{"id":1303,"date":"2026-05-26T16:03:28","date_gmt":"2026-05-26T16:03:28","guid":{"rendered":"https:\/\/cartervalves.com\/?p=1303"},"modified":"2026-05-26T16:03:30","modified_gmt":"2026-05-26T16:03:30","slug":"what-is-hertzian-contact-stress","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cartervalves.com\/de\/what-is-hertzian-contact-stress\/","title":{"rendered":"Was ist die Hertz'sche Ber\u00fchrungsspannung? Metallsitzabdichtung erkl\u00e4rt"},"content":{"rendered":"<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"1200\" height=\"900\" src=\"https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-stress-cover.webp\" alt=\"Hertzsches Kontaktdruckdiagramm \u2013 halbelliptische Druckverteilung an der Kontaktzone zwischen Metallscheibe und Sitz in einer Absperrklappe\" class=\"wp-image-1302\" srcset=\"https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-stress-cover.webp 1200w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-stress-cover-300x225.webp 300w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-stress-cover-1024x768.webp 1024w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-stress-cover-768x576.webp 768w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-stress-cover-16x12.webp 16w\" sizes=\"(max-width: 1200px) 100vw, 1200px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Ein undichtes Ventil mit Metallsitz ist nicht nur ein Dichtungsproblem \u2013 es ist ein Problem der Kontaktmechanik<\/h2>\n\n\n\n<p>Wenn eine Absperrklappe mit Metallsitz nach der Inbetriebnahme nicht mehr leckagefrei ist, neigt man instinktiv dazu, die Sitzoberfl\u00e4che, die Drehmomenteinstellung des Stellantriebs oder die Fertigungstoleranz daf\u00fcr verantwortlich zu machen. Diese Faktoren spielen zwar eine Rolle. Die eigentliche Frage ist jedoch physikalischer Natur: Ist die Kontaktbelastung an der Schnittstelle zwischen Scheibe und Sitz \u00fcber einen ausreichend breiten Dichtungsbereich hinweg hoch genug, um zu verhindern, dass das Medium einen Durchflussweg findet?<\/p>\n\n\n\n<p>Die Antwort l\u00e4sst sich anhand einer 140 Jahre alten Theorie aus der Festk\u00f6rpermechanik erkl\u00e4ren. Wenn zwei gekr\u00fcmmte Oberfl\u00e4chen unter Belastung aneinandergepresst werden, lassen sich die Kontaktfl\u00e4che, die Kontaktdruckverteilung und das Spannungsfeld unter der Oberfl\u00e4che pr\u00e4zise berechnen \u2013 und das Ergebnis sagt voraus, ob die Dichtungsfl\u00e4che im Laufe der Zeit h\u00e4lt, sich verformt oder durch Erm\u00fcdung versagt.<\/p>\n\n\n\n<p>Diese Theorie lautet <strong>Hertzsche Kontaktmechanik<\/strong>, und dieses Verst\u00e4ndnis macht den Unterschied aus zwischen der Festlegung einer Ventilsitzgeometrie, die zuverl\u00e4ssig ein blasendichtes Absperren gew\u00e4hrleistet, und einer, die auf der Zeichnung zwar korrekt aussieht, aber vom ersten Tag an undicht ist.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\"\/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Was ist herzzianische Kontaktbelastung?<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Hertzsche Kontaktbeanspruchung \u2013 oder einfach Hertz-Kontaktbeanspruchung \u2013 beschreibt die lokale Spannungsverteilung, die entsteht, wenn zwei gekr\u00fcmmte, elastische K\u00f6rper gegeneinander gedr\u00fcckt werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Theorie wurde 1882 vom deutschen Physiker Heinrich Hertz in seiner Abhandlung ver\u00f6ffentlicht <em>\u00dcber die Ber\u00fchrung fester elastischer K\u00f6rper<\/em> (\"\u00dcber den Kontakt starrer elastischer K\u00f6rper\"). Hertz stellte fest, dass bei der Ber\u00fchrung zweier ideal starrer gekr\u00fcmmter Oberfl\u00e4chen die theoretische Kontaktfl\u00e4che null ist \u2013 ein Punkt bei zwei Kugeln, eine Gerade bei zwei Zylindern. Reale Materialien verformen sich jedoch unter Belastung elastisch, wodurch eine endliche Kontaktfl\u00e4che entsteht. Hertz leitete die genaue Form dieser Kontaktfl\u00e4che sowie die darin herrschende Druckverteilung ab.