Doppelte Risikominderung

Der Autor: Thomas Rühl Produktmanager Explosionsschutz, K.A.Schmersal

Maschinensicherheit und Explosionsschutz: Innerhalb des Maschinenbaus im Allgemeinen und der Schaltgerätetechnik im Speziellen sind das – so kann man ohne Übertreibung sagen – zwei Welten mit jeweils eigenen Anforderungsprofilen und EU-Richtlinien. Zudem gibt es für diese beiden Anwendungsbereiche eigenständige Gerätebaureihen, die den einschlägigen Zertifizierungen und Prüfungen unterliegen.

In der Praxis finden sich jedoch Einsatzfälle – und das sind gar nicht so wenige – in denen beide Anforderungsprofile zusammentreffen, wo also Sicherheitsschaltgeräte in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Dies trifft nicht nur auf Chemiebetriebe zu. Das Spektrum reicht von Lackierereien über das Abfüllen von Nahrungsmitteln und das Lagern von Sägespänen bis zur Bearbeitung von Leichtmetallen wie Aluminium und Magnesium, deren Stäube unter bestimmten Bedingungen entzündlich sind.

Gemäß Richtlinie 99/92/EG (Atex 137) führt der Betreiber (Arbeitgeber) einer Maschine oder Anlage zunächst eine Beurteilung der Explosionsrisiken durch.

Deren Ergebnisse, die resultierenden Maßnahmen und der Umfang der Gefährdungsbeurteilung sind in einem Explosionsschutzdokument zu dokumentieren. Hilfestellung bei der Beurteilung sowie Einteilung der explosionsgefährdeten Bereiche in Zonen bieten die Normen EN 60079-10-1 (Gas Ex) bzw. EN 60079-10-2 (Staub Ex), EN 60079-14 und EN 1127-1.

Wird ein Sicherheitsschaltgerät für Ex-Bereiche gesucht, ist selbstverständlich auch die „ganz normale“, dem Konstrukteur vertraute Risikobeurteilung unter dem Aspekt der sicherheitsgerechten Gestaltung von Maschinen durchzuführen. Auf dieser Basis erfolgen die Auswahl der Sicherheitsschaltgeräte und die Art der Auswertung der sicherheitsgerichteten Signale, die zur Risikominderung erforderlich sind. Somit sind hier zwei separate Regelwerke zu beachten, von denen jedes einzelne für sich schon komplex ist. Die sehr genaue Risikobeurteilung, die von Atex 137 gefordert wird, hat für den Anwender bzw. den Maschinenbauer einen angenehmen und letztlich kostensparenden Nebeneffekt: Für jeden Einbauort eines Schaltgerätes wird definiert, in welcher Ex-Zone es sich befindet. Es gibt also in der Praxis – um ein Beispiel zu nennen – kaum eine durchgängige „Zone 21-Maschine“. Vielmehr wird das Innere z. B. einer Abfüllanlage für staubförmige organische Stoffe als Zone 20 definiert. Die nähere Umgebung der Beschickungsöffnung sowie Bereiche, in denen sich Staub ablagern kann, sind Zone 21. Und die Anforderungen der Zone 22 gelten in denjenigen Bereichen der Maschine, an denen Staub z. B. aus Undichtigkeiten austreten kann. Ähnliches gilt selbstverständlich für den Gasexplosionsschutz.

Für die Praxis der Maschinensicherheit bedeutet das: Wenn es an größeren Anlagen z. B. der Verfahrens- oder Lackiertechnik mehrere Gefahrenbereiche bzw. Schutztüren gibt, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass der Konstrukteur Sicherheitsschaltgeräte in Nicht-Ex-Ausführung sowie für Ex-Zone 1 und/oder 2 bzw. 21/22 benötigt. In diesen Fällen ist es aus Sicht des Maschinenbauers vorteilhaft, für Ex- und Nicht-Ex-Bereiche die gleichen Gerätebau- formen zu verwenden und von identischen Anschlussmaßen zu profitieren bzw. – bei Serienmaschinen – je nach individueller Anforderung des Anwenders Geräte der gewünschten Ex-Zone zu verbauen.

Deshalb hat die Schmersal-Gruppe ihr Portfolio an (Sicherheits-)Schaltgeräten nach dem Prinzip aufgebaut, die gängigsten Baureihen des Nicht-Ex-Programms für den Explosionsschutz zu ertüchtigen und entsprechend zu zertifizieren.

Zum Ex-Programm gehört folgerichtig der Sicherheitsschalter AZ 16, von dem Schmersal bislang weit mehr als 10 Millionen Exemplare gefertigt hat, in Staub-Ex-Ausführung. Auch mehrere Baureihen von Positionsschaltern mit Sicherheitsfunktion sind für die Gas-Ex-Zonen 1 und 2 und die Staub-Ex-Zonen 21 und 22 verfügbar.

Neben diesen elektromechanischen Sicherheitsschaltgeräten stehen verschiedene Baureihen von berührungslos wirkenden Schaltgeräten mit Zertifizierung für Ex-Bereiche zur Verfügung. Dazu gehören mehrere Baureihen aus der BNS-Serie und der EX-CSS 180, ein zylinderförmiger Sensor mit dem von Schmersal entwickelten „CSS“(Coded Safety Sensor)-Wirkprinzip, das u. a. eine hohe Toleranz gegenüber Schutztürversatz bietet. Darüber hinaus stellen alle Sicherheitsschaltgeräte mit CSS-Technologie umfassende Diagnose-Informationen bereit.

Eine Sonderstellung nimmt das Schlüsseltransfersystem SHGV ein. Es ermöglicht die systematische Überwachung von Schutztüren nach rein mechanischem Wirkprinzip über Schlüssel, die die Schutztür freigeben oder zuhalten. Allgemeine Grundlage für mechanische Geräte ist eine Zündgefahrenanalyse gemäß der EN 13463-1. Hier gibt es also kein Risiko einer elektrischen Zündquelle. Auch dieses sehr flexibel einsetzbare System ist in explosionsgeschützter Ausführung lieferbar.

In staubexplosionsgefährdeten Bereichen z. B. von Schüttgutförderanlagen verwendet man häufig Seilzug-Notschalter als „verlängerte Not-Halt-Schalter“. Für diese Anwendungs- felder stehen u. a. die Geräte der Baureihe EX-ZQ 900 im robusten Zinkdruckgussgehäuse zur Verfügung. Sie sind in die Gerätekategorie 3D eingeordnet und können somit in der Staub-Ex-Zone 22 – aufgrund der hohen IP-Schutzart auch in Umgebungen mit leitfähigen Stäuben – eingesetzt werden.

Davon abgesehen bietet der EX-ZQ 900 alle Vorteile der TQ-/ZQ-Modellreihe: Es stehen verschiedene Schalteinsätze mit bis zu vier Kontakten zur Verfügung. Das Seil, über das die Not-Halt-Funktion betätigt wird, kann bis zu 50 m lang sein. Die integrierte Seilrissüberwachung sorgt für Sicherheit auch in kritischen Einsatzfällen. Eine Seilzustands- bzw. -spannungsanzeige erleichtert die Einrichtung und Wartung des Systems. Über einen Taster am Gehäusedeckel kann der Bediener den Seilzugschalter nach der Betätigung wieder entriegeln.

Während der EX-ZQ 900 als kompaktes, vielseitiges Gerät für industrielle Produktionsanlagen entwickelt wurde, umfasst das Ex-Programm von Schmersal auch Seilzug-Notschalter und Bandschieflaufschalter in Heavy-Duty-Ausführung, z. B. die schwere Baureihe EX-T3Z 068, Gerätekategorie 2D für die Staub-Ex-Zone 21, in Ganzmetallausführung.

Die Auswerteeinheiten der Sicherheitsschaltgeräte, ggf. in Kombination mit Trennschaltverstärkern, befinden sich meistens außerhalb des Ex-Bereichs. Für alle Anwendungen, bei denen das nicht möglich oder erwünscht ist, hat Schmersal die Sicherheits-Relais-Bausteine Protect SRB 101EXi und 200EXi mit einer oder zwei Sicherheitsfreigaben entwickelt. In diesen Geräten werden funktionale Sicherheit, sichere Signalverarbeitung und Sicherheitsfreigabe mit dem Explosionsschutz kombiniert. Beide stehen jeweils als Varianten mit überwachter Reset-Funktion (abfallende Flanke) sowie mit wahlweise automatischer oder manueller Reset-Funktion zur Verfügung. Alle sind mit einer Sicherheitsfreigabe der Stopp-0-Kategorie ausgestattet und optional auch mit Querschlusserkennung.

Diese Sicherheits-Relais-Bausteine überwachen die angeschlossene Sensorik, Reset-Taster, Not-Halt-Befehlsgeräte, Verriegelungseinrichtungen und Sicherheitssensoren mit der Zündschutzart Eigensicherheit „i“. Die Sensoren können in den Zonen 1/2 und 21/22 installiert bzw. eingebaut werden.

Basierend auf der Zündschutzart „n“ nach EN 60079-15 ist die Installation der Sicherheits-Relais-Bausteine selbst in einem für diesen Bereich geeigneten Schaltschrank in der Gas-Ex-Zone 2 möglich.

Damit gilt der Anspruch der Schmersal-Gruppe, als Systemanbieter komplette Lösungen für die Maschinensicherheit anzubieten, auch für explosionsgefährdete Bereiche.

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