Wägesysteme und Abfüllanlagen für explosionsgefährdete Bereiche

Explosionsgefährdete Bereiche werden nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsgefährdeter Atmosphäre in unterschiedliche Zonen eingeteilt. Dort verwendete Wägesysteme müssen an die...

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Explosionsgefährdete Bereiche werden nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsgefährdeter Atmosphäre in unterschiedliche Zonen eingeteilt. Dort verwendete Wägesysteme müssen an die jeweiligen Bedingungen angepasst sein. So kann das Netzteil im Gerät platziert und vergossen werden. Auch in Abfüllanlagen sind entsprechende Auflagen zu erfüllen.Entsprechend der Neufassung der Verordnung über elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen vom 13.12.1996 sind elektrische Anlagen einzeln oder zusammengesetzt Betriebsmittel, die elektrische Energie erzeugen, umwandeln, speichern, fortleiten, verteilen, messen, steuern oder verbrauchen. Elektromechanische Waagen unterliegen beim Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen somit auch dieser Verordnung.Danach ist ein explosionsgefährdeter Bereich derjenige Bereich, in dem die Atmosphäre aufgrund der örtlichen und betrieblichen Verhältnisse explosionsfähig werden kann. Explosionsfähige Atmosphäre ist ein Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäuben unter atmosphärischen Bedingungen, in dem sich der Verbrennungsvorgang nach erfolgter Entzündung auf das gesamte unverbrannte Gemisch überträgt.Explosionsgefährdete Bereiche werden nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphäre in Zonen entsprechend der Tabelle eingeteilt: - Die Zone 0 umfasst Bereiche, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre, die aus einem Gemisch aus Luft und Gasen, Dämpfen oder Nebeln besteht, ständig, langzeitig oder häufig vorhanden ist. Die Zone 20 gilt im übertragenen Sinn für Staub-Luft-Gemische. - Die Zone 1 umfasst Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, dass eine explosionsfähige Atmosphäre aus Gasen, Dämpfen und Nebeln gelegentlich auftritt. Die Zone 21 gilt im übertragenen Sinn für Staub-Luft-Gemische. - Die Zone 2 umfasst Bereiche, in denen nicht damit zu rechnen ist, dass eine explosionsfähige Atmosphäre durch Gase, Dämpfe oder Nebel auftritt, aber wenn sie dennoch auftritt, dann aller Wahrscheinlichkeit nach nur selten und während eines kurzen Zeitraumes. Die Zone 22 gilt sinngemäß für aufgewirbelten Staub.Für die elektromechanischen Wägesysteme sind die Zonen 1 und 2 sowie 21 und 22 relevant.Die Zündschutzart ist eine wichtige GrößeWaagen und deren Zusatzeinrichtungen müssen häufig auch in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 eingesetzt werden. Für diese explosionsgeschützten Ausführungen werden in Europa die nachgenannten Zündschutzarten verwendet: e = erhöhte Sicherheit, d = druckfeste Kapselung, ia = alles eigensicher für Zone 0 und 1, ib = alles eigensicher für Zone 1, [ia] = Anschlüsse eigensicher für Zone 0 und 1, [ib] = Anschlüsse eigensicher für Zone 1, m = Vergusskapselung, o = Ölkapselung, p = Überdruckkapselung = Fremdbelüftung, q = Sandkapselung, s = Sonderschutz.Dazu müssen die stoffbezogene Explosionsgruppe, beispielsweise IIC = Gruppe für die Industrie = Explosionsgruppe mit höchster Anforderung, und die Temperaturklasse, zum Beispiel T4 mit einer Zündtemperatur nicht unter 135 °C, einbezogen werden.Unter Berücksichtigung dieser Fakten und der grundsätzlichen Bezeichnung EEx für den europäischen Explosionsschutz könnte die Zündschutzart für Geräte (Waagen) im Einsatzbereich der Zone 1 folgende Bezeichnung tragen: EEx q [ib] IICT4.Unter Bezugnahme auf [1] besteht die elektromechanische Waage im Basisaufbau aus dem Lastaufnehmer in vielfältiger Bauform und dem Waagenterminal mit einem aufgabenspezifischen Leistungspotenzial sowie einer möglichen vielfältigen Peripherie (Datenaufzeichnungsgeräte, Datenlesegeräte, speicherprogrammierbare Steuerung, EDV-Korrespondenz).