In explosionsgefährdeten Bereichen kommen häufig zwei sehr unterschiedliche Gerätearten zum Einsatz. Die eine ist ein robustes Telefon, eine Sprechstelle oder eine Bedienstation mit stabilem Metallgehäuse, massiven Befestigungselementen und Kabeleinführungen. Die andere ähnelt eher einem üblichen Handgerät, etwa einem Mobiltelefon, Funkgerät oder stromsparenden Feldterminal für explosionsgefährdete Bereiche. Beide können für explosionsfähige Atmosphären zertifiziert sein, erreichen den Schutz jedoch auf grundlegend unterschiedliche Weise.
Bei der einen Konstruktionsweise wird berücksichtigt, dass im Geräteinneren Funken, Lichtbögen oder heiße Bauteile auftreten können, die ein Gasgemisch entzünden könnten. Ein speziell ausgelegtes und geprüftes Gehäuse hält eine innere Explosion zurück. Die andere Konstruktionsweise begrenzt Spannung, Strom, Leistung und gespeicherte Energie auf Schaltungsebene, sodass der zugängliche Stromkreis unter festgelegten Bedingungen nicht genügend Energie besitzt, um als wirksame Zündquelle zu dienen.
Bei Kommunikationsterminals beeinflussen diese Ansätze Baugröße, Lautsprecherleistung, Batteriekonzept, Anzeigen, Schnittstellen, Verkabelung, Wartung und sogar die gesamte Netzarchitektur. Die eigentlichen Auswahlfragen lauten daher: Welche Kommunikationsfunktionen werden benötigt? Wie hoch ist der Leistungsbedarf? Ist das Gerät ortsfest oder mobil? Welche Einteilung des explosionsgefährdeten Bereichs gilt? Und welche Zündschutzart wird für den gesamten Kommunikationsstromkreis eingesetzt?
Was bedeuten „explosionsgeschützt“ und „eigensicher“?
Bezeichnungen wie „explosionsgeschütztes Telefon“, „explosionsgeschütztes Funkgerät“ oder „explosionsgeschütztes Terminal“ dienen oft als Sammelbegriffe für Geräte, die für explosionsfähige Atmosphären zertifiziert sind. Die Normenreihe IEC 60079 unterscheidet jedoch mehrere Zündschutzarten, darunter druckfeste Kapselung Ex d, erhöhte Sicherheit Ex e, Eigensicherheit Ex i, Überdruckkapselung Ex p und Vergusskapselung Ex m. Alle verfolgen das Ziel, das Entzündungsrisiko durch elektrische Geräte zu verringern, verwenden dafür jedoch unterschiedliche Verfahren.
Für einen präzisen technischen Vergleich sollten die beiden Konzepte so bezeichnet werden: Kommunikationsterminals mit druckfester Kapselung (Ex d) gegenüber eigensicheren Kommunikationsterminals (Ex i). Im IECEx-System gilt IEC 60079-1 für die druckfeste Kapselung „d“, IEC 60079-11 für die Eigensicherheit „i“ und IEC 60079-0 für allgemeine Anforderungen an Bauweise, Prüfungen und Kennzeichnung von Ex-Geräten. Diese Unterscheidung ist wichtig: Die Angabe „Ex“ auf dem Typenschild allein gibt die Zündschutzart nicht an. Weitere Kennzeichnungen wie db, ia, ib und icmüssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Zwei unterschiedliche Schutzprinzipien
Der grundlegende Unterschied ist klar: Ein Ansatz verhindert die Ausbreitung einer Explosion, der andere begrenzt die Zündenergie.
Ex d: Die Gefahr im Gehäuse einschließen
Druckfeste Kapselung garantiert nicht, dass im Gerät niemals Lichtbögen, Funken oder Zündungen auftreten. Vielmehr wird das Gehäuse so ausgelegt, dass es unter festgelegten Bedingungen dem Druck einer inneren Explosion standhält und durch sorgfältig gestaltete Spalte und konstruktive Merkmale verhindert, dass Flammen in die umgebende explosionsfähige Atmosphäre gelangen.
Gehäusefestigkeit, zünddurchschlagsichere Spalte bzw. Fugen, Befestigungselemente, Kabeleinführungen und andere für die Gehäuseintegrität relevante Teile gehören daher zum Schutzsystem.
Für ortsfeste Kommunikationsterminals hat dieser Ansatz einen praktischen Vorteil: Das Gehäuse kann herkömmliche Kommunikationselektronik, Relais, Verstärker und Bauteile mit vergleichsweise hoher Leistung aufnehmen, sofern das Gesamtgerät mit einer geeigneten Zündschutzart ausgelegt und zertifiziert wurde.
