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2025-05-01T07:56:58Z

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[[Datei:Ball Valve.jpg|mini|[[Schnittmodell]] – erkennbar ist, wie bei halbgeöffnetem Kugelhahn das Medium in den ''[[Schadraum|Totraum]]'' zwischen Kugel, [[Gehäuse]] und den beiden [[Dichtung (Technik)|Dichtung]]s<nowiki/>ringen gelangt.]]
[[Datei:Esquema valvula de bola 1-6.svg|mini|Schnittschema eines Kugelhahns mit reduziertem Durchgang, schwimmender Kugel und zweiteiligem Gehäuse. 1: Kugel, 2: drehbar gelagerte Achse zur Verbindung von Kugel und Handhebel, 3: [[Stopfbuchse]] zur Abdichtung der Achse, 4: Griff, 5: Gehäuse 6: Dichtringe]]
[[Datei:Ball valve.svg|mini|100px|Symbolische Darstellung eines Kugelhahns in [[technische Zeichnung|technischen Zeichnungen]]]]
'''Kugelhähne''' (auch '''Kugelhahnen''', {{enS|ball valve}}) sind [[Armatur]]en mit einer durch[[Bohren|bohrten]] [[Kugel]] als Absperrkörper und werden, vor allem bei größeren [[Rohrleitung|Leitung]]s<nowiki/>durchmessern, auch als '''Kugelschieber''' bezeichnet.<ref>[https://books.google.de/books?id=USxTSTpcnvwC&pg=PA299&dq=kugelschieber&hl=de&ei=PR1KTq67Nceb8QOLw6X1CQ&sa=X&oi=book_result&ct=result#v=onepage&q=kugelschieber&f=false] [[Konrad Bergmeister]], Frank Fingerloos, Johann-Dietrich Wörner (Hrsg.): ''Beton-Kalender 2011: Schwerpunkte: Kraftwerke, Faserbeton (Beton-Kalender (Vch))'' Ernst & Sohn, Berlin 2010, ISBN 978-3-433-02954-1.</ref> Ebenso wie die ähnlich aufgebauten [[Kükenhahn|Kükenhähne]] werden Kugelhähne meist als [[Absperrhahn|Absperrhähne]] eingesetzt. Charakteristisch für einen Absperrhahn ist das vollständige Schließen durch Drehung der [[Achse (Maschinenelement)|Achse]] um lediglich 90° (im Gegensatz etwa zu [[Ventil]]en und [[Absperrschieber|Schiebern]]). Kugelhähne können mit [[Stellantrieb]]en ausgestattet sein, um das Öffnen und Schließen zu [[automatisieren]].

Kugelhähne werden gelegentlich missverständlich als [[Kugelventil]]e ({{enS|ball check valve}}) bezeichnet. Mit einem Kugelventil ist in der Regel jedoch ein [[Rückschlagarmatur|Rückschlagventil]] mit axial beweglicher Kugel gemeint, das den [[Volumenstrom|Durchfluss]] nur in einer Richtung zulässt.

== Konstruktionsmerkmale ==
=== Varianten ===
Man unterscheidet Kugelhähne:
* nach der Größe des Durchgangs:
** mit vollem Durchgang: die Bohrung in der Kugel hat denselben [[Innendurchmesser]] wie die angeschlossene Rohrleitung. Dadurch ergeben sich geringe Strömungsverluste. Die Betätigung der Kugel erfolgt – wie bei anderen Absperrhähnen – durch Drehung des Griffs um bis zu 90°.
** mit reduziertem Durchgang: die Bohrung in der Kugel hat einen kleineren Innendurchmesser als die angeschlossene Rohrleitung.
* nach der Art der [[Dichtung (Technik)|Dichtung]]:
** In der Regel werden ''weichdichtende'' Kugelhähne mit Dichtringen aus [[Kunststoff]] (häufig [[PTFE]]) eingesetzt, die für Temperaturbereiche bis 220 °C geeignet sind.
** Bei höheren Betriebstemperaturen und zusätzlich durchgeleiteten [[Feststoff]]en werden [[metall]]ische Dichtungen verwendet.
* nach der [[Lager (Maschinenelement)|Lagerung]] der Kugel:
** Einfache Kugelhähne besitzen eine ''schwimmende Kugel'' (siehe Schnittschema rechts), die üblicherweise durch den Sitz in beidseitig angeordneten Dichtringen in Position gehalten wird.
** Bei Kugelhähnen mit ''[[Führungselement|geführter]] Kugel'' ist die Kugel an zwei gegenüberliegenden Seiten mit einem [[Zapfen (Technik)|Zapfen]] versehen, der im Gehäuse gelagert wird. Dann ist nur ein Dichtring erforderlich.