Überlegungen zu einem optimalen Leistungs-Kosten-Verhältnis haben zur Entwicklung eines aufgabenspezifisch anpassbaren und ausbaufähigen Waagenterminals in Pultversion, Wand- oder Stativausführung oder als 190-Einschub für den Schalttafel- oder Schaltschrankeinbau geführt. Es kann den Wägebereich bis zu 6000 Ziffernschritte bei Einteilungswaagen und bis zu 3000 Ziffernschritte bei Zwei- oder Dreiteilungswaagen auflösen. Ein Anschluss von bis zu drei Lastaufnahmen ist bei wahlweiser Aufschaltung realisierbar. Datendialoge sind über serielle Schnittstellen möglich. Es hat die Schutzart IP 68 und man kann wägen, registrieren, massegleiche Teile zählen, dosieren und rezeptieren, die Toleranz kontrollieren, steuern, kommissionieren, versenden und mit EDV-Systemen korrespondieren.Geräteinterne Funktionen sind eigensicherFür den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 21 beziehungsweise 2 und 22 ist das Netzteil - im Gerät platziert - vergossen und entspricht somit der Zündschutzart ,,m". Die geräteinternen Funktionen sind eigensicher entsprechend der Zündschutzart ,,[ib]" ausgelegt. Dieses Waagenterminal nach Bild 1 ist somit auch für die eichfähige Einkomponentendosierung und -abfüllung von flüssigen oder pastösen Stoffen oder Schüttgütern mit förder- und wägegutspezifischen Lastaufnahmen nach dem Zugabe- oder Entnahmeverfahren in explosionsgefährdeten Bereichen prädestiniert. Derartige Waagen steuern über eine Befehlseingabe- und -ausgabeeinheit den gravimetrischen Verfahrensablauf für selbsttätige Waagen zum Abwägen (SWA) oder für nichtselbsttätige Waagen (NSW), entsprechend den eichgesetzlichen Vorschriften.Explosionsschutz bei AbfüllanlagenAbfüllanlagen für Flüssigkeiten und schüttgutartige Stoffe stellen hohe Anforderungen an den Explosionsschutz zur Vermeidung von Zündgefahren durch elektrische und mechanische Energie. Dazu gelten europäische Gesetze und Vorschriften. Zum Beispiel wird in Deutschland ab dem 1.7.2003 für das Inverkehrbringen von explosionsgeschützten elektrischen und mechanischen Geräten, Komponenten und Schutzsystemen das neue europäische Recht (Richtlinie 94/9/EG, so genannte ATEX-Richtlinie) allein gültig. Zur Zeit gilt es noch, diverse Normen (EN 50014 ff., EN 1127-1) und die berufsgenossenschaftlichen Vorschriften einzuhalten.Eine Abfüllmaschine, die aus vielen unterschiedlichen Komponenten besteht, lässt sich allgemein gesehen nicht nur mit einer gemeinsamen Zündschutzart ausrüsten. Bei den Bedienelementen und der Sensorik ist die höchste Zündschutzart ,,Eigensicherheit" (EEx-i) anzustreben. Bei Aktoren mit höheren Leistungen (zum Beispiel Elektromotoren) sind die Zündschutzarten ,,erhöhte Sicherheit" (EEx-e) und ,,druckfeste Kapselung" (EEx-d) gebräuchlich.Bei den Wägesystemen sind zwei Konzeptionen für den explosionsgeschützten Bereich relevant: Der Messwertaufnehmer (Lastaufnahme mit DMS-Wägezellen) wird in der Zündschutzart ,,Eigensicherheit" (EEx-i) ausgeführt. Der Messwertumformer (Waagenterminal) mit Bedienfeld und Anzeige hat ebenfalls die Zündschutzart EEx-i. Das Netzgerät zur Erzeugung der Gerätesteuerspannung vor Ort verfügt über die Schutzarten Sandkapselung (EEx-q) oder Vergusskapselung (EEx-m). Der Signalaustausch mit peripheren Steuerungen erfolgt über eine galvanisch getrennte Ex-Steuertrennstufe. Die Leistungselektrik kann auch im nicht explosionsgeschützten Bereich (zum Beispiel Elektroschaltschrank) untergebracht und über Zener-Barrieren geschützt werden. Messwertaufnehmer und Anzeige werden dazu in Zündschutzart ,,Eigensicherheit" (EEx-i) im Ex-geschützten Bereich ausgeführt. Eine Steuertrennstufe zu einer ebenfalls außerhalb des explosionsgeschützten Bereiches platzierten Steuerung ist dann nicht erforderlich.Praxisrelevante Beispiele im FlüssigproduktbereichBei einer fahrbaren Abfüllanlage mit integrierter Waage für die Lackfarbenindustrie sind verschiedene