April 2011
| von Oliver Engelke,

  • Für jede Maschine, die in den Umlauf gebracht wird, muss eine Risikobeurteilung vorgenommen werden, wobei die zu berücksichtigenden Gefahren sehr umfangreich sind.
  • Im Betrieb kann es zu elektrostatischer Aufladung, heißen Oberflächen und mechanischer Funkenbildung an der Maschine kommen.
  • Um Maschinen wie eine Schubzentrifuge in explosionsgefährdeten Bereichen betreiben zu können, müssen viele Dinge umkonstruiert werden, beispielsweise ist meist ein tragfähiges Inertisierungkonzept unumgänglich.
  • Der Aufwand bei der Steuerungstechnik für Ex-Anwendungen wird um ein Vielfaches höher, als bei einer nicht-Ex-Anwendung mit einer überschaubaren Anzahl von Ein- und Ausgängen und keiner großen Programmiertiefe.
  • Um Entwicklungsaufwand und Technikeinsatz gering zu halten, sollte die tatsächlich erforderliche Gerätegruppe und -kategorie ermittelt werden.

Für jede Maschine, die in den Umlauf gebracht wird, ist laut Maschinenrichtlinie 2006/42/EG eine Risikobeurteilung vorzunehmen. Was für eine „normale“ Maschine gilt, trifft erst recht auf die zu, die für den Ex-Bereich bestimmt sind.

Die Europäische Norm ISO 14121 gibt dafür detaillierte Hinweise, wie der Prozess einer Risikobeurteilung vorzunehmen ist. Zuerst kommt ein interdisziplinäres Team zusammen, um jede Form von elektrostatischer Auflademöglichkeit, von heißen Oberflächen und mechanischen Funkenbildungen an derMaschine zu ermitteln und zu bewerten. Die Gefahren, die zu berücksichtigen sind, sind jedoch sehr umfangreich. Die wichtigsten unter ihnen werden im Folgenden beschrieben.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie und wo im Prozess es zu elektrostatischen Aufladungen kommen kann. Beispielsweise laden sich Kunststoffbauteile und Beschichtungen im Verfahrensraum während des Betriebs auf. Dadurch können sich im Betrieb und bei Türöffnung Funken bilden, die ausreichen, um ein explosionsfähiges Gasgemisch in Verbindung mit einem entsprechend hohen Sauerstoffanteil zum Explodieren zu bringen. Diese Vorgänge sind durchaus im Normalbetrieb, beispielsweise bei der Verarbeitung von Paraxylen – einem Kunststoffvorprodukt – anzutreffen. Gemäß EN 13463-1 lässt sich dem entgegen wirken, indem beispielsweise Dichtwerkstoffe zum Einsatz kommen, die elektrisch leitfähig sind.
Auch Schaugläser unterliegen unter passenden Rahmenbedingungen der statischen Aufladung. Da die Aufladung mit der Größe der Fläche korrespondiert, empfiehlt es sich, ihre Größe sinnvoll zu begrenzen und bestimmte Pflege- und Reinigungsrichtlinien aufzustellen. Entscheidet sich der Betreiber für den Einsatz eines Wischers, so sollte dieser unbedingt ein Atex-Zertifikat aufweisen.
Ein wichtiger Punkt bei statischen Aufladungen ist, den Keilriemen vom Antrieb zu betrachten. Hier wirken hohe Kräfte und Drehzahlen, die unter normalen Umständen die Aufladung begünstigen. Der Markt hält Lösungen für diese Problematik bereit. So lassen sich Riemen einsetzen, die elektrisch leitfähig sind und eine Ladungstrennung verhindern.
Manche Anwender können es kaum glauben, aber auch die Wahl der Lackierung hat einen entscheidenden Einfluss auf eine potenzielle Aufladung der Schubzentrifuge. In der EN 13463-1 ist für die jeweilige Gasgruppe ein Grenzwert angegeben, der nicht überschritten werden darf. Daher sind entsprechende Toleranzen beim Aufbringen des Lackes zu berücksichtigen.

Heiße Oberflächen können vielerorts an der Maschine entstehen

Bei einer Motorüberlast, oft hervorgerufen durch wechselnde Füllbedingungen, kommt es unweigerlich zur starken Erwärmung des Motors. Eine Lösung für dieses Problem ist die permanente Überwachung der Motortemperatur durch geeignete Kaltleiter. Eine Steuerung muss diese Ergebnisse registrieren. Wenn ein Frequenzumrichter zur Ausrüstung der Schubzentrifuge gehört, ist dieser als Bestandteil des Antriebs zu sehen und beide Komponenten, Motor und Unrichter (beispielsweise Sanftstarter), sind aufeinander abzustimmen. Darüber hinaus empfiehlt es sich, den Motor in EEx de auszuführen. Gleiches gilt auch für andere technische Hilfsmittel für den Anlauf, z.B. einen Softstarter.