Ex i: Die Stromkreisenergie unter der Zündschwelle halten
Eigensicherheit verfolgt ein völlig anderes Prinzip. Statt eine innere Explosion mit einem schweren Gehäuse einzuschließen, werden Spannung, Strom, Leistung und die in Kapazitäten und Induktivitäten gespeicherte Energie begrenzt. Elektrische Funken und thermische Wirkungen bleiben dadurch unter dem Niveau, das die festgelegte explosionsfähige Atmosphäre unter definierten Normal- und Fehlerbedingungen entzünden könnte.
Die Beurteilung beschränkt sich somit nicht auf das Gehäuse, sondern umfasst den Stromkreis und den gesamten angeschlossenen eigensicheren Stromkreis.
| Vergleichsmerkmal | Druckfeste Kapselung Ex d | Eigensicherheit Ex i |
|---|---|---|
| Grundprinzip | Hält einer inneren Explosion stand und verhindert die Ausbreitung der Flamme nach außen | Begrenzt elektrische und thermische Energie, damit keine wirksame Zündquelle entsteht |
| Wichtigste Konstruktionsmerkmale | Gehäuse, Fugen, Befestigungen, Kabeleinführungen und zugehörige Strukturen | Spannung, Strom, Leistung, gespeicherte Energie und Parameter des gesamten Stromkreises |
| Typische Eigenschaften | Robuster Aufbau mit größerem Spielraum für leistungsstärkere Elektronik | Begrenzte Energie, gut geeignet für stromsparende Elektronik und Signalstromkreise |
| Typische Kommunikationsgeräte | Ortsfeste Telefone, verstärkte Sprechstellen, Bedienstationen und akustisch-optische Meldegeräte | Handterminals, Funkgeräte und stromsparende Feldgeräte |
Warum unterscheiden sich die Gehäuse so stark?
Die beiden Schutzprinzipien spiegeln sich unmittelbar in Aussehen und mechanischem Aufbau der Produkte wider.
Ein typisches ortsfestes Telefon mit druckfester Kapselung verwendet ein robustes Gehäuse aus Aluminiumlegierung, Edelstahl oder einem anderen entsprechend konstruierten Metall sowie festgelegte Deckel, Befestigungselemente und Kabeleinführungen. Es ist meist größer und schwerer als ein Bürotelefon, weil das Gehäuse nicht nur dem Stoßschutz dient, sondern wesentlicher Teil der Zündschutzart sein kann. Deshalb erfordern selbst scheinbar kleine konstruktive Änderungen eine sorgfältige Prüfung. Andere Schrauben, bearbeitete Fugen, zusätzliche Bohrungen vor Ort oder ein anderer Kabelverschraubungstyp können die ursprünglichen Schutzbedingungen beeinträchtigen.
Ein eigensicheres Terminal legt den Schwerpunkt stärker auf die interne Schaltung. Wenn Schaltungen, Bauteile, Leiterplattenabstände, gespeicherte Energie, Akku und externe Anschlüsse die einschlägigen Anforderungen erfüllen, ist zum Schutz nicht unbedingt ein schweres druckfestes Gehäuse erforderlich. Deshalb können viele für Ex-Bereiche zertifizierte Handfunkgeräte, mobile Terminals und Messgeräte relativ kompakt bleiben. Ein Kunststoffgehäuse weist jedoch nicht automatisch auf Eigensicherheit hin, und ein Metallgehäuse bedeutet nicht automatisch Ex d. Entscheidend sind Zertifizierungskennzeichnung und Bescheinigung, nicht allein das Aussehen.
Der Leistungsbedarf kann die Auswahl bestimmen
Bei Kommunikationsgeräten liegt einer der wichtigsten praktischen Unterschiede zwischen Ex d und Ex i nicht allein in der Bescheinigung, sondern im Leistungsbudget.
Ein Kommunikationsterminal ist nicht nur ein Sensor. Es kann Hörer, Lautsprecher, Anzeige, Hintergrundbeleuchtung, Kamera, Funkmodul, Prozessor, Relais, Signalleuchte oder sogar einen externen Druckkammerlautsprecher versorgen müssen. All diese Funktionen benötigen Energie.
Eine druckfeste Konstruktion kann die für die Kommunikation benötigten Schaltungen und Leistungskomponenten aufnehmen, während das zertifizierte Gehäuse und der Gesamtaufbau die zugehörige Gefahr beherrschen. Deshalb werden bei ortsfesten Telefonen, verstärkten Sprechstellen, Rufstationen und Alarmgeräten in lauten Bereichen oft druckfeste oder kombinierte Zündschutzarten eingesetzt.