Explosionsschutzmaßnahmen getroffen worden. Die Zuführung der Leergebinde, die eichgenaue Abfüllung nach dem Überspiegelverfahren und der Weitertransport der Vollgebinde erfolgen automatisch über eine angetriebene Fördertechnik.Der mechanische Aufbau setzt sich aus verschraubten und verschweißten, elektrisch leitend verbundenen Bauelementen zusammen. Gegeneinander bewegbare oder gelagerte Baugruppen sind durch Potenzialausgleichsleitungen gegen statische Aufladungen gesichert. Diese Leitungen sind auf eine zentrale Potenzialausgleichsschiene geführt und von dieser über den trennbaren Ex-Steckanschluss mit der betreiberseitigen Erdungsleitung verbunden. Bauteile aus Kunststoffen sind so weit wie möglich aus elektrisch leitfähigen Werkstoffen ausgeführt, um statische Aufladungen durch Relativbewegungen der Bauteile zu vermeiden. Alle Sensoren sind in der Zündschutzart ,,Eigensicherheit" (EEx-i) eingesetzt, steckbar ausgeführt und über Trennschaltverstärker mit der SPS gekoppelt. Die Aktoren, wie pneumatisch betriebene Zylinder oder Lamellenmotoren, sind in den mechanischen Potenzialausgleich einbezogen. Elektromotoren sind in der Zündschutzart ,,erhöhte Sicherheit" (EEx-e) und Magnetventile in der Zündschutzart ,,Vergusskapselung" (EEx-m) ausgelegt. Das Bedientableau an der Maschine mit Taster, Schalter und Leuchtmelder befindet sich in einem Gehäuse mit der Zündschutzart ,,erhöhte Sicherheit" (EEx-e).Die gesamte Steuerung, ebenfalls auf dem mobilen Maschinengestell platziert, befindet sich in einem druckfest gekapselten Schaltschrank mit vorgelagertem Anschlussklemmenraum in der Zündschutzart ,,erhöhte Sicherheit" (EEx-e).Flexible Container haben sich durchgesetztDie Big-Bag-Technik mit ihren flexiblen Schüttgutcontainern hat sich vor allem in der Chemie, Pharmazie und Nahrungsmittelindustrie zu einem rationellen Pack- und Transportmittel entwickelt. Das gilt für Befüllstationen mit integrierter elektromechanischer Waage ebenso wie für Entleerstationen. Dabei muss auch oftmals ein Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen risikolos gewährleistet sein, auch bei mobilen Entleerstationen.Das fahrbare Konzept nach Bild 2 kann gefüllte Big Bags an verschiedenen Abgabestellen nach vorgegebenen Sollgewichten entleeren (Abzugswägung) und ersetzt somit mehrere stationäre Entleereinrichtungen. Alle gängigen Big-Bag-Größen mit oder ohne Inliner werden von einem bedienerfreundlichen Anschlusssystem sicher erfasst und entleert. Dabei kann rieselfähiges oder schwer fließendes, staubendes oder aggressives Schüttgut verarbeitet werden. Durch die funktionelle Konstruktion nach dem Baukastenprinzip ist diese fahrbare Entleerstation für nahezu alle Bedarfsfälle aufrüstbar. Die Grundausführung besteht aus dem Fahrgestell mit integriertem Sicherheitsauflagetisch, dem Auslaufanschlusssystem, der hydraulischen Hubvorrichtung, dem Ladegeschirr und der elektrischen Steuerung. Weitere Ausbaustufen sind die Integration einer elektromechanischen Waage (mit dem Terminal in Bild 2 links) für kontinuierlichen oder chargenweisen Betrieb, eine Austragshilfe für schwer fließende Produkte, eine Auszieheinrichtung für Folieninnensäcke, eine automatische Nachzieheinrichtung und Dosiergeräte für den Materialaustrag (Schnecke, Schleuse, Schieber, Klappe).Die gezeigte, gewichtsgesteuerte Entleerstation ist für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt. Die Leistungssteuerung ist druckfest gekapselt und die elektromechanische Waage mit den Dehnungsmessstreifen-Wägezellen und dem Wägeterminal als Einkomponenten-Dosiercomputer ist für die Zündschutzart EEx [ib], also mit eigensicheren Anschlüssen für den Einsatz in Zone 1 beziehungsweise 21, ausgelegt. Im maschinentechnischen Teil dieser Anlage wurden ausreichend explosionssichernde Maßnahmen getroffen.Literatur[1]Weinberg, H.: Zeitgemäße industrielle Wägetechnik integriert Informationsverarbeitung. Maschinenmarkt 52/1997, S. 18-20.