' ist stets auf einen moglichen statischen Ruckdruck zu prufen. Atmospherischer Druck 01 bar

AP I 1 bar

Abb. 5-7. Auslauf mit statischem Ruckdruck.

Da die Abhangigkeit zwischen Kraft, Druck und Flache durch die oben aufgefuhrten Formeln gezeigt ist, wird verstandlich, auf welche Weise man sich dieses Phanomen zunutze machen kann. Anhand des Beispiels eines Wagenhebers wird gezeigt, inwieweit das hydraulische Grundprinzip als ,,Krafteubersetzung" genutzt werden kann. Beispiel Wagenheber: In einem geschlossenen Druckbehalter befinden sich zwei Offnungen unterschiedlicher GroBe. Die kleine Offnung rnit einer Flache von 1 cm2 dient zur Druckerzeugung, die andere Offnung mit einer Flache von 10 cm2 dient zur Drucknutzung. Mit einer relativ kleinen zur Verfugung stehenden Kraft sol1 eine relativ groBe Kraft erzeugt werden. Diese sol1 dazu dienen, ein Fahrzeug anzuheben.

Physikalische und technische Begriffsdefnitionen

285

Hydraulische und pneumatische Schaltzeichen:

Fq = ?

Zum Anfertigen bzw. Lesen eines Funktionsplanes mussen die Funktions- und Schaltzeichen der Hydraulik und Pneumatik beherrscht werden. Bei samtlichen Ventilen findet sich eine Bezeichnung wie z. B. U3-Wege-Ventil, oder 3/4-WegeVentil oder 2/2-Wege-Ventil. Diese Angaben haben eine klar definierte Bedeutung, welche in nachfolgender Beschreibung erkltirt wird.

p""g Anzahl

I

I

Abb. 5-8. Funktionsprinzip eines hydraulischen Wagenhebers.

Abb. 5-9.

Die Formel zur Druckerzeugung lautet:

Bezeichnung von Ventilen.

3/2- ~ e g e - ~ e n t i ~

I

A

I

Schaltstellung 2 Schaltstellung 1 12

-- 500 N

1 cm2

Wege-Ventils.

-- 500 N cm2 = 50bar

Der Druck ist auf beiden Seiten gleich groS. Daher gilt:

I

1

3

Bei der Definition dieser Bezeichnungen ist zu beachten, daB wider Erwarten die durch den Bindestrich mit dem Wort ,,Wege" verbundene Zahl ,,2" nicht die Anzahl der Wege ausdriickt, sondern die Anzahl der Schaltstellungen. Der Bindestrich hat in diesem Fall lediglich die Bedeutung einer Trennung.

Auftriebskraft und Gesetz des Archimedes:

Drucknutzung : F ~ = PA2 = 50 b a r - 10cm2 = 500 N/cm2 - 10 cm2 = 5000 N 500 kg od. 0,5 t

Ein Korper erfihrt beim Eintauchen in eine Flussigkeit eine Auftriebskraft, welche so groB ist, wie die Gewichtskraft der verdriingten Flussigkeit (Gesetz des Archimedes). Die Auftriebskraft berechnet sich nach:

-

Ergebnis: Mit einer zur Verfiigung stehenden Kraft von 500 N konnte eine Arbeitskraft von 5000 N erzeugt werden.

Auftriebs- = Schwerkraft haft

Dichte der verdrangten Fliissigkeit

Eintauchtiefe

286 Physikulische und chrmische Grundlagen und Umrechnungstubellen Auftrieb: 1st die Gewichtskraft eines eingetauchten Korpers kleiner als die Gewichtskraft der verdrangten Flussigkeit, so schwimmt der Korper. - Hydrostatisches Gleichgewicht: 1st die Gewichtskraft eines eingetauchten Korpers gleich der Gewichtskraft der verdrangten Flussigkeit, so schwebt der Korper in der Flussigkeit. Er befindet sich im hydrostatischen Gleichgewicht. - Abtrieb: 1st die Gewichtskraft eines eingetauchten Korpers grol3er als die Gewichtskraft der verdrangten Flussigkeit, so erfahrt der Korper eine Abtriebskraft. Er geht unter. Beispiel: Eine Boje mit einem Volumen von 1 m3 schwimmt auf der Wasseroberflache. Dabei ist die Boje bis zur Halfte in das Wasser eingetaucht.

Zusammensetzen und Zerlegen von Kraften: Krafte werden durch die Angabe einer MaBzahl mit der Einheit Newton nicht vollstandig beschrieben, da die Angabe der Richtung, in die die Kraft wirkt. fehlt. Eine vollstandige Beschreibung dagegen ist die graphische Darstellung durch Pfeile. Dafur mu13 zunachst ein MaSstab festgelegt werden (z.B.: 1 Newton entspricht 1 mm). Der definierte Maastab fur die Kraft wird als KraftemaBstab bezeichnet und ist durch das Symbol Mk gekennzeichnet. Es ergibt sich dann:

L=-

F

Mk

Lange =

Kraft

(2.B. mm)

~

Masstab

(Newton) ~

Ma13stab, z.B. 1 : 10

Abb. 5-11. Gesetz des Archimedes: Auftrieb einer Boje. F, Gewichtskraft , Fa Auftriebskraft.

Frage: Wie gro13 ist die Auftriebskraft, welche die Boje erfahrt '?

Die Pfeilrichtung entspricht der Wirkungsrichtung der Kraft. Wirken mehrere Krafte in die selbe Richtung, so sind diese Krafte in Reihe als Pfeile darzustellen. Die resultierende Kraft ergibt sich wie folgt: 0

Addieren von Krafien gleicher Wirkungsrichtung

Beispiel: FI = 100 N; F2 = 90 N; Fr = ? Volumen der Boje: 1 m3. Eintauchtiefe der Boje: 50 %. Gewichtskraft des Wassers: 10 N. Fa = Eintauchvolumen Gewichtskraft der Flussigkeit

F,= FI

Abb. 5-12. Addition zweier Krafte gleicher Wirkungsrichtung. 0

= SO00 N = 500 kg

Allgemein bekannt ist, da13 1 m3 Wasser 1 t wiegt. Wird die Halfte davon, also 0,5 m3 Wasser durch die Boje verdrangt, so entspricht dies einer verdrangten Gewichtskraft von 500 kg Wasser. Nach dem Gesetz des Archimedes wirkt auf die Boje also eine Auftriebskraft.

+ F2

= 100N+90N = 190 N

Addieren von Kraiften gegengleicher Wirkungsrichtung (Suhtraktion)

Beispiel: FI = 220 N;

= 220 N - 70 N

F2

= 70 N; Fr = ?

rE-

Abb. 5-13. Addition zweier Krafte gegengleicher Wirkungsrichtung (Subtraktion).

Physikalische und technische Begri'sdejhitionen 0

287

Zusammensetzen von Teilkraifren zu einer Resultierenden

Beispiel: FI = 120 N; F2 = 170 N cx = 60°, F, = ? gemessen: L = 25 mm = 250 N

Abb. 5-16. Der K,-Wert,

Abb. 5-14. Zusammensetzung von Teilkraften.

126N

Zerlegen einer Krafi in Teilkrafie Beispiel: F, = 260 N, a= 15 O ; p = 90°, Dl = ?; F2 = ? gemessen: L, = 7 mm = F1 = 70 N L2 = 27 mm = F2 = 270 N

F

2

v einer Kraft in Teikrafte.

Wirken mehrere Krafte in unterschiedlicher Richtung, so sind die Pfeile von ihrem Angriffspunkt aus in der entsprechenden Richtung darzustellen. Die Richtung des Pfeiles liegt in der Wirkungsrichtung der Kraft. Die Ersatzkraft (die resultierende Kraft) F, ubt dieselbe Wirkung wie die Kombination der Teilkrafte F, und F2 aus.

5.1.3 Stromung Der K,-Wert: Um die unterschiedlichsten Geometrien, Funktionsprinzipien, Nennweiten und Stromungsmerkmale von verschiedenen Armaturen und Ventilen auf einen gemeinsamen Nenner zu bringen, wurde die sogenannte K,-Kennzahl ins Leben gerufen.

Es handelt sich hierbei um eine Vergleichszahl, die dann, wenn nichts anderes angegeben ist, stets in m3/h definiert ist. Zur Bestimmung des K,-Wertes dient folgender Versuchsaufbau: Wasser (H20) 20" C (Umgebungstemperatur und Wassertemperatur) StromungsDie Druckdifferenz Ap zwischen geschwindig- Druckeingangs- und Druckauskeit: gangsseite betragt 1 bar. Daraus resultiert eine klar definierte Stromungsgeschwindigkeit. Der absolute Wert des Druckes ist unerheblich, es konnen z. B. druckeingangsseitig 6 bar u. druckausgangsseitig 5 bar angelegt werden. Ebenso ist z. B. die Kombination 5 und 4 bar zulassig. Dies gilt Mafieinheit: Gemessen wird in m". immer dann, wenn bei der K,-Kennzahl keine oder keine andere MaBeinheit vorhanden ist. 1st K, in einer anderen Einheit definiert, mu8 diese angegeben sein. Schaltstellung: Das Ventil mu8 vollstandig geoffnet sein. Medium: Temperatur:

Die einheitliche Bemessungsgrundlage fur Armaturen und Ventile bildet die Grundvoraussetzung fur samtliche Volumenstromberechnungen innerhalb einer Anlage. Auf der folgenden Tafel sind samtliche Berechnungsformeln fur flussige, dampfformige und gasformige Medien aufgefuhrt. Um die DurchfluBleistungen von Ventilen groBer erscheinen zu lassen, geben einige Ventilhersteller

288

Phyikulische und chemische Grundlugen und Umrechnungstabellen

Bemessung von Wegeventilen Berechnung des

&.--we-

& (mam

bmchnuna der DurchfluBmenge

0 (m3/h) G (kdh)"

Riissigkeiten

Berechnung des Drudcverlustes AP (bar)

AP=P*($g

unterkrit. P2

>5 2

Ap

<

d s

Q, = 514 . K.,

.

G = 31,6

.

2

Gase Oberkrit. P2

<5 2

Ap

>

P 2

I

unterkrit.

K.,

/F

Gase ilberkrit.

Wasser 5 bis 30% o

2OOC, o

-

-

Q =

AP =

1 kg/dm3

1,29 kg/m3

(Z ) ,

I

il berkrit.

Q K., = P1.1i,2

'*Zur Berechnung des Massendurchflusses .G' ist an Stelle von Q =

8

einzusetzen.

K.,

m3/h

Ventilkennwert

on

kg/m3,

Normdichte (0% 760 mm Hg)

Q

m3/h

VolumenstromdurchfluB

tl

OC

Temperatur des Mediums vor dem Ventil

Q.

m3,/h

VolumenstromdurchfluB (0% 760 mm Hg)

T1

K

p,

bar (abs)

Druck WH dem Ventil

273 + tl =absolute Temperatur des Mediums vor dem Ventil

v,

m3/kg

p,

bar (abs)

Druck nach dem Ventil

Spezifisches Volumen (aus Dampftafeln) beim Zustand p2 und 1,

Ap G

bar kg/h

Druckabfan am Ventil MassendurchfluB

V*

m3/kg

Spezifisches Volumen (aus Dampftafeln) bgim Zustand p1 und t,. 2

p

kg/dm3

Dichte des Mediums vor dem Ventil

Physikalische und technische Begriffsdefinirionen

Korrekkrrfaktorf(ir ZBhigkeit gd56er als 20c S t

Bei gr6Berer Bhigkeit mu6 der K,-Wert nach der Beziehung kKrn K korrigiert werden. Der Faktor K wird bestimmt ilber die ahigkeitszahl2

-

Esgilt:

Z=

3845 Q ~

Q in m3/h v in c St

Der Korrekturfaktor K ergibt sich nach folgender Tabelle:

Z K

30 2,6

40 2,O

50 1,8

70 1,6

100 200 500 1000 1,4 1,2 1,l 1,O

289

290 Physikolische

iiiicl

chentische Gnmcllcigen und Unimchiiungstubellen

die K,-Kennzahlen in I/h an. Daraus resultiert zwar eine groBere Zahl, umgerechnet auf m3/h bleibt der K,-Wert jedoch in seiner GesamtgroBe erhalten. Werden daher Ventile unterschiedlicher Hersteller miteinander verglichen, so ist darauf zu achten, daB jeweils die selben MaBeinheiten verwendet werden, also entweder m3/h oder lh. Da im Normalfall die meisten Anlagen aufgrund eines einbezogenen Sicherheitsfaktors um eine bis zwei Nennweiten groBer gebaut werden, besitzen die K,-Wert-Berechnungen oft nur theoretischen Wert. Wird jedoch eine Anlage so wirtschaftlich wie moglich geplant, so wird darauf geachtet, keine ubergroBen Verrohrungen zu verwenden. In diesen Fallen muB der K,_Wert der verwendeten Armaturen streng beachtet werden. Zu geringe K,-Werte bedeuten einen zu hohen Druckverlust, was die Funktionsfahigkeit oder Wirtschaftlichkeit der Anlage beeintrachtigen kann. Ein weiterer wichtiger Aspekt in der Planungsstufe einer Anlage ist die Tatsache, dal3 die Betriebsdruckangaben der meisten Ventile auf dem Markt fur einseitig anstehenden Betriebsdruck gelten. Es ist daher unbedingt zu prufen, ob innerhalb der zu planenden Anlage der Betriebsdruck tatsachlich auch nur einseitig ansteht. Oft wird als freier Auslauf definiert, was kein freier Auslauf ist, z.B. ein Riickstau (Ruckdruck), welcher sich durch eine anstehende Wassersaule bildet. Der freie Auslauf mag zwar gewahrleistet sein, jedoch moglicherweise erst nach Uberwindung einer Hohe (Abb. 5- 17 und Abb.

-

Abb. 5-18. Krafteverhaltnisse in Ventilen. 5-18). Ebenso kann cine ungiinstig gewahlte Beschaltungsreihenfolge nacheinander geschalteter Ventile zu Druckpolstern innerhalb einer Anlage fiihren. SchlieBt z. B. ein fremdgesteuertes Ventil innerhalb einer Anlage zeitweilig nicht, so ist zu priifen ob moglicherweise eine ungunstige Beschaltungsvariante vorliegt (Abb. 5- 19).

Pumpe Forderdruck = 9 bar

Abb. 5-19. Fremdgesteuerte Membranventile unter Federkraft geschlossen. SchlieBen die Ventile 2, 3, und 4 vor dem Ventil 1, so entsteht ein Druckpolster in Form eines Ruckdruckes. Es besteht daher die Gefahr, daB das Ventil Nr. 1 nicht schliel3t. Wird durch die Anderung der Beschaltungsreihenfolge das Ventil 1 als erstes beschaltet, so kann der Druck abgebaut werden - das Ventil I schlieBt.

freier Auslauf

I

PI-

I

-

Stromungsprofile (gultig fur laminare Stromung): Gerades Rohr: Innerhalb einer Rohrleitung wirken auf die Randbereiche des Volumenstromes entsprechend der Oberflachenbeschaffenheit Reibungskrafte. Dadurch werden AuBenbereiche des Volumenstromes abgebremst. Die Stromungsgeschwindigkeit besitzt daher eine elliptische Form, sie ist in der Rohrmitte am grol3ten.

P2

Abb. 5-17. Ventil mit beidseitig anstehendem Betriebsdruck. p I + p2 = pge.. . 9 bar + 2 bar = 1 I bar + Atmosphare (1 bar). Bei einem maximal zulassigen Betriebsdruck von 10 bar schlieBt das Ventil nicht.

Abb. 5-20. Stromungsprofii im geraden Rohr.

Physikalische und technische Begriffsdejinitionen

Hinweis: Bei Stromunggsgeschwindigkeitsmessern mu8 die Eintauchtiefe in den Volumenstrom genau beachtet werden, sonst befindet sich der eingetauchte Sensor micht im MeBpunkt und das MeBergebnis ist falsch. Gebogenes Rohr: Das Medium muB im AuBenbogenbereich eine groBere Strecke als im Innenbogenbereich zuriicklegen. Da die mittlere Stromungsgeschwindigkeit vor und nach dem Bogen gleich groB ist, muB die Streckendifferenz durch unterschiedliche FlieBgeschwindigkeit ausgeglichen werden. Die Stromungsgeschwindigkeit erhoht sich also dort, wo die groBere Strecke zuriickzulegen ist. Damit herrscht die groBte Stromungsgeschwindigkeit also nicht in der Rohrmitte, sondern zum AuBenbogen hin versetzt. Die Eintauchtiefe von Stromungsmessern mu13 aus diesem Grund korrigiert werden.

29 1

T-Stuck rnit Duse: Wird eine Duse (Blende) in einen Volumenstrom gebracht, so erhoht sich der Druck vor der Duse und verringert sich hinter ihr um das gleiche M d . Dadurch entsteht eine Saugwirkung im Einlaufbereich, die einen Zustrom verursacht. Die GroBe dieses Zustroms richtet sich nach dem Druckverhaltnis und den bestehenden Querschnitten der Rohre und der Duse und wird zusatzlich vom Winkel a beeinflufit. Je kleiner a,desto groBer der Zustrom.

Abb. 5-24. Stromungsprolfil im T-Stuck rnit Duse.

5.1.4 Elektrizitiitslehre Abb. 5-21. Stromungsprofil im gebogenen Rohr. T-Stuck rnit Auslauf Herrscht im Auslaufbereich eines T-Stuckes ein geringerer Druck als im Einlaufbereich, so flieBt ein Teil des Volumenstroms dort ab. Seine GroBe richtet sich nach den vorliegenden Driicken und Rohrquerschnitten. Eine wichtige Rolle spielt auch der Winkel a,der 90" oder g r o k r sein muB.

Abb. 5-22. Stromungsprofil im T-Stuck mit Auslauf. T-Stuck rnit Einlauf Herrscht im Einlaufbereich eines T-Stuckes ein hoherer Druck als im Hauptvolumenstrom, so fliel3t entsprechend der Druckverhaltnisse und Querschnitte ein Zustrom. Der Winkel a muB 90" oder kleiner sein.

Elektrizitiit: Jeder Korper, jedes Gas ind alle Flussigkeiten bestehen aus Atomen. Die Atome ihrerseits bestehen aus dem positiv geladenen Atomkern und den Elektronen rnit negativer Ladung. Der Atomkern setzt sich aus ungeladenen Neutronen und der etwa gleichen Anzahl positiv geladener Protonen zusammen, die Elektronen bewegen sich um den Atomkern. Entspricht die Anzahl der negativ geladenen Elektronen der positiven Ladung des Atomkerns, so heben sich die positive und die negative Ladung gegenseitig auf, es handelt sich dann um ein elektrisch neutrales Atom. Manche Atome konnen ein oder mehrere Elektronen abgeben, andere konnen Elektronen aufnehmen. Atome, die dazu nicht in der Lage sind, sind also nicht leitfzihig. Verliert das Atom ein Elektron, so uberwiegt die positive Ladung des Atomkerns: es handelt sich nun um ein positiv geladenes Atom, das als Kation bezeichnet wird. Betrachtet man nun eine Kette von Atomen (z. B. ein Kabel) und veranlal3t durch einen Generator (Elektronenpumpe), daB die Atome des elektrischen Leiters jeweils ein Elektron an das nachste Atom abgeben, um sich gleichzeitig das nun fehlende

292 Physikulische itnd chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen

-

Elektronenschale

Atomkern

Abb. 5-25. Aufbau des Helium-Atoms.

Schema .Inn Kupfu8Dmr 29 EIoktr0n.n

Abb. 5-26. Schema eines Kupferatoms mit 29 Elektronen.

Abb. 5-27. ElektronenfluB.

Elektron vom vorhergehenden Atom zuriickzuholen, entsteht ein ElektronenfluB, der als elektrischer Strom in Erscheinung tritt. Die Richtung des Elektronenflusses wird beim Erzeugen des Stromes bestimmt (polarisieren). Die Elektronen flieaen innerhalb eines Stromkreises immer vom Minuspol zum Pluspol.

Elektrotechnische Begriffsdefinitionen: Da der elektrische Strom unsichtbar ist, ist es anfangs haufig schwierig, die einzelnen Begriffe innerhalb der Elektrotechnik zu deuten. Vergleiche mit anderen Lebensbereichen konnen das Verstandnis aber erleichtern. Durch das Beispiel einer Rohrleitung konnen die Begriffe Spannung, Widerstand und Strom leicht erklarbar gemacht werden: Der in einer Rohrleitung bestehende Druck kann im ubertragenen Sinne mit

Physikalische und technische BegriffsdeJinitionen 293

einer anliegenden Spannung verglichen werden. Ein teilgeoffnetes Ventil und die daraus resultierende Querschnittverkleinerung entspricht dem elektrischen Widerstand. Je weiter das Ventil geschlossen ist, desto grol3er ist der dem Medium entgegengebrachte Widerstand. Der innerhalb einer Rohrleitung vorhandene Volumenstrom kann mit dem elektrischen Strom verglichen werden, er flieBt. Wird nun der Widerstand innerhalb einer Rohrleitung auf das Maximum vergroBert, wird also das Ventil geschlossen, so wird der Volumenstrom unterbrochen. Wird ein elektrischer Leiter durch einen maximal groBen Widerstand (nicht mehr leitfaig) unterbrochen, so flieBt auch kein Strom.

Elektrische Leitfahigkeit: Die elektrische Leitfahigkeit eines Stoffes entsteht dadurch, dal3 die Atome dieses Stoffes Elektronen weitergeben bzw. aufnehmen konnen. Je besser diese Aufnahme bzw. Abgabe geht, desto groBer ist die Leitfahigkeit. Das Kupferatom z. B. verfiigt uber 29 Elektronen, die in vier Elektronenschalen nach bestimmten GesetzmaBigkeiten angeordnet sind. Dabei befindet sich ein Elektron auf der adersten Elektronenschale (s. Abb. 5-26). Dieses eine Elektron kann an ein anderes Atom, das zur Aufnahme eines freien Elektrons leicht in der Lage ist, abgegeben werden. Dabei kann es sich durchaus um ein Atom eines anderen leitfaigen Materials handeln. Wird dieses Elektron abgegeben, so mu6 sich das Kupferatom allerdings zum Ladungsausgleich ein freies Elektron nachholen. Die Eigenschaften des Kupfers iindern sich dabei nicht. Sie bleiben durch den Fortbestand des Atomkernes und die inneren drei Elektronenschalen erhalten. Fur einen Stoff, der nur aus Atomen mit wenigen Elektronen in der auBeren Schale (Metalle) besteht, wurde folgendes Model1 entwickelt: Die Metallatome geben die Elektronen der auaeren Schale ab und die verbleibenden Atomriimpfe bilden ein Ionengitter (Gitter aus elektrisch geladenen Teilchen). Die abgegebenen Elektronen umspulen als Elektronengas die positiv geladenen Atomriimpfe. Einzelne Elektronen lassen sich nicht mehr einzelnen Kernen zuordnen, sondern werden gemeinsam von ihnen benutzt. Die Elektronen sind frei und sehr leicht beweglich.

Ohm'sches Gesetz: Als elektrische Leiter verwendete Werkstoffe haben eine spezifische Atomdichte und Anordnung. Entsprechend dieser Atomdichte existieren zwischen den einzelnen Atomen Zwischenraume, in denen sich die ,,flieBenden" Elektronen bewegen konnen. Sind diese Zwischenraume sehr klein, werden die Elektronen in ihrer Bewegung stark behindert, zwischen den flieBenden Elektronen und den Atomen existiert eine erhohte Reibung. Es gilt auch dann: durch Reibung entsteht Warme. Der elektrische Leiter wird also warm, im Extremfall brennt er durch. Beispiel: KurzschluB: Ein elektrischer Leiter, z. B. ein Kupferkabel, hat entsprechend seiner Atomdichte in Abhangigkeit von seinem Querschnitt einen elektrischen Widerstand. VergroBert man den Querschnitt 2.B. von 1 mm Durchmesser auf 2 mm, so verringert sich sein elektrischer Widerstand, denn es stehen dann mehr Zwischenraume zur Verfiigung, in denen sich die Elektronen bewegen konnen. Eine weitere Variable, die den elektrischen Widerstand eines elektrischen Leiters beeinfluBt, ist die Lange des Leiters. Merksatz: Der elektrische Widerstand eines Leiters ergibt sich aus seinem Werkstoff und der daraus resultierenden Atomdichte, seinem Querschnitt und seiner Lange. Der elektrische Widerstand (Symbol R) wird in Ohm (Q) gemessen. Ein Ohm entspricht dem elektrischen Widerstand zwischen zwei Punkten eines metallischen Leiters, durch den bei der elektrischen Spannung von einem Volt zwischen den beiden Punkten ein zeitlich unveranderter Strom der Stake ein Ampere flieBt. Es gilt also der folgende Zusammenhang:

Widerstand (Q) =

Spannung (V) Stromstikke (A)

294 Physikalische und chemische Grundlngen und Umrechnungstabellen Das Ohm’sche Gesetz beschreibt das Zusammenwirken von elektrischem Widerstand, elektrischer Spannung und elektrischem Strom, die in Abhangigkeit zueinander stehen. Aus zwei vorhandenen GroBen kann die dritte durch Umstellen der Gleichung berechnet werden. Das Ohm’sche Gesetz kann auch folgendermaaen formuliert werden:

U

R=I

- lo” --

0’02 A

=500R -

= 500 n - 0,02 A = 10 V

Sol1 bei einer bereitstehenden MeBkleinspannung von 10 V ein Strom von z.B. 20 mA flieBen, so kann dies durch Einschaltung eines Widerstandes in errechenbarer GroBe geschehen. Verfiigt also ein elektrisches Gerat iiber ein Ausgangssignal von 10 V und das nachgeschaltete, angeschlossene elektrische Gerat uber einen Signaleingang 20 mA, so kann durch die Schaltung eines Widerstandes R von 500 R die Stromstarke 20 mA realisiert werden. Beispiel: Wie groB ist der zwischen plus u. minus zu schaltende elektrische Widerstand R (gemessen in R)? MeBwertgeber ausgangsseitig : MeBkleinspannung 12 V MeBumformer eingangsseitig : Stromeingang 20 mA Widerstand: ?

-

12 v 0,02 A

= 600

R

Das Ohm‘sche Gesetz kann genauso der umgekehrten Situation angewandt werden: Aus einem flieBenden Strom von 20 mA kann durch Zwischenschalten eines Widerstandes eine klar definierte Spannung angelegt werden. Zur Berechnung seiner GroBe mu13 die Formel des Ohm’schen Gesetzes nach R aufgelost sein. U sol1 z. B. 10 Volt sein.

- lo” --

500 n

i

.

- 2 4

I-

=0,02A=20mA

-; . -0-

I -I

Abb. 5-28. Anwendung des Ohm’schen Gesetzes.

Die Anwendung des Ohm’schen Gesetzes ist insbesondere im Bereich der MeB- und Regeltechnik aul3erst wichtig. Ausgangs- und eingangsseitig unterschiedliche Gerate konnen oft durch die praktische Anwendung des Ohm’schen Gesetzes einander angeglichen werden.

Merksatz: Auch wenn die Mefikleinspannung eines Gerates bekannt ist, mufi zur exakten Berechnung von Widerstinden nach dem Ohmschen Gesetz die genaue GroBe der MeBkleinspannung gemessen werden. Nur der gemessene Wert kann als Berechnungsgrundlage dienen. Die tatsachlichen Spannungen weichen oft von den angegebenen ab. Der Begriff elektrische Arbeit (Watt, W) kann im entferntesten Sinne mit der Kraft verglichen werden, die vom Volumenstrom verrichtet werden konnte. Beim Beispiel des Ventiles konnten der vor-

Physikalische und technische Begriflsdefinitionen

295

handene Volumenstrom und der anstehende Druck in einer Leitung den Ventilteller offnen. Um ihn auf seinen Ventilsitz herabzudriicken ist eine Kraft notwendig, die groBer ist, als die Stromungskraft des Volumenstromes. Es ist also Arbeit notig.

kine Schwingung (Pjriode) Wechselstrom I

I

II

Druck +Spannung

W

Volumenstrom+Strom

Abb. 5-29. Der durch die Stromungskraft des Volumenstromes und den Betriebsdruck nach oben gedriickte Ventilteller kann durch das Verbinden mit einem MeBinstrument die erzeugte Kraft messen.

elektrische Arbeit =

Abb. 5-30. Wechselstrom. Drehstrorn (Dreiphasenwechselstrom) wird wie Wechselstrom erzeugt, jedoch mit drei urn 120" raumlich versetzt angeordneten Spulen auf einem sich drehenden Anker innerhalb eines zeitlich konstanten homogenen Magnetfeldes. Durch die raumlich um 120" versetzte Anordnung der Spulen sind die drei Phasen urn 120" verschoben

Spannung2 Zeit Widerstand

Stromarten: Die folgenden vier Stromarten sind technisch von Bedeutung: -

Wechselstrom

- Drehstrom - Technischer Gleichstrom -

0

Geglatteter Gleichstrom

Wechselstrom (Einphasenwechselstrom) wird durch Drehen zweier parallel geschalteter, auf einer Welle gelagerter Spulen innerhalb eines zeitlich konstanten, homogenen Magnetfeldes erzeugt. Die Anzahl der Schwingungen richtet sich nach der Drehzahl des Stromerzeugers und wird in Hertz angegeben (1 Schwingungls = 1 Hertz (W).

oT (Periode) Drehstrom Abb. 5-31. Drehstrom.

296 Physikulische und chemische Grundlagen und Umrechnungstubellen 0

Technischer Gleichstrom wird erzeugt, indem Wechselstrom zu pulsierendem Gleichstrom gleichgerichtet wird, so daB der Strom zwar linear ausgerichtet ist, aber dennoch leichte Wechselstromteile besitzt. Die Ausrichtung erfolgt z. B. durch einen Briickengleichrichter.

0

t'

Elektrischer Widerstand ist der Widerstand, den jeder Korper, jede Flussigkeit oder jedes Gas dem ElektronenfluB entgegensetzt. Seine GroBe hangt von der Leitfahigkeit und dem Volumen ab. Die GroBe des elektrischen Widerstandes verhalt sich indirekt proportional zum Querschnitt von elektrischen Leitern (ie groBer der Querschnitt desto kleiner der Widerstand), auBerdem ist er frequenzunabhangig.

Abb. 5-34. Elektrischer (Ohmscher) Widerstand.

r

technischer Gleichstrom

Elektrischer(Ohmscher) Widerstand

Abb. 5-32.Technischer Gleichstrom. 0

0

Geglatteter Gleichstrom wird erzeugt, indem Wechselstrom zunachst zu pulsierendem Gleichstrom gleichgerichtet und danach zusatzlich stabilisiert wird, so daB der Strom linear und konstant fliel3t. Dies geschieht durch einen stabilisierten Gleichrichter. AuRerdem erzeugen Batterien geglatteten Gleichstrom.

Induktiver Widerstand: Der Wert, um den der gemessene Widerstand groBer wird, wenn man aus einem elektrischen Leiter eine Spule formt, wird als induktiver Widerstand bezeichnet. Die GroBe des induktiven Widerstandes einer Spule hangt von ihrer Windungszahl, Windungsdichte und dem MagnetfluB ab. Der induktive Widerstand ist frequenzabhangig . RL=U

I

Abb. 5-35.Induktiver Widerstand. InduktiverWiderstand

0

t

Gleichstrom Abb. 5-33.Gleichstrom. Widerstandsarten: Es werden drei Widerstandsarten unterschieden: - Elektrischer Widerstand R, gemessen in Ohm. - Induktiver Widerstand RL, gemessen in Ohm. - Kapazitiver Widerstand Rc, gemessen in Ohm.

Kapazitiver Widerstand heil3t der Widerstand, der dem elektrischen Flu13 durch einen Isolator, z.B. einen Plattenkondensator, entgegengesetzt wird. Der kapazitive Widerstand ist ebenfalls frequenzabhangig.

A Kapazitiver Widerstand

Abb. 5-36. Kapazitiver Widerstand.

Physikalische und technische Begriffsdefinitionen

Bei geglattetem Gleichstrom wirkt nur der elektrische Widerstand. Deshalb unterliegen Gleichstrommagneten auch nicht derselben hohen Belastung wie etwa Wechselstrommagneten. Bei technischem Gleichstrom mu8 in Stromkreisen mit induktiven Widerstanden der restliche Wechselstromanteil mit beriicksichtigt werden. Bei Wechselstrom muB der induktive Widerstand zu dem elektrischen (Ohm’schen) Widerstand hinzugezalt werden.

297

Dauermagnete

Rges.= R + RL

r : ! j

Maclnetkraftflut3 Abb. 5-37. Widerstand bei Wechselstrom.

Merksatz: Je hoher die Frequenz (Hz) ist, desto groBer ist der induktive Widerstand.

5.1.5 Magnetismus Magnetismus beruht auf der physikalischen Tatsache, daB die Atome in einem Eisen- bzw. Stahlkorper ausgerichtet sein konnen. Diese Ausrichtung innerhalb eines solchen Korpers kann durch eine l a gere Magnetisierung mit einem Dauermagneten oder aber durch ein elektrisches Feld erzielt werden. Grundsatzlich unterscheidet man zwischen einem Dauer- und einem Elektromagneten. Um einen Stahlkorper iiber einen lageren Zeitraum zu magnetisieren, benotigt man einen harten Stahl. Weicher Stahl verliert nach dem Magnetisieren sofort seine Magnetkraft. Es gibt Stahlarten, die sich iiberhaupt nicht magnetisieren lassen, wie z. B. ein Stahl mit hohem Nickelanteil (bei Ferritanteil kleiner als 1 %).

MagnetkraftfluI3 Abb. 5-38. Dauermagnete. a) Stabmagnet: Starke Streuung der magnetischen Feldlinien durch weit voneinander entfernte Magnetpole. b) Hufeisenmagnet: Biindelung der magnetischen Feldlinien durch beieinanderliegende Magnetpole.

Elektromagnete: Innerhalb einer stromdurchflossenen Spule befindet sich ein Stahlkern. Durch den in der Spule flierjenden Strom entsteht ein Magnetfeld, das die Atome des Stahlkernes ausrichtet. Die Magnetisierung ist zeitlich begrenzt und endet mit der Abschaltung des Stromes.

298

Ph.vsikali.de urid chemische Grundlngen urid Umrechnungstabellen

Abb. 5-39. Erzeugung eines Magnetfeldes durch elektrischen Strom. Als die beiden wichtigsten und uberall verbreiteten Elektromagnetarten gelten das Hubanker- und das Klappanker-System. Beim Hubanker befindet sich innerhalb einer stromfuhrenden Spule ein hohler Eisenkern, in dem sich ein Stahlzylinder befindet. Dieser wird mittels Federkraft oder einer anderen Kraft aus dem hohlen Eisenkern herausgedriickt. Wird die Spule mit Strom beaufschlagt, wird der Stahlzylinder in den hohlen Eisenkern hineingezogen, vorausgesetzt, da13 die elektrisch erzeugte Magnetkraft groljer als die mechanische Kraft ist, die den Stahlzylinder aus dem hohen Eisenkern herausdruckt (Schlieofeder).

Eine stromdurchflossene Spule ist beim Klappanker um einen U-formigen Eisenkern gefuhrt, an dessen einem Ende eine magnetisierbare Stahlplatte mittels eines Scharnieres befestigt ist. Auf der anderen Seite wird sie durch eine Feder mechanisch vom U-formigen Stahlkern weggedriickt. Wenn die Magnetspule strombeaufschlagt wird, wird die Federkraft uberwunden und die Stahlplatte an den U-formigen Stahlkern herangezogen. Bei Klappankermagneten, die in der Ventiltechnik verwendet werden, sitzt das Dichtstuck an einem der beiden Enden der beweglichen Stahlplatte.

Luftspalt

Y

Dichtstuck

Abb. 5-41. Elektromagnet nach dem Klappankersystem.

&-

Dichtstuck

Abb. 5-40. Elektromagnet nach dem Hubankersystem.

Bei Magnetventilen mit Hubankermagneten wird der Stahlzylinder direkt als Ventilspindel benutzt. In diesem Fall sind die Ventildichtungen direkt auf das untere Ende des Stahlzylinders montiert. Um bei der Beschaltung des Elektromagneten eine Verkantung des Stahlzylinders zu verhindern, wird dieser haufig in eine Gleitdichtung gefuhrt (Slip Stick).

Besonderheiten: Um die BaugroBe sowie die Kosten von elektromagnetisch betatigten Ventilen in Grenzen zu halten, mussen die Spulen exakt passend ausgelegt sein, was zur Folge hat, dal3 fur die unterschiedlichen Betriebsspannungen auch unterschiedliche Spulen bereitgestellt werden mussen. Es mu13 daher darauf geachtet werden, dal3 den jeweiligen Magneten die jeweils richtige Betriebsspannung zur Verfugung gestellt wird. Spannungsabweichungen nach unten bedeuten oft eine zu geringe Magnetkraft, damit ist die Funktion des Elektromagneten nicht mehr gewahrleistet. Bei Spannungsabweichungen nach oben kann es zur ubermaBigen Warmeentwicklung kommen. In diesem Fall ist ein Durchbrennen der Spule nicht auszuschliel3en, insbesondere bei Wechselstrom-Magnetspulen, da bei ihnen ein induktiver Widerstand wirkt und den Gesamtwiderstand erhoht.

Grundlegende Formeln

Sowohl die Hubanker- als auch die Klappankermagnete gibt es fur Wechsel- und Gleichstrom.

Magnetische Spulen: Bei gleichstrombetriebenen Spulen spielen der induktive sowie der kapazitive Widerstand keine Rolle, daher ist der Stromverbrauch mit oder ohne Luftspalt annahernd gleich. Ebenso ist der Einschaltstrom nicht groBer als der Haltestrom. Bei wechselstrombetriebenen Spulen setzt ein Luftspalt innerhalb eines elektromagnetischen Feldes den MagnetfluB herab und vermindert dadurch den induktiven Widerstand - die Stromstiirke nimmt zu. Der Eisenkern des Elektromagneten wird angezogen und schliel3t den Luftspalt, wobei der StromfluB absinkt und sich der induktive Widerstand vergroBert. Bleibt ein Magnetanker hangen (Slip Stick), so kann die Spule dadurch Schaden erleiden.

Magnetkraftfeld. Die verfugbare Kraft bei Elektromagneten wird durch folgende Faktoren begrenzt : Leistungsaufnahme und daraus resultierende Warmeentwicklung.

299

Eisenquerschnitt des Kernes und daraus resultierender MagnetfluB. 0 Luftspalte und daraus resultierende Streuverluste. 0 Federn, die den Kern (Ventilspindel) in die Ausgangsposition zuriickdrangen. 0 Zusatzlich entstehen bei Wechselstrommagneten sogenannte Wirbelstrome, die man durch zwischenisolierte Blechpakete unterdriickt. 0

Netzbrummen: Urn ein frequenzbedingtes Netzbrummen bei Wechselstrommagneten zu vermeiden, legt man am Luftspalt einen sogenannten KurzschluBring ein. Dadurch wird eine Phasenverschiebung um 90" bewirkt und das Magnetkraftfeld erreicht nie ganz den Wert Null. Oft sind Gleichstrommagneten mit kleinen Kunststoff- oder Papierringen zwischen dem Hubanker und dem Eisenkern ausgeriistet. Diese Scheiben bewirken, d& sich nach Abschalten des Elektromagneten auch bei leicht nachwirkendem Magnetfeld der Hubanker vom Eisenkern trennt.

0

5.2 Grundlegende Formeln

Das griechische Alphabet

a A Alpha p B Beta

L

y

h

r

6 A E

E

5.2.1 Zeichen, Symbole und Einheiten

5 Z q H 6 0

Gamma Delta Epsilon Zeta Eta Theta

K

CL v

5 o 71

I Jota K Kappa A Lambda MMY N Ny E Xi 0 Omikron ll Pi

p P Rho Z Sigma T Tau 2) Y Ypsilon cp

z

300 Phyikalische und chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen

Mathematische Zeichen:

ErUuterung Delta f; Differenz h-fl Ableitung erster, zweiter, ... , n-ter Ordnung der Funktion f (x) erste, zweite Ableitung der Funktion cp (t) erste, zweite, ... , n-te Ableitung von y Differentialzeichen, z. B. ds, dr, dv Differential der Funktion f (x), df(x) =f’ (x) dr

gleich identisch gleich nicht gleich, ungleich proportional angeniihert entspricht kleiner als g r o k r als kleiner oder gleich, hiichstens gleich groBer oder gleich, mindestens gleich parallel nicht parallel

Q

AB

--

AB

lzl n!

I: i oder j

lim

gleichsinnig parallel gegensinnig parallel rechtwinklig zu, senkrecht auf Dreieck kongruent tihnlich, asymptotisch gleich Winkel Strecke A B Bogen A B Betrag von z n Fakultiit Summe imaginiire Einheit, i2 = j2 = - 1 unendlich gegen, niihert sich, strebt nach, konvergiert nach Limes

erster, zweiter,

... ,n-ter Differentialquotient von y

Zeichen der partiellen Differentiation Integral unbestimmtes Integral f (x) dr bestimmtes Integral f (x) dx von a bis b (in diesen Grenzen); deutlicher: j’f ( x ) dx X=8

b

F ( x ) zwischen den Grenzen a und b.

a

F ( x ) l b = F (b)- F ( a )

sin, cos, tan, cot arcsin, arccos, arctan, arccot sinh, cosh tanh, coth arsinh, arcosh, artanh, arcoth

dlgemeine Exponentialfunktion Logarithmus, allgemein Logarithmus zur Basis a Ig x = loglo x; Zehnerlogarithmus (gewohnl. oder Briggsscher Logarithmus) In x = ‘log x; natiirlicher Logarithmus Modul des logar, Systems zur Basis a; Ma = 1An a; Mlo = 0,43429... = lg e = lfln 10 trigonometrische Funktionen; sin” x = (sin x)” Arcusfunktionen; Umkehrungen der trigonometrischen Funktionen Hyperbelfunktionen; sinh” x = (sinh x)” Areafunktionen der Hyperbel; Umkehrungen der Hyperbelfunktionen

Grundlegende Formeln

GroBen und Einheiten:

Einheit

Fad-

Einheit

zeichen k g e Durchmesser Weglhge Hache Zeit Periodendauer Zeitkonstante Frequenz

1 d

m m

S

m

A

m2

t

S

T z f

S

Hz

Kreisfrequenz

0

-1

S

Elektrische Stromsttlrke

I

A

Elektrische Stromdichte

S

A m2

Elektrische Durchflutung

0

A

Magnetische Feldsttirke

H

A m

Magnetischer Hut3

@

vs, wb

Magnetische FluBdichte

B

Induktivitat

L Po

S

Drehzahl

n

1 S

Temperatur

l9

"C,K

Magn. Feldkonstante

Masse Kraft Drehmoment

m

kg N

Permeabilitatszahl

CL,

M

N.m

Elektrischer Widerstand

W

J J, Ws W

R G

Arbeit Energie Leistung Scheinleistung Blindleistung Wirkungsgrad

F

W P S

VA

Elektrische Leitfaihigkeit

K

Blindwiderstand

X

Scheinwiderstand

Z

Scheinleitwert

Y

R R S

Phasenverschiebungswinkel

cp

rad, 1

Leistungsfaktor

cos cp

1

Windungszahl

N

1

Anzahl der Polpaare

P

1

Schlupf

S

1

Ubersetzungsverhdtnis

ii

1

Q

1

Elektrische Ladung Elektrische Spannung

Q

Elektrische Feldstiirke

E

Elektrische Kapazitiit

C

As V V m F

Dielektrizitatszahl

E, E,

S

Q-mm2 m m R-mm2

P

11

Elektr. Feldkonstante

n

Spezifischer Widerstand

V X

U

Elektrischer Leitwert

vs -T m2' vs -H A' vs A.m 1

A*s V-m 1

30 1

302 Physikalische und chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen

5.2.2 Mechanik SI-Einheit

G*

m

Llinge

1, s, r

BasisgroDe

Flache

A

4 = l2

m2

Volumen

V

v = 13

m3

Flachenwinkel

a,P, y ...

a=

Raumwinkel

R

Kreisbogen Kreisradius

n= Kugelflache

Radiusquadrat

Zeit

t

Basisgroi3e

Frequenz

fiv

f= 1

n

Hektar (ha), 1 ha = 104 m2 Ar (a), 1 a = lo2 m2

rad = 1 (Radiant)

m a = 1.7-= 1,7rad

sr= 1 (Steradiant)

R = 0,4-= 0,4 sr

s

(Sekunde)

-1 = s-' = Hz

u

Beschleunigung

a

Fallbeschleunigung

t?

Winkelgeschwin. digkeit

0

Umfangsgeschwindigkeit

VU

Winkelbeschleunigung

a

Masse

m

Dichte

m2 m2

1 rnin = 60 s; 1 h = 60 min 1d=24h=86400s

(Hertz)

n=2nf

-1 = s-1

1 u - 1 - min-1 = ----

min 60 s sm 1 k n = 1 -= 1 Knoten h 1 m km I-=h 3,6 s cm - km -h2 ' s2 "' min

& A s u=-=---

m -

dt

S

At

du Au a=-=dt At

m S2

Normalfallbeschleunigung

m -

g, = 9,80665 m / s 2

S*

AT u u o=-=At

r

uu = n d n = or

1 rad -=s s

(p Drehwinkel

m -

d Durchmesser n Drehzahl

S

in rad

1 rad -=s2 s2

o Winkelgeschwindigkeit

BasisgroBe

kg

1g = kg 1 t = lo3 kg

P

m p=V

kg m3

F

F=ma

Ao a a=-=At

r

x.-t cm3' m3

N E W Kraft

m

T

S

S

Geschwindigkeit

1 Seemeile (sm) ist gleich 1852 m

bei Umlauf frequenz wird U/s statt l/s benutzt T Periodendauer

'

Drehzahl

(Meter)

S2

(Newton)

1 dyn = lo-' N

Grundlegende Formeln

Gewichtskraft

G=mg

Druck

F p=A

303

Normgewichtskraft Gn = m gn

N,* S2

-N --kgm

m2 m2s2

N 1bar=10'-=105Pa m2 N -= Pa (Pascal) m2

dynamische Viskositiit

-

kinematische Viskosiut

v = - rl P

Arbeit

Ns _ --kgms m2 m2s2

_ m2 - Ndm2 -s

W=Fs

J=-

kg/m3

kgm2 S2

m

Energie

Leistung Drehmoment

W=-Q2

kgm2

2 W=mgh

J=-

W p=t M = F1

W=-Nm

S2

S

Nm=-

kgm2

Ns -=Pa-s m2

1 P = 0.1 Pa . s; P Poise m2 1 St = lo4 -; St Stokes S

1 Jr 1 N m = 1 Ws J Joule Nm Newtonmeter Ws Wattsekunde kWh Kilowattstunde 1 kWh = 3,6 - lo6 J = 3,6 MJ Nm J l-zl-=lW s s "UIl

S2

Tragheitsmoment

J=$dmp2

Elastizittitsmodul

E=C-

Schubmodul Flachenmoment 2. Grades

10

Al

G=- E 2 (1 + cr) I=SdA$ Iy=SdAQ Ip=SdAp2

kgm2

Massenmoment 2. Grades (friiher: Massentriigheitsmoment) N

_ N-kg

m2 s2m N - kg _ -m2 s 2 m m4

mm2 -*

p Poisson-Zahl

mm2'

mm4 I,, Iy axiales Flachenmoment 2. Grades I, polares Fliichenmoment 2. Grades (friiher: Fliichentriigheitsmoment)

5.2.3 Warmelehre

GroBe

Formelzeichen

Det'initiOilSgleicbung

SI-Einheit

Bemerkung, Beispiel, andere zuksige Einheiten

Temperatur

TO

Basisgrok

K (Kelvin)

1 K = 1 "C (Grad Celsius) r, 6 Celsius-Temperatur

spezifische innere Energie

U

Au = Aq + AW

J -kgm2 -kg s2kg

kg m2 1-- 1 Nm= 1 J

Q

AQ=mcAfi A Q = AU - AW

Warme (W-emenge) spezifische Warmekapazitat

C

Enthalpie

H

J=-

kgm2 S2

S2

kg m2 1-- 1Nm= 1 J S2

cp spezifische Wiirmekapazitat bei konstantem Druck J kgm2 -c, spezifische Wiirmekapazitat kg K - s2 kg K bei konstantem Volumen H=U+pV h=upu

J=-

kgm2 S2

H

h = - spezifische Enthalpie m

Warmeleitfhigkeit

h

W kgm mK-s'K

J mhK

W2rmeubergangskoeffizient

a

-W k g m2 K - s3 K

J m2 h K

Warmedurchgangskoe ffizient

k

spezifische Gaskonstante

R Ri = M

J m2 h K

universelle Gaskonstante

R

Strahlungsaustauschkonstante

C

J R = 8315 kmol K

J m2 kgK-s2K

kg M Molare Masse in -

J kmol K

1 kmol = 1 Kilomol 1 kmol = M kg

kmol

W --w -- kg C,= 5,67 m2K4 s3K4 m2 K4

Grundlegende Formeln

5.2.4 Elektrotechnik

Gr8&

FoFmdzsichca

elektrische Stromstkke

I

Basisgr6Be

A (Ampere)

elektrische Spannung

U

U=ZEAs

V (Volt)

elektrischer Widerstand

R

R

elektrischer Leitwert

G

1 -

elektrische Ladung, Elektrizitiitsmenge

Q

elektrische Kapazitlt

C

elektrische Flusdichte

D

elektrische Feldstiirke

E

R

S (Siemens)

C = As (Coulomb)

lAs=lC

1 Ah = 3600 As

F = -As V (Farad)

C = -Q U

C -

E = -F

Q

C

As

m2 V m

l--=lm2 m2 V kgm 1-=1--m s3A

F A2s4 -=m kgm3

s s2c2 1-=1V kgm3

ws

1 Nmn 1 J = 1 Ws= 1 -

E = % q

Permittivitiit, Dielektrizitatskonstante

&

elektrische Energie

we

magnetische Feldstiirke

(W = Watt)

H

6 elektrische Feldkonstante DielektrizitZitszahl

QU

we=T H=- I 2zr

kgm2 S2

A m

Wb

magnetische FluMchte, Induktion

B

magnetischer HUB

Q,

Induktivitiit

L

T=-kg B=pH

s2 A

T (Tesla) kgm2 s2 A kgm2

Wb=-

L=-- NQ, I

Vs kg 1 -= 1 m2 s2A vs lT=lm2 Wb (Weber) 1 -= m2

kgm2 1 wb= 1 v s = 1 s2 A

H=-

s2 A2

H (Henry)

P=hL Permeabilitiit

CL

magnetische Feldkonstante p, Permeabilitiitszahl

H kgm -=m

s2A2

Vs 1-= Am

1-

kgm s2A2

305

306 Physikcilische

loid

chrniische Grimdlrgm und Urnrechtirrir~stahellen

5.2.5 Hydrostatik

F1

F2

cu

4 s Statik der Flussigkeiten Druck p auf ebene und gewolbte Flachen F p=A

P

F

A

Wirkungsgrad q Reibzahl p zwischen Kolben und Dichtung h‘ 1 - 4 ~ rl=

d2

hl 1+4pdl

Kolbenwege sl, s2 s’=sI($

Wird auf einen geschlossenen Behiilter von auBen Druck ausgeubt, so pflanzt er sich nach allen Richtungen gleichmiiBig fort.

Druckubersetzung

Triebkraft F1 (Kolbenkraft) TI

Fl=-.p

*

dl’ 4

Last F2 (Kolbenkraft)

hydrostatischer Druck p als Folge der Schwerkraft (Schweredruck)

Grundlegende Formeln

Abstand e

Bodenkraft Fh

e=

h2fur Rechtecke 12 Y s

h

F

e=

I m'

I

m'

d2fur Kreisflache 16 Y s

m S2

p g

Dichte Fallbeschleunigung Pabs absoluter Druck Pamb umgebender Atmospharendruck

Auftrieb Fa Fa = V,

*

p*g

V, = verdrangtes Flussigkeitsvolumen

Seitenkraft F, Fs = p g - h, .A = p . g . ys - sin a .A h, = ys - sin ai hS Y s =sin a *

5.2.6 Hydrodynamik

Stromungsgleichungen Reynoldsche Zahl Re

w d p

I, Flachenmoment 2. Grades der gedriickten Flache A, bezogen auf Schwerachse s - s

v q

mittlere DurchfluBgeschwindigkeit Durchmesser bei Kreisrohren Dichte kinematische Zahigkei t dynamische Zahigkeit

307

Kritische Stromungsgeschwindigkeit

Wkr

Umrechnung aus Englergraden in mz/s = (7.32 E - 6,3 I "E) . lo-" in m'/s

V

Umrechnung in "E in cSt V

cst

"E

OE

cst -

N, __ S

m'

m' c

Kinematische Zahigkeit v

1 6,25 11,8 16,7 21,2 25,4 29,6

I I .5 2 2,5 3

3,s 4

v = -rl

4.5 5 5s 6 65 8 10

33,4 37,4 41,4 45,2 49,O

603 76,O

P Machsche Zahl M,

[ (I;rp]

W

M. = c w

c

Stromungsgeschwindigkeit w, im Abstand x von der Rohrachse w, = 2 w . I

Striimungsgeschwindigkeit Schallgeschwindigkeit

Bis Mi, < 0.3 kiinnen die Gase innerhalb dieser Striimung ills nicht komprimiert angesehen werden.

-

V w =A

V = Volumenstrom in m3/s A = Querschnitt in m' Turbulente und laminare Stromung wird durch die Reynolds-Zahl bestimmt.

Umrechnungen der Zahigkeit

Fur Kreisrohr ist Rekr = 2300

fur die dynamische Zahigkeit q das Poise (PI = 1 0 P (Poise) 1 Ns/m' = 1000 cP (Centipoise) I P = 0.1 Ns/m' = 100 cP (Centipoise)

bei Re c 2300:

laminare Stromung, stellt sich auch nach Storungen wieder ein.

bei Re > 2300:

laminare Stromung bleibt nach Storung verloren (turbulent).

fur die kinematische Zahigkeit u der Stokes (St) = 10' St (Stokes) I m'/s 1 St = I O P m'/s = 100 cSt (Centistokes)

bei Re > 3000:

stets turbulente Stromung

Kontinuitats-Gleichung

Grundlegende Formeln

309

Fur Leitungen ohne Hohenunterschied

A1

P W]2 p1 = -

2

= p2

+ -P w*2 2

Gesamtdruck (statischer Druck p + Geschwindigkeitsdruck pw2/2 = Staudruck q) der Fliissigkeit ist an jeder Stelle einer Horizontalleitung gleich groB.

S

S

V m

Messung des statischen Druckes ps Ps = PI =P2+Pgh

m3

S

Volumenstrom Massenstrom

Bernoullische Druckgleichung

Messung des Gesamtdrucks q (Prandlsches Staurohr)

= konstant

p -- 1" bis ca. 17' Anstromwinkel zwischen Rohrachse und Stromungsrichtung.

m S

P w2

Geschwi ndigkeitsdruck

Messung des Gesamtdruckes pg

2

Schweredruck

Pg

= Ps +

(;

w2) q

Staudruck

3 10 Physikolische und chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen

Praktischer Volumenstrom V und Massenstrom m bei Gasen und Fliissigkeiten

V = 0,04

(XEm

D:

I t

P

Volumenstrom V (theoretisch)

fi

V

a,E, m

D,

I

AP

I

PI

m

a, E, m

D,

I

AP

I

PI

2 (PI - P2)

P 2--y

V=

PI - P z = A p "

II

P

I

lI

A

I

P

l 1

Massestrom m (praktisch)

m=a-

fur Staurand nach Prandl (Blende): a = 0,598 0,395 m2

+

a DurchfluBzahl (DIN 1952) m Querschnittsverhaltnis = A2 : A1 Blende

Zl

'

Die DurchfluBzahl a (DIN 1952) ist uber bestimmten Re-Zahlen konstant. Die Expansionszahl E beriicksichtigt Dichteanderungen des Betriebsmediums infolge des Druckabfalls ( E = I fur inkompressible Medien). Die Dichte p, bezieht sich auf den statischen Druck p I vor der Drosselstelle. D, lichte Weite der Rohrleitung bei Betriebstemperatur. Ap = p1 - p2 Wirkdruck.

AusfluRgleichungen Geschwindigkeitszahl cp abhangig von der Zahigkeit der Flussigkeit 9wasser= 0,97 ... 0,99 Kontraktionszahl a beriicksichtigt die Einschniirung des Fliissigkeitsstrahls und die daraus resultierende Verringerung der AusfluBmenge.

P1

' P2

a = 0,6 bei scharfer Kante a = 0,75bei gebrochener Kante

Duse

a

= 0,9 bei kleinem, abgerundeten Radius

Grundlegende Formeln

AusfluBzahl p p=acp

3 11

Geschlossenes Gefain bei konstanter Druckhohe h

p ist abhangig von der Form der Offnung

n

n V=pA

4-7

2 gh+e

m=Vp p = 0,62.:..0,64 = 0,62

... 0,64 S

S

n

n

p = 0,82bei I = 2,5d

p

S

= 0,82 bei 1

A 2,5 d

V m pii

Volumenstrom Massenstrom Uberdruck uber dem Flussigkeitsspiegel

n

n

Dichtebestimmung von Gasen Flieljen zwei Gase oder Fliissigkeiten unter gleichen Bedingungen aus gleichen Gefaoen, so gilt: p = 0,97....0.99 = 0,97

... 0,99

Offenes GefaR bei konstanter Druckhahe h w=cp,/2gh

Offenes GefaR mit sinkendem Flussigkeitsspiegel V=pAw,t

V = p A J2gh

V=pAt

m+m 2

bei volliger Entleerung

V

Volumenstrom

Druckabfall Ap Ap=32

AusfluBzeit

wd’

dynamische Zahigkeit

... 0.02 fur uberschlagige Berechnungen bei Luft, Wasser und Dampf Rohrdurchmesser Rohrlange Rohrreibungszahl

h

= 0,015

d 1

h mittlere Geschwindigkeit w,

Fur turbulente Stromungen

AusfluR unter Gegendruck w = cp ,‘2 g (h, - h?) V = p A ,/2 g (h, - h’)

n

11

h = 0,3 164 Re-’.’’ bis Re 100.000 h = 0,0054 + 0,396 Re-0.3 bis Re 2.000.000 h = 0,0032 + 0,221 bis Re los ... 3,23 - lo6 Rohrreibungszahl A fur rauhes Kreisrohr bei korniger Rauhigkeit 1

h=

[2 lg ( d k ) + 1,141’

!

relative Wandrauhigkeit

d d

Rohrdurchmesser in mm

k

absolute Wandrauhigkeit

Rohrreibungszahl A fur Stahlrohrleitungen

Widerstande in Rohrleitungen = hglatt +

Druckabfall Ap in kreisformigen Rohren A Q = ~ I - PW ~

2d

Rohrreibungszahl A fur glattes Kreisrohr und laminare Stromung (Re < 2300)

64 h=-

Re )7’4 ( l o 5 d)’.’

hglatt + wie fur turbulente Stromungen unrunde Querschnitte Es gelten die Gleichungen fur Kreisrohre mit d = 4 mit a =

Querschnittsflache A benetzter Umfang U

Re

Umstellung auch bei

Ap2d w2 p 1

4wA Re-Zahl: Re = uv

--

(

0,86 lo-’ lg

v

kinematische Zahigkeit

Grundlegende Formeln

3 13

Druckabfall Ap fur Krummer und Ventile P w2 Ap = 6 2

6

Widerstandszahl

Druckabfall Ap in einer Abzweigung Ap =

La

2

Druckabfall Ap im Gesamtstrom nach einer Abzweigung

w2

Dynamische Zahigkeit q, kinematische Zahigkeit u und Dichte p von Wasser

Staudruck q in N/m2 und Geschwindigkeit w in m / s fur Luft und Wasser

.

Luft 15 OC, 1,013 bar = 1,013

N/m2

q

I

9,8

39

49

88

98

157

196

245

294

390

490

W

l

4

8

8,95

12

12,65

16

17,9

20

21,9

25,3

28-3

q

I

9,8

20

29

69

98

128

177

245

490

980

w

I

0,14

0,2

0,28

0,4

0,447

0,5

0,6

0,7

1

1,4

q

I

1.960

2.940

3.920

4.900

7.840

9.800

19.600

20.400

39.200

W

I

2

2,45

2,83

3,16

4

447

6,33

7,73

8,95

Wasser

Wasser

3 1 4 Physikdische und chernische GrundluRen und UmrechnuriRstabellen Absolute Wandrauhigkeit k

RohrwerkstoW Innenoberfliiche

absolute Rauhigkeit k

inmm Nichteisen-Rohre Gezogene Rohre aus Buntmetallen, Glas, Kunststoffen und Leichtmetallen

0

... 0,0015

Betonrohre Glattstrich roh

0,30 ... 0,80 1,OO ... 3,OO

Asbestrohre Asbestzementrohre

0,lO

Stahlrohre Gezogene Stahlrohre feingeschlichtete, geschliffene Innenflache geschlichtete Innenflache geschruppte Innenflache

0,Ol

... 0,05

bis 0,Ol 0,Ol ... 0,04 0,05 ... 0,lO

GeschweiJte Stahlrohre, handelsubliche Gute neu nach Gebrauch - gereinigt miifjig verrostet, leicht verkrustet stark verkrustet

0,05 ... 0,lO 0,15 ... 0,20 bis 0,40 bis 3,OO

GuJeiserne Rohre Innenflache bitumenbeschichtet neu nicht beschichtet angerostet verkrustet

0,12 0,25 .., 1,OO 1,OO ... 130 1,50 ... 3,OO

-

Widerstandszahlen & fur plotzliche Rohrverengungen Querschnittsverhaltnis

Ventilart

DIN-Ventil

c+

471

% -:;' 372

RheiVentil

KoswaVentil

FreifluBVentil

Schieber

277

275

0,6

0,05

Grundlegende Formeln 3 15

Widerstandszahlen C von Leitungsteilen Kriimmer

7 GuBkriimmer DN m m

50

100

200

300

400

500

t;

1,3

1,5

1,8

2,l

2,2

2,2

6

22,5"

30"

45"

60"

90"

glatt I

rauh

I

6 6

-

0,11

0,07 I

I

1

I

0,11

I

0-17

I

0,24 0,32

I

1

0,47 0,68

1,23

1,67

2,37

3,77

d glatt

6

0,16

0,16

0,14

0,16

rauh

(

0,30

0,28

0,26

0,24

I

1

1,13

1,27

1

-

d

6 6

glatt

rauh

0,71

0,943

1,174

1,42

1,86

2,56

6,28

0,51

0,35

0,33

0,28

0,29

0,36

0,40

0,51

0,41

0,38

0,38

0,39

0,43

0,45

Warmwasser-Heizungen Bogenstuck 90" Kniestuck 90" in0 m dm

5

v.w

I

14

1.2

v-v,

1

20

6 = 45"

v-v,

25

I

34

I

39

I

49

1,l

0,86

0,53

0,42

0,51

v,

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0,95

0,88

0,89

0,95

1,10

1,28

0,04

-0,08

-0,05

0,07

0,21

0,35

0,9

0,66

0,47

0,33

0,29

0,35

0,04

-0,06

-0,M

0,07

0,20

0,33

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-1,l

-0,4

0,l

0,47

0,72

0,9

0,04

0,17

0,3

0,4

0,5

0,6

0,9

-0,37

0

0,22

0,37

0,38

0,05

0,17

0,18

0,05

-0,2

-0,57

V

6 = 90"

I

6 6 6 6

vw

va

V

6 = 90" 6 = 45"

6 6 6 6

Allgemeine Tabellen 3 17

5.3 Allgemeine Tabellen Einheitenumrechnungstabelle I (Liter) I I I I I 1/1 1/1 I/t I/t

gallon (englisch) gallon (amerikanisch) pint (englisch) pint (amerikanisch)dry measure quart (amerikanisch) quarter (englisch) gallon (englisch)/cubic foot gallon (amerikanisch)/cubic foot gallon (englisch)/long ton gallon (amerikanisch)/netton

0,2201 0,26418 1,7621 1,816 1,0567 0,003439 6,2281 7,4805 0,22363 0.23965

Ib. siehe pound

1016,047

long ton (englisch)

3,2808 39,37 1,0936 0,0002471 1 10,7639 1550 1,19399 6,2989 35,3165 61025 1,308

m m m m2 m2 m2 m2 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3/kg m3/t m3/t

foot inch yard acre square foot square inch square yard barrel (petroleum barrel) cubic foot cubic inch cubic yard gallon (englisch) gallon (amerikanisch) pint (englisch) pint (amerikanisch) dry measure register ton cubic foot/pound (Av.) cubic foot/long ton cubic footlnet ton

mile (nautical) mile (statute)

km km

1,8532 1,60935

B.Th.U. foot pound h.p.h.

0,009 7,2330 0,000003653

inch pound (Av.)/square inch

0,03937 0,0193368

mm mm Hg. net ton = short ton (amerikanisch)

220,1

264,18 1 762,l 1816 0,3532 16,0185 35,883 32,036

907,185

3 18 Physikalidw

irrici

chemische Grirridlqqeri irnd Unirechriutig,stcihellet~

Metrisch 1m = 10 dm = 100 cm = 1000 mm; 1000 m = 1km

m dm cm mm

= = = =

Grosbritannien und USA 1Zoll (inch, in.) = 1" = 25,4 mm 1FuB (foot, f&.) = 1' = 12" = 0,305 m 1yard (yd.) = 3' = 3 6 = 0,914 m (12 yd. = 11m) 1statute mile (Landmeile) = 1,609 km 1 nautical mile (internationale Seemeile) = 1,852 km

1mm 1m lm 1 km 1 km

= 0.0394" = 3.28'

ung.

Metrisch 1m2 = 100 dm2 = 10000 cm2 = 1000000 mm2 1 km2 = 100 ha = 10000 a = 1000000 m2 Grosbritannien und USA 1Quadratzoll (square inch, sq.in.) = 6,45 cm2 1QuadratfuB (square foot, sq.ft.) = 144 sq.in. = 0,0929 m2

Raum

Meter Dezimeter Zentimeter Millimeter

= 1.094yd. = 0.621 stat.mile = 0.540 naut. mile

m2 = dm2 = cm2 = mm2 = 1 km2 = ha = a =

Quadratmeter Quadratdezimeter Quadratzentimeter Quadratmillimeter Quadratkilometer Hektar Ar

1cm2 = 0.155 sq.in. 1m2 = 10.764 sq.ft.

= Kubikmeter = Kubikdezimeter

Metrisch 1 m3 = 1000 dm3, 1I = 1000 cm3, 1dm3 = 1 I, 1hl = 100 I 11 = 1,000028 dm3(physikalisch)

m3 dm3 cm3 I hl

GroBbritannien und USA 1 Kubikzoll (cu.in.) = 16,39 cm3 1 KubikfuB (cu.ft.) = 28,32 dm3

1dm3 = 61.02 c u h . 1m3 = 35.32 cu.ft.

Nur Groebritannien 1Engl. Gallone (Imp.gal.) = 4,546 dm3

1dm3 = 0.22 Imp.gal.

Nur USA 1U.S.-Gallone (U.S.gal.) = 3,785 dm3(5 Imp.gal. = 6 U.S.gal.) 1U.S.-oil-barrel = 42 U.S.-gal. = 1,59 hl

1dm3 = 0.264 U.S.gal. 1hl = 0.629 U.S.-oil-barrel 1I

= Kubikzentimeter = Liter = Hektoliter

= 0.264 U.S.gal.

Metrisch 1m3/h = 16,7 Vmin = 0,278 I/s 1000 Vmin = 16,7 I/s = 60 m3/h 1I/s = 3,6 m3/h Nur Grosbritannien 1 Imp.gal. per min. = 11mp.g.p.m. = 0,273 m3/h = 0,0758 I/s

1m3/h= 3.66 1mp.g.p.m. 1I/s = 13.2 1mp.g.p.m.

Nur USA 1U.S.gal per min. = 1U.S.g.p.m. = 0,227 m3/h = 0,063 I/s 1cu.ft. per sec. = 1cusec = 102 m3/h

1 m3/h= 4.4 U.S.g.p.m. 1I/s = 15.9 U.S.g.p.m. 1m3/h= 0.00981 cusec

Allgemeine Tabellen 3 19

In foot foot pound (Av.) foot pound (Av.) foot pound (Av.)/sec. foot pound (Av.)/sec. foot ton (englisch) foot ton (amerikanisch)

g/cm3

gallon (englisch) gallon (amerikanisch) gallon (englisch)/cubicfoot gallon (amerikanisch)/cubic foot gallon (englisch)/min gallon (amerikanisch)/min gallon (englisch)/ min gallon (amerikanisch)/min gallon (englisch)/long ton gallon (amerikanisch)/ net ton gallon (eng1isch)hquareyard gallon (amerikanisch)/square yard

m Joule Nm PS (alte Einheit) Watt Nm Nm

0,3048 1,3551 0,013825 0,0018434 1,3551 30,97 27,65

dram grain (Av. und Troy) ounce (Av.) ounce (Troy) pennyweight pound (Av.) pound (Troy)

0,5645 15,43236 0,035274 0,03215 0,64301 0,0022046 0,002769

pound (Av.)/cubic foot

62,42

grainlgallon (englisch) grainlgallon (amerikanisch) pound (Av.)/gallon (englisch) pound (Av.)/gallon (amerikanisch)

70,115 58,416 0,010017 0,008345

grainlcubic foot

0,43701

I I 1/1 1/1 m3/h m3/h I/s I/s I/t I/t l/m2 l/m2

4,546 3,7854 0,16045 0,13368 0,273 0,227 0,0758 0,063 4,471 8 4,1727 5,4340 4,5273

grain (Av. und Troy) grainlcubic foot grainlgallon (englisch) grain/gallon (amerikanisch) horse power (h.p.) horse power (h.p.) horse power (h.p.) horse power (h.p.)

0,064798 2,2883 0,014262 0,0171 19 kcah kw mkg/s PS (aRe Einheit)

0,1782 0,7453 76,042 1,0139

320 Physikdischr und chernische Grundlagen und U~nrechnunRstnbellen

In hundredweight (cwt.)

50,8024

inch inch Hg inch Hg inch water inch water

mm Atmosphare phys. (Atm) Atmosphare techn. (at) Atmosphare phys. (Atm) Atmosphare techn. (at)

Joule

foot pound (Av.)

0,7398

B.Th.U. horse power (h.p.) therm B.Th.U./pound (Av.) therm/long ton therm/net ton B.Th.U./square inch B.Th.U.1 cubic foot B.Th.U./long ton B.Th.U./net ton

3,9683 5,6142 0,000039667 1,8001 0,040303 0,035985 0,0025604 0,11237 4,0323 3,6001

kcal kcal/s kcal kcallkg kcal/kg kcal/kg kcal/m2 kcal/m3 kcal/t kcal/t

(alte Einheit) (alte Einheit) (alte Einheit) (alte Einheit) (alte Einheit) (alte Einheit) (alte Einheit) (alte Einheit) (alte Einheit) (alte Einheit)

hundredweight (cwt.) long ton (englisch) net ton (amerikanisch) ounce (Av.) ounce (Troy) pound (Av.) = Ib. pound (Troy) = Ib.

25,4 0,03342 0,034534 0,0024583 0,002541

0,019684 0,0009842 0,0011023 35,274 32,151 2,20462 2,67923

Ncm Nm Nm2 Nm3 Nm3 N/t N/t

pound (Av.)/inch pound (Av.)/foot pound (Av.)/square foot pound (Av.)/gallon (englisch) pound (Av.)/gallon (amerikanisch) pound (Av.)/long ton pound (Av.)/net ton

0,55997 0,067197 0,020482 0,0010017 0,0008345 0,224 02

km km

mile (nautical) mile (statute)

0,53961 0,62137

kW kWh kWh kWh

horse power (h.p.) kcal foot pound (Av.) horse power hour

I (Liter) I I

bushel (englisch) bushel (amerikanisch) cubic foot cubic inch

I

1,3406 860.38 2,6567 lo6 1,3418

-

0,0275 0,028378 0,035315 61,0240

Allgemeine Tabellen

Metrisch (Formelzeichenm) 1kg = 1000 g, 1 g = 1000 mg, 1t = 1000 kg

kg g mg t

Gro6britannienund USA 1pound (Ib.) = 16 ounces (02.) = 0,454 kg 11 hundredweight (cwt.)= 112 Ib. = 50,8 kg 1 long ton (englisch) = 20 cwt.= 1,016 t 1short ton = 1 net ton (amerikanisch) = 18 cwt. = 0,9072 t

1 kg = 2.205 Ib. 1 kg = 0.0197cwt. 1t = 0.984 long ton

Metrisch (Formelzeichen p) 10 N/cm2=1bar,= 100.000 N/m2=10 m WS/4 O C = = 1bar = 735,56Torr (mm Hg bei O O C )

32 1

= Kilogramm =Gramm = Milligramm = Tonne

Pascal

Groebritannien und USA 1 Ib. per sq.in. = 1psi. = 0,704 N/cm2

1 N/cm2= 1.42 psi.

Sol1 zum Ausdruck gebracht werden, daR ein absoluter Druck bzw. ein psia bzw. psig. uberdruckvorliegt, schreibt man: bar,

-

Metrisch (Formelzeichen M) 1 Nm = 100 Ncm

M = Nm =

FI kgm2 S2

Gro6britannienund USA 1 pound-foot (1b.R) = 1,38 Nm

Metrisch (Formelzeichen J) 1J = kgm2 S2

lJ=lNm=lWs W =Fs

M = KraftmalUnge Nm = Meternewton N cm = Zentimetemewton

Nm = 0.7231fb.R

Fs

= Kraft ma1 Sekunde = Watt Ws = Wattsekunde Nm = Newtonmeter J = Joule PSh = Pferdekraftstunde(alt) kWh = Kilowattstunde

322 Physikalische irrid chernische Grimilugert und Urnrechnungstcibe1len UmrUn0lrn.n

In

ounce (Av.) ounce (Troy)

9 9

pennyweight

9

pint (englisch) pint (amerikanisch) dry measure

muMpllrknn mfi 28,3495 31,1035 1,55517 0,568 0,5506

pound (Av.) pound (Troy) pound (Av.)/cubic foot pound (Av.)/cubic inch pound (Av.)/gallon (englisch) pound (Av.)/gallon (amerikanisch) pound (Av.)/inch pound (Av.)/long ton pound (Av.)/net ton pound (Av.)/squarefoot pound (Av.)/squareinch pound (Av.)/square inch pound (Av.)/square inch

kg kg g/cm3 = kg/l kg/cm3 g/l g/l kg/cm kg/t kg/t kg/m2 Atmosphare techn. (at) Atmosphare phys. (Atm) mm Hg

0,4535924 0,37324 0,016019 0,02768 99,832 119,83 0,17858 0,44643 0,5 4,8824 0,070307 0,068046 51,7149

PS (alte Einheit) PS (alte Einheit) PS (alte Einheit)

B.Th.U./sec. foot pound (Av.)/sec. horse power (h.p.)

0,6972 542,s 0,9863

quart (amerikanisch) dry measure quarter (englisch) quarter (englisch) quarter (amerikanisch)

1,1012 290,94 12,70 11,34

register ton rod (pole)

2,831 6 m

5,0292 907,185

short ton = net ton (amerikanisch) square foot square inch square yard

m2 cm2 m2

0,092903 6,451 63 0,83613

t t

long ton (englisch) short ton = net ton (amerikanisch)

0,98421 1,10231

therm therm/long ton (englisch) therm/net ton (amerikanisch)

kcal (alte Einheit) kcal/kg (alte Einheit) kcal/kg (alte Einheit)

Watt

foot pound (Av.)/sec.

0,7375

yard

m

0,9144

Av. = Avoirdupois (Handelsgewicht) Troy = Apotheker-,Juweliergewicht

25210 24,274 27,79

Allgemeine Tabellen

bar (N/cm2) bar (N/cm2) bar (N/cm2)

inch Hg inch water pound (Av.)/square inch

barrel (englisch) barrel (petroleum barrel)

m3 m3

B.Th.U. B.M.U./sec. B.Th.U./sec.

Nm kw PS (alte Einheit)

28,958 393,55 14,2233 0,1637 0,15876 10,756 1,0548 1,4344 36,368 35,238

bushel (englisch) bushel (amerikanisch) Oc

OF

OC * 1,8 + 32

chain

m

20,1169

cm cm2 cm2 cm3 cm3

inch square foot square inch cubic foot cubic inch

cubic foot cubic foot cubic foot/long ton cubic footlnet ton cubic foot/pound cubic inch cubic yard

I m3 m3/t m3/t m3/kg cm3

m3

0,3938 0,001 076 0,155 0,000035314 0,061023 28,3168 0,028317 0,027869 0,031 215 0,062428 16,3872 0,76455

cwt. siehe hundredweight dram

Av. = Avoirdupois (Handelsgewicht) Troy = Apotheker-,Juweliergewicht

1,772

323

324

Physiktrlische und chemische Gricridlageri itnd UnirechnunRstabelle~i

-ng Metrisch (Formelzeichen P)

kW PS

Grosbritannien und USA 1 horse power (h.p.) = 1,014 PS = 0,746 kW (1 h.p. = 33000 ft.lb./min.)

lw=

J

1S

= Kilowatt

= fferdestdrke (ah)

1kW = 1PS =

1.340 h.p. 0.986 h.p. (alt) = 542.5 ft.lb./sec

= INm S

P = Leistung in Watt W = Watt (Fs) t = Zeit (Sek., Min., Std.)

Der Leistungsbedarf einer angetriebenen Maschine wird, im Gegensatz zur verfugbaren Motorleistung, oft bezeichnet mit: Brake horse power (b.h.p.)

Ikag.nkrr

Gefrkrpunkt

Sidepunkt desVWmrs

0%

1OOOC 373 K 212 OF

Celsius (OC) Kelvin (K) = ,,absolute Temperatur" Fahrenheit (OF) = Deg. F

273 K 32 OF

Umrechnung K = OC 273 9 OF = - OC+32 5

+

1 K-Grad = 1 C-Grad 9 F-Grade = 5 C-Grade

OC = K - 273 5 O C = - (OF- 32) 9

wMetrisch (Formelzeichen Q)

AQ=mcA6 A Q = A u -A W

u = spezifische Innen-Energie 0 = Temperatur in Co c = spezifische Wdrmekapazitdt J = kgm2 S2

GroSbritannien und USA 1 BritishThermal Unit (B.Th.U.) = 0,252 kcal (alt) 1 BritishThermal Unit per pound (B.Th.U./lb.) = 0,556 kcal/kg (ah) 1B.Th.U. per square inch (B.Th.U./sq.in.) = 390,6 kcal/m2 (alt)

1 kcal = 3.968 B.Th.U. 1kcal/kg = 1.8 B.Th.U./lb. 1kcal/m2 = 0.00256 B.Th.U./sq.in.

Nur Grosbritannien 1B.Th.U. per Imp. gallon (B.Th.U./lmp.gal.) = 0,0554 kcalll (a#)

1 kcal/l

= 18.04 B.Th.U./lmp.gal.

Nur USA 1 B.T.U. per U.S. gallon (B.T.U./U.S.gal.) = 0,0666 kcal/l (alt)

1 kcal/l

= 15.015 B.Th.U./U.S.gal.

Metrisch (Formelzeichen) p

p=

v

=

m3

GroSbritannien und USA 1pound per cubic-foot (Ib./cu.ft.) = 0,01602 kg/dm3 Bei chemischen FlUssigkeiten wird die Dichte zuweilen noch in Baum6-Graden der rationellen Baume-Skala angegeben.

1kg/dm3 = 62.43 Ib/cu.ft. = Masse (in g, kg,Tonne) m v = Volumen P = Dichte

Allgemeine Tabellen 325

-

Ltlngen-Umrechnungstafel inch mm -- ----vm .MI atla m- am rsor 4 s rrm w4

- -- - -

-- ---

25.4 50,8 76.2 101,6 127,O

1.6 27.0 52,4 77,8 103.2 128,6

32 28,6 54,O 79,4 104,8 130,2

4.8 303 55,6 81,O 106,4 131,8

6.4 31.8 57,2 82,6 108,o 133,4

7.9 33.3 5897 84,1 109,5 134,9

60,3

14.3 39.7 65,l

85,7 111,l 1365

152,4 177,8 203,2 228,6 254,O

154,O 179,4 204,8 230,2 255,6

155,8 181,O 206,4 231,8 257,2

1573 182,6 208,O 233,4 258,8

158,8 184,2 209,6 235,O 260,4

1603 185,7 211,l 236.5 261,9

279,4 304,8 330.2 355,6 381.0

281,O 306,4 331,8 357.2 382,6

282,6

284,2

285,8

287,3

333,4 358,8 384.2

335,O 360,4 385A

3366 382,o 387,4

406.4 431.8 4573 482.6 608.0

408.0 433.4 4sS.8 484.2 509.6

409,6 435,O 460.4 485.8 511.2

411,2

533.4 5sS.8 584.2 609,6 635,O

535,O 560,4 585,8 611,2 636,6

536.6 582,O 587,4 612,8

660,4 685,8 711,2 736,6 762,O

662,O 687,4 712,8 738,2 763,6

787,4 812,8 838,2 883,6 889,O

789,O 814,4 839,8 865,2 890,6

93,7 119,l 144,5

20,8 460 71,4 9618 122,2 147,8

22.2 23,8 47,6 49.2 74,6 73,O Q8,4 100,O 123,8 125,4 149,2 150,8

169,9 1953 220,7 246,l 271,5

171,5 196,9 222,3 247,7 273,l

173,O 198,4 223,8 249,2 274,6

174,6 200,O 225,4 250,8 2763

296,9 322,3 347,7 373,l 396,Q 398,5

298,5 323,9 3493 374,7 400,l

300,O 301,6 303,2 325,4 350,8 376,2 401,s

327,O 352,4 377,8 4032

328,6 354,O 379,4 404,8

4223 447.7 473.1 498.5 523.9

423,9 449B 474.7 soO.1 525.5

425,5 450,9 476.3 501,7 627.1

427.0 452.4 477.8 528.6

426,6 454.0 479.4 504,8 530.2

430.2 455.8 401.0 506,4 531.8

549.3 574.7 e00,l 6255 W,9

550.9 576.3 601.7 627,l 652,5

552.5 577.9 628,7 654,l

554.0 579.4 604,8 630,2 655,6

555,6 581,O 6064 631,8 657,2

5573 582.6 608.0 633,4 658,8

115,9 141,3

161,9 1873 212,7 238,l 263,5

1667 192,l 217,5 242,9 268,3

168,3 193,7 219,l 244,5 269,Q

293,7 319,l

388,9

288,9 3143 339,7 365,l 3x45

414.3 439,7 483.6 465.1 489.0 490.5 514.4 515.9

415.9 441.3 466.7 492.1 517.5

420.7 4461 471.5 498.9

5383 539.8 541.3 542.9

308,O 309,6 311,2 312.7 338,l

3833

412.8

4368 -2 462.0 487.4 512.8

3443 369,9 3953

522.3

W'B

19'1 44.5 698 95,3 120,7 146,l

15.9 4l,3 667 92,l 1173 1428

9.5 34.9

7t8

17,5 42.9

683

2953 320,7 346,l 371,5

5032

176,2 201,6 227,O 252,4 277,8

563.6 589,o 614,4 639,8

5653 590.6 616,O 641,4

566.7 592.1 617,5 642,9

568.3

6443

547.7 573.1 Ws5 623,9 6493

663,6 689,O 714,4 739,8 7652

665,2

666,8 692,2 717,6 743,O 768,4

668,3 693,7 719,l 7443 769,9

669,9 695,3 720,7 746,l 7713

674,7 700,l 725,5 7m,9 7763

676,3 701,7 727,l 752,5 777,9

677,9 703,3 728,7 754,l 779,5

679,5 704,9 7303 755,7 781,l

681,o 706,4 731,8 757,2 782,6

682,6 708,O 733,4 7548 784,2

684,2 709,6 735,O 760,4 765,8

790,6 816,O 841,4 866,8 892,2

792,2 817,6 W,O 868,4

783,8 819,2

7953 820,7 846,l 871,5 896.9

7969 822,3 847,7 873,l 898,5

801,7 827,l 852,5 877,9

803.3

804,9 830,3 855,7 881,l 908,5

808,5 8318 857,3 882,7

808,O 833,4 858,8 884,2 909,6

809,6 835,O 860,4 885,8 911,2

811,2 836.6 862,O 887,4 912,8

916,O 917,6 919,2 941.4 943,o 944.6 965.2 966.8 968,4 970,O 990.6 992.2 993,8 995,4 I016.0 1017.6 I0192 t m,e

920,8 922,3 9462 947,7 971.6 973.1 997,O 9983 1022,4 1023.9

923,9 9493 974.7 lOO0,l I025.5

1041,4 066.8 0923 117.6 1 143.0

1043.0 1068.4 1093.8 lll9,2 1144.6

1044,6 l070,O I095,4 I 120.8 I 146,2

I0462 1047.8 I049,3 Ioso.9 1071,6 1097.0 t 122.4 1147,8

1073.2 1W , 6 1124,O 1149,4

1074.7 Ilo0.l I 125.5 I 150.9

I078.3

168,4 193.8 219.2 244.6 270,O

1170,O 1195,4 1220,8 12462 1271,6

1171,6 I 197,O I222,4 1247,8 1273,2

1 1733 l198,B I224,O I249,4 1274,8

1174,8 1200,2 1225,6 1251,O 12764

I 176,3 I201,7 I227,l I252,5 I277,9

716,O 741,4 7668

844# 870,O

893,8 895,4

914,4 939,8

593,7 619,l

9033

828,7 854,l 879,5 9048

928,7 9303 931,9 933,5 935,O 954.1 955,7 9574 Q W 9 960,4 979,5 981,l 90297 98493 985.8 1004.9 1006.5 lo08,l I009,7 1011,2 1030.3 Io31.9 l033,5 1035.1 I030,6

1101,7 1127.1 1152.5

I055,7 1081.1 IlOe.5 1131.9 I 157.3

I0573 1082.7 llo8.1 1133.5 I 158.9

I 177,9 I2033 I228,7 1254,l I2793

I 182,7 1208,l I233,5 I258,9 I2843

I1843 1853 I 187,5 I 189,O 1209,7 211,3 I212,9 1214,4 1235,l 238,7 I2383 I239,8 I260,5 262,l I263,7 I265,2 12859 287,5 1289,l I2=,8

936,6 938,2 962.0 963,6 987.4 989,o 1012.8 1014,4 1038.2 l039,8

l W 9 IoeO.5 1082.0 1063.6 l084,3 Io8s,9 I087,4 losS.0 1109.7 1111.3 1112,8 1114.4 ll3s.l 1138.7 1138.2 1139.8 160.5 1102.1 Il63,6 1165,2 1190,6 1216,O 1241,4 1266,8 1292,2

10852 losO,6 1116,O 1141,4 11068 1192.2 1217,8 1243,O 1268,4 1293,8

326 Physik~rlischeitnd chemische Gruncllagen urid Utnrechtiiingstcrhelleti

-

Langen-Umrechnungstafel inch dezimal- mm mm 1 164 1 132

3/64 1/16 5/64 3/32 7/64 1 I8

9/64 5/32 11/64 3116 13/64 7/32 15/64 114 17/64 9/32 1 9/64

5116 21 164 11/32 23/64 318 25/64 13/32 27/64 7116 29/64 15/32 31/64 112 33/64 17/32 35/64 9116 37/64 19/32 39/64 518 41/64 21/32 43/64 11/16 45/64 23/32 47/64 314 49/64 25/32 51164 13116 53/64 27/32

I

55/64 718 57/64 29/32 59/64 1511 6 61164 31I32 63/64 1

.015625 .03125 .046875 .0625 .078125 .09375 .lo9375 ,125 ,140625 .15625 .171875 .la75 .203125 .21875 .234375 .25 .265625 .28125 .296875 .3125 .328125 .34375 .359375 .375 ,390625 .40625 .421875 .4375 .453125 .46875 .484375 .5 5 1 5625 .53125 .546875 .5625 .578125 .59375 .609375 .625 .640625 .65625 .671875 .6875 .703125 .71875 .734375 .75 .765625 .78125 .796875 .8125 .828125 .84375 .859375 .875 .890625 .go625 .921875 .9375 .953125 .96875 .984375

1 .o

I

0,39688 0,79375 1,19063 1.58750 1,98438 2,38125 2,77813 3.17501 3,57188 3,96876 4,36563 4,76251 5,15939 5,55626 5,95314 6.35001 6,74689 7,14376 7,54064 7,93752 8,33439 8,73127 9,12814 9,52502 9.92189 1 OI31877 10,71565 1 1.1 1 252 1 1,50940 1 1,90627 12,30315 12,70003 13,09690 13,49378 13,89065 14.28753 14,68440 15,08128 15,47816 15,87503 16,27191 16,66878 17,06566 17.46253 17,85941 18,25629 18,65316 19.05004 19,44691 19,84379 20,24067 20,63754 21,03442 21.43129 21I82817 22.22504 22,62192 23,01880 23,41567 23,81255 24,20942 24,60630 25,00318 25,40005

Allgemeine Tabellen 327

Reinraumklassen

LUftungsart

mittlere Luftgeschwindigkeit m/s

Reinstmedien in der Halbleiter-lndustrie

I CHEMIKALIEN I PFAund WDF GAS

I DI-WASSER

I

Edelstahl (elektrolytisch und chemisch poliert) WDF und PFA nur bedingt einsetzbar

I WDFund PFA

I

Reinraum-Klassen 1,2,3, usw. nach DIN-Richtlinien 2083; 1,10,100, usw. nach US Federal Standard 209 b (c). Die sauberste Klasse 1 l86t gerade 1 Staubkdrnchen ZU. Die unreinste Klasse 100000 bzw. 6 ist kaum besser ais ungefllterte Raumluft, wobei als Volumen-Einheitder amerikanische Kubikfu6 1 f f 28,3 dm3bzw. Liter zugrunde liegt.

-

Partikel-Grl)fkn 0,5 pm waren bisher die .Killerpartikel" 0,lpm ist der derzeitige Grenzwert 0,05 bis 0,03 pm ist das zukUnftige Ziel.

M e n lnvestitionskosten pro m2Reinraum Betriebs- und Instandhaltungskosten pro m2im Jahr

IJ

15.000,-DM

FJ

1.1 00,- DM

328

Physiknlische und chemische Grundltigrn und Uinrrch~~unRsrubrlleii

pH-Wert

Negativsr dekadischer Logarithmus der Wasserstoff-lonenkonzentrationin wllOrigen Ma6 fur den sauren, neutralen oder basischen Charakter eines Elektrolyten,durch lndikatoren rnittels Farbumsclag oder elektrisch me6bar.

lndikatoren Name

Farbumschlag

Dimethylgelb Methylorange Methylrot Lackmus Phenolphthalein Thymolphthalein Alizaringelb

rot - gelb rot - orange rot - gelb rot - blau farblos - rot farblos - blau gelb - orangebraun

3,O ... 4,4 4,2 ... 6,3 5,O ... 8,O 8,2., .10,0 9,3.. .10,5 10,l ...12,l

Einheit

Bezeichnung

ErkMrung

DN

mm

Diameter nominal

Nennweite

PN

bar

Pressure nominal

maximal zulassiger Druck

Wasser

DH

Deutscher Hdrtegrad

1DH entspricht 7’15 mg Kalziumionen in 1 Liter Wasser 0- 4 sehrweich 5 - 8 weich 9 12 mittelhart 13 18 ziemlich hart 19-30 hart Ober 30 sehr hart

Symbol

-

m3/h

Ventilkennwert DruchfluBmengein Hektoliter gemessen mit H,O bei 2OoC und A p 1 bar absolut

Durch unterschiedliche technische und konstruktive Merkmale von Ventilen und Armaturen, ist es notwendig eine einheitliche Bemessungsgrundlage (Kv-Wert)zu ermitteln Kv

Q = -

Q

= K V x 6

Ap

=

6

(%)2 -

G

Gall./h

Ventilkennwert CoefficientValue

UmrechnungsfaktorGallonslh in m3/h 1C,=Kv~1,17 lK,,=C,xO,86

Q

m3/h

Volumendurchflu6 gemessen mit H,O bei 20% und Ap max.

maximalerVolumendurchflu6 in Abhangigkeit max. erreichbarer Druckdifferenz A p

Qn

m3/h

Volumendurchflufl gemessen mit H,O bei O°C (273 K) und Druck 0,76 bar abs. (760 mm HG)

maximalerVolumendurchflu6 in Abhdngigkeit max. erreichbarer Druckdifferenz A p

mm

FIOssigkeitssdule Hg = Hydrargyrum

Dient als Luftdruck unabhtlngige Druckkonstante zur Berechnung innerhalb geschlossener Behalter und Systeme

Quecksilbersaule

Allgemeine Tabellen

IP=Schutzarten:BerUhrungsl, Fremdkarper=und Wasserschutz fUr elektrische Betriebsmittsl

-T

Benennung DIN-Nummer Kennbuchstaben E m mnziffar

d0hUbp.d-d-

0

Kein besonderer Schutz.

,

Schutz gegen Eindringenvon festen FremdkOrpern mit einem # > 50 mm ( g r o k FremdkOrper)." Kein Schutz gegen absichtlichen Zugang, z. B. rnit der Hand, jedoch Fernhalten grokr Kdrperfldchen. Schutz gegen Eindringenvon festen FremdkOrpernrnit einem # >12 mm (mittelgrok FremdkOrper)?' Fernhaltenvon Fingern oder dhnlichen GegenstBnden. Schutz gegen Eindringenvon festen FremdkOrpern mit einem # > 2,5 mm (kleine FremdkOrper)!'2' Fernhaltenvon Werkzeugen, Drdhten oder dhnlichem von einer Dicke grO6er als 2.5 mm. Schutz gegen Eindringenvon festen FremdkOrpernrnit einem # > 1 mm (kombrmige FremdkOrper)."*) Fernhaltenvon Werkzeugen, Drdhten oder dhnlichem von einer Dicke grOl3er als 1mm. Schutz gegen schadliche Staubablagerungen. Das Eindringenvon Staub ist nicht vollkommen verhindert, aber der Staub darf nicht in solchen Mengen eindringen, da6 die Arbeitsweise des Betriebsmittelsbeeintrdchtigt wird (staubgeschOtzt):' VollsMndiger BerOhrungsschutz. Schutz gegen Eindringen von Staub (staubdicht). Vollstdndiger BerUhrungsschutz. Be1Betrlebsmlttelnder Schutzgrade 1 bis 4 sind gleichmllOig oder ungielchm8Olg geformte FnmdkOrper mlt 3 eenkrecht zueinander stehenden AbmessungengrOBer als die entsprechenden Durchrne88er-Zahlenwrteam Elndrlngengehlndert. For die Schutzgrade 3 und 4 falit die Anwendung dleeerlabelle auf Betriebrmlttel rnit AbfluOlOchern oder KOhliuftOlfnungenIn die Verantwortung des jewelis zustendlgen Fachkomitwr. 3, Far den Schutzgrad 5 fllllt die Anwendung dleserTabeile auf Betrlebrrnlttelmit AbfluOlbchem In dle Verantwottungden jewells zustllndlgen Fachkomitees. ')

Zweite Kennziffer

0

ger)luhgndwKein besonderer Schutz. Schutz gegen tropfendes Wasser, das senkrecht fdllt. Es darf keine schadlicheWirkung haben (Tropfwasser). Schutz gegen tropfendes Wasser, das senkrecht ftlllt. Es darf bei einem bis zu 1 5 O gegenOber seiner normalen Lage gekippten Betriebsmittel (Gehduse) keine schadliche Wirkung haben (schrdgfallendesTropfwasser). Schutz gegen Wasser, das in einem beliebigenWinkel bis 600 zur Senkrechten fallt. Es darf keine schadliche Wirkung haben (SprOhwasser). Schutz gegen Wasser, das aus allen Richtungengegen das Betriebsmittel (Gehause) spritzt. Es darf keine schtldlicheWirkung haben (Spritzwasser). Schutz gegen einenWasserstrahlaus einer Dose, der aus allen Richtungen gegen das Betriebsmittel (Gehduse) gerichtet wird. Es darf keine schtldlicheWirkung haben (Strahlwasser). Schutz gegen schwere See oder starken Wasserstrahl. Wsser darf nicht in schddlichen Mengen in das Betriebsmittel(Gehduse) eindringen (Llberfluten). Schutz gegen Wasser, wenn das Betriebsmittel (Gehduse) unter festgelegten Druck- und Zeitbedingungen in Wasser getaucht wird. Wasser darf nicht in schlldlichen Mengen eindringen (eintauchen).

111

~~

~~

Das Betriebsmittel (Gehduse) ist geeignet zum dauemden Untertauchen in Wasser bei Bedingungen, die durch den Hersteller zu beschreiben sind (untertauchen)."

'I Dieser Schutzgrad bedeutet normalemelse ein luftdlcht vemhlo8aenes Betrlebwnlttel. Be1bestlmmtenEetriebemlttelnkann jedoch Wanner elndrlngen.sofern (N kelne schlldllche Wirkung hat

329

330 Phy.tiXali.whe uiid chemisclre Gluadlagerr wid Umrec.h,tunastabell4n~~ell~it

Schutzbeschaltung nach DIN 19 234 NAMUR Ersatzwiderstanddes Naherungsschaltersvon 360 bis 1000 Ohm entspricht. Bei einer Vorzugs-Stromversorgung nach Punkt 1ist das ein Strombereich von 6,O bis 7,45 mA.

Die DIN 19 234 NAMUR Schahngs-Empfehlung Die DIN 19234 legt die technischen Daten der Schnittstelle zwischen einem Naherungsschalter nach NAMUR (allgemeiner Begriff: elektrischer Wegfilhler) und einem elektronischenVerstarker fest. Die Verbindung erfolgt Uber eine. zweiadrige Leitung. Uber diese wird der NBherungsschalter auch mit Strom versorgt. Der Verstarker wird Uber die durch auOere EinfluOnahme veranderliche Stromaufnahme des Naherungsschalters gesteuert.

b) Leitungs-BruchUberwachung : Unterschreitetdie Stromaufnahme des NBherungsschalters einen bestimmtenWert, wird davon ausgegangen,daB Damit ein sicheres ein Leitungskuch oder Zusammenwirkenzwiein entsprechender Fehschen Naherungsschalter ler im Naherungsschalter und Verstarker gewdhrlei- vorliegt. Die Leitungsstet ist, sind in der DIN BruchUberwachung muO 19 234 filr den Verstarker im Strombereich von folgende Werte festgelegt: 0,05mA bis 0,15 mA ansprechen. 1.) StFomversorgungfiir den Steuer-Stromkmis Diskrete Schaltung Leerlauf0 Spannung Uo 7-9V vorzugswert KURSChluOStrom lK vorzugswert

lk

a,2 mA

2.) Stromabhhgige Schab bm. Ubennachungspunkte a) Schaltpunkt: Der Schaltpunkt des Versurkers muO im Bereich einer Stromaufnahme des Naherungsschalters von 1,2 bis 2,l mA liegen.

Beim Aufbau und der Auslegung eines Verstdrkers fUr Naherungsschalter nach DIN 19 234 sol1 daher eine Stromauswertung vorgenommen werden. Der Leitungswiderstand darf 100 Ohm nicht Uberschreiten.

NAMUR empiiehlt +8,2V

Ausg.

a,2 v

7-16 mA

c) Leitungs-KurzschluOUberwachung: Uberschreitetdie Stromaufnahme des NBherungsschalters einen bestimmten Wert, muO davonausgegangenwerden, daO ein bitungsKurzschluO oder ein entsprechender Fehler im Naherungsschalter vorliegt. Die KurzschluOUberwachungmuO in einem Strombereich ansprechen,der einem

Aus diesen in der DIN 19 234 festgelegten Daten geht hervor, daO zur Ausl9sung von Schalt- bzw. Uberwachungsvorgangen der Strom an der Schnittstelle zwischen dem Naherungsschalterund dem Versurker maOgebend ist.

nebenstehenden prinzipiellen SchaltungsAufbau fiir Stromversorgung und Auswerter.

Allgemeine Tabellen 33 1

ElektmbchnischeSchaltreichem Gleichstrom

3

- 50 Hz Y A ’A

a)

Spannungsmesser Noltmeterl wahlweise

Hochfrequenzstrom

Cmner (bei Betetigung geoffnet)

Strommesser (Amperemeter) wahlweise

DreiphasenWechselstrom 50 Hz Sternschaltung

Wechsler (bei Betetigung wechselt Schaltstellung )

Maschinen a) Motor allgemein b) Gleichstrommotor c) Drehstrommotor d) Einankerumformer

c) __fw_ NYM Cu 2.52

-

+ -.

+

-----

Leitung a) allgemein b) bewegbar c) mi13 Leitern d) mit Angabe der Leitungsart

+b,@

a) b) c)

+

f

l

+

+Jq

E2EFPE

a)

k--\ I

b)

I

i l l

c)

*-it-\

WeChWlschalter Taster SChukOSteckdose ZLlhler

Sicherung

Thyristor Foto-Diode

@-

PNP-Transistor NPN-Transistor

Serlenschalter

*

Gleichrichter-Diode

Belsplele a) Taster mlt 1Schlie6er b) Schaltermit 1offner und 1Schlle6er c) Relaisoder Schott mit 3 Schliebrn

Ausschalter 3polig

Abariff

(langer Strich Pluspol)

Transformator a) Schabeichen b) Schaltzeichen

.

Wlderstand a) allgemeln b) verbderbar c) mitbewegbarem

A

l

elektromechanischer Antrieb (Relais) I

a) Erdung c, I , b) Schuhleiter (c) Masseanschlu6

I

Stellschalter handbetetigt

I-v-

) !n E $: : : Leltungsverbindung

a)

Handbetatigung mit selbsttetiger Rockkehr Vaster) a) allgemein b) durch DrOcken c) durch Kippen

a) t---b) F---

Stern-Dreieckschaltung

-

-.

Schtiekr (bei Betetigung geschlossen)

Dreieckschaltung

b)

-.

Form1 Form2

a -tTmlll

WArmegerat Elektroherd

:# E3

Grundform Az Eingange llnks A1 Ausgange reChtS

.

4°F

UND-Glied (AND) Ausgang 1, w n n alle Elngange 1

ODER-Glled (OR) Ausgang 1, wenn mindestens ein Eingang 1 NICHT-Glied (NOT) Ausgang 0, wenn Eingang 1 und umgekehrt UND-Glied mlt negiertem Ausgang (NAND) Ausgang 0, wenn alle Eingange 1

332

Plzyikalische und chemische Grundlngen untl Un~rechnungsrubellen

SchutzmaBnahmen gegen geftihrliche K6rperstriime tlbuamtllkr Verhindert ein Berllhren spannungsfOhrender Teile einer Anlage

lsolierung aller spannungsfllhrendenTeile, Abdeckung mit Gittem, Schutz durch Hindernisse (Absperrungen), Schutz durch Abstand, z. B. bei Freileitungen.

Verhindert eine GefClhrdung des Menschen im Fehlerfall

Im Fehlerfall kdnnen normaletweise spannungslose Teile, z. B. GehBuse, unter Spannung stehen. Der erforderliche Schutz richtet sich nach der Netzform, der maximalen BerUhrungsspannung und der Umgebung. Nach der Schutzart werden die GerMe in Schutzklassen (I, II, 111) eingeteilt.

Zudtzlicher Schutz fOr FBlle, bei denen die anderen Schutzmaenahmen versagen

Durch einen Fehlerstrom- oder Differenzstrom-Schutzschalter mit einem Nennfehlerstrom unter 30 mA wird die Anlage abgeschaltet. Damit wird eine tOcllicheStromwirkung, auch z. B. bei Unterbrechungdes Schutzleiters, bei lsolationsschaden oder Wassereinwirkung weitgehend ausgeschlossen.

I

1 - 1 - 1

Basisisollerung

120

aber 50

Basisisolierung,zuslltzlich Schutzkleinspannung oder FunMionskleinspannung

Fernsprecheinrichtungen, Steuerungen, SchweiBanlagen, Faeleuchten

Basisisolierung und Schutzleiter

Elektrogerate mit elektr. leitenden, berllhrbarenTeilen (Karper)

Basisisolierung und Schutzisolierung

ElektrogerBte mit Isoliergeh&use, z. B. Haushaltsgergte, Leuchten

l-

Schutzklasse I oder II und zusCltzlicher Schutz bei direktem BerOhren

Fehlerstrom-Schutzeinrichtung fOr gefahrliche Umgebung, z. B. Baderaum,Waschraum, Landwirtschaft

Bei au6ergewOhnlichen Umgebungsbedingungen gelten niedrigere Werte: z.B. 6 V fOr medizinische GerBte, 12 V GerAte, die in Badewannen eingesetzt werden, 25 V fur elektromotorischeSpielzeuge und landwirtschaftliche BetriebsstAtten. 3/N/PE

Bedspielo fUr Schuhma6nahmcmim TN-S-Nd)

oliersloflgehause

Schutzklasse I ”

’

Schulzklasse II

- 50 H t 380 V3’

U25 50 V-

Schulzklasse 111

rusatzlicher Schulz be1 direktem Beruhren durch FehlerslromSchutreinrichlung

Drehslrom-Nelz mil direkter Erdung eines Punkles (TI Verbindung der Kbrper der eleklrischen Anlage z E Gehause mi! dem Belriebserder I N ) und gelrennte Fuhrung von Neutralleiler und Schulzleiler (S) Das Drehstromnetz enthalt 3 Leiler (3-Phasen Wechselslrom L1 L2 L3) einen Neutralleiler IN) und einen Schulzleiler (PE) Die Freauenz des Wechselslromes is1 50 Hertz die Leilerspannung 380 V

Allgemeine Tabellen 333

Begriff

Definition, Erlduterung

Rufen

a) 1st das Feststellenvon Eigenschaftendurch Vergleich (z. 6. Abhoren, Abtasten, SichtprClfen); b) ist Feststellung, ob vorgegebene, geforderte Eigenschaftenvorhanden sind (keine Bindung an Zahlenwerte); c) ist Voraussetzung moderner technologischer Prozesse; d) dient zur Kontrolle der Arbeitsabldufe,QualitdtsUberwachung und Steuerung sowie zur Steigerung der Arbeitsproduktivitdt; e) ist zu unterscheiden in: 1. nichtma6liches Wfen, z. B. AbhOren, Abtasten, GeruchprUfen, SichtprUfen; II. ma6liches PrUfen, z. B. Messen und Lehren;

Begriff

Definition,Erlduterung a) ist dem RUfen untergeordnet und ein Bestandteil des PrUfens; b) ist Vergleichen der unbekannten MeBgrOt3e mit einer gleichartigen bekannten GrOBe, die als Einheit dient; c) ist Feststellen, wie oft die Makinheit in der gemessenenGrO6e (Met3grOBe) enthalten ist; diese Zahl heist Me6zahl (Zahlenwert); d) erfa6t quantitativ und qualitati Natuworgdnge (Druck-,Temperaturmessungen) oder technische Prozesse (DurchfluB, Gasanaiysen-, Mengenmessung, Ungenmessung); e) ist erforderlich fur die BetriebsUberwachungbzw. -kontrolle, z. B. 1. von Fertigungsvorgdngenauf Werkzeugmaschinen (Mngen, Breiten, Durchmesser, Abstand, Gldtte); II. von Betriebsanlagen,wie Dampfkessel,Turbinen, Kraltanlagen (Druck,Temperatur usw.); 111. von Anlagen Mr mechanische GroSprozesse (Druck,Temperatur, Durchflu6, FUllstand usw.);

Unmittelbares Messen

Ermittlung der Me6grdBe durch Vergleich mit einer MaBverkdrperung; Me6wert=abgelesener Zahlenwert ma1 Einheit der MeSgrO6e.Nur Mr Mngen, Massen und Zeiten mOglich.

Mittelbares Messen

ist Mr alle anderen GrOBen geeignet, die z. B. nur durch eine von Temperatur oder Druck bzw. StrOmung hervorgerufeneWirkung me6bar sind. Beispiel: Messung der Ausdehnung eine QuecksilbersAuleunter Einflu6 einerTemperaturdnderung.

M*ftS,ee

ist die zu messende physikalischeGrOBe, z. 6. Unge, Zeit, Kraft, Arbeit, Druck,Temperatur, elektrischerWiderstand, Spannung, Strom;

Me6werk

Teil des Reglers, der den lstwert der RegelgrOk bestimmt Mit ihm wird die vom Me6ftlhler abgegebene und umgeformteRegelgrOBe erfast.

Mebrt

Die Stelle des Regelkreises, an der der MeSwert und der Regelstreckedurch den Me6ftlhler des Me6gliedesaufgenommen wird.

MeBfUhler

Erfa6t den 1st-Wert der RegelgrOBe (x) und formt ihn in eine Mr das Me6werk geeignete Me6grd6e um.

MeBumformer (Transmitter)

ist ein vorgeschaltetesGerdt (oder FUhler),das die physikalische oder chemische GrMe in eine elektrische, einen Strom oder eine Spannung, umwandelt, z. 6. wenn elektrische MeSgerdte zur Anzeige von nichtelektrischenGrOBen (Dehnung, Druck,Temperatur, Menge, pH-Wert, Gasanalyse) vetwendet werden.

~

334 Phyikalische irnd chemische Grundlugen und Umrechnungstubellen

Regeln Begriff

Definition, Erlauterung

Regelkreis

Zusammenschaltungvon Regelstrecke und Regler zu einem geschlossenen rkkwirkungsfreien Kreis, der vom Signalflu6 in einer bestimmten Richtung durchlaufen wird.

Regelung

1st ein Verfahren oder Vorgang, bei dem der vorgegebeneWert einer physikalischen GrOBe fortlaufend durch Eingriffe auf Grund von Messungen dieser GrO6e hergestellt und aufrecht erhalten wird.

Handregelung

Regelung, bei der der Mensch noch mit tatig ist.

Selbsttitige Regelung

Regelung, bei der der Mensch nicht mehr mit im Regelkreis eingeschaltet ist.

Festwertregelung

Regelungauf einen festen, nur gelegentlich verstellten Sollwert.

Programm- oder Regelung, bei welcher der Sollwert mit der Zeit nach einem festen Programm verstellt wird Zeitplan-Regelung (nach einem Zeitplan). Kaskadenregelung Regelung rnit einem Haupt- und einem Hilfsregler,wobei der Hauptregler den Sollwert des Hilfsreglers so beeinflust, da6 die RegelgrOOe konstant bleibt, wshrend der von einer HilfsregelgrO6e beeinflu6te Hilfsregler die StellgrOOe verstellt. ___

___

~

PRegler

Regler, bei dem ein proportionalerZusammenhang zwischen Regelabweichungund Stellgliedverstellung besteht.

I-Regler

Regler, bei dem die Stellgeschwindigkeit des Stellorganes der Regelabweichungnach Betrag und Richtung proportional ist.

PI-Regler

Regler, rnit den Eigenschaftendes P- und des I-Reglers.Die Stellgliedverstellung erfolgt erst nach dem P-Anteil, dem sich dann die I-Wirkung anschlie0t.

PD-Regler

Entspricht dem P-Regler, dem zusdtzlich der D-Anteil aufgeschaltet ist.

D-Anteil oder Vorhalt

Aufschaltung eines Regelsignales, das der Anderungsgeschwindigkeitder RegelgrOBe proportional ist.

PID-Regler

Entspricht dem PI-Regler, dem zusdtzlich der D-Anteil aufgeschaltet ist.

Stetiger Regler

Regler, bei dem eine stetige Ubertragung des Regelsignaleserfolgt (zwischen Regelabweichung und StellgrOBe besteht ein stetiger Zusammenhang).lnnerhalb des Stellbereiches kann das Stellglied jede beliebige Stellung einnehmen.

Unstetiger Regler

Regler, der das Regelsignal nicht stetig auf das Stellglied ubertriigt (zwischen Regelabweichung und StellgrOBe besteht ein unstetiger Zusammenhang).

Dreipunktregler

Unstetiger Regler, der 3 Schaltstellungen (Offnen nur 3 feste Werte annehmen).

Zweipunktregler

Unstetiger Regler, der nur 2 Schaltstellungen (Ein-Aus) besitzt (StellgrOOe kann nur 2 feste Werte annehmen).

Regler rnit Hilkenergie

Dem Regler wird elektrische, pneumatische oder hydraulische Energie zugefuhrt. Regler, bei dem die vom Vergleicher gelieferte Energie nur zur Steuerung eines rnit Hilfsenergie gespeisten Verstdrkers dient.

Tastender Regler

Regler, der die RegelgrOSe in wdhlbaren Zeitabstdnden abtastet.

~~~

~

~~~

-Rube - SchlieOen) besitzt (StellgrOOe kann

TatsschlichvorhandenerWert, den das MeOglied mint. lstwert (der RegelgrOBe) x Regelgr66ex (X)

DerWert einer physikalischen GrOOe, der durch die Regelung konstant gehalten oder nach einem vorgegebenen Programm verdndert werden soll. Mit (x) wird der 1st-Wert bezeichnet. GrO6e im Regelkreis, die geregelt werden soll, wird auch mit X angegeben.

Ubergangsfunktion Zeitlicher Verlauf der StellgrOSe bei einer sprungweisen hderung der RegelgrOBe. des Reglers

Allgemeine Tabellen

335

Begriff

Definition,Erllluterung

Regelstrecke

Umfa6t den gesamten Teil der geregelten Anlage, in dem die RegelgrOBe konstant zu halten ist. Teil des Regelkreises, in dem sich der Regehrorgang abspielt.

Kennlinie des Reglem

Zusammenhang zwischen RegelgrOBe und StellgrOBe.

soll-wertG a r

Teil des Reglers, mit dem der Soll-Wert der RegelgrOBe durch den Wed einer bestimmten physikalischenGrOBe vorgegebenwid.

Soll-lst-wert-

In diesemTeil des Reglers erfolgt der Vergleich des 1st-Wertes der RegelgrOBe mit dem eingestellten und gewUnschten Soll-Wert. Sein Ausgangssignalist die Regelabweichung.

Vergleicher

Regelabweichung Sie ist die momentan vorhandene Abweichung der RegelgrOBevon ihrem Soll-Wert (Unterschied zwischen 1st- und Sollwert). e=K=x--x, Regeldifferenz c

c =x, =-x, c=x-x,,.,

FUhrungsgr66e w o

Eine GrOBe, die den Soll-Wert festlegt.Sie hat besondere Bedeutung z. B. bei Programm- und Folgeregelungen. Verllnderliche GrOBe, in deren Abhangigkeit die RegelgrOBe beeinfluBt wird. Zum Beispiel als elektr. Sollspannung u,.

(x,= Regeldifferenzdie im Regler weitervemrbeitetwird) (x, wenn Istwert; x, in der Elektrotechnik)

FUhrungsregelung Sie folgt einer verdnderlichen FUhrungsgrOBe au6er der Zeit, die die RegelgrOBe bestimmt. Soll-Wert der Regelgr66e

x,

ow

VorgegebenerWert der RegelgrOBe,der durch die Regelung tatsdchlich eingehalten werden SON. Im Gegensatz dazu steht der 1st-Wert (x), der tats$chlich momentan vorhandene MeBwert. KonstanteFUhrungsgrOBe. ~~

Folgeregelung

Regelung, bei welcher der Sollwert eines Reglers laufend von auBen verstellt wid, wobei es Aufgabe des Reglers ist, den lstwert mOglichst schnell und genau mit dem Sollwert zur Dekkung zu bringen.

Zeiilanregelung

FOhrungsgrOBe llndert sich nach vorgegebenem Zeitplan selbsMtig.

Ausgleichswert

Darunter ist der reziprokeWert derverstllrkungzu verstehen:

Q

Q = l - l = Y

k -v .

x

Anderung y der StellgrdBe geteilt durch die dadurch bewirkte hderung x der RegelgrOBe.

Begriff

Definition,ErlButerung

Anfahworgang

Verlauf der RegelgrOBe nach Einschalten des Regelkreisesaus dem Ruhezustandbis zum Erreichen eines konstantenWertes.

Schaltdifferenz x, Regeldifferenz

Bei einem Regler mit Sprungschaltungdie hderung der RegelgrOBe,die bendtigt wird, urn die Sprungschaltungbei fallender und steigender RegelgrMe auszuldsen.

StellgrMe y (Y)

Damit wird die Wirkung des Stellgliedes bezeichnet.Sie beeinflu& die RegelgrdBe in einer vorbestimmtenWeise. AusgangsgrOBe der Regeleinrichtungwird auch mit Y angegeben.

y=)C..k,

Uberschwingweite GrOOte Abweichung der RegelgrdBe vom Sollwert bei einer sprungweisen StbrgrdBenBndex, OL) rung. Selbsterregung

Auftreten von Schwingungen mit konstanter oder anschwellenderAmplitude in geschlossenem Regelkreis.

Stabiler Regelkreis Keine Selbsterregung vorhanden. lnstabiler Regelkreis

Selbsterregung vorhanden.

St6rgrt)Be z

Alle GrdOen, die Stdrungen in dem RegelprozeBverursachen. Sie stdren immer die Gleichgewichtseinstellung (wirken dem Konstanthaltender RegelgrdBeentgegen).

z, (I)

Von auBen auf die Regelstreckewirkende StOrung, die den Wert der RegelgrdBeverandert.

z,(&I

Auf die Regeleinrichtungwirkende Stdrung.

Sttirbereich

Der Bereich, in dessen Grenzen sich die StOrgrOBe Bndern dad, wenn ihre Wrkung unter Ausnutzung des gesamten Stellbereichs noch ausgeglichen werden soll.

el....&)

4,

(a

LaufbereichX , Regelbereich

1st der Bereich, innerhalb dessen die RegelgrOBe unter BerOcksichtigungvereinbarterWerte der StOrgrdBen eingestellt werden kann (ohne BeeintrBchtigungFunktionsfdhigkeit der Regelung).

Starubergangsfunktion des Regelkreises oder Regelverlauf

Verlauf der RegelgrOBe nach einer Stdrung im geschlossenen Regelkreis.

Allgemeine Tabellen 33 7

StellgrdBenllnderung Kennzeichist der Regelabwein8ncb Eigenschafbn chung proportional

Stellgeschwindigkeitist StellgrOBenllnderung der Regelabweichung ist der Regelabweiproportional chung und dem RoduM aus Regelabweichung und Zeit proportional

StellgrC)Ben&nderung ist der Regelabweichung, dem Produkt aus Regelabweichung und Zeit sowie der Anderungsgeschwindigkeit der RegelgrOBe proportional

Vorteile

Meistens einfacher Aufbau

Keine bleibende Regelabweichung. An Strecken nur mitTotzeit gut zu verwenden

Keine bleibende Regelabweichung. SchnellereAusregelung als beim I-Regler. FUr alle Strecken geeignet

Keine bleibende Regelabweichung. Hohe RegelgOte erreichbar, wenn nicht vorwiegende Totzeit im Regelkreis

Nachteile

Bleibende Regelabweichung. An Strecken nur mit Totzeit nicht zu verwenden

Aufbau meist komplizierter als beim P-Regler. An Strecken ohne Ausgleich nicht zu verwenden. Langsame Ausregelung bei groBer Zeitkonstante der Regelstrecke

Aufbau komplizierter als beim P-Regler

KomplizierterAufbau. Schwierige Einstellung.

RegelgtC)Be

PIRegler

I-Regler

Pl-Rqle~

DurchfluB

ungeeignet, da meist erforderlicher P-Bereich zu gr06

gut geeignet

oft dem I-Regler unterlegen

ungeeignet (instabil)

Wr hdhere AnsprUche gut geeignet

Niveau, meist gut geeignet, Flilssigkeits- wenn keine grC)kren stand Totzeiten vorhanden Dmck

brauchbar, wenn keine grOBerenTotzeiten vorhanden

gut geeignet

fOr hohe AnsprUche der geeignetste Typ

Tempemtur

gut geeignet fClr nicht zu hohe AnsprUche und wenn t,/t, bzw. TJT, < 0,l

ungeeianet (meist zu hohes Uberschwingen und zu lange Regelzeit)

PID-Regler unndtig teuer

3 38

Pli~sikalischeitrid chemische Grundkugetr urid U~nrechriim~sruhel~e~~

-

Temperatur-UmrechnungstafelOC OF X

Oc

Oc

X

-1 7,2

OP

OF

X

01'

Oc

X

51

-

-

Oc

X

OP

800 810

840

1112 1130 1148 1166 1184

X

op

649 660 671 682 693

1200 1220 1240 1260 1280

2192 2228 2264 2300 2336

-273 -268 -262 -257 -251

-459,4 -450 -440 -430 -420

-1 6,7 -16.1 -1 5,6 -1 5.0

1 2 3 4 5

33,8 35,6 37.4 39,2 41.O

10,6 11,l 11,7 123 12,8

52 53 54 55

123,8 125,6 127,4 129,2 131.0

43 49 54 60 66

110 120 130 140 150

230 248 266 284 302

316 321 327 332 338

-246 -240 -234 -229 -223

-410 -boo -390 -380 -370

-14.4 -13,Q -1 3,3 -1 2.8 -12.2

8 7 8 9 10

42,8 44,6 46,4 48,2 50,O

13.3 13,9 14,4 15,O 15,6

56 57 58 59 80

1323 134,6 136,4 138,2 140,O

71 77 82 88 93

160 170 180 200

320 338 356 374 392

343 349 354 360 366

850 880 870 880 690

1202 1220 1238 1256 1274

704 732 760 788 816

1300 1350 1400 1450 1500

2372 2462 2552 2642 2732

-218 -212 -207 -201 -1 96

-380 -350 -340 -330 -320

-1 1,7

51,8 53,6 55,4 572 59,O

16,l 16,7 17,2 17.8 18,3

81 82 63 84 85

141,8 143,6 145,4 147.2 149.0

99 100 104 110 116

210 212 220 230 240

410 413,6 428 446 464

371 377 382 388 393

700 710 720

-9.4

11 12 13 14 15

740

1292 1310 1328 1346 1364

843 871 899 927 954

1550 1800 1850 1700 1750

2822 2912 3002 3092 3182

90 84 79 73 69

-310 -300 -290 -280 -273

-8.9 -8.3 -7,8 -7,2 459,4 -687

18 17 18 19 20

60.8

18,9 19,4 20,o 20,6 21,l

66 87 88 89 70

150.8 152.6 154,4 156,2 158,O

121 127 132 138 143

250 280 270 280 290

482

62,6 64#4 66,2 68,O

399 404 410 416 421

750 780 770 780 790

1382 1400 1418 1436 1454

982 1010 1038 1066 1093

1800 1850 1900 1950 2000

3272 3362 3452 3542 3632

-1 68 -1 62 -1 57

-270 -280 -250 -240 -230

454 436 418 400 -382

-6,1 -5,6 -5,O 4 4 -33

21 22

21,7 22,2 22,s 23,3 23,9

71 72 73 74 75

159,8 161,6 163,4 165,2 167.0

149 154 160 166 171

300 310

572 590

320 330 340

608

626 644

427 442 438 443 449

800 810

24 25

69,8 71,6 73,4 75.2 77.0

830 840

1472 1490 1508 1526 1544

1121 1149 1177 1204 1232

2050 2100 2150 2200 2250

3722 3812 3902 3992 4082

-220 -210 -200 -1 90 -1 80

-364 -346 -328 -310 -292

-383 -2,8 -2.2 -1,7 -1,l

26 27 28 29 30

78,8 80-6 82,4 84,2 86,O

24,4 25,O 25,6 26,l 26,7

78 77 78 79 80

168.8 170,6 172.4 174,2 176,O

177 1 82 188 193 199

350

662 680 698 716 734

454 460 466 471 477

850 8 0 870 880 890

1 562

1580 1598 1616 1634

1260 1288 1316 1343 1371

2300 2350 2400 2450 2500

4172 4262 4352 4442 4532

-1 70 -1 80 -1 50 -140 -1 30

-274 -256 -238 -220 -202

-08 0.0 06 1,1 1,7

31 32 33 34 35

87,8 89,6 91,4 93.2 95,O

27,2 27,8 28,3 28,Q 29,4

81 82 83 84 85

177,8 179,6 181,4 183,2 185.0

204 210 216 221 227

400 410 420 430 440

752 770 788

482 488 493 499 504

900 910 920 930 910

1652 1670 1688 1706 1724

1399 1427 1454 1482 1510

2550 2000 2850 2700 2750

4622 4712 4802 4892 4982

-1 84 -166 -148 -130 -112

2.2 2,8 3.3 3,9 484

36

96.8 98,6 100,4 102.2 104,O

30,O 30,6 31,l 31,7 32,2

90

186,8 188,6 190,4 192.2 194.0

232 238 243 249 254

450 460 470 480 490

842

37 38 39 40

86 87 88 89

-62

-1 20 -110 -1 00 -90 -80

914

510 516 521 527 532

950 960 970 B60 990

1742 1760 1778 1796 1814

1538 1566 1 593 1621 1649

2800 2850 2900 2950 3000

5072 5162 5252 5342 5432

-57 -51 -46 -40 -34

-70 -80 -50 -40 -30

-94 -76 -58

5,O 5,6 6,1 6,7 72

41 42 43 44 45

105,8 107,8 109,4 111,2 113,O

32,8 33,3 33,9 34,3 35,O

91 92 93 94 95

195.8 197,6 199,4 201,2 203,O

260 266 271 277 282

500 510 520 530 540

932 950 968 986 1004

538 549 560 571 582

1000 1020 1040 log0 1080

1832 1868 1904 1940 1976

-29 -23 -17.8

-20

4

-1 0

14 32

7.8 8,3 8.9 9.4 10.0

48 47 48 49 50

1 14.8 116,6 118.4 120.2 122.0

35,6 36,l 36,7 37,2 37,8

98 97 98 99 100

204,8 206,6 208.4 210,2 212.0

288 293 299 304 310

550 560 570 580 590

1022 1040 1058 1076 1094

593 604 616 627 638

1100 1120 1140 1160 1180

2012 2048 2084 2120 2156

-1 -1 -1 -1 -1

-1 51 -1 46 -1 -1 -1 -1

40 34

29 23 -118 -112

-1 07

-101 -96 -90 -84

-79 -73 -68

-0

- __

-11,l -1 0,6 -1 0,o

40 -22

-

~

23

190

360 370 380 390

500

518 536 554

806

824 860

878 896

620 890

730

820

--

Zur Umrechnung von Fahrenheit in Celsius und umgekehrt geht man zunachst in die Spalte X. Hat man z. B. 50 O F (X = 50),so erhllt man in der linken Spalte 10 OC. Hat man z. B. 50 O C (X = 50),so erhllt man in der rechten Spalte 122 OF.

Allgemeine Tabellen 339

Temperatur-Korrekturtabelle fiir Gase U ~ ~ l b b dd lm dam, e die vom Durehllu6Me6gdt tIlr Gaw angeusigtenWrte zu korrigknn,falls die BebWstmpantur von der bei der Eichung zugrunde gelegten Tmperatur abwekht

YrRr!

h#m* nkdriQlw

=h#orunkrl m - 1

Beispid:

-wrakn

Eichtemperatur 30 OC, Betriebstemperatur 80 OC. Unter Eichtemperatur 30 OC wird in Zeile 9 unter Betriebstemperatur der Faktor 0,927 abgelesen. Die vom Me6gerllt angezeigten Werte werden mit diesem Faktor multipliziert, um die tatstlchliche Durchflu6menge bei einer Betriebstemperatur von 80 OC LU bestimmen.

I

1

40 0,933 0,950 0,967 0,984

1

0,920 0,936 0,953 0,968 0,984

1,015 1,031 1,046 1,061 1,075 1,090 1,105 1,120 1,149 1,175 1,201 1,230 1

0,905 0,922 0,938 0,953 0,968 0,985

1,015 1,030 1,045 1,060 1,074 1,090 1,102 1,131 1,159 1,184 1,210 1

0,892 0,907 0,924 0,940 0.955 0,970 0.985

1,015 1,030 1,045 1,058 1,072 1,085 1,112 1,140 1,165 1,190 1

0,880 0,895 0,912 0,927 0,943 0,965 0,971 0,987

1.014 1,026 1,041 1,055 1,070 1,095 1,121 1,148 1,172 1

0,868 0,883 0,898 0,913 0,923 0,943 0,958 0,972 0,987

1,014 1,027 1,041 1,055 1.082 1,109 1,133 1,160 1

0,856 0,870 0,886 0,902 0,917 0,931 0,940 0,960 0,973 0,986

1,013 1,026 1,040 1,065 1,091 1,117 1,140 1

0,845 0,858 0,875 0,888 0,903 0,916 0,930 0,945 0,958 0,974 0,985

1,013 1,027 1,053 1,079 1,103 1,127 1

0,833 0,848 0,863 0,878 0,892 0,906 0,920 0,933 0,948 0,960 0,973 0,987 0,814 0,828 0,843 0.856 0,870 0,884

o,m8 0,911

1,011 1,038 1,061 1,085 1,110 1

0.925 0.938 0,950 0,963 0,975

1,025 1,049 1,072 1,095 1

160 0,795 0,808 0,823 0,836 0,850 0,863 0,877 0,890 0,903 0.915 0,928 0,940 0,953 0,977

1,024 1,048 1,070 1

180 0,775 0,790 0,803 0.817 0,830 0,843 0,856 0,869 0,883 0,895 0,907 0,919 0,930 0,955 0,977

1.024 1,045 1

200 0,760 0,774 0,787 0,801 0,813 0,827 0,838 0,852 0,865 0,876 0,888 0,900 0,911 0,935 0,957 0,980

1,021 1

I

I

I

691'1

680'1 690'1 L90'1 280'1 860'1

E81'1

190'1 990'1 080'1 960'1 11 1'1

-

OPC'L

C10'1 L20'1 LPO'C 990'1 LLO'L

991'1

920'1 OPO'L P90'1 690'1 980'1

1

ELO'L LZO'L 290'1 L90' 1 ELO'L 060'1 LOC'l 9 Z l ' l -

L86'0

1

EL6'0 986'0

PCO'L 820'1 EPO'L 690'1 9LO'l 260'1 11 1'1 1

PLO'L 6ZO'C PPO'L 190'1 8LO'l 960' 1 -

096'0 8L6'0 986'0

1

9P6'0 696'0 2L6'0 986'0

910'1 080'1 9P0'1 C90'1 080' 1 1

2E6'0 PP6'0 L96'0 1L6'0 986'0

910'1 180'1 LPO'L 990'1 1

910'1 ZCO'L 6t0' 1 -

816'0 086'0 896'0 996'0 OL6'0 986'0

1

606'0 916'0 826'0 LP6'0 996'0 696'0 P86'0

910'1 EEO' 1 1

L10'1 -

688'0 006'0 816'0 9Z6'0 6E6'0 €96'0 896'0 P86'0

1

PL8'0 988'0 868'0 016'0 P26'0 LE6'0 296'0 L96'0 E86'0 898'0 OL8'0 288'0 968'0

lZ6'0 986'0 096'0 996'0

-

I

Allgemeine Tabellen

34 1

Druck4Jmrechnungstafel

-

ALn#ro

Wrrrrc

bu

1,0332

14,898

1,0133

101,33x105

1

14.223

O,W7

m 7

1

ld

1019,7

1

10,197x 10'

0,0703

1

0,-

1,0197

14,504

Q,869x1Oa

10,197~10~1 4 5 ~ 1 0 ~104

70,309

nrrpw4rg

0,9878~10~ 103

14223x10''

$3

2,468~10'

36,13xl@ 2,49x 1fl

2,54x104

1000.03

0,9808x10' 249,08

34,532

d 41 42 43

6 7 8 9 10

0,414 0,483 0,562 0,621 0,690

46 47

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1.17 124 1,31 1$38

21 22 23 24 25

44

45

b

u 2983 2,90 2.96 3.03 3.10

84

85

a 13,595

25,4

14,13 14,48 14,82 15.17 lS.51

510

5.93 6.00 6.07 6,14 821

230 235 240 245 250

16.66 16 s 16.55 16,89 1724

680

6,27

255 260 205 270 275

17,M 17W 18,27 18,62 1836

280 285 290 296

19,31 19.65 20.00

49 50

0,719 0,827 0,896 0,W 1,03

51 52 53 54 55

3.52 3,59 385 3,72 3.79

91 92 93 94 95

1,lO

56 57 56 59 60

3986 3,93 4.00 4.07 4.1 4

98 97 98 99 100

6.76 6.83 6.0Q

1A5 1.52 1,59 1.65 1,72

61 62 63 64

106 110 115 120 125

724 7,s 7,Q3 8,27 8,62

310 320

65

421 427 4,34 4.41 4,48

26 27 26 29 30

1,79 1,86 11Q3 2,00 2,07

66 67 66 89 70

4,55 4,62 4.69 4,76 4,83

130 136 140 146 180

8,96 9,31 9.65

360 370

10,00 1034

31 32 33 34

35

2,14 221 226 2.34 2.41

71 72 73 74 75

4,90 4.98 5.03 5.10 5.1 7

155 160 165 170 175

1488 11,a 11.37 11.72 12.08

36 37 38 39 40

2,48 2-56 2,62 2,69 2,76

76 77 78 79 80

5824 5,31 5,s 5,45 5.52

180 186 190 191

12.41 12,75 13,lO 13,44 13.79

88 89

90

200

6.34 6.41

6,48

6.55

662

WQ

2,54

w l b u 205 210 215 220 225

66 87

I

73,55x10J 39,37Xlo'

5-58 5,65 5.72 5.79 5.86

3.17 324 3,31 3,38 3,45

48

12,036

4-4

w l k w 81 82 83

15,172

0,1866

2054

135%

0,069 0,138 0,207 0276 0,345

151.715

1

1*35Q5

1 2 3 4 5

27.68

300

330 340 350

380 390 400 410

420 430 440

620 530 540 550

570 MK)

590 800 610 620

630 640

3725 37.94

1010 1020 1030 1040 1050

69.65 70,34 71.03 71,72 72,41

1060 1070 1080

46.91

203 20.69

700

21.38 22.07 22,78 23,M 2414 24,83 25,52 2821

28.28 26,97 2s.88

30.35

ee,W

67,58 68,27 8496

47.60 4829

1090

1100

73,10 73.79 74.46 75.1 7 75.88

710 720 730 740 750

46.98 49,67 50,35 51,04 51,73

1120 1140 1160 1180 1200

7724 76,62 00,00 81,37 82,74

760 770 700 790

1220 1240 1260 1280 1300

84,12 8530 80.88

eqo

52,42 53.1 1 53m 544 55,18

810

55,87

1320 1340 1360 1380 1400

91$2 92.40 Q3.76 95.16

1420 1440 1460 1400 11500

87.82 QQ,30 1W,67 102,05 10343

820 630 840

31.73 32A2

860 870 880 890

34,4@

900

33,ll 333,80

8620

42,08 42,77 43,46 44,15

680 690

27bQ

980 970 980 QQO lo00

4484

26,w

950

62,76 63,45 64.13 64.82 65.51

98.83 3Q.32 40.01 40.70 41,39

45.53 4622

480 490 500

930 940

880 670

31$4

480

910 920

36.56

650

450 470

35,18 35,87

BM)

56.m 5725 57.93 58.62 6931 g0,Oo

60,69 6138 62,07

8826 89,64

96,M

_

342 Phssikalische irnd cherni.de Grundlageri itnd Umreclznun~stahrllen

Druck-Korrekturtabellefur Luft und Gase Die vom MeBgerllt angezeigtenWerte werden mit dem errechneten oder aus derTabelle errnittelten Faktor rnultipliziert,urn die tatsachlich durchflieDende Menge zu bestimmen.

UntenstehendeTabelle dent dazu, die vom Durdrtlu6Me6gerM filr Gase angezeigtenWe& zu komgieren,falls der Betriebsdruck von dem bei der Eichung zugrunde gelegten Dru& abweicht

7/=-

Formel

m e : Neuer Druck M e r : Faktor Ober 1 Neuer Druck nledrlger: Faktor unter 1

x Durchflu6alt = Faktor

T

Blohdrwk (hb) ~

3

4

5

8

7

8

9

0,707 0,577 0,500 0,447 0,316

0,2

1

0,4

1,414

0.6

1,732 1,224

0,8

2,000 1,414 1,154

1

0,816 0,707 0,632 0,447 1

0,866 0,774 0,547 1

0,894 0,632

1

2,236 1,581 1,290 1,118

2

3,162 2,236 1,825 1,581

3

3,872 2,738 2,236 1,936

4

4,472 3,162 2,581 2,236 2,000 1,414

5

5,000 3,535 2.886 2,500

8

5,477 3,872 3,162 2,738

7

5,916 4,183 3,415

8

6,324 4,472 3,651 3,162

9

6,708 4,743 3.872 3,354

10

7,071 5,000 4,082 3.535

-

---

-

~

I

---

1,825 1,581 1,414 1,290 1,195 1,118 1,054 I

I

1

I

I

I

11

7,416 5,244 4,281 3,708

1,914 1,658 1,483 1,354 1,253 1,172 1,105

12

7,745 5,477 4,472 3,872

2,000 1,732 1,549 1,414 1,309 1,224 1,154 1,09511,044/

-

1

I

Allgemeine Tahellen

343

Dichte=Korrekturtabellefiir FlUssigkeiten BetriebsflOsslgkeitden Faktor 1,49ablesen. Die vom DurchfluBMeBgerllt angezeigten Werte werden mit diesem Faktor multipliziert, um die tatsllchlich durchgeflossene Menge beim spezlfischen Gewicht 0,7zu bestimmen.

Untenstehendelbdk d h t dam, dk vom Durchnu6zu korrigim, MeEIgdt tllr FlUssigkelten angezeigtem falls das spozlflsdro Gewlcht der FIUssigkdt von dmn bd dw Ekhung zugrunde gelegten rpdfischen Gawicht abwelcht

IMO: Belspld: Spezifisches Gewicht bei der Eichung 1,4kg/l. Es sol1 jetzt FlOssigkeitvom spezifischen Gewicht 0,7gemessen werden. Unter EichflOssigkeit1.4 in Zeile 3 unterWichte der

4b

1

1,105 1,200 1,290 1,380 1,464 1,545 1,630 1,710 1,785 1,475 1,545 1,6l5 1,360 1,425 1,490

I 0,8 I0,77510,85610,928 1,06611,13311,19611,26211,32511,380 1,295 I 0.9 I0,72410,802I 0,870 0,937 1 1,060 1,120 1

0,755 0,818 0,883 0,940

1,055

1

0,715 0,771 0,836 0,892 0,946

1

0,678 0,735 0,793 0,845 0,896 0,947 0,648 0,700 0,755 0,807 0,857 0,903 ~

1,220 1,155 1,095 1,044 -

0,620 0,671 0,723 0,773 0,820 0,865

I

1

I

0,595 0,645 0,695 0,743 0,78710,832 0,877 10,92010,960

I 1

1

I 1 1 1

18, 0,515 0,570 0,618 0,665 0,712 0,755 0,798 0,840 0,882 0,920

2,O

~

0.641

0,810 0,848 0,886

0.61 7

0,780 0.81 7 0,853

0,597

0,755 0.790 0,826

-

0,446 0,495 0,536 0,578 0,617 0,654 0,691 0,730 0,764 0,798

344 Physikolische

iiriti

chemische Grundlageti utid Uinrechnungstahellet~

Dichte=Korrekturtabellefur Gase UntenstehendeTabelle dient dazu, die vom Durchllu6Me6geriit mr Gaw angezeigten We- zu korrigiemn, falls das spezifische Gwicht des Gases von dem bei der Elchung zugrunde gelegten spezifischen Gewicht abweicht. Beispiel: Bei der Eichung wurde Kohlendioxyd mit einem spezifischen Gewicht von 1,977 kg/Nm3 zugrunde gelegt.

Am Tabellen-Schnittpunkt Kohlendbxyd/Chlorgasfindet sich der FaMor 0,785,mit welchem der neu angezeigte Volumenstrom multipliziert werden muO.

H e : News spezihchm G e W t h w r : Faklehr%r als 1 Qewi- n i d m ~F: m m W 1 New Zwischenwte werden Interpollett!

Es sol1 jetz! Chlorgas mit dem spezifischen Gewicht 3,22 kg/Nm3 gemessen werden.

Ammonkk

0,771

1,295

1,360

1,272

1.171

1,050

1,105

1,033

0,812

3,220

0,633

0,665

0,623

0,490

0,603

0,089

3,810

4,010

3,750

2.940

3,630

6,020

I
1,877

0,808

0,850

0,796

0,625

0,770

1,275

0,212

-

2,920

0,668

0,698

0,654

0,514

0,633

1,050

0,175

0,823

qS50

1,532

1,610

1,506

1,185

1,460

2,420

0,403

1,895

2,306

2,020

0,800

0,841

0,786

0,618

0,762

1,262

0,210

0,990

1,205

Aortykn

w-m

LwcMg.s

1,232

2,040

0,340

1,600

1,946

1,660

0,276

1,300

1.580

0,166

0,785

0,953

4,715

5,725 1,216

1.915 0,522

Allgemeine nibellen 345

Volumenstrom4Jmrechnungstafel

mw

m a ) . )Iclgy,

3,53 x

2.1 18 x lo-'

0,127

2,6417 x lo"

1,585 x lo-*

5,886 x

3.53 x l o d

2,118 x lo-'

4,403 x l o a

2,641 7 x 1o-'

9,8

5,886 x 10-7

3,53 x lo-'

1

0,2641 7

1

4,403 x 10'

0,26417

1

7,338 x lo-'

4,403 x 10"

264,17

15850,23

9,51 x 106

264,17

1.585x104

0,0733

15,850

4,403

951,014

x lo-'

0,035

15,850

5,886 x lo4

0,2641 7

9,8

264,17

x lo4 3531

0,588 9,8

2,118

3,788~105

63,m 1,0515 28,33 x 103 472,14 7,874

227 X l V

13.64

xlod

2,118

5,886 x lo4

0,0353

2118.88

3,788 x 105

227

xlV

63,W

3,788 x 105

1,6989 x lo6 102,04

xlQ

227

0,0631

3,788

0,063 1,6989

28,329 x 105

1,6989 x l Q

0,472

28,329

4723 4

28.329 x 109

7,874 x 1O4

0,472

0,227

13,64

3,788 x 10-3

0,227

6,31 x lo*

3,788~l O j

1,6989 0,02833 4,72 x

loJ

102,04 1,6989 0,02833

2118,88

0,58858

1,05 x l o 3 28,33

1,27 x 10'

35,315

x lo9

3,788

127

0,0353

vlrda

I

)OM

0,951

1,585 x

4.403

aDcpv

35.31 5

m 13.64 x 105 227 3,788 102,04

xlo3

1,8989 x 103 28,329

346 Phyyikcilische iind chemische Griindlagen und UInrechnungstcrbellen

WskositECt von Flussigkeiten Kinematische ahigkeit verschiedener Flussigkeiten bei verschiedenen Temperaturen 10' u in m2/s n9#igk.l1 Aceton hylalkohol Benzol Glycerin be1 200 : 11,9 Phenol be1 200 : 10,9 Pyrldln Schwefelkohlenstoff Tetrachlorkohlenstoff Tetralln bei 200 : 2,06 Toluol Xylol (Mlttelwert)

1 SO%

30%

10 Oc

q--E&

0,45

1.85 0,87

-

4.90 6,sO

-

3,20

-

0,85

1,14 0,31 0,71

0,27

-

0,53

0,77 0,91

0,60

0,41 1,34 0,49 0.56

-

0,70

Rohllk (AnhatbW&e) Argentinlen y = 939 kp/m3 Mexlko y = 940kp/m3 Hannover y = 941 k p h 3 Baku y = 929kp/m3 Texas Rumllnien y = 940kp/m3 Iran Borneo Gallzlen y = 855 kp/m3

boot 600 250

125 80

30

270

25

13

140

5 3,5

Schwerer Braunkohlenteer Lelchter Braunkohlenteer Stelnkohlen-Kokereiteer Schwelteer aus Ruhr-Kokskohle

300 10 60 25 -

0 1.77

3 1,62

15 1.13

20

1,46

10 1.30

25

lo6u

1,OO

0,89

t°C 10'u

40 0,66

50

60

80

100

150

200

30 0.80 300

0,55

0,47

0.37

0,30

0.21

0,16

0.13

tOC

6

Kinematische Uhigkeit und spezifisches Gewicht verschiedener FlUssigkeiten bei 15 OC 106 v m2/0

W M t Splritus

95% 90% 85%

Naphtalin. rein Benzin OlhrenOl RlzinusOl Terpentlndl Salpeterseiure 25% 40% 91 % Schwefelseiure 25% 50% 75% 100% Bier Milch Weln KachsaldOsung In Wasser: 5% NaCl 10% NaCl 20% NaCl Petroleum Gasolin

1,94 2,19 2,46 0,905 0,80-0,76 117,OO 1480,OO 1,86 1,16 1,31 0,95 1,66 3,06 10,oo 14,70 1,15 2.90 1,15 1.17 1.25 1,64 1,75-2,85 0,82 0,61 0,46

Yw m a

809 823

836 979

700-740 920

970 875 1150 1250 1500 1182

1399 1674 1836 1020-1 040

1030 990-1OoO

1036 1073 1150 800-825 737 708 680

Viskositatskoordinaten -- Rfisoigkok X Y Nr. Acetaldehyd 152 4.8 sa EsslgSeure 100%

12,l 14,2 EselgSeure 70% 9.5 17.0 bSlQS8UrWnhydrld 12.7 12,6 Aceton 100% 14,5 7.2 Aceton 35% 7,9 15,o 10,2 14,3 Allylalkohol Ammonlak 100% 12,6 2,o Ammoniak 26% 10,l 13,9 Amylacetat 11,8 12,5 Amylalkohol 75 18,4 Anllln 8,1 18,7 12,3 13,5 Anlsol Arsentrlchlorld I3,9 14,5 12.5 149 BenZOl Sole. CaCl2.2596 6.6 15.9 10,2 16.6 Sole, NaCIz, 25% Brom 14,2 13.2 Bromtoluol 20,O 15.9 Butylacelat 1 3 11,o Butylalkohol 8,6 17,2 ButanSeure 12,l 15,3 Kohlendloxid 11,6 0.3 Schwefelkohlenstoff 16,l 7,5 Tatrachlorkohlenstofl 12,7 13,l Chlorbenzd I2,3 12,4 Chloroform 14.4 10.2 Chlorsulfodure 11,2 18,l o-Chlortoluol I3,O 13,3 m-Chlortoluol 13,3 12,5 p-Chlortoluol I3,3 12,s meta-Kresol 2 3 20,8 Cyclohexanol 2,9 24,3 Dlbromethan 12,7 15,8 Dichloretan I3,2 12,2 Dlchlormethan 14,6 8 9 Diethyloxalat 11,o 16,4 Dlmethybxalat 12,3 15.8 12.0 183 Mphenyl Diprophyloxalat 10.3 17.7 Ethylacetat 13.7 951 Ethanol 100% 10,5 13,8 Ethanol 95% 9,8 14,3 Ethanol 40% 6,s 16,6 Ethylbenzol I3,2 11,5 Ethylbromid 14.5 8#1 Ethylchlorld I4,8 6,O Ethylether I4,5 583 14.2 a,4 Ethylformiat 14,7 10.3 EthyljOdM 6,O 23.6 EthylenQlVkd I0,7 15,8 AmelsenSeure Frlgen 11 14,4 980 Frigen 12 i 6,a 5,6 Frlgen 21 I5,7 785 --

--

X Frlgen 22

s7 Frlgen 113 6a Glyzerln 100% 58 Glyzerln 50%

@a Heplan 61 Hexan

dl W 64 6a

SalZaeure 31,5%

68 67 88 68

Kerosln Ouecksllber Methanol100%

to

Methanol 90%

lsobutylalkohol lsobutylS8ure lsopropylalkohol LeInsamenOI

71 Methanol 40%

7a Methylecetet 711 Methylchlorlde 74 Methylethylketon 78 Naphthalln 78 SalpeterSeure 95% 77 SalpeterSeure 80% 78 Nkrobenzol 79 Nkrotoluol 00 W n Odyldkohd & l 82 Pentachlorethan 6a Pentan

84 Phenol 85 Phoaphortrlbromld 86 PhosphorWchlorld 87 PropionSeure

17,2 12,s

2,o 3 69 14,l 14,7 13,O 7,1 12,2 82 10,2

7,s 2 18,4 12,4 12,3 78 14,2 15,O 13,9

7,9 12,8 10,8 10,6 11,o 13,7 6,6 2 149 1 14.9 6,9 2 13,6 18,2 12,8

88 Propylalkohoi 89 Propyibromid 80 Propylchlorld

901 143 14,4 14,l 01 PropyljOdld 16,4 1 92 Netrium 98 Natrlumhydroxld50% 32 2 a4 Zinnchbrkl 135 1 152 95 SChwefeldlOXld 80 Schwetels(Lure100% 7 2 2 07 Schwetelaure 96% 7,O 2 08 Schwefelaure 60% 10,2 2 15,2 1 99 Sulfutylchlorld 11,9 1 100 Tetrachlorethan 14,2 1 101 Tetrachlorethylen 14,4 1 I02 Titan (IV) chlorid 13,7 1 103 Toluol 14,6 1 104 Trlchlorethylen 11,5 1 I05 Terpentlne 14,O 108 wnylacetat 10,2 1 107 Wasser 13,s 1 108 ortho-Xylol 13,9 1 109 mete-Xylol 13,9 1 110 para-Xylol __

--

Allgemeine Tabellen 347

V i s k o s i , dynamische Durchlaufzeit

I

I

baacola

1 20 I 1.10

20 J o h M n ~ ~ o d20 KrAUbrllkbr V W b Buttenniloh.echt KIkaotrunk KondmrrnllchT,S%

20

ZuckwIbsung509b

I

I

1.60 2.40 3.40

20

7.30

20

8,lO

20 20

7,26 12,6

20

16,s

I 20 I 12.1 I

Kafb0-EXtnkt3096TS

I

Cola-Konzentnt

I

I I

I

18,O I 25,O I

32.0 40.0 42.0

Rindorfa KakrObIMW

8pdmol Magmikh, dngedlokt Zu-ng6496 Maamnllch.dldtwuer

EIwllker

120 140

20 20

I

20

I

I

620

I

2 0 9 0 0

lomrknketchu~

20

omngmkonwntnt

20 45

Bknenhonlg

Lsolthln

1.31

1

1,lO

I

J o a m

lo00 1830 2020

I

1

133

FrUoMllkOr

20 20

1.00 1.03

1.20

Viskositat von Flussigkeiten (Umrechnungstabellen) Umrechnungvon nicht mehr rugelassonen Einhelten der kinematlschen VIskoslt1Tt cSt (Centistokes),O E (Englergraf), S" (SayJolt#niversal Viscosity Sec., bei 130 O F ) , R" (RedwoodlNr. 1 Umnchnuna: 1cSt = 1 mm I s = I 0 m /s

8''

OI

U'

cm

Viscosity Sec., bei 140 O F )

8"

W'

1 ,oo 1,20 1.40 1,60 1,80

1,000 1,027 1,052 1,075 1,098

28.8 29,5 30,3 31,l 31,8

27,7 28.2 28,7 29,2 29,7

2.90 2,92 2,94 2,96 2,98

1,207 1,209 1,211 1,213 1,215

3575 35,81 35.88 35.94 36,Ol

33,20 33.25 33,30 33,35 33,40

3,90 3,92 3.94 3.96 3,98

1,298 1,300 1,301 1,303 1,305

38,87 38,93 38,99 39,05 39,ll

35,70 35,75 35,80 35.85 3590

2,oo 2,02 2,04 2,06 2,08

1,119 1,121 1,123 1,125 1,127

32,66 32,73 32,80 32,88 32,96

30,95 31,OO 31,05 31,lO 31,15

3,OO 3,02 3,04 3,06 3,08

,217 ,219 ,220 ,222 ,224

36,07 36,13 36,20 36,26 36,33

33,45 33,50 3335 33,60 33,65

4,OO 4,02 4,04 4,06 4,08

1,307 1,308 1,310 1,312 1,314

39,17 39,23 39,30 39,36 39,43

3595 36,00 36,05 36,10 36,15

2,lO 2.12 2.14 2,16 2.18

1,129 1,131 1,133 1,136 1,138

33,02 33.09 33,16 33.24 33.31

31.20 31,25 31,30 31.35 31.40

3,lO 3,12 3,14 336 3,18

,226 ,228 ,230 ,232 ,233

36,39 36.45 36,52 3638 36.65

33,70 33.75 33,80 33,85 33,90

4.10 4,12 4,14 4,16 4.18

1,315 1.317 1,319 1,321 1,322

39.49 3935 39,62 39,68 39.75

36,20 36,25 36.30 36.35 36,40

2,20 2,22 2,24 2,26 2,28

1,140 1,142 1,144 1,146 1,148

33,38 33,45 33,52 33,60 33,67

31,45 3130 3135 31,60 31,65

3,20 3,22 3,24 3,26 3,28

,235 ,237 ,239 ,241 ,242

36,71 36,77 36,84 36,90 36,97

33,95 34,OO 34,05 34,lO 34,15

4,20 4,22 4.24 4.26 4,28

1,324 1,326 1,328 1,329 1,331

39,81 39,87 39,94 40,OO 40,07

36,45 36,50 3635 36,60 36,65

2,30 2,32 2,34 2.36 2,38

1,150 1,152 1,154 1,156 1,158

33,74 33,81 33.88 33,96 34,04

31,70 31,75 31,80 31,85 31,90

3,30 3,32 3,34 3,36 3,38

,244 ,246 ,248 ,250 252

37,03 37,09 37.16 37.22 37.29

34,20 34,25 34,30 34.35 34,40

4,30 4,32 4,34 4.36 4.38

1,333 1,334 1,336 1,338 1,340

40,14 40,20 40,27 40,33 40,40

36,70 36,75 36,W 36,85 36,90

2.40 2,42 2,44 2,46 2,48

1,160 1,162 1,164 1,165 1,167

34,lO 34,17 34,25 34,32 34,39

31,95 32,OO 32,05 32,lO 32,15

3,40 3,42 3,44 3,46 3,48

,253 ,255 ,257 ,259 ,261

37,35 37,41 37,48 3735 37,61

34,45 34,50 3435 34,60 34,65

4,40 4,42 4,44 4,46 4,48

1,341 1,343 1,345 1,347 1,348

40,46 40,52 40,59 40,65 40,72

36.95

2.50 2,52 2,54 2,56 2,58

1,169 1,171 1,173 1,175 1,177

34,46 34,52 3459 34.65 34.72

32,20 32,25 32,30 32.35 32.40

3,50 3,52 334 3,56 3,58

,261 ,264 ,266 ,268 ,269

37,67 37,73 37,79 37.85 37.91

34,70 34,75 34,80 34,85 34,90

4,50 4,52 434 4,56 4.58

1,350 1,352 1,354 1,355 1,357

40,78 40,84 40,91 40.97 41.04

37,20 37.25 37,30 37,35 37.40

2.60 2.62 2,64 2,66 2.68

1,179 1,181 1,183 1,185 1,187

34.78 34,84 34,91 34,96 3504

32,45 32.50 32,55 32,60 32,65

3960 3,62 3964 3,66 3,68

,271 ,273 ,275 ,277 ,278

37.97 38.03 38,09 38,15 38,21

34,95 35,OO 35,05 351 0 35,15

4960 4,62 4,64 4,66 4,68

1,359 1,360 1,362 1,364 1,366

41,lO 41,16 41,23 41,29 41,36

37.45 3730 3735 37,60 37,65

2,70 2,72 2,74 2,76 2.78

1,189 1,191 1,192 1,194 1,196

351 0 35.16 35,23 35,29 35,36

32,70 32,75 32,80 32,85 32,90

3,70 3,72 3,74 3,76 3,78

,280 ,282 ,284 ,285 1,287

38,27 38,33 38.39 38.45 38.51

35,20 35,25 35,30 3535 35,40

4.70 4.72 4,74 4,76 4,78

1,367 1,369 1,371 1,372 1,374

41 ,42 41,48 41,55 41,61 41,68

37,70 37,75 37,80 37,85 37.90

2.80 2.82 2.84 2,86 2.88

1,198 1,200 1,202 1,204 1,206

3543 35.49 35.56 35,62 35.69

32.95 33,00 33.05 33,lO 333 5

3,80 3,82 3884 3,86 3,88

1,289 1291 1,292 1,294 1,296

38,57 38,63 38.69 38,75 38,81

35,45 3550 35,55 3660 35.65

4s80 4,82 4.84 4,86 4.88

1,376 1,378 1,379 1,381 1,383

41,74 41,80 41,87 41,93 42,OO

37,95 38,00 38,05 38,10 38,15

37,00

37,05 37,10

37,15

Allgemeine Tahellen 349

ool

8"

R"

dll: % -

4.90 4,92 4.94 4,96 4,98

1,384 1,386 1,388 1,390 1,391

42.06 42.12 42.19 4225 42.32

38,20

38,40

7,50 7,55 7960 7,65 7,70

5,oo 5,05

5,l 0 515 5.20

1,393 1,397 1,402 1,406 1,410

42,38 42,54 42,70 42,86 43.02

38,45 38,58 38,72 38,85 38.99

7,75 7,60 7,85 7990 7,95

5,25 5,30 5.35 5.40 5.45

1,414 1,419 1,423 1,427 1,432

43,18 43,34 43,m

8800 8,05

5.50 555

1,436 1,440 1,444 1,449 1,453

43,98 44.1 5 44,31 44,47 44,63

39,12 39,26 39.39 39.53 39.66 39.80 3982 40,05 40,17 40.30

5,80 5,85 5,90 5.95

1,457 1,461 1,466 1,470 1,474

44,79 44,95 45,ll 45,27 4543

40,42 40,55 40,67 40,80

6.00 6.05 6.10 6,15 6,20

1,479 1,483 1,487 1,491 1,496

45.59 45.75 45.91 46,07 46,23

6,25 6,30 6,35 6,40 6,45

1,500 1,504 1,509 1 5 13 1 3 17

6.50

R"

E"

II"

50,61 50.78 50,94 51,11

45,00 45,13 4527 45,41 45,54

10.5 10,6 10.7 10,8 108

1,877 1,887 1.896 1,905 1,915

60,66 61,02 61,37 61.72 62.07

53,47 53,76 54.07 54.38 54,69

51,28 51,44 51,60 51,77 51 3 4

45,69 45,81 45,94 46,08 46,22

11,o 11,l 11,2 11,3 11,4

1,924 1,934 1,943 1,953 1,962

62,42 62,78 63,14 6330 63,86

55,31 55,62 5593 56,24

46,35 46,49 46,w 46,77 46,91

11,5 11,6 11,7 11,8 11.9

1,972 1,981 1,991 2.m 2,010

64,22 6439

,669

52,lO 52,27 52.44 52.61 52,78

,673 ,678 ,682 ,687 ,691

52,95 53,12 53,29 53,46 53.63

47,06 47,19 47,33 47,47 47,61

12,o 12,l 12,2 12,3 12,4

2,020 2,029 2,039 2,049 2,059

66,03 66,40 66,77 67,14 67,51

58,41 58,72 59,03 59,34

40,92

8,50 8,55 8,60 8,65 8,70

,696 ,700 ,704 ,709 ,713

53.80 53.92 54,19 54,36 5443

123 12,6 12,7 12,8 12,9

2,069 2,079 2,089 2,098 2.108

67,88 68,25 68,62 68,99 6936

59,65 5998 60,31 60,64 60,97

41,05 41,18 41.32 41,46 41 ,59

8,75 8,80 8,85 8,90 8,95

,718 ,722 ,727 ,731 ,736

54.83 55.00

47,75 47,89 48,02 48,16 4829 48,42 48,56 48,69 48,83 48,97

13.0 13,l 13,2 13,3 13,4

2,118 2.128 2.138 2,148 2,158

69,73 70,ll 70,49 70,87 71,25

61,30 61,62 61 ,94 62,26 62,58

46,39 46,55 46,71 46,87 47,03

41,73 41,86 42,00 42,13 42,26

9,OO 9,05 9,lO 9,15 9,20

1,740 1,745 1,749 1,754 1,758

5585

56,02 56,19

49,lO 49,24 49,39 49,53 49,a

133 13,6 13.7 13,8 1 3.9

2,168 2,178 2,188 2,198 2,208

71 ,64 72,02 72,40 72,79 73,16

62,90 63,23 6336

6,60 6.65 6.70

1,521 1,526 1,530 1,534 1,539

47,lS 47.35 47.51 47.67 47,83

@,40 42,s 42.66 42.79 42.92

9,25 9.30

56,36 56,s 56,70 56.87 57.04

49.82 49,97 50,ll 50,26 50,40

14.0 14.1 14.2 14.3 14.4

2,218 2228 2,239 2,249 2259

7334 7392 74,30 74,68 75,w

6435 64,89

9,45

1,763 1,767 1,772 1,776 1,781

6,75 6,80 6,85 690 6,95

1,543 1,547 1,551 1,556 1,560

47,99 48,15 48,31 48,47 48,63

43,05

9,50 9,55 9860 9,65 9,70

1,785 1,790 1,794 1,799 1,803

57,21 57,38 5735 57,72 57,89

50,55 50,70 50884

14.5 14,6 14,7 14,8 14.9

2,269 2,280 2,290 2,300 2,311

75,44 75,83 76,21 76,59 79,97

66,25 66,59 6683 67,27 67,61

7,oo 7,05 7,lO 7,15 720

1,564 1,569 1,573 1,577 1,582

48,79 48,95 49,12

2z

9,75 9,80 9,85

1,808 1.813 1.817 1,822 1,826

58,w 5823 58.40 58,57 58,74

51 28 51,42 51$5 51,71 51,85

15,O 151 152 15,3 15,4

2,32 2,33 2,34 2,35 2.36

77,35 77,74 78,13 78,52 78,9l

67,95 68,29 68,63 68.97 69,31

55

1,586 1,590 1,595 1,599 1,603

49,61 49.78 49,95 50,ll 50,27

1,831 1,840 1,849 1,859 1,888

58,91 59.26 59,61 5996 60,31

52,OO 52.29 52,58 52,87 53,17

15.5 15,6 15,7 15,8 1 5,9

2,37 2,38 2,39 2,41 2,42

79x4 79,69 80908 80,47 80,m

69,65 70,00 70,35 70,70 71,05

5,60 5,65 5,70 575

6.55

7,35 7,40 7,45

43.82

% : 38,35

43,18 43,31 434 4357 43,70 4383

44,m 4422 44,35 44.48 44,61 44,74 44,87

8,lO 8,15 820 8,25 8,30 8,35 8,40 8,45

98%

9,95

10,o 10,l 102 1 0,3 10,4

1,608 1,612 1.616 1,621 1,625 ,630 ,634 ,638 ,643 ,647 ,651 ,656 ,660 ,665

5466 55,17 5534 5551 5568

2:

64,95

6531 65,67

55,00

5635 56,86 57,17 57,48 57,79 58,10

63888

64,22

=,23 65,57 65,91

350

Physikolische wid cherriischr Grundlccgeri und Umrechnungstahelleri

S"

W'

8''

W'

8''

R"

16,O 16,l 16,2 16,3 16,4

2,43 2,44 2,45 2,46 2,47

81,25 81,65 82,05 82,45 82,85

71,40 71,74 72,08 72.42 72,76

23,O 23,2 23.4 23.6 23,8

3,22 3,24 3,26 3,29 3.31

110,5 111,4 112,2 113,l 114,O

97,05 97.81 98.57 99,34 100,l

34,O 34,2 34.4 34,6 34,8

4,57 4,60 4.62 4,65 4,67

159,O 159,9 160,8 161,7 162,6

140,2 141,0 141,8 142,6 143,4

16,5 16,6 16.7 16,8 16,9

2,48 2,49 2,50 2,51 2,52

83,26 83,66 84,06 84,46 84,86

73,lO 73,45 73,80 74,15 74,50

24,O 24,2 24,4 24,6 24,8

3,34 3,36 3,38 3,41 3,43

114,8 115,7 116,5 117,4 118,3

100,9 101,7 102,4 103,2 103,9

35,O 35,2 35,4 35,6 35,8

4,70 4,72 4,75 4,77 4,80

163,5 164,4 165,3 166,2 167,l

144,2 145,0 145,8 146,6 147,4

17,O 17,l 17,2 17,3 17,4

2,53 2,54 2,56 2,57 2,58

85.26 85,67 86.08 86.49 86,90

74,85 75,21 75,57 75,93 76,29

25,O 25,2 25,4 25,6 25,8

3,46 3,48 3,50 3,53 3,55

119,l 120,o 120,9 121,8 122,7

104,7 105,5 106,2 107,O 107,8

36,O 36,2 36,4 36,6 36,8

4,82 4,85 4,87 4,90 4,93

168,O 168,9 169,8 170,7 171,6

148,2 149,0 149,8 150,6 151,4

17,5 17,6 17,7 17,8 17,9

2,59 2,60 2,61 2,62 2,63

87,32 87,73 88,14 88,55 88,96

76,65 77,Ol 77,37 77,73 78,09

26,O 26,2 26,4 26,6 26,8

3,58 3,60 3,62 3,65 3,67

123,5 124,4 125,3 126,2 127,l

108,6 109,4 110,l 110,9 111,7

37,O 37,2 37,4 37,6 37,8

4,95 4,98

152.2

5,oo

5,03 5,05

172,5 173,4 174,3 175.2 176,l

18,O 18,l 18,2 18,3 18,4

2,64 2,65 2,67 2,68 2,69

89,37 89,78 90,19 90,60 91,Ol

78,45 78,81 79,17 79,53 79,89

27,O 27,2 27,4 27,6 27.8

3,70 3,72 3,75 3,77 3,80

127,9 128,8 129,7 130,6 131,5

112,5 113,3 114,l 114,9 115.7

38,O 38,2 38,4 38,6 38,8

5,08 5,lO 5,13 5,15 5,18

177,O 177,9 i78,a 179,7 180,6

156,2 157,0 157.8 158,6

18.5 18,6 18,7 18,8 18,9

2,70 2,71 2,72 2,73 2,74

91,42 91,84 92,25 92,66 93,07

80,25 80.62 80,99 81,36 81,73

28,O 28,2 28,4 28,6 28,8

3,82 3,85 3,87 3,89 3,92

132.4 133,2 134,l 135.0 135,9

116,5 117,3 118.0 118.8 119,6

39,O 39,2 39,4 39,6 39,8

5,21 5,23 5,26 5,28 5,31

181,5 182,4 183,3 184,2 185,2

160,3 161,1 161,9 162,7 163,5

19,o 19,l 19,2 19,3 19,4

2,75 2,77 2,78 2,79 2,80

93,48 93,90 94,32 94,74 95,16

82,lO 82,47 82.84 83,21 83,58

29.0 29.2 29.4 29.6 29.8

3,94 3,97 3,99 4,02 4,04

136,8 137.6 138.5 139,4 140,3

120.4 121,2 122,o 122,8 123,6

40,O 40,2 40,4 40,6 40.8

5.33 5,36 5,39 5,41 5,44

186,O 187,O 187,8 188,8 189,7

164,3 165,1 165,9 166,7 1673

19,5 19,6 19,7 19,8 19,9

2,81 2,82 2,83 2,85 2.86

95.58 96,Ol 96,43 96,85 97.27

83,95 84,31 84,67 85,03 85,39

30,O 30,2 30,4 30,6 30,8

4.07 4,09 4,12 4,14 4,17

141,2 142.0 142,9 143,8 144,7

124.4 125.2 126,O 126,7 127,5

41 ,O 41,2 41,4 41,6 41,8

5,46 5.49 5,51 5.54 5,57

190,6 191,5 192.4 193.3 194,2

168,3 169,1 169,9 170,7 171.5

20,o 20,2 20.4 20,6 20,8

2,87 2.89 2,91 2,94 2,96

97,69 98,53 99.37 100.2 101,o

85,75 86,49 87,23 87,98 88,74

31,O 31,2 31,4 31.6 31.8

4,19 4.22 4,24 4,27 4,29

145,6 146,5 147,3 148.2 149,l

128,3 129,l 129,9 130,7 131,5

42,O 42,2 42,4 42,6 42,8

5,59 5,62 5,64 5,67 5,69

195,l 196,O 196,9 197,8 198,7

172,3 173,1 173,9 174,8 175,6

21 ,o 21,2 21,4 21,6 21,8

2,98 3,Ol 3,03 3,05 3,08

101,9 102.8 103,6 104,5 105,3

89,50 90,26 91,02 91,77 92,51

32,O 32.2 32,4 32,6 32,8

4,32 4,34 4,37 4,39 4,42

150,O 150,9 151,8 152,7 153,6

132,3 133,l 133,9 134,7 135,5

43,O 43,2 43,4 43,6 43,8

5,72 5,75 5,77 5,80 5,82

199.6 200,5 201,4 202,3 203.3

176,4 177,2 178.0 178.8 179,6

22,o 22,2 22.4 22,6 22.8

3,lO 3,12 3,15 3,17 3,19

106.2 107,l 107,9 108,8 109,6

93.25 94,Ol 94.77 95,53 96.29

33,O 33,2 33.4 33,6 33.8

4,44 4,47 4.49 4,52 4,54

154,5 155,4 156,3 157,2 158.1

136,3 137,l 137.9 138,6 139,4

44,O 44,2 44,4 44,6 44,8

5,85 5,87 5,90 5,93 5,95

204,2 205,l 206,O 207,O 207,9

180,4 181,2 182,0 182,9 183,7

153,0

153.8 154,6 155,4

159,1

Allgemeine Tahellen 35 1

*

a 45,O 45,2 454 45,6 458

5,98

% 606

w -

am

8,84

301,O 303,3 305,6 307,9 31 0,2

265,7 267,7 260,8 271,8 273,8

92,5 93,O 93,5 94,O 94,5

8,91 8.97 9,04 9,lO 9,17

31 2.5 314,8 31 7,l 31 9.4 321,7

275.8 2778 279,9 281,9 284,O

95,O

923

324,O 326,3 328,6 331 ,o 333,3

286,O 288,o 290,l 292.1 294,l 296,2 298,2

Iy"

am

208,8 209,7 21 0,6 21 1,5 21 2,5

184,5 185,3 186,l 186,9 187,7

65,O 65,5 66,O 6695 67,O

8,58 8,65 8,71 8,78

213,4 21 4,3 21 5,2 21 6,2 21 7,l

188.5 189,s 190,l 191,o 191,8

67,5 68.0 6895 69,O 69,5

9L

46.0 46.2 46,4 46,6 46,8

6,08 6,ll 6,13 6,16 6,18 6,21

47,O 472 47.4 47,6 47,8

6,23 6,26 629 6,31 6,34

21 8,O 21 8.9 21 9,8 220,8 221,7

192.6 193,4 1942 195.0 1 95.8

70,O 70,5 71 ,O 71,5 72,O

48,O

6,37 6,39 6,42

222,6 223,5 224,5 225,4 226,3

196,6 197,4 198,2 199,l 199,9

72,5 73,O 73,5 74,O 74,5

9,56

9,=

335,6 337,9 3442 342.5 344.8

482 48,4 48.6

9,s

9.37 9,43 9,50 9,63

9,69 9,76

3002

0"

IIW

12,18 12,25 12,32 12,38 12,45

428,2 430,5 432,8 435,l 437,4

377,6 379,6 381,7 383,7 385,8

12,51 12,s 12,64 12,71 12,78

439.7 442.0 444,3 446,6 448,9

387,6 389,9 391,9

1284 12,91 12,97 13,04 13,lO

451,2 453.6 455,9 4582 4603

100 101 102 103 104

13,17 13,30 13,43 13,56 13,69

462,9 467,5 472,l 476.8 481,4

408,2 41 2,3 41 6,4 420,4 424,5

105 106 107 108 109

13,83 1396 14,09 14,22 14,35

486,l 49097 495,3 500,O 504,6

428,6 432,7 436,8 4403 4443

95.5 96,O

96,5 97,O 97,5 98.0 98,5 99,o 99,5

394,0 396,0 398,0

m,1 402,1

40491 4W,2

48,8

6.47

49,O 49,2 49,4 49,6 49,8

6,50 6,52 6,55 6,57 6,60 6,62 6,69 6,75 6,82

227,2 228,2 229,l 230,O 230,9

200,7 201,5 202,3 203,l 203,9

75,O 75,5 76,O 76,5 77,O

9,89 995 10,02 10,08 10,15

347,l 349.5 351,7 354,l 356,3

3022 3Q4B 306,l 308,l 31 0,2 31 2,3 31 4,3

204,7 206,7 208,8 21 0,8 212,8

77,5 78,O 78,5 79,O 79,5

1022 10,28 10,35 10,41 10,48

358,7 361,l 363,4 365,7 368,O

31 6,4 31 8,4 320,5 322,5 324,6

110 111 112 113 114

14,48 14,61 14,75 14,88 15,Ol

5092 513,8 51 8,4 523,l 527,7

449,0 453,1

6,88

231,8 234,l 236,4 238,8 241,l

6,95 7,Ol 7908 7,14 7,21

243,4 245,7 248,o 250,3 252,6

21 4,8 21 6,9 219,O 221,o 223,O

W O

10,54 10.61 10.68 1474 10,81

370,3 372.7 375,O 377,2 379,5

326,6 328,6

115 116 117 118 119

15,14 15,27 15,40 15,53 15,67

523,3 536,Q 541.5 546,2 550,8

469,4 473,5 477,6 481'6 485,7

7,28 7,34 7,41 7,47 7.54

254,9 257,2 259,5 261,8 264.1

225.0 227,l 229.1 231.1 233,2

10.87 10,94 11,00 1 1,07 11.13

381,9 384.2 386.5 388.8 391,l

15,80 15,93 16,W 16,19 16,32

5554 560,O 564,7 569.4 574,O

489,8 493,9

266,4 268,7 271 ,O 273,3 2753

235,2 237,2 239,2 241,2 243.3

1 1,20 1 1,27 1 1,33 1 1.40 11,46

393,4 395,7 398,O 400,3 402.6

336,8 338,8 340,8 342.9 34499 347,O 349,O 351,l 353,l 3552

120 121 122 123 124

7,60 7.67 7,73 7,80 7,86 7,93 739 8,06 8,12 8,19

82,5 8380 8395 84.0 84,5 850 8595 8610 86,5 87,O

125 126 127 128 129

16,45 16,59 16,72 16,85 16,98

578,7 58393 587,9 592,6 597,2

510,3 514,4 51 8,5 522,6 526,7

277,9 280,2 282,5 284,8 287,2

245.3 247,3 249,4 251,4 253,5

87,5 8890 88,5 89,O 89,5

11.53 1 1,59 1 1,66 1 1,73 1 1,79

404.9 407,3 409,6 41 1,9 414,2

357,2 359,2 361,3 363,3 365,4

130 131 132 133 134

17,ll 17,24 17,39 17,51 17,64

601.8 60694 611,O 61 5,7 620,3

530.7 534,7 538,8 542,Q

8,25 8.32 8.38 8.45 8,51

289,4 291.8 294,l 296,4 298,7

255.5 257.5 259,6 261,6 263,7

W,O 9085 91 ,o 91,5 92,O

11,86 1 1,92 11,99 12.05 12,12

41 6,6 41 9,0 4212 423,5 425,8

367,4 369.4 371,5 373,5 375,6

135 136 137 138 139

17,77 17,90 18,03 18,16 18,30

624,8 629,5 634.1

551,1

SOP0 50,5 51 ,O 51,5 52,O 52,5 53,O 53,5 54,O

54,5 55,O 55,5 56,O 565 57.0 57,5 5890 5895 59,O 59,5 60,O

60,5 61 ,O 61,5 62,O 62.5

63.0

63,5 64,O 64,5

644

80.5 81,O 81,5 82,O

330,6

332,7 334,7

638,8

643,4

457,2 461,3 465,3

498,0 502,1

506,2

547,0

5552 559,3 563,4 567,4

352 Physiktilischr

wit1

chernische Gruririltrgeri urid U~nrec.hriurigstrrbelleri

s

S*’

K’

195 196 197 198 199

25,66 25,79 25,92 26,06 26,19

902,6 907,2 91 1.8 916,5 921,l

796,O 800,l 804,2 808,3 812,4

591,9 596,O 600,l 604,2 608,3

200 202 204 206 208

26,3 26,6 26,8 27,l 27.4

925.8 935.0 944.3 953,4 962.7

694,4 699,O 703,6 708.3 712,9

612,3 616,4 620,4 624,5 628,6

210 212 214 216 218

27,6 27,9 28,2 28,4 28,7

20,40 2053 20,66 20,79 20,93

717,5 722,l 726.7 731,4 736,O

632,7 636,8 640,9 645,O 649,l

220 222 224 226 228

160 161 162 163 164

21,06 21,19 21,32 21,45 21,58

740.6 7453 749,9 7543 759,2

653,2 657,3 661,4 665,5 669,6

165 166 167 168 169

21,71 21,85 21,98 22,ll 22,24

763,8 768,4 773,O 777,7 782,3

170 171 172 173 174

22,37 22,50 22,64 22,77 22,90

175 176 177 178 179

OI

S”

K’

300 302 304 306 308

39,4 39,7 40,O 40,3 40,5

1388,7 1397,9 1407,2 1416,4 1425,8

1224,6 1232,8 1240,9 1249,l 1257,l

816,4 824,5 832.7 840,8 849,O

310 312 314 316 318

40,8 41,l 41,3 41,6 41,8

14350 1444,2 14533 1462,7 1472,l

12652 1273,4 1281,6 1289,8 1298,O

972,O 981,3 9903 999,7 1009,l

857.2 865,3 873,5 881,4 889,9

320 322 324 326 328

42,l 42,4 42,6 42,9 43,2

1481,3 1490,5 1499,8 1509,O 1518,4

306,2 314.4 322.6 330,8 339,0

28.9 29.2 29.5 29,7 30,O

1018,4 1027,6 1036,9 1046.1 055,4

898,O 906,2 914.4 922,6 930.8

330 332 334 336 338

43,4 43,7 43,9 44,2 443

1527,6 1536,8 1546,l 15353 1564,6

347,1

230 232 234 236 238

30,3 30,5 30.8 31,l 31.3

064,7 073,9 083,l 092,3 101,7

938,9 947,l 955,3 963,4 9713

340 342 344 346 348

44,7 45,O 453 455 45,8

1573,8 1583,O 1592,3 16013 1610,7

1387,9 1396,l 1404,3 1412,5 1420,6

673.6 677,7 681.7 685,8 689,8

240 242 244 246 248

31,6 31,8 32,l 32,4 32,6

111,o 20,2 293 38,7 48,O

979,7 987,9 996,l 004,3 012,4

350 352 354 356 358

46,l 46,3 46,6 46,8 47,l

1620,l 1629,4 1638.7 1648,O 1656,2

1428,7 1436,9 14451 1453,3 14613

786,9 791,6 796.2 800,8 8054

693,9 698,O 702,l 706,2 710,3

250 252 254 256 258

32,9 33,2 33,4 33,7 33,9

57,3 020,5 663 028,7 75,8 036,9 85,O 0451 194,3 1053,3

360 362 364 366 368

47,4 47,6 47,9 48,2 48,4

1666,4 1675,6 1684,9 1694,O 1703,4

1469,6 1477,8 1486,O 1494,l 1502,2

23,03 23,16 23,29 23,42 2336

810,2 814,8 819,4 824,l 828,7

714,4 718,5 722,6 726,7 730,8

260 262 264 266 268

34,2 343 34,7 35,O 35,3

203,5 212,7 222,o 231.2 240,5

1061,4 1069,6 1077,8 1086,O 1094,l

370 372 374 376 378

48,7 48,9 49,2 493 49.7

1712,7 1721,9 1731.2 17403 1749,8

1510,3 1518,5 1526.7 1534,9 1543’1

180 181 182 183 184

23,69 23.82 23,95 24,08 24,21

833,3 837,9 842,6 847,3 851,8

734,8 738,9 743,O 747,l 751,l

270 272 274 276 278

353 35,8 36,l 36,3 36,6

249.8 259,O 268,3 12773 1286,8

1102,2 1110,3 1118,4 1 126,6 1134,8

380 382 384 386 388

50,O

51,l

1759,O 1768,4 1777,6 1786,8 1796,O

1551.2 1559,4 1567,6 1575,8 1583,9

185 186 187 188 189

24,35 24,48 24,61 24,74 24,87

856,4 861,O 865,7 870,3 874,9

755,2 759,2 763.3 767,4 7713

280 282 284 286 288

36.8 37,l 37,4 37,6 37,9

1296.1 1305,3 1314,6 1323,8 1333,l

1143,O 1151,2 1159.4 11673 1 176,7

390 392 394 396 398

51,3 51,6 51,8 52,l 52.4

1805,3 1814,6 1824,l 1833s 1843,O

1592,O 1600,2 1608,3 1616,6 1624,8

190 191 192 193 194

25,OO 25,13 25,27 25,40 25,53

879,5 884,l 888,7 893.4 898.0

775,6 779,4 783.7 787,8 791,9

290 292 294 296 298

38,2 38,4 38,7 38,9 39,2

1342,4 1351,6 1360,9 1370,l 1379,4

1183,8 1192.0 1200,l 12083 1216,5

400 402 404 406 408

52,6 52,9 53,2 53,4 53,7

1852 1861 1870 1879 1889

1633 1641 1649 1657 1665

#’

OM

OI

140 141 142 143 144

18,43 1836 18,69 18,82 18,95

648,l 652,7 657,3 662,O 666,6

5713 5756 579,7 583,8 587,8

145 146 147 148 149

19,08 19,22 19,35 19,48 19,61

671,2 675,8 680,4 685,2 689,7

150 151 152 153 154

19,74 19,87 20,Ol 20,14 20,27

155 156 157 158 159

50,3 50,5 50.8

I

355,3 363.4 371,8 379.7

Allgemeine Tabellen

w

-

ou - #"

353

s

vc

w

alrt

g:

c"

w

650

3009 3055 3101 3148 3194

2653 2694 2735 2776 2817

/

410 412 414 416 418

1898 1907 1916 1926 1935

1674 1682 1690 1698 1706

470 472 474 476 478

61,8 62,l 62,4 62,6 62,9

2176 2185 2194 2203 2213

1919 1927 1935 1943 1951

680 690

853 86,8 882 893 90,8

420 422 424 426 428

1944 1953 1963 1972 1981

714 723 731 739 747

480 482

632 63.9 642

2222 2231 2240 2250 2259

1959 1968 1976 1984 1992

700 710 720 730 740

92,l 93,4 94,7 Q61 97.4

3240 3287 3333 3379 3425

2857 2898 2939 2980 3021

430

1990 2Ooo 2009 2018 2028

755 763 772 780 788

490 492 494 496 498

64.5 6407 @,O @,3 65,5

2268 2277 2287 2296 2305

2Ooo 2008 2017 2025 2033

750 760 770 780 790

98.7 100,o 101,3 102,6 103,9

3472 3518

3062

796 804 812 821 829

500

6 8 67,l me4 69,7 71,l

2315 2361 2407 2453 2500

2041 2082 2123 2163 2204

800 810 820 830 840

105.3 106,6 107,9 109,2 110,5

3703 3749 3796 3842 3888

3266

446 448

2037 2046 2055 2066 2074

450 452 454 456 458

2083 2092 2102 2111 2120

837 845 1853 1861 1870

550

72,4 73,7 75,O 76,3 77,6

2546 2592 2639 2685 2731

2245 2286 2327 2368 2408

850 860 870

111,8 113,2 14.4 158 17,l

3935 3981 4027 4074 4120

3470 3511 3551 3592 3633

460 462

2129 2139 2148 2157 2166

1878 1886 1894 1902 1910

600

749 80,3 81,6

2777 2824 2870 2916

2449 2490 2531 2572 2612

900

18,4 21,7 25,O 28,3 31,6

4166 4282 4398 4513 4629

3674 3776 3878 3980 4082

432

434 436 438

440 442

444

464 466 468

484 486 488

510 520

530 540

560 570 580 590 610

620 630 640

6384 63,7

8289 842

a63

660 670

880 890 925

950 975 lo00

3564 3611 3657

3102 3143 3184 3225

3306 3347 3388 3429

Berechnung des &-Wertes & (m3/h)

Berechnungder Durchflu6menge Q (m3/h) G (kg/h)"

Flussigkeiten

Berechnung des Drudorerlustes AP (bar)

Ap=p.(?)?

unterkrit. P2

>

Ap

<

P 2 2 P 2

Gase Oberkrit. P,

< 3 2

Ap

>

P 2

unterkrit. P 2 2

P,

>

Ap

< p, 2

G = 31,6

. K, .

d F

G = 31,6

. K, .

d s

1000 Ap=(*)2.1L

Gase Oberkrit. P,

<

Ap

>

P 2 2 P 2

Wasser

Q =

5 bis 3OoC, a FJ 1 kg/dm3

unterkrit.

Luft 2OoC, a

-

K,=

Qn

Q, = 26,4 K, *

(G )

1,29 kg/m3-

(?)'

Ap=

(% P2.699 )'

Q K, = P1.1i,2

"Zur Berechnung des Massendurchflusses.G"ist an Stelle von Q =

~

m2

Ap =

.26,4

Oberkrit.

l

&Jhp

einzusetzen.

K,

m3/h

Ventilkennweri

a,

kg/m3,

Normdichte (0°C 760 mm Hg)

Q

m3/h

VolumenstromdurchfluO

t,

"C

Temperatur des Mediums vor dem Ventil

Q,

m3,/h

VolumenstromdurchfluO(OOC 760 mm Hg)

T,

K

p1

bar (abs)

Druck vor dem Ventil

273 + t, =absolute Temperatur des Mediums vor dem Ventil

p,

bar (abs)

Druck nach dem Ventil

v2

m3/kg

SpezifischesVolumen (aus Dampftafeln) beim Zustand p2 und ti

Ap G

bar kg/h

Druckabfallam Ventil MassendurchfluD

V*

m3/kg

p

kg/dm3

Dichte des Mediums vor dem Ventil

SpezifischesVolumen (aus Dampftafeln) beim Zustand pt und ti. 2

Allgemeine Tabellen 355

Korrekturfaktor tiSr ahigkeit g W r als 20 c St: Bei gr6brer Ziihigkeit mu6 der K,,-Wert nach der Beziehung K,,- K korrigiertwerden. Der Faktor K wird bestimmt Uber die Ziihigkeitszahl Z Es gilt:

Z=

3845 *Q ~

l6K

Q in m3/h v in c St

Der Korrekturfaktor K ergibt sich nach folgender Tabelle:

Z K

30 2,6

40 2,O

50 1,8

70 1,6

100 200 500 1000 $4 1,2 1,l 1,0

356

Phy~ikalisc~he und chemischr Gruricllqen und Uinrechnungstahellen

VDI-Wasserdampftafel Spezifisches Volumen von Wasserdampf

t

> c

-E

3

9

8 6

5

1

4

15

3

2

2

3 4

m3 kg 1 10 088 0,6

5 6 8 10

0,s 0,4

Q)

03

.-8

032

c

0,5bar

10

15

20 30

. ' I

3 n

(/>

40

50 60 80

0,1

0,08 0,06 0,05 0,04 0,03

100 150

200

0,02

300 bar 0,Ol

0,008 0,006 0,005 Wit. Punkt

0,004

0,003 0,002

0,001 0

100

200

300

400

500

Temperatur t

600

--+

700

CO

800

Nomogramm fur FlUssigkeitenund Gase Wirtschaftliche Geschwindigkeit Durchmesser Medium

-

-

bbp&lo: For FKlmi~kaitenmlt einervtclkoeltat VWI 1cSt (ladd/s)bei Nennwb DN KK) liegt die idenle str(knungclgeschwlndigkeit(v) bei 3 m/s Ftlr Gam mlt einem Druck p = 1 bar obenfatk bed DN 100 llegt die ideale SWmungsgeschwindigkeitbei 12 mh.

20

30

50

200 300

Durdrmeuer (DN)

560

Nomogramm fur Dampf Druck Temperatur Durchmesser Geschwindigkeit

-

-

-

Beispiel: Dampf mit 10 bar Druck (Oberdruck) und 183 OC (Sattdampf), einem Dampfdurchsatz von 8 t/h bei Nennweite DN 100 hat eine SkOmungsgeschwindigkeit (v) vOn 50 m/s.

400 350 300 250 200 150

1 00

700 500 300 200

100

50

30 20

10

5

3

StrOmungsgeschwindigkeR in m/s

2

1

0,5

Nomogramm fiir Nennweiten DN 3-25 DurchfluB Geschwindigkeit

-

Bd8pid: Eine Durchflut3menge (Q) von 60 Vmln ergibt bei Nennweite DN 25 eine StrOmungsgeschwindigkeit(v) von a 2 m/s.

Wmin -10

-5

- 3 - 2

- 1

500

300 200 100

-

50

-0,5

30

- 0,3 - 0,2

: 081

-0,05 - 0,03 - 0,02

20 10

5

3 2 1

-0,Ol -0,005 - 0,003 '0,001i3

43 02

-

03

0;5

1

2

3

-

4 5

Gesdrwindigkeit v in m/s

Nomogramm fur Nennweiten DN 25-500 DurchfluB Geschwindigkeit

-

Belspid: Eine Durchflu6menge (9) von 20 m3/h ergibt bei Nennweite DN 100 eine StrOmungsgeschwindigkeit(v) von 0,8 m/s.

VS

1, .Ooo

- 6o.Ooo

ms/h

-50.Ooo

- 500

-1 O.Oo0

-100

- 5.000

-50

-1 .Ooo

to

- 500

- 5

-100 - 1

-50

- 0,5 - 0,3

-20 0,3

0,5

1

2

3

5

Nomogramm fur Gase: Strtimungsgeschwindigkeit Durchmesser Viskositat Reynoldszahl

-

-

-

B.kph(: Bei einer Geschwindigkeitv = 50 m/s,dem Durchmesser (Nennweb) DN 80 und einer Visko8Mt (Zahigkeit) von 50 cSt (mm*/s) erhpm man die Reynoldszahl (Re) 80000.

loo max. 60 50'

20

10-

5-

2

1-

50.000

20.000

10.000

5.000

3.800 2.000

1.Ooo

cst (v Illmnl2/8)

Nomogramm fur Flussigkeiten: StrsmungsGeschwindigkeit Durchmesser Viskositgt Reynoldszahl

-

-

-

Beispiel: Bei einer Geschwindigkeit v = 0,4 m/s, dem Durchmesser (Nennwlte) DN 150 und einer ViskosMt (ahigkeit) w n 10 cSt (mm2/s)erh(llt man die Reynoldszahl (Re) 6200.

max.

min. 0

\

E c >

. I

I

100.000

-

50.000 -

20.000

P

10.000

-

5.000

-

3.800 2.000 1.000 .

cst (v in mm2/s)

1;;;;;;;

Allgemeine Tabellen 363

Schatkeichen der Hydraulik und Fneumatik a) hydraulisch

a) A

Anzahl der Rechtecke =Amah1 der Schaltstellungen: 2 m a l t stellungen Bezeichnungder Schaltstellunaen'l

Konstantpumpemit 1Fbderrichtung

StrCknungsrichtung

Verstellpumpe mlt 2 FOderrlchtungen

I

Schagpfeildurch das Sinnbild kennz. Verstellbarkeit

.

I

Steuerleitung Leckleltung

,+I

Schwenkmotor

verblnduns

4

Leitungskreuzung

I

ohne AnschluE

a

r

IdurchKnopf IdurchHebel

einfachwirkender Zylinder ROckbewegung durch eingebaute Feder

Behatter n a )

I

a) Hydrospeicher

bb

1b)Druckbehlllter

a

1

-I=p

I

4

$

I

Wasserabscheider

Gerlluschdbmpfer

ROckchlagventile

I

Druckminderventil ohne und mit Entlastungsbffnung I

Drosselrockschlagventil

Drosselventil konstantbzw. ventellbar

SchnellentI0ftungsvenUl

2-Wege-Stromregehrentll 3-me-Stromregehrentll verstellbar

I

1

I

c

*

PIP-Wegeventil L Schabtellungen AnschlOsse SIP-Wegeventil (hebelbetlltigt) 4I2-Weaeventll (eleictrokagnetisch

It

(dNckbet8tigtmit Ruhestellung) nicht in DIN 1219 aenormt

Steuerfunlctionen 2/2

In Ruhestellung geschlossen

2/2

In Ruhestellung geoffnet

2/2

Beidseitig gesteuert

AIP

Durch Steuerdruck geschlossen

212 durch Betriebsdruck geoffnet 312

In Ruhestellung geschlossen

312

In Ruhestellung geoffnet

312

In Ruhestellung geoffnet

3/2

In Ruhestellung geschlossen

512

In Ruhestellung geschlossen

Al

'QP BI

IA

1

I/D

Die Be,standigkeitsliste 365

5.4 Die Bestandigkeitsliste Samtliche in der Bestandigkeitsliste aufgefuhrte Werkstoffe werden auch im Anlagenbau verwendet. Diese umfassende Bestandigkeitsliste wurde auf der Grundlage von 70 weltweit bestehenden Listen erarbeitet und aktualisiert. Identische Medien sind oft unter unterschiedlichen Bezeichnungen mehrmals aufgefuhrt, urn das Auffinden bestimmter gesuchter Stoffe zu erleichtern. Zahlenangaben in der Spalte ,,Konzentration" bezeichnen Volumenprozent, ebenso wie Zahlenverhaltnisse sich auf Volumenanteile beziehen. Das +-Zeichen gibt an, dal3 ein Werkstoff gegenuber dem Medium in der genannten Konzentration und unter den aufgefiihrten Bedingungen stabil ist, ein 0-Zeichen steht fur bedingt bestandig und ein --Zeichen fur nicht bestandig.

Da Werkstoffe verschiedener Hersteller voneinander abweichen konnen und dieser Liste fremde Quellen zugrunde liegen, kann der Autor keine Gewahr ubernehmen.

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Die Besrandigkeirsliste 367

Die Bestandigkeitsliste

I +

krt(lnd1g

0 bodlngtbuthdig

-

II

nlchtkrtindlg

4luminiumchlorld, wasserig

AIC13

4luminlumchlorid,

AIC13

4luminlumchlorid.

AIC13

Uumlniumchlorld. -fig

Uuminlumfluorid

I

~~

AIC13

I

10.0

AI2(S04)3

-

\rnel8endlure,w&sserig

CH202 H-COOH

60.0

\melsenaure, wasserig

CH202 H-COOH

\meisendluremethylester

C2H402 HCOOCH3

technlrch

HCONH2

technlrch

mlnobenzol, rein (Anilln)

C6H7N C6H5-NH2

technlrch

minobenzol, rein (Anllln)

C6H7N C6H5-NH2

technlrch

AIF3

Uumlniumsulfat,

AI2(SO4)3

Uumlniumsulfat,

AI2(S04)3

-m

weseerlg

Uumlnlumsulfat,

we-*

110.0

m t t i o t

\lumlnlumsulfat, wbserlg \luminiumsulfat, wbserie

(Anilin)

C6H5-NH2

(Anllln)

C6H5-NH2

mw

uninocyclohexan

C6H13N C6HtlNH2

technlach mln

minoeaeigaure.

-m

C2H5N02 NH2CH2-COOH

minomethan.Wesaerlg (Methylamin)

CHIN CH3-NH2

rmmonlak,flllssig

NH3

~_____

technloch technfrch

mmonlakwasser, Wtk88rlg

NH40H

Lmmonlumacetat, wasserig

C2H7N02 CH3COONH4

mmoniumcarbonat, wasserlg

CH6N203 (NH4)2C03

mmonlumchlorid, wasserig

NH4CI

10.0

geetittlgt

369

I I +

I

berthdig 0 bdingt h r t l l n d i g nicht b a n d i g

0'

-

Medium Ammoniumchlorid, wasserig

NH4CI

Ammoniumchlorid, wasserig

NH4Ci

Ammoniumchlorid, wasserig

NH4Ci

I I

Ammoniumchlorid, wesserig

Ammoniumchlorid, wesserig

f

s

Formel

gesAttlgt gesAttigt warm gesettigt ~~

I I

NH4CI

I

NH4CI

Ammoniumchlorid, wesserig

NH4CI

Ammoniumchlorid, wasserig

NH4CI

Ammoniumchlorid, wasserig

NH4Ci

gesAttigt gesAttlgt 10.0

Ammoniumfluorid, w(lsserig Ammoniumfluorid, wasserig

NH4F

Ammoniumhydroxid, wasserig

NH40H

Ammoniumnitrat,

H4N203

Ammoniumnitrat,

H4N203

10.0

NH4N03

gesAttigt

Ammoniumnitrat, wlsserig

H4N203 NH4N03

10.0

Ammoniumnitrat, wasserig

H4N203 NH4N03

10.0

Ammoniumperoxodisulfat

HBN208S2 (NH4)2S208

24.0

weswig

:

I

Ammoniumperoxodisulfat

I

H8N208S2 (NH4)2S208

Ammoniumperoxodisulfat

H8N208S2 (NH4)2S208

Ammoniumphosphat,

H6N04P NH4H2P04

Ammoniumphosphat, wasseria

H6N04P NH4H2P04

I I

Ammoniumsuifat, wasserig Ammoniumeulfat, wesserig

I

I

I

40.0

I

N8N204S (NH4)2S04

24.0

gesAttigt

N8N204S (NH4)2S04

Ammoniumsuifat, wasserig

N8N204S (NH4)2S04

Ammoniumsulfat, wasserig

H8N204S (NH4)2S04

Ammoniumsulfat, a ss e r i g

H8N204S (NH4)2S04

Ammoniumsulfid, wesserig

H8N2S (NH4)2S

Ammoniumsulfid, wasserig

H8N2S (NH4)2S

geeAttlgt

gesAttlgt ~~

gesAttlgt

GehBuse-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsliste

+ e

b

0 b.dlngtk.tindig - nldrt-ndig

Medium

FOMl

Ammoniumsulfld,

H8N2S (NH4)PS

Ammonlumsulfld.

H8N2S

Ammonlumsulfld,

H8N2S

wesseria

NH4N03

I

I

I

I

Ammonsalpeter,wdsserlg

Amyiacetat

H4N203 NH4N03

NH4N03 C7H1402 CH3(CH2)4-00CCH3

Amylalkohol,n-

C5Hl20

Amylborat

BCl5H3303

CBH5-NH2

I

C6H7N C6H5-NH2

Anilin, wdsserlg

C6H7N

Anilin, wesserig

C6H7N

Anilinhydrochlorld, Anilinsalz, wesserlg

C6H8CIN C6HS-NHS.HCl

Anilinhydrochbrld, Anlllnsalz. WeeSerb

C6H8CIN C6H5-NH2-HCI

I

Anllinhydrochlorid, hlllnsalZ. W h S d Q

I

C6H8CIN C6H5-NH2.HCI

Anllinfarbe AnisOl

I

Anlsol

I

C7H80 H5C6-OCH3

An01 .R'

C6Hl20 C6HllOH

Anon

C6H100

AnthrazenOl Antlformin .R' wesseria

I

Antlformin-N .R'

I

C7H7NO C6H5-CH-NOH

I

I

37 1

I +

bdndig 0 b d i n g t bortilndig - nlcht bestlndig

Medium

Formel

Antifrogen-N.R'

iede

Antimon(lll)chlorid, Antimontrlchlorid, Antimonbutter Antimon(V)chlorid Antimonpentachlorid

SbCI3 90.0

I

SbC15

90.0

Suspension Apfelmost

handelrOblich 1.0

Apfeiwein AppretierflOssigkeit

I

handelsOblich

I

AquasallOsung

10.0

Aramco Aramco

verschiedene Kohlenwasserstoffe

I I

technisch rein

verschiedene Kohlenwasserstoffe

technisch reln

CC13F

technlscch reln

Arcton 113

C2C13F3

handelsOblich

Arcton 12

CC12F2

handelrOblich

Arcton 11

handelsOblich ArsenMsBure, wllsseria ArsenMsBure, wasserig

I

10.0

H3As04

ArsenMsBure, wllsserig

H3As04

Arsen (V)sdure, wllsseria

H3As04

Arsen(V)sBure, ArsenMsBure, wllsserig

I 1

H3As04 H3As04

10.0 80.0

80.0 80.0 80.0

Asordin ASTM-L Nr. 1

ASTM-L Nr. 3

khan

I C2H6 CH3-CH3

iede

Geh~use-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsl iste

,2 Athandlamin

C2H8N2 NH2-CH2-CH2-NH2

technlach nln

.2-Athandiol

C2H602 CH2OH-CH2OH

technkoh

,2-Athandiol

C2H802 CH2OH-CH2OH

t.ohnlrch d n

,2 Athandlol, wdsserlg

nln

I

C2H602 CH2OH-CH2OH

,2-Athandlol, wdmerlg

C2H602 CH2OH-CH2OH

handeleOMlch

\thandi&ure, wesrerlg

C2H204 HOOC-COOH

ge~ttlgt

kthandisaure,wb8erlg

I

C2H204 HOOCCOOH

I-

CH3-CH2-OH h n o l . abwlut

C2H50H CH3-CH2-OH

96.0

had,abwlut

C2H50H CH3-CH2-OH

96.0

hhanoi, w a w r ~ g hhansaure, roh

I

C2H50H CH3-CH2-OH

I

~

CH3-COOH C2H402

\than86um, Waererlg

C2H402 CH3-COOH

hhansaure. wtbserig

C2H402 CH3 CO0H

kthansaure. wm8erlg

c2H402 CH&COOH

\than6&ure, Wa8eerlg

C2H402 CH3-COOH

khanawe, waswrlg

~~

IBI.0

-

I

C2H402 CH3-COOH CH3-COOH CH3-COOH

her

technkoh

C~cH2-O-cH2-CH3

I

c4mOO CH3-CH2-0-CH2-Cy(sK

kerieche Ole Lthylacetat

C4H802 CH3-COOC2HJ

(thylacetat

C4H802 CH3-COOC2H5

373

t +

0

-

bestllndig W l n g t be8tllndlg nlohtbosUndlg

Medium

I I ~

I I

Formel

Athylacrylat

C5H802 CH2 CH-COO-C2H5

lede

Athylacrylat

C5H802 CH2 = CH-COO-C2H5

iechnlsch rein

C2H60 + C2H402 CH3-CH2-OH CH3COOH

betriebsObllch

C2H60 + C2H402 CH3-CH2-OH CH3COOH

betrlebsObllch

Athylalkohol, denaturierl

C2H50H CH3-CH2-OH

iede

Athylalkohol, rein

C2H50H CH3-CH2-OH

Athylalkohol, absolut

C2H50H CH3-CH2-OH

36.0

C2H50H CH3-CH2-OH

96.0

khylalkohol, wlsserig

C2H50H CH3-CH2-OH

Ede

Athylalkohol-

C2H50H ZH3-CH2-OH

betrlebsJbllch

vergallt (Garunpsmaische)

Z2H50H ZH3-CH2-OH

JetrlebSJblich

khylalkoholverglllt (Garungsmaische)

Z2H50H ZH3-CH2-OH

JetriebsJbllch

Athylalkoholvergallt (mlt 2% Toluol)

C2H50H CH3-CH2-OH

96.0

Athylather

C4H100 CH3-CH2-0-CH2-CH3

technlsch reln

C4H100 CH3-CH2-0-CH2-CH3

technisch reln

C8H10 C6H5-C2H5

technisch reln

C8H10 C6H5-C2H5

technisch rein

C3H80 CH3-CH2-CH2-OH

technisch rein

C3H80 CH3-CH2-CH2-OH

technlsch reln

Athylchlorld

C2H5CI C2H5-CI

technlsch reln

khylenbromid

Br2C2H4 Br-CH2-CH2-Br

technisch reln

C2H5CIO CIC2H4-OH

technlsch reln

C2H4C12 CI-CH2-CH2-CI

technisch rein

Athylenchlorld

C2H4C12 CCCH2-CH2-CI

technlsch rein

hhylendiamid

C2H8N2 NH2-CH2-CH2-NH2

technlsch rein

khylendichlorld

C2H4C12 CI-CH2-CH2-CI

technlsch reln

Athylenglykol

C2H602 CH2OH-CHPOH

technisch rein

Athylalkohol

+ Essigsllure

, Garungsgemisch ~

I

At~~;~4t~;;~sig~ure

IAthylalkohol, absolut

Athyl benzol

Athylcarbinol

I

I

+

+

t I

Athylenglykol

~~

C2H602 CH20H-CH20H

technlsch rein

_____________~

Gehlluse-/Dichtwerkstotte

Die Bestandigkeitsliste

I

I I

Gehliuse4DichtwerkstoM

375

II

GehBuse-/Dichtwerkstoffe

Die Bestundi~keitsliste 3 11

+

krtindb

0 bodingtbatindlg nkhtkrtindlg

-

l,2-Benzoklkarbons8ure,

wesserio

I

C8H604 C6H4(COOH)2

3knenwach8

50.0

neturnin

3ienenwach8 handeisOblich

3lerkulbr

I

3lphenyl

c12Hlo C6H5-C6H5

3irulflt, Nahlum-, wemerig

NaHS03

318Ulfh, Natrium-. waweria

NaHS03

318Ulfh,

NaHS03

3l8Ulm,

NaHS03

Natrium-. waa8eria 318ulfitlauge, Calcium-. SOP-haMa 3itter8alz, wawerig

I

Ca(HS03)2 + SO2

I

MgS04

technlrch rein peattigt

peattigt pattigt 10.0

10.0

varm peattlgt pattigt

10.0

10.0

Utumen

I

3lauMure

HCN

tc&nlwh

3laua8ure

HCN

technisch rein

31eIacetat, Blelzucker, w888eria

I

C4H604Pb Pb(CH3-C00)2

rein

warm

wanw aeattigt

aeatiat 10.0

Wwria

Pb(CH3-CO012

10.0 10.0

Bklchlauge, 12,596 akthre8 Chlor Blelchlauge, 12,5% aMhn8 Chlor

NaOCl

12.5 (iebrawhc

m.

378

Phyviknli.vch(. und chernische GrirndlLigeit wid Unirrchriuiigstnbrlleii

I +

bedlndlg M l n g t htllndlg - nlcht bedlndlg 0

Medium Bleinitrat BleitetraAthyl Borax,wasserig

Borax, wasserig

Borax, wasserig 2-Bornanon 2-Bornanon BorsBure,wasserig Borsaure.wasserlg Borsaure,wasserig Branntweinaller Art Bremsflllssigkeit Brennpetroleum Brindisaure konz.Wasser Brom, flOssig Bromdampfe Bromddmpfe Brommethan Bromwasser Bromwasserstoff BromwasserstoffsBure. wllsserig Bromwasserstoffsllure, wasserig Bromwasserstoffsllure. wasserig Bromwasserstoffsllure, wasserb Bromwasserstoffsllure, wasseria Bromwasserstoffs&ure, wasserig 1.3-Butadien 1.3-Butadien

I I

Gehiiuse-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsliste

+

krtindlg 0 bodingtkrtindb - nkhtkrtlndig

Butan, gaef6rmlg

C4H10

Butancarbontaure,

C4H802 C3H7COOH

I

Butancarbontaure, w8eclerlg

C4H802 C3H7COOH

Butan-l,4-dicarbon88ure,

C8H1004 HOOC-(CH2)4-COOH

Butan-l,4-dicarbonsAure,

C8Hl004 HOOC-(CH2)4-COOH C4HlO02 C4H8IOHI2

I

C 4 m 2 C4H8(OH)2

l,CButandlol, Wmerlg

C4Hl002 C4H8(OH)2

1-Butanol n-Butanol

C4H100 CH3-CH2-CH2-CH20H

1-Butanol n-Butanol

F 1-Butanol n-Butanol

C4H100 CHS-CH2-CH2-CH20H

1-Butanol n-Butanol

C4H100 CHS-CH2-CH2-CH20H

2-Butanon

c4hb0

CH3-CO-C2H5

12-Butanon

C4H80 CH3-CO-C2HS

2-Butanon

C4H80 CH3-CO-C2H5 C4H100 C4H7(OH)3 C4H100 C4H7(OH)3

IButen, flOsslg

C4HlOO C4H7(OH)3 C4H8 CH3-CH2-CH ICH2 C4H402 HOH2C-C IC-CH2OH

Butlnglykol

C4H402 HOH2C-C C-CH2OH

C4H802 C3H7COOH ButtersBure. Wwrig

C4H802 C3H7COOH

Butylacetat

C8H1202 C4H9OOCCH3

Butyaldehyd

C4H80 CH3-(CH2)2-CHO

379

I

I I

Geh~use-/Dichtwerkstofte

I I

Gehiuse-/Dichtwerkstoffe

+

bestmdig 0 bedingtbesti4ndig - nlchtbestiindig

Medium Chlor, gasfOrmig, feucht

Formel

I

c12

Chlor,

Chlorathan Chlorathanol Chlorathen. Chlorathylen (mono), ROssig

I I I

C2H5Cl C2H5-CI C2H5CIO CIC2H4-OH

C2H3CI CH2 =CHCl

Chlorbenzol

1 C6H5CI

Chlorbenzol

I

C6H5CI

Chlorbleichlauge, wasserig

I

NaoCl

Chlorbleichlauge, 12,5% aktives Chlor

I

NaOCl

Chlorbrommethan

CiCH2Br

Chlordifluormethan

CHCIF2

ChloresslgsAure,(mono)

I

C2H3C102 CH2CI-COOH

ChloressigsBure,(mono)

C2H3C102 CH2CI-COOH

ChloresslgsAure,(mono)

C2H3C102 CH2CI-COOH

Chloresslgsaure, (mono)

C2H3C102 CH2CI-COOH

ChloressigsAure, (mono)

C2H3C102 CH2CI-COOH

ChloressigsAure,(mono)

I

ChioresslgsBure, (di),

C2H2C1202

Msseria ChloressigsBure, (dl), wasserig

C2H3C102 CH2CI-COOH

C12CH-COOH

I

C2H2C1202 C12CH-COOH

ChloressigsAure, (tri),

CC13-COOH

Chloresslgsdure, (tri),

C2HC1302

c24c1202

fffRR +--o+

Die Bestandigkeitsliste

I

Medium

I I

ChloressigsBure,(tri),

Formel

I

CC13-COOH C2HCl302

technlrch

2-Chlorathanol

C2H5CIO

technlrch reln

Chlorhydrln

HOCl + H20

technlach reln

reln

Chlorlerte

I Chlorit 300,wesserig Chlorblelche, w r l a Chlorbleiche, wasserla

NaC102

NaC102

10.0 10.0 10.0

NaOCl

Chlorkelk w&sserlg

caC(0Cl)

Chlormethan

CH3CI

10.0

technlach reln 1.0

ChlorsBure, Wsserlg

HC103

ChlorsBure, Wsserlg

HC103

1.0 1.0 10.0

10.0

ChlorsBure, Wesserlg

HC103

Chlomure, waeserig

HC103

Chlomure, waeserlg

10.0 20.0 20.0

20.0

I

ChlorsulfonsBure

I

HC1S03

Chlortrifluorid

technlrch reln technirch reln

C12 + H20

Chlorwasser Chlorwasserstoffgao

I

Chlorwasserstoffshre, w8sseriQ

I

HCI

10.0

30.0 30.0

oo++-

383

+ 0

-

I I bestlndig bedingtbe6tandig nlchtbodndig

Medium

Formel

Chlorwasserstoffsdure, wdsserig

HCI

Chlorwasserstoffsdure, wdsserig

HCI

Chlorwasserstoffsdure, wdsserig

HCI

Chloninklauge. wdsserig

ZnCl2

Chlorzinklauge, wasswig

ZnCl2

Chlorzlnklauge, Wsserlg

I

Z~CIP

Chlorzlnklauge, Wasserig

ZnCl2

Chlorzlnklauge, wdsserlg

ZnCl2

Zhromalaun,wdsserlg

KCr(S0412 I

Zhromalaun,wdsserlg Zhromalaun. wdsserlg

KCr(S04)2

I

KCr(SO4)2

Zhromaiaun,wdsserig

KCr(S04)2

Zhromalaun. wdsserig

KCr(504)2

ZhrombAder (galv. Mder) Shrombdder (gab.BBder)

I

Zhromaure

CrO3 + H2S04 + H20

3hromsdure

CrO3 + H2S04 + H20

wdsserla ZhromMure, Chromtrloxld, wdsserlg ZhromMure, Chromtrloxld, dsseria

I I

CrO3 CrO3

:is-BButen-l,4-d1carbonsdure, wdsaerig

C4H404 HOOC-CH=CH-COOH

:Is-P-Buten-l,4-dlcarbonsdure, wdsserlg

C4H404 HOOC-CH=CH-COOH

:ls-2-Buten-l, 4-dicarbons8ure. WsseriQ

C4H404 HOOC-CH=CH-COOH

:Is-2-Buten-l, 4-diCarbOns8Ure. WaSserlQ

I

C4H404 HOOC-CH-CH-COOH

:ls-2-Buten-l, 4-dlcarbondure, Wasserig

C4H404 HOOC-CH=CH-COOH

Xronens8ure

C6H807 HOOC-CH2-C(OH)(C~)-Cti2-W01

Xronensdure

C6H807 HOOCCH2-CIOHKOOH)-CH2-W0l

Gehiuse-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsliste 385

+

krtindlg

0 bodlngtkrtindlg

-

f

nkhtb..tindlg

Cltronensaure

handola-

I

Clopheno

Cl2H9cI C6HSC6HeCI

cda-sirup Crotonaldehyd

I

Cuprlsulfat,wasserlg

C4H60 CH3-CH ICH-CHO

mln

Icuso4

110.0

I

12-

HCN

Cyclohexan

technkch

C6Hl2

technkch nln

C6Hl20 C6HllOH

trohnkch nln

C6Hloo

I

Cyclohexylamln

C6Hl3N C6HllNH2

Cylanone

IUndOll-

Obllch

Cylanone Cl6H2204 C6H41COOC4H912

technlroh nln

Die Bestandigkeitsliste

+

bowndlg

0 bodlngtb.rtindlg

-

nlchtkrtindlg

Ydlum Dibutylather

C8H180 C4H9-0-C4HQ

Dlbutylphthalat

Cl6H2204 cSH4(COOCaHQ)2

Dibutylphthalat

Cl6H2204 C6H4(COOC4H9)2 Cl8H3404 CBH16(COOC4H9)2 ~~

Cl8H3404 CSH16(COOC4H9)2 C2H4C12 1,2-Dlchlor&than

C2H4C12

1,2-Dichlorathylen, 1.2-Dichlorllthen. trocken

C2H2Ci2

I

~~

1,2-Dichlordthylen, 1.2-Dlchlor8then.trocken

C2H2Ci2

Dichlorbenzol

C6H4C12

Dlchlorbutylen

C6H7C12 CH3-(C2H2)2-CHCi2 CC12F2

I

DichlOre88igaduremethyleaer

C3H4C1202 C12CHCOO-CH3

Dichlore&gadure

C2H2C1202 CQCH-COOH

Dlchlore8dg~ure

C2H2C1202 C12CH-COOH C2H2C1202 C12CH-COOH C2H2C1202 C12CH-COOH CH2C12 CH2-CI2

Dleaelkmfbtoff,Dleselol DieaeikraR8toff, DleselOl

I

C4HlOO CH3-CH2-0-CH2-CH3

Diethylether

C4HlOO CH3-CH2-0-CH2-CH3

Dlgfvkol&ure, w&mig

C4H605 COOH-CH2-0-CH2-COOH

Diglykoladure,wA8serlg

C4H605 COOH-CH2-0-CH2-COOH C20H3004 C6H4(COOCBH13)2 C4H606 HOOC-ICHOH12-COOH C4H606 HOOC-(CHOH)2-COOH

C4H606 HOOC-(CHOH)2-COOH

387

I

+

bestlndlg 0 bedlngt boatlndlg nlcht bost6ndIg

-

Dihydroxybernsteindure, wdsserig

C4H606 HOOC-(CHOH)2-COOH

'O'O

1,P-DIhydroxyBthan

C2H602 CH2OH-CH2OH

technlsch rein

~

Il.l-DihydmxyBthan

-1z602 CH2OH-CH2OH

I I

1,2-Di hydroxydthan. Msserig

I

-1

technlsch rein

C2H602 CH2OH-CH2OH

1,2-DlhydroxyBthan, wdsserig

C2H602 CH2OH-CH2OH

handelsObilch

Diisobutylketon

C9H180 O=C(CH2CH(CH3)CH3)2

technlsch

Diisobutylketon

C9H180 O=C(CH2CH(CH3)CH3)2

technisch

C7H140

technlsch

I

Dimethylanilin

I

C8HllN CBH5-N(CH3)2

Dimethylcarbinol

C3H80 CH3-CHOH-CH3

technlsch

Dimethylcarblnol

C3H80 CH3-CHOH-CH3

technlrch

Dimethylcarblnol

C3H80 CH3-CHOH-CH3

techniach

I

Dimethyicarbinol

1

C3H80 CH3-CHOH-CH3

I

technisch reln

Dimethylamln,flosslg

C2H7N CH3-NH-CH3

Dimethylanilin

C8H11N C6H5-N(CH3)2

10.0

2,6-Dlmethylanllin

C8H11N C6H5-N(CH3)2

technlach rein

I I

Dlmethylether Dimethylbenzol (0-,m-, p-)

1

I

technlsch reln

C2H60 CH3-0-CH3

I

C8HlO C6H4(CH3)2

technisch reln

Dimethylformamid

C3H7NO H-CO-N-(CH3)2

technisch

2.6-Dlmethyl4-heptanon, (Isoveleron)

C5H90 CO(CH3)2CHCH2

technlsch

2,CDlmethyl4-he~tanon.(Isovaleron)

C5H90 CO(CH3)2CHCH2

technlsch

I

4,&DimethylP-he~DtanOn(Shell)

I

C5H90 CO(CH3)2CHCH2

4,6-Dlmethyl2-heptanon (Shell)

C5H90 CO(CH3)2CHCH2

DlmethylketonMlesser

C3H60 H20

DimethylketonNVasser

C3H60 H20 CH3-CO-CH3 H-0-H

2,CDlmethyl3-wntanon. DlBK

C5H90 CO(CH3)2CHCH2

Wasserlg

technlsch reln

technlsch

+ +

I

+

C5H90 CO(CH3)2CHCH2

Dinatrlumtetraborat,

I

Na2B407

technlsch

I

technlsch reln

Geh&use-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsliste

389

I

I

I I

Geh8use-/Dichtwerkatoffe

Die Bestandigkeirsliste

+ 0 bdingtb..tindia - nk?ttk.tlndig

Modium

Formel

W a s , aromatenfrel

Kohlenwasserstoffe Kohlenwasswstoffa _______~ verwhiedene Kohlenwaeserstoffe

Irdol, aromatenfrel

verschiedene

ESSig

C2H402

I b b r . Konz

CM-COOH

I

C2H402 CH3-COOH

EsslQ

C2H402 CHI-COOH

handel.-

Essig

C2H402 CH3-COOH

handoleObiloh

ESaig

C2H402 CH3-COOH

I

Esslgester

C4H802 CH3-COOC2H5 C4H802 CH3-COOC2H5

I

EseIggelaVWsser

C3H60 +H20 CH3-CO-CH3 + H-0-H

'dI

Mggel~sser

C3H60 +H20 CH3-CO-CH3

I

Eselgester

Isslgdlure, roh

I

Issigdlure,weseerig

C2H402 CH3-COOH

Essigdure,wllsserlg

C2H402 CH3-COOH

Iseigdlure,Weserlg

C2H402 CH3-COOH

wasserig

C2H402 CH3-COOH

*igdlure,

+H-0-H

C2H402 CH3-COOH

I

trohnlrch rein

I

es.0

80.0

C2H402 CH3-COOH

180.0

Issigdure, Wsserlg

C2H402 CH3-COOH

86.0

M g d u r e , wasSerig

C2H402 CH3-COOH

86.0

bslgdlureanhydrld

C4H603 (CH3C0)20

technlrd, mln

3sigdlure, wdsserlg

issigdureanhydrld

*

I

C4H603 (CH3C0120

issigdlunanhydrld

C4H603

teohnlrch

bigdlureanhydrld

C4H603

tedmlrch

CH3-COOC2H5 isslgs&ure&thylester

C4H802 CH3-COOC2H5

teohnlrch rein

39 1

392 Physikalische iind clzmische Grrindlageri iind Utnrechnutigstcihellrri

I

I

I I

Gehiuse-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsliste 393

Modium

F0ml.l I

I

3hylbenzol

C8H10 C6H5-C2H5

3hylcarblnol

C3H80

3hylcarblnoi

C3H80

technlrch reln

Br-CH2-CH2-Br

technlrch mln

3hylenchlorhydrln

C2H5CIO CIC2H4-OH

technlrch mln

3hylenchiorld

C2H4C12 CI-CH2-CH2-CI

3hylendiamln 3hylenglykol

C2H8N2 NH2-CH2-CH2-NH2

I

technlrch reln

, technlrch rein

I

C2H602 CH2OH-CH2OH

3hyienglykoi

C2H602 bndelrObllch bndelrObllch

CH2OH-CH2OH :thylenoxld, flOmlg

I

C2H40 ICH2120

[thylether

C4H100

technkh mln

:thylether

C4H100

tachnkch rdn technlrch reln

I

Eukalin %rberel-Nekmlttel,

C4H13Na03S (CH3)2CH-ClOH6803Na

:arberel-Netzmlttel,

C4H13Na03S

weseerla

:estglas, wbserlg

10.0

We technlsch reln

:ettalkoholrulfonat :ettaikoholrulfonat

:ettslluren khtennadelOl

I I

I

R-COOH

I

Die Bestandigkeitsliste 395

+ m

b

0 adingtkrtlndla

-

nloMbo8Undlg

:rigen n3

C2CBF3 CCIF2-CCi2F

:rigen 12

cc12F2

Erlgen 22

CHCIF2

Fruchwfte,-getrbnke FruchWL, getrtinke

Furaldehyd, Furfural, Crfuwlaldehrd.Furfurol

C5H402

Wurylalkohol

C5H602

K4Fe(CN)6

K4Fe(CN)6 Bdbe8 Blutlaugensalz, Belbkall. w&aerlp

K4Fe(CN)6

3elOrchter Kelk

Ca(OH)2

Beneratorgao Benodyn Berbextrakte, aue Cellulose

31~8,wbanrrlg

CaS04

Die Bestundigkeitsliste

Formel

Medium iarnstoff,wasserig

CH4N20 NH2-CO-NH2

Hefe, wasserlg Helzbl

Gemlsch au8 floss. Kohlenwasserstoffen aus Ma18.Kohlenwasaewffen

-

Helzbl ErdOlbasls Helzbl

aus floss. Kohlenwasser8bffen

-

HenkelP-SIAwng

1

ieptadecen(8)-carbonsBure ieptan

C18H3402

technlrch

C7H16 CH3-(CH2)5-CH3

technlach

ieptan

C7H16 CH3-fCH2)5-CH3

iexachlorbutadlen iexachlorcyclohexan iexafluorokieselsaure, waeeerig iexahydroanllln iexahydrobenzol

I I

C4C16 C6H6Cl6

I

techntach rein

H2SlF6 C6M3N C6HllNH2

1

C6H12

32.0

technlrch rein

I

technlach

reln

iexahydrophenol

C6Hl20 C6HllOH

technicah rein

iexalln .R'

C6Hl2O C6HllOH C6H14 CH3-(CH2)4-CH3 C6H14 CH3-(CH214-CH3

technirch

4exan iexan HexandlsBure. Wesserig ~

~~

HexandlsBure. wllsserig

1

C6H1004 HOOC-(CH2)4-COOH C6H1004 HOOC-(CH2)4-COOH

1

technicah technisch

Hexanon

WmOO CH2-CO-CH2-CH-fCH3)2

technlach

1.2.3-Hexantrlol

C6H1403 C6Hll(OH)3

handels-

ieydogen 11

CCI3F

technloch rein

ilrschhornsalz. wasserig

CH8N203 (NH4)2C03

-1

iochofengas ioll8nderlelm

Obllch

We BetrlrbrKonz.

397

Die Bestandigkeitsliste

399

Gehlluee-/Dichtwerkstoffe

+

boothdig 0 bedingt beatandig - nlcht W n d i g

Medium

Formel

lsopropylather

C6H140 (CH3)2CH-O-CH(CH3)2

lsopropylather

C6H140 ICH3)2CH-O-CH(CH3)2

~~

~

lsopropylchlorid

C3HICI CH3-CHCI-CH3

Jod, (in alkalischer Lbsuno

J2

Jod-Jodkallum

J-KJ

Jodtinktur Jodtinktur JP-4 JP-4 Kakaobutter Kalilauge, wasserig

KOH + H 2 0

Kalilauge, wasserig

KOH+ H 2 0

Kalilauge, wasserig

KOH + H 2 0

Kalilauge, wbserig

KOH + H20

Kalilauge, wesserig

KOH + H20

Kalisalpeter, wasserig

KN03

~~

Kalisalpeter, wasserig

KN03

Kalisaipeter, wasserig

KN03

Kalium-eisen(lI)cyanid, wasserig

K4Fe(CN)6

Kalium-eisen(lI)cyanid, wasserig

K4Fe(CN)6

Kalium-eisen(ll)cyanid, wasseria

K4Fe(CN)6

Kalium-eisen(l1)cyanid. wesseria

K4Fe(CN)6

Kalium-eisen(ll)cyanid, wesserig Kalium-eisen(lll)cyanid, wasserig Kalium-eisen(lll)cyanid, wasseria

Kallum-eisen(llI)cyanid, wesseria Kalium-eisen(llI)cyanid, wesserig Kalium-eisen(lli)cyanid, wasserig

K4Fe(CN)6

Die Besrandi~keit.slisfe

Celiumacetat

C2H3K02 CMCOOK

Caiiumaleun, Kaliumdumlniumaulfat.w9sseria

Al2(SO4)S-K2SO4-24H20

20

Ai2(S04)3-K2SO4*24H20

Caliumalsun, Kaliumrlumlniumsulfat,w9sserig

ge~nlgt

8c

oeunlgt

Bc

40.0

2C

Caliumaleun, Kaliumnlumlnlumsulfat, w9sserig Knllumalaun, Kallumalumlniumsulfat, w9sserig Kallumalaun, Kaliumalumlniumsulfat. Wasseria

Ai2(SOS)3-K2SO4.24H20

Kallumbichromat, weseerig

K2CR07

Kallumblsulfat

KHS04 I

Kallumborat, w9sserlg Kaliumbromat, w9sserig Kallumbromat, w9sserlg Kallumbromat, w9sserig Kallumbromat, wdsserig

1

K3B03

I I I I

KBrO3 KBrO3 KBrO3

I

Kallumbromid, Wesserlg

I I

KBr KBr K2C03

Kaliumcarbonat. wesserlg

K2C03

Kallumcarbonat, WeSSdQ

Kaliumchlorid,wesserig

Kallumchlorid,weseerig

4c

11.0

I6(

I I I

10.0

I8(

10.0

I8(

10.0

110,

KBr

Kallumcarbonat, weaserig

Kaliumcarbonat, wesaerla

1.0

KBro3

Kallumbromid, w9sserig

Kallumbromid, wesserig

2c I

I

Kallumborat, w9seerig

I

K2C03

I

K2C03

I

KCI

I I

I I

10.0

I

Bt

10.0

21

50.0

121

50.0

110

geranlgt

181

I

Kcl

Kallumchlorld, wesserig

KCI

10.0

6(

401

I

I I

Gehluse-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsliste

+

b..tlndb

0 aalngtkrtlndlg

-

nicMbe8Undlg

Medium

Formd

Kallumperchlorat,

KC104

Kallumperchht, Kallumpermanganat, wasclerla

I

Kallumpermanganat, w6seerle Kallumpermanganat, wasserlg

1

KMn04

I

KMn04

Kallumpermanganat, wasserlg Kallum~roxodlauifat, KnllumDereulfat. w888eria

Kallumperoxodlsulfat, Kallumpersulfat,wasrerlg

K2S208

Kallumperoxodlsulfat, Kallumpersulfat,wesserlg

K2S208

Kallumperoxodlsulfat, Kallumpersulfat,wasserla

K2S208

I

Kallumsulfat,wasserlg

I

K2S04

Kampfer

I

Karbola6ure KarboleBure. w6saerlg

ClOHl60

11%:: I

C6H60 C8H50H

C6H50H

KarbolsBure,Wasserig

C6H50H Karbolaaure,wasserig

C6H60 C6H50H

Karbolsaure,wasserig

C6H8O C6H50H

Kerosln Kerosin Kesselsteln

I

KetopropanMlasser KetopropanMlasser

Kiefernnadebl

I

C3H60 + H20 CH3-CO-CH3 + H-0-H

+

C3H60 H20 CH3-CO-CH3 H-0-H

+

403

I

I

I I

Gehause-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeirslisfe

+

krtindlg

0 b.dlngtb..tlndlg - nlchtboatMndlg

I

Medium

I

Formd tochnlech

nln

(Phosgen),gasfOrmig

technlach nln

Kohlenstoftetraclorld pftetraclorld

ICC14

technlwh nln tsohnlech nln

Kokosfett

technl8ch

Kokosfettalkohol

tsohnlwh

Kokosfettalkohol

technlech nln

nln

reln

technlech nln

1

KokosnussOl

hchnlach

KokosnussOl

technlech reln

mnigswseer

reln

I

HN03 + HCI, 1:3

technloch

nln

10.0

h w l ,0-, m-, P-,

piir

C7H80 CH346H40H

I

80.0

technlach

rein

Krlstallln, reln

C6H7N C6H&NH2

technloch

Wtallln, rein

C6H7N C6H5-NH2

technlech reln

Krl6tallln.Wseerlg

C6H7N C6H5-NH2

Kupfer(l)chlorld,

CUCl

Kupfer(ll)chlorld,

CUClP

nln

waewb Kupfer(lI)fluorld,

CUR

Kupbr(1l)nltrat. vvls#rk

Cu(N0312

-w

2.0

90.0

30.0

cuso4 cuso4 CUSo4

405

Die Bestandigkeitsliste 407

I Medium

wasserlo Hagneslumchlorid, W8SWdQ

I

Formel

I

MgCIP

Hagnesiumchlorid, wasserig

MgCIP

Magnesiumhydroxld Magnesiumsulfat,

wassew

MagnesiumsuHat, Hagneslumaulfat,

MgS04

w8sserle HalskeimOl

I

HalskelmOl Halelnanhydrid

C4H203

12;:

HOOC-CH=CH-COOH

Uateinaure.wamerig

HOOC-CH-CH-COOH

HalelnsBure.w&mrig

HOOC-CH=CH-COOH dalelnsBum, Ma8erig dargarine

blarmelade

C4H404 HOOC-CH CH-COOH

I

I

vlarmorkalkhydrat

Ca(OH)2

blaschlnenOle blECLORAN .R'

(CHCM

deerwasser

1

dEG (Monoethylenglycol) CHPOH-CH2OH

GehCluse-/Dichtwerkstoffe

+ 0

-

bortindig bedlngt bestindig nicht boaundig

Medium

Formel

MEG (Monoethylenglycol)

C2H602 CH2OH-CH2OH

technlsch rein

MEG (Monoethylenglycol) Msserlg

C2H602 CH2OH-CH2OH

handelsObllch

MEG (Monoethylenglycol) Hsserio

C2H602 CH2OH-CH2OH

handelsObllch

Melasse Melasse Melasse Melasse

I

BetrlebsKonz.

