Durchdachte Konstruktion

Dipl.-Ing. Eckhard Reddies

Neben der Atex 100a sind bei Druckluftmembranpumpen aus Kunststoff außerdem die Normen EN 13463 „Nicht–elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen“ und EN 1127 „Explosionsschutz“ zu berücksichtigen. Kunststoffe sind allgemein als Isolatoren oder Nichtleiter zu bezeichnen. Dies zeigt sich in Oberflächenwiderständen von 1012 bis 1017 Ohm. Bekanntermaßen neigen Kunststoffe zu statischer Aufladung, womit sie eine potentielle Gefahr darstellen. Untersuchungen haben gezeigt, dass durch statische Entladung die Entzündung von Gasgemischen, jedoch auch von leicht entzündlichen Flüssigkeiten und Stäuben, erfolgen kann. Um diesem zu begegnen, ist darauf zu achten, dass bestimmte Grenzwerte bei nicht leitfähigen Teilen des Gerätes eingehalten werden müssen. Zu diesem Zweck sind in der Norm EN 13463-1, Tabelle 2, die zulässigen projizierten Flächen für Geräte der verschiedenen Kategorien benannt. Für Almatec-Druckluftmembranpumpen wurde dies bereits bei der Planung berücksichtigt und in der Fertigung umgesetzt. Zündgefahren durch statische Elektrizität werden zusätzlich durch die Verwendung von den ableitfähigen Kunststoffen PE oder PTFE ausgeschlossen. Der Oberflächenwiderstand beträgt lediglich 106 Ohm, womit die Beschaffenheit als ableitfähig einzustufen ist. Erst hierdurch wird eine Verwendung in gefährdeten Ex-Bereichen ermöglicht. Bei korrekter Erdung ist damit die Ableitung eines eventuellen Potentialunterschiedes gegeben.

Die Leitfähigkeit der Kunststoffe wird durch das Beimengen von Pigmenten erreicht, dabei bleiben chemische Widerstandsfähigkeit und mechanische Eigenschaften vollständig erhalten. Als besonderer Vorteil der verwendeten Werkstoffe ist zu erwähnen, dass neben der Ableitfähigkeit gleichzeitig die Übereinstimmung mit den Forderungen aus den europäischen und amerikanischen Lebensmittelrichtlinien (u.a. FDA) bestätigt werden kann. Dies ist durch die Verwendung speziell hierfür vorgesehener und zugelassener Leitpigmente bedingt.

Heiße Oberflächen durch unzulässige Druckerhöhung oder durch Wärmeübertragung des Antriebes sind bei elektrisch angetriebenen Pumpen häufig zu beobachten. Bei Druckluftmembranpumpen können sie dagegen erst gar nicht entstehen. Die bereitgestellte Druckluft wird annähernd 1:1 in Bewegung umgesetzt.

Beim Betrieb der Membranpumpe entsteht Reibungswärme. Bei Almatec-Membranpumpen durchströmt die zugeführte Druckluft den Antriebsteil der Pumpe derart, dass eine Wärmeabfuhr von den kritischen Stellen gewährleistet ist. Nach erfolgter Energieumwandlung in die Membranbewegung entweicht die Druckluft und entspannt. Die dabei entstehende Temperaturabsenkung bewirkt einen zusätzlichen Kühleffekt im Antriebsbereich. Selbst bei der Förderung heißer Flüssigkeiten in den erlaubten Grenzwerten wird die max. zulässige Oberflächentemperatur nicht erreicht, da durch den ableitfähigen Werkstoff eine teilweise Abstrahlung der übertragenen Flüssigkeitswärme sichergestellt ist.

Auch in einem nicht vorgesehenen, ungünstigen Betriebszustand – auf der Förderdruckseite wird beispielsweise ein Ventil geschlossen – kann keine zusätzliche, nennenswerte Erwärmung durch den Antrieb entstehen. Dies ist prinzipbedingt ausgeschlossen, da in diesem Fall während des Betriebes ein Druckausgleich eintritt, was lediglich zum Stillstand der Membranpumpe führt (entstehender Flüssigkeitsdruck = zugeführter Luftdruck).

Zudem sind Druckluftmembranpumpen als Flüssigkeitspumpen konzipiert; d.h. bei Förderung von Gasen können konstruktionsbedingt nur Drücke 2 bar realisiert werden. Dieses Prinzip gibt, zusammen mit dem geringen Volumen innerhalb der Pumpe, auch die Sicherheit gegen Auswirkungen adiabatischer Kompression, bei der durch Druckerhöhung eine starke Erwärmung des Fördermediums und als Folge daraus zusätzliche Erwärmung der Gehäuseoberfläche entstehen kann.

