Was ist ein Rückschlagventil? Unterschiede zwischen federbelasteten, Klappen- und Wafer-Rückschlagventilen

Ein Rückschlagventil ist eine Einwegarmatur, die die Strömung nur in einer Richtung durchlässt und bei Rückfluss selbsttätig schließt. Seine Funktion beruht vollständig auf dem Druck des Fördermediums selbst: Das in Vorwärtsrichtung strömende Wasser hebt die Klappe bzw. den Teller von der Dichtfläche ab und strömt hindurch; kommt die Strömung zum Stillstand oder kehrt sie sich um, wird die Klappe vom zurückströmenden Wasser auf die Dichtfläche gedrückt und der Durchgang schließt. Deshalb wird das Rückschlagventil auch Einwegventil oder Rückflusssperre genannt.

Damit sich das Ventil öffnet, muss der Druck in Vorwärtsrichtung einen bestimmten Schwellenwert überschreiten. Dieser Schwellenwert heißt Öffnungsdruck oder Cracking Pressure und bezeichnet den Differenzdruck, der die Klappe erstmals von der Dichtfläche abhebt. Bei Rückschlagklappen ohne Feder ergibt sich dieser Wert aus dem Eigengewicht der Klappe und liegt bei etwa 0,01–0,05 bar. Bei federbelasteten Bauarten bestimmt dagegen die Federvorspannung den Wert, der je nach Baureihe zwischen 0,02 und 0,35 bar liegt. Je höher der Öffnungsdruck, desto früher und härter schließt das Ventil und desto geringer fällt die Rückflussgeschwindigkeit aus.

Das Schließverhalten ist die kritischste Eigenschaft eines Rückschlagventils. Ein ideales Rückschlagventil muss schließen, bevor die Rückflussgeschwindigkeit anwächst und bevor die Strömung vollständig zum Stillstand kommt. Ein spät schließendes Ventil stoppt die nach hinten beschleunigende Wassermasse mit einem plötzlichen Schlag und erzeugt Wasserschlag. Federunterstützte Bauarten beginnen das Schließen, bevor die Strömung steht, und verhindern diesen Schlag weitgehend; Bauarten ohne Feder schließen nur durch die Schwerkraft und kommen daher zu spät. Dieser Unterschied ist die Grundlage des wichtigsten Leistungsunterschieds zwischen den drei Bauarten.

Die Antwort auf die Frage, wie ein Rückschlagventil funktioniert, lässt sich also in drei Phasen zusammenfassen. In der ersten Phase überschreitet die Vorwärtsströmung den Öffnungsdruck und hebt die Klappe an; das Ventil erreicht die vollständig geöffnete Stellung. In der zweiten Phase hält die Strömung an, und die Klappe wird durch den dynamischen Druck der Strömung offen gehalten; in dieser Stellung wird der Widerstand des Ventils durch den Kv-Wert gemessen. In der dritten Phase lässt die Strömung nach, kommt zum Stillstand und beginnt sich umzukehren; die Klappe schließt mit Hilfe von Feder, Schwerkraft und dem Druck des zurückströmenden Wassers auf der Dichtfläche. Die Qualität eines Rückschlagventils bemisst sich daran, wie schnell und leise es diese dritte Phase abschließt.

Ein Rückschlagventil ist keine Absperrarmatur zum Unterbrechen der Strömung. Es wird nicht von Hand geschlossen wie ein Kugelhahn oder eine Absperrklappe; seine Aufgabe ist nicht die Absperrung, sondern der Rückflussschutz. Deshalb befinden sich in einer Leitung sowohl ein Rückschlagventil als auch eine von Hand zu schließende Absperrarmatur für Wartungszwecke. Zu den Ventilbauarten und zum Thema Strömungsführung finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: 2-Wege-Ventil oder 3-Wege-Ventil? Welches wird wo eingesetzt?)

Ein Rückschlagventil ist ein Schutzelement, das in jeder Leitung eingesetzt wird, in der ein Rückfluss des Fördermediums Schaden anrichtet. Der häufigste Einsatzort ist der Pumpenaustritt: Steht die Pumpe still, fließt die geförderte Wassersäule zurück, dreht die Pumpe rückwärts und belastet sie mechanisch; das Rückschlagventil unterbindet diesen Rückfluss und schützt so Pumpe und Installation. Druckerhöhungsanlagen, Tauchpumpen, Umwälzleitungen, Feuerlöschpumpen und Dosierleitungen sind die Standardeinsatzbereiche von Rückschlagventilen.

In Druckerhöhungsanlagen erfüllt das Rückschlagventil zwei Aufgaben zugleich. Erstens verhindert es, dass das unter Druck stehende Wasser im Ausdehnungsgefäß beim Stillstand der Pumpe über die Pumpe zurückläuft, und sorgt so dafür, dass der Behälter den Druck hält. Zweitens verhindert es bei Mehrpumpenanlagen, dass eine stillstehende Pumpe von der laufenden Pumpe gespeist wird und rückwärts dreht. Ist das Rückschlagventil defekt, schaltet die Druckerhöhungsanlage ständig ein und aus, weil der Behälter den Druck nicht halten kann; zu den Ursachen dieses Symptoms finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Druckerhöhungsanlage läuft ständig und schaltet nicht ab: 10 mögliche Ursachen und Lösungen)