<\/p>\n\n\n\n<p>Die wichtigsten Ergebnisse der Hertzschen Theorie sind:<\/p>\n\n\n\n<p><strong>F\u00fcr zwei sich ber\u00fchrende Kugeln (oder eine Kugel auf einer Ebene):<\/strong><\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Die Aufstandsfl\u00e4che ist kreisf\u00f6rmig mit dem Radius a \u221d F^(1\/3), wobei F die aufgebrachte Kraft ist.<\/li>\n<li>Die Druckverteilung \u00fcber dem Pflaster ist halbelliptisch \u2013 am h\u00f6chsten in der Mitte, an den R\u00e4ndern sinkt sie auf null ab.<\/li>\n<li>Maximaler Anpressdruck p_max = (3F) \/ (2\u03c0a\u00b2)<\/li>\n<li>Die maximale Scherspannung tritt nicht an der Oberfl\u00e4che, sondern etwas darunter auf \u2013 in einer Tiefe von etwa 0,48a \u2013 und bestimmt die Erm\u00fcdung im Untergrund sowie die Entstehung von Lochfra\u00df.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p><strong>F\u00fcr zwei Zylinder mit parallelen Achsen (Linienkontakt):<\/strong><\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Die Aufstandsfl\u00e4che ist ein schmales Rechteck mit der Breite 2b<\/li>\n<li>Erneut eine halbelliptische Druckverteilung \u00fcber die Breite hinweg<\/li>\n<li>Maximaler Druck p_max = (2F) \/ (\u03c0bL), wobei L die Zylinderl\u00e4nge ist<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Zwei Parameter bestimmen die Kontaktfl\u00e4che und den Spitzendruck bei einer gegebenen Belastung:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>*<em>Kombinierter Kr\u00fcmmungsradius (R\\<\/em>)*<em> \u2014 h\u00e4ngt von der Geometrie beider K\u00f6rper ab; kleineres R\\<\/em> bedeutet eine kleinere Aufstandsfl\u00e4che und einen h\u00f6heren Druck<\/li>\n<li>*<em>Kombinierter Elastizit\u00e4tsmodul (E\\<\/em>)** \u2014 h\u00e4ngt von den Elastizit\u00e4tsmodulen und den Poisson-Zahlen beider Werkstoffe ab; steifere Werkstoffe f\u00fchren bei gleicher Belastung zu kleineren Kontaktfl\u00e4chen<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Die grundlegende Erkenntnis f\u00fcr Ventilkonstrukteure: <strong>Bei einer gegebenen Anpresskraft f\u00fchrt ein steiferes, h\u00e4rteres Sitzmaterial zu einer kleineren Kontaktfl\u00e4che und einem h\u00f6heren Spitzenkontaktdruck.<\/strong> Aus diesem Grund geht es bei der H\u00e4rte nicht nur um Verschlei\u00dffestigkeit \u2013 sie bestimmt auch direkt die Dichtkraft pro L\u00e4ngeneinheit der Kontaktfl\u00e4che.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\"\/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Anwendungsbereiche der Hertzschen Kontaktmechanik bei Industrieventilen<\/h2>\n\n\n\n<p>Im Bereich der Industriearmaturen kommt die Hertzsche Kontaktmechanik immer dann zum Tragen, wenn eine gekr\u00fcmmte Oberfl\u00e4che unter Belastung gegen eine andere Oberfl\u00e4che abdichten muss. Die wichtigsten Beispiele hierf\u00fcr sind:<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Dreifach-Offset- und Sechs-Exzenter-Absperrklappen.<\/strong> Bei einer Konstruktion mit dreifachem Versatz (oder \u201eHexa\u201c-Konstruktion mit sechs Exzentern) bilden die Scheibenkante und der Sitzring ein konisches Kontaktpaar. W\u00e4hrend sich die Scheibe in die geschlossene Position dreht, gleitet sie nicht \u00fcber den Sitz \u2013 sie rastet im letzten Bruchteil des Hubs ein, um einen Linienkontakt zwischen der konischen Scheibenkante und dem konischen Sitzring herzustellen. Diese Kontaktlinie verh\u00e4lt sich wie ein Hertzscher Linienkontakt. Die Kontaktdruckverteilung bestimmt, ob die Abdichtung erreicht wird, bevor der Fl\u00fcssigkeitsdruck an irgendeiner Stelle entlang des Dichtungsbandes die Kontaktbeanspruchung \u00fcbersteigt.