Herausforderungen wie explosionsfähige Medien, extrem schnelle Temperaturwechsel oder flexible Prüfaufbauten stellen Anwender in der Prüftechnik vor hohe Anforderungen. Sonplas bietet dafür explosionsgeschützte Thermokammern, die höchste Sicherheit mit maximaler Flexibilität verbinden. Ob maschinenintegriert oder als Stand-alone-Lösung: Das modulare Konzept aus Basiskammer, Inertisierung und Temperierung ermöglicht sichere Tests mit Benzin, Methanol, Ammoniak bis hin zu Wasserstoff – bei voller Zugänglichkeit für komplexe Prüfaufbauten.

Bild 1: Alexander Groß, Teamleiter der mechanischen Konstruktion bei Sonplas: „Da Sauerstoffsensoren für bestimmte Medien nicht geeignet sind oder geschädigt werden können, ist unser entwickeltes Konzept deutlich wartungsärmer und robuster.“

Alles begann mit Benzin und Diesel. Dann kamen Biokraftstoffe und Flüssiggas – und plötzlich stand Methanol, Ammoniak und Wasserstoff im Fokus. „Gerade Wasserstoff ist ein sehr zündwilliges Gas“, sagt Alexander Groß, Teamleiter der mechanischen Konstruktion bei Sonplas. Deshalb haben sich auch die Thermokammern zu hochsicheren Lösungen weiterentwickelt. Heute lassen sich die Anlagen mit wenigen Anpassungen für diese ganz unterschiedlichen Medien nutzen, einschließlich Flüssiggas (LPG) und Erdgas. „Unsere explosionsgeschützten Thermokammern ermöglichen Anwendern nicht nur hochdynamische Temperatursimulationen, sondern auch die Prüfung von Produkten, die in einem Fehlerfall gefährliche explosionsfähige Stoffe freisetzen und entzünden könnten.“ Für die unterschiedlichen Medien lassen sich die Kammern ohne viel Aufwand umrüsten. Beispielsweise sinken bei manchen Prüfmedien die Gase nach unten, andere steigen nach oben – entsprechend kann der Nutzer einfach die Durchströmungsverhältnisse anpassen.

„Der Arbeitsbereich bewegt sich zwischen -60 und 180 Grad Celsius“, erläutert Groß. „Typisch ist die Prüfung von Produkten aus der Automotive-, Aerospace- und Schiffbauindustrie. Dazu gehören etwa Injektoren, Rails, Pumpen, Drucksensoren bis hin zu kompletten Kraftstoffsystemen – ebenso diverse Elektronikkomponenten und Systeme für die E-Mobilität, wie etwa Inverter oder Steuergeräte.“

Standardmäßig besteht der Grundkörper der Umhausung aus rostfreiem Edelstahl. Für eine maximale Medienbeständigkeit rüstet Sonplas Einbauten wie Durchführungen, Sichtfenster und Türen bei Bedarf mit Spezialwerkstoffen aus, etwa mit PTFE-beschichteten Dichtungen. Dabei stimmen sich Alexander Groß und sein Team individuell mit dem Kunden ab.

Seit mehr als 30 Jahren realisiert der Sondermaschinenbauer aus Straubing kundenspezifische Prüfstände mit integrierter Thermokammer für die Entwicklung neuer Produkte. Die Nachfrage steigt kontinuierlich, denn Prüfungen müssen immer häufiger unter realitätsnahen Bedingungen durchgeführt werden. Dabei stellt die Konstruktion der Thermokammern hohe Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit, Dichtigkeit und Performance. Einerseits müssen sie robust genug sein, um die Lasten und Vibrationen auch von schweren Prüfobjekten aufzunehmen, die beispielsweise bei hohen Drehzahlen getestet werden sollen. Auf der anderen Seite müssen sie möglichst leicht bleiben, um eine dynamische Temperierung zu ermöglichen: Je geringer die Masse, desto höher die Temperatur-Änderungsgeschwindigkeiten. Sonplas gelingt dieser Spagat durch eine filigrane Bauweise, die dennoch schwere, vibrierende Prüflingsaufbauten sicher aufnehmen kann. Diese Kombination beherrschen am Markt nur wenige Hersteller.

