riiii Die Entwicklung des Hauses Klinger

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1 riiii ~ Die Entwicklung des Hauses Klinger Ing. Richard Klinger Griinder der Firma 1m gesamten Industriebereich wird der Name Klinger heute als Qualitatsbegriff flir Dichtungsmaterialien und Armaturen verstanden. Aus einem im Jahre 1886 in Wien gegriindeten Familienunternehmen wurde eine internationale Firmengruppe mit tiber einem Dutzend Produktionsstatten, Lizenznehmern, einer weltweiten Absatzorganisation und einer Administrations- und Forschungszentrale. Wahrend der fast hundertjahrigen Firmentatigkeit war Produktinnovation stets der Schwerpunkt der Klinger-Politik. Zahlreiche Produkte wurden von Klinger entwickelt und auf den Markt gebracht, die in der Welt der Technik einen festen Platz erobert haben. Meilensteine in der Geschichte der Technik waren zweifellos die Erfindung des Reflexionsglases irn Jahre 1886 durch Richard Klinger, den Grunder des Unternehmens, und 1895 die Entwicklung des "Klingerit", des ersten Dichtungsmaterials auf Gummi/Asbest-Basis. Noch heute gebraucht man den Markennamen "Klingerit" international vielfach als Synonym flir hochwertiges It -Dich tung sma terial. Beide Erfindungen waren bahnbrechend fiir die weitere Entwicklung der Dampftechnik, denn durch die nunmehr gegebene Sicherheit in bezug auf die Dichtheit und exakte Wasserstandsanzeige wurde der Einsatz von Klinger Wasserstandsanzeigern fiir immer hahere Dampfdrucke maglich. Bei Klinger entwickelten sich daraus die Produktlinien Dichtungen und Armaturen, die auch heute noch die tragenden Saulen des Klinger-Produktionsprogrammes darstellen. In weiterer Folge entwickelte Klinger Absperrarmaturen wie das Klinger Kolbenschieberventil und den Buchsenhahn. In beiden Armaturen wird die Abdichtung durch elastische und leicht auswechselbare Dichtelemente bewirkt: beirn Venti! durch zwei Dichtringe, beim Hahn durch eine zylindrische Dichtungsbuchse. Dieses Dichtprinzip wird nunmehr seit mehr als ftinfzig Jahren bei Millionen in aller Welt im Einsatz stehenden Klinger-Armaturen erfolgreich angewendet.

2 In den ftinfziger Jahren nahm Klinger die Produktion von Kugelhlihnen auf, 1968 wurde der neuentwickelte Klinger-Ballostar-Kugelhahn erfolgreich eingeftihrt. Neben der laufenden Erweiterung des It-Dichtungsplatten-Sortiments begann Klinger bereits urn 1930 mit der Produktion von Brems- und Kupplungsbeliigen, die unter dem Markennamen "Klinger-Flexible" vertrieben wurden. Die Zuverliissigkeit der Klinger-Armaturen, Dichtungsmaterialien und Reibbeliige ftihrte zu einem steigenden Bedarf in allen wichtigen europiiischen Industrieliindern. Es wurden neue Werke in England und Deutschland errichtet, Klinger-Vertretungen gegriindet und mit ausliindischen Firmen Lizenzvertriige abgeschlossen. Nach dem Zweiten Weltkrieg expandierte die Klinger-Gruppe weiter durch die Errichtung neuer Produktionsstiitten in Deutschland und in Dbersee sowie durch die Vergabe weiterer Lizenzen. Die Klinger-Gruppe erzielt heute einen Umsatz von weit Uber 100 MiIlionen US-Dollar. Ihre Organisation umspannt die ganze Welt. Die internationale Geschiiftstiitigkeit wird von der Klinger-Administration AG mit Sitz in der Schweiz geplant, koordiniert und kontrolliert. Die Firmen der Klinger-Gruppe sind jedoch selbstiindige Einheiten und berucksichtigen die jeweiligen nationalen Gegebenheiten in ihrem Marktbereich. FUr Forschung und Entwicklung und die Bearbeitung zukunftsorientierter Projekte wurde in der Schweiz eine eigene Forschungszentrale, die ISTAG AG, gegriindet. Das Klinger-Produktionsprogramm Klinger erzeugt InvestitionsgUter flit' Einsiitze in nahezu allen Industriezweigen. Ausgehend von den eingangs angeftlhrten Klinger-Produkten wurde das Produktionsspektrum im Laufe der Jahre wesentlich erweitert und umfa t heute folgende vier Produktlinien: Dichtungen Industrie Armaturen BasiSlTlllterial und ferfige Dichtungen fur indusmelle Anwendungen Dazu gehoren die verschiedensten Qualitiiten von It-Dichtungen sowie Dichtungsmaterial aus Gummi, Kork, Zellulose, Metall, Kunststoff (z. B. spiralgewickelte und gebordelte Dichtungen). Klinger ist heute der weltweit fiihrende Hersteller von Dich tungen auf Gummi/ Asbest-Basis. AUsrUstungen zum Absperren, Messen, Regeln und Steuem von Medienstromen Die bekanntesten Erzeugnisse dieser Produktlinie sind Kolbenschieberventile, Ballostar-Kugelhahne, Messing Kugelhahne, Buchsenhahne, Mefilleitungsannaturen; femer Fliissigkeitsstandanzeiger fur Dampfeinsatz und fur die petrochemische Industrie sowie Schaugliiser und sonstige ZubehOrartikel.