In Feuerlöschpumpen-Leitungen ist das Rückschlagventil ein Element der Personensicherheit. Da die Hauptfeuerlöschpumpe, die Jockeypumpe und gegebenenfalls die Reservepumpe auf dieselbe Sammelleitung fördern, wird an jedem Pumpenaustritt ein Rückschlagventil eingebaut; es verhindert, dass die jeweils nicht laufende Pumpe rückwärts gespeist wird und dass Leitungswasser in die Pumpen zurückläuft. Normen wie NFPA 20 und TS EN 12845 sehen für diese Leitungen Bauarten mit geringem Druckverlust und leisem Schließen vor. Zur Rolle der Jockeypumpe in der Leitung finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Was ist eine Jockeypumpe? Warum wird sie in der Feuerlöschpumpenanlage eingesetzt?)

Weitere typische Einsatzstellen sind das Fußventil am Saugende von Brunnen- und Zisternen-Tauchpumpen, das Rückschlagventil in der Warmwasserspeicher-Gruppe, das den Rückfluss von Kaltwasser verhindert, und Sicherungseinrichtungen gegen Rückfluss in der Trinkwasserinstallation, die eine Verunreinigung durch Rücksaugen verhindern. Rückflussverhinderer nach TS EN 1717 erfordern an Stellen mit hohem Risiko umfassendere Einrichtungen mit doppelter Kontrolle als ein einzelnes Rückschlagventil. Für Feuerlösch- und Pumpenausrüstung können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Brandschutz)

Ein federbelastetes Rückschlagventil, auch Spring Loaded genannt, ist eine Rückschlagventil-Bauart, bei der die Klappe bzw. der Teller von einer Feder auf die Dichtfläche gedrückt wird. Da die Feder den Teller zu schließen beginnt, sobald die Strömung nachlässt, schließt das Ventil, bevor die Rückflussgeschwindigkeit anwächst, und verhindert Wasserschlag weitgehend. Aufgrund dieser Konstruktion ist es unabhängig von der Einbaulage: Es arbeitet sowohl in waagerechten als auch in senkrechten Leitungen korrekt, unabhängig davon, ob die Strömung nach oben oder nach unten verläuft. In kleinen und mittleren Nennweiten ist es die am häufigsten gewählte Bauart.

Das federbelastete Rückschlagventil gibt es in zwei Unterformen. Die erste ist die Tellerbauart, bei der ein quer zur Strömungsachse beweglicher Teller von der Feder angedrückt wird; die zweite ist die Kolbenbauart, bei der ein Kolben, der sich entlang der Strömungsachse bewegt, von der Feder zurückgedrückt wird. Während die Tellerbauart einen geringen Druckverlust bietet, bietet die Kolbenbauart höhere Dichtheit und Schlagfestigkeit. Bei beiden wird der Öffnungsdruck durch die Federauswahl festgelegt und liegt typischerweise im Bereich von 0,02–0,35 bar.

Die größte Stärke der federbelasteten Bauart ist das leise und weiche Schließen. Axiale federbelastete Rückschlagventile mit düsenförmigem Gehäuse bündeln die Strömung in der Mitte und schließen den Teller auf sehr kurzem Weg; sie sind daher auch als leises Rückschlagventil oder Nozzle Check Valve bekannt. Diese Bauarten senken die Rückflussgeschwindigkeit auf nahezu null und beseitigen Wasserschlag praktisch vollständig. In Hochdruck-Pumpenleitungen und in Leitungen mit häufig ein- und ausschaltenden Pumpen wird diese Bauart bevorzugt.

Ein federbelastetes Rückschlagventil wird in folgenden Fällen gewählt: in senkrechten Leitungen und bei Einbau mit abwärts gerichteter Strömung, an Pumpenausgängen mit häufiger Zuschaltung, in langen Steigleitungen mit hohem Wasserschlagrisiko und in Umwälzkreisen mit niedrigem Volumenstrom. Da die Feder einen zusätzlichen Druckverlust in Höhe des Öffnungsdrucks mit sich bringt, muss es in Schwerkraftleitungen, die mit sehr geringem Differenzdruck arbeiten, sorgfältig dimensioniert werden. Zum Zusammenhang von Wasserschlag und Kavitation finden Sie Informationen in unserem Kavitations-Ratgeber. (Details: Was ist Pumpenkavitation und wie lässt sie sich vermeiden?)

Die Rückschlagklappe, im Englischen Swing Check Valve genannt, ist die klassische Rückschlagventil-Bauart, bei der eine an einem Scharnier befestigte Klappe durch Schwerkraft und Rückfluss schließt. Sie enthält keine Feder; die Klappe öffnet durch die Vorwärtsströmung und schließt bei unterbrochener Strömung durch ihr Eigengewicht und den Druck des zurückströmenden Wassers auf der Dichtfläche. Da der Strömungsweg in vollständig geöffneter Stellung nahezu so groß bleibt wie der Rohrquerschnitt, ist der Druckverlust sehr gering, und in großen Nennweiten ist sie die wirtschaftlichste Lösung.

