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Magnetventile für Schaltschränke im Ex-Bereich : Ausgabe 08/2018, 08.05.2018

Mit Überdruck sicher im Betrieb

Komplexe Industrieanlagen im Ex-Bereich stellen hohe Anforderungen. Oftmals können Steuereinheiten wie z. B. grosse Schaltschränke nicht in sicheren Bereichen aufgestellt werden, sondern müssen nah am Prozess plaziert sein. Um die ATEX-Anforderungen trotzdem zu erfüllen, bieten sich überdruckgekapselte Gehäuse bzw. Schaltschränke an. Bei der Zündschutzart Ex p spielt die Steuerung und Überwachung des Überdrucks im Schaltschrank eine zentrale Rolle für die Sicherheit der gesamten Anlage.

Autor: Heiko Kurtz, Field Segment Manager ATEX-Solutions, Bürkert Fluid Control Systems

Bilder: Bürkert

Die Automatisierung komplexer Industrieanlagen im explosionsgeschützten Bereich stellt viele Betreiber vor die Herausforderung, entsprechend zugelassene Komponenten und Steuerungen zu finden. Häufig kann man die Steuereinheiten wie z.B. grosse Schaltschränke aufgrund von Entfernungen nicht in sicheren Bereichen aufstellen, sondern sie müssen nah am Prozess platziert sein. Um dann die einschlägigen ATEX-Anforderungen zu erfüllen, bieten sich überdruckgekapselte Gehäuse bzw. Schaltschränke an. Solche oft sehr komplexen Steuereinheiten finden sich z.B. in Lackierstrassen des Automobilbaus ebenso wie in pharmazeutischen oder chemischen und petrochemischen Anlagen. Kompakte Magnetventile, die sich einfach installieren lassen, spielen dabei eine wesentliche Rolle.

Überdruckkapselung, die Zündschutzart mit Flexibilität

Überdruckkapselungssysteme (Ex p) sind eine praxisgerechte Explosionsschutzmethode, die sich für Geräte eignet, die nicht für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen zugelassen sind. Diese lassen sich nach dem Einbau in ein überdruckgekapseltes Gehäuse gemäss IEC 60079-2 dann direkt im Ex-Bereich verwenden. Das Eindringen einer explosionsfähigen Atmosphäre in das Gehäuse wird verhindert, indem im Gehäuseinneren ein Zündschutzgas wie z. B. Luft oder ein inertes Gas unter Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre gehalten wird.

Als Spezialist für solche Gehäuse und Schaltschränke der Zündschutzart Ex p gilt seit vielen Jahren die E.L.B. EX-GERÄTE Bachmann GmbH mit Stammsitz in Bensheim. Die teilweise sehr komplexen Schaltschränke, die sich für alle Ex-Bereiche der Zonen 1 und 2 eignen, werden heute hauptsächlich in Chemie, Petrochemie und Pharmazie eingesetzt. «Dabei schätzen die Anwender vor allem die Flexibilität, die sie durch diese Zündschutzart haben. Sie können Standardkomponenten verwenden, die sich bei Bedarf auch einfacher ersetzen lassen, der Ex-Schutz muss nur einmal bezahlt werden und die Lagerhaltung von Ersatzteilen bindet nicht so viel Kapital, wie z. B. bei eigensicheren Geräten, die wesentlich teurer sind», erläutert der Geschäftsführer Steffen Bachmann.

Bei der Zündschutzart Ex p spielt die Steuerung und Überwachung des Überdruckes im Schaltschrank eine zentrale Rolle für den Explosionsschutz und somit für die Sicherheit der gesamten Anlage. Dazu müssen auch die eingesetzten Ventile beitragen, die für die Schutzgaszuführung verantwortlich sind und gleich zwei Aufgaben erfüllen: Die Spülung des kompletten Gehäusevolumens nach Öffnen der Schaltschranktüre z.B. für Wartungsarbeiten sowie das Aufrechterhalten des Überdrucks im Gehäuse während des Betriebes in einer Ex-Atmosphäre. «Gefragt sind vor allem kompakte, zuverlässige Lösungen, die auch durch ein günstiges Preis-/Leistungsverhältnis überzeugen», fährt Bachmann fort. «Wir arbeiten deshalb bereits seit über zehn Jahren eng mit den Fluidikspezialisten von Bürkert zusammen. Dadurch konnten die als Spülventile eingesetzten Magnetventile kontinuierlich optimiert und perfekt auf den Einsatz in den überdruckgekapselten Schaltschränken abgestimmt werden.»

