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Sicherheit steht an erster Stelle

Explosionsgeschützte Wälzkolbenpumpe
Sicherheit steht an erster Stelle

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Safety first – diese Grundregel ist oberstes Gebot in allen Bereichen, in denen Personen Risiken ausgesetzt sind, die ihnen potenziell gefährlich werden könnten. Pfeiffer Vacuum hat die Atex-Richtlinie zur Grundlage der Weiterentwicklung des bewährten Wälzkolbenpumpprinzips gemacht. Die Oktaline-Atex-Wälzkolbenpumpe kombiniert eine Magnetkupplung mit einem Explosionsschutz der Kategorie 2 oder 3.

Autoren Meike König Marktsegment Industrie, Pfeiffer Vacuum Steffen Herrmann Entwicklung, Pfeiffer Vacuum

Bei Prozessen, in denen Explosionsgefahr besteht, sind fundierte Maßnahmen notwendig, um die Sicherheit der dort arbeitenden Personen zu gewährleisten. Die Atex-Produktrichtlinie 94/9/EG beinhaltet die Regeln für das Inverkehrbringen von Produkten, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, und ist auch für nichtelektrische Geräte gültig. Basis für die Umsetzung der Atex-Richtlinie an den Produkten ist eine umfassende Risikoanalyse. Diese besteht hauptsächlich aus der Bewertung der Zündgefahren entsprechend der Norm EN 13463–1. Dabei ist der Hersteller eines nichtelektrischen Geräts verpflichtet zu beurteilen, ob in dem Gerät eine oder mehrere der folgenden potenziellen Zündquellen vorkommen können:
  • heiße Oberflächen
  • Flammen und heiße Gase (einschließlich heiße Partikel)
  • mechanisch erzeugte Funken
  • elektrische Zündquellen
  • elektrische Streuströme
  • statische Elektrizität
  • elektromagnetische Wellen
  • ionisierende Strahlung
  • Ultraschall
  • adiabatische Kompression und Druckwellen
  • exotherme Reaktionen
Wird im Rahmen der Risikoanalyse festgestellt, dass bei einem Gerät eine oder mehrere potenzielle Zündquellen auftreten, spricht man von „gerätebezogenen Zündquellen“. Aus diesen können sich im schlimmsten Fall sogenannte „wirksame Zündquellen“ entwickeln, die zusammen mit Sauerstoff und dem brennbaren Material eine Explosion verursachen. Dies gilt es, mit gezielten Maßnahmen zu verhindern.
Nach der Bewertung der Zündgefahren muss der Hersteller geeignete Maßnahmen ergreifen, um das Eintreten wirksamer Zündquellen zu vermeiden. Dabei gilt die folgende Priorisierung der Maßnahmen: Sicherstellen, dass keine Zündquellen entstehen können, sicherstellen, dass keine Zündquellen wirksam werden können, verhindern, dass eine explosionsfähige Atmosphäre die Zündquelle erreichen kann, unterdrücken der Explosion und verhindern der Flammenausbreitung. Zur Beurteilung des Sicherheitsgrads eines Geräts existieren verschiedene Kategorien, die definieren, wann und in welchem Umfang das Gerät sicher sein muss:
  • Kategorie 3: Die Sicherheit des Geräts muss im Normalbetrieb gewährleistet sein.
  • Kategorie 2: Die Sicherheit des Geräts muss beim Auftreten einer zu erwartenden Störung gewährleistet sein.
  • Kategorie 1: Die Sicherheit des Geräts muss beim Auftreten zweier unabhängiger zu erwartender Störungen oder beim Auftreten einer seltenen Störung gewährleistet sein.
Zündquellen vermeiden
Die Aspekte der Atex-Richtlinie sowie die Herstellerverpflichtungen zur Risikoanalyse und Bewertung der Zündgefahren hat Pfeiffer Vacuum zur Grundlage der Weiterentwicklung des bewährten Wälzkolbenpumpprinzips gemacht. Das Ergebnis ist die Oktaline Atex. Diese Wälzkolbenpumpe kombiniert eine Magnetkupplung mit einem Explosionsschutz der Kategorie 2 oder 3. Bei der Konstruktion von Vakuumpumpen lassen sich potenzielle Zündquellen jedoch nicht völlig vermeiden. So ist beispielsweise aufgrund der praktisch in jeder Pumpe auftretenden Kompressionswärme nicht zu verhindern, dass während des Betriebs die Oberflächen der Pumpe erhitzt werden.