Mechanisch erzeugte Funken werden sowohl im Bereich der Pumpenarbeitskammer als auch auf der Antriebsseite durch das Funktionsprinzip (keinerlei drehende Teile) verhindert. Die Werkstoffauswahl für Membranpumpen mit ableitfähigen Kunststoffen gewährleistet ebenfalls, dass keine mechanisch erzeugten Funken, z. B. durch Schlagenergie, entstehen können.

Bei der Druckluftmembranpumpe dient die Membran als Element zur Unterteilung von Antriebs- und Flüssigkeitsbereich. Die Gestaltung und Ausführung der Membran hat dabei einen wichtigen Einfluss auf die Eigenschaften der Pumpe. Membranpumpen von Almatec besitzen eine einteilige Verbundmembran mit integriertem Membrankern. Mit dieser Ausführung wird eine völlig glatte Oberfläche zum Produkt hin erreicht. Membranteller, die zur Befestigung eine Bohrung in der Mitte der Membran benötigen, entfallen. Zusätzlich ist damit eine weitere Leckagemöglichkeit eliminiert.

Das Profil auf der Rückseite der Membran ergibt ein Höchstmaß an Flexibilität, wodurch eine hohe Standzeit erzielt werden kann. Daneben bietet die Formgebung auch bei kritischen Medien keinerlei Möglichkeit zum Eindringen oder zur Ablagerung an der Membran. Die bei Almatec-Membranpumpen konstruktiv bedingte bidirektionale Membraneinspannung ergibt zusammen mit den genannten Merkmalen eine hohe Gasundurchlässigkeit. Der Elastomer-Basiswerkstoff EPDM bietet neben einer guten Elastizität und allgemein guter chemischer Resistenz die Eigenschaft der Leitfähigkeit. Aufgrund der bei der Konstruktion eingehaltenen Grenzwerte kann diese Membran auch im gefährdeten Bereich eingesetzt werden.

Gerade im Ex-Bereich verlangt der Anwender ein zusätzliches Maß an Sicherheit. Almatec bietet daher einige als Sonderausstattung lieferbare Sicherheitseinrichtungen: Sperrkammersystem, Membranbruchüberwachung und Rückspülsystem. Beim Sperrkammersystem ist hinter beiden Membranen eine weitere Membrane angeordnet. Der dazwischen entstehende Sperrkammerbereich, gefüllt mit VE-Wasser, wird von Sensoren hinsichtlich eventueller Leitfähigkeitsänderungen überwacht. Der im Schalldämpfer befindliche Sensor der Membranbruchüberwachung registriert im Falle eines Membranbruchs das Austreten der Flüssigkeit. Das Rückspülsystem entleert bei Pumpenstillstand die in den Arbeitskammern der Pumpe befindliche Flüssigkeit rückwärts zur Saugseite hin. Eine unabsichtliche Kontamination in der Umgebung wird damit verhindert.

In der Richtlinie 94/9/EG sind Druckluftmembranpumpen als nicht-elektrische Geräte der Gerätegruppe II zuzuordnen. Je nach Ausführung und Grad an Zündschutz sind sie in Kategorie 2 oder 3 einzustufen. Die Kategorie 1 umfasst Geräte, die konstruktiv so gestaltet sind, dass sie in Übereinstimmung mit den vom Hersteller angegebenen Kenngrößen betrieben werden können und ein sehr hohes Maß an Sicherheit gewährleisten. Geräte dieser Kategorie sind zur Verwendung in Bereichen bestimmt, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre, die aus einem Gemisch aus Luft und Gasen, Dämpfen oder Nebeln oder aus Staub/Luft-Gemischen besteht, ständig oder langzeitig oder häufig vorhanden ist. In der Kategorie 2 ist damit zu rechnen, dass eine explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich auftritt. Dagegen ist in der Kategorie 3 nicht damit zu rechnen, aber wenn sie dennoch auftritt, dann aller Wahrscheinlichkeit nach nur selten und während eines kurzen Zeitraums.

In der EN 1127-1 werden die Erfordernisse zusätzlicher Mess- und Regeleinrichtungen in Tabelle C1 benannt. Danach sind in Bereichen ohne Explosionsgefährdung keine besonderen Anforderungen gestellt. Dies gilt auch für Zone 2 oder Zone 22, wenn im Normalbetrieb keine Zündquellen zu erwarten sind. Für Zone 1 oder Zone 21 kann auf zusätzliche Mess- und Regeleinrichtungen verzichtet werden, wenn im Normalbetrieb und bei seltenen Betriebsstörungen keine Zündquellen zu erwarten sind. Erst darüber hinaus werden zusätzliche Einrichtungen zur Vermeidung von Zündquellen erforderlich.

Halle 8.0,

Stand B4-B7