Absoluter Schutz sichergestellt

„Die Inertisierung unserer Thermokammern erfolgt bevorzugt nach dem Prinzip der Überdruckkapselung gemäß IEC 60079-2“, erklärt Alexander Groß. Bei diesem Prinzip wird die Prüfkammer mit einem Zündschutzgas wie Stickstoff erst durchspült und anschließend ein kontinuierlicher Überdruck erzeugt: So kann kein Sauerstoff eindringen. „Ohne Sauerstoff keine Verbrennung. Damit stellen wir ein sicheres Prüfumfeld her“, sagt Groß: „Im Gegensatz zu marktüblichen Thermokammern, in denen ein Sauerstoffsensor die Inertisierung überwacht, besticht dieses Konzept durch eine äußerst universelle Beständigkeit. Da Sauerstoffsensoren für bestimmte Medien nicht geeignet sind oder geschädigt werden können, ist unser entwickeltes Konzept deutlich wartungsärmer und robuster.“ Um höchste Sicherheits- und Qualitätsstandards zu gewährleisten, entwickelt und prüft Sonplas die Anlagen in enger Abstimmung mit zertifizierten Prüfstellen wie dem TÜV.

Bild 2: Das modulare Konzept aus Basiskammer, Inertisierung und Temperierung ermöglicht sichere Tests mit Benzin, Methanol, Ammoniak bis hin zu Wasserstoff.

Während bei marktüblichen Thermokammern die Temperiertechnik fest integriert ist, setzt Sonplas auf eine externe Temperierung mit frei wählbaren Geräten. Diese können in größerem Abstand zur Thermokammer positioniert werden, etwa in einem Nebenraum. Innerhalb der Sonplas-Thermokammer befindet sich lediglich ein kompakter Wärmetauscher, sodass maximaler Raum für die Prüfaufbauten zur Verfügung steht. Der Vorteil für den Kunden liegt auch in der hohen Skalierbarkeit: Die Temperierung kann bei Bedarf jederzeit nachgerüstet werden – wahlweise ausschließlich zum Heizen oder zusätzlich zum Kühlen, jeweils in unterschiedlichen Leistungsklassen. Sicherheitstechnisch bietet dieses Konzept zudem den Vorteil, dass die Oberflächentemperaturen in der Thermokammer – im Gegensatz zu üblichen elektrischen Heizstäben – sicher nicht die kritische Zündtemperatur erreichen.

Durch die konsequente Verwendung explosionsgeschützter Schutzsysteme und Geräte, die nach IECEx und ATEX (Gerätegruppe II, Temperaturklasse T3, Explosionsgruppe IIC) zertifiziert sind, erhält der Kunde eine sichere Thermokammer, die den Vorgaben der Richtlinie 2014/34/EU sowie den Anforderungen an die funktionale Sicherheit entspricht.

Teil des Sicherheitskonzepts ist eine Überdruckabsicherung, die für den Worstcase ausgelegt ist, sowie eine schräg zulaufende Bodenwanne mit integriertem Niveauschalter für den Fall, dass sich große Mengen an Medien freisetzen könnten. Damit wird nicht nur das Risiko von Explosionen minimiert, sondern auch der Bediener vor dem Austritt gefährlicher, toxischer Substanzen wie Methanol oder Ammoniak geschützt. Weitere Features sind die standardmäßig integrierte Türzuhaltung sowie ein Probeentnahmesystem für die Gasüberwachung in der Thermokammer. Die Tür kann erst geöffnet werden, wenn die Temperatur einen unkritischen Wert erreicht hat, der Stickstoff aus der Kammer gespült wurde und keine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre mehr vorhanden ist. Für maximalen Gesundheitsschutz sorgt zudem eine kontinuierliche Absaugung bei geöffneter Tür.