Der größte Vorteil der Rückschlagklappe ist der geringe Druckverlust. Ist die Klappe vollständig geöffnet, stellt sie der Strömung kein Hindernis quer in den Weg; deshalb bietet sie bei gleicher Nennweite DN im Vergleich zu federbelasteten und Wafer-Bauarten den höchsten Kv-Wert, also den geringsten Widerstand. In Hauptleitungen mit großem Volumenstrom und niedrigem Differenzdruck, zum Beispiel in Kühlturm- und Stadtwasser-Sammelleitungen über DN 100, wird diese Bauart bevorzugt. Da sich der Öffnungsdruck nur aus dem Klappengewicht ergibt, ist er mit 0,01–0,05 bar sehr niedrig.

Die größte Schwäche der Rückschlagklappe ist ihr spätes Schließen. Da die Klappe nur durch Schwerkraft und Rückfluss schließt, sitzt sie nach dem Strömungsstillstand erst dann vollständig auf, wenn eine gewisse Wassermenge in Gegenrichtung beschleunigt hat. Dieses späte Schließen führt zu zwei Problemen: rhythmischem Klappenschlagen und heftigem Wasserschlag. Eine Rückschlagklappe, die erst schließt, nachdem die Rückflussgeschwindigkeit 1 m/s überschritten hat, kann im Rohr einen zusätzlichen Stoßdruck in der Größenordnung von 10 bar erzeugen. Deshalb wird sie in Leitungen mit häufig ausschaltenden Pumpen und bei senkrechtem Einbau mit abwärts gerichteter Strömung nicht empfohlen.

Außerdem arbeitet die Rückschlagklappe nur in waagerechten Leitungen oder in senkrechten Leitungen mit aufwärts gerichteter Strömung korrekt; bei senkrechtem Einbau mit abwärts gerichteter Strömung versucht die Klappe durch ihr Eigengewicht geschlossen zu bleiben und öffnet nicht ordnungsgemäß. Um die Probleme der schlichten Rückschlagklappe zu verringern, wurden federunterstützte Rückschlagklappen (Spring Assisted Swing) und Doppelklappen-Bauformen entwickelt. In großen Nennweiten und in Leitungen mit dauerhaft einseitiger Strömung ist die Rückschlagklappe nach wie vor die verbreitetste und langlebigste Wahl. Sie können sich unsere Produktgruppe Ventile & Armaturen ansehen. (Details: Ventile & Armaturen)

Das Wafer-Rückschlagventil ist eine Rückschlagventil-Bauart, die zwischen zwei Flanschen mit Stehbolzen eingespannt montiert wird und so schmal gebaut ist, dass man fast von gehäuselos sprechen kann. Die verbreitetste Form ist die Doppelklappen-Bauart, auch Dual Plate Wafer genannt, bei der zwei in der Mitte angelenkte Halbscheiben von einer Feder geschlossen werden. Da die beiden Scheiben von der Strömung geöffnet und von der Feder geschlossen werden, ist die Masse des beweglichen Teils gering, das Schließen sehr schnell, und der Wasserschlag fällt deutlich geringer aus als bei der Rückschlagklappe. Dank des schmalen Gehäuses spart es Platz und Gewicht.

Der herausragende Vorzug der Wafer-Bauart ist ihre kompakte Abmessung. Bei gleicher Nennweite DN beträgt der Abstand zwischen den Flanschen einer Rückschlagklappe 200–300 mm, die Einbaulänge eines Wafer-Rückschlagventils dagegen nur etwa 40–60 mm. Das ist in beengten Pumpenräumen und an Feuerlöschverteilern sehr wertvoll. Da das Gewicht gering ist, belastet es die Rohrleitung nicht zusätzlich und kann von einer einzelnen Person montiert werden. Die Doppelklappen-Konstruktion hält den Öffnungsdruck im Bereich von 0,05–0,15 bar.

Das Wafer-Rückschlagventil erfordert aufgrund seiner Einbauart an zwei Stellen Aufmerksamkeit. Erstens: Da es zentriert zwischen zwei Flanschen eingespannt wird, führen Fehler bei Dichtung und Zentrierung zu Leckagen; die richtige Schraubenreihenfolge und ein Zentrierring sind unerlässlich. Zweitens: Da das Gehäuse an den Flanschen anliegt, müssen zum Ausbau beide Flansche der Leitung gelöst werden; ohne vorgeschaltete Absperrarmatur wird die Wartung aufwendig. Deshalb wird das Wafer-Rückschlagventil in Feuerlösch- und Kühlleitungen bevorzugt, in denen der Vorteil des schnellen Schließens der Doppelklappe gewünscht ist, der Platz aber knapp bemessen ist.

Die Wafer-Bauart ist ein guter Ausgleich zwischen leisem Schließen und geringem Druckverlust. Die Doppelklappe gibt zwar nicht ganz so viel offenen Querschnitt frei wie die Rückschlagklappe, teilt die Strömung aber, weil ihr Scharnier in der Mitte liegt, symmetrisch, und der Kv-Wert bleibt bei der Wafer-Bauart im mittleren Bereich. An Feuerlöschpumpen-Verteilern und in großen Leitungen im Bereich DN 65 bis DN 300, wenn leises Schließen und Kompaktheit gemeinsam gewünscht sind, ist in der Regel das Doppelklappen-Wafer-Rückschlagventil die ausgewogenste Wahl. Für Feuerlöschausrüstung werfen Sie einen Blick auf unsere Produktgruppe. (Details: Brandschutz)

Der Unterschied zwischen den drei Rückschlagventil-Bauarten lässt sich auf drei Größen zurückführen: Öffnungsdruck, Druckverlust und Schließgeschwindigkeit. Die federbelastete Bauart schließt am frühesten und weichsten, verhindert Wasserschlag am besten, bringt aber einen etwas höheren Druckverlust mit sich. Die Rückschlagklappe bietet den geringsten Druckverlust, schließt aber am spätesten und ist für Wasserschlag am anfälligsten. Die Wafer-Bauart ist dazwischen eine ausgewogene Option: Sie vereint schnelles Schließen und mittleren Druckverlust in einem kompakten Gehäuse.

