Statisch druckgekapselte Kameras

Der Autor: Dr. Johannes Hesper Senior Produkt Manager, R. Stahl

Überwachungstechnik ist in explosionsgefährdeten Bereichen grundsätzlich nur in geschützter Ausführung einsetzbar. Anwender, die Kameras für CCTV-Systeme zur Standortsicherung, Anlagenbeobachtung oder sogar für Steuerungszwecke in Industrieprozessen installieren wollen, waren bislang so gut wie immer mit schweren druckgekapselten Gehäusen konfrontiert.

Eine grundsätzlich andere Zündschutzart – die Überdruckkapselung (Ex p) anstelle der druckfesten Kapselung (Ex d) – schafft typische Nachteile der konventionellen Lösungen aus dem Weg. R. Stahl stellt Kameras für explosionsgefährdete Bereiche vor, die mit einer einzigen Stickstoffbefüllung lebenslang gewährleisten, dass ins geschützte Innere keine Gefahrenstoffe aus der Umgebungsatmosphäre dringen können. Dank der viel leichteren, beweglicheren und kompakteren Gehäuse sorgen derartige Überdrucksysteme für deutlich höhere Flexibilität bei der Platzierung und Verwendung von Kameras unterschiedlichster Formen und Größen. Im Fall einer unvorhergesehenen Beschädigung schaltet ein Drucksensor im Gehäuse die Kameraelektrik ab, bevor eine Zündgefahr für die Umgebungsatmosphäre entstehen kann. Ex p-Kameras von R. Stahl auf Basis dieser sogenannten SNF-Technologie können mit vielfältiger zusätzlicher Hard- und Software zu beliebig komplexen und leistungsfähigen CCTV-Komplettlösungen kombiniert werden.

Kameras bringen als elektrische Betriebsmittel potenziell Zündgefahren wie Wärmeentwicklung und möglichen Funkenschlag mit sich, die in einer sensiblen Umgebungsatmosphäre mit gefährlichen Gasen oder Feststoffpartikeln Explosionen auslösen können. Schutz davor können einerseits einige wenige Spezialmodelle bieten, die beispielsweise eine strikte Energiebegrenzung im System sicherstellen (eigensichere Kameras, Zündschutzart Ex i). Vereinzelt werden auch konstruktive Maßnahmen wie der Verguss der Kameraelektrik im Gehäuse (Zündschutzart Ex m) als Lösung angeboten. Soll aber auf eine breite Auswahl an Typen, die nur als Standardkameras zur Verfügung stehen, zurückgegriffen werden, ist der Einbau von Standardtypen in massive Gehäuse die am weitesten verbreitete Praxis. Hierfür geeignete Gehäuse sind so ausgelegt, dass eine eventuelle Explosion im Inneren durch die verstärkten Außenwände auf jeden Fall von der übrigen Umgebung abgeschirmt bleibt. Der prinzipielle Vorteil dieses Ansatzes ist, dass ein derartiges Gehäuse konstruktiv recht einfach aufgebaut ist und sich für fast alle Arten von Kameras eine solche Lösung implementieren lässt. Ein druckfest gekapseltes Gehäuse (Zündschutzart Ex d) macht eine Kameraeinheit allerdings unweigerlich sehr schwer – typisch sind für leistungsfähige bewegliche Zoom-Kameras 30 bis 40 kg Gesamtgewicht. Die Geräte sind deshalb erstens allgemein unpraktisch in der Handhabung. Zweitens ist für die klobigen Einheiten manchmal einfach nicht genug Platz am gewünschten Einbauort gegeben. Soll eine Kamera im Ex d-Gehäuse geschwenkt oder geneigt werden, ist drittens durch die mit zu bewegende schwere Verkleidung außerdem ein starker Motor erforderlich, der einen beträchtlichen Energiebedarf – häufig 50 bis 80 W – aufweist. Das wuchtige Gehäuse und der starke Motor bringen viertens eine erhöhte Wärmeentwicklung mit sich und bieten schlechte Voraussetzungen zur Wärmeableitung, was die Verwendungsmöglichkeiten in nicht wenigen Anwendungen weiter einschränkt. Schließlich kann sich auch Kondenswasser im Gehäuseinneren sammeln. Dadurch kann die Linse beschlagen oder sogar die Elektronik zerstört werden.

