Mit Ex auf Nummer Sicher Anforderungen an Steckverbinder für Ex-Applikationen

Mit so genannten Ex-Komponenten lässt sich die potenzielle Gefahr einer Explosion, bei der das Gerät die Zündquelle ist, minimieren. Die spezifischen Ex-Steckverbinder haben bereits alle Zulassungen.

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Die Sicherheit von Menschen, Maschinen und Gebäuden sowie der Schutz der Umwelt besitzen höchste Priorität. Dabei spielt auch die Prävention von Explosionen eine wichtige Rolle. Neue Steckverbinder mit Ex-Zulassung von Phoenix Contact sind für diesen Einsatzbereich ausgelegt – sie erfüllen alle Voraussetzungen für den sicheren Einsatz in einer explosions-gefährdeten Umgebung (Bild 1 Aufmacherbild).

Will man Explosionen vermeiden, muss man ihre Ursachen genau kennen. Explosionen entstehen, wenn Sauerstoff, ein brennbarer Stoff sowie eine Zündquelle aufeinandertreffen (Bild 2). Dabei muss eine kritische Schnittmenge aus den drei Faktoren gegeben sein.

Ein explosionsfähiger Stoff ist definiert als ein brennbarer Stoff in Form von Staub, Gas, Nebel oder Dampf. Als Zündquelle kommen zum Beispiel Funkenbildung oder thermische Effekte in Frage. Der Sauerstoff sorgt dann für die explosive Atmosphäre. Durch den Einsatz von Komponenten mit Ex-Zulassung lässt sich das Risiko, dass ein Gerät als Zündquelle fungiert, deutlich minimieren.

Leiterplatten-Anschlusstechnik mit Ex-Zulassung

Printklemmen mit Ex-Zulassung sind als Komponenten der Leiterplatten-Anschlusstechnik seit Jahren auf dem Markt etabliert (Bild 3). Jetzt wurde das Produktprogramm aus Blomberg um Steckverbinder in den Rastermaßen 5,08 und 7,62 mm erweitert. Die Steckverbinder besitzen eine Komponenten-Zulassung nach den Normen IEC/EN 60079-0 und IEC/EN 60079-7, die die Anforderungen an Geräte in explosionsfähigen Atmosphären definieren. Die Komponenten sind für den Einsatz im Bereich der erhöhten Sicherheit ausgelegt. Erhöhte Sicherheit - auch als Ex e bezeichnet - wird durch Maßnahmen bei der Konstruktion erreicht. So sind zum Beispiel die Luft- und Kriechstrecken der spannungsführenden Bauteile vorgeschrieben, um die Bildung von Funken zu verhindern. Die maximale Spannung für diese Zündschutzart beträgt 11 kV. Deshalb ist die erhöhte Sicherheit besonders für den Betrieb von Transformatoren, Motoren und Leuchten im explosionsgefährdeten Bereich geeignet.

Keine Kompromisse im Ex-Bereich

Die Leiterplatten-Steckverbinder mit Ex-Zulassung aus dem Produktbereich Combicon bieten neben den Spezifikationen der Standardartikel auch speziell auf den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich zugeschnittene Eigenschaften. Die Stecker und Stiftleisten werden aus dem Kunststoff Polyamid (PA) mit der Brennbarkeitsklasse V0 hergestellt. Dieser Kunststoff hat einen CTI-Wert (Comparative Tracking Index) von 600. Der Wert sagt aus, dass Polyamid eine hohe Kriechstromfestigkeit besitzt und in die Werkstoffgruppe I eingeordnet wird. Über diese Angaben sind die Anforderungen an die Luft- und Kriechstrecken in der Norm IEC / EN 60079-7 definiert. Demnach können die Steckverbinder - in Abhängigkeit vom Raster - auch im Ex-Bereich mit Spannungen zwischen 176 und 352 V eingesetzt werden. Der zulässige Strom beträgt 12 A - sowohl für das Raster 5,08 mm als auch für das Raster 7,62 mm.

Diese Flexibilität spiegelt sich auch in den verfügbaren Polzahlen von 2 bis 12 wieder. Die Steckverbinder sind für Leiterquerschnitte von 0,2 bis 2,5 mm² ausgelegt. Für den Leiteranschluss gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So gibt es zum einen Komponenten mit Schraubanschluss und Zughülsentechnik, und zum anderen Produkte mit Push-In-Federkraftanschluss.