• Öffnungsdruck — Federbelastet: 0,02–0,35 bar (je nach Federauswahl); Rückschlagklappe: 0,01–0,05 bar (nur Klappengewicht); Wafer-Doppelklappe: 0,05–0,15 bar
• Druckverlust und Kv — Rückschlagklappe: geringster Verlust, höchster Kv; Wafer: mittlerer Kv; federbelastete Tellerbauart: zusätzlicher Verlust in Höhe der Federvorspannung, niedrigster Kv
• Wasserschlagvermeidung — Federbelastet und Düsenbauart: sehr gut, Rückflussgeschwindigkeit ~0; Wafer-Doppelklappe: gut; Rückschlagklappe: schwach, schließt spät
• Einbaulage — Federbelastet: waagerecht und senkrecht (Strömung aufwärts oder abwärts) frei; Wafer: waagerecht und senkrecht (Strömung aufwärts bevorzugt); Rückschlagklappe: nur waagerecht oder senkrecht mit Strömung aufwärts
• Einbaulänge — Wafer: am kürzesten, 40–60 mm; federbelastet: mittel; Rückschlagklappe: am längsten, 200–300 mm (für DN 100)
• DN-Bereich — Federbelastet: verbreitet von DN 15 bis DN 100; Wafer: von DN 65 bis DN 300; Rückschlagklappe: von DN 50 bis DN 600 in großen Leitungen
• Gewicht und Platzbedarf — Wafer: am leichtesten und kompaktesten; Rückschlagklappe: am schwersten und sperrigsten; federbelastet: mittel
• Typischer Einsatz — Federbelastet: Pumpenaustritt, senkrechte Leitung, häufig ein- und ausschaltende Anlage; Rückschlagklappe: große, dauerhaft durchströmte Hauptleitung; Wafer: Feuerlöschverteiler, große Leitung bei beengtem Platz

Das klare Urteil aus diesem Vergleich lautet: Steht das Wasserschlagrisiko an erster Stelle, wählt man die federbelastete Bauart oder die Düsenbauart; steht ein geringer Druckverlust an erster Stelle und ist die Strömung dauerhaft einseitig, wählt man die Rückschlagklappe; wünschen Sie Platzersparnis und schnelles Schließen zugleich, wählt man das Doppelklappen-Wafer-Rückschlagventil. Eine einzige Bauart passt nicht überall; die Auswahl richtet sich nach dem Druck der Leitung, dem Strömungsverhalten und der Einbaulage.

Das Kolben-Rückschlagventil ist eine Rückschlagventil-Bauart für Leitungen, in denen hohe Dichtheit und Schlagfestigkeit gefordert sind; dabei wird ein Kolben, der sich entlang der Strömungsachse bewegt, von einer Feder zurückgedrückt. Da der Kolben in einem Zylinder läuft, ist die Dichtfläche breit und gewährleistet vollständige Dichtheit; außerdem sorgen die Masse des Kolbens und die Federvorspannung für sehr schnelles Schließen, sodass die Rückflussgeschwindigkeit niedrig bleibt. Bevorzugt wird es in Dampf-, Heißwasser- und Hochdruck-Prozessleitungen.

Der Preis der Kolbenbauart ist ein höherer Druckverlust. Da die Strömung um den Kolben herumlaufen und die Feder überwinden muss, ist der Kv-Wert bei gleicher Nennweite DN niedriger als bei Rückschlagklappen und Wafer-Bauarten. Deshalb wird das Kolben-Rückschlagventil nicht in Schwerkraftleitungen mit niedrigem Differenzdruck eingesetzt, sondern dort, wo reichlich Druck vorhanden und Dichtheit kritisch ist. In kleinen Nennweiten, im Bereich DN 15 bis DN 50, ist es verbreitet.

Das Fußventil, also das Foot Valve, ist ein spezielles Rückschlagventil, das am äußersten Ende der Saugleitung von Tauchpumpen oder selbstansaugenden Pumpen, am ins Wasser getauchten Ende, eingesetzt wird. Es erfüllt zwei Aufgaben zugleich: Es verhindert, dass das Wasser in der Saugleitung beim Stillstand der Pumpe zurückläuft und die Pumpe dadurch das Ansaugen verliert, und es hält mit dem Sieb am Ende grobe Feststoffe von der Pumpe fern. Für Anlagen, die Wasser aus Brunnen, Zisternen und Teichen entnehmen, ist es unverzichtbar.