Bei der Entwicklung einer Alternative stand daher im Mittelpunkt, einschlägige Nachteile solcher üblichen Systeme zu vermeiden. Erreicht wurde dieses Ziel mit der Verwendung überdruckgekapselter Gehäuse, das heißt Einsatz der Zündschutzart Ex p, und der Befüllung dieser Gehäuse mit Stickstoff. Die so realisierten Kameraeinheiten fallen insgesamt erheblich leichter aus, sind extrem temperaturtolerant und zudem hundertprozentig gas- und wasserdicht. Im Produktspektrum von R. Stahl liegt das Gewicht der Ex p-Ausführungen je nach verwendetem Kameratyp zwischen 0,6 und 15 kg. Selbst die schwerste Variante, eine leistungsfähige PTZ-Kamera in Edelstahlausführung, bleibt handlich genug, um problemlos von einer Person montiert zu werden. Der gute Wärmeaustausch über die robusten, mechanisch äußerst unempfindlichen Gehäuse (Werkstoff 316L) erlaubt Einsätze in einem sehr breiten Umgebungstemperaturbereich von ­40 bis +75 °C. Lebensdauer und Betriebszeit bleiben dank Schutzart IP 68 bzw. IP 69K auch bei dauerhaft besonders rauen Witterungsbedingungen unbeeinträchtigt – ob im Wüstenklima mit Sandstürmen oder in maritimer Umgebung mit aggressiver, stark salzhaltiger Atmosphäre. Stickstoff eignet sich als Schutzgas für diese Ex-Gehäuse ideal, da er sowohl nicht brennbar als auch sehr reaktionsträge ist. Im Kamerainneren herrscht ein permanenter Überdruck, durch den das Eindringen gefährlicher Gase aus der Umgebungsatmosphäre ausgeschlossen ist. Anders als viele Gehäuse mit Überdruckkapselung müssen diese SNF-Systeme (SNF = „sensor-controlled nitrogen filling“) nicht wiederholt oder ständig gespült werden: Die Kameragehäuse aus hauseigener Fertigung sind mit so exakten Toleranzen hergestellt, dass eine einmalige Stickstoffbefüllung lebenslang einen sicheren Betrieb erlaubt. Feste Zuleitungen oder Ventile zum Nachführen von Gas, wie sie bei der Schutzart Ex p sonst notwendig sind, sind an SNF-Systemen also nicht erforderlich. Lediglich eine massive mechanische Beschädigung kann zu einem Ausfall führen. Ein serienmäßig im Inneren jedes Gehäuses integrierter Drucksensor sorgt in diesem Fall dafür, dass das betroffene Gerät umgehend stromlos geschaltet wird.

Zunehmend werden mit CCTV-Systemen nicht mehr nur sicherheitsrelevante Bereiche überwacht und Personal in Gefahrenbereichen und anderswo aus der Leitwarte gesichert und unterstützt. Vielmehr werden vermehrt auch Prozesse aus der Ferne inspiziert, die sich mit anderer Sensorik schlecht automatisiert überwachen lassen. Gerade für solche Aufgaben sind sehr kompakte Ex-geschützte Kameras mit kleinen Abmessungen und geringem Gewicht immer stärker gefragt. R. Stahl liefert für enge Einbauräume die kugelförmige EC-710, deren Durchmesser nur 55 mm beträgt. Für klassische CCTV-Aufgaben – von der Zutrittskontrolle zu Betriebsbereichen über die Sicherung von Be- und Entladevorgängen bis hin zur Überwachung der Landung von Hubschraubern an Deck von Offshore-Plattformen – gibt es eine Reihe gut geeigneter Kameratypen. Die intelligente EC-750-Dome-Kamera zum Beispiel ist um 360° drehbar. Sie kann bei Bedarf über eine eigene IP-Schnittstelle direkt in digitale Netze integriert werden. Die EC-740 wiederum wurde speziell auf Extrembedingungen ausgelegt und ist unter anderem mit einem beheizten Linsenglas ausgestattet. Dieser Typ ist sowohl als reine Zoom-Ausführung als auch als Kamera mit vollwertiger PTZ-Funktion (Pan, Tilt, Zoom) erhältlich. Und auch bei sehr schwierigen Witterungsbedingungen oder nachts können mit der EC-800-Wärmebildkamera Objekte und Personen über große Distanzen von mehr als 400 m zuverlässig beobachtet werden.

Zur Vernetzung der Geräte und Verarbeitung der Bildsignale stehen unterschiedlich komplexe Hard- und Softwarelösungen zur Verfügung. Sehr einfache Systeme können auf Wunsch klassisch konventionell verkabelt und ein analoges Bildsignal kann gegebenenfalls nur an genau einen Monitor übertragen werden. Am anderen Ende des Leistungsspektrums gibt es die Option, Hunderte IP-fähiger Kameras zu installieren, die ihre Signale in ein Netzwerk einspeisen. In diesem können dann Bedienstationen aller Art auf die Videodaten zugreifen. Für viele kleine und mittlere CCTV-Systeme ist die Videosoftware ISview gut geeignet, die an einem Monitor Live-Signale von bis zu zwölf Bildquellen in Multiple-Quad-Ansicht darstellen kann. Alternativ können umschaltbare Einzelanzeigen im Fenster- oder Vollbildmodus laufen. Neben IP-Kameras lassen sich mit ISview auch Videoserver einbinden. Für äußerst komplexe Safety- und Security-Systeme hingegen – mit zahlreichen Kameras und zum Beispiel auch mit unterschiedlichen User-Leveln – kann die Videosoftware SeeTec zum Einsatz kommen. Sie integriert zwischen fünf bis über 1000 Kameras einschließlich Steuerungsmöglichkeiten unterschiedlicher Komponenten. Auf Wunsch können mit diesem System manipulationssichere Aufzeichnungen über viele Tage hinweg gewährleistet werden. Als Zubehör für CCTV-Systeme rund um die Ex-p-Kameras sind unter anderem Switches und Klemmenkästen in Ex-geschützter Ausführung sowie verschiedene Eingabegeräte von der Tastatur bis zum Joystick für PTZ-Kameras lieferbar.

Halle 11.1, Stand E41

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