Stellventil

Regelventil mit pneumatischen Membranantrieb und Stellungsregler

Zonenventil für die Fußbodenheizung (im Bild vorne) im Vergleich zu Industrieventil DN300

Regelventil BR316 DN150 mit elektrischem Ventilantrieb, Stellkraft 15kN

Ein Stellventil, auch Regelarmatur, ist häufig das Stellglied in einem Regelkreis. Als Drosselgerät kann damit die gewünschte Durchflussmenge in einer Rohrleitung eingestellt werden. Der Ventilschaft ist mit dem Ventilkegel verbunden. In der geschlossenen Position verschließt der Ventilkegel den sogenannten Sitzring. Fährt der Ventilschaft nach oben, dann wird die ringförmige Durchflussöffnung größer und die Durchflussmenge wird größer. In der Verfahrenstechnik wird von „Regelventilen“ gesprochen.

Die geometrische Form des Kegels bestimmt die Durchflusskennlinie. Diese ist linear, gleichprozentig oder in seltenen Fällen anders. Der Durchflussverhältnis, welches für die Regelung genutzt werden kann, ist bei einfachen Ventilen 1 : 10. Bei aufwendig konstruierten Ventilen sind Bereiche von 1 : 50 möglich.

Regelventile haben ein typisches Aussehen. Daher werden auch Ventile, die nicht Teil eines Regelkreises sind aber die gleiche Bauform haben, oft als Regelventil bezeichnet.

Alle Drosselgeräte in einer Rohrleitung verengen örtlich den Durchflussquerschnitt. Dadurch sinkt der Druck des Mediums und die Geschwindigkeit erhöht sich. Nach der Querschnittsverengung kehrt die Geschwindigkeit annähernd auf den alten Wert zurück, wenn der Rohrleitungsdurchmesser vor und nach der Engstelle gleich ist. Es gibt einen bleibenden Druckverlust.

Lochblenden gehören auch zu den Drosselgeräten. Sie sind aber nicht verstellbar und können daher kein Stellglied sein. Drosselklappen sind verstellbar und sind insbesondere bei Gasen oder bei großen Rohrleitungsdurchmessern eine kostengünstige Alternative.

Der Antrieb kann über einen elektrischen Stellantrieb, pneumatisch über eine Membran oder hydraulisch über einen Kolben erfolgen.

Um die Ansteuerung des Regelventilantriebs zu standardisieren, werden häufig zusätzliche Stellungsregler eingesetzt.

Mit dem veränderbaren Durchfluss kann man den Druck, die Temperatur, das Niveau oder auch den Durchfluss selbst in einer verfahrenstechnischen Anlage regeln.

Ventilauslegung

Aus Kostengründen und wegen der für die Regelfähigkeit erforderlichen Ventilautorität wählt man die Ventilnennweite häufig ein oder zwei Nennweitenstufen kleiner als die Rohrleitung selbst. Häufig wird versucht mit nur wenigen Nennweiten in der gesamten Anlage auszukommen. Hier ergeben sich Vorteile in der Ersatzteilbevorratung.

Die notwendige Anpassung an die Strömungsverhältnisse erreicht man durch die Auswahl von Sitz und Kegel. In ein Ventilgehäuse passen unterschiedliche Sitz-Kegel-Kombinationen.

Maßgebende Kennzahl ist der Ventildurchflusswert. Ferner muss untersucht werden, ob die maximale Geschwindigkeit im Extremfall unterhalb der Schallgeschwindigkeit beziehungsweise im Regelfall unter wenigen Metern pro Sekunde liegt, um so Kavitation oder auch zu hohe Geräuschentwicklung zu vermeiden.

Die Korrosionsbeständigkeit bestimmt das Material. In der Gebäudetechnik (Heizung und Klimatisierung) verwendet man in der Regel Ventile aus Grauguss und Messing, in Sonderfällen Rotguss und duktiles Gusseisen, während im industriellen Bereich auch Stahlguss, Edelstahl oder Kunststoffe zum Einsatz kommen.

Regelventile haben meist eine gewisse Leckrate. In Anbetracht der Notwendigkeit der Energieeinsparung nimmt in der Gebäudetechnik jedoch die Bedeutung dichtschließender Ventile immer weiter zu, wobei dies im Falle von 3-Wegeventilen für alle drei Wege gilt.

Die Einbauverhältnisse (eingeschweißt, eingeklemmt (Sandwichbauweise) oder geflanscht) ergeben sich aus dem Anforderungsprofil der zugehörigen Rohrklasse.

Die Wahl des Stellantriebs hängt ab von der Anwendung und der Verfügbarkeit der notwendigen Hilfsenergie. In den meisten verfahrenstechnischen Anlagen gibt es ein Druckluftnetz (typisch 6 bar). Daher sind die pneumatisch angetriebenen Regelventile weit verbreitet. In den meisten Fällen erzeugen mechanische Federn die notwendige Gegenkraft. Beim Ausfall der Druckluft schließt das Ventil dann selbsttätig. In wenigen Fällen muss das umgekehrt sein und die Federkraft öffnet dann das Ventil. Pneumatische Antriebe haben den Vorteil einer hohen Stellgeschwindigkeit. Elektrische Antriebe haben hingegen den Vorteil, keine Versorgung mit Druckluft zu benötigen. Weiter neigen Regelventile mit elektrischen Stellantrieben weit weniger zum unerwünschten Schwingen, da Druckänderungen im Medium wegen der Selbsthemmung des Getriebes praktische keinen Einfluss auf die Position des Ventilkegels nehmen können. Im Falle von gebäudetechnischen Anwendungen (Heizung, Klimatisierung) werden praktisch ausschließlich elektrische Ventilantriebe verwendet.