Bei der Auswahl eines Fußventils werden Siebfläche und Öffnungsdruck gemeinsam bewertet. Der Siebquerschnitt sollte mindestens das Zwei- bis Dreifache des Rohrquerschnitts betragen; andernfalls entsteht auf der Saugseite ein zusätzlicher Verlust, und die Pumpe gerät hinsichtlich der NPSH unter Druck. Da Verluste auf der Saugseite das Kavitationsrisiko unmittelbar erhöhen, ist die Dimensionierung von Schmutzfänger und Sieb wichtig; dazu finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Was ist ein Schmutzfänger? Wo und warum wird ein Y-Schmutzfänger eingesetzt?)

Wasserschlag (Water Hammer) ist die Druckwelle, die entsteht, wenn eine bewegte Wassermasse plötzlich gestoppt wird, und die richtige oder falsche Auswahl des Rückschlagventils ist der Hauptfaktor, der diesen Schlag bestimmt. Steht die Pumpe still, beginnt das Wasser nach hinten zu beschleunigen; je später das Rückschlagventil schließt, desto größer ist die Rückflussgeschwindigkeit, die es im Moment des Schließens stoppt, und desto heftiger fällt der Schlag aus. Das ideale Rückschlagventil schließt, bevor die Rückflussgeschwindigkeit anwächst.

Der Stoßdruck wird mit der Joukowsky-Formel abgeschätzt: Delta P gleich Rho mal a mal Delta v. Dabei ist Rho die Dichte des Wassers von etwa 1000 kg/m³, a die Geschwindigkeit der Druckwelle von etwa 1200 m/s im Stahlrohr und Delta v die Rückflussgeschwindigkeit, die im Moment des Schließens des Rückschlagventils gestoppt wird. Hat die Rückflussgeschwindigkeit bei einer spät schließenden Rückschlagklappe 1,0 m/s erreicht, entsteht Delta P gleich 1000 mal 1200 mal 1,0 gleich 1.200.000 Pa, also ein zusätzlicher Druck von etwa 12 bar.

Wird in derselben Leitung ein federbelastetes Rückschlagventil oder eines in Düsenbauart verwendet, bleibt die Rückflussgeschwindigkeit in der Größenordnung von 0,1 m/s; der Stoßdruck sinkt dann auf Delta P gleich 1000 mal 1200 mal 0,1 gleich 120.000 Pa, also auf etwa 1,2 bar. Allein der Wechsel der Rückschlagventil-Bauart kann den Stoßdruck auf ein Zehntel senken. Diese Rechnung zeigt unmittelbar, warum die federbelastete Bauart beim Wasserschlag so überlegen ist.

Wird das Rückschlagventil falsch gewählt, wird es dagegen zur Ursache des Schlags. Wird an einem häufig ausschaltenden Pumpenaustritt eine Rückschlagklappe eingebaut, wiederholen sich bei jedem Stillstand der dumpfe Schlag und der Druckstoß; dieser Stoß ermüdet mit der Zeit Rohr, Schweißnähte und Armaturen. Um Wasserschlag zu verhindern, werden drei Maßnahmen gemeinsam ergriffen: ein schnell schließendes federbelastetes Rückschlagventil oder eines in Düsenbauart, eine Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 1,0–1,5 m/s und, falls erforderlich, ein Luftkessel oder ein Druckstoßdämpfer in der Leitung.

Die Einbaulage eines Rückschlagventils wird dadurch bestimmt, dass der Pfeil auf dem Gehäuse in Strömungsrichtung zeigt, und eine falsche Richtung macht das Ventil funktionslos. Auf jedem Rückschlagventil-Gehäuse ist ein Pfeil eingegossen, der die Richtung anzeigt, in der die Strömung hindurchgehen soll; beim Einbau muss dieser Pfeil in die Richtung zeigen, in die das Wasser fließt. Ein verkehrt eingebautes Rückschlagventil bleibt dauerhaft geschlossen und blockiert die Leitung vollständig; das ist der am häufigsten vorkommende Montagefehler.

Die Einbaulage bestimmt auch die Wahl der Bauart. Die Rückschlagklappe funktioniert nur in waagerechten Leitungen oder in senkrechten Leitungen mit aufwärts gerichteter Strömung; beim senkrechten Einbau mit abwärts gerichteter Strömung versucht die Klappe durch die Schwerkraft geschlossen zu bleiben und öffnet nicht ordnungsgemäß. Das federbelastete Rückschlagventil ist dagegen, weil die Feder die Klappe unabhängig von der Lage andrückt, für den waagerechten wie den senkrechten Einbau sowie für Strömung aufwärts wie abwärts geeignet. Diese Flexibilität erklärt, warum die federbelastete Bauart in senkrechten Steigleitungen bevorzugt wird.

Bei der Wahl des Einbauorts gelten drei Regeln. Erstens: Das Rückschlagventil muss in einen geraden Rohrabschnitt eingebaut werden, in dem die Turbulenz abgeklungen ist; wird es unmittelbar hinter einem Bogen oder dem Pumpenaustritt eingebaut, lässt die ungleichmäßige Strömung die Klappe flattern. Üblich ist es, vor dem Rückschlagventil mindestens 5 Durchmesser und danach mindestens 3 Durchmesser gerades Rohr vorzusehen. Zweitens: Zwischen Rückschlagventil und Pumpe wird eine von Hand schließende Absperrarmatur eingebaut; so muss die Pumpe für die Wartung des Rückschlagventils nicht abgeschaltet werden.