=== Sonstiges ===
Die Dichtringe werden jeweils so positioniert, dass der [[Druck (Physik)|Druck]] des Mediums auf Kugel bzw. Dichtungsring zu einer Erhöhung des Anpressdrucks zwischen Kugel und Dichtring führt. Bei schwimmender Lagerung wird die Kugel in die gegenüberliegende Dichtfläche gedrückt; bei geführter Kugel drückt das Fluid die Dichtung gegen Gehäuse und Kugel.

Bei großen [[Nennweite]]n (z. B. [[Pipeline]]) wird oft ein von der genauen Kugelform abweichender Absperrkörper verwendet. Durch eine leichte [[Oval]]isierung der Kugel erhöht sich bei der Betätigung der Pressdruck auf die dichtenden Sitzringe.


Die zur Abdichtung nötige [[Flächenpressung]] zwischen Kugel und Dichtringen erfordert relativ hohe Arbeits[[Drehmoment|momente]] zum Öffnen und Schließen der Armatur, in großen Nennweiten (z. B. DN 1200) bis zu 80.000 [[Newtonmeter|Nm]]. Durch [[Sedimentation|Ablagerung]]en und [[Adhäsion]]seffekte zwischen Kugel und Dichtungssitz erhöht sich das [[Losbrechmoment]] mit der Zeit weiter. Wenn Kugelhähne nicht regelmäßig betätigt werden, kann die erforderliche Betätigungskraft so hoch werden, dass bei einfachen Ausführungen Griff oder Antriebsachse brechen oder die Dichtringe beschädigt werden.

Die Betätigungskraft hängt auch vom Druck des Mediums ab. Bei großen Ausführungen und hohen Drücken bietet es sich an, einen Bypass ([[Umgang]]) um die Hauptarmatur zu legen. So kann zunächst der Differenzdruck abgebaut werden, um das anschließende Öffnen zu erleichtern. Zur Verringerung der Betätigungskraft kann auch ein [[Schneckengetriebe]] eingesetzt werden.

Bei einem Drei-Wege-Kugelhahn hat die Kugel statt einer [[Durchgangsbohrung]] eine L- oder T-Bohrung. Damit kann der Fluss des Mediums auf ein oder zwei Abgänge verteilt werden. Angeboten werden auch Vier- oder Fünf-Wege-Hähne.

== Besonderheiten ==
Beim Betätigen eines gewöhnlichen Kugelhahns gerät ein Teil des Mediums in den [[Schadraum|Totraum]] zwischen Kugel und [[Gehäuse]]. Dies kann [[hygienisch]]e Probleme bereiten, da der Totraum nur teilweise vom Medium durchspült wird und sich üblicherweise kaum reinigen lässt. Für kritische Anwendungen wird daher der Totraum durch [[Füllkörper]] reduziert oder eliminiert.

[[Wärmeausdehnung|Volumenveränderungen von Flüssigkeiten durch Abkühlung oder Erwärmung]] können im abgesperrten Zustand im Volumen innerhalb der Kugel einen so hohen hydraulischen Druck erzeugen, dass die Kugel platzt. Abhilfe schafft eine [[Sollbruchstelle]] zum Volumenausgleich oder eine kleine Entlastungsbohrung.

Eine Bohrung durch Gehäuse und Drehachse der Kugel erlaubt auch die Kontrolle der [[Dichtheit]] des Kugelhahns sowie das Einführen und den Tausch von [[Temperaturfühler|Temperatur-]] und [[Drucksensor|Druckfühler]]n o. ä., ohne dass hierfür der Druck aus der angeschlossenen Leitung abgelassen werden muss.