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Konstruktionsgrundlagen dieser Geometrie werden in der Produktreihe von Carter Valve behandelt: <a href=\"https:\/\/cartervalves.com\/de\/product-categories\/isolation-valves\/\">Absperrventile<\/a>, zu der auch die \u201eHexa\u201c-Plattform mit sechs Exzentern geh\u00f6rt, die speziell zur Optimierung dieser Kontaktmechanik entwickelt wurde.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Kugelh\u00e4hne (mit Metallsitz).<\/strong> Die Oberfl\u00e4che der Kugel ber\u00fchrt den Sitzring entlang eines kreisf\u00f6rmigen Kontaktstreifens. Die lokale Kontaktgeometrie entspricht an jedem Punkt entlang des Dichtungskreises ann\u00e4hernd einem Hertzschen Kontakt zwischen einer Kugel und einer ebenen Fl\u00e4che.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>R\u00fcckschlagventile und Sicherheitsventile.<\/strong> Der Ventilkegel oder die Scheibe ber\u00fchrt eine flache oder konische Sitzfl\u00e4che. Auch hier bestimmt die Kontaktgeometrie \u2013 ob sph\u00e4risch, konisch oder flach auf flach \u2013 die Hertzsche Druckverteilung und die erforderliche Mindestansitzkraft.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Absperrschieber.<\/strong> Der Kontakt zwischen Gate und Sitz bei keilf\u00f6rmigen Konstruktionen erfolgt \u00fcber einen anpassungsf\u00e4higen Oberfl\u00e4chenkontakt, der nicht unter die klassische Hertzsche Theorie f\u00e4llt \u2013 doch der \u00dcbergang von elastischer zu plastischer Verformung an der Dichtfl\u00e4che unterliegt weiterhin denselben Zusammenh\u00e4ngen der Materialeigenschaften, die die Hertzsche Theorie definiert.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"1200\" height=\"900\" src=\"https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-soft-vs-metal-seat.webp\" alt=\"Vergleich der Kontaktmechanismen bei Weichsitz- und Metall-auf-Metall-Sitzen \u2013 gro\u00dfe Kontaktfl\u00e4che bei niedrigem Druck vs. schmales Hertzsches Dichtband bei hohem Druck\" class=\"wp-image-1304\" srcset=\"https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-soft-vs-metal-seat.webp 1200w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-soft-vs-metal-seat-300x225.webp 300w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-soft-vs-metal-seat-1024x768.webp 1024w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-soft-vs-metal-seat-768x576.webp 768w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-soft-vs-metal-seat-16x12.webp 16w\" sizes=\"(max-width: 1200px) 100vw, 1200px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\"\/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Die Dichtungsbedingung: Wenn die Kontaktkraft den Fl\u00fcssigkeitsdruck \u00fcbersteigen muss<\/h2>\n\n\n\n<p>Damit ein Metallsitz eine Abdichtung gew\u00e4hrleistet, muss die Kontaktbelastung an der Dichtfl\u00e4che an jedem Punkt entlang der Dichtlinie den Fluiddruck \u00fcbersteigen. Dies ist das grundlegende Dichtungskriterium:<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\"><p><strong>p_contact \u2265 P_fluid<\/strong> (\u00fcber den gesamten Dichtungsumfang)<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n<p>Bei einem Ventil mit weichem Sitz passt sich das Elastomer- oder PTFE-Material der Sitzfl\u00e4che an und schafft so eine gro\u00dfe Kontaktfl\u00e4che bei geringem Anpressdruck. Die Abdichtung wird bereits bei geringem Bet\u00e4tigungsdrehmoment erreicht, da das weiche Material Unebenheiten der Oberfl\u00e4che ausgleicht.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei einem Ventil mit Metall-auf-Metall-Sitz kommt kein anpassungsf\u00e4higes Elastomer zum Einsatz. Die Abdichtung beruht ausschlie\u00dflich darauf, dass der hertzsche Anpressdruck \u00fcber die starre konische oder sph\u00e4rische Kontaktgeometrie hinweg ausreichend ist. Dies hat zwei wichtige Konsequenzen:<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit ist entscheidend.