Gefährdete Atmosphären

Eine gefährdete Atmosphäre entsteht, wenn ein Stoff mit Sauerstoff vermischt wird und somit die Gefahr einer Explosion auftritt.  Dieser Zustand kann durch eine ganze Reihe verschiedenster Stoffe verursacht werden.  Manche dieser Stoffe sind flüchtige Flüssigkeiten, darunter Benzin und ähnliches, oder explosive Gase wie Methan, Wasserstoff oder Propan.  Diese Gefahr ist nicht auf flüchtige Flüssigkeiten beschränkt. Brennbare Feststoffe, darunter Mehl, Kohlenstaub oder Holzstaub, können ebenso in die Atmosphäre aufsteigen und gefährliche Bedingungen verursachen.

Für diesen Bereich existiert eine ganze Reihe an internationalen Standards, darunter ATEX in Europa und IECEx für internationale Anwendungen.  Diese Standards unterteilen gefährliche Bedingungen je nach Risikostufe in Zonen bzw. Klassen und Abteilen. Im Falle von ATEX werden Zone 0, Zone 1 und Zone 2 verwendet, um Bereiche mit Gasen, Stäuben oder Dämpfen zu bestimmen.  Zone 20, Zone 21 und Zone 22 dienen der Beschreibung von Bereichen mit brennbarem Staub.

Hersteller von Geräten entwickeln ihre Produkte so, dass sie eigensicher sind.  Produkte dieser Art werden manchmal auch als explosionsgeschützt beschrieben, doch dies ist nicht unbedingt vollkommen zutreffend.  Eigensicheres Equipment ist so konzipiert, dass ein normaler Betrieb in einem gefährdeten Bereich mit hoher Wahrscheinlichkeit keine Explosion verursacht. Dies wird in der Regel erreicht, indem verhindert wird, dass das Equipment eine wirksame Zündquelle darstellt.  Dabei bedienen sich die Hersteller des Equipments einer ganzen Reihe an Techniken, um die Entstehung einer wirksamen Zündquelle zu unterbinden, darunter Schirmungen und Isolierungen verschiedenster Art.  Hinzu kommt, dass den Herstellern verschiedene Materialien zur Verfügung stehen, die speziell dafür geeignet sind, das Risiko der Entstehung einer wirksamen Zündquelle zu verringern oder vollständig auszuräumen.

Zu den Komponenten mit etwaiger ATEX- oder IECEx-Einstufung zählen Steckverbinder, Stecker und Buchsen; Schalter;  Boxen, Kästen, Gehäuse und Schränke; Kabelverschraubungen; Leuchten; Leucht- und Akustikmelder;   Weitere Geräte, die ebenso zertifiziert sein können, sind mitunter: Kameras und Bildgebungsgeräte; Erdungsklemmen; Sensoren.  Zu den Herstellern von Produkten mit ATEX-Zertifizierung zählen CEAG, Cordex, HARTING, Lapp, Newson Gale, Pepperl + Fuchs, PR Electronics, Rittal, Turck, Vega.

Zu diesen wirksamen Zündquellen zählen mitunter offenes Feuer, Funken durch den elektrischen oder mechanischen Betrieb des Equipments, hohe Temperaturen an Oberflächen sowie elektrostatische Entladungen.

Hersteller geben in aller Regel die geeignete Zone an, in der ihr Equipment sicher verwendet werden kann.  Zudem wird das Equipment gegebenenfalls mit entsprechenden Etiketten zur eindeutigen Identifikation markiert.

Das ATEX-Rating ist eine europäische Richtlinie.  Im Vereinigten Königreich sind die jeweiligen Standards unter der Richtlinie DSEAR geregelt (The Dangerous Substances and Explosive Atmospheres Regulations of 2002).  Das Äquivalent in den USA ist der sogenannte HAZLOC-Standard.  Für internationale Anwendungen verwendet die ICE (International Electrotechnical Commission) das sogenannte IECEx-System.

Zu den Industriezweigen die gefährdete Atmosphären erzeugen oder diesen ausgesetzt sein können, zählen Erdölexplorationsanlagen, die Ölförder- und Raffinerieindustrie; Gasförder- und Verteilanlagen; der Bergbau; die Lebensmittelbearbeitung; die Stromerzeugung; das produzierende Gewerbe; und die Forschungsindustrie.

 

Raue Umgebung

Equipment muss oftmals unter schwierigen Bedingungen eingesetzt werden.  Dabei ist dieses Equipment eventuell extremen Temperaturen, Vibrationen, Stößen, Wasser oder Chemikalien ausgesetzt.  Hersteller liefern Informationen zur Erklärung, wie ihre Geräte verwendet werden können.

Viele Entwickler verwenden das IP-Rating um anzugeben, inwiefern ein Gerät gegen den Eintritt von Wasser geschützt ist. Die Schutzart (im Englischen: IP Rating) beschreibt den Schutz vor eindringenden Medien.  Die Einstufung lautet beispielsweise IP65.  Die zweistellige Nummer beschreibt den Schutz des Geräts.  In manchen Fällen folgt darauf noch ein Zusatz.  So beschreibt ein Rating von IP64 beispielsweise den Schutz gegen Spritzwasser, IP68 schützt gegen das Eintauchen in Wasser mit einer Tiefe von mehr als 1 Meter (oftmals bis zu 3 Meter), während IP69K Schutz vor hohem Wasserstrahldruck bietet (beispielsweise in Reinigungsanwendungen).

