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Sensor-/Interfacetechnik

Platzwunder mit hoher Eigensicherheit

| Redakteur: Anke Geipel-Kern

Von Melle in die weite Welt: Niemann rüstet Maschinen wie diesen Kreis-Dissolver mit Sensoren und Interfacetechnik von Turck aus.
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Von Melle in die weite Welt: Niemann rüstet Maschinen wie diesen Kreis-Dissolver mit Sensoren und Interfacetechnik von Turck aus. (Bild: Turck)

Mühlen und Mischer für Ex-Schutzbereiche in Zone 1 brauchen Sensor- und Interfacetechnik mit hoher Eigensicherheit. Die eingesetzte Technik sendet digital und analog und überzeugt überdies durch schmale Bauform und platzsparendes Design. Eine Kombination aus Sensorik und schnellen, kompakten Interfacegeräte sorgt für zuverlässige Ex-Schutz-Lösungen.

„Was drauf steht, muss auch drin sein“ – dieser Formel misst die Wilhelm Niemann Maschinenfabrik eine ganz besondere Bedeutung bei. Das Unternehmen fertigt Mischer und Mühlen für die Farben-, Lack- und chemische Industrie. Kunden nutzen sie fast ausschließlich in explosionsgefährdeten Bereichen.

Von der Sonderschraube bis zum Pneumatikzylinder fertigen die Niedersachsen eine Vielzahl der Bauteile ihrer Industrie- und Laborgeräte in Eigenregie. Abnehmer finden sich auf allen Kontinenten, meist sind es Hersteller für Farben, Lacke, Klebstoffe oder Silikone. „Wir folgen der Prämisse: made in Germany, made by Niemann“, sagt Hendrik Werges, Werkstatt- und Projektleiter Elektrotechnik.

Außenstehenden erschließt sich die Vielfalt der Niemann-Maschinenausführungen nicht auf den ersten Blick, zumal in Melle-Neuenkirchen letztlich nur drei Grundtypen produziert werden. Der Dissolver eignet sich für Mischvorgänge, aber auch für das Dispergieren – dabei spaltet eine rotierende Zahnscheibe Feststoffe in einer Flüssigkeit auf, vermahlt und vermischt sie. Das Resultat könnte dann eine Wandfarbe sein. Ein noch feineres Mahlen von vordispergiertem Gut verspricht die Basket-Mill. Hier zieht der Sog einer Pumpscheibe das Produkt durch einen mit Keramikperlen gefüllten Korb, auf dessen Wirkweise etwa Hersteller von Autolacken zurückgreifen.

Maschinen im Maßanzug

Mit der Viskosität von Produkten steigen die Geräteanforderungen. „Es gibt hochviskose Produkte, bei denen die Dissolver-Scheibe nur ein Loch in die Masse fahren würde“, erklärt Verfahrenstechniker Michael Diddens. Um den Behälterinhalt also zeitgleich zu bewegen, verfügt Niemanns dritte Maschinenbaureihe, der Kreis-Dissolver „Butterfly“, zusätzlich über ein zentrisch positioniertes Butterfly-Werkzeug mit außen angebrachten Abstreifern. Langsam kreisend sorgt dieses zum Beispiel in der Produktion von Dichtstoffen für die Durchmischung der Masse und führt sie dem Dispergierbereich der exzentrischen Dissolver-Zahnscheibe zu.

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Kunden entscheiden sich je nach Produktanforderung für einen dieser Grundtypen, stellen in der Praxis jedoch weitaus mehr Forderungen an die Beschaffenheit der Maschinen. Das technische Büro des Familienunternehmens muss seine Projekt-Zeichnungen gemäß der Vor-Ort-Gegebenheiten beim Auftraggeber anfertigen, ob nun ein 5000-Liter-Behälter bei geringer Raumhöhe gewünscht ist oder der Kühlkreislauf der Mischbehälter durch eine Heizfunktion ergänzt werden soll, um ein spezielles Produkt herzustellen. Außerdem liefert Niemann seine Dissolver in Standausführung oder in Aufbau-Ausführung zum Einbau in Stahlbühnen oder Geschossdecken.

Sicherheit auf engstem Raum

Eines ist dabei fast allen Maschinen gemein, nämlich deren Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Dies gilt es außerhalb von Zone 1 im Schaltschrank zu berücksichtigen. Generell verfolgt Niemann an dieser Stelle zwei Systeme, die sich zunächst einmal danach richten, ob eine komplexe Steuerung benötigt wird. Touchpanels an den Maschinen erfordern ohnehin SPS-Unterstützung, genauso kommt diese in circa 90 Prozent der Fälle für den Betrieb des Dissolver-Butterfly in Frage. Von der SPS im Schaltschrank hin zu einem Bedienelement können dann etwa sicher gekapselte Profinet- oder Profibus-Kabel führen.

Auf die Expertise von SPS-Programmierern können manche Firmen jedoch nicht zurückgreifen, andernorts ist Bus-Technologie womöglich erst gar nicht notwendig. Die zweite Variante ohne SPS-Technik sieht eine Hartverdrahtung vor. Signale des Bedientasters werden hier über IMX12-Trennschaltverstärker von Turck ins Feld geschickt. Geräte aus der entsprechenden Interfaceserie sind zusätzlich im Einsatz, wenn Anwender bestimmte digitale oder analoge Werte aus dem Ex-Bereich herausführen wollen. Die Daten von Näherungssensoren oder Temperaturwerte werden so eigensicher zum Schaltschrank geführt.