<\/strong> Die Hertz-Theorie geht von einem vollkommen glatten, durchgehenden Kontakt aus. In der Praxis wirken Oberfl\u00e4chenunebenheiten \u2013 mikroskopisch kleine Erhebungen in der Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit der Sitzfl\u00e4che \u2013 als einzelne Kontaktpunkte, an denen jeweils eine eigene lokale Hertz-Kontaktbelastung auftritt. Eine Oberfl\u00e4chenrauheit von Ra 0,156 \u03bcm (die bei der Hexa-Absperrklappe von Carter Valve verwendete Spezifikation) gew\u00e4hrleistet, dass die Erhebungen fein genug sind, sodass die tats\u00e4chliche Kontaktfl\u00e4che der idealen Hertzschen Kontaktfl\u00e4che sehr nahe kommt und eine gleichm\u00e4\u00dfige Dichtspannung \u00fcber die gesamte Kontaktlinie hinweg aufrechterhalten wird.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Die Dimensionierung eines Stellantriebs ist eine Dichtungsberechnung und nicht nur eine Drehmomentberechnung.<\/strong> Die vom Stellantrieb aufgebrachte Schlie\u00dfkraft bestimmt den Anpressdruck an der Dichtfl\u00e4che. Eine \u2013 selbst geringf\u00fcgige \u2013 Unterdimensionierung des Stellantriebs f\u00fchrt dazu, dass die Kontaktbelastung den Fluiddruck unter Nennbedingungen m\u00f6glicherweise nicht \u00fcbersteigt, was selbst bei einem geometrisch korrekten Ventil zu einer Leckage f\u00fchren kann. Aus diesem Grund umfasst die Dimensionierung von Stellantrieben f\u00fcr metallgesitzte Absperrventile f\u00fcr den Schwerlastbetrieb nicht nur eine Berechnung des Anfahrdrehmoments, sondern auch eine \u00dcberpr\u00fcfung der Sitzkraft.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"1200\" height=\"900\" src=\"https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-patch-vs-load.webp\" alt=\"Gr\u00f6\u00dfe der Hertzschen Kontaktfl\u00e4che im Vergleich zur ausge\u00fcbten Sitzkraft bei verschiedenen Sitzmaterialien \u2013 h\u00e4rtere Materialien weisen kleinere Kontaktzonen mit h\u00f6herem Druck auf\" class=\"wp-image-1305\" srcset=\"https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-patch-vs-load.webp 1200w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-patch-vs-load-300x225.webp 300w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-patch-vs-load-1024x768.webp 1024w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-patch-vs-load-768x576.webp 768w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-contact-patch-vs-load-16x12.webp 16w\" sizes=\"(max-width: 1200px) 100vw, 1200px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<p>F\u00fcr Regelventilanwendungen, bei denen die Anforderungen an die Dichtheitsklasse gem\u00e4\u00df ANSI\/FCI 70-2 und ISO 5208 festgelegt sind, wird der Zusammenhang zwischen der Sitzkontaktbelastung und der Leckageklasse im Leitfaden von Carter Valve zu <a href=\"https:\/\/cartervalves.com\/de\/valve-leakage-classes-api-598-fci-70-2-iso-5208\/\">Leckageklassen von Ventilen und ihre Bedeutung f\u00fcr die Anlagenauslegung<\/a>.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\"\/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Galling: Wenn hertzsche Kontaktbeanspruchung zu Adh\u00e4sionsverschlei\u00df f\u00fchrt<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Hertzsche Theorie geht davon aus, dass beide K\u00f6rper elastisch bleiben. Im Ventilbetrieb treten zwei Ausfallarten auf, wenn diese Annahme nicht mehr zutrifft.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Plastische Verformung<\/strong> Dies tritt auf, wenn die Kontaktbelastung die Streckgrenze des weicheren Materials \u00fcberschreitet. Bei \u00fcberm\u00e4\u00dfiger Einpresskraft oder wiederholten Belastungszyklen kann dies zu einer dauerhaften Verformung der Sitzfl\u00e4che f\u00fchren \u2013 wodurch sich die Kontaktgeometrie ver\u00e4ndert, das Kontaktband verbreitert, der Spitzendruck verringert und letztendlich die Dichtungswirkung beeintr\u00e4chtigt wird, auf die die Konstruktion ausgelegt war.