Explosionsgefährdete Bereiche ATEX-Stecker individuell angepasst

Ausrüstungen für explosionsgefährdete Bereiche erfordern ein Umdenken, denn selbst ein einfacher Steckverbinder kann hier zu einer Gefahrenquelle werden. Besonders das Gehäuse von Steckverbindern muss sehr widerstandsfähig gegenüber tiefen und hohen Temperaturen sein. Auch wenn die ATEX-Richtlinie grundsätzlich wenig Spielraum für Performance-Unterschiede bietet, sind individuelle Anpassungen durchaus möglich.

Anlagen, die für explosionsgefährdete Bereiche geeignet sind, werden in einer ganzen Reihe öffentlicher Bereiche benötigt. Das Spektrum reicht von Flughäfen über Abfallbeseitigungsanlagen, Petrochemie- und Energieanlagen bis zu Herstellern und Lieferanten von Maschinen, Anlagen und Systemen, die mit explosionsgefährdeten Atmosphären konfrontiert werden können. Wenn es um die Sicherheit geht, sind halbe Sachen nicht zu tolerieren. Sämtliche für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehenen Komponenten müssen deshalb den strengen Kriterien genügen, die in der ATEX-Richtlinie für Equipment zum Einsatz innerhalb der EU festgeschrieben sind.

Diese Leitlinie gibt den Design-ingenieuren die Gewissheit, dass die von ihnen gewählten Bauteile den höchsten Standards in Bezug auf Temperaturen und widrige Umgebungsbedingungen sowie den Einsatz in entflammbaren oder explosionsgefährdeten Atmosphären entsprechen. Um die in der ATEX-Richtlinie festgelegten Standards zu erfüllen, muss ein Produkt eine lange und anspruchsvolle Prüfprozedur durchlaufen. Die Parameter für akzeptable Performance basieren dabei übrigens nicht auf dem schlichten Prinzip »bestanden« oder »nicht bestanden«.

Die ATEX-Zertifizierung wird vielmehr erst dann erteilt, wenn ein Produkt seine Integrität und höchste Performance-Standards bei extremen Temperaturen beibehält und dabei einen großen Sicherheitsspielraum bietet.

Kälteschlagzähigkeit

Die Prüfung der Kälteschlagzähigkeit kann speziell bei den in Steckverbindern verwendeten Kunststoffen sehr anspruchsvoll sein, denn die Produkte müssen bei niedrigen Temperaturen im ungesteckten Zustand weit unter ihrem zertifizierten Level bleiben, um die Zertifizierung für Zone 2 und Zone 22 zu erhalten. Für den Designingenieur ist es deshalb unter Umständen schwierig, ein Material zu finden, das nicht nur bezahlbar, haltbar und flexibel ist, sondern sich auch für die vorhandenen Spritzgussmaschinen und -werkzeuge eignet. Dies ist nicht selten das größte Problem während des Designprozesses.

Viele Kunststoffe legen bei hohen Temperaturen einwandfreie Eigenschaften an den Tag, werden aber bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt äußerst spröde, sodass die Kälteschlagzähigkeitsprüfung eine weitaus größere Hürde darstellen kann als die Tests bei hohen Temperaturen. Neuere Werkstoffe auf dem Markt, darunter auch feste, hochwertige Polyester, eignen sich besonders für Equipment zum Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen und brechen oder splittern nicht bei niedrigeren Temperaturen. Eine Abdichtung gegen Umwelteinflüsse kann die Leistungsfähigkeit eines Steckverbinders weiter steigern.

Zum Beispiel bietet eine Versiegelung nach Schutzart IP68 über einen großen Temperaturbereich hinweg Schutz vor widrigsten, von Staub und Nässe geprägten Einsatzumgebungen. Verschlusskappen können die Dichtigkeit nicht gesteckter Steckverbinder gewährleisten, jedoch müssen die Kappen hierzu ebenfalls die in den ATEX-Richtlinien definierten Tests bestehen. Die häufig becherförmigen Schutzkappen legen meist einwandfreie Eigenschaften an den Tag, bis sie auf eine Temperatur von -25 °C abgekühlt werden. Häufig stellt man die Schutzkappen aus Polykarbonat her, das sich auch bei noch extremerer Kälte bewährt.

