Sensoren und Schalter für den Ex-Bereich

Dipl.-Ing. (FH) Reiner Lumme

An Produktionsanlagen und Betriebsmittel in explosionsgefährdeten Bereichen werden ganz besondere Anforderungen gestellt: Die Maschinen und Anlagen müssen so konstruiert sein, dass sie beim Auftreten von entzündlichen Stoffen nicht als Zündquelle dienen können. Dabei treten solche Gefahren nicht nur in der chemischen und der petrochemischen Industrie auf. Auch in der Grundstoff- und der Nahrungsmittelindustrie sowie bei der Aluminiumverarbeitung können hohe Staubkonzentrationen vorkommen, die explosionsgefährdet sind. Der Einsatzbereich Ex-geschützter Komponenten geht also weit über die Chemieindustrie hinaus. Mit welcher Sorgfalt Konstrukteure (und natürlich Anwender) von Ex-geschützten Maschinen vorgehen müssen, zeigt schon die Tatsache, dass ein ganz einfaches Schaltgerät eine Explosion hervorrufen kann, wenn es in einer Ex-gefährdeten Umgebung eingesetzt wird. Denn beim Schaltvorgang kann ein Funke auftreten, der die Atmosphäre dann zum Entzünden bringt.

Deshalb kommen in Ex-gefährdeten Bereichen nur solche Schaltgeräte zum Einsatz, die den Anforderungen des Explosionsschutzes entsprechen. Die hier vorgestellten Schalter, die die steute Schaltgeräte GmbH& Co. KG entwickelt und fertigt, verfügen über spezielle, gekapselte Schalteinsätze und sind von einer benannten Stelle (PTB; DMT) auf ihren unbedenklichen Einsatz in Ex-Zonen geprüft worden.

Die Positionsschalter der EEXM 14-Baureihe (Abb. 1) können überall dort zur Anwendung kommen, wo bewegliche Teile an Maschinen und Anlagen positioniert, gesteuert und überwacht werden müssen. Ihr Kunststoffgehäuse ist mit 16 mm Höhe sehr flach; als Schaltglied kommen Sprungkontakte (1 Öffner/ 1 Schließer) zum Einsatz. Die Schutzart IP 67 schafft die Voraussetzung für störungsfreien Betrieb auch unter rauen Umgebungsbedingungen. Eine Vielzahl von Betätigern – Stößel, Kugelstößel, Rollenstößel, Hebel, Drehhebel, Tastfedern – ermöglicht ein besonders breites Einsatzspektrum. Während die EEXM 14-Schalter mit vorkonfektionierter, vergossener Anschlussleitung geliefert werden, sind die Geräte der EEx 95-Baureihe mit einem Anschlussraum ausgestattet. Diese Positionsschalter übernehmen Sicherheitsfunktionen z. B. bei der Absicherung von Schutztüren. Auch hier kann der Anwender zwischen verschiedenen Betätigungselementen wählen. In den automatisierten Förderanlagen z. B. von Verpackungsstraßen in der chemischen Industrie und der Lebensmittelindustrie kommen diese Schalter vielfach in Tastfeder-Ausführung zum Einsatz. Die Tastfeder detektiert, wenn ein Behälter auf dem Förderband eine bestimmte Position erreicht hat, und gibt eine entsprechende Meldung an die Steuerung. So kann zum Beispiel ein staudruckloser Materialfluss gewährleistet werden.

Eine dritte Geräteserie von Positionsschaltern für explosionsgefährdete Bereiche ist die Baureihe EX 12 in metallgekapselter Ausführung, die sich für besonders raue Einsatzfälle eignet. Sowohl die EEXM 14- als auch die EEx 95-Baureihe werden nach den Vorschriften der Atex 100a produziert und sind entsprechend zertifiziert.

Als Alternative zu elektromechanischen Positionschaltern bieten sich in vielen Anwendungsfällen berührungslos arbeitende Magnetschalter an. Die EEx-RC-Baureihe besitzt Durchmesser von 15 und 16 mm. Ihr vernickeltes Messinggehäuse bietet hohen Schutz bei Außeneinwirkungen wie z. B. Schlägen; die Schutzart IP 67 gewährleistet sicheren Einsatz auch bei widrigen Umgebungsbedingungen. Der kleinere der beiden Sensoren mit 15 mm Durchmesser ist mit einem Schließerkontakt ausgestattet; der Schaltabstand zum Magneten beträgt rund 30 mm bei einer Hysterese von 4 mm. Mit 40 g bietet dieser Magnetschalter eine außerordentlich gute Schockfestigkeit. Das etwas größere Modell verfügt über einen einpoligen Wechslerkontakt und erreicht, je nach eingesetztem Betätigungsmagneten, Schaltabstände von 2 bis 7 mm.