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Reibung<\/strong> ist ein heimt\u00fcckischerer Defekt. Galling ist ein Adh\u00e4sionsverschlei\u00df, der auftritt, wenn zwei miteinander in Kontakt stehende Metalloberfl\u00e4chen \u2013 insbesondere unter hoher Kontaktbelastung und Gleitbewegung \u2013 Material von einer Oberfl\u00e4che auf die andere \u00fcbertragen. Die Folge sind Oberfl\u00e4chenrisse, Materialablagerungen und Festfressen, wodurch ein Ventil unter Umst\u00e4nden nicht mehr bet\u00e4tigt werden kann.<\/p>\n\n\n\n<p>Austenitische Edelst\u00e4hle wie 316 und 304 neigen besonders zu Festfressen, wenn sie in Kontaktpaaren aus demselben Werkstoff eingesetzt werden. Ihre passive Oxidschicht, die f\u00fcr allgemeine Korrosionsbest\u00e4ndigkeit sorgt, wird unter den lokalen Kontaktbelastungen bei Gleitkontakt zerst\u00f6rt, wodurch blanke Metalloberfl\u00e4chen freigelegt werden, die aneinander haften bleiben.<\/p>\n\n\n\n<p>Aus diesem Grund werden bei Ventilkonstruktionen mit Metallsitzen f\u00fcr den Einsatz unter extremen Betriebsbedingungen bewusst Sitzpaarungen aus Edelstahl auf Edelstahl derselben G\u00fcte vermieden und stattdessen folgende Materialien verwendet:<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Stellite-Auftragschwei\u00dfen<\/strong> \u2014 Eine Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierung, die durch Schwei\u00dfen auf die Kontaktfl\u00e4chen von Sitz und Scheibe aufgebracht wird. Stellite zeichnet sich durch eine hohe H\u00e4rte (typischerweise 40\u201350 HRC), einen hohen Elastizit\u00e4tsmodul und eine hervorragende Best\u00e4ndigkeit gegen Festfressen bei Metall-auf-Metall-Kontakt aus.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Wolframkarbid-Beschichtungen<\/strong> \u2014 im HVOF-Verfahren (High Velocity Oxy-Fuel) thermisch aufgespritzt, um extreme H\u00e4rte bei abrasiven oder erosiven Einsatzbedingungen zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Keramische Sitzaufs\u00e4tze<\/strong> \u2014 f\u00fcr Anwendungen bei sehr hohen Temperaturen, bei denen metallische Hartauftraglegierungen oxidieren oder an H\u00e4rte verlieren w\u00fcrden.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Wahl des Sitzmaterials ist daher ebenso sehr eine Frage der Hertzschen Mechanik wie eine Frage der Korrosionsbest\u00e4ndigkeit. Der zur Abdichtung erforderliche Anpressdruck, die Anzahl der Betriebszyklen, der Temperaturbereich und die Vertr\u00e4glichkeit des Passpaares lassen sich alle aus demselben Rahmenwerk der Kontaktmechanik ableiten.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1200\" height=\"900\" src=\"https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-galling-progression.webp\" alt=\"Verlauf des Abriebprozesses an Metallventilsitzen \u2013 vom normalen Hertzschen Kontakt \u00fcber den Adh\u00e4sions\u00fcbergang bis hin zum Festfressen\" class=\"wp-image-1306\" srcset=\"https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-galling-progression.webp 1200w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-galling-progression-300x225.webp 300w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-galling-progression-1024x768.webp 1024w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-galling-progression-768x576.webp 768w, https:\/\/cartervalves.com\/wp-content\/uploads\/2026\/05\/hertzian-galling-progression-16x12.webp 16w\" sizes=\"(max-width: 1200px) 100vw, 1200px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<p>Carter Valve's <a href=\"https:\/\/cartervalves.com\/de\/product-categories\/control-valves\/\">Regelventilbereich<\/a> F\u00fcr Anwendungen unter extremen Betriebsbedingungen werden die Werkstoffe f\u00fcr Dichtungen und Sitze auf der Grundlage dieser kombinierten Analyse der Kontaktmechanik und der Korrosionsbest\u00e4ndigkeit festgelegt.