Zone 21 ist eine Gefahrenbereichsklassifizierung, die für Orte verwendet wird, an denen während des Normalbetriebs gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus brennbaren Stäuben in der Luft auftreten kann. Praktisch gesehen liegt sie zwischen Zone 20, in der eine explosionsfähige Staubatmosphäre ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist, und Zone 22, in der Staubwolken im Normalbetrieb nicht wahrscheinlich auftreten und – falls sie doch auftreten – nur kurze Zeit andauern. Diese Klassifizierung wird in Industriebereichen weit verbreitet angewendet, in denen Pulver, Fasern, Granulate und feine partikuläre Materialien gehandhabt werden, die bei Freisetzung, Verteilung oder Bewegungen zündfähige Staubwolken bilden können.

Das Verständnis von Zone 21 ist wichtig, da die Gefahren durch brennbare Stäube häufig unterschätzt werden. Staub kann sich unmerklich auf Geräteoberflächen, in Fördersystemen oder um Übergabestellen ansammeln. Sobald er in der Luft verteilt und einer ausreichenden Zündquelle ausgesetzt ist, kann sich diese Staubwolke schnell entzünden. Daher beeinflusst die Klassifizierung eines Bereichs als Zone 21 die Geräteauswahl, die Gehäusekonstruktion, die Temperaturbegrenzung, Kabeldurchführungen, Inspektionsroutinen und den gesamten Ansatz zum Explosionsschutz.

Was ist ein Staubgefahrenbereich der Zone 21?

Ein Staubgefahrenbereich der Zone 21 ist ein Ort, an dem während des Normalbetriebs gelegentlich eine Wolke aus brennbaren Stäuben auftreten kann. Der Begriff „Normalbetrieb“ ist dabei entscheidend. Er bezieht sich nicht nur auf einen idealen Betrieb unter Laborbedingungen, sondern umfasst auch die Arten von Freisetzungen, die bei gewöhnlichen industriellen Tätigkeiten auftreten können, wie beispielsweise Füll-, Entleerungs-, Übergabe-, Sieb-, Misch- oder Reinigungszyklen. Wenn diese gewöhnlichen Tätigkeiten hin und wieder eine brennbare Staubwolke erzeugen können, muss der umgebende Bereich möglicherweise als Zone 21 klassifiziert werden.

Typische Orte der Zone 21 umfassen Bereiche um Schüttstationen, Austrittsstellen von Becherwerken, Förderer, Mischer, Mühlen, Siebe, Zyklone, Verpackungsmaschinen und Inspektionsöffnungen an staubhandhabenden Geräten. In Lebensmittelanlagen kann dies Staub aus Mehl, Zucker, Stärke, Milchpulver, Kakao und Futtermitteln betreffen. In der Holzverarbeitung kann es sich um Schleif- und Schnittstaub handeln. In chemischen und pharmazeutischen Anlagen können feine organische Pulver betroffen sein. In der Metallverarbeitung können bestimmte fein verteilte Materialien unter geeigneten Bedingungen ebenfalls Gefahren durch brennbare Stäube darstellen.

Zone 21 wird nicht allein durch das Vorhandensein von Staub definiert. Der Staub muss brennbar sein, er muss in der Luft verteilt werden können und das Freisetzungsszenario muss im Normalbetrieb plausibel sein. Die Bereichsklassifizierung hängt daher von den Materialeigenschaften, der Freisetzungshäufigkeit, der Belüftung, der Reinigung, der Schichtansammlung, der Geräteanordnung und dem Prozessverhalten ab.

Welche Normen definieren Zone 21?

Der wichtigste internationale Rahmen stammt aus der IEC-60079-Reihe. Für die Staubbereichsklassifizierung behandelt IEC 60079-10-2 explosionsfähige Staubatmosphären und liefert die Grundlage für die Entscheidung, ob ein Bereich als Zone 20, Zone 21 oder Zone 22 klassifiziert werden soll. Für die Konstruktion, Prüfung und Kennzeichnung von Geräten legt IEC 60079-0 die allgemeinen Anforderungen für Ex-Geräte fest, während IEC 60079-31 den Schutz durch Gehäuse „t“ für explosionsfähige Staