Schieberverbindung

Kugelhähne haben sich im Laufe der Jahre nicht stark verändert. Die Werkstoffe, die für sie verwendet werden, schon. Bild: © beermedia.de – Fotolia

Kugelhähne werden seit gut 100 Jahren als Absperrarmatur genutzt. Was deren Aussehen betrifft, so hat sich über die Zeit wenig verändert. Das Unternehmen Prokosch Pumpen und Armaturen in Östringen baut seit 40 Jahren Industriekugelhähne in den Nenngrößen 50 bis 100 beziehungsweise eineinhalb bis vier Zoll. Der technologische Fortschritt, das zeigen auch die Kugelhähne des Unternehmens, vollzieht sich auf zwei Ebenen.

Prokosch Kugelhahn

Ein Prokosch-Kugelhahn mit pneumatischem Stellantrieb. Bild: Prokosch

Cera Valve Typ KSV DN25

Hybridkugelhahn Cera Valve Typ KSV DN25 besteht aus Metallgehäuse mit Keramikauskleidung, Kohledichtung, und Keramikkugel. Bild: Cera System

Einerseits kommen heute Hochleistungswerkstoffe zum Einsatz mit denen die immer höheren Anforderungen erfüllt werden können. Zum anderen wird auf eine raumsparende Bauweise und auf ein sinnvolles Baukastensystem gesetzt.

So lässt sich auch für dieses Einfachteil in einem Hochlohnland wie Deutschland ein attraktiver Marktpreis erzielen. Mitgeschäftsführer Joachim Prokosch skizziert sein Produktportfolio wie folgt: „Unser Fertigungsprogramm reicht von Kugelhähnen für Tank und Silofahrzeuge über Kugelhähne für Flugbetankungsfahrzeuge bis hin zu Industriekugelhähnen mit pneumatischen sowie elektrischen Stellantrieben.“

Aus Gewichtsgründen bietet das Unternehmen auch Alu-Kugelhähne an. Diese können, dank einer neuen mit Impreglon gemeinsam entwickelten speziellen Beschichtung, auch für die Lebensmittelindustrie eingesetzt werden.

Das Zünglein an der Waage

Instandhaltungsleiter Oskar Weniger wäre mit den eingesetzten Kugelhähnen noch viel zufriedener, wenn die Dichtungen längere Standzeiten hätten. Nur wegen dieses Elements muss er viel mehr reparieren als ihm lieb ist. Es ist eine Frage des Preises, welche Dichtungen bei Kugelhähnen zum Einsatz kommen. Für Kugelhähne des unteren Preissegments wird bevorzugt NBR verbaut. Der preisgünstige Werkstoff hat viele Vorteile, so zum Beispiel die weltweite Verfügbarkeit. Wird eine gute Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit gefordert, wird häufig PTFE eingesetzt, ein thermoplastischer Werkstoff.

PTFE ist hoch interessant für tribologische Anwendungen bei langsamen Geschwindigkeiten. Nachteil dieses Werkstoffes ist aber die hohe Verschleißempfindlichkeit und die geringe Druckaufnahmefähigkeit. Mit Zugabe von Füllstoffen können die Nachteile eliminiert werden. Neben Kurzglasfasern oder Kohlefasern kommen auch Grafit und metallische Werkstoffe wie Bronze oder V2A infrage. Die notwendige Elastizität erhalten PTFE Kugelhahndichtungen durch eine integrierte Feder aus rostfreiem Stahl.

Heinz Albert

Das Potenzial ist so groß, dass in den nächsten zehn Jahren der Umsatz verdreifacht werden kann. Das erfordert aber das Engagement aller Mitarbeiter, sowohl in Vertrieb, Konstruktion und Fertigung. Heinz Albert, Cera System Verschleißschutz. Bild: Cera System

Für sehr hohe Temperaturen werden metallische Dichtungen, aber auch Grafit- und Keramikdichtungen, verwendet. Prokosch Pumpen und Armaturen setzt Dichtungen aus ganz unterschiedlichen Werkstoffen ein. Je nach Anwendungsfall werden NBR-gewebeverstärkt, PTFE-, PU, TPU, bei sehr hohen Temperaturen auch Edelstahl boriert, eingesetzt.