3 Fahrzeug und M otorenteile Technische Kunststoffe Dichtungen, Reibbeliige und Teile flir die Fahrzeug und Motorenindustrie Klinger-Dichtungen werden von flihrenden Automobilfabriken sowohl in der Erstausriistung als auch im Ersatzteilgeschaft eingesetzt (Zylinderkopfdichtungen, Auspuffdichtungen, etc.). Klinger-Reibbelage haben sich bei Bremsen und Kupplungen seit lahnehnten nicht nur in der Fahneugindustrie (Automobile, Schienenfahneuge), sondern auch in anderen Industriebereichen (Bremsbander) bestens bewiihrt. Verarbeitung und Anwendung von speziellen technischen Kunststoffen Klinger war eine der ersten europaischen Finnen, die die au&rgewohnlichen Eigenschaften des Kunststoffes PTFE (polytetrafluorathylen) erkannt und angewendet haben. Eine Reihe technischer Kunststoffe werden von Klinger fur den Einsatz in den verschiedensten Industriezweigen verarbeitet. Die Klinger..()rganisation Klinger ist heute eine intemationale Firmengruppe mit Produktionsstatten in Europa und Ubersee. Klinger-Firmen in Europa: Rich. Klinger Aktiengesellschaft, Gumpoldskirchen «)sterreich) Rich. Klinger G.m.b.H., Idstein/Taunus (Bundesrepublik Deutschland) Richard Klinger Ltd., Sidcup/Kent (England) Klinger-Firmen aufterhalb Europas: Weitere Klinger-Werke befinden sich in Argentinien, Brasilien, Mexico, U. S. A., Australien und Siidafrika. Klinger-Lizenznehmer: Ets. Trouvay & Cauvin, Cesare Bonetti S.p.A., Yakacik Makine Fabrikasi A.S., Paris (Frankreich) Mailand (Italien) Istanbul (Tiirkei) Klinger- Vertretungen: Die Klinger-Firmen haben ein weltweites Netz an Klinger-Vertretungen aufgebaut, die mehr als 100 Lander mit Klinger-Produkten versorgen.

4 Rich. Klinger Aktiengesellschaft Gumpoldskirchen,6sterreich Foto Hausmann Freigeg. v. BMfLV/ZI.I3080/ Rich. Klinger GmbH Idstein/Taunus, BRD Frei. Reg. Priis. Darmstadt Nr. 1465/71 Richard Klinger Ltd. Sidcup/Kent, England

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6 Heinz Zoebll Julius Kruschik Stromung durch Rohre und Ventile Tabellen und Berechnungsverfahren zur Dimensionierung von Rohrleitungssystemen Zweite, neubearbeitete Auflage Springer-Verlag Wien New York