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\"\/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Hertzscher Kontakt und die Konstruktion einer reibungsfreien Dichtung<\/h2>\n\n\n\n<p>Einer der wichtigsten konstruktiven Fortschritte bei der Geometrie von Dreifach-Offset- und Sechs-Exzenter-Absperrklappen steht in direktem Zusammenhang mit der Hertzschen Kontaktmechanik.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei einer herk\u00f6mmlichen Doppelexzenter-Absperrklappe schleift die Klappenscheibe beim \u00d6ffnen und Schlie\u00dfen \u00fcber den Sitz \u2013 der Kontakt bleibt \u00fcber einen erheblichen Teil der Drehbewegung der Klappenscheibe bestehen. Dieser kontinuierliche Gleitkontakt f\u00fchrt dazu, dass Sitz und Klappenscheibe wiederholten Hertzschen Kontaktzyklen ausgesetzt sind, die mit Gleiten, zunehmendem Festfressen und Oberfl\u00e4chenerm\u00fcdung einhergehen.<\/p>\n\n\n\n<p>Eine dreifach versetzte Konstruktion verhindert Reibungskontakt w\u00e4hrend des gr\u00f6\u00dften Teils des Hubs. Die Scheibe hebt sich beim \u00d6ffnen fast sofort vom Sitz ab und kommt erst in den letzten wenigen Grad des Schlie\u00dfvorgangs wieder in Kontakt. Die Abdichtung erfolgt durch eine Nockenwirkung, die die konische Scheibenkante im Moment des endg\u00fcltigen Schlie\u00dfens in Linienkontakt mit dem konischen Sitzring bringt \u2013 wodurch eine hertzsche Kontaktbelastung nur bei relativer Geschwindigkeit von Null zwischen Scheibe und Sitz auftritt.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Sechs-Exzenter-Geometrie (Hexa) geht noch einen Schritt weiter. Die \u201eCone-to-Cone\u201c-Dichtungsgeometrie sorgt daf\u00fcr, dass die Kontaktlinie reibungsfrei in Eingriff kommt und wieder gel\u00f6st wird, wodurch die Dichtfl\u00e4chen \u00fcber Hunderttausende von Betriebszyklen hinweg vor Adh\u00e4sionsverschlei\u00df gesch\u00fctzt werden. Dies ist nicht nur eine geometrische Innovation \u2013 es ist eine Anwendung der Kontaktmechanik, um die Bedingungen zu beseitigen, unter denen das Festfressen einsetzt.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\"\/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">H\u00e4ufig gestellte Fragen<\/h2>\n\n\n\n<p><strong>Warum sorgt ein h\u00e4rteres Sitzmaterial bei gleichem Bet\u00e4tigungsdrehmoment f\u00fcr eine bessere Abdichtung?<\/strong> Denn ein h\u00e4rteres Material weist einen h\u00f6heren Elastizit\u00e4tsmodul (E*) auf, wodurch sich die Kontaktfl\u00e4che (a) bei einer gegebenen Anpresskraft verringert. Eine kleinere Kontaktfl\u00e4che bedeutet bei gleicher Kraft einen h\u00f6heren Spitzenkontaktdruck p_max. Ein h\u00f6herer Kontaktdruck bedeutet, dass die Dichtungsbedingung (p_contact \u2265 P_fluid) leichter erf\u00fcllt wird oder bei einem geringeren erforderlichen Drehmoment des Stellantriebs erf\u00fcllt wird.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Was ist der Unterschied zwischen der Hertzschen Kontaktbelastung und der Nennsitzspannung?<\/strong> Die nominale Sitzspannung ergibt sich aus der Division der Sitzkraft durch die geometrische Fl\u00e4che der Sitzfl\u00e4che \u2013 sie stellt einen Durchschnittswert dar und spiegelt nicht die tats\u00e4chliche Druckverteilung wider. Die Hertzsche Kontaktspannung ist der Spitzendruck in der Mitte der tats\u00e4chlichen (wesentlich kleineren) Kontaktzone, der um Gr\u00f6\u00dfenordnungen h\u00f6her sein kann als der Nennwert. Bei Ventilen mit Metallsitz bestimmt der hertzsche Spitzendruck die Dichtwirkung und entscheidet dar\u00fcber, ob es zu Festfressen oder plastischer Verformung kommt.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Kann eine hertzsche Kontaktbeanspruchung zum Versagen eines Ventils f\u00fchren, auch wenn der Ventilsitz unbesch\u00e4digt aussieht?