Neue Freiheit

Dass Gase Explosionsgefahren mit sich bringen, gehört im Food & Beverage-Sektor nicht zum Alltag. Doch sind entsprechende Risiken natürlich längst nicht nur bei der Herstellung hochprozentiger Spirituosen im Spiel. Sie treten auch dort auf, wo Wasserstoff und ähnlich sensible Prozessgase Verwendung finden, außerdem etwa in Lagerräumen, die zur Schädlingsbekämpfung mit Chemikalien wie Phosphin behandelt werden. Atex-gerechte Komponenten und Systeme sind in derartigen Bereichen Pflicht. Für Antriebe hat sich hier vor allem die Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ (Ex de) bewährt. Doch zu den sicheren und vielseitig einsetzbaren, aber auch schweren und kostspieligen Motoren dieser Schutzart gibt es eine günstigere und inzwischen ebenso praxistaugliche Alternative: Umrichtergespeiste Antriebe in „Erhöhter Sicherheit“ (Ex e). Anders als noch vor einigen Jahren ist der Betrieb von Ex e-Motoren an ein konkretes Frequenzumrichterfabrikat und -modell heute nicht mehr gebunden – es gibt mittlerweile einige Hersteller, die speziell zugelassene Produkte anbieten, bei denen diese Einschränkung nicht mehr gilt. Mit dieser neuen Freiheit muss man jedoch umzugehen wissen: In der zugehörigen EG-Baumusterprüfbescheinigung finden sich zahlreiche Vorgaben, die es zu beachten gilt.

Für die Zulassung eines Antriebs in der Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“ nach DIN EN 60079-7 ist es u. a. erforderlich, dass erstens weder im Inneren des Motors noch am Gehäuse zündfähige Entladungen auftreten können, und dass zweitens nirgends im und am Antrieb die Temperatur der spezifizierten Temperaturklasse überschritten wird. Bei frequenzgeregelten Antrieben fordert die Entwicklung besonders viel Know-how. Durch den Umrichterbetrieb kann zusätzliche Verlustwärme anfallen. Um Explosionen ausschließen zu können, muss deshalb der Nachweis erbracht werden, dass unter definierten Betriebsbedingungen ein sicheres Temperaturniveau beibehalten wird. Eine frequenzabhängige Strombegrenzung durch den Frequenzumrichter verhindert zusammen mit dem Temperaturfühler ein übermäßiges Moment, und damit eine unzulässige Erwärmung des Motors. Der hohe Aufwand für die Prüfungen zur Zulassung lohnt sich allerdings: Der erforderliche Materialeinsatz für einen Ex e-Getriebemotor fällt deutlich geringer aus als der für eine explosionsgeschützte Auslegung durch „Druckfeste Kapselung“. Das macht sie bis zu einem Viertel leichter als Ex de-Modelle. Systeme in „Erhöhter Sicherheit“, die die Einhaltung kritischer Temperaturgrenzwerte auch bei Betrieb am Umrichter rundum gewährleisten, sind daher in der Regel deutlich kostengünstiger. Seit die anwendungsunabhängige Zulassung eines Ex e-Motors für den Umrichterbetrieb möglich geworden ist, kommt dieser Kostenvorteil auch voll zum Tragen. Die bequeme Wartung und Reparatur, die nachträgliche Anpassung eines Antriebssystems an veränderte Bedingungen und Anwendungsanforderungen oder auch nur der Austausch eines Umrichters gegen ein direktes Nachfolgemodell sind nun möglich, ohne mit der veränderten Antriebskombination komplett eine erneute Prüfung durch eine benannte Stelle zu durchlaufen, um die „Erhöhte Sicherheit“ rezertifiziert zu bekommen. Unterm Strich können Ex e-Antriebe damit im Vergleich zu einem Ex de-System bis zu rund 40 % kostengünstiger angeboten werden. Die neue Flexibilität hat jedoch auch Grenzen. Wer eine funktional passgenaue Lösung finden und das volle Sparpotenzial ausschöpfen will, wird auf eine qualifizierte, anwendungsspezifische Beratung selten verzichten können. Einige Einschränkungen nämlich gilt es zu beachten.