7 Dipl.-Ing. Dr. techno Heinz Zoebl Forschungsinstitut fdr die Stromung durch Rohre und Ventile, Wien Dipl.-Ing. Julius Kruschik Direktor der Rich. Klinger Aktiengesellschaft, Gumpoldskirchen bei Wien Das Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Vbersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder iihnlichem Wege und der Speicherung in DatenverarbeitungsanJagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Yerwertung, vorbehalten by Springer-Yerlag/Wien Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1982 Mit 170 Abbildungen,CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek loebi, Heinz: Stromung durch Rohre und Ventile: Tab. u. Berechnungsverfahren zur Dimensionierung von Rohrleitungssystemen I Heinz Zoebl; Julius Kruschik. - 2., neubearb. Aufl. - Wien; New York: Springer, ISBN-I 3: NE: Kruschik, Julius: ISBN-13: DOl: / e-isbn-13:

8 Vorwort zur ersten Auflage Die Dimensionierung von Rohrleitungen und Armaturen in Anlagen und Vorrichtungen, in denen stromende Fluide verwendet werden, erfolgt vomehmlich nach stramungstechnischen Gesichtspunkten. Kenntnisse fiber die Vorgange bel der "Stromung durch Rohre und Ventile" sind aber heute nicht nur fur das Fachgebiet des Rohrleitungsbaues und fur Fragen bei der Gestaltung und zweckmabigen Verwendung von Armaturen erforderlich, sondem auch auf nahezu allen Gebieten der Technik von Bedeutung: 1m Maschinenbau werden die Vorgange in Stromungsmaschinen, wie Pumpen, Turbinen und Fliissigkeitsgetriebe, die als Hilfsgerlite auch in allen anderen Zweigen des Maschinenbaues verwendet werden, durch die Stramungsvorgange in den Rohren und Armaturen vor und hinter diesen Maschinen ganz wesentlich beeinflubt. In Verbrennungsmotoren, Kolbenkompressoren, bei Maschinenelementen zur Warmefibertragung wie Kiihler und Kessel, ist die Beherrschung stromungstechnischer Vorgange Voraussetzung fur die Weiterentwicklung und Verbesserung dieser Maschinen und Gerlite. Ebenso entscheiden in der Klima-, Lfiftungs- und Heizungstechnik stramungstechnische Fragen die Entwicklungsrichtung. In der Verfahrenstechnik sind die stromungstechnischen Fragen besonders schwierig zu behandeln, well der Aggregatzustand des Mediums oft wechselt. In Stahlwerken und Walzwerken, in Baumaschinen und in Maschinen fur die Land- und Forstwirtschaft, in Ho1zbearbeitungsmaschinen, im Kranbau und auf vielen anderen Gebieten der Technik werden heute olhydraulische und pneumatische Normbauteile zur Kraftubertragung und Steuerung verwendet. Die rasche Weiterentwicklung dieser Bauteile sowie die Behebung von Starungen in den hydraulischen und pneumatischen Antrieben ist aber ohne entsprechende Kenntnisse der Stramungsvorgange in diesen Systemen kaum moglich. Die Klarung von Fragen auf allen oben erwlihnten Gebieten der Technik ist oft nur durch die Kenntnis der Vorglinge bei instationlirer Stromung moglich. In der Literatur wurden aber bisher fast ausschlieblich die Grundlagen der stationliren Stramung behandelt. Die instationare Stromung, wie etwa die Fliissigkeitsschlage beim plotzlichen SchlieBen eines Ventiles, der EinfluB der SchlieBgeschwindigkeit auf Druck und Geschwindigkeitsverlauf in Rohrleitungen, die quasistationare und die pulsierencte Stromung durch Rohre und Ventile wurden bisher nur in wissenschaftlichen Schriften behandelt, deren Studium entsprechende Kenntnisse voraussetzt, fiber die der in der Praxis stehende Ingenieur nicht verftigt.