Die dritte Regel ist die Zugänglichkeit für die Wartung. Da die Wafer-Bauart zwischen zwei Flanschen eingespannt ist, erfordert ihr Ausbau das Öffnen der Leitung; deshalb erleichtert es die Wartung, auf beiden Seiten des Wafer-Rückschlagventils Absperrarmaturen einzubauen. Während die Rückschlagklappe den Austausch der Klappe über den Seitendeckel erlaubt, wird die federbelastete Tellerbauart in der Regel komplett ausgetauscht. Zu den Einbau- und Dimensionierungsregeln für motorbetriebene und automatische Armaturen finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Motorventil-Ratgeber)

Der Druckverlust eines Rückschlagventils wird aus dem Kv-Wert des Ventils und dem durch die Leitung fließenden Volumenstrom berechnet. Der Kv-Wert ist der Beiwert, der den Wasservolumenstrom in m³/h angibt, der bei 1 bar Differenzdruck über das Ventil fließt; je größer der Kv-Wert, desto geringeren Widerstand bietet das Ventil. Die Formel für den Druckverlust lautet: Delta P gleich (Q geteilt durch Kv) zum Quadrat. Dabei ist Q der Volumenstrom in m³/h und Delta P wird in bar angegeben.

Rechnen wir ein Beispiel. Der Kv-Wert einer Rückschlagklappe DN 50 betrage etwa 90 m³/h, und durch die Leitung fließen 40 m³/h Wasser. Der Druckverlust beträgt Delta P gleich (40 geteilt durch 90) zum Quadrat gleich 0,44 zum Quadrat gleich etwa 0,20 bar. Leiten wir denselben Volumenstrom durch ein federbelastetes Rückschlagventil DN 50 mit einem Kv-Wert von 45 m³/h, ergibt sich Delta P gleich (40 geteilt durch 45) zum Quadrat gleich 0,89 zum Quadrat gleich etwa 0,79 bar. Die federbelastete Bauart hat bei gleicher Nennweite also etwa den vierfachen Druckverlust mit sich gebracht.

Dieser Unterschied ist für die Auswahl entscheidend. In einer Leitung mit reichlich Pumpendruck sind 0,79 bar Verlust unbedeutend, in einer Schwerkraftleitung mit niedrigem Differenzdruck oder in einem Hocheffizienz-Umwälzkreis schlägt sich dieser Verlust dagegen unmittelbar in Energie und Volumenstrom nieder. Bei einer Pumpe, die jährlich 5.000 Stunden läuft, bedeuten 0,6 bar zusätzlicher Verlust je nach Pumpenleistung einen Mehrverbrauch von mehreren hundert kWh/Jahr. Deshalb wird in Leitungen mit niedrigem Druck die Rückschlagklappe oder die Wafer-Bauart mit hohem Kv-Wert bevorzugt.

Die goldene Regel der richtigen Dimensionierung lautet, das Rückschlagventil nicht nach dem Leitungsdurchmesser, sondern nach der Zielströmungsgeschwindigkeit auszuwählen. Im Querschnitt des Rückschlagventils sollte die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 2–4 m/s liegen; dieser Bereich hält die Klappe vollständig geöffnet und begrenzt zugleich den Druckverlust auf ein vertretbares Maß. Fällt die Strömungsgeschwindigkeit bei einem überdimensionierten Rückschlagventil unter 1 m/s, pendelt die Klappe halb geöffnet und beginnt zu flattern; deshalb wird das Rückschlagventil mitunter eine Stufe kleiner als der Leitungsdurchmesser gewählt.

Die Dimensionierung von Rückschlagventilen beruht darauf, die Nennweite DN mit der Strömungsgeschwindigkeit in Einklang zu bringen. Die richtige DN ist diejenige, die den Zielvolumenstrom im Strömungsgeschwindigkeitsbereich von 2–4 m/s führt. Die Berechnung erfolgt in zwei Schritten: Zuerst wird aus dem Volumenstrom die erforderliche Querschnittsfläche ermittelt, dann wird die dieser Fläche am nächsten liegende Norm-DN gewählt. Ziel ist eine Strömungsgeschwindigkeit, die schnell genug ist, um die Klappe vollständig geöffnet zu halten, aber langsam genug, um keine Erosion und kein Geräusch zu verursachen.

Die Beziehung zwischen Querschnitt und Geschwindigkeit lautet v gleich Q geteilt durch A. Beispiel: Wir wollen einen Volumenstrom von 40 m³/h mit einer Zielgeschwindigkeit von 3 m/s führen. Zuerst rechnen wir den Volumenstrom auf Sekunden um: 40 geteilt durch 3600 gleich 0,0111 m³/s. Die erforderliche Querschnittsfläche A beträgt Q geteilt durch v gleich 0,0111 geteilt durch 3 gleich 0,0037 m². Der dieser Fläche entsprechende Innendurchmesser beträgt etwa 68 mm; die nächste Norm-DN ist DN 65. In dieser Leitung erreicht ein Rückschlagventil DN 65 die Zielgeschwindigkeit von 3 m/s.