<\/strong> Ja. Unter der Oberfl\u00e4che entstehende Erm\u00fcdungssch\u00e4den beginnen an der Stelle mit der h\u00f6chsten Scherspannung, etwa 0,48a unterhalb der Kontaktfl\u00e4che \u2013 was bei einer Oberfl\u00e4chenpr\u00fcfung nicht erkennbar ist. Dies ist derselbe Mechanismus, der auch bei W\u00e4lzlagern zu Abplatzungen f\u00fchrt. Bei Ventilanwendungen mit hoher Schaltfrequenz kann diese unter der Oberfl\u00e4che auftretende Erm\u00fcdung schlie\u00dflich als Lochfra\u00df oder Abl\u00f6sung der Sitzfl\u00e4che zutage treten, insbesondere wenn das Sitzmaterial eine unzureichende Erm\u00fcdungsfestigkeit aufweist.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Wie wirkt sich die Oberfl\u00e4chenrauheit auf die Hertzsche Abdichtung aus?<\/strong> Oberfl\u00e4chenunebenheiten f\u00fcgen dem makroskopischen Hertzschen Kontakt eine statistische Verteilung von Mikro-Kontaktpunkten hinzu. Eine rauere Oberfl\u00e4che bedeutet, dass weniger, daf\u00fcr aber h\u00f6here Spitzen die Dichtungsarbeit \u00fcbernehmen \u2013 wobei einzelne Unebenheiten einer wesentlich h\u00f6heren Kontaktbelastung ausgesetzt sind als im ideal glatten Fall. Dies beschleunigt das Festfressen und die Erm\u00fcdung an diesen Spitzen. Eine feinere Oberfl\u00e4cheng\u00fcte (niedrigerer Ra-Wert) verbessert die Verteilung der Kontaktbelastung \u00fcber den vorgesehenen Dichtungsbereich hinweg und ist f\u00fcr das Erreichen der Leckageleistung gem\u00e4\u00df ISO 5208 Klasse A bei Konstruktionen mit Metallsitz unerl\u00e4sslich.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Welche Rolle spielt der Hertzsche Kontakt bei der Einhaltung der Vorschriften f\u00fcr fl\u00fcchtige Emissionen?<\/strong> Diffusionsemissionen aus der Ventilspindeldichtung sind ein anderes Thema als Sitzleckagen, doch gelten hier dieselben Prinzipien der Kontaktmechanik. Durch die Kompression der Graphit- oder PTFE-Dichtung gegen die Spindel und die Stopfbuchse entsteht eine Kontaktverteilung vom Hertzschen Typ. F\u00fcr die Qualifizierung hinsichtlich Diffusionsemissionen gem\u00e4\u00df ISO 15848-1 \u2013 behandelt im Leitfaden von Carter Valve zu <a href=\"https:\/\/cartervalves.com\/de\/fugitive-emission-standards-butterfly-valves\/\">Grenzwerte f\u00fcr fl\u00fcchtige Emissionen bei Absperrklappen<\/a> \u2014 Der Kontaktdichtungsmechanismus in der Dichtung muss w\u00e4hrend des festgelegten thermischen und mechanischen Zyklusprotokolls seine Integrit\u00e4t bewahren.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\"\/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Technische Beratung zur Auswahl von Ventilen mit Metallsitz anfordern<\/h2>\n\n\n\n<p>Wenn Sie Absperr- oder Regelventile f\u00fcr den Einsatz unter extremen Betriebsbedingungen ausw\u00e4hlen, bei denen ein Metall-auf-Metall-Sitz erforderlich ist \u2013 hohe Temperaturen, hoher Druck, kryogene oder abrasive Medien \u2013, h\u00e4ngen die Sitzgeometrie, die Werkstoffkombination und das Drehmoment des Stellantriebs von der Hertzschen Kontaktmechanik ab und lassen sich nicht anhand allgemeiner Drehmomenttabellen bestimmen.<\/p>\n\n\n\n<p>Das Ingenieurteam von Carter Valve bietet eine anwendungsorientierte Ventilauswahl, die die \u00dcberpr\u00fcfung des Sitzkontaktdrucks, die Bewertung der Materialvertr\u00e4glichkeit und die Dimensionierung des Stellantriebs f\u00fcr die erforderliche Dichtheitsklasse unter Ihren spezifischen Betriebsbedingungen umfasst.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Teilen Sie uns Ihre Einsatzbedingungen mit \u2013 Temperatur, Druckklasse, Medium und erforderliche Dichtheitsklasse \u2013 und wir empfehlen Ihnen eine auf Ihre Anforderungen abgestimmte Sitzkonstruktion, Werkstoffauswahl und Antriebskonfiguration.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p><a href=\"https:\/\/cartervalves.com\/de\/contact\/\">Anforderung einer technischen Beratung \u2192<\/a><\/p>\n\n\n\n<p>Entdecken Sie Carter Valve's <a href=\"https:\/\/cartervalves.com\/de\/product-categories\/isolation-valves\/\">Bereich Absperrventile<\/a> darunter die \u201eHexa\u201c-Butterfly-Plattform mit sechs Exzentern, die f\u00fcr den leckagefreien Einsatz unter extremen Betriebsbedingungen mit Metallsitz entwickelt wurde.