9 VI Vorwort Die vorliegende Einflihrung behandelt dagegen mit einfachsten Mitteln die instationare Stromung genauso ausflihrlich wie die stationare. Sie soli die Planung von Rohrleitungssystemen erleichtem und ein Hilfsmittel bei der Behebung von Storungen sein. Bei der Entwicklung und Konstruktion von Annaturen, Maschinen und deren Elementen soli sie zur Kliirung stromungstechnischer Fragen beitrageh. Wien, im Friihjahr 1978 H. Zoebl, J. Kruschik Vorwort zur zweiten Auflage Seit dem Erscheinen der 1. Auflage im Jahre 1978 haben sich auf allen Gebieten der Technik die SI-Einheiten auch in der Praxis eingebiirgert. Es war deshalb erforderlich, im ganzen Buch einheitiich die gesetzlich vorgeschriebenen intemationalen Efuheiten anstelie der in der I. Auflage verwendeten technischen Einheiten zu verwenden, wobei fur die Einheit des Druckes meist die viet verwendete Einheit von I bar (10 N/cm 2 ) verwendet wurde, die niiherungsweise der Einheit von 1 kp/cm 2 im technischen System entspricht. Die neue Auflage wurde durch den Abschnitt tiber den Viskositatsindex und durch die Abschnitte 9.4, "Die kritische Drehzahl von Zahnradpumpen", sowie 9.5, "Kritische Verhiiltnisse in Ventilen und Drosselelementen" erweitert, in denen die neuesten Forschungsergebnisse und Erfahrungen auf dem Gebiete der Kavitation zusammengefa1.)t wurden. Hierbei wird auch der neue Begriff des "Kritischen Druckverhiiltnisses" bei der Stromung mit Kavitationserscheinungen durch verschiedene charakteristische Fonnen von Austritts Offnungen im Abschnitt ausfiihrlich behandelt. Schlie1.)lich wurde im Abschnitt 10 ("Bedeutung der stromungstechnischen Vorgiinge fur die Auswahl von Kiihlem und Rticklaufftltem in Hydrauliksystemen") ein Beispiel herausgegriffen, das zeigen soli, da1.) es bei der Losung einer bestimmten Aufgabe oft nicht geniigt, zu entscheiden, ob die Gesetze fur die instationiire Stromung zur Beschreibung einer wichtigen Einflu1.)gro1.)e heranzuziehen sind, sondem da1.) es in vielen Fiillen auch erforderlich ist, sowohl die Gesetze fur die stationare Stromung als auch diejenigen fur die instationaren Vorgiinge heranzuziehen, wenn man alle Einflu1.)gro1.)en beriicksichtigen will, die fur die Losung einer bestimmten Aufgabe ausschlaggebend sind. Wien, im Sommer 1982 H. Zoebl, J. Kruschik

10 Inhaltsverzeichnis Einfiihrung Fonnelzeichen und Einheiten Hydro- und Aerostatik Hydrostatik inkornpressibler Fliissigkeiten Hydrostatik kompressibler Fliissigkeiten Die Dichte Einfl~ der Kompressibilitiit der Fliissigkeiten aufhydrostatische Antriebe Bedeutung der Wiirmeausdehnung von festen Korpem und Fliissigkeiten bei hydrostatischen Antrieben Zustandsgleichung der Gase Zusammenhang zwischen Druck, Temperatur und Volumen fur Diimpfe... ; SpeziflSChe Verdichtungsarbeit im Kolbenverdichter Leistungsbedarf fur die Verdichtung Der Liefergrad des Kolbenverdichters Hydrodynamik Stationire Stromung einer reibungsfreien, inkornpressiblen Fliissigkeit Eindimensionale Stromung inkompresslbler Fliissigkeiten Mehrdimensionale Stromung inkornpressibler Fliissigkeiten Kontinuitiitsgleichung Kontinuitiitsgleichung fur inkompressible Fliissigkeiten Kontinuitiitsgleichung fur kompressible Fliissigkeiten Ahnlichkeitsgesetze Ziibigkeit der Fliissigkeiten Der Viskositiitsindex (VI) Die Reynolds-Zahl Laminare Stromung durch zylindrische Rohre Laminare Stromung im Ringspalt Laminare Stromung zwischen zwei Platten... 41