Der DN-Bereich begrenzt auch die Wahl der Bauart. Federbelastete und Kolben-Bauarten sind im Bereich DN 15 bis DN 100 wirtschaftlich und verbreitet; in kleinen Nennweiten werden sie mit Gewindeanschluss angeboten. Die Wafer-Doppelklappe ist im Bereich DN 65 bis DN 300 die geeignetste Option. Die Rückschlagklappe dominiert in großen Nennweiten von DN 50 bis DN 600, denn in großen Nennweiten steigen Kosten und Komplexität der Feder, während die Schlichtheit der Rückschlagklappe zum Vorteil wird. In Leitungen über DN 350 kommen überwiegend Rückschlagklappen oder spezielle Mehrklappen-Bauarten zum Einsatz.

Die letzte Kontrolle bei der Dimensionierung ist, dass der Öffnungsdruck des gewählten Rückschlagventils kleiner ist als der Differenzdruck der Leitung. Wird in eine Schwerkraftleitung mit niedrigem Druck eine federbelastete Bauart mit 0,3 bar Öffnungsdruck eingebaut, kann ein Differenzdruck von 0,2 bar das Ventil nie öffnen, und die Leitung funktioniert nicht. Deshalb wird in Leitungen mit niedrigem Druck eine Rückschlagklappe mit einem Öffnungsdruck unter 0,05 bar gewählt. Für Ventile & Armaturen und Unterstützung bei der Dimensionierung können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Ventile & Armaturen)

Ein Defekt am Rückschlagventil zeigt sich entweder darin, dass das Ventil den Rückfluss nicht mehr hält, oder darin, dass es beim Öffnen und Schließen Geräusche erzeugt. Ein undichtes Rückschlagventil lässt Wasser in Gegenrichtung durch; Symptome sind ein schnell fallender Druck bei Pumpenstillstand, eine häufig zuschaltende Druckerhöhungsanlage und eine leere Leitung, die von selbst leerläuft. Ein flatterndes Rückschlagventil erzeugt dagegen rhythmisches Klappern, einen dumpfen Schlag beim Schließen und eine am Gehäuse spürbare Schwingung. Die beiden Symptome weisen auf unterschiedliche Ursachen hin und erfordern unterschiedliche Lösungen.

Undichtheit hat meist zwei Ursachen. Die erste ist der Verschleiß oder die Verhärtung der Klappendichtung; im Lauf der Jahre verlieren EPDM- oder NBR-Dichtungen ihre Elastizität und sitzen nicht mehr vollständig auf. Die zweite ist die Belegung der Dichtfläche mit Kalk, Magnetit oder festen Partikeln; diese Ablagerung hinterlässt zwischen Klappe und Sitz einen feinen Leckagepfad. In Leitungen mit kalkhaltigem und verschmutztem Wasser verlängert es die Lebensdauer deutlich, die Dichtfläche einmal jährlich zu reinigen und bei Bedarf die Dichtung zu wechseln.

Das Flattern ist dagegen meist ein Dimensionierungsfehler. Bei einem überdimensionierten Rückschlagventil, in dessen Querschnitt die Strömungsgeschwindigkeit unter 1 m/s fällt, pendelt die Klappe weder ganz offen noch ganz geschlossen in der Mitte und schlägt ständig an. Die Lösung besteht darin, das Rückschlagventil eine Stufe kleiner zu wählen und so die Strömungsgeschwindigkeit in den Bereich von 2–4 m/s zu bringen, oder statt der Rückschlagklappe ohne Feder eine federbelastete Bauart zu verwenden. Da die Feder die Klappe in einer einzigen stabilen Stellung hält, beendet sie das Pendeln.

Bei der regelmäßigen Wartung werden drei Arbeiten durchgeführt. Erstens wird der Leitungsdruck abgelassen, das Rückschlagventil ausgebaut und Klappe, Feder und Dichtfläche per Sichtprüfung kontrolliert. Zweitens werden Dichtfläche und Klappe gereinigt und verschlissene Dichtungen ersetzt. Drittens wird die Einbaulage anhand des Pfeils erneut überprüft und das Ventil zwischen den Absperrarmaturen wieder eingebaut. In Wohngebäuden beträgt das typische Austauschintervall 8–12 Jahre, in Industrie- und Feuerlöschleitungen eine jährliche Kontrolle und bei Bedarf der Austausch von Teilen. Für Pumpensysteme und Zusatzausrüstung können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Pumpensysteme)

Das richtige Rückschlagventil wird nach dem Druck der Leitung, dem Strömungsverhalten und dem Wasserschlagrisiko gewählt; eine einzige Bauart passt nicht überall. Am Austritt einer Druckerhöhungsanlage sind eine häufig ein- und ausschaltende Pumpe und die Notwendigkeit, den Behälterdruck zu halten, gegeben; in der Umwälzleitung sind niedriger Differenzdruck und dauerhafte Strömung gegeben; in der Feuerlöschleitung haben dagegen großer Volumenstrom, beengter Platz und leises Schließen Vorrang. Jede Leitung weist auf eine andere Bauart.

