Die physikalische Grundeigenschaft der Widerstandserwärmung macht es möglich, elektrische Beheizungen genau dort anzuwenden, wo sie gebraucht werden, und auch nur dann, wenn eine zusätzliche Beheizung erforderlich ist. Mit geringem technischen Aufwand lassen sich auch bestehende Anlagen oder Prozessabläufe mit einer flexiblen elektrischen Beheizung nachrüsten.
Hier kommt die in Heidelberg ansässige Firma Winkler ins Spiel. Das Unternehmen plant, konstruiert und baut flexible elektrische Beheizungen. Insbesondere bei explosionsgeschützten Beheizungen konnten neben Standardlösungen auch spezielle kundenspezifische Beheizungslösungen realisiert werden. Dieser von Richtlinien, Vorschriften und Normen besonders geprägte Produktbereich ist in den letzten Jahren enorm gewachsen, hier eingesetzte Produkte benötigen eine sogenannte Systemzertifizierung. Durch diese muss der Betreiber einer explosionsgefährdeten Anlage keine zusätzliche Abnahme der gelieferten Beheizungen mehr durchführen lassen, da diese im Vorfeld schon durch den Hersteller (Winkler) durchgeführt wurde. Auch eine aussagekräftige Dokumentation gehört zum Lieferumfang. Diese ist ein wichtiger Teil des vom Betreiber der Anlage zu führenden Explosionsschutzdokuments gemäß § 6 der Gefahrstoffverordnung GefStoffV ‚Informationsermittlung und Gefährdungsbeurteilung‘.

Ex-relevante Bauteil-Komponenten

Im Rahmen eines Konformitätsbewertungsverfahrens gemäß RL 2014/34/EU und einer Zündgefahrenbewertung wurden auch die verbauten ex-relevanten Bauteilkomponenten der Beheizungen einer besonderen Auswahl unterzogen. Winkler verbaut zertifizierte Pt100-Widerstandstemperatursensoren von Jumo mit EG-Baumusterprüfbescheinigung in den explosionsgeschützten Beheizungen. Diese Pt100-Widerstandstemperatursensoren sind eine wichtige Sicherheitskomponente der Beheizung, da der eingebaute Widerstandsheizleiter ohne entsprechende Regelung und Begrenzung die maximal zulässige Temperatur überschreiten würde. Eine solche Übertemperatur würde nicht nur die Beheizung selbst schädigen, sondern auch zu einer gefährlichen Zündquelle werden. 

Gemäß der EN 60079-14 Kapitel 13 ‚Elektrische Heizsysteme‘ Anhang F ‚Installation von elektrischen Begleitheizungssystemen‘ sind Sicherheitseinrichtungen wie etwa Sensoren zur Temperaturerfassung für Regler und Begrenzer vorzusehen, um keine hohen Temperaturen, die eventuell zu Zündquellen werden können, auftreten zu lassen. Man spricht hierbei von einer überwachten Ausführung (Anhang F 4.3), die zur Begrenzung der Oberflächentemperatur eine Temperaturkontrolleinrichtung notwendig macht. Diese Temperaturbegrenzung muss unabhängig von der Temperaturregelung arbeiten und schaltet das Heizsystem bleibend ab, bevor die höchstzulässige Oberflächentemperatur am Heizleiter überschritten wird. Ein manuelles Wiedereinschalten ist erst möglich, wenn der Betreiber der Anlage sich davon überzeugt hat, was der Grund für das Ansprechen der Sicherheitseinrichtung war und dass die entsprechende maximale Temperatur des Ex-Bereiches nicht mehr überschritten wird. 

Positionierung des PT100-Widerstandsthermometers am Hotspot einer Ex-Analysenleitung.

© Jumo

Die Positionierung des Temperatur-sensors muss an der heißesten Stelle im 
Prozess erfolgen. Dieser Hotspot ist zum Beispiel bei einem Heizschlauch zwischen dem Heizleiter und dem zu beheizenden Objekt. Bei der Widerstandserwärmung des Heizleiters durch das Anlegen einer Spannung reagiert das PT100-Widerstandsthermometer mit einer Widerstandsänderung, die in einer entsprechenden im oder außerhalb des Ex-Bereiches betriebenen Steuer- und Überwachungseinrichtung ausgewertet wird und je nach Aufbau oder Programmierung entsprechende Maßnahmen einleitet. So lassen sich nicht nur die Betriebstemperaturen des Prozesses regeln, sondern auch entstehende Zündquellen in der Beheizung durch unkontrollierte Übertemperaturen vermeiden.

Sicher überwacht

Matthias Garbsch ist Produktmanager bei Jumo in Fulda.

© Jumo

Neben dem fachgerechten Einbau und der richtigen Positionierung der Widerstandssensoren in der flexiblen Beheizung ist auch eine entsprechende Prozessstabilität maßgebend. Diese hängt überwiegend von der verwendeten Auswerte-Einheit ab. Eine Möglichkeit dazu ist der Sicherheitsbegrenzer/-wächter mit ATEX-Zulassung ‚safetyM STB/STW‘ von Jumo. Mit ihm lässt sich eine kompakte einkanalige Sicherheitssteuerung mit wählbaren redundanten Eingangssignalen für Einheitssignale und Temperatursensoren realisieren, die sich insbesondere für kleinere Anwendungen wie Sondermaschinen und Einzelapplikationen mit niedriger Signaldichte und -anzahl eignet.

Ebenfalls für den Einsatz in elektrischen Beheizungen konzipiert ist der Zweipunktregler ‚exTherm-DR‘ mit Ex-II-Zulassung von Jumo. An den eigen­sicheren Ex-(ia)-Messeingang für Widerstandsthermometer, Thermoelemente oder Stromeinheitssignale lassen sich ­entsprechende baumustergeprüfte Sensoren direkt anschließen, sodass der Einsatz einer Barriere nicht mehr erforderlich ist. Neben dem Relaisausgang ‚Regler‘ verfügt das Gerät außerdem über einen zweiten Relaisausgang zur Grenzwertüberwachung.