Zapfenkugelhähne sind Vierteldrehventile, die dazu dienen, den Fluss eines Mediums in einem Rohr zu stoppen oder zu starten. Der gebräuchlichste Kugelhahntyp ist „frei schwebend“ konstruiert, daher handelt es sich beim Zapfentyp um eine Konstruktionsänderung. Bei einem Zapfenkugelhahn ist die Kugel an einem Ende mit dem Schaft und am anderen Ende mit einer Welle verbunden, die Zapfen genannt wird. Durch diese Designänderung wird der Ball fest an seinem Platz gehalten. Bei einem schwimmenden Kugelhahn ist die Kugel nur mit der Spindel verbunden und wird daher schwimmend genannt. Dies ist in Abbildung 1 dargestellt und durch ein rotes Kästchen hervorgehoben.
Zapfenkugelhähne haben viele Vorteile gegenüber frei schwebenden Kugelhähnen. Sie eignen sich für Nieder- und Hochdruckanwendungen und bieten geringere Betriebskosten als frei schwebende Kugelhähne.
Vorteile des Zapfenkugelhahns
Hochdruckanwendungen
Für Hochdruckanwendungen ist ein Zapfenkugelhahn die ideale Kugelhahnkonstruktion. Bei den schwimmenden Kugelhähnen hat die Kugel eine gewisse Bewegungsfreiheit. Während des Gebrauchs schwimmt die Kugel leicht stromabwärts gegen den Sitzring und dichtet nur auf einer Seite des Ventils ab. Darüber hinaus wird auch das Drehmoment am Vorbau erhöht.
Hier bietet das Zapfendesign eine Lösung. Bei der Zapfenventilkonstruktion schwimmt die Kugel nicht, da sie mit dem Zapfen verbunden ist. Dies ist von Vorteil, da auf beiden Seiten eine ordnungsgemäße Abdichtung gewährleistet ist und kein zusätzliches Drehmoment auf den Schaft ausgeübt wird. Daher bietet ein Zapfenkugelhahn bei Anwendungen mit höherem Druck eine bessere Abdichtung und erfordert zum Drehen ein geringeres Drehmoment.
Gefederte Sitze
Auf Zapfen montierte Kugelhähne sind mit federbelasteten Sitzen ausgestattet. Bei einem schwimmenden Kugelhahn drückt der Druck die Kugel gegen die Sitze, wodurch eine Abdichtung entsteht. Leider benötigt der Kugelhahn einen hohen Druck, um eine wirksame Dichtung zu erzeugen, was ihn in Niederdrucksystemen unwirksam machen würde.
Auf Zapfen montierte Kugelhähne sind sowohl in Nieder- als auch in Hochdrucksituationen wirksam. In Situationen mit niedrigem oder keinem Druck sorgen die federbelasteten Sitze für eine Abdichtung, funktionieren aber auch bei Hochdruckanwendungen.
Niedrigere Betriebskosten
Ein auf einem Zapfen montierter Kugelhahn sorgt für geringere Betriebskosten, da jeder zusätzliche Druck auf das Ventil vom Zapfen und der Spindel absorbiert wird. Dies führt zu einem geringeren Betätigungsdrehmoment und macht einen großen Aktuator überflüssig.