Die Eigensicherheit begrenzt Energie an ihrer Quelle. Das ist besonders für Sensoren, Signalgeräte, tragbare Kommunikationsgeräte und speziell entwickelte stromsparende Elektronik wertvoll. Benötigt ein Terminal jedoch dauerhaft einen hohen Schallpegel, einen leistungsstarken Lautsprecher oder energieintensive Peripheriegeräte, wird die eigensichere Auslegung anspruchsvoller.
Daher ist die Annahme falsch, jedes Telefon für Ex-Bereiche müsse eigensicher gebaut sein. Ein ortsfestes Telefon in einer lauten chemischen Produktionsanlage kann einen lauten Rufton, leistungsstarke Freisprechausgabe, einen externen Hornlautsprecher oder die Anbindung akustischer und optischer Alarmierung benötigen. Diese Leistungsanforderungen gehören zur Auswahlentscheidung.
| Kommunikationsanforderung | Druckfeste bzw. kombinierte Schutzbauweise | Eigensichere Bauweise |
|---|---|---|
| Normale bidirektionale Sprachkommunikation | Vergleichsweise einfach umzusetzen | Je nach zertifizierter Auslegung möglich |
| Leistungsstarke Freisprechausgabe | Größerer Spielraum für hohe Ausgangsleistung | Durch Energiegrenzen stärker eingeschränkt |
| Leistungsstarker externer Hornlautsprecher | Mit geeignet zertifiziertem System realisierbar | Erfordert meist zusätzliche Betrachtung von Leistung und Schnittstellen |
| Akustische und optische Alarmierung | Bei ortsfesten Industrieterminals verbreitet | Die Energie ist für die gesamte eigensichere Auslegung zu bewerten |
| Akkubetriebenes Mobilgerät | Möglich, allerdings mitunter konstruktiv aufwendiger | Üblich bei speziell entwickelten stromsparenden Mobilgeräten |
Unterschiede bei Installation und Wartung
Keine der beiden Gerätearten darf wie ein gewöhnliches Industrieterminal installiert oder gewartet werden; ihre kritischen Punkte unterscheiden sich jedoch.
Druckfeste Geräte reagieren besonders empfindlich auf bauliche Veränderungen
Bei einem Ex-d-Terminal muss die Wartung die Gehäusestruktur erhalten. Zünddurchschlagsichere Spalte und Fugen dürfen nicht beliebig geschliffen oder bearbeitet werden. Vorgeschriebene Befestigungselemente dürfen nicht ersetzt werden, nur weil eine andere Schraube gleich groß erscheint. Kabelverschraubungen, Adapter und Verschlussstopfen dürfen nicht allein danach ausgewählt werden, ob das Gewinde passt.
Eine zusätzliche Bohrung vor Ort zur einfacheren Verkabelung oder der Ersatz ursprünglicher Konstruktionsteile durch ungeprüfte Alternativen kann die ursprünglichen Schutzbedingungen verändern.
Eigensichere Systeme reagieren besonders empfindlich auf Änderungen von Stromkreisparametern und Trennung
Bei einem Ex-i-System liegt das Hauptrisiko häufig in Änderungen der Schaltung und nicht des Gehäuses. Wird eine Sicherheitsbarriere ersetzt, werden Stromkreise zusammengeführt, Kabeltyp oder -länge verändert, nicht geprüfte Geräte ergänzt oder die erforderliche Trennung zwischen eigensicheren und nicht eigensicheren Stromkreisen missachtet, können die Auslegungsbedingungen verletzt werden.
Die Wartung eines eigensicheren Kommunikationsstromkreises darf sich daher nicht auf die Frage beschränken, ob das Ersatzgerät mit derselben Spannung arbeitet. Auch die Systemparameter und einschlägigen Installationsunterlagen müssen erneut geprüft werden.
Ein weiteres Missverständnis lautet: „Da der Stromkreis eigensicher ist, kann er jederzeit unter Spannung getrennt oder bearbeitet werden.“ Eigensicherheit bietet in bestimmten Wartungssituationen Vorteile; ob Arbeiten unter Spannung erlaubt sind, hängt jedoch weiterhin von der Gerätebescheinigung, betrieblichen Verfahren, einschlägigen Normen und dem Arbeitserlaubnissystem ab. Eigensicherheit bedeutet keine uneingeschränkte automatische Erlaubnis zum Arbeiten unter Spannung.