Bei der Entwicklung von Equipment für explosionsgefährdete Bereiche sollten die Designingenieure auch den Endanwender im Blick behalten. Eine leicht zugängliche Schnittstelle ist entscheidend, und selbst einfache Anpassungen können einen gravierenden Einfluss auf die Bedienungsfreundlichkeit haben. Man denke nur an Fälle, in denen das Personal für Wartungsarbeiten unter widrigen Umgebungsbedingungen schwere Schutzkleidung tragen muss.

Ein Steckverbinder mit geripptem Gehäuse lässt sich mit Handschuhen viel leichter greifen, sodass sich die betreffende Komponente oder der Steckverbinder bedeutend einfacher handhaben lässt. Hiervon profitiert auch die Lebensdauer der zugehörigen Kabel und anderen Anbauten, denn es kommt seltener zu Handhabungsfehlern. Kleine Modifikationen dieser Art können also für den Endanwender sehr weitreichende Auswirkungen haben, und ein Designingenieur, der einen größeren Teil der Lieferkette in seine Überlegungen einbezieht, kann besser beurteilen, welche Vorteile ein bestimmtes Bauteil gegenüber alternativen Lösungen besitzt.

Preis als Kriterium

Grundsätzlich ist die Leistungsfähigkeit das Haupt-Entscheidungskriterium bei der Auswahl von Bauteilen. Darüber hinaus spielen aber für den Designingenieur auch die Kosten eine Rolle. Der Stückpreis eines Steckverbinders variiert erheblich abhängig vom vorgesehenen Einsatzort des Produkts, denn dieser hat großen Einfluss auf die Materialauswahl. All dies führt dazu, dass sich die Kosten eines Steckverbinderpaars drastisch unterscheiden können, je nachdem, ob es um einen Steckverbinder aus Kunststoff für Zone 2 oder um ein Bauteil aus Metall für Zone 1 geht.

Bulgin erkannte einen eindeutigen Bedarf an einer erschwinglichen und dennoch leistungsfähigen Serie von Steckverbindern für die ATEX-Zonen 2 und 22. Das Unternehmen brachte deshalb die Steckverbinder der »EXPlora«-Familie auf den Markt. Ziel war es, auf einem wettbewerbsfähigen Preisniveau die von den rauen Einsatzumgebungen der Bauteile diktierten Eigenschaften zu bieten.

Die Steckverbinder werden in zwei-, drei-, vier-, fünf-, sieben- und zehnpoliger Ausführung angeboten und sind außerdem mit vier verschiedenen Gehäusebauformen lieferbar (für Kabelanschluss, als Kabelkupplung sowie für Gehäuse- und Flanschmontage). Um eine Paarung zu ermöglichen, ist jeder Kontakteinsatz wahlweise als Stecker oder Buchse verfügbar. Da außerdem das Kombinieren mit jeder Gehäuseausführung möglich ist, ergibt sich die größtmögliche Auswahl.

Die EXPlora-Steckverbinder verfügen über Nennwerte von 18 A/600 V für zwei bis fünf Pole, 16 A/430 V für sieben Pole und 10 A/250 V für zehn Pole. Die Ausführungen mit drei, vier, fünf und sieben Polen haben vorstehende Massekontakte, wodurch sie sich für ein- und dreiphasige Anwendungen eignen. Der Umgebungstemperaturbereich liegt zwischen -20 °C und +55 °C.

Schraubanschlusskontakte zur Aufnahme von Adern bis zu 4 mm2 erfordern keine Spezialwerkzeuge und ermöglichen einen einfachen Anschluss und eine einfache Wartung des Steckers vor Ort, während die formschlüssigen Passfedernuten fehlerhafte Verbindungen verhindern. Über zwei Designs an Kabelhalterungen und alternative Dichtungsbuchsen können die IP68-Steckverbinder Kabel mit einem Durchmesser zwischen 7 mm und 22 mm aufnehmen.

Die EXPlora-Reihe wird bereits in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Das Spektrum reicht hier von den Herstellern elektrischer Zusatzausrüstungen (z.B. Kameras, Motoren, Pumpen, Beleuchtungseinrichtungen, Prozesssteuerungs- und Regeleinrichtungen) bis zu einfacheren Einsatzgebieten in Fabriken und Anlagen, in denen eine Explosionsgefahr von entflammbaren Gasen, Nebeln und Dämpfen oder brennbaren Stäuben ausgeht. Dazu zählen Mühlen und Getreidelager, die Farben- und Tintenproduktion, Sägewerke und holzverarbeitende Betriebe, Zementwerke, Werften sowie Anlagen zur Abwasserbehandlung.

Über den Autor:

Dave Ferry ist Design Engineer bei Bulgin Componens.