Nichtelektrischer Explosionsschutz mittels Schlupfüberwachung

In der Lebensmitteltechnik wie z.B. bei Milchprodukten, Schokolade oder bei der Herstellung von Zahnpasta, Kosmetik oder Lack müssen Feststoffe in unterschiedlich viskosen Medien eingebracht werden. Wird das Pulver nur auf die Flüssigkeitsoberfläche geschüttet und eingerührt, kann Staub aufgewirbelt werden, der sich auf alle Maschinenteile niederschlägt. Wird dieser Staub eingeatmet, können gesundheitliche Nebenerscheinungen für die Anwender auftreten. Des Weiteren können sich Klumpen oder Ablagerungen bilden, die sich negativ auf den Prozess auswirken. Beiden Effekte gilt es daher durch einen optimierten Prozess vorzubeugen.

Die Lösung für optimale und staubfreie Pulverbenetzung sind TDS-Saugmischer. Diese sogenannten Inline-Maschinen arbeiten nach dem Rotor-Stator-Prinzip mit hohen Schergeschwindigkeiten. Durch das Zusammenwirken verschiedener Zerkleinerungsvorgänge kann mit diesen Maschinen eine extreme Feinverteilung von Feststoffen (Suspensionen) und Flüssigkeiten (Emulsionen) in vorgelegten flüssigen Medien erreicht werden.

Das System aus Antrieb und Arbeitsmaschine kann zu Blockaden neigen, wenn

• Fremdkörper auftreten
• hochviskose Medien eingesetzt werden
• Medien, die im kalten Zustand erstarren, verarbeitet werden.

Solche Blockaden erfordern insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen eine schnelle Reaktion, damit Beschädigungen am System vermieden und dem Auftreten von unzulässig hohen (Oberflächen-) Temperaturen entgegengewirkt werden kann.

Deshalb befindet sich zwischen dem Antrieb und dem TDS-System eine drehmomentabhängige Kupplung, die beim Überschreiten eines vorher festgelegten Drehmomentes des Antriebsstrangs schlagartig trennt.

Im Fehlerfall jedoch oder bei nicht vollständiger Trennung der Kupplungselemente besteht die Gefahr, dass aufgrund der hohen Energie eine hohe Oberflächentemperatur oder gar Funkenbildung entsteht. Das Eintreten solch einer Situation muss aus Gründen des Explosionsschutzes sicher, zuverlässig und wirksam verhindert werden. Initiatoren sowohl auf der Antriebs- als auch auf der Abtriebsseite erfassen daher permanent beide Drehgeschwindigkeiten und vergleichen diese auf Schlupf. Auftretender Schlupf wird sofort erkannt und der Antrieb kann vor dem Eintreten einer gefährlichen Situation abgeschaltet werden.

Der Explosionsschutz nichtelektrischer Betriebsmittel ist ohne ausreichendes Grundwissen für eine zuverlässige Zündgefahrenbewertung nicht möglich. Zeigt die Zündgefahrenbewertung, dass potenzielle Zündquellen vorhanden sind, so gilt es Maßnahmen zu treffen, um diese unwirksam zu machen. Heiße Oberflächen können bei Überschreiten der Zündtemperatur eine explosive Atmosphäre entzünden. Besonders dort wo viel mechanische Energie auf kleinem Raum übertragen wird, kann sich die Temperatur durch Reibungsverluste im Normalbetrieb aber auch im Störbetrieb (sogenannte vorhersehbare Störung) erheblich erhöhen. Es müssen alle Oberflächen am Gerät, die mit der umgebenden Atmosphäre in Berührung kommen, diesbezüglich untersucht werden.

In schnelldrehenden Systemen, wie der TDS, treten aufgrund der mechanischen Energieumsetzung im Medium mitunter rasche Temperaturerhöhungen auf. Eine Temperaturüberwachung ist daher zwingend notwendig, damit zuverlässig jede Temperaturerhöhung erfasst wird und das Auftreten von unzulässig hohen Oberflächentemperaturen verhindert wird. Reib- und Schlagfunken können dann entstehen, wenn metallische Bauelemente aufeinander schlagen z.B. metallische Kupplungen. Diese Reib- und Schlagfunken können bei Blockaden von Kupplungen auftreten und werden daher mittels Schlupfüberwachung kontrolliert.

Schlupf (von „schlüpfen”) bezeichnet im Allgemeinen das Abweichen der Geschwindigkeiten miteinander in Reibkontakt stehender mechanischer Elemente oder Fluide unter tangentialer Belastung. Um frühzeitige Schäden an Rutschkupplungen, Förderbändern und Treibriemen zu vermeiden, wird die Drehzahldifferenz zwischen Antrieb- und Abtriebseite ausgewertet.

Die Schlupfüberwachung ist deutlich von der Gleichlaufüberwachung zu unterscheiden. Die Gleichlaufüberwachung vergleicht die Pulszahlen und nicht die Frequenz auf Antriebs- und Abtriebsseite. Bei der Schlupfüberwachung dagegen wird ein kurzzeitiger Schlupf (Differenzfrequenz) unterhalb der Grenzen toleriert und wieder „vergessen“. Beim nächsten Schlupfvorgang wird dieser dann ohne Berücksichtigung der Vorgeschichte neu bewertet.

Moderne Schlupfüberwachungen wie das KFD2-UFT-EX2.D von Pepperl+Fuchs erlaubt sogar die Schlupfüberwachungen von Kupplungen mit nachgeschalteten Getriebe oder Förderbändern mit Übersetzungsverhältnis. Zusätzlich wird die Eingangsfrequenz in ein analoges 0/4…20mA-Signal gewandelt und ausgegeben.

Drehzahlerfassende Systeme sind der ideale Schutz vor Überlastungen von Antriebseinheiten. Sie erhöhen damit die Standzeit ihrer Anlage und erfüllen die Anforderungen an den nichtelektrischen Explosionsschutz.