Das aktuelle Resultat der engen Zusammenarbeit sind die neuen Magnetventile vom Typ 6281, die gleich durch eine ganze Reihe praxisgerechter Features überzeugen. Bewährtes wurde beibehalten, die neue Lösung baut jedoch wesentlich kompakter, und der Klemmenanschlusskasten am Ventil wurde für eine einfachere und flexiblere Montage ausgelegt.

Bewährt, wirtschaftlich, stromlos sowie sicher

Ebenso wie das Vorgängermodell (Typ 5281) sind auch die neuen Magnetventile für den Einsatz an den überdruckgekapselten Schaltschränken mit ATEX-zertifizierten Magnetspulen vom Typ AC10 ausgestattet und haben unter dem Ventilsitz zwei einstellbare Drosseln. Das heisst nach dem erfolgreichen Spülprozess schliesst das Ventil. Die einstellbaren Drosseln ermöglichen es dem Anwender aber, den Ventilblock definiert undicht zu machen und auf seine spezifisch benötigte Gasmenge zur Einhaltung des Überdrucks im Schaltschrank einzustellen, der typischerweise zwischen 5 und 8 mbar liegt. Der Druck im Ex-p-Gehäuse wird fortlaufend überwacht. Allfälliges Unterschreiten eines Minimal- bzw. Überschreiten eines Maximal-Drucks generiert eine Warnmeldung. Die Einstellung des Leckagewerts kann dann entsprechend verändert werden. «Arbeitet man dagegen bei der Überdruckkapselung mit Proportionalventilen, ist eine wesentlich aufwendigere Steuerung notwendig, denn hier ist die Gasmenge prinzipbedingt immer auch noch von den Umgebungsbedingungen abhängig, was einen geschlossenen Regelkreis notwendig macht. Diesen Aufwand sparen wir uns dank der rein mechanischen Lösung», freut sich Bachmann. Da die Schaltschränke weltweit eingesetzt werden, ist auch nicht überall gewährleistet, dass ausreichend geschulte Mitarbeiter zur Verfügung stehen. Schliesslich sind die Magnetventile nicht nur für den Einsatz in explosionsgeschützten Anlagen in Gesamteuropa zugelassen, sondern auch in Asien und Australien.

Ein weiterer Vorteil der bewährten Magnetventile ist, dass sie im normalen Betrieb der Anlage stromlos arbeiten. Das heisst sie benötigen nur während des Spülvorgangs elektrische Energie, nicht aber zum Aufrechterhalten des Überdrucks. Damit tragen sie auch nicht zusätzlich zur Wärmeentwicklung im Schaltschrank bei. Was in der Praxis aber meist noch wichtiger ist: Bei einem Spannungsausfall bleibt der Überdruck im Schaltschrank bestehen, denn der mechanisch eingestellte Leckagewert bleibt erhalten. Die Magnetventile sind damit fehlersicher (fail-safe). Auch bei einem defekten Ventil kommt es nicht zu einer Unterbrechung oder Störung des Betriebs. Darüber hinaus haben die neuen Magnetventile aber noch einiges zu bieten. So wurde der Klemmenanschlusskasten der Ex-Magnetspulen komplett überarbeitet (Bild 4). Er ist nicht nur kompakter, sondern lässt sich vom Anwender mit Hilfe eines eigens entwickelten Werkzeugs um 90 ° drehen. Durch diese Flexibilität sinkt die Anzahl der unterschiedlichen Varianten, was das Bestellwesen und die Lagerhaltung vereinfacht.