Eine besondere Methode erlaubt das Anbringen von [[Stutzen]] an Behältern oder Rohrleitungen unter Betriebsbedingungen. Der Stutzen wird stumpf an[[Schweißen|geschweißt]]. Darauf wird der Kugelhahn montiert und anschließend durch die offene Kugel ein Loch durch die Wandung gebohrt. Diese Methode kann auch bei brennbaren Gasen und Flüssigkeiten angewendet werden.

=== Vorteile ===
Verglichen mit anderen Armaturen hat ein Kugelhahn folgende Vorteile:
* Kugelhähne mit vollem Querschnitt ermöglichen große [[Kv-Wert|K<sub>vs</sub>-Werte]]
* Kugelhähne mit vollem Querschnitt erlauben den Durchgang eines [[Molchtechnik|Molchs]] zur Reinigung der Leitung
* je nach Konstruktion und Materialwahl kann auch bei hohem Druck eine ausreichende Dichtheit und eine schnelle Betätigung erreicht werden.

=== Nachteile ===
Nachteile sind:
* vom Medium berührter Totraum; totraumfrei sind nur Spezialausführungen sowie die ähnlich aufgebauten [[Kükenhahn|Kükenhähne]],
* je nach Betriebsbedingungen erhöhter [[Verschleiß]] an den Dichtungsflächen,
* aufwendige Konstruktion bei großen Nennweiten, die eine doppelte Lagerung und Getriebe[[untersetzung]] des [[Gewindespindel|Spindel]]<nowiki/>antriebs erfordern, um die Betätigungskraft zu reduzieren, 
* ein Kugelhahn ist mindestens eineinhalbmal so lang wie der Innendurchmesser der Kugel. Dadurch ist er fast ausnahmslos länger und schwerer als andere Armaturbauformen wie z. B. Klappen,
* nur sehr eingeschränkt zur kontrollierten [[Steuerungstechnik|Steuerung]] der Durchflussmenge verwendbar, da sich der Öffnungsquerschnitt ''nicht'' [[proportional]] zum Drehwinkel der Kugel verändert,
* konstruktionsbedingt verursacht das Schließen eines Kugelhahns [[Druckstoß|Druckschläge]] in den angeschlossenen Leitungen, deren Stärke von der Schließgeschwindigkeit des Hahns sowie von Masse und [[Kompressibilität]] des in den angeschlossenen Leitungen strömenden Mediums abhängt; Druckschläge belasten unter anderem die Dichtringe des Kugelhahns und können zur Undichtigkeit führen.

== Arten ==
Übliche Ausführungsarten:
* Einteiliger Kugelhahn mit reduziertem Durchgang und Innengewinde
* 2-teiliger Kugelhahn mit vollem Durchgang und Innengewinden (I/I)
* 2-teiliger Kugelhahn mit vollem Durchgang und Innen/Außen-Gewinde (I/A)
* 3-teiliger Kugelhahn mit vollem Durchgang, Innengewinde und ISO-TOP ([[Stellantrieb]])
* [[Dreiwegehahn|3-Wege]]-Kugelhahn mit vollem Durchgang, T- oder L-Bohrung, Innengewinde und ISO-TOP 5211 für Stellantrieb
* Mini-Kugelhahn I/I oder I/A
* Einteiliger Kompakt-Kugelhahn
* 2-teiliger [[Flansch]]en<nowiki/>kugelhahn
* 3-teiliger Kugelhahn mit [[Schneidringverschraubung|Schneidring-]] oder Preßanschluss
* Kugelauslaufventil ([[KFE-Hahn]])

Üblich sind Hebel- oder Flügelgriffe, welche in Öffnungsstellung parallel zur Durchflussrichtung stehen.


== Weblinks ==
{{Commonscat|Ball_valves|Kugelhahn}}

== Einzelnachweise ==
<references>

</references>

[[Kategorie:Armatur (Rohr)]]

[[ja:バルブ#主なバルブの種類]]

Kugelhahn - Versionsgeschichte

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