Alle Teile an der Maschine, die normalerweise als Zukaufteile ihren Weg an die Schubzentrifuge finden, beispielsweise Schläuche und Kompensatoren, müssen nachgewiesenermaßen die hohen Atex-Anforderungen erfüllen. Damit lässt sich, unter Beachtung der Herstellerangaben, der weitestgehend sichere Betrieb eines solchen Apparates ermöglichen.
Das Öl der Maschine ist ebenfalls eine Quelle hoher Temperatur während des Normalbetriebs. Mithilfe eines Kühlers lässt sich die Temperatur in dem geforderten Bereich halten. Ferner ist permanente Überwachung notwendig, um im Überschreitungsfall steuerungstechnisch reagieren zu können. Da auf die Lager erhebliche Kräfte wirken, die eine Wärmeentwicklung nach sich ziehen, muss der Betreiber an die Überwachung denken. Damit sich frühzeitig ein Lagerschaden erkennen lässt, macht es Sinn, eine Lagerzustandsüberwachung zu implementieren. Somit erkennt die Steuerung bereits vor Einsetzen eines veritablen Lagerschadens, dass die Maschine in einen sicheren Zustand zu bringen ist.
Ein Direktanfahren der Schubzentrifuge ist nahezu ausgeschlossen, da unter allen Umständen ein Schlupf zu vermeiden ist. Ergo kommen Softstarter oder Frequenzumrichter zum Einsatz, damit sich die Momente des Hauptantriebs kontrollieren lassen. Darüber hinaus wird für den Betrieb eine Schlupfüberwachung vorgesehen, die steuerungsrelevant ist.

Funken können auch bei sachgemäßer Behandlung zustande kommen

An erster Stelle steht hier, zu hohe Unwuchten zu vermeiden, die für Reibung zwischen sich nun berührenden Metallteilen verantwortlich sein können. Unwuchten entstehen hauptsächlich durch inhomogene Füllbedingungen. Zum einen ist bei der Konstruktion alles daran zu setzen, dass es relativ unwahrscheinlich ist, dass ein solches Ereignis eintritt. Zum anderen ist eine bewährte Unwuchtüberwachung mit geeigneten Sensoren und Auswertegräten, die die Steuerung beeinflussen, ein sinnvolles Überwachungsinstrument.

Jede Form von Lager kann unter Umständen Funken hervorrufen, z.B. bei Bruch oder Trockenlaufen. Durch Überwachung der Hauptlager und die richtige Auswahl der Lager lässt sich ein solches Risiko wirkungsvoll minimieren. Mit entscheidend, um den Schutz aufrecht zu erhalten, sind die Einhaltung der Wartungs- und Betriebsvorschriften. Drehende Teile sollten mit Schubkraftüberwachungen ausgerüstet werden, damit sie sich bei zu hohen auftretenden Kräften abschalten lassen.
Natürlich könnten sich bei unsachgemäßer Installation oder durch mechanische Überlastung mechanische Teile, z.B. Schrauben oder Einbauten, innerhalb der Zentrifuge lösen und im Betrieb zu Klemmung beziehungsweise bei entsprechender Drehzahl zu Funkenbildung führen. Da Schubzentrifugen im Ex-Bereich ohne Gegenmaßnahmen ein explosives Gasgemisch im Produktraum aufweisen, kann eine solche Funkenbildung zur Explosion führen. Deshalb wird eine solche Schubzentrifuge inertisiert. Ein Anwendungsfall ist die Entwässerung von Ammonsulfat in Kokereien. Durch Verdrängen des Sauerstoffs mittels Stickstoff fehlt eine wesentliche Komponente, um eine Explosion zu ermöglichen.

Im Ex-Bereich bestimmt die Gerätekategorie den Schutzaufwand

Um eine Schubzentrifuge in explosionsgefährdeten Bereichen betreiben zu können, muss im Vergleich zur nicht-Ex-Maschine viel umkonstruiert werden. In den allermeisten Fällen ist ein tragfähiges Inertisierungskonzept unumgänglich. Der Aufwand in puncto Steuerungstechnik für Ex-Anwendungen wird um ein Vielfaches höher als bei der sonst relativ simplen „normalen“ Schubzentrifugen-Steuerung. Somit ist es nicht mehr möglich, Kleinsteuerungen einzusetzen, weil diese alleine mit der Anzahl der Ein- und Ausgänge der Steuerung überfordert wären – von der Verarbeitung der Signale und einer übersichtlichen Programmierung einmal völlig abgesehen.

Letztendlich bestimmt die geforderte Gerätegruppe beziehungsweise die Gerätekategorie den notwendigen Aufwand für die Sicherheit, die notwendig ist. Damit einher gehen auch höhere Kosten der Sensoren und Aktoren. Unter bestimmten Umständen, z.B. bei der Explosionsuntergruppe IIC, lässt sich eine Schubzentrifuge gar nicht einsetzen.

Um nicht mehr Entwicklungsaufwand und Technikeinsatz als notwendig zu betreiben, sollte durch genaue Untersuchung die tatsächlich erforderliche Gerätegruppe und -kategorie ermittelt werden. Dadurch lassen sich die Kosten im Rahmen halten.

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