Individuell zusammengestellt

Neben der hohen Sicherheit spielt vor allem auch die Flexibilität eine große Rolle. Innerhalb der Kammer befindet sich eine individuell gestaltbare Basisplatte und C-Profile für kundenspezifische Installationen von Prüfaufbauten. Adapterplatten an den Seitenwänden ermöglichen die Durchführung von Kabeln, Rohren, oder auch Antriebswellen.

Bild 3: Die explosionsgeschützten Thermokammern von Sonplas bieten höchste Sicherheit und eine maximale Flexibilität.

Auch außerhalb der Kammer hat der Kunde dank des Alu-Profilsystems die Möglichkeit, einfach zusätzliches Equipment zu befestigen.

Die Basiskammer erhält der Nutzer auf Wunsch mit oder ohne Isolierung, quasi als reine Umhausung. Temperierung und Inertisierung lassen sich jederzeit erweitern. Sonplas bietet die Thermokammern sowohl in einer maschinenintegrierten Version als auch in einer kostengünstigen Stand-alone-Version an. „Wir haben Kunden, die nicht sofort eine teure Sondermaschine benötigen, sondern lediglich eine Schutzumhausung mit der Möglichkeit zum Inertisieren und Temperieren. Die spezifischen Prüfaufbauten werden häufig vom Kunden selbst integriert“, erklärt der Sonplas-Experte. „Deshalb haben wir unsere Thermokammern modular aufgebaut.“

Zugänglich von allen Seiten

Die Thermokammern sind von allen vier Seiten für die Applikation des Kunden freigehalten. Die Notwendigkeit dieser flexiblen Zugänglichkeit war einer der Hauptgründe für die Eigenentwicklung der Thermokammern. Handelsübliche Versionen ermöglichen diese Zugänglichkeit in dem Umfang nicht. Dafür hat Alexander Groß und sein Team sämtliche Technik, die für den Betrieb der Lösung erforderlich ist, am Dach angeordnet. Das schafft mehr Platz im Inneren. Einzig der Wärmetauscher befindet sich im oberen Bereich des Prüfraums. Zugangstüren und applikationsspezifische Durchführungen sind rundherum möglich. Auch der Boden beziehungsweise der Bereich unterhalb der Kammer ist dafür vollständig freigehalten.

Die Entwicklungen in der Mobilität zeigen deutlich: Prüflösungen müssen heute in vielen Richtungen flexibel sein – von Systemen für Verbrennungsmotoren von alternativen Kraftstoffen bis hin zu Neuentwicklungen von Systemen für die Elektromobilität. Die ATEX-Thermokammer von Sonplas erfüllt diese Anforderungen. „Wir bieten mit diesen Anlagen bewährte und zukunftssichere Systemlösungen für industrielle Prüf- und Entwicklungsprozesse, die ihre Zuverlässigkeit und Qualität in zahlreichen Referenzprojekten unter Beweis gestellt haben“, beschreibt Sonplas-Experte Groß. „Durch unsere langjährige Erfahrung in der Prüftechnik und unser Know-how in der Sicherheitstechnik für Anlagen, die mit gefährlichen, explosionsfähigen oder toxischen Medien betrieben werden, bieten wir unseren Kunden ein durchgängig sicheres und flexibles Prüfkonzept – alles aus einer Hand.“

Bild 4: In der Kammer befindet sich eine individuell gestaltbare Basisplatte und C-Profile für kundenspezifische Installationen von Prüfaufbauten.

Bild 5: Die Basiskammer: Temperierung und Inertisierung lassen sich jederzeit erweitern.

Bild 6: Sämtliche spezifischen Komponenten befinden sich am Dach der Thermokammer. Damit sind Zugangstüren oder applikationsspezifische Durchführungen von allen Seiten möglich.