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\"\/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Referenzen<\/h2>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li>Hertz, H. (1882) \u2014 <em>\u00dcber die Ber\u00fchrung fester elastischer K\u00f6rper<\/em> \u2014 Journal f\u00fcr reine und angewandte Mathematik. Zitiert in: BayernCollab, <em>Hertzsche Kontakttheorie<\/em> \u2014 <a href=\"https:\/\/collab.dvb.bayern\/spaces\/TUMzfp\/pages\/70096858\/Hertzian+Theory+of+Contact\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/collab.dvb.bayern\/spaces\/TUMzfp\/pages\/70096858\/Hertzian+Theory+of+Contact<\/a><\/li>\n<li>Technische Hinweise \u2014 <em>Hertzsche Kontaktbeanspruchung<\/em> \u2014 <a href=\"https:\/\/engineeringnotes.org\/solid-mechanics\/hertzian-contact-stress\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/engineeringnotes.org\/solid-mechanics\/hertzian-contact-stress\/<\/a><\/li>\n<li>TriboNet \u2014 <em>Hertz\u2019 Kontakttheorie: Die wichtigsten Konzepte erkl\u00e4rt<\/em> \u2014 <a href=\"https:\/\/www.tribonet.org\/wiki\/hertz-contact-theory\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/www.tribonet.org\/wiki\/hertz-contact-theory\/<\/a><\/li>\n<li>Product Development Engineers Ltd \u2014 <em>Der Hertzsche Kontakt erkl\u00e4rt<\/em> \u2014 <a href=\"https:\/\/product-development-engineers.com\/2024\/09\/24\/hertzian-contact-explained\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/product-development-engineers.com\/2024\/09\/24\/hertzian-contact-explained\/<\/a><\/li>\n<li>Zhu, X. (2012) \u2014 <em>Anleitung zur Hertzschen Kontaktbeanspruchung<\/em> \u2014 OPTI 521, Universit\u00e4t von Arizona \u2014 <a href=\"https:\/\/wp.optics.arizona.edu\/optomech\/wp-content\/uploads\/sites\/53\/2016\/10\/OPTI-521-Tutorial-on-Hertz-contact-stress-Xiaoyin-Zhu.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/wp.optics.arizona.edu\/optomech\/wp-content\/uploads\/sites\/53\/2016\/10\/OPTI-521-Tutorial-on-Hertz-contact-stress-Xiaoyin-Zhu.pdf<\/a><\/li>\n<li>MDPI Applied Sciences \u2014 <em>Analyse und Optimierung der Dichtungsleistung von Ultrahochdruck-Magnetventilen<\/em> \u2014 <a href=\"https:\/\/www.mdpi.com\/2076-3417\/15\/17\/9608\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/www.mdpi.com\/2076-3417\/15\/17\/9608<\/a><\/li>\n<li>MDPI Applied Sciences \u2014 <em>Konstruktion einer Laminatdichtung f\u00fcr eine Dreifach-Offset-Absperrklappe (350 \u00b0C) f\u00fcr den Einsatz in Kombikraftwerken<\/em> \u2014 <a href=\"https:\/\/www.mdpi.com\/2076-3417\/9\/15\/3095\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/www.mdpi.com\/2076-3417\/9\/15\/3095<\/a><\/li>\n<li>CGIS-Ventile \u2014 <em>Absperrklappen \u2013 Dreifach-Offset-Ausf\u00fchrung<\/em> \u2014 <a href=\"https:\/\/cgis.ca\/articles\/butterfly-valves-triple-offset-design\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/cgis.ca\/articles\/butterfly-valves-triple-offset-design\/<\/a><\/li>\n<li>Scientific Reports \u2014 <em>Strukturanalyse und multikriterielle Optimierung der Dichtungsstruktur f\u00fcr ein Dreifach-Offset-Absperrklappenventil f\u00fcr kryogenen fl\u00fcssigen Wasserstoff<\/em> \u2014 <a href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41598-025-20095-6\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41598-025-20095-6<\/a><\/li>\n<\/ol>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>A Metal-Seated Valve That Leaks Is Not Just a Sealing Problem \u2014 It Is a Contact Mechanics Problem When a metal-seated butterfly valve fails to hold zero leakage after commissioning, the instinct is to blame the seat finish, the actuator torque setting, or the manufacturing tolerance. 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