Verschleiß- und korrosionsfeste Kugelhähne produziert das im thüringischen Hermsdorf angesiedelte Unternehmen Cera System Verschleißschutz. Überall dort, wo Standardarmaturen wegen Abrasion, Korrosion, Temperatur und Druck an die Grenzen stoßen, kommt Keramik als Werkstoff ins Spiel. Eine große Auswahl von keramischen Werkstoffen lässt Lösungen für fast alle Industriebereiche zu. Standardwerkstoff ist Aluminiumoxid oder Zirkonoxid. Für besonders heiße und aggressive Umgebungen bietet das Unternehmen Kugelhähne aus Siliciumcarbide oder -nitrid an.

Das Unternehmen produziert Kugelhähne, die hart auf hart dichten. Heinz Albert, Technischer Leiter des Unternehmens, ist der Meinung, dass Weichdichtungen für richtige Keramikarmaturen nicht die beste Lösung sind. Bei echten Keramikkugelhähnen wird die Abdichtung über die Spalttoleranz zwischen Kugel und Gehäuse erreicht.

„Bei der Chemiebauweise kommt das Medium, so Albert, nur mit Keramik in Berührung, sodass kein Verschleiß- oder Korrosionsproblem auftreten kann.“ Das Kugelhahngehäuse stellt das Unternehmen in einer Hybridbauweise her. Die Beanspruchungsarten werden so geteilt. Für die vorgegebene Gehäusedruckfestigkeit sorgt bei dieser Bauweise das Metallgehäuse, für die Abrasionsfestigkeit die Keramik-Auskleidung. „Der Markt für Keramikkugelhähne ist bei weitem noch nicht ausgereizt“, so Albert weiter.

Es gibt noch viele Bereiche, in denen man zu wenig an Keramik denkt und sich somit mit vielleicht der zweitbesten Lösung zufrieden gibt. Keramikugelhähne sind wohl wesentlich teurer als andere Materialalternativen. Das liegt aber nicht am Werkstoff, sondern am Bearbeitungsaufwand. Ein Kilogramm Industriekeramik ist als Werkstoff nicht teurer als ein Kilogramm rostfreier Stahl. Die beiden Beispiele zeigten, dass Deutschland für die Fertigung hochwertiger Kugelhähne auch 2015 ein attraktiver Standort ist. do

Autor: Helmut Winkler, freier Autor für fluid

Werkstoff im Fokus

Zerstörte Dichtung

Zerstörte Dichtung aus NBR gewebeverstärkt: Welche Dichtung in einen Kugelhahn kommt, ist eine Frage des Preises. Bild: Winkler

Die Korrosionsbeständigkeit von Keramik

Die bekannten Beständigkeitsangaben sind für extrem hohe Temperaturen nicht aussagekräftig. In der Regel stehen sie für die Raum- und Siedetemperatur. Und es muss immer davon ausgegangen werden, dass die Beständigkeit gegenüber einzelnen Stoffen nicht auf die Beständigkeit von Gemischen übertragen werden kann. Besonders kritisch sind aggressive Medien mit Wasserdampf und Flusssäure. Die beste Beständigkeit gegenüber dieser Substanz haben unter den derzeit verfügbaren Keramiken die Karbide. Bereits bei geringem Anteil von Flusssäure versagen alle oxidischen Keramiken.

Technik im Detail

Die häufigsten Ausfallursachen bei Kugelhähnen

  • Verstopfte Toträume
  • Gewaltanwendung
  • Regulieren/Spiel in der Betätigung
  • frühzeitiger Dichtungsverschleiß
  • Materialfehler.