In der Chemie-, aber auch in der Lebensmittelindustrie werden solche Magnetschalter häufig verwendet. In einigen Anwendungsbereichen ist die Korrosionsfestigkeit das Hauptargument für ihre Bevorzugung gegenüber elektromechanischen Schaltern, in anderen Fällen spielen die Hygiene und die Möglichkeit der einfachen, rückstandsfreien Reinigung die Hauptrolle. Für diese Einsatzbereiche stehen die EEx RC-Magnetschalter, die einen Reedkontakt als Sensorelement nutzen, auch in einer Ausführung mit NiRo-Gehäuse zur Verfügung.

In vielen Fällen ist der Einsatz von Fußschaltern sinnvoll – beispielsweise weil der Bediener beide Hände braucht, um eine Maschine mit Material zu bestücken oder weil kein Platz für ein Bedienpanel vorhanden ist. Für Ex-Schutz-Bereiche in der Produktion und im Labor gibt es daher Fußschalter mit bis zu drei Pedalen, die über Ex-geschützte Schaltelemente betätigt werden. Jedes Pedal kann mit bis zu vier Kontakten ausgerüstet werden. Die Fußschalter verfügen über ein robustes Metallgehäuse und können durch eine Schutzhaube vor unbeabsichtigtem Betätigen geschützt werden.

Natürlich muss in Ex-gefährdeten Bereichen nicht nur der Explosionsschutz berücksichtigt werden – auch die ganz normalen Vorkehrungen für die Sicherheit von Menschen, Maschinen und Anlagen sind zu beachten. Dazu gehören Not-Aus-Taster ebenso wie trennende Schutzeinrichtungen (z. B. Schutztüren). Für diesen Einsatzbereich hat steute Sicherheitsschalter entwickelt, die über die Baumuster-Prüfbescheinigung nach den Ex-Schutz-Vorschriften verfügen, z. B. die Not-Aus-Schalter vom Typ EX 14 RUV (Abb. 2) und die Sicherheitsschalter der Baureihe ST 14 EX mit getrenntem Betätiger. Diese explosionsgeschützten Sicherheitsschalter sind geeignet für seitlich verschiebbare, drehbare und abnehmbare Schutzeinrichtungen, wobei die ST 14 EX vor allem dann zum Einsatz kommen, wenn der Bauraum eng und die Betätigungsradien klein sind. Als Schaltelement dient ein Positionsschalter aus der EX 14-Baureihe.

Auch der in vielen Bereichen der Industrie verwendete AZ 16-Sicherheitsschalter ist in einer explosionsgeschützten Ausführung verfügbar; darüber hinaus gibt es Schalter mit Metallgehäuse, deren Betätigungskopf um 4 x 90° drehbar ist: Das gewährleistet besonders flexible Einsatzmöglichkeiten.

Wenn sich komplexe Maschinen und Anlagen in der chemischen Industrie nicht über Schutztüren absichern lassen, empfiehlt sich der Einsatz von Seilzug-Notschaltern. Mit ihrer Hilfe kann der Bediener über lange Strecken – Längen bis zu 50 m sind möglich – sofort die Not-Aus-Funktion auslösen. Die Seilzugschalter der Baureihe ZS 73 EX (Abb. 3) sind in zwei Sonderausführungen erhältlich. Das Gehäuse der Schalter wird vor der Lackierung hartcoatiert; alle anderen Bauteile (Zugöse, Schwenkhebel, Achse, Führungsbuchse und Zubehör) sind aus nichtrostendem Stahl gefertigt. Wie alle Seilzug-Notschalter verfügt auch die ZS 73 EX-Baureihe über eine Seilriss-Überwachung; in Verbindung mit einem Sicherheitsbaustein der AZR-Baureihe erreichen die Schalter die Steuerungskategorie 3 bzw. 4 nach EN 954-1.

E cav 263