Einer Ex e-EG-Baumusterprüfbescheinigung nach dem neuen Verfahren sind umfangreiche Informationen beigefügt. Aus einer Reihe von Bemessungsgrößen, Umrichtereinstelldaten, Dauerstromgrenzkurven und weiteren besonders zu beachtenden Betriebsbedingungen für Motor und Leistungselektronik ergibt sich ein Gefüge an Parametern, das ohne detaillierte Fachkenntnisse von Antriebselektrik und -mechanik schwer zu durchschauen ist. Die meisten Anwender sind daher darauf angewiesen, dass ihr Antriebsanbieter adäquate Projektierungshilfen zur Verfügung stellt, durch die die komplexe Konfiguration besser beherrschbar wird. Empfehlenswert ist in jedem Fall, die Anforderungen und Betriebsbedingungen sowie den Lebenszyklus der benötigten Antriebstechnik mit Fachleuten der Hersteller eingehend zu diskutieren. Die individuell sinnvollsten Lösungen sind durch eine derartige Abstimmung am schnellsten und zuverlässigsten zu finden. Grundsätzlich ist dank der Flexibilität der neuen Regelung praktisch immer eine freie Kombination zwischen Geräten unterschiedlicher Anbieter möglich. In der Praxis – speziell im Sinne zügiger Implementierungen – ist es für die meisten Anwender jedoch von Vorteil, wenn ein Partner mit breitem Getriebemotoren- und Frequenzumrichter-Sortiment die benötigten Gespanne gleich aus einer Hand liefern kann. Nord Drivesystems bemüht sich daher darum, kundenspezifische Getriebemotor-Umrichter-Kombinationen als Komplettlösungen in allen Leistungsklassen und auch für unterschiedlichste Sonderbauformen anzubieten.

Für die jährlich über 10 000 ausgelieferten explosionsgeschützten Systeme steht deshalb unter anderem ein breites Programm an Elektromotoren mit Leistungen zwischen 0,18 und 13,5 kW bei 59 Hz Kennlinie bzw. 23 kW bei 87 Hz Kennlinie mit Ex e-Zulassung zur Verfügung. Die Getriebemotoren sind in Zone 1 und 2 bei Temperaturklasse T3 verwendbar. Zu beachten ist, dass Ex e-Motoren für Frequenzumrichter stets spezifisch für FU-Betrieb bestellt werden müssen; von Standard-Ex e-Motoren unterscheidet sie neben dem Typenschild unter anderem die Dokumentation. Bedarfsgerechte Sonderauslegungen sind für Ex e-Getriebemotoren von Nord selbst bei außergewöhnlichen Vorgaben möglich – von der Ausführung in geneigter Bauform bis zur Berücksichtigung problematischer Rahmenbedingungen wie z. B. Kühllufttemperaturen über 40 °C oder besonders hohen Axial- oder Radialkräften.

Neben den neuen Ex e-Lösungen bleiben weiterhin auch drehzahlgeregelte Atex-Systeme mit Motoren in Ex de und Ex n („Non Sparking“) sowie nach DIN EN 60079-3-1 staubexplosionsge-schützte Modelle für Zone 21 und 22 im Sortiment. Beim Getriebe haben Anwender durchweg die freie Wahl aus acht unterschiedlichen Baureihen – davon drei für Stirnradgetriebe – mit Drehmomenten bis 200 000 Nm. Kombiniert werden können die Getriebemotoren mit zahlreichen Atex-Modellen sowohl aus der Schaltschrank-Umrichterfamilie SK 500E als auch – im Staub-Ex-Schutz – mit FUs der Serie SK 200E für vollintegrierte dezentrale Antriebseinheiten. Die kompakten SK 500E-Geräte sind mit Leistungen von 0,25 bis 22 kW erhältlich und unterstützen „out of the box“ viele gängige Anwendungen in der Lebensmittelindustrie. Alle Typen bringen Bremsenmanagement, Brems-Chopper und Netzfilter mit und verfügen über sensorlose Stromvektorregelung, PID-Regler zur Prozessregelung sowie umschaltbare Parametersätze. Fünf parametrierbare Steuereingänge, zwei Analogeingänge und ein Analogausgang sowie zwei Relaisausgänge bieten bereits beim Basismodell zahlreiche Anschlussoptionen. Die dezentralen SK 200E-Umrichter zur Montage direkt auf dem Motorklemmenkasten eignen sich besonders für weitläufige Anlagen wie z. B. Förderstrecken. Die robusten und besonders wirtschaftlich arbeitenden Geräte sorgen mit Features wie farbkodierten Kommunikations-Schnittstellen oder einem steckbaren EEPROM-Baustein, der die Übertragung von Parametersätzen vereinfacht, für besonders bequeme Bedienbarkeit. Auch beim SK 200E gehören sensor- lose Stromvektorregelung, integrierter Bremschopper und eine Ansteuereinheit für eine elektromagnetische Bremse zur Standardausstattung. In beiden Umrichter-Familien sind Modelle mit unterschiedlichsten Extras wie beispielsweise der Funktion „Sicherer Halt“ nach EN 954-1 bzw. EN 13849-1 oder der Positioniersteuerung Posicon erhältlich.

Halle 4, Stand 261

Online-Info www.dei.de/1110403