Pfeiffer Vacuum hat es sich zur Aufgabe gemacht, die nicht auszuschließenden potenziellen Zündquellen so zu gestalten, dass sie nicht wirksam werden. So darf beispielsweise die Oberflächentemperatur die Grenzwerte der jeweiligen Temperaturklasse nicht überschreiten. Dazu verfügt die Oktaline über einen Temperatursensor, der durch kontinuierliche Messungen sicherstellt, dass die Grenzwerte eingehalten werden. Außerdem sind die Pumpen der Atex-Baureihe mit einem Gehäuse ausgestattet, das bis zu 1600 kPa an Innendruck standhält. Jede Pumpe wird vor der Auslieferung unter diesem Aspekt getestet.
Hermetisch dicht
Durch den Einbau der Magnetkupplung sind die Pumpen der Oktaline-Atex-Reihe hermetisch dicht. Ihre Leckrate von maximal 1×10-6 Pa m³/s sorgt zudem für weitere Sicherheit, da so eine Zonenverschleppung verhindert wird. Unter einer Zonenverschleppung versteht man das Risiko, dass zum Beispiel durch Undichtigkeiten explosive Gemische aus der Pumpe nach außen dringen können. Dadurch wird die innere Explosionszone nach außen verschleppt, wo der Betreiber der Anlage in der Regel nicht mit explosiven Gemischen rechnet. Durch die Magnetkupplung mit ihrer geringen Leckrate wird das Explosionsrisiko minimiert. Außerdem entfallen Wellendichtringe, die Schwachstellen bei Druckstößen darstellen und sehr wartungsintensiv sind. Dadurch verfügt die Oktaline Atex über lange Wartungsintervalle. Die Serie ist die optimale Lösung für Prozesse, die in explosionsgefährdeter Umgebung stattfinden. Angenehmer und effizienter Nebeneffekt: Durch das berührungslose Arbeiten der Wälzkolben ist ein technisch trockener Betrieb gewährleistet. Die Luftkühlung benötigt deutlich weniger Energie als eine Wasserkühlung.
Während der gesamten Produktionsphase werden bei der Atex-Baureihe alle sicherheitsrelevanten Parameter für jede einzelne Pumpe ermittelt und dokumentiert. Dadurch kann zum Beispiel das Auftreten von Funkenbildung bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Pumpen ausgeschlossen werden. Somit ist die Pumpe beispielsweise für das Evakuieren von explosiven Gasen geeignet. Alle Pumpen der Baureihe sind für die Temperaturklasse T3 geeignet und decken den Saugvermögensbereich von 280 bis 5190 m³/h ab.
Konstruktive Unterschiede
Im Vergleich zur Standardversion der Oktaline-Wälzkolbenpumpen verfügt die Atex-Version über einige Modifikationen. So ist zum Beispiel der integrierte Temperatursensor der Atex-Pumpe redundant ausgeführt, sodass die Temperaturmessung unter allen Umständen und bei jeglicher Komplikation im Prozess sichergestellt ist. Anstelle eines PEEK-Spalttopfs wird bei den Atex-Pumpen ein beidseitig beschichteter Keramikspalttopf verwendet. Die Beschichtung verhindert die elektrostatische Aufladung des Spalttopfes und damit die Gefahr von zündfähigen Funken aufgrund einer Entladung. Die in die Atex-Variante eingebaute Magnetkupplung und der Motor sind beide komplett richtlinienkonform. Um beim schnellen Aufeinanderschlagen der Graugussmaterialien Funkenbildung zu verhindern, ist das Überströmventil blockiert. Auf Kundenwunsch können hier aber auch andere Materialien verwendet und das Ventil entsprechend wieder geöffnet werden.
Die Rotoren der Atex-Version sind im Vergleich zur Standardvariante etwas verkürzt. So können höhere Spaltmaße realisiert werden, was insbesondere bei Stromausfall zur Erhöhung des Explosionsschutzes beiträgt: Denn im Fall eines plötzlichen Ausschaltens der Pumpe kühlt sich das Gehäuse schneller ab als der Kolben. Somit sind die Kolben noch im ausgedehnten Zustand, während sich das Gehäuse schon wieder zusammenzieht. Das Ergebnis sind geringe Spaltmaße, die zu Funkenbildung führen können. Mit den durch den verkürzten Rotor erzeugten höheren Spaltmaßen kann die Pumpe nach einem Stromausfall direkt wieder angeschaltet werden, ohne eine potenzielle Zündquelle zu erzeugen. Das Material des Schauglases in der Pumpe wurde so geändert, dass es den in EN 13463 geforderten Schlagtest besteht. Zudem werden in der Fertigung sehr viel aufwendigere Kontrollen durchgeführt, in denen die verschiedenen Toleranzwerte für die Bauteile und Komponenten festgestellt und dokumentiert werden.
prozesstechnik-online.de/cav0614461
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