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Zündende bzw. zündvermeidende Idee

Freie Antennenwahl im Ex-Bereich für die eigensichere Funkkommunikation
Zündende bzw. zündvermeidende Idee

Der neuentwickelte HFisolator von R. Stahl erleichtert den Einsatz von Funksystemen im Ex-Bereich. Er sorgt für eine gefahrlose Kommunikation durch funkfähige Geräte im gekapselten Gehäuse, indem er an eine externe Antenne ein eigensicheres Signal übermittelt. Damit werden Auswahl und Installation der Antenne viel flexibler, da sich statt weniger Ex-zertifizierter Ausführungen nun praktisch jede industrietaugliche Antenne gefahrlos anschließen und betreiben lässt.

Nach Informationen von R. Stahl GmbH in Waldenburg

Längst hat die im Alltag verbreitete Funktechnik auch in die Prozess- und Fertigungsautomation Einzug gehalten. Das Spektrum sinnvoller Einsatzmöglichkeiten ist breit – es reicht von Lokalisierungssystemen zur Materialverfolgung in der Lagerhaltung bis hin zur umfassenden drahtlosen Anbindung von Sensoren und Aktoren in der Automation. Was Funksysteme attraktiv macht, liegt auf der Hand: Sie lassen sich flexibel handhaben und sind zudem meist kostengünstig und mit geringem Aufwand zu installieren. Im Ex-Bereich gelten jedoch besondere Einschränkungen. Zwar kann auch dort das elektromagnetische Feld eines Senders in der Regel nicht unmittelbar ein explosionsfähiges Gemisch entzünden, solange eine Funkquelle nicht gleich mehrere hundert Watt Sendeleistung erreicht. Leistungsbegrenzungen ergeben sich allein schon wegen der Funk-Vorschriften für das in der Regel genutzte 2,4-GHz-Band, sodass WLAN-Access-Points mit 100 mW, Bluetooth- und ZigBee-Geräte lediglich mit um die 10 mW senden. Dennoch bergen funkfähige Betriebsmittel wie WLAN-Access-Points oder RFID-Leser elektrische Zündgefahren einschließlich transienter Spannungen in sich. In der Praxis besteht die Gefahr, dass in metallische Objekte oder unzureichend EMV-geschützte Schaltungen induzierte Ströme zu Funkenbildung führen.
Anforderungen an den Ex-Schutz
Seit 2003 regeln in der Europäischen Union die Atex-Richtlinien den Geräteschutz in explosionsgefährdeter Atmosphäre. Auf internationaler Ebene gibt es mit der 2004 beschlossenen IEC EN 60079 eine Norm, die Schutzniveaus und Grenzwertanforderungen für Funksignale im Ex-Bereich definiert. Zusätzlich zur Einhaltung der Grenzwerte im Normalbetrieb fordert diese Norm eine Fehlerfallbetrachtung für solche Geräte, die in den als Zone 1 klassifizierten Bereichen zum Einsatz kommen. Zu gewährleisten ist, dass sich auch Fehlfunktionen wie Kurzschlüsse, Nebenschlüsse oder Unterbrechungen nicht explosionsauslösend auswirken können. Nur wenige Funkanlagen, zum Beispiel der multinetzwerkfähige Funkpositionsschalter der Reihe 8074 von R. Stahl, sind ohne weitere besondere Maßnahmen zum Einsatz in Zone 1 zugelassen. Als wirtschaftliche Alternative hat sich daher die Kapselung von nicht Ex-zertifizierten Geräten in explosionsgeschützten Metallgehäusen etabliert. Explosionsschutzspezialisten wie R. Stahl stellen dafür ein breites Spektrum von Gehäusen zur druckfesten Kapselung (Ex d) oder Überdruckkapselung (Ex p) zur Verfügung. Durch diese Schutztechniken können Standardgeräte auf zeit- und kostensparende Weise ertüchtigt werden: Ihr Einschluss in druckfeste oder durch dauerhaften Überdruck gesicherte Gehäuse verhindert zuverlässig eine Explosionsgefahr in explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 2.
Kaum Auswahl bei Ex-Antennen
Weil die zur Kapselung dienenden Gehäuse zumeist aus Metall gefertigt sind, führt der prinzipiell mögliche Einschluss einer Antenne in das Gehäuse jedoch zu drastischen Einbußen bei der Funkleistung. Die für potenzielle Zündgefahren verantwortlichen elektromagnetischen Wellen der Antenne werden vom Gehäusematerial derart stark abgeschirmt, dass eigentlich nur Planarantennen wirkungsvoll aus dem Gehäuseinneren senden können. Die gerichtete Antenne muss hierzu hinter einer eingesetzten Schauglasscheibe platziert werden und verfügt somit nur über einen kleinen Abstrahlwinkel. Um derartige Leistungsminderungen in der Funkübertragung zu vermeiden, kann auf externe Antennen in explosionsgeschützter Ausführung ausgewichen werden. Antennen, die den Atex-Bestimmungen genügen, sind meist in der Schutzart Ex e (erhöhte Sicherheit) ausgeführt. Allerdings beschränkt sich die Auswahl auf wenige Modelle mit omnidirektionaler Abstrahlung. Diese Antennen sind nicht nur relativ hochpreisig, sondern auch unflexibel, was Planung, Installation und Wartung betrifft. Denn sie müssen entweder direkt mechanisch mit dem Gehäuse verbunden oder über ein Koaxialkabel ohne Steckverbindungen angeschlossen werden.
Trenner zur eigensicheren Verbindung
Mit dem HFisolator der Serie 9730 stellt R. Stahl nun ein grundsätzlich neues Konzept für den Funkbetrieb im Ex-Bereich zur Verfügung, das bei einer nur geringen Einfügedämpfung für die erwünschte Flexibilität des Funksystems sorgt. Der Isolator verhindert durch galvanische Trennung, dass durch fehlerhafte Zustände des Funkgerätes Versorgungsströme an die Antenne übertragen werden. Die Funkanlage kann nun mit jeder beliebigen industrietauglichen Antenne betrieben werden, da der Trenner statt des Ausgangssignals ein Signal an die Antenne übermittelt, das in der explosionsgefährdeten Atmosphäre zuverlässig auf ein eigensicheres Niveau (Ex ia IIC) begrenzt bleibt. Damit werden unter allen Umständen Zündgefahren durch das Signal direkt neutralisiert. Der HF- isolator vereinfacht auch die Handhabung, die Kabel können gesteckt werden.
An den HFisolator 9730 lässt sich eine beliebige industrietaugliche Antenne ohne eigene Ex-Zertifizierung über frei konfektionierbare Kabel an einer Koax-Buchse anschließen. Die Verbindungskabel zwischen den Komponenten können jederzeit gewechselt werden, um die Platzierung von Gerät und Antenne anzupassen. Der HFisolator kann bei Umgebungstemperaturen von -60 bis +80°C betrieben werden. Er ist auf die ISM-Frequenzbänder um 900 MHz, 2,4 GHz und 5 GHz ausgelegt und unterstützt alle Übertragungsstandards (WLAN 802.11 a/b/g/n; WirelessHART; ISA 100.11a; Bluetooth; ZigBee; EnOcean). ge

INFO & KONTAKT

R. Stahl Schaltgeräte GmbH
Am Bahnhof 30
74638 Waldenburg
Tel.: 07942 943-0
Weitere Informationen zum Thema Eigensicherheit:
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