Klemmenanschlusskasten für flexible Montage

Bewährtes wurde natürlich auch beim neuen Klemmenanschlusskasten beibehalten. Ebenso wie beim Vorgängermodell lässt sich auch hier wieder eine explosionsgeschützte Geräteschutzsicherung vom Typ 1058 verbauen. «Das ist wesentlich praxisgerechter als eine Absicherung im Gerät», so Bachmann weiter. Ein weiterer Vorteil ist, dass zum Öffnen und Schliessen des Klemmenanschlusskastens nur noch eine Schraube gelöst werden muss; bisher waren es vier. «Das spart enorm Zeit und Aufwand. Immerhin verbauen wir im Jahr rund 1000 solcher Ventile», ergänzt Bachmann. «Der Klemmenanschlusskasten ist gut zugänglich, der Deckel leicht zu öffnen und der Arbeitsaufwand sinkt.»

Zusätzlich gibt es die Magnetventile mit den Ex-Magnetspulen auch in einer Variante für den Kabelanschluss. Allerdings ist diese Lösung nicht so flexibel. «Im Ex-Bereich kann man Kabel zwar kürzen, jedoch nicht einfach verlängern. Ist das Kabel zu kurz, braucht man dann einen zusätzlichen Vor-Ort-Klemmenkasten, was Kosten und Arbeitsaufwand deutlich erhöhen würde», gibt Geschäftsführer Bachmann zu bedenken. Die E.L.B. EX-GERÄTE Bachmann GmbH wird darum auch in Zukunft den Magnetventilen mit Klemmenanschlusskasten und integrierter Sicherung bei ihren Überdruckkapselungssystemen den Vorzug geben. 

Infoservice

Bürkert Schweiz AG
Bösch 71, 6331 Hünenberg
Tel. 041 785 66 66
info.ch@buerkert.com, www.buerkert.ch



Eine Kombination aus Steuergerät und Magnetventilen regelt den Überdruck im Ex p Gehäuse. Klassische Anwendungsfelder sind Chemie, Petrochemie und Pharmazie


Flexible Montage durch neuen Klemmenanschlusskasten


Im Normalbetrieb stromlose Magnetventile mit mechanisch einstellbarer Durchflussmenge bieten einen absolut sicheren und ausfallfreien Betrieb der Ex p-Schaltschränke

Firmenprofil Bürkert

Bürkert Fluid Control Systems ist einer der führenden Hersteller von Mess-, Steuer- und Regelungssystemen für Flüssigkeiten und Gase. Die Produkte von Bürkert kommen in den unterschiedlichsten Branchen und Anwendungen zum Einsatz – das Spektrum reicht von Brauereien und Laboren bis zur Medizin-, Bio- und Raumfahrttechnik. Mit einem Portfolio von über 30 000 Produkten deckt Bürkert als einziger Anbieter alle Komponenten des Fluid Control-Regelkreises aus Messen, Steuern und Regeln ab: von Magnetventilen über Prozess- und Analyseventile bis zu pneumatischen Aktoren und Sensoren.

Firmenprofil E.L.B.

Die E.L.B. EX-GERÄTE Bachmann GmbH hat seit rund dreissig Jahren ihren Stammsitz in Bensheim an der Bergstrasse. Der Spezialist für den Explosionsschutz und den Schlagwetterschutz elektrischer Betriebsmittel im Bergbau und in der Industrie bietet eine Vielzahl von Produkten und kompetente Unterstützung rund um das Thema Ex-Schutz. Dazu gehören beispielsweise Ex p Steuerungen, Ex p PCs, Ex i Computerzubehör, Zulassungen für den Ex-Bereich und die Errichtung elektrischer Betriebsmittel in Ex-gefährdeten Bereichen. Ein Qualitätsmanagementsystem nach DIN ISO 9001, ATEX RL 2014/34 EU und IECEx ist seit 1999 unter der Nr. TÜV-99 ATEX 1481 Q eingerichtet und wird vom TÜV-CERT registriert und überwacht.