Die Zündschutzart muss letztlich zur Kommunikationsaufgabe passen
In explosionsgefährdeten Bereichen sind Ex d und Ex i keine konkurrierenden Produktbezeichnungen, sondern unterschiedliche technische Lösungswege. Ex d beantwortet die Frage, wie Geräte mit möglicherweise zündfähigen Stromkreisen die Gefahr durch eine zertifizierte Konstruktion einschließen können. Ex i beantwortet die Frage, wie elektrische und thermische Energie im Stromkreis unter die wirksame Zündschwelle begrenzt werden kann. Ersteres bietet mehr Gestaltungsfreiheit für ortsfeste Geräte mit hoher Schallleistung, höherem Leistungsbedarf und komplexen Feldschnittstellen. Letzteres eignet sich besonders für stromsparende Schaltungen, mobile Terminals, Messtechnik und Anwendungen mit streng begrenzter Stromkreisenergie. Keine dieser Aussagen ersetzt jedoch die Prüfung von Ex-Kennzeichnung, Zertifizierung und tatsächlichen Einsatzbedingungen des konkreten Produkts.
Industriekommunikationssysteme sollten vermeiden, allein aus Standardisierungsgründen allen Geräten dieselbe Zündschutzart vorzuschreiben. Ein Chemiebetrieb kann gleichzeitig ortsfeste druckfeste Telefone, eigensichere mobile Funkgeräte, Lautsprecher für Ex-Bereiche und herkömmliche Leitstellentechnik im sicheren Bereich verwenden. Wenn jedes Gerät für seinen Standort geeignet ist und die Plattform Telefonie, PTT, Disposition und Alarmierung zu einem gemeinsamen Ablauf verbindet, entspricht diese Mischarchitektur häufig besser den betrieblichen Anforderungen.
Becke Telcom bietet explosionsgeschützte Telefone, industrielle Kommunikationsterminals, IP-PBX-Systeme, SIP-Server, RoIP-Gateways sowie Leitstellen- und Dispositionssysteme für Öl und Gas, Chemie, Energie, Lagerung und andere Anwendungen in explosionsgefährdeten Bereichen.
Häufig gestellte Fragen
Sind druckfeste Kapselung und Eigensicherheit zwei Schutzstufen derselben Art?
Nein. „Explosionsgeschützt“ dient häufig als Sammelbegriff für Geräte in Ex-Bereichen, während Ex i eine konkrete Zündschutzart auf Grundlage der Eigensicherheit ist. Technisch vergleicht man besser Ex d (druckfeste Kapselung) mit Ex i (Eigensicherheit). Sie beruhen auf unterschiedlichen Prinzipien und lassen sich nicht einfach als höhere oder niedrigere Schutzstufen einordnen.
Was ist für Zone 1 geeigneter: Ex d oder Ex i?
Beide Zündschutzarten können in Zone 1 verwendet werden, wenn das Gerät das geforderte Schutzniveau erfüllt und seine Bescheinigung die Anwendung erlaubt. Ex db ist bei geeigneten ortsfesten Kommunikationsterminals in Zone 1 verbreitet; eigensichere Geräte können Ex ib oder ein höheres Schutzniveau verwenden. Außerdem zählen Gasgruppe, Temperaturklasse, Umgebungsbedingungen und erforderliche Funktionen.
Sind eigensichere Geräte immer leichter?
Nicht unbedingt. Da Eigensicherheit kein schweres druckfestes Gehäuse zum Einschluss einer inneren Explosion voraussetzt, lassen sich stromsparende Hand- und Feldgeräte oft kompakt bauen. Das endgültige Gewicht hängt jedoch auch von Akku, mechanischem Schutz, IP-Schutzart, Anzeige und Kommunikationsfunktionen ab. Die Zündschutzart lässt sich nicht allein am Gewicht ablesen.
Können eigensichere Geräte direkt an einen gewöhnlichen Netzwerk-Switch oder ein Netzteil angeschlossen werden?
Nicht in jedem Fall. Eigensichere Geräte können Sicherheitsbarrieren, galvanische Trenner, zugehörige Betriebsmittel und eine abgestimmte Parametrierung des gesamten eigensicheren Stromkreises erfordern. Mit Gerätebescheinigung, Kontrollzeichnung und Systemplanung sind Uo, Io und Po mit Ui, Ii und Pi sowie Kapazität und Induktivität der angeschlossenen Geräte und Kabel abzugleichen.
Welche Zündschutzart eignet sich für ein festes Telefon in einem lauten Ex-Bereich?
Werden ein lauter Rufton, leistungsstarke Freisprechausgabe, ein externer Hornlautsprecher, akustisch-optische Alarmierung oder andere leistungsintensive Funktionen benötigt, bieten druckfeste oder geeignet kombinierte Zündschutzarten meist mehr Auslegungsfreiheit. Die Auswahl muss dennoch auf Gerätebescheinigung, Zone, Umgebungsgeräusch und tatsächlichem Funktionsbedarf beruhen, nicht nur auf der Zündschutzart.