Voraussetzung für die Anschaffung der neuen Trennschaltverstärker waren im Vorfeld eine schmale Bauform und eine Stromversorgungsschiene. IMX12-Geräte setzten sich hier dank ihrer geringen Breite von 12,5 Millimetern, aber auch wegen der Spannungsversorgung über eine Power-Bridge durch. Die einzelnen Gehäuse werden so im Schaltschrank über die Hutschiene versorgt und die Schaltschrankbauer ersparen sich aufwändiges Überbrücken. Außerdem entfällt ein separates Strom-Einspeisegerät, weil für die gekoppelte Reihe ein einziger Stecker ausreicht.

Drei Umgebungen, drei Initiatoren

Sensortechnik von Turck hatte Niemann schon lange vor den Interfacetechnik-Geräten im Einsatz. So kommt es, dass die Interfacemodule nun auch einige Signale wandeln, die Initiatoren aus dem Feld liefern.

Hendrik Werges, Wilhelm Niemann Maschinenfabrik
Hendrik Werges, Wilhelm Niemann Maschinenfabrik (Bild: Turck)

„Turcks Sensoren haben in dieser Bauform einfach den Vorteil, beim Schaltabstand meistens ein bis zwei Millimeter größer zu sein als Mitbewerber“, meint Hendrik Werges. Und diese Reichweitenunterschiede können vieles einfacher machen. Beispielsweise verbauen die Niedersachsen induktive M18-Näherungsschalter in den Säulen ihrer Maschinen, um Höhen abzufragen.

Zum Heben einer Maschine bewegt sich in der Säule ein Hydraulikstempel. Gewisse Bereiche darf dieser allerdings nicht überschreiten, damit die Zahnscheibe ausschließlich im Behälter läuft oder der Deckel aufgesetzt bleibt. Zum Zweck der Hubbegrenzung und als sicherheitsrelevante Schaltung sind dafür an geeigneten Punkten Sensoren verbaut, die den zentralen Stempel erfassen.

Erschwert wird deren Montage durch einen etwa vier Millimeter starken Verstärkungsring am unteren Ende des Stempels, dem der Initiator nicht im Weg stehen darf. Zylinder und Ring muss der Sensor trotz der Distanz erfassen. Hier zeigt sich der Vorteil der Näherungsschalter NI10-G18 mit Namur-Ausgang, die für die Ex-Zonen 0 und 20 geeignet sind und von Niemann in zahlreichen Produkten verbaut werden.

Sensor in Miniaturausführung

Wer eine der kleinsten Turck-Komponenten in einer Niemann-Maschine sucht, muss schon ganz genau hinsehen. Mit einer Gehäuselänge von 31 Millimetern und einer Höhe von sechs Millimetern ist der BIM-UNT-AY1X-Magnetfeldsensor im Deckelscharnier einer Behälter-Einfüllöffnung versteckt. Dort erfasst er, ob der Verschluss geöffnet oder geschlossen ist. Der Miniatursensor verfügt über eine gut sichtbare Rundum-LED und spannt sich mittels einer Spezialschraube sicher in die Nut.

Ein induktiver Sensor in Sonderausführung muss im Antrieb standhalten. In der dort besonders anspruchsvollen Atmosphäre fragt er eine Schaltfahne ab. Der Hintergrund: Aufbaudissolver mit bis zu 15 000 Litern Volumen benötigen einen Abstreifer, der sich während einer Befüllung aber nicht unter den Kugelhähnen befinden soll, um Ablagerungen zu vermeiden. Also haben die Konstrukteure eine Parkposition des Behälterabstreifers definiert und oben am Kettenantrieb ein Erkennungsblech angebracht, das der Sensor erfasst.

Speed-Test bestanden

Die Position der Zahnscheibe innerhalb des Behälters ermittelt ein Seilzugsensor. Dieser liefert über den Kontakt des Messseils Widerstandswerte, die in analoge Form gebracht werden müssen. Dazu wandelt ein Potenziometerverstärker möglichst schnell eigensicher in 4-20 mA, damit angeschlossene Systeme die Höhe ruckelfrei regeln können.

Noch vor fünf Jahren sorgte der Prozess bisweilen für Probleme, wie Werges aus der Praxis berichtet: „Im Rezept geben Kunden bestimmte Höhen vor, auf denen die Zahnscheibe fahren soll. Dauert das Wandeln zu lange, verfehlt die Maschine diese Punkte um ein paar Zentimeter und regelt dann kontinuierlich hin und her.“ Als Lösung musste ein Messwandler her, der eine Zykluszeit von 700 Millisekunden unterbietet.

Exot für analoges Wandeln

So gelangte Niemann seinerzeit erstmals an Turck-Interfacetechnik. Genauer: an den IM36-Verstärker, der binnen 30 Millisekunden wandelt und seine Positionsausrichtung der Zahnscheibe innerhalb der Hysterese ermöglicht. Als Exot für schnelles analoges Wandeln sitzt der IM36 mittlerweile schon länger in den Schaltschränken der Niemann-Maschinen und hat mit den schlanken IMX12-Verstärkern jüngst vertraute Nachbarn erhalten.

Der niedersächsische Maschinenbauer testet derzeit eine weitere Lösung mittels Turck-Sensortechnik, wo Initiatoren die bisherige Lösung zur Drehzahlbegrenzung älterer Antriebe ersetzen sollen. „Da reden wir aber vom Ersatzteilgeschäft“, erklärt Werges. Bei den aktuellen Maschinen regeln die Frequenzumrichter bzw. der Bediener über ein Potenziometer in der Kommandotafel die Drehzahl der Maschine. Solch ein haptisches Regulieren sei von Kunden weiterhin geschätzt.

* Kontakt zu Hans Turck: Tel. +49-208-4952-0

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