Der Schraubanschluss mit Zughülsentechnik ist die älteste und am weitesten verbreitete Leiteranschlussart - die Handhabung ist weltweit bekannt. Im Ex-Bereich ist der Anschluss von starren und flexiblen Leitern möglich. Die Vorteile liegen in der hohen Kontaktsicherheit, da selbst einzelne Litzen sicher geklemmt werden. Der Push-In-Federkraftanschluss steht für Direktstecktechnik - starre Leiter lassen sich werkzeuglos anschließen. Lediglich zum Anschluss von flexiblen Leitern muss der Klemmraum vorher mit Hilfe eines Schraubendrehers über den Hebel geöffnet werden. Auf die gleiche Art und Weise lassen sich beide Leiterarten wieder aus der Klemmstelle lösen.

Installationsanweisungen helfen bei der Geräteentwicklung

In einer explosiven Atmosphäre ermöglichen beide Leiteranschlussarten eine sichere und dauerhafte Kontaktierung (Bild 4). Bei einer Steckverbindung ist nicht nur die Leiteranschlussseite, sondern auch die Leiterplattenanschlussseite zu betrachten. Neben den Steckern sind deshalb auch die dazu passenden Stiftleisten mit Ex-Zulassung in den beiden Zoll-Rastern verfügbar. Sie erlauben eine parallele oder vertikale Steckrichtung zur Leiterplatte. Die Stiftleisten sind für Wellenlötprozesse ausgelegt.

Die Installationsanweisungen, die der Ex-Zulassung anhängen und beim Einsatz der Produkte zu beachten sind, beschreiben die Verbindung zwischen Stiftleiste und Leiterplatte näher. So muss die mechanische Beanspruchung der Lötstellen verhindert werden. Dies kann unterschiedlich umgesetzt werden – etwa wenn die Stiftleisten zusätzlich mit der Leiterplatte verschraubt werden. Da dies nicht bei allen Stiftleisten-Varianten möglich ist, können die Lötstifte alternativ verschränkt oder durch eine andere geeignete Maßnahme zusätzlich gesichert werden.

Die Umgebungstemperatur für den Einsatz der Leiterplatten-Steckverbinder bei einem Nennstrom von 12 A beträgt -50 bis 40°C. Dadurch sind sie für den Einsatz in Abzweig- und Verbindungskästen der Temperaturklasse T6 geeignet. Die Temperaturklasse legt die zulässige Oberflächentemperatur fest.

Stecker und Stiftleiste bilden eine sichere Verbindung

Um Funkenbildung sowie erhöhte Erwärmung an der Steckverbindung auszuschließen, kommt es auf die Kontaktsicherheit zwischen Stecker und Stiftleiste an. Generell ist die sichere Kontaktierung durch die Federgabel im Stecker gegeben, die den Stiftkontakt von zwei Seiten umschließt. Um gegenüber äußeren Einflüssen wie etwa Vibration resistent zu sein, können Stecker und Stiftleiste zusätzlich gesichert werden: sie werden miteinander verschraubt oder durch einen Rastflansch verbunden.

Vor der Auslieferung werden die Steckverbinder einer Hochspannungsprüfung unterzogen. Dabei wird die Spannungsfestigkeit der Produkte mit Ex-Zulassung ermittelt - Spannungsüberschläge zwischen einzelnen Polen werden so ausgeschlossen. Um die Steckverbinder mit Ex-Zulassung von Standardartikeln zu unterscheiden, erhalten sie eine spezielle Bedruckung: Zertifikatsnummer der Zulassungsstelle und der IEC sowie die Definition des möglichen Einsatzbereichs. Bei den Steckverbindern von Phoenix Contact besagt der Aufdruck, dass die Dekra (bis Ende 2010 Kema) die Artikel zugelassen hat, und dass sie für den Einsatz im Bereich der erhöhten Sicherheit geeignet sind.

Vorteile bei der Geräteentwicklung für den Ex-Bereich

Die Vorteile für den Entwickler von Geräten für den Ex-Bereich liegen darin, dass die Steckverbinder bereits eine Zulassung für diesen Einsatzbereich besitzen. Bei der Gerätezulassung müssen die Steckverbinder von der Zulassungsstelle nicht mehr gesondert betrachtet werden. Das Risiko, dass die Gerätezulassung an den Parametern der gewählten Steckverbindungen scheitert, ist ausgeschlossen. Daraus resultiert nicht nur eine Zeit-, sondern auch eine hohe Kostenersparnis. //KR

* * Dipl.-Wirt.-Ing. Pia Horstmann ... ist im Produktmarketing Leiterplatten-Anschlusstechnik bei Phoenix Contact in Blomberg tätig.

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