Schritt in Richtung Sicherheit

Atex-Schrittmotor für die Schüttgut-Industrie

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06.12.2016 In Atmosphären mit hoher Staubkonzentration steigen die Anforderung an das messtechnische Equipment. Insbesondere in Staub-Ex-Zonen hängt die Prozesssicherheit von der Auswahl geeigneter Geräte ab. Eine schrittmotorbasierte Drehflügel-Technologie wurde eigens für anspruchsvolle Schüttgüter und zuverlässigen Explosionsschutz entwickelt.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • In Atmosphären mit hoher Staubkonzentration, wie sie in der Schüttgut-Industrie an der Tagesordnung sind, steigen die Anforderungen an das messtechnische Equipment. Insbesondere in Staub-Ex-Zonen hängt die Prozesssicherheit von der Auswahl geeigneter Geräte ab.
  • Die schrittmotorbasierte Drehflügel-Technologie des Herstellers ermöglicht zuverlässige Füllstandmessung auch in anspruchsvollen Schüttgüter-Anwendungen. Durch die Atex-Zertifizierung sind die Geräte zudem für den Einsatz in hohen Gefährdungsbereichen geeignet.

Ob Baustoffe, Lebensmittel, Pulver und andere Produkte – Schüttgüter unterscheiden sich erheblich voneinander, beispielsweise in Bezug auf die Fließfähigkeit, den Körnungsgrad oder die Feuchtigkeit. Ihre speziellen Eigenschaften sind für die empfindliche Technik vieler Füllstandmessgeräte eine Herausforderung im Produktionsablauf: Zusätzlich beeinflussen weitere Größen, wie die Umgebungstemperatur oder die Luftzufuhr, das Zusammenspiel von Messgut und Messgerät. Die Messung des Füllstands steht in den meisten Fällen nicht im Mittelpunkt der Anlagenplanung – und ist doch eine entscheidende Stellschraube für den Produktionserfolg. Denn ein passendes Messgerät verhindert technische Probleme und damit verbundene Wartungen, die immer wieder Verzögerungen und Kosten verursachen können. Der Einsatz von geeigneten Geräten ist darüber hinaus hinsichtlich der Gefahr von Staubexplosionen von besonderer Bedeutung, denn Betreiber unterschätzen das Gefahrenpotenzial von brennbaren Stäuben häufig. Bei hohen Staubkonzentrationen können auch zunächst unkritisch wirkende Stoffe wie Plastikpolymere eine explosionsfähige Atmosphäre bilden und sich schnell entzünden. Beispielsweise sollten Unternehmer die Hinweise der Aluminium-Pigmenthersteller für die Auswahl geeigneter Geräte einhalten. Denn auch hier gilt: Selbst eine Pulverschicht von 1 mm kann nach Aufwirbelung und Zündung zur Explosion führen, wobei der Auslöser sogar die Entladung und Funkenbildung einer elektrostatischen Aufladung von Aluminiumpulvern sein kann.

Gefahren richtig bewerten

Um Explosionen zu verhindern und Sicherheit in allen Bereichen zu ermöglichen, sollten Anwender auf zertifizierte Geräte setzen. Die Atex-Richtlinie 2014/34/EU definiert in Verbindung mit EN 60079-0:2012 + A11:2013 sowie EN60079-31:2014 die Anforderungen und Vorschriften für Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen und erleichtert die Auswahl der technischen Ausstattung für Staub- und Gasatmosphären. Dabei ist beim Einteilen explosionsgefährdeter Bereiche in Zonen und dem Festlegen der notwendigen Schutzmaßnahmen stets das höchste Gefahrenpotenzial zu berücksichtigen. Neben den jeweiligen Einsatzfeldern sind weitere Faktoren wie die baulichen Gegebenheiten, mögliche Zündquellen und die Beschaffenheit der eingesetzten Geräte wichtige Aspekte bei der Risikobeurteilung. Die herkömmliche Füllstandmesstechnik bietet nur begrenzt Produkte, die dauerhaft zuverlässig sind und zugleich den höchsten Sicherheitsanforderungen entsprechen. Das Problem: Viele Geräte reagieren empfindlich auf Einflussgrößen wie Staub, nicht aber auf die Schüttgüter selbst. Dadurch halten sie nicht den Belastungen des täglichen Betriebs stand. Bei komplexen Aufgabenstellungen – beispielsweise starke Verwirbelungen bei gleichzeitiger Zufuhr von Luft und Material innerhalb eines Trichters – reagieren viele Geräte mit Fehlermeldungen oder schalten ganz ab. Diese Empfindlichkeit ist unter anderem dem Geräteaufbau auf Grundlage des Synchronmotors geschuldet, da Vibrationen mechanisch bewegliche Teile in ihrer Funktion beeinträchtigen.

