Ursachen für Ventilsitzversagen und Vorschläge zur strukturellen Verbesserung

Nach all den Jahren, in denen ich Ventilprojekte durchgeführt habe, muss ich ehrlich sagen, dass ich schon zu viele Fälle von Ventilsitzproblemen gesehen habe. Meistens beschwert sich der Anwender über Ventilundichtigkeiten, dabei liegt es in Wirklichkeit nicht am Schieber, sondern am längst verschlissenen Ventilsitz. Manchmal ist das Material minderwertig, manchmal berücksichtigt die Konstruktion schlichtweg nicht die Betriebsbedingungen.

Wir hatten zuvor in einer Kokerei Kugelventile für staubhaltige und hochtemperierte Medien installiert. Die Konstruktionszeichnungen waren auf Edelstahl-Weichdichtungen abgebildet. Nach weniger als einem halben Jahr Betrieb stellten wir bei einer Nachkontrolle fest, dass mehrere Ventile erhebliche interne Leckagen aufwiesen. Bei der Demontage zeigte sich, dass der Dichtring verschlissen und der Rand des Ventilsitzes leicht beschädigt war. Daraufhin ersetzten wir die Ventile durch hartbeschichtete, geschweißte Metallventilsitze. Die Lebensdauer verlängerte sich dadurch um mehr als zwei Jahre.

Es gibt mehrere häufige Ausfallarten: Zum einen den Verschleiß der Dichtfläche, insbesondere bei festen Partikeln im Medium, der durch häufiges Öffnen und Schließen unter starker Reibung entsteht; zum anderen das Ablösen der Schweißschicht, was meist auf einen fehlerhaften Oberflächenbehandlungsprozess oder eine unzureichende Wärmebehandlung zurückzuführen ist; ein weiteres, oft übersehenes Problem ist die nicht konzentrische Anordnung von Spule und Sitz, was dazu führt, dass eine Seite der alten Spannung und die andere Seite der Leckage ausgesetzt ist.

Wird der Ventilsitz bei der Konstruktion nicht ausreichend berücksichtigt, sind Probleme nahezu unvermeidlich. Wir haben einen Kunden in der Aluminiumoxid-Produktion mit Dutzenden von V-Kugelventilen. Der Ventilsitz bestand aus gewöhnlichem Edelstahl und klemmte bereits nach weniger als einem Jahr. Die Ventile ließen sich nicht reinigen. Daraufhin entwickelten wir eine konische Ausführung zur Verstärkung der Konstruktion, ergänzten diese mit einer Anfasung und einer inneren Stütznut. Seitdem läuft das Ventil zwei Jahre lang ohne nennenswerten Verschleiß.

Für die Konstruktion wird empfohlen, drei Punkte zu berücksichtigen: Erstens sollte die Dichtfläche möglichst austauschbar sein, damit Reparaturen im Problemfall vor Ort durchgeführt werden können. Zweitens sollten die Bauteile gestapelt und verschweißt werden können, um die Verwendung eines einzigen Edelstahlteils zu vermeiden. Drittens sollte die Montage mit einer Zentriergrenze versehen sein; eine manuelle Ausrichtung ist nicht empfehlenswert. Andernfalls kann bereits eine geringfügige Montageabweichung dazu führen, dass nach mehreren hundert Schaltvorgängen die Spule beschädigt wird.

Die von uns entwickelte Ventilsitzkonstruktion, beispielsweise die Kombination aus metallischer Fasenbegrenzung und Verbunddichtungseinsatz, zeichnet sich durch hohe Stabilität unter den Betriebsbedingungen von Kohleöl, Ammoniumphosphat und hochsalzhaltigen Abfallflüssigkeiten aus. Zahlreiche Kunden haben unsere kundenspezifische Konstruktion bereits direkt in ihre technischen Lösungen integriert, was die Wirksamkeit dieser Lösung in der Praxis belegt.

Ventilsitzen wird bei der Konstruktion oft vernachlässigt, und Fehler können schwerwiegende Folgen haben. Daher empfehle ich, dass alle Konstrukteure und Beschaffungspartner nicht nur die Datenblätter berücksichtigen, sondern auch die Erfahrungen von Betriebs- und Wartungspersonal einbeziehen. Denn die Arbeitsbedingungen sind entscheidend; selbst bei solider Konstruktion zeigt sich dies erst nach drei Monaten.