11 VIII InhaltsveIZeichnis 3.7 Hydrostatische Lagerung Turbulente Stromung durch glatte zylindrische Rohre Geschwindigkeitsverteilung fiber den Rohrquerschnitt in geraden zylindrischen Rohren nach dem l/n.potenzgesetz EinfluS der Rauhigkeit auf den Stromungswiderstand in Rohren Die kritische Reynolds Zahl..., Beispiele fur die Berechnung des Druckverlustes in einer geraden Rohrleitung Druckverlust in gewellten Rohren Diffusoren und Infusoren Korusch erweiterter Diffusor und korusch verengter Infusor St~fusor Stufendiffusor Ringdiffusor Druckverteilung bei veizogerter Stromung in einem Diffusor Berechnung des Volumenstromes aus dem Druckabfall in einem Venturirohr Stromung von Fliissigkeiten und Gasen durch Drosselketten Einflu6 von Ziihigkeit und Austrittsfonn auf die Ausflu6menge aus Gef8f.\en AusfluS durch Diisen oder Blenden Ausflu6 durch ein horizontales Rohr AusfluS durch ein lotrechtes Rohr Definition von Mittelwerten StatistischeMittelwerte Ortliche Mittelwerte Zeidiche Mittelwerte StrOmung von Guen, Gasdynamik Ziihigkeit del Gase Ausstromen von Gasen aus Gef~en bei geringem DruckgefaIle Ausstromen von Gasen aus Gef~en bei hohem DruckgefaIle. Das kritische Druckverhiiltnis Rechenbeispiele fur das AusstrOmen von Gasen Ausstromende Leckluft aus einem Druckluftnetz Erforderlicher Querschnitt fur das Sicherheitsventil eines Kompressors Erforderlicher Querschnitt fur das Sicherheitsventil eines Damptkessels Durch eine Leckstelle ausstromendes Stadtgas Stromung von Gasen durch Ventile StrOmung von Gasen d~rch Rohre Stationare Stromung von Gasen durch Drosselketten Durchflu6mengenmessqng durch Diisen und Blenden Fliissigkeiten und Gase bei relativ kleinem DruckgefaIle an der Drossel stelle Gase bei hohem DruckgefaIle an der Drosselstelle StrOmung durch Lavaldiilen mit fiberlcritischem Druckverhiiltnis S. hwmtio~stromu~o~ Instationiire Stromung inkompressibler Fliissigkeiten Rohrstromung wiihrend einer Schlie6bewegung an der Rohnniindung bei inkompressiblen Fliissigkeiten

12 Inhaltsverzeichnis IX 5.2 Instationlire Stromung kompressibler Fliissigkeiten Positiver und negativer DruckstoB durch pli:itzliches SchlieBen bzw. Offnen eines Ventiles (SchlieBzeit T= 0) Dlimpfung durch Reibung Druck und Geschwindigkeitsverlaufin Rohrleitungen wlihrend der Stell bewegung eines Ventiles (Offnungs oder SchlieBzeit T> 0) Reflexion von Druck und Geschwindigkeitswellen an offenen Rohrenden Reflexion von Druck und Geschwindigkeitswellen an geschlossenen Rohrenden Verlinderungen der Druckwellen an Querschnittserweiterungen Verlinderung der Wellenform und Reflexion an Rohrverzweigungen Reflexion an verengten Rohrmtindungen DruckstoB durch eine SchlieBbewegung am Leitungsende innerhalb der Zeit T < 2 L/a DruckstoB bei langsamer SchlieBbewegung. SchlieBzeit T>2L/a DruckstoB bei langsamer SchlieBbewegung mit konstanter SchlieBgeschwindigkeit DruckstoB bei langsamer TeilschlieBbewegung Druckverlaufwlihrend und nach Offnen eines Querschnittes am Leitungsende Bestlitigung eines Absperrorganes an einer beliebigen Stelle einer Rohrleitung Beispiel zur Berechnung des Druckes vor dem AbschluBventil in einem Druckwasserstollen mit und ohne Beriicksichtigung der Kompressiblitlit der Fliissigkeit Pulsierende Stromung in Rohrleitungen DrucksttiBe und Vibrationen durch Verztigerung von Pumpe und Antriebsmotor Quasistationiire StrOmun~orgiinge Strtimung durch eine Rohrleitung mit einem Ventil, dessen Querschnitt mit der Zeit ve.randert wird Quasistationarer AusfluB von Fliissigkeiten aus Geflilien Quasistationare Strtimung von Gasen Hillen und Entleeren von Gasbehliltem Fiillen und Entleeren von Druckluftzylindem Der kv Wert und StrOmungsvorgiinge in Armaturen kv Wert und Cv Wert Zusammenhang zwischen dem kv Wert und der Widerstandszahl t Berechnung des Druckverlustes bei gegebener DurchfluBmenge Bestimmung des kv Wertes zur Wahl eines geeigneten Ventiles bei gegebener DurchfluBmenge Diagramme zur Wahl eines Ventiles mit richtigem kv Wert fur beliebige Medien und Druckverhliltnisse Wasser und Fliissigkeiten geringer Zahigkeit Zlihe Fliissigkeiten