Die Eignung für den Betrieb in extremen Temperaturen wird von dem Betriebstemperaturbereich angegeben.  Dieser Bereich wird in der Regel von einer Mindest- und einer Maximaltemperatur beschrieben und gibt an, in welchem Temperaturbereich ein Gerät wie vorgesehen funktionieren kann.  In manchen Fällen wird noch eine weitere Temperatur angegeben, in der Regel eine Maximaltemperatur und eine entsprechende zeitliche Dauer. Dieser Temperatur kann das Gerät über einen kurzen Zeitraum standhalten, bevor die Temperatur letztlich auf einen Wert innerhalb des Betriebstemperaturbereichs verringert werden muss.  Dies ist insbesondere für gelötete Teile von Bedeutung, die über den Zeitraum des Lötvorgangs selbst höheren Temperaturen ausgesetzt sein werden.  Denken Sie auch daran, dass hohe Temperaturen zusammen mit anderen Bedingungen womöglich zusätzliche Schutzvorkehrungen erforderlich machen.  So kann beispielsweise erhitztes Salzwasser/Meerwasser andere Auswirkungen auf bestimmte Materialien (z.B. ungeschütztes Aluminium) haben als nicht erhitztes Salzwasser/Meerwasser.

IP-Ratings werden oftmals für die folgenden Komponenten vergeben: Steckverbinder, Rückgehäuse, Stecker und Buchsen; Schalter, Tastenfelder; Lüfter und HLK-Equipment;  Boxen, Kästen, Gehäuse und Schränke; Kabelverschraubungen, Installationsleitungen; Leuchten; Sensoren und Messwandler. Zu den Herstellern von Produkten mit IP-Einstufung zählen Amphenol, APEM, Bulgin, Carlingswitch, Cherry, Deutsch, Fibox, Fischer, Hellermann Tyton, Lapp, Lemo, Lumberg, Molex, Otto, Panasonic, Pepperl + Fuchs, Souriau, Switchcraft, TE Connectivity

Equipment, das an bewegliche oder mit einem Motor ausgestattete Maschinen gekoppelt ist, kann Vibrationen oder Stößen ausgesetzt sein.  Diese Vibrationen werden in Hertz (Schwingungen pro Sekunde) oder im Hinblick auf Schwingungen pro Minute gemessen.  Die Beschleunigung wird hingegen in Metern pro Sekunde pro Sekunde (m/s2) oder mit Verweis auf die Gravitationskraft an der Erdoberfläche als G gemessen. Dabei entspricht 1G = 9,81 m/s2.  Die Amplitude der Schwingung (die Entfernung, um die das jeweilige Equipment aus seiner Ruheposition bewegt wird) kann ebenso gemessen werden.  Stöße werden in aller Regel als einfache Kraft gemessen, oftmals mit Verweis auf die Gravitationskraft (G).

 

Werkstoffe

Umfassendes Verständnis der mit hoher Wahrscheinlichkeit auftretenden Bedingungen ist für die Wahl des richtigen Materials besonders wichtig. Doch auch dann wird diese Wahl ein Kompromiss zwischen verschiedenen konkurrierenden Anforderungen sein.

So ist beispielsweise Aluminium ein besonders leichtes und elektrisch leitfähiges Metall, das in den unterschiedlichsten Branchen zum Einsatz kommt. Auf der anderen Seite ist es jedoch sehr anfällig für Korrosion durch Salzwasser.  Als Alternative bieten sich Kunststoffe an: Diese sind weniger korrosionsanfällig und sind ebenso sehr leicht, sind jedoch nicht elektrisch leitfähig und können anfällig für Schäden durch UV-Strahlen sein.  Wird ein hohes Maß an Zugfestigkeit benötigt, wären sowohl Aluminium als auch Kunststoffe schlichtweg eine schlechtere Wahl als Edelstahl. Dieses Material hätte jedoch wiederum einen bedeutenden Einfluss auf das Gewicht der jeweiligen Komponente.

Hier sei auch angemerkt, dass Materialien in bestimmten Umgebungen, die auf den ersten Blick sicher erscheinen mögen, für etwas anfällig sein können.  Eine herkömmliche Haushaltsküche, beispielsweise, stellt Produktentwickler vor eine ganze Reihe an Herausforderungen.  Die Präsenz hochgradig säurehaltiger Flüssigkeiten (Orangensaft) und aggressiver Chemikalien (Reiniger) sowie hohe Temperaturen können Materialien ernsthaft angreifen.

Zu den Materialien, die sich für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen eignen, zählen Aluminium; Nickel-Aluminium-Bronze-Legierung; Edelstahl; Titan; PEEK; PBT; Flüssigkristallpolymer; Keramik und Porzellan; Phosphorbronze; Verbundwerkstoffe; Gummi und Silikongummi.