HFisolatoren für flexiblere Funksysteme im Ex-Bereich

Die Herausforderung:
Ex-Antennen beschränken Flexibilität von Funksystemen

Um die Zündung einer explosionsgefährdeten Atmosphäre zu verhindern, werden Funkkomponenten zum Betrieb in der Ex-Zone 1 in der Regel durch spezielle Gehäuse geschützt. Dies gilt sowohl für funkfähige Betriebsmittel selbst als auch für die meist erforderlichen externen Antennen. Geeignete Ex-zertifizierte Antennen allerdings sind hochpreisig und nur wenige Ausführungen stehen zur Verfügung. Die Auswahl der zur Anwendung passenden Antenne ist jedoch ein entscheidendes Kriterium für eine zuverlässige Funktion der Funkverbindung. Die durch den Explosionsschutz vorgegebene Bauform ohne die üblichen Steckverbinder erschwert die flexible Installation und die Wartung.

Die Alternative:
HFisolator liefert eigensichere Signale für beliebige Antennen
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Der HFisolator 9730 von R. STAHL stellt im explosionsgefährdeten Bereichein eigensicheres Signal für den Anschluss beliebiger Antennen zur Verfügung Grafik: R. Stahl
Der HFisolator 9730 von R. STAHL stellt im explosionsgefährdeten Bereichein eigensicheres Signal für den Anschluss beliebiger Antennen zur Verfügung
Grafik: R. Stahl

Mit dem HFisolator des Typs 9730 bietet R. STAHL eine innovative Lösung an, die viele der Nachteile konventioneller Konfigurationen beseitigt. Das Gerät wandelt das normale Antennensignal in ein explosionsgeschütztes Signal der Zündschutzart Eigensicherheit Ex i um. Eine Zündgefahr durch das Antennensignal in explosionsgefährdeten Bereichen ist somit ausgeschlossen. Zur drahtlosen Kommunikation steht damit das gesamte Spektrum industrietauglicher Antennen und Steckverbinder zur Verfügung, denn diese Komponenten müssen nun nicht mehr selbst Ex-zertifiziert sein. Der HFisolator ist auch unter sehr rauen klimatischen Bedingungen einsetzbar und hält Temperaturen von -60 °C bis 80 °C stand. Er ist auf die ISM-Frequenzbänder um 900 MHz, 2,4 GHz und 5 GHz ausgelegt und unterstützt alle in der Industrie gängigen drahtlosen Übertragungsstandards (WLAN 802.11 a/b/g/n; WirelessHART; ISA 100.11a; Bluetooth; ZigBee; EnOcean).

Der Trend:
Industriekommunikation per Funk

Funkverbindungen ermöglichen neue, ökonomischere Arbeitsabläufe. Dazu gehört die bequemere Handhabung kabelloser Lesegeräte zur Erfassung von Fässern, Tanks, IBCs und anderen Behältnissen mit Barcode-Etiketten oder RFID-Tags. Bei Installation, Inbetriebnahme und Wartungsvorgängen sorgt die kabellose Datenübertragung dafür, dass das Personal vor Ort nicht nur Prozess-Messwerte im Auge behalten kann, sondern mit voller Bewegungsfreiheit stets auch Zugriff auf Wartungspläne, Bedienungsanleitungen und ATEX-Zertifikate hat. Zudem können Aufträge per Funk unmittelbar an mobile Geräte von Servicetechnikern geschickt werden. Die Funkkommunikation ist damit auch ein wichtiger Baustein intelligenter Anlagen für die sich entwickelnde „Industrie 4.0“. Nicht zuletzt lassen sich Funknetze meist kostengünstiger und mit geringerem Aufwand installieren und warten als verkabelte Lösungen. Für den Betrieb im Ex-Bereich muss allerdings der Aufwand für den Explosionsschutz mit berücksichtigt werden.

Die Risiken:
Funkkommunikation birgt Zündgefahren

Funksysteme wie WLAN Access Points, Mobilfunk-Komponenten oder RFID-Leser bergen elektrische Zündgefahren einschließlich transienter Spannungen in sich. Zwar kann das elektromagnetische Feld eines Senders in der Regel nicht unmittelbar ein explosionsfähiges Gemisch entzünden, solange die Funkquelle nicht gleich mehrere hundert Watt Sendeleistung erreicht. Doch besteht die Gefahr, dass in metallische Objekte oder unzureichend EMV-geschützte elektronische Schaltungen induzierte Ströme zu Funkenbildung führen. Seit 2004 gibt es mit der IEC EN 60079-0 eine internationale Norm, die Schutzniveaus und Grenzwertanforderungen für Funksignale im Ex-Bereich definiert. Zusätzlich zur Einhaltung der Grenzwerte im Normalbetrieb fordert diese Norm eine Fehlerfallbetrachtung für Geräte in der Zone 1: Auch Kurzschlüsse, Nebenschlüsse oder Unterbrechungen dürfen keine Explosionsgefahr bedingen.

Die Lösung:
Eigensichere Signale durch galvanische Trennung
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: Neben dem HFisolator bietet R. STAHL breites Know-how für Funklösungenin explosionsgefährdeten Bereichen und Gehäuse in verschiedenen Schutzarten an Foto: R. Stahl
: Neben dem HFisolator bietet R. STAHL breites Know-how für Funklösungenin explosionsgefährdeten Bereichen und Gehäuse in verschiedenen Schutzarten an
Foto: R. Stahl

Der HFisolator des Typs 9730 von R. STAHL verhindert durch galvanische Trennung, dass niederfrequente Signale eines Funksystems überhaupt aus dessen explosionsgeschütztem Gehäuse (z.B. in Schutzart Ex d) austreten. Durch die Abtrennung des Signals werden folglich bei Fehlfunktionen des Geräts alle damit verbundenen Zündgefahren nach außen neutralisiert. Einer externen Antenne führt der Trenner stattdessen ein Signal zu, das in der explosionsgefährdeten Atmosphäre zuverlässig auf ein eigensicheres Niveau (Ex ia IIC) begrenzt bleibt. Neben der hohen Sicherheit sorgt der HFisolator für eine einfachere Handhabung bei der Installation und im Betrieb: Funkfähige Geräte und externe Antennen müssen nicht mehr mit unflexiblen Leitungen ohne Steckverbinder installiert werden. Stattdessen lassen sich beliebige industrietaugliche Antennen über frei konfektionierbare Kabel per Steckverbinder anschließen. Die Verbindungskabel zwischen Komponenten können jederzeit leicht gewechselt werden, etwa um die Platzierung von Gerät oder Antenne nach Bedarf anzupassen.

R. STAHL bietet neben dem HFisolator Typ 9730 ein breites Spektrum an Ex d- und Ex p-Gehäusen an und ist mit umfangreichem Know-how auf Grundlage langjähriger Erfahrung ein vielfach bewährter Partner für Funklösungen in explosionsgefährdeten Bereichen.

Dipl.-Ing. (FH) Stephan Schultz, Produktmanager Automatisierung, R. STAHL Schaltgeräte GmbH, Waldenburg

R. Stahl

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