13 X Inhaltsverzeichnis 7.53 Gase bei unterkritischem Druckverhiiltnis (P2 > 0,53 PI) Gase bei iiberkritischem Druckverhiiltnis (P2 < 0,53 PI) Wasseidampfbei unterkritischem Druckverhiltnis Wasserdampfbei iiberkritischem Druckverhiiltnis kll-wert fdr Ventilgruppen Richtwerte von kll bzw. r fur verschiedene Armaturen Absperrarmaturen mit mechanischer Betatigung Absperrarmaturen se1bsttatig wirkend Magnetventile Schnellkupplungen Stromungsvorglinge in Armaturen Mechanisch betatigte Absperrventile, Schieber, Kugelhiihne, Kiikenhiihne und Klappen Handbetatigte Mehrwege-Steuerschieber der Olhydraulik Magnetventile Schnellkupp1ungen Plattenventile der Kolbenverdichter Riickschlagventile Drosselventile Druckbegrenzungsventile fur Hydrauliksysteme Zwangsgesteuerte Ventile in Kolbenmaschinen StrOmung in Rohdeitungssystemen Optimale Nennweite von Rohrleitungen Xquivalente Rohrliingen und Widerstandwerte verschiedener Einbauten Anwendungsgrenzen der Regeln fur die Berechnung von Rohrleitungssystemen mit Hilfe der aquivalenten Rohrliinge Tabellen und Abbndungen fur Rauhigkeit, Widerstandszahl, Dichte, Ziihigkeit und Gaskonstante S Wirtschaftliche Geschwindigkeiten in Rohrleitungen. Hydraulischer Radius. Stromung im Laminar- und Obergangsbereich. Korrekturfaktoren fur stark kompressible Medien bei hohen Geschwindigkeiten Druckverlust in Rohr1eitungen fur kaltes Wasser Diagramme fur den Druckverlust in Rohren bei Fliissigkeiten unterschiedlicher Ziihigkeit Druckschwankungen durch rasche Anderung der Stromungsgeschwindigkeit und Moglichkeiten der Abhilfe Tabelle zur Berechnung des Druckabfalls in Pref.\luftleitungen Allgemeines Druckvedust-Rechendiagramm Kavitation Berechnung der Saughohe bei Ansaugen aus einem offenen Behiilter Berechnung der Druckverhwtnisse bei einer Pumpe mit Zulauf aus einem geschlossenen Behiilter mit Oberdruck Berechnung der Druckverluste im Saugrohr einer Zahnradpumpe Die kritische Drehzahl von Zahnradpumpen Kritische Verhiiltnisse in Ventilen und Drosselelementen Kritische Stromung in Ventilen Reibungsfreie Stromung eines inkompressiblen Mediums durch ein Venturirohr

14 Inhaltsverzeichnis XI Das kritische Druckverhiiltnis fur verschiedene Fonneri von Austrittsoffnungen Bedeutung der 8trihn~en VolJlinge fiir die Auswabl von Kiihlem und Riicklauf6ltem in Hydrauliksystemen Unberechenbare StrihnungsvolJlinge..., Uteraturven:eicllnis Veneiclmis der wichtigsten Medien Physikalische Daten von Luft, Wasser, Ol und brennbaren Gasen Physikalische Daten anderer Fluide Sachvenek:hnis