Zuverlässige Antriebseinheit

Die Füllstand-Messtechnik von MBA Instruments löst dieses Problem und ermöglicht Nutzern einen stark erweiterten Anwendungsspielraum: Anstelle eines normalen Synchronmotors verfügen die Messgeräte über einen digitalen Schrittmotor. In Kombination mit dem bereits etablierten Drehflügel-Messverfahren ermöglicht dieser eine Reihe von Vorteilen und eine erhöhte Einsatzvielfalt. Der Rotor des Schrittmotors, ein drehbarer Permanentmagnet mit Welle, wird durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld der Statorspulen stetig um einen minimalen Winkel (Schritt) weiter gedreht. Rückzugfedern und mechanische Schalter sind dadurch überflüssig, und die Kraftübertragung erfolgt berührungslos über die Magnetspulen. Ein weiteres Plus des Geräteaufbaus: Der Motor arbeitet temperaturunabhängig und mit einer gleichbleibenden, geringen Wärmeausstrahlung. Zusatzheizungen in kalten Anwendungsgebieten sind damit obsolet. Der Füllstandmesser ist so konstruiert, dass er verschärften mechanischen Prüfungen wie Temperaturschwankungen und Schlägen standhält. Der Motor zeigt sich unempfindlich gegenüber Erschütterungen, wie eine Vibrations- und Schock-Prüfung des Herstellers bei 29 g bestätigte. Er arbeitet ohne bewegliche Teile im Gerätekopf nach einem gleichermaßen einfachen und zuverlässigen Prinzip: Er dreht, misst konstant oder reagiert mit Drehrichtungswechseln. Das einstellbare Drehmoment ermöglicht eine hohe Sensitivität und den universellen Einsatz in verschiedenen Anwendungen und Schüttgutarten.

Sicherheit offiziell zertifiziert

Der Hersteller hat seine komplette Geräteserie MBA800 – einschließlich eines Plug-and-Play-Modells für die schnelle Inbetriebnahme – mit diesem Antrieb ausgestattet. Je nach Modell sind unterschiedlich viele Parameter entweder durch den Benutzer einzustellen oder bereits festgelegt. Dazu zählen Drehgeschwindigkeit, Drehmoment, Drehrichtungswechsel und Signal-Auslösezeit. Auch vollständig aufeinander abgestimmte Parametereinstellungen sind möglich, sodass lediglich unterschiedliche Wellenlängen auszuwählen sind. Weitere Flexibilität ermöglicht ein kleiner Gerätekopf, der auch in enge Fallrohre passt. Die Gehäuse der Geräte sind komplett verschlossen, Anschluss- und Signalkabel verbindet der Anwender durch einen M12-Stecker. Staub, Wasser und Schüttgut können durch diesen Aufbau nicht mehr eindringen, was einen mechanischen Verschleiß vermeidet. Eine offizielle Zulassung nach Atex-Richtlinien bestätigt die Sicherheit des Drehflügels in explosionsgefährdeten Bereichen: Die Füllstandanzeiger dieser Serie gehören der Gerätekategorie 2D an (Zone 21); die durch den Schrittmotor angetriebene Welle entspricht der Gerätekategorie 1D und ist daher für Zone 20 geeignet – vorausgesetzt, die Geräte sind über den Prozessanschluss in eine entsprechende Trennwand eingebaut, und eine Zonentrennung ist über die Installation gegeben. Die Geräte entsprechen den Richtlinien der EN 60079-0:2012 + A11:2013 sowie der EN 60079-31:2014. Damit ermöglicht die schrittmotorbasierte Drehflügel-Technologie einen störungsfreien Produktionsablaufs – und der Anwender kann sich auf seine Kernaufgaben im Produktionsprozess konzentrieren.

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Heftausgabe: Dezember 2016
Hans-Heinrich  Westphal,  Geschäftsführer  MBA Instruments

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Hans-Heinrich Westphal, Geschäftsführer MBA Instruments
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