I I I

BetrlebsKonz. BetrlebsKonz. BetrlebsKonz.

MelassewOrze

BetrlebsKonz.

MelassewOrze

BetrlebsKonz.

Menthol Menthol

C10H200 C10H190H

I

C10H200 ClOH19OH

Mersol D

BetrlebsKonz.

Mersol D

BetrlebsKonz. technlsch rein

Mesamoll

I

MethacrylsBuremethylester

technlech rein

C5H802

Methan

technlsch rein

Methanal,wdsserig Methanal,wdsserig Methanal,wdsserig

CH20+ H20 HCHO+ H-0-H

I I

Methanal,wdsserig

10.0

CH20+ H20 HCHO+ H-0-H

10.0

CH20+ H20 HCHO + H-0-H

40.0

CH20+ H20

35.0

CH3-OH

technlsch reln

CH3-OH

technlsch reln

Methanol,Methylalkohol MethanolMethylacetat

technlsch reln

I

2:l

50.0 50.0

H-COOH

technlsch reln

Die Bes~aridi~keirsliste409

I I I GehCLuse-/Dichtwerkstoffe

+

krtindlg 0 MlngtkrWndb - nlchtboothdlg

Medium

I

Formei

I

CH202 H-COOH

technlech reln

C5H1202 CH3-CH-(OCH3)CH2-CH2-OH

technlrch reln

Methoxybutanol

C5Hl202 CH3-CH-(OCH3)CH2-CH2-OH

technlach rdn

Methylacrykt

CH2 CH-COOCH3

technlrch

Methylaldehyd, wawerlg

CH20 + H20 HCHO + H-0-H

10.0

Methylaldehyd, wtlswrlg

CH20 + H20 HCHO + H-0-H

10.0

y

I

Methanallre

Methoxybutanol

I

nln

35.0 60.0

32.0

I

I

I

C2H6O CH3-0-CH3

technlsch nln

Methylethylketon

C4H80

technlrch reln

Methylathylketon

C4H80

technlach reln

CH3-CO-C2H5

technlech nln

Methylbenzol

C7H8 C6H5-CH3

technlach reln

Methylbromld

CMBr

technlrch nln

Methylcarbinol, denaturlert

C2H50H CH3-CH2-OH

technl8ch rein

Methylcarblnol, rein Methylcarblnol, absolut

I

C2H50H CH3-CH2-OH

I

C2H50H CH3-CH2-OH

a8.o

Methylcarblnol, absolut

C2H50H CH3-CH2-OH

a6.0

Methylcarblnol,

C2H50H CH3-CH2-OH CH3-COOH

I

Methylcarbonaure, wasserlQ

I

C2H402 CH3-COOH

Methylcarbonstlure,

C2H402

Methylcarbonadure,

C2H402

CM-COOH

I

trchnlach rein

Methylcarbon$6lure,

-rlo

I

C2H402 CH3-COOH

Methylcarbona&ure,

C2H402

Methylcarbonadure,

C2H402

1-

35.0 25.0 25.0 50.0

30.0 30.0

15.0 85.0

4 10 Physikulische und chemische Grundlugen und Umrechnungstabellen

Die Bestandigkeitsliste 4 1 1

+

krtlndlg

0 adlnQtk.tlndig

-

nlchtkrtlndig

Modlum

F0nn.l

MlschdlureI

H2S04 + H N 0 3 + H20

10.0

MlschdlureI

H2S04 + H N 0 3 + H20

10.0

MlschdlureI

H2804 + HN03 + H 2 0

48.0

p e u e rI

H2S04 + HN03+ H 2 0

48.0

H2S04 + HN03 + H 2 0

50.0

H2S04 + HN03 + H 2 0

50.0

H2S04 + HN03 + H 2 0

50.0

Mkhdlure II

H2S04 + H3P03+ H 2 0

30.0

MMA

C5H802

Monoathylenglykol

C2H602 CH2OH-CH2OH C2H602 CH2OH-CH2OH C2H602

kchnlach nln

C2H602

handOll-

Ml8chdlureI

I

Mono6thylenglykol

I

MonoAthylenglykol

I

We-rio

Mondlthylenglykol Monobrombenrol

kchnlrch nln

handolraMlch

Dbllch

kchnlach reln

kchnlwh reln

Monochlor8than

C2H5CI

technlach reln

Monochlorathylen,

C2H3Cl

mchntach

nin

hchnlach

nln

I

Monochloreedgsdure Monachlom88lgsllure MonochloresdgsBure

I

Monochlore6elg8&ure

I

C2H3W2 CH2CI-COOH C2H3C102 CH2CCCOOH C2H3C102 CHPCI-COOH c2H3c102 CH2CI-COOH C2H3C102 CH2CI-COOH

I

tochnlach

technlach nln 10.0

80.0 65.0

86.0 98.0

athvlraer Monochloresslgsduremethylester

CCH2-COO-CH2-CH3 C3H5C102 CICH2-COO-CH3

technlach nln technirch

nln

4 1 2 Physikalische urid chernische Gritridlagrri wid Urnre~~hriun~stcihrll~~ri

I I +

bestindig 0 bedingtbostiindig - nkhtbeot&ndlg

i

Medium

Formel ch3ci

Monochlormethan

I

Monomethylamin, wesseria

CH3-NH2

1

Mononitrobenzol

C6H5N02

I i

I I

Morpholin

MotorenOle

C4H90N

MotorenOle Mowllith D .R'

I

-(CH2-CH-COO-CH3)-n

CH3-fCH213-CH20H

~~

~

1

~

n-Butan, gasfOrmig

I

C4H10

CH3-CH2-CH2-CH20H ~~~

~

n-Butanol. n-Butylalkohol

C4H100 ICH3-CH2-CH2-CH20H

n-Butylether

C8H180 C4H9-0-C4H9

n-B-ther

C8Hl80 C4H9-0-CXH9

n-Butylcarblnol

C5H120 CH3-ICH2)3-CH20H

I

n-Heptan

I

C7H16 CH3-(CH2)5-CH3

n-Heptan

C7H16

n-Hexadecans8ure

Cl6H3202

I

n-hntan

1

CH3-fCH214-CH3 C5H12 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3

n-Propanol, n-Ropylalkohol C3H80 CH3-CH2-CH2-OH n-Ropanol. n-Pmpylalkohol C3H80 CH3-CH2-CH2-OH

I

I

Naphtha Naphthabenzin

1

I

Gehiuse-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsliste

+

-dig

0 bodlngtkrtindlg - nkhtb.rtindlg

Medium Naphthalln

I

Naphthalin

IClOH8

Naphtolen ZD

I

I I

Natriumacetat

I

C10H8

i

I

twhnlach

mln

CH2COONa

Natriumbenzoat, w8aaerlg

C7H5Na02 C6H5-COONa

Natriumbenzoat.

C7H5Na02 C6H5-COONa

w8aaerla

i

1 geattigt

Natrlumbenzoat, w8aaerig

C7H5Na02 C6H5-COONa

10.0

Natrlumbenzoat, w8sSerlg

C7H5Na02 CGH5-COONa

36.0

Natrlumbicarbonat. w&aerig

NaHC03

I Natriumbichromat

I

Natriumblsulfat

kalt oeattlgt

I I

I I

I

I

10.0

I

10.0

Na2Cr207 NaHS04

10.0 10.0

Natriumblsulftt,

w8aaerlg Natrlumblsulftt,

Waaaerla

I

Natriumblsulftt,

w8-rla

NatriumblsuHlt, Waaerig Natriumblsulfit, Waaaerlg Natriumcarbonat,

w8aaefia

I

Natriumcarbonat,

Waaaerlg

NaHS03

INaHS03

I

Na2C03

I

Irmv

I

I

Na2C03

Natrlumcarbonat,

we4aaerlg Natriumcarbonat, wd-rlg Natrlumcarbonat, w8sSerlg Natriumchlorat,

Wa-rla Natriumchlorat,

Wa-rio Natrlumchlorat, Natrlumchlorat,

waa8erh

I

Natriumchlorld,

I

w&8aerl9

Natriumchlorld, -ria

Na2C03

INa2C03 INaCiO3

10.0

110.0

1-W

41 3

4 14 Physikulische und chemische Grundlagen und U~nrechrtungstahellen

Die Bestandigkeitsliste 415

+ -

I

bO8uIndlg

I

I

0 0 bedlngtb.rtindlg bedlngtb.rtindlg nichtkrtrndlg

e

lo

Medium I

Jatriumnitrat,w6sserlg Jatrlumnltrlt,wewerlg

NaN03

I

NaN02

-

Jatrlumperborat,

NaB03 4H20

Jatriumphosphat

Na3Po4

-a

I

Jatriumphosphat wll88erb Uatriumselicyfat

20 1

I

I

I

Na3W

I

C7H5Na03 HO-C6H4-COONa

Uatrlumsilikat. w&3erlg

Na2S103

Uatriumrulfat, wA8serig

Na2S0440H20

Jatrlumrulfhydrat, wdweri%

20

10.0

I

NaHS03

Jatrlumrulfhydrat, wdwerig

NaHS03

Jatrlumsulfhydrat, wdwerlg

NaHS03

JatrlumsuHhydrat,

NaHS03

W

40 80

k.n O N M t b t ~

I

geunigt

180

-rig

Uatrlumrulfhydrat, wbwrl%

NaHS03

Uatrlumsulfid, w6sserig

I

Uatrlumsulfld, w6sserig

INa2S

11.

110.0

Iea

10.0

la

10.0

4a

NaOH

140.0

160

NaOH

I

Uatrlurnsulftt, wll88erlg

Na2S03

uatriumtetraborat, W88erkl

Na2B407

Uatriumtetraborat, W88erig

Na2B407

Uatrlumthiosulfat, wll88erig

Ne2S203

Uatron, feat

NaHC03

Uatron, Wsserlg

NaHC03

Uatronlauge,wesserlg Uatroniauge,wasserig Uatronlauge, Ws8erig

10.0

I

NUS

I I I

NaOH

50.0

50.0

llO(

180.0

180

4 1 6 Physiktrlischr und cheniische Grirndlqen und U~,irec.htiiiiiRstabelleti

I

I I

Gehiiuse-/Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsliste

I

I

Medium o-Nltrotoluol

F0rm.l C7H7N02 C6H4(CH3)N02

tochnlrch rain

Obstbaum-Karbollneum, Obstpulp tochnlrch

C8H18 CH3-(CH2)&CH3

technlrch

CH3-(CH2)5-CH=CH2 Oktylkresol

tochnloch

Oktylkresol

technlach nln

ole und Fette

handmlc Oblich

Oleln (C)lsAure,roh)

Cl8H3402 cSHl7-CbCH-(CH2)7COOH

Olein (c)leBure, roh)

Cl8H3402 cStiV-CbCH-ICH217COOH

I I I

H2S04 + SO3

I I

OleumdBmpfe

Oleumdnmpfe

SO3

803

110.0

I I

Mhere wringere

Olhren61 Cl8H3402 CBHl7-CH4H-ICH217C00H C3H803 CnZOH-CHOH-CH20H

Iha

C3H803 CH2OH-CHOH-CHPOH

lrde

I 61808, w8curerig

OrangenOl Orthophosphoreaure, w8seerlg

H3P04

OrthophwphoraBure. wasserk

H3W

30.0 30.0

OrthophosphomAure, witseerig

-*

Orthophosphoratlure,

T E s e e F " '

H3P04 H3P04

80.0 00.0

41 7

+ 0

-

I I bortindig kdlngt bostllndig nlcht b m n d i g

Formel

Medium OrthophosphorsBure. wAsserla

I I

H3F434

OrthophosphorsAure. wAsserlg

H3P04

OxalsAure, wAsserig

C2H204 HOOC-COOH

OxalsAure, wAsserig

C2H204 HOOC-COOH

OxalsAure, wAsserig

C2H204 HOOC-COOH C2H204 HOOC-COOH

I

OxaiaAure, wesserig

C2H204 HOOC-COOH

2,2-0xydleeslgsAure, wAsserlg

C4H605 COOH-CH2-0-CH2-COOH

2,2-0xydiesslgsAure, wAsserig

C4H605 COOH-CH2-0-CH2-COOH

Oxygenlum

02

o=o 03

I

p Ozon

03

03

03

p-tert. Butylphenol

C10H140 C4H9C6H40H C16H2204 C6H4(COOC4H9)2

Palatlnol

Cl6H2204 C6H4(COOC4H9)2

PalmMnsAure

C16H3202 CH3-ICH2114-COOH C16H3202

Palmdl Palmblfettseure

I

Paraffinemulsionen Parafflnmonocarbonseuren Parafflndl

(ohne Kohlenwasserstoffe)

R-COOH

Gehlluse-/Dichtwerkstoffe

I

Die Bestandigkeitsliste

+

krtlndlg 0 bdlngtkrtindlg nkhtkrtindlg

-

Medium

I

Pentachlorphenol

Formd

I

C15C60H

tedlniach reln

Pentan

C5H12 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3

1-Pentanol

C5H120 CH3-(CH2)3-CH20H

tochniach rein

CIH1402 CH3(CH2)4-00CCH3

technlach rein

Per (Chlorathylen)

c2c14 c12c =cc12

technlrch rein

Per (Chlorathylen)

c2c14 c12c =cc12

technlach rein

I Per (Chlorathylen)

I

technlrch reln

:Eiccl2

Perchlordlure

technlrch rein 10.0

I

Perchlorsllure,Wesserlg

I

10.0

HC104

10.0 20.0

60.0

I

Perchlo&iure,

wbserlg

I

HC104

Peroxld,Perhydrol.

H202 H-0-0-H

Konz

Peroxld,Perhydrol,

H202 H-0-0-H

Konr.

H202 H-0-0-H

35.0

H202 H-0-0-H

20.0

Peroxld,Perhydrol. Mwrlg

H-0-0-H

30.0

Peroxld,Perhydrol, webserlg

H-0-0-H

00.0

H-0-0-H

00.0

I

omanisch hemestellt

Peroxld,Perhydrol. Weserla

Peroxld,Perhydrol, waeserlo

I I

Petrolather

I

I I

Gemiach leichter Kohlenwawmffe

technlach rein

Raffin, KohlenwaasemtoffFraktionen

technbch rein

PetroleumrohOl

verschledene Kohlenwa8wmtoffe

techniach reln

Petroleumrohol

verschledene Kohlenwa88emtoffe

technkch rein

Phenol

C6H60 C6H50H

Petroleum

~

~~

4

420 Physikalische irnd chernische GrundlLigeri urid Unirechnun~smhellen

+ 0

-

b#tindig bdlngtboat8ndig nichtk.tlndlg

Medium Phenol, wasserig

Formel

I

C6H60 C6H50H

11.0

120

Phenol, Wesserig

C6H60 C6H50H

1.o

80

Phenol,w&sserIg

C6H6O CBHSOH

90.0

45

Phenol,wasserlg

C6H60 C6H50H

Phenylamin

C6H7N C6H5-NH2

technlrch

Phenylamin

C6H7N

technlrch reln

Phenylamin,Wesserig Phenylamin, Wasaerig

I

C6H7N C6H5-NH2

I

C6H7N C6H5-NH2

Phenylathylather

C8H100 C6H5-0-C2H5

technlrch reln

Phenylbenzol

C6H10 C6H5-C6H5

technlrch reln

Phenylcarbinol

C7H8O C6H5CH20H

Phenylchlortd

p I T r c h

I

C6HSCI

Phenylchlortd

C6H5CI

Phenylhydnuln

C6H8N2 C6HS-NH-NHP

Phenylhydnuln

C6H8N2 C6H5-NH-NH2

I

Phenylhydrazln-Hydnchlorld, C6H8CiN2 WaWriQ C6H5-NH-NH2-HCI Phenylhydrazin-Hydnchlorid, Werig

C6H8CIN2 C6H5-NH-NH2.HCI

Phoagen. flosslg

COCW

Phosgen, gasbrmig

coc12

I

t.chnlrch

rein

PH3

I

ger(Ltti@

I

2a

I

2o

ger(Lttb1

80

technlech reln

2a

technirch reln

Phosphomhlorld

seureanhydtid Baureanhvdrid

2a

lea

technic& reln

Phosphate,Wesserlg Phosphln

2a

technlrch reln

Die Bestandigkeitsliste 42 1

I +

aarndig

0 bodingtb.rtindlg - nkhtbosUndlg

II

Modium

V108phordlure,WaSWrig

1 H3W4

180.0

)hosphordlure. w&serig

I

180.0

H3P04

I

rhosphors8ure,w8smrlg 'hosphors8ure, wdwrlg 'hosphordlurerlbutylester

I

H3FO4

I

H3P04

C12H2704P

80.0 190.0 technlrch

%hosphortrlchlorid 'hosphorwasseratoff, PhosDhin ~hosphoroxlch lorid 'hoto-Emulsion %oto-Enhnfckler

)hthals8ure, Wasssrig lhthalseureanhydrld

technlrch

I I I

I

I

I

wc13

C8H604 CBH4(COOH)2

technirch nln

50.0

C7H402 C6H4COO technloch

CSH4(WOWH9)2 C6H4(COOC4H9)2 alkrindlure,Pikrlngelb, Ykrltin, wesserlp

I

C6H3N307 (N02)3C6H20H

Ynakolln

C6Hl10 CH2-CO-CH2-CH-(CH3)2

aiperidin

CBHllN

technlrch

WdYkOl

C2H40 (0-CH2-CH2-0)

technlrch d n

Jottfsche, Waseerlg

I

PreBhefe,wllsserig

I

Propan, flossig

K2C03

C3H8 CH3-CH2-CH3

I

10.0

technlrch reln

422 Physikdische

und chemische

Gruncllcrgeri urid Umrechniing.stnbeIle~i

Gehlluse-/Dichtwerkstoffe

+

M n d i a

B

I I I I I I I I I I I I I I

Die Bestandigkeitsliste

+

b#tlndlg

0

bodlngtbe8Mndlg

-

nkhtbmsthdlg

Yedlum

Formel

l,2-Ropylenglykol

C3H802 CH3-CHOH-CHPOH

technlrch rein

%opylenoxld

C3H60

technlach

budocumol

reln

I

csH3(cH3)3

wraul A 150 Wraul A 200

technlrch

Wraul A 0

technlsch

~

>YdraulF-9

I

rein

>yridin

C5H5N

vrldln

C5H5N

technlrch reln

We

C4H5N ~

3uecksilber

I

Hg

3uecksilbercyanid

Hg(CN)2

C)uecksllbernltrat

Hg(N03)2

R 11

I

R 113

I

R 12

jede

I

CCl3F C2C13F3 CCIF2-CCI2F

I

CC12F2 CHClF2

handelr-

Ramasit

hmdeirhandelsObllch

Parafflnemulsionl

Rauchgaae handelrObllch

sulfurlert Rizlnusbl

I

1

RoherdOl

verschledene

Roherdbl

verschiedeme

423

424 Physikalische urid ckernische Gritridlageri urid Umrechnungstaheller~

Die Bestandigkeitsliste 425

426

Physikilische wid chernische Grirridlageti

Utnrechrii~ri~stahelleri

I I

+

bertllndig 0 bedingt bestllndig - nicht bestandig

Medium

Schwefelaure wdsserig Schwefelsllurewllsserig Schwefelaure wasserig

Schwefelsaurewasserig

Formel

I H2S04

I

H2S04

I

H2S04

I

wesseris

H2S04

(NH412S04

1

H8N204S (NH4)2S04

I

SO2

+ H 2 0+ H 2 S 0 3

Schweflige Sllure,

SO2

+ H20 + H2S03

Schweflige S u r e ,

SO2 + H 2 0 + H 2 S 0 3

SchwefelsauresAmmoniak, wllsserig wllsserig Schwefelwasserstoff, wllsserig Schwefelwasserstoff, wllsseris Schweflige Sllure, wasserig. unter 8 at0

Schwefligsaures Natrium

I

Schweinefett Schwelnefett

Seewasser Seewasser Seewasser Seife

irrid

I

I

Na2S03

Gehlluse4Dichtwerkstoffe

Die Bestandigkeitsliste 427

I Modium

F0ml.l

JeHenlb8ung,waeserig CBH120 C6HllOH

3extol.R'

Jllbemitrat, wA88erig

I

technlach mln

AgNO3

Jllbemitrat, wAsserlg

AgN03

Silbemitrat,Msserlg

AgN03

0.0 0.0

Slllcofluonvassersto~ure, H2SIF6 wlr88erlg 3illconbl

technl6ch

Jillconbl

technlrch

Skydrol500

mln

I

I

Skydrol7000 Na2C03 Na2C03

Soda,wlrsserlg

Na2C03

Soda, wawrlg

Na2C03

Sodaglar, weseerig

Na2Sl03

Sorblnaure Spel8ebl

Spermblalkohol Splndebl

I I

C6H802 CHSICHW-COOH

Jede

I I

I

r

Splndelbl Sprlt, denaturiert

C2H50H

CH3-CH2-OH ~

Sprit, a W u t

C2H50H CH3-CH2-OH

~~

06.0

428

I

Physiknlischr und chemische Gritndlqyri urid Umrechriurig.sttlbelleri

I

I I

Gehlluse-/Dichtwerkstoffe

I

Die Bestandigkeitsliste 429

430 Physikalische und chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen

Die Bestandigkeitsliste 43 1

TrlchW08Sb86UrO Trichlorw8igdlure

10.0

W3-COOH

Trichlorlluonnethan

c

60.0

khnkch mln

TrlchlorbMuorAthan

C2c13F3 CCIF2-CCI2F

Wethanolamin

C6Hl5N03 N(CH2-CH2-OH)3

technlaoh min

Trlhydroxypropan,

C3H803 CH2OH-CHOH-CH2OH

led.

khnlmch min

1,3,3-Trlmahyl-

ClOHl60

twhnkch min

1.ohnlwh mln

Mo~olohohn-2-on 2,2,4-Trlmethylpent.n

tschnlach

(CH3)3-C-CH2-CH-(CH3)2

Trihylphoephat

C2lH204P (C6H4-CH3)3P04 RO(CH3)-P-(F)O

I

Trimahyklpropan. w(l.wrk

I

w H l 4 0 3 (CH20H)3C3H5

T~moahyldpropan.

C6Hl403

Trimethylolmpcur,

C6m403

Trlmethyiolpropan, wA86erk

C6m403 (CH20H13C3H5

I

Trimethylolpropan, wlll~rk

2,4,6-Trlnntophenol,

I

C6Hl403 (CH20H)3C3H5

C8H3N307

Mnknnrrer

Trinkwrwr

H20

M n h w r

H20

hand&Wlch 10.0 10.0

10.0

1.0

432

Physikalische und chemische Grundlagen und Umrechriurigstahelleri

Die Bestandigkeitsliste 433

Modlum

ualrat

Mwr.deEtIlllerte8.ent-

434 Phyikalische und chemische Grundlagen und Umrechnungstabellen

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6 Anhang

6.1 Bild- und Quellennachweis Der Bild- und Quellennachweis ist allgemein gehalten und wird nicht fur jeden einzelnen Punkt aufgeschliisselt. Da viele technische Aussagen Allgemeingultigkeit besitzen und es nicht in jedem Fall

nachvollziehbar ist, woher sie im einzelnen stammen, schlieat der Autor eine Gewahr fur die Wahrung einzelner Schutzrechte aus.

Quellennachweis Firma

GEMU Gebr. Miiller GmbH & Co. KG Criesbach, Neuer Wasen 6 74653 Ingelfingen Membran-, Sitz-, Klappen-, Kugel-, Regel-, Reinstraum-, Biotechnologie- und Magnet-Ventile. Me& u. Regeltechnik, DurchfluBmesser, Bestiindigkeitsliste Firma

ARGUS GmbH GoethestraBe 15 76275 Ettlingen Kugelventile-Metall und Feuersicherheit Firma

INTERAPP AG Grundstrde 24, CH-6343 Rotkreuz Klappenventile-Metal1

Firma Gummiwerke KRAIBURG GmbH Teplitzerstrak 20 84478 Waldkraiburg Grundlagen Gummi, Gesamtubersicht Elastomere Firma USD Formteiltechnik Heidenhang 10 58540 Meinerzhagen 2 NIRO-GuB Firma Gebr. KEMPER GmbH & Co. Metallwerke Harkortstrak 5 57462 Olpe RotguB

438 Anhang Firma

Firma Armaturen MeeboldstraBe 22 89522 Heidenheim

MARKLIN

Schieberventile, Ventilgeschichte, Sitzventil

Ventilgeschichte, Kolbenschieberventil

ERHARD

-

Firma G. DIETZ GmbH BenzstraDe 9 74 1 96 NeuenstadVKocher

Marklinweg 73033 Goppingen

Firma

SCHUNEMANN GmbH & Co. Buntentorsdeich 1 28201 Bremen

Membranen

Anwendungsfall Membranventile

Firma F. DURHOLD GmbH u. Co. KG Friedrich-Engels-Allee 259 42285 Wuppertal

Firma

Schlauch-Quetschventile

Sterilverschraubungen

Firma Buschjos Detmolder StraBe 256 32545 Bad Oeynhausen

Firma Xomox Corporation 4444 Cooper Road Cincinnati, OH 45242 USA

Membransitzventile

Kukenventile

Firma

DELTAFILTER Armsunderweg 9a 67346 Speyer Anwendungsfall Membranventile

NAUE GmbH Am Rotboll 5 6433 1 Weiterstadt

Normenverzeichnis

6.2 Normenverzeichnis Adressen siehe in Kapitel - Abkurzungen ~~

~

~

~

~

~~

Technische Lieferbedingungen fur Armaturen Allgemeine Anforderungen

DIN 3230 Blatt 2

Zusammenstellung moglicher Priifungen

DIN 3230 Teil 3

Armaturen fur Gasleitungen, Anforderungen und Priifungen

DIN 3230 Teil 5

Armaturen fur brennbare Flussigkeiten, Anforderungen und Priifungen

DIN 3230 Teil 6

Kennzeichnung von Industriearmaturen

DIN / EN 19

~

~

_ _ _ ~

___

Stellgerate fur Wasser und Dampf mit Sicherheitsfunktion in heiztechnischen Anlagen SicherheitstechnischeAnforderungen und Priifungen

DIN 32 730

Stromungstechnische KenngroBen von Stellventilen und deren Bestimmung

VDI / VDE 2173

Armaturen aus weichmacherfreien Polyvinylchlorid (PVC-U) Anforderungen und Priifungen

DIN 3441 Teil 1

KugelhiihneMaSe

DIN 3441 Teil2

Membranannaturen

DIN 3441 Teil 3

Armaturen aus PVC hart (Polyvinylchlorid hart) SchragsitzventileMaBe

DIN 3441 Teil4

Anforderungen und Priifungen

DIN 3442 Teil 1

KugelhiihneMak

DIN 3442 Teil 2

Rohre Rohre aus nichtrostenden Stiihlen

DIN 11 850

439

440 Anhang Adressen siehe in Kapitel - Abkurzungen -

Flansche FlanschelAnschluBmal3e

DIN 2501 Blatt 1

StahlguBflansche Nenndruck 25

DIN 2544

StahlguBflansche Nenndruck 40

DIN 2545

StahlguBflansche Nenndruck 64

DIN 2546

GuBeisenflansche Nenndruck 10

DIN 2532

GuBeisenflansche Nenndruck 16

DIN 2533

Flansche gegossen oder geschmiedet oder zum AnschweiBen

B.S. 10: 1962

Ringnutflansche (Dichtnut-Beschaffenheit)

ANSI B 16.5 - 1988

Uberschiebflansche

IS0 PN 20

ANSI B 16.5 - 1988

Lose Flansche

IS0 PN 20

ANSI B 16.5 - 1988

Blindflansche

IS0 PN 20

ANSI B 16.5 - 1988

Einsteckschweil3-Flansche

IS0 PN 20

ANSI B 16.5 - 1988

Gewindeflansche

IS0 PN 20

ANSI B 16.5 - 1988

GewindeNerschraubungen Whitworth-Rohrgewindefur Rohre und Fittings Zylindrisches Innengewinde und kegeliges AuBengewinde

DIN 2999 Teil 1

Rohrverschraubungenloll (Inch)

ANSI / ASME B 1.20.1- 1983

Rohrverschraubungerdmetrisch

ANSI / ASME B1.20.2-1983

Rohrverschraubungen fur Armaturen fur Lebensmittel (Milchrohrverschraubung)

DIN 11 851

Klemmverbindungen Klemmverbindungen, Metallausfuhrung Armaturen fur Lebensmittel (Tri-Clamp)

DIN 32 676

Klemmverbindungen, Kunststoffausfuhrung Ventile aus PFA

GEMU / Clean-System

National und international gebrauchliche Abkurzungen fur Organisationen, Verbande und Regelwerke

44 I

6.3 National und international gebrauchliche Abkurzungen fur Organisationen, Verbande und Regelwerke ~

Kurzel

Vollstandiger Name

Erlauterung

AEF

AusschuB fur Einheiten und Formelgrokn im DNA

(siehe DNA/DIN)

AFNOR

Association Franqaise de Normalisation

Frankreichhergleichbar deutscher DIN

A.G.A.

American Gas Association

(nicht zu verwechseln mit AGA)

AGA

Australian Gas Association

AGt

AusschuB Gebrauchstauglichkeit im DNA

(siehe DNA/DIN)

ANSI

American National Standard Institute

Amerikanische Standard Normung. Vergleichbar der DIN.

API

American-Petroleum-Institute

Amerikanisches Institut fur den Bereich Mineralolforderung und -Verarbeitung

ARGUS

ARGUS

Kugelventil-Hersteller Metallausfuhrung

ASA

American Standards Association

Vergleichbar mit DNA. Amerikanischer NormenausschuB.

ASE

Association Suisse des Electriciens

Schweidvergleichbar deutscher VDE

ASME

The American Society of Mechanical Engineers

Vergleichbar der VDI (Verein deutscher Ingenieure).

ASR

Arbeitsstiittenrichtlinien

ASTM

American Society for Testing Materials

AWF

AusschuB fur wirtschaftliche Fertigung

BAM

Bundesanstalt fur Materialpriifung

BASEEFA

Britisch Approvals Service for Electrical Equipment in Flammable Atmospheres

Amerikanische Gesellschaft fur Materialpriifung

Empfehlende Vereinigung fur die Auslegung elektrischer Gerate innerhalb EX-geschutzter Umgebung. GroObritannien

Adresse

ARGUS GmbH Goethestrde 15 76275 Ettlingen

United Engineering Center 345 East 47th Street New York. N.Y. 10017 USA

442 Anhang Kurzel

Vollstandiger Name

Erlauterung

BDI

Bund Deutscher Industrie

BGC

Britisch Gas Corporation

BS

Britisch Standards

(siehe BSI)

BSI

British-Standard-Institute

Vergleichbar der deutschen DIN. Geltungsbereich im gesamten britischen Empire

uber DIN erhaltlich

BS-OD-

British-Standard-Out-Dimension-

Britische Normung fur Rohre

uber DIN erhaltlich

"bbing

"bbing

CEB

Comiti Electrotechnique Belge

Belgiedvergleichbar deutscher VDE

CEE

International Commission on Rules of the Approval of Electrical Equipment

Internationale Commission fur die Regeln und Genehmigung fur elektrische Ausriistung und Gerate.

CEI

Comitato Elettrotecnico Italian0

Italiedvergleichbar deutscher VDE

CEN

Europaisches Komitee fur Normung

CENELEC

Committee European for Electrotecnical Standardization

CETOP

Europaischer Fachverband der Olhydraulik und Pneumatik

CGA

Canadian Gas Association

CSA

Canadian Standards Association

DBP

Deutsches Bundes-Patent

DEMKO

Dansk Elektroteknisk Komite Organization

DanemarMvergleichbar deutscher VDE

DGA

Direktoraat Generaal van de Arbeid

Niederlande

DGMA

Deutsche Gesellschaft fur MeStechnik und Automatisierung

DIHT

Deutscher Industrie und Handelstag

Europaische Vereinigung zur Erstellung der Regelwerke fur elektrische Gerate und -Ausriistungen.

Kanaddvergleichbar deutscher DIN

Adresse

National und international gebrauchliche Abkurzungen fiir Organisationen, Verbande und Regelwerke 443

Kurzel

Vollstiindiger Name

Erltluterung

Adresse

DIN

Deutsche Industrie Norm

Deutsches Institut fiir Normung e.V.

Deutsches Institut fur Normung e.V. BurggrafenstraBe 6 10787 Berlin

DITR

Deutsches Informationszentrum fur technische Regeln

DSA

Deutscher Schleifscheiben AusschuB

DVGW

Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V.

DVS

Deutscher Verband fur SchweiBtechnik

EEMAC

Electrical and Electronic Manufacturers Association of Canada

EG

Europaische Gemeinschaft

EN

Euro Norm

Europa-Norm fur Kohle, Stahl

ETL

Electronic Testing Laboratory

USNZertifizierendes Priiflabor fiir Elektronik

FIA

Factory Insurance Association

USANereinigung von Produktionsanlagen-Versicherern

FM

Factory Mutual Research Corporation

FNA

FachnormenausschuB im Deutschen Normen-AusschuB

GAVO

Gesellschaft fur Arbeitsvorbereitung und Organisation im AWF

GEMU

Gebriider Muller

Deutscher Ventilhersteller Erster Hersteller von Kunststoffventilen fur den Anlagenbau. Gegr. 1964. Metallund Kunststoffventile aller Art

GOST

Gosuderstwenny Obshschesojusni Standard

GUS (ehemals UdSSR) staatliche Unionsnorm

HK

Handwerks-Kammer

Vereinigung des deutschen Handwerkes

Vereinigung der kanadischen Elektro- und Elektronikhersteller

Nicht im Verband der Industrial Risk Insurers

(siehe DNA/DIN)

GEMU Gebriider Muller GmbH u. Co. KG Criesbach Neuer Wasen 6 74653 Ingelfingen

in jeder Kreisstadt organisiert

444

Anhnng

~

~~

Kurzel

Vollstandiger Name

Erlauterung

IBN

Institut Belge de Normalisation

Belgien/Normenstelle vergleichbar DIN

IEC

International Electrotechnical Commission

Kommission zur Erstellung international gultiger Regelwerke fur Elektrotechnik

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers inc.

USMnstitut von Elektrik- und Elektronikingenieuren

IFAC

International Federation of Automatik Control

Internationale Vereinigung fur automatische Kontrolle

IHK

Industrie- und Handelskammer

ZusammenschluB der deutschen Industrie zur verwaltungstechnischen Weiterbildung und Ausbildungssowie Handelsunterstiitzung der Mitglieder.

IS0

International Organization for Standardization

Organisation fur die Erstellung von technischen Regelwerken mit internationaler Gultigkeit.

JEM

Japan Electrical Manufacturers Association

JapadZusammenschluB der japanischen Hersteller von elektrischen Geraten.

JESSI

JOINT EUROPEAN

durch die europaische Gemeinschaft geforderte Vereinigung von Mitgliedern aus der Industrie mit dem Ziel, einen europaischen 64 Megabyte Microchip herzustellen.

SUBMICRON SILICON

JIC

Joint Industrial Council

USA

JIS

Japanese Industrial Standards

Japadormgebende Vereinigung vergleichbar mit DIN

KEMA

N.V. tot Keuring van Elektrotechnische Materialien, Divisi Elektrotechnische Keuringen. (N.V. KEMA)

Niederlande

K.V.B.G.

Koninlijke Vereniging der Belgische Gasvaklieden

Belgienkoniglich-belgische vereinigte Gasfachleute

LCIE

Laboratoire Central des Industries Electriques

FrankreicWZentrallabor der Elektroindustrie

MDIS

Ministkre du Dkveloppement Industrial et Scientifique

Frankreich

Adresse

JESSI Office Elektrastrak 6a 81925 Munchen

National und international gebrauchliche Abkiirzungen fir Organisationen, Verbande und Regelwerke 445

Kurzel

Vollstandiger Name

Erlauterung

MIL

Military Standards

USA/Militborm

ML

Ministry of Labor

JapadMinisterium fur Priifungen (Techn. u. chem.)

MRS

Midlands Research Station

GroBbritannien

MSHA

Mine Safety and Health Administration

GroBbritannienNerwaltung fur Gesundheit und Sicherheit im Bergbau

NAA

NormenausschuB Armaturen

AusschuB innerhalb der DIN

NACE

National Association of Corrosion Engineers

USNnationale Priifvereinigung fur Material und Werkstoff

NAMUR

Normen-AusschuB-Messen und Regeln

Priif- und Normengemeinschaft der deutschen chemischen Industrie

NAVSEA

Naval Sea Systems Command

USAhlarineausriistungsKommando

NEC

National Electrical Code

USA/Nordamerikanischer AusschuB fur Elektrotechnik

NEC

Nederlands Elektrotechnisch ComitC

NiederlandeMiederlandischer AusschuB fur Elektrotechnik

NEMA

National Electrical Manufacturers Association

USA/Nationale Vereinigung der Hersteller von elektrotechnischen Gutern

NEMKO

Norges Elektriske Materiellkontroll

Norwegeflriifstelle fur elektrotechnisches Material

NFPA

National Fire Protection Association

USANationale Vereinigung fur Brand- und Feuerschutz

NFPA

National Fluid Power Association, Inc.