• Austritt einer Druckerhöhungsanlage — Federbelastete Tellerbauart oder Kolbenbauart: Da die Pumpe häufig anläuft und stoppt, sind schnelles Schließen und vollständige Dichtheit erforderlich; sie verhindert Wasserschlag und hält den Behälterdruck
• Kleine Umwälzleitung — Federbelastete Tellerbauart mit niedrigem Öffnungsdruck: Sie öffnet schon bei niedrigem Differenzdruck und unterbindet den Rückfluss; im Bereich DN 15 bis DN 40 ist die Gewindebauart verbreitet
• Große Kühl- und Heizungs-Hauptleitung — Rückschlagklappe: über DN 100, geringer Druckverlust und hoher Kv-Wert haben Vorrang, die Strömung ist dauerhaft einseitig
• Feuerlöschpumpen-Verteiler — Wafer-Doppelklappe: leises und schnelles Schließen auf engem Raum, geringes Gewicht; Bauarten gemäß NFPA 20 und TS EN 12845
• Saugseite von Tauch- und Brunnenpumpen — Fußventil (Foot Valve): hält das Saugwasser zurück, hält mit dem Sieb Feststoffe fern; der Siebquerschnitt sollte das 2- bis 3-Fache des Rohrquerschnitts betragen
• Hochdruck-Prozessleitung — Kolbenbauart: vollständige Dichtheit und Schlagfestigkeit; da der Druckverlust hoch ist, wird sie dort eingesetzt, wo reichlich Druck vorhanden ist
• Rückflussschutz in der Trinkwasserinstallation — Rückflussverhinderer mit zwei Rückschlagventilen: Geltungsbereich TS EN 1717; ein einzelnes Rückschlagventil reicht an Stellen mit hohem Risiko nicht aus

In der Druckerhöhungsanlage eines zwölfgeschossigen Mehrfamilienhauses, das wir in Kadıköy erneuert haben, verursachte die alte Rückschlagklappe am Pumpenaustritt bei jedem Stillstand einen dumpfen Schlag, und die Bewohner der obersten Etagen hörten den Stoß. Nachdem wir die Rückschlagklappe durch ein federbelastetes Tellerventil DN 50 ersetzt hatten, verschwand das Geräusch vollständig, und die am Manometer abgelesene Druckspitze sank von 9 bar auf unter 1 bar. Auch das ständige Ein- und Ausschalten der Druckerhöhungsanlage derselben Gruppe endete mit dem neuen Rückschlagventil, das den Behälterdruck nun halten konnte.

Bei der Feuerlöschtechnik ist die Auswahl dagegen durch die Norm begrenzt. Im Feuerlöschpumpen-Verteiler werden an jedem Pumpenaustritt ein Wafer-Rückschlagventil in Doppelklappen-Bauart und danach eine Absperrarmatur eingebaut; diese Anordnung verhindert sowohl die Rückspeisung als auch erleichtert die Wartung. Zur Ausrüstungsanordnung im Feuerlöschpumpenraum und zu den Normen finden Sie Informationen in unseren Ratgebern. (Details: Was ist NFPA 20?)

Rückschlagventil und Sicherheitsventil sind zwei getrennte Bauteile mit unterschiedlichen Aufgaben und können einander nicht ersetzen. Das Rückschlagventil regelt die Strömungsrichtung und stoppt den Rückfluss; das Sicherheitsventil dagegen begrenzt den Druck und lässt Druck, der einen voreingestellten Schwellenwert überschreitet, nach außen ab. Das eine ist Richtungsschutz, das andere Druckschutz. Beide befinden sich häufig in derselben Gruppe, ihre Aufgaben sind aber streng getrennt.

Die Verwechslung rührt daher, dass beide einen federbelasteten Teller enthalten. Die Feder des Rückschlagventils sorgt jedoch nur für das Schließen und lässt nichts nach außen ab; die Feder des Sicherheitsventils dagegen öffnet das Gehäuse nicht zur Installation hin, sondern zur Atmosphäre oder zur Ablassleitung. In einer Warmwasserspeicher-Gruppe verhindert das Rückschlagventil den Rückfluss von Kaltwasser, während das Sicherheitsventil den durch Erwärmung steigenden Druck bei einem bestimmten Schwellenwert, zum Beispiel bei einem Einstelldruck von 3 bar, ablässt. Zur Funktionsweise des Sicherheitsventils finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Was ist ein Sicherheitsventil? Wo werden Sicherheitsventile mit 3 bar, 6 bar und 10 bar eingesetzt?)

Es gibt Fälle, in denen in einer Leitung beide vorhanden sein müssen. In einem geschlossenen Heizkreis oder Warmwasserkreis unterbindet das Rückschlagventil unerwünschte Zirkulation und Rückfluss; das Sicherheitsventil begrenzt dagegen den durch Wärmeausdehnung entstehenden Druckanstieg. Es ist gefährlich, das eine anstelle des anderen einzubauen: Wird anstelle des Rückschlagventils ein Sicherheitsventil eingebaut, wird der Rückfluss nicht gestoppt; wird anstelle des Sicherheitsventils ein Rückschlagventil eingebaut, kann der Überdruck nicht abgelassen werden, und es besteht Berstgefahr.

Auch die Werkstoffauswahl ist beiden Bauteilen gemeinsam. Bauarten mit Messinggehäuse werden in der Wohngebäude-Installation, Bauarten mit Edelstahl- und Gusseisengehäuse in Industrie- und Feuerlöschleitungen verwendet. Klappen- und Dichtungswerkstoff werden nach dem Fördermedium gewählt: Im Trinkwasser werden EPDM-, in öl- und chemikalienhaltigen Leitungen NBR- oder Viton-Dichtungen bevorzugt. Auch die Temperaturgrenze ergibt sich aus dem Dichtungswerkstoff; Standard-EPDM-Bauarten sind typischerweise auf 100–110 °C begrenzt.