USA/Nationale Vereinigung fur Hydraulik

NLGI

National Lubrication Grease Institute

USANationales Institut fur Schmierstoffe

NK

Japan Maritime Association

JapanNereinigung fur Ozeanik

NNI

Nederlands Normalsatie Institut

Niederlande

NSF

National Sanitation Foundation

USA/Nationale Stiftung fur sanitslre Einrichtungen

NWC

National Water Council

GroBbritanniedNationaler Rat fur Wasser

Adresse

(siehe DIN)

446 Anhang Kurzel

Vollstandiger Name

Erlauterung

OCMA

Oil-Companies-MaterialsAssociation

Vereinigung internationaler Petroliumsgesellschaften

ONA

Osterreichischer NormenAusschuB

vergleichbar DNA

ONORM

Osterreichische Norm

vergleichbar DIN

PTB

Physikalisch-Technische Bundesanstalt

RAL

AusschuB fur Lieferbedingungen und Gutesicherung bei DNA

Gehort zu DNNDIN

REFA

Verband fur Arbeitsstudien und Betriebsorganisation e.V.

Anerkannte Institution im Bereich Ausbildung fur Arbeitsstudien und Betriebsorganisation.

REG0

Richtlijnen voor de Sammenstelling van Elektrisch Material in Verband met Gasontploffingsgevaar

NiederlandeRichtlinien fur die Zusammenstellung und Auslegung von elektrischen Geraten und Apparaten in explosionsgefahrdeten RaumedUmgebungen.

RIIS

Research Institute of Industrial Safety, Department of Labor

Japadnstitut fur Industriesicherheit. Abteilung Labor

RKW

Rationalisierungskuratorium der deutschen Wirtschaft

Vereinigung von Firmen zur Organisation und Durchfuhrung von Weiterbildungsmahahmen

SAA

Standards Association of Australia AustraliedNormenstelIe vergleichbar mit DIN

SABS

South African Bureau of Standards

SudafrikaiNormenstelle vergleichbar mit DIN

SAE

Society of Automotive Engineers

USANereinigung amerikanischer Automobilingenieure

SL

Sahkotarkastuslaitos Laboratoria

Finnland

SEMKO

Svenska Elektriska Material Kontrollanstalen

Schwedenlschwedi sche Kontrollanstalt fur Elektrik

SEV

Schweizerischer Elektrotechnischer Verein

vergleichbar deutschem VDE

SFA

Special Flammable Atmospheres

GroBbritannien

SNV

Schweizerische Normenvereinigung

Schweiz/Normenstelle vergleichbar mit DIN

Adresse

(siehe DIN)

National und international gebrauchliche Abkiinungen f i r Organisationen, Verbande und Regelwerke 447

Kiirzel

Vollstandiger Name

Erlauterung

SMS

Sveriges Mekanvorbunds Standardcentral

Zentraler Standard des schwedischen Verbundes fur Mechanik

TGL

Normen der ehem. DDR

TRbF

Technische Regeln fur brennbare Flussigkeiten

TUV

Technischer Uberwachungs Verein Anerkannte Institution zur Feststellung und Bescheinigung der Betriebssicherheit von technischen Gutern

UL

Underwriters Laboratories, Inc

USNzertifizierendes Institut fur technische Guter im besonderen Einsatz

ULC

Underwriters Laboratories of Canada

Kanada/(siehe UL)

ULCG

United States Coast Guard

USNKustenwache

VDE

Verband Deutscher Elektrotechniker

Empfehlende Vereinigung des Elektrofachverbandes

VDI

Verein deutscher Ingenieure

Empfehlende Vereinigung deutscher Ingenieure

VDMA

Verein deutscher Maschinenbau Anstalten

VEG

Gasinstituut N.V.

Niederlande

VERGAS

Technische Vereniging van de Gasindustrie in Belgie V.Z.W.D.

Belgien

VGN

Vereiniging van Gasfabrikanten in Niederlande Nederland

VOB

Verdingungsordnung fur Bauleistungen

VSM

Verein schweizerischer Maschinenindustrieller

WH

Watson House

ZDH

Zentralverband des deutschen Handwerks

GroBbritannien

Adresse

VDI-Verlag GmbH Heinrichstrak 24 40239 Dusseldorf

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Sachwortverzeichnis

Abbaubohrung 148 Abdichtung, dynamische 75 Abdichtung, statische 75 Abfiillanlage 25 f. Abkuhlverhalten 45 Ablagerung von Partikeln 97 Abrasion 123 Abriebsmessung 73 Abrollbewegung 56 AbschlieBbarkeit von Handradern 196 Abschrecken 43 Absorption 279 Absperrklappe 273 Absperrklappe, Offnungswinkel 101 Abspemechanismen 79 Absperrventil 149 Abtrieb 286 Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) 39 Adhasion 123, 279 Adsorption 279 Aggregatzustand 19 Alterungsbestiindigkeit 40 Amalgamverfahren 59 American-Petroleum-Institute (API) 87 Ammoniumthiosulfatlosung 27 Analyse 16 Anforderungen, anlagentechnologische 16, 22 Anforderungen, prozeSabhangige 16 AngieSstutzen 44 Anionenaustauscher 27 Anlagenbau, allgemein 10 AnschluB-Varianten 237 Ansteuerung fremdmedien-betatigter Ventile 2 12

Antakten 139 Anti-blow-out-Schaltwelle 131 f. Anti-Statik 116 Antistatic 131 Antriebsspindeln 199 Antriebssystem 2 1 Anwendungsgebiete, Ubersicht 14 Arbeit, elektrische 294 Archimedes-Gesetz 285 Arguloy 125 Arguloy, Warmhiirte 126 ARGUS 87,437 Armatur, Definition 80 Armaturenverschraubung, MaBtabelle 236 Aufnahmebugel nach NAMUR 214 Aufsintern 63 Auftrieb 286, 307 Auftriebskraft 285 Ausdehnungskoeffizient 187 AusfluBgleichungen 3 10 AusfluRzahl 3 11 Auskleidung, Qualitatspriifung 69 Auskleidungswerkstoffe 258 Auskiihlungszeit 45 Auswahlkriterien 15, 17 Auswahlschema 16 Autowaschanlage 165 Bajonettpin 189 Baukastensystem 87, 89, 91, 175 Baulangenanderung 237 Beckenwasser 29 Bedampfungsverfahren 29 Befestigungsmoglichkeiten 163 Befestigungsplatte 89, 215

450

Sachworrverzeichnis

Begriffsdefinitionen, technische 279 Benzol 70 Beregnungsanlage 164 Bernoullische Druckgleichung 309 Bestandigkeitsliste 365 ff. Betriebsdruck 16, 41, 81 Betriebsdruck, gegen Teller 150 Betriebsdruck, mit Teller 15 1 Betriebstemperatur 16, 8 1 Bindemittel 43 Bioeinsatz 54 Biogasgewinnung 24 Bio-Membranventil 6 Biotechnologie 4, 4 1 Bioventil 5, 199 Bioventilsystem, Baukasten 91 BodenablaBventil 176, 18 1 Bodenkraft 307 Bosch 213 Brauwasseraufbereitung 25 f. British-Standard-Institute (BSI) 87 Bruchdehnung 72 Briiden 8 Bundesgesundheitsamt (BGA) 62 Buschjos 438 Butadien 70 Butyl 67 Butylkautschuk 74 Celastic-Federelement 1 18 Celastic-Graphit-Ring 1 18 Chlor-Elektrolyse 28 Chloroprenkautschuk 74 Chrom (Cr) 40 Clamp 227 ClampanschluB 245 ClampanschluBtypen 246 Clamp-System, GEMU 246, 252 Clampverbindung 53 Clampverbindung, DIN 25 1 Clampverbindung, MaBtabelle 248 Cobalt (Co) 40 Cracken 70 Dachdichtring 77 Dampferzeuger 9 Dampfkolbensteuerung, eigenstandige 2 I3 DampfstoB, Querbedampfung 3 1 Dampfsystem 10

Dampftechnik 8 Dauerfestigkeit 40 Definition 16 Dehnung 40 DELTAFILTER 438 Dichte 313 Dichtebestimmung 3 11 Dichte-Korrekturtabelle fur Fliissigkeiten 343 Dichte-Korrekturtabelle fur Gase 344 Dichtelastomere 74 Dichtelement, Deformierung 127 Dichtmembrane 185 Dichtpackung 153 Dichtsteg 182 Dichtsystem, doppelwirkendes SchaltwellenDichtsystem 118 Dichtsystem, konstruktives 122 Dichtsystem, konventionelles 120 Dichtsystern, metallisches 120 Dichtsystem, sekundares 135 Dichtsystem, tribologisches 122 Dichtungen, metallische 134 Dichtwerkstoffe 34, 70 Dickfliissigkeit 40 DIETZ 438 Differenzleitfahigkeit 25 Diffusion 280 Doppeldichtsystem 131, 133 Doppellippenring 76 Dosieranlage 139 Dosieren 150 Dosierpumpe 29 Dosierstelle 28 Drehstrom 295 Dreipunktregler 220 Dreischichtenmodell 123 Druck 282 Druck, statischer 284, 309 Druckabfall 3 13 Druckkonstanz 2 Druck-Korrekturtabelle fur Gase 342 Druckminderer 22 1 Druckregler 2 Druckregler, pneumatischer 22 1 Druckstuck 200 Druckubersetzung 306 Druck-Umrechnungstafel 341

Sachwortverzeichnis 45 1

Druckverformungsrest 73 Du Pont 62 Dunnflussigkeit 40 Durchdiffundieren 187 DurchfluSmesser 22 1 DurchfluSrichtung 141 Durchgangshohe 109 Durchgangsprofil 109 Durchhmbarkeit 40 Durchlauf-Elektrolysezelle 28 Durchlaufofen 43 Durchlaufzeit, dynamische 347 DURHOLD 438 Duroplaste 57 E-polieren 54 Edelstahlarmaturen 52 Edelstahlventilkorper, Varianten 4 1 Eigenpartikelabgabe 65 Eigenschaften, chemische 19 Einflusse, mediale 16, 19 f. Einheiten 30 1 Einheiten, Umrechnung 3 17 ff. Einsatzgebiete 15 Einschlagen 42 Einschraubstutzen 13 1 Eisenmetalle 36 Elastizitat 40 Elastomere 70 f. Elastomere, Priifverfahren 72 Elastomere, thermoplastische 7 1 Elektrizitat 29 1 Elektrizitatslehre 29 1 Elektroden 27 Elektrolyseanlage 27 Elektrolysezelle 28 f. Elektromagnet 297 Emulgator 70 Energieerhaltungssatz 28 1 Englergrade 308 Entsorgungsanlage fur Fotoindustrie 27 EPDM 67 Epichlorhydrinkautschuk 74 E p 0 x y - H ~(EP) ~ 65 ERHARD 438 Erosion 127 Ethylen 59, 70 Ethylenacrylatkautschuk 74

Ethylen-Propylendienkautschuk 74 FaSreinigung 13 FCKW (Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff) 1 Federkraft 282 Federkraft-offnen 204 Federkraft-schlieBen 205 Federpaket 200 FeinguBkorper 43, 176 Fermenter 4 Ferrostat-Strahlung 44 Festigkei t 40 FESTO 213 Feststoffablagerung 178 Feuersicherheit 86 Filmentwicklungsmaschine 27 Filterpresse 209 Filtration 6 Fire-Safe 86, 116 Fire-Safe-Dichtkante 131 Fire-Safe-Priifspezifikation 87 f. Flachkolbenantrieb 158 Flach-Plattenschieber 94 Flansch 227,253 Flanschabmessungen 274 FlanschanschluS, Anschlusse 254 FlanschanschluS, Eigenschaften 254 FlanschanschluS, Mdtabelle 255 FlanschanschluSmak 129 FlanschanschluSmaSe, Normen 275 Flanschkorper, ANSI 259 ff. Flanschkorper, ANSVBS 265, 269 Flanschkorper, ANSVDIN 266 f. Flanschkorper, BS 263 f. Flanschkorper, DIN 256 ff. Flanschkorper, DINBS 268, 270 f. Flanschkorpereinbaumak 256 Fluorkautschuk 74 Formdichtung 76 Formgebedorn 23 1 Formgebervorrichtung 23 1 Formteil 30 Formvulkanisation 75 Freiauslauf 181 Freiauslauf, Geometrie 183 Fritz Muller 140 Fullinjektoren 30 Fullstoff 69

452

Sachwortverzeichnis

Funktionsprinzipien 79 Galvanikanlage 164 Galvanotechnik 3 f. Gas-Forschungswerk 23 Gasgewinnung 23 Gaswascheanlagen 136 Gebrauc hswasser 6 Gegenstrom-Schwebebettverfahren 27 Gegenstromverfahren 25 GEMU 437 Geschwindigkeitszahl 3 10 Getrankeabfiillung 12 f. Getrankezylinder 13 Gewichtskraft 282 Gewindemuffe 224, 229 Gewindemuffe, Eigenschaften 230 Gewindemuffe, MaBtabelle 230, 236 Gewindepin 189 Gewindestutzen, Eigenschaften 239 GFK-Ventilkorper 65 GieBhaut 54 GieBschock 43 Glas 67 Glasfaser 69 Glaskugel 69 Gleichgewicht, hydrostatisches 286 Gleichrichter 28 Gleichstrom, geglatteter 295 Gleichstrom, technischer 295 Glockensitzventil 144 Graphit, eingelagerter 46 Graphitausscheidung 40 GrauguB (GG) 37, 67 Graugul3-Ventilkorper 46 Grenzwellenlange 52 G r o k n 301 Grundprofil 54 Gummimilch (Latex) 70 Gummis, Priifverfahren 72 GuBkriimmer 3 15 Haarrisse 42 Halbleiterfertigung 5 Haltewinkel 2 15 Handrad 196 Handrad, nichtsteigendes 197 Handrad, Spindelabdichtung 197 Handrad, steigendes 197

Handschleifen 55 Harte 40, 281 Hartepriifung nach Shore 72 Hartgummi 67 HeiBluftalterung 73 HERION 213 Hochglanzpolieren 55 Hochglanzschleifen 55 HOECHST 60 Hubankersystem 298 Hubbegrenzung 2 15 f. Hubbegrenzung, stufenlose 206 Hubventil 81 Hydraulik 284 Hydrodynamik 207 Hydrostatik 306 Hypalon 67 Industrialisierungsgeschichte 79 Industrieklappe, Kunststoffausfiihrung Inertgase 48 Inliner 68 Innenbeschichtung 68 Innenventil 47 INTERAPP 437 Ionenaustauscher 25 Ionenaustauschharz 25, 27 IP-Schutzarten 329 Joucomatik 2 13 KaltverschweiBung 228 Kapillareffekt 280 Kapillaritat 280 Katalysator 70 K,-Wert 16, 19, 287 K,-Wert, Bemessung 354 f. Keckfasser 14 Kegelsitzventil 143 Kegelwinkel 11 1 Kehrmaschine 164 Keilschieber 93 Keilschieber-Fiihrung 96 Keilschieber, Schnittbild 96 Keime 5, 52 Keimnester 54 KEMPER 437 Keramikmasse 43 Kerbzahigkeit 40 Kesselvulkanisation 75

102

Sachwortverzeichnis 453

Kiesfiltration 6 f. Klappankersystem 298 Klappen, K,-Werte 101 Klappenscheibe 103 Klappenventil 13, 67, 81 f., 96 Klappenventil, alternatives 12 Klappenventil, AnschluBmaSe 240 Klappenventil, Ausfuhrungsarten 101 Klappenventil, Charakteristik 98 Klappenventil, doppelexzentrisches 102 Klappenventil, Einsatzgebiete 107 Klappenventil, Entstehung und Verbreitung 98 Klappenventil, exzentrisches 102 Klappenventil, fremdgesteuertes 103 Klappenventil, fur Motor-Schwenkantrieb 104 Klappenventil, Geometrie 99 Klappenventil, hydraulische Eigenschaften 100 Klappenventil, Metallausfuhrung 103, 105 Klappenventil, zentrisches 101 f. Klappenventil, Zwischenflansch 105 Klappenventilabdichtarten 102 Klebemuffe 223 f. Klebemuffe, Eigenschaften 229 Klebemuffe, MaStabelle 229, 236 Klebestutzen 225 Klebestutzen, Eigenschaften 233 f. Kleinste Teilchen 35 Klemmschieber 93 Kniestuck 315 f. Kohasion 279 Kohlefaser 69 Kohlenstoff (C) 40 Kohlepigment 69 Kohleschleuse 139 Kohlevergasung 137 f. Kolbenschieberventil 84, 210 Kolbenschieberventil, Charakteristik 2 13 Kolbenschieberventil, Entstehung und Verbreitung 2 11 Kolbenschieberventil, Funktionsprinzip 2 1 1 Kolbenschieber-Vorsteuerventil 2 13 Kolbenweg 306 Kombinationsbauweise 67 Kompaktdichtung 131 Kondensat 8 Kondensator 9 Kondensatorsystem, geschlossenes 10

Kontinuitatsgleichung 308 Kontraktionszahl 3 10 Konvektion 45 KorngroBe 178 Korperstrome, Schutzmdnahmen 332 Korperwerkstoffe 34 Korrosionsbestandigkeit 40 Korsett 68 Kosmetische Industrie 14 Kraft 28 1 Kraft, hydrostatische 283 KRAIBURG 437 Kreislaufanlage 2 10 Kreislaufanlagen fur Abwasser 209 Kriimmer 3 15 KTW-Empfehlungen 62 Kugel, Dichtsystem 132 Kugel, gelagerte 115 Kugel, Lagerung 132 Kugel, schwimmende 115 Kugeldichtungen, Druck-flemperaturdiagramme 121 Kugelgraphit 47 KugelgraphitguB 48 Kugelhahn 81 Kugelventil 19, 81, 83, 113 Kugelventil, AnschluSmaBe 240 Kugelventil, Ausfuhrungen 115 Kugelventil, Auslegung 109 Kugelventil, Charakteristik 114 Kugelventil, Dichtung 1 15 Kugelventil, Drehmoment 117 Kugelventil, Einsatzgebiete 136 Kugelventil, Entstehung und Verbreitung 1 13 Kugelventil fur Granulatforderung 135 Kugelventil, K,-Werte 115 Kugelventil, Kunststoffausfuhrung 130 Kugelventil, Metallausfuhrung 131 f. Kugelventil, metallisch dichtendes 134 Kugelventil mit Sekundb-Dichtsystem 135 Kugelventil, Regelcharakteristik 128 Kugelventil, Regelwerke 116 Kugelventil, Stromungsverhaltnisse 1 14 Kugelventil, teilgeoffnetes 127 Kugelventilkupplungen 129 Kuken 107 Kuken, kegelformiges 111

454

Suchwortverzeichnis

Kuken, zylinderformiges 111 Kukenformen, Auslegung 1 1 1 Kukenventil 81, 83, 107 Kukenventil, Charakteristik I09 Kukenventil, Einsatzgebiete I 12 Kukenventil, Entstehung und Verbreitung 108 Kukenventil, fremdgesteuertes 1 I2 Kukenventil, Metall 1 12 Kukenventil, Stromung 109 Kunststoffe 38 Kunststoffe, schaumbare 1 Kunststoffe, Temperaturabhangigkeit 57 Kunststoff-Dichtungen 34 Kunststoffkorper 34 Kunststoffventile, Betriebsdruckabhangigkeit 57 Kunststoffventilkorper 56 Kurzzeichen, chemische 40 Labortechnik 5 , I I f. Lamellengraphit 46 Langen-Umrechnungstafel 325 f. Last 306 Lebensmittel- und Bedarfsgegenstiindegesetz (LMBG) 62 Lebensmi ttel technologie 6 Legierungselemente, Multiplikatoren 40 Legierungskennung 4 1 Leitfahigkeit, elektrische 293 Lieferbedingungen, technische 439 f. Lippenring-Dichtung 76 Losungsgluhen 44 Lunker 44 Lunkerbildung 44 Machsche Zahl 308 MARKLIN 438 Magnet-Halteklammer 2 13 Magnetismus 297 Magnetkraftfeld 299 Magnetsitzventil 28 Magnetventil 12 Mangan (Mn) 40 Massestrom, praktischer 3 10 Medium-Reinheit 8 1 Mehrwege-Korper 180 Membran 44 Membran, Befestigungsmoglichkeiten 189 Membran, Marjtabellen 190

Membran, Metallventile I94 f. Membrane, Fluorkunststoff, flexibel 187 f. Membrane, Fluorkunststoff, teilkaschiert 186 Membrane, Fluorkunststoff, vollkaschiert 186 Membrane, Weichelastomer I87 Membranarten 186 Membrangeometrien 188 Membranhandventil 28 Membranherstellung 185 Membrankennzeichnung 188 MembranmaBe 190, 192, 194 Membranmittelstegventil 172 Membransitzventil 139, 14 1 Membransitzventil, Einsatzgebiete 164 Membransitzventil, hilfsgesteuertes 142, 145, 147 Membransitzventil, kurzhubiges 140 Membransitzventil, Metallausfuhrung 1 62 Membransitzventil, Zwangsanhebung I47 Membransitzventil, zwangsgesteuertes 145, 162 Membransitzventilarten 144 Membransystem, Charakteristik 178 Membrantiefsitzventil 19, 172, 198 Membranventil 67, 81, 84 Membranventil, AnschluBmalje 239 Membranventil, Ausfuhrungsarten 179 Membranventil, Auslaufversuche 184 Membranventil, Baukastensystem 175 Membranventil, Bioausfuhrung I76 Membranventil, einheitliche Montageebene I80 Membranventil, Entstehung und Verbreitung 174 Membranven ti 1, fremdgesteuertes 206 Membranventil, handbetatigtes 198 f. Membranventil, Kennlinie 179 Membranventil, motorgesteuertes 206 Membranventil, Regelkennlinie 208 Membranventil, Reinraumtechnologie 177 Membranventil, Stromungsverhaltnisse 178 Membranventilsteuerung 199 Membranverfahren 59 Meniskus 280 Messen 333 Messingkorper 48 Metall-Dichtungen 34 Metalle 40 Metallfaltenbalg 87, 154 Metallkorper 34 f. Metallsitzventil, Kennlinie 152

Sachwortverzeichnis

Metallsitzventil, Warmeableitung 154 Metallventile, Membranen 195 Mikroschalter 207 Milchrohrverbindung 53 Milchrohrverschraubung 176, 240 Milchrohrverschraubung,NAUE 242 MindestdurchfluBregulierung, stufenlos 206 Mischeinrichtung 139 Mittenrauhwert 52 Molkereitechnologie 6 Molybdan (Mo) 40 Montageebene, einheitliche 89 Motorantrieb 106 Muffen-SchweWKlebestutzen 234 Mullverbrennung 59 Multamed-Schieberventil 96 Nadelsitz-Prinzip 144 Nadelsitzventil 143 Naphtha 70 NaBwaschersy stem 5 9 Natronlauge 8, 58 Naturkautschuk 67, 70, 74 NAUE 438 Netzbrummen 299 Neutralisation 6 Neutralisationsanlage 8 Nichteisenmetalle 38 Nichtmetalle 40 Nickel (Ni) 40 Nikadur 124 Niro-Kennzahlen 4 1 Niro-Stahlkorper 40 Nitril 67 Nitrilkautschuk 74 Nomogramm, Dampf 358 Nomogramm, Flussigkeiten 36 1 Nomogramm, Flussigkeiten und Gase 357 Nomogramm, Gase 362 Nomogramm, Nennweiten DN 3-25 359 Nomogramm, Nennweiten DN 25-500 360 Normen 439 Nothandbetatigung 2 16 Notstrom-E-Modul 104 0-Ring-Dichtung 76 Oberflache, rollierte 55 Oberflachengiite 55 Oberflachengiite, Niroventile 54

455

Oberflachenrauheit 52 Oberflachenspannung 280 Oberflachenverunreinigung 42 Oberflachenzeniittung 123 Offnungsquerschnitt 99 Offnungswinkel 99 Ohm’sches Gesetz 293 Oil-Companies-Materials-Association (OCMA) 87 Optische Stellungsanzeige 200 Organisationen 44 1 Osmose 280 Outliner 68 Papierentwicklungsmaschine 27 Partikelabscheidung 65 Perfluor-Alkoxy-Polymere (PFA) 39 Petrochemie 86 PFA (Polyfluoralkoxid) 63, 67 pH-Wert 328 Phosphor (P) 40 Pilotventil 2 10 Polieren, elektrolytisches 54 f. Polieren, mechanisches 54 Polyacrylatkautschuk 74 Polyethylen, chlorsulfoniertes 74 Polyfluoralkoxid (PFA) 39, 60, 62 Polyfluorvinylidenfluorid(PVDF), kohleverstiirktes 67 Polyfluorvinylidenfluorid (PVDF) Ventilkorper 62 Polynorbornenkautschuk 74 Polypropylen (PP) 38 Polypropylen, Eigenschaften 6 1 Polypropylen, Geschichte 60 Polypropylen, isotaktisches 60 Polypropylen, physiologische Vertraglichkeit 62 Polypropylen, Ventilkorper 60 Polypropylen, verstarktes 67 Polypropylenkette 6 1 Polystyrol-Aufschaumung 30 Polystyrol-Perlen (EPS) 29 Polystyrol-Schaumautomat 29 Polytetrafluorethylen (PTFE) 39 Polyurethan-Aufschaumung 1 Polyurethankautschuk 74 Polyvinylchlorid (PVC) 38 Polyvinylidenfluorid (PVDF) 39, 60 Positioner 2 14

456 Suchwortverzeichnis Probeentnahmeventil 176, 181 Propylen 70 ProzeSwasser 6 Priifen 333 PTFE 67 PVC 58 PVC (Polyviny1chlorid)-Synthese 60 PVC (Polyvin ylch1orid)-VentilkorperDruckdiagramm 58 PVC (Polyvinylch1orid)-VentilkorperTemperaturdiagramm 58 PVC-C (Polyvinylchlorid) 59 PVC-H (Polyvinylchlorid) 58 f. PVDF (Polyfluorvinylidenfluorid) 63 PVDF, natur 67 Quad-Dichtring 20 1 Quadringdichtung 76 Quarzsandbad 44 Querschnittsverhaltnis, optimiertes 178 Rauchgasentschwefelung 62 Rauheitsklassen 52 RauheitsmeBgroBen, Ermittlung 52 Rauheitsprofil 52 Rautiefe, gemittelte 52 Rautiefe, maximale 52 Recycling 6 Reduzierstiick 154 Regelcharakter 8 1 Regelglocken-Prinzip 144 Regelkegel-Prinzip 144 Regeln 334 ff. Regelwerke 44 1 Regenerat 9 Regeneration 25, 27 Regenerierlosung 27 Regeneriermittel 27 Regler 337 Reibflachen 112 Reibschicht 127 Reibung 281 Reinigungsanlagen 6 Reinraumklassen 327 Reinraumtechnik 5 Reinraumtechnologie 177 Reinstmedien-Zufiihrung 69 Reinwasser 9 Reynoldsche Zahl 307

Rohling 42 Rohrreibungszahl 3 12 Rohrverschraubung 226 Rohrverschraubung, DIN 250 Rohrverschraubung, Eigenschaften 24 1 Rohrverschraubung, NAUE 250 RohrverschraubungsanschluS 240 Rohstoffriickgewinnung 6 Rohwasser 9 Rohwasseraufbereitung 9 f. Rotbriichigkei t 40 RotguS 38 RotguB, Norrnenauszug 48 f. RotguBkorper 48 Riickmelder, elektrischer 2 14, 2 17 Ruckprallelastizitat 72 Ruckspiilung 9 Salzlosebehalter 29 Salzsaure 8 Sattdampf 52 Schalthaufigkeit 8 1 Schaltwellen-Dichtsystem 1 18 Schaltzeichen, elektrotechnische 33 1 Schaltzeichen, hydraulische 285 Schaltzeichen, pneumatische 285 Schieberventil 81 f., 92 Schieberventil, Ausfiihrungsarten 95 Schieberventil, Betriebszustand 95 Schieberventil, Charakteristik 94 Schieberventil, Entstehung und Verbreitung 94 Schieberventil, geschlossenes 93 Schieberventil, offenes 93 Schlagfestigkeit 40 Schlammfang 2 10 Schlauch-Klemm-Verbindung 225 Schlauch-Quetschventil 19, 85, 166 Schlauch-Quetschventil, betriebsdruckbetatigtes 172 Schlauch-Quetschven ti 1, Charakterist i k 1 68 Schlauch-Quetschventil, einseitig verpreBtes I66 Schlauch-Quetschventil, Entstehung und Verbreitung 167 Schlauch-Quetschventil, fremdgesteuertes 1 69 Schlauch-Quetschventil, mehrsei tig verpreBtes I66 Schlauch-Quetschventil, Metallausfuhrung I 69

Sachwortverzeichnis 457

Schlauch-Quetschventil, mit Hubspindelausfuhrung I70 Schlauch-Quetschventil, mit SchwimmerDirektsteuerung 17 1 Schlauch-Quetschventil, Stromungsverhaltnisse 168 Schlauchklemm-AnschluB 23 1 Schlauchklemme, Eigenschaften 233 Schlauchklemme, MaBtabelle 232 SchlieSkraft von Handradern 196 Schmelzpfanne 43 Schmelzpunkt 40 Schmiedbarkeit 40 Schmiedekorper 42, I76 Schmiedekorper-Rohling 43 Schmutzeinschlusse 54 Schneidhaltigkeit 40 Schragsitzventil 2, 13 Schragsitzventil, Metallausfiihrung 155 SCHUNEMANN 438 Schutzbeschaltung 330 Schwebekorperprinzip 3 Schwefel (S) 40 Schwefelsaure 25 SchweiBbarkeit 40 SchweiSmuffe 223 f. SchweiBmuffe, Eigenschaften 229 SchweiBnaht 55 SchweiBstutzen 225 SchweiBstutzen, Eigenschaften 233 SchweiBstutzen, IS0 176 SchweiBstutzen, MaBtabelle 236 SchweiBstutzenkorper, MaBe 237 SchweiBverfahren 235 Schwenkelement, kegeliges 11 1 Schwenkelement, kugelformiges 109 Schwenkventil 8 1, 220 Schwenkventil, Antriebstechnik 106 Schwerkraft 28 1 Seitenkraft 307 Sekundardichtsystem 116 Selbstentleerung 183 Sicherheits-Stopfbuchspackung 197 Silicium (Si) 40 Silikon 67 Silikonkautschuk 74 Sitzventil 13, 81, 85, 139

Sitzventil, 2-Stufen, fremdgesteuertes 156 Sitzventil, 2/2-Wege, direktgesteuertes 159 Sitzventil, 2/2-Wege, elektromagnetisches 158 Sitzventil, 3/2-Wege 155 Sitzventil, AnschluBmaSe 240 Sitzventil, Arbeitsweise 141 Sitzventil, Charakteristik 149 Sitzventil, Einsatzgebiete 148 Sitzventil, Entstehung und Verbreitung 148 Sitzventil, fremdgesteuertes 165 Sitzventil, Metallausfuhrung 165 Sitzventil, Stromungsverhaltnis 150 Sitzventilantrieb, Steuermedien 156 Solepumpe 28 Solvey 62 Spanbriichigkeit 40 Spannungswert 72 Spezifikation 16, 21 Spezifikation, handbetatigte Membranventile 196 Spezifikation, Membranventile 199 SpharoguB (GGG) 37, 67 SpharoguBkorper 47 Spindel 55 Spindelabdichtung 199 Spindellagerung 199 Spindel-Quadringdichtung 202 Sprodigkeit 40 Spulen, magnetische 299 Stabilisatoren 62, 65 Stahl, hochlegierter 41 Stahl, nichtrostender 37 Stahl, niedrig legierter 40 StahlguB, warmfester 36 StahlguBkorper 36 Stahllegierung, nichtrostende 40 Stahlschliissel 40 Staurand nach hand1 3 I0 Stellantrieb, fremdmediengesteuerter 1 06 Stellungsanzeige, elektrische 214, 2 18 Stellungsanzeige, optische 196, 2 15 f. Stellungsregler 2 14 Stellungsregler, elektropneumatischer 22 1 Stellungsregler, pneumatischer 22 1 Stempel 42 Sterilisation 44,52 f. Sterilisationszyklus 45 Sterilisator 9

458 Sachwort~1er~eic.hrti.s Sterilsattdampf 52 Sterilverbindung 53 Sterilverbindung, Eigenschaften 250 Sterilverbindung, flexible 249 Sterilverschraubung, ISO/NAUE 242 Sterilverschraubung, MaBe 243 Steuerelement 200 Steuerfunktionen 199, 364 Steuerkolbenabdichtung 199 Steuerkolben-Lippenringdichtung 202 Steuermedien 199 Steuer-Regelfunktion 16 Stickstoff (N) 40 Stopfbuchspackung, selbstnachstellende 152 Strahlen 55 Strahlungsflufl 46 Streifenprobe 72 Striegeleinrichtung 149 Stromarten 295 Stromung 286 Stromung, turbulente 3 12 Stromungsgeschwindigkeit 308 Stromungsgeschwindigkeit, kritische 308 Stromungsgleichungen 307 Stromungsprofil 290 Stumpf-Schweifl-Stutzen 234 StumpfschweiBung, wulstnahtarme 235 StumpfschweiBung, wulstnahtfreie 235 Styrol 70 Styrol-Butadienkautschuk 74 Styropor 1 Synchronmotor 206 T-Stuck, AbfluB 316 T-Stuck, ZufluS 3 16 T-Ventil-Korper 176, 180 Teflonabstreifring 130 Teflonfolie 187 Teflonmembran, Struktur 188 Teilchenmerkmale 35 Teilkaschierung 188 TeilstromdurchfluBmesser 3 Tellersitzventil 139 Tellersitzventil, 2/2-Wege, direktsteuertes 160 Tellersitzventil, 2/2-Wege, hilfsgesteuertes 160 Tellersitzventil, direktgesteuertes I 42 Tellersitzventil, Einsatzgebiete I64 Tellersitzventil, hilfsgesteuertes 147, I58

Tellersitzventil, kurzhubiges 139 f. Tellersitzventil, langhubiges 140 Tellersitzventil, Zwangsanhebung 147 Temperaturbelastbarkeit 4 1 Temperatur-Korrekturtabelle fur Gase 339 f. Temperatur-Umrechnungstafel 338 Temperaturverhalten 45 Thermoplaste, amorphe 7 1 Thermoplaste, teilkristalline 7 1 Thiosulfat 28 Totraume 53, 115 Tragermembrane 186 Treibmittel 2 Trennschaltverstarker 2 I 8 Tri-Clamp 6, 246 Tri-Clamp-AnschluB I76 Tri-ClampanschluB, Eigenschaften 247 Tri-Clover 246 Tri-Clover mit Formdichtring 252 Tri-Clover mit 0-Ringabdichtung 25 1 Tribooxidation I23 Triebkraft 306 TV 87 Uberhitzung 40 Ultra-Ruckspulung 9 Umrechnung von Einheiten 317 ff. Umrechnungstabelle, Elektrotechnik 305 Umrechnungstabelle, Mathematik 301 ff. Umwalzpumpe 2 10 USD 437 Vanadium (V) 40 Ventil, Definition 80 Ventilanschluflarten, Ubersicht 223 ff. Ventilarten, Funktionsprinzipien 8 1 Ventilarten, Gesamtubersicht 8 1 Ventilauswahlkriterien 15, 17 Ventilauswahlschema 15 Ventildeckel I62 Ventileinsatzgebiete 15 Ventilgeschichte 79 Ventilkorper 62 Ventilkorpergeometrie, vereinheitlichte 89 Ventilspindeln 199 Ventilsteuerung 2 12 Ventilwerkstoffe 34 Ventilzubehor 2 13 Verbande 441

Sachworwerzeichnis

Verbunddichtungen 34 Verbundkorper 34, 61 Verbundwerkstoff 68 VerschleiBfestigkeit 40 Verschmutzungsgrad 19 Verschwemmung 54 Vinylchlorid (VC) 58 f. Viskositat von Fliissigkeiten 346 ff. Viton 67 Vollentsalzung 10 Volumenstrom 8 1 Volumenstrom, praktischer 3 10 Volumenstrom, theoretischer 3 10 Volumenstrom-Umrechnungstafel 345 Vorsteuersitz 147 Vorsteuer-Sitzventilvarianten 163 Vorsteuerventil 162, 2 12 Vulkanisation 70, 73 Vulkanisationsgeschwindigkeit 75 Wachsausschmelzverfahren 43 Wageeinrichtung 139 Walzhaut 42 Wandrauhigkeit, absolute 3 14 Whneableitung 154 Warmedehnung 40 Wmeleitung 46 W-eleitzahl, materialspezifische 46 Whnemenge 45 Whestrahlung 46 Warmetauscher 9 Warmeiibergang 45 Warmfestigkeit 40 Warmwasser-Heizungen 3 16 Waschwasser 27 Waschwasseraufbereitung 10 Wasseraufbereitung, allgemein 5 f. Wasseraufbereitung, Kraftwerk 1 f. Wasseraufbereitung, Schwimmbad 3 Wasserdampftafel 356 Wasserschlage 150 Wasserstoff (H) 40 Wasserventile 10

Wechselstrom 295 Weichelastomer-Dichtungen 34 Weichgummi 67 Weichmacher 62, 65 Weichstoffdichtsysteme 120 Weichstoffhilfsdichtungen 136 WeiterreiBwiderstand 72 Wellen 55 Werkstoffe, fluorierte 64 Werkstoffe, Ubersicht 33 Werkstoffe, Vergleich 35 Werkstoffkombinationen 66, 69 Werkstofftabelle 36 Widerstand, elektrischer 40, 296 Widerstand, induktiver 296 Widerstand, kapazitiver 296 Widerstand, Wechselstrom 297 Widerstande in Rohrleitungen 3 12 Widerstandszahl 3 14 Winkelprobe nach Graves 72 Wirkungsgrad 306 WNA-Schweiherfahren 236 Wolfram (W) 40 Xomox 438 Zahigkeit 40 Zahigkeit,, dynamische 3 12 f. Ziihigkeit, kinematische 308, 3 I3 Ziihigkeit, Umrechnungen 308 Zapfhahn 108 Zerspanbarkeit 40 Zubehoraufnahme 200 Zubehorteile fur Ventile 214 f. Zufiihrpumpe 2 10 Zugfestigkeitsmessung 72 Zusatzspeisewasser 8 Zwangsanhebung 141 Zweistufenantrieb 157 Zwischenbauklappe 68 Zwischenbauklappe, Kennlinie 99 Zwischenflansch 228, 272 Zwischenflansch, Eigenschaften 272 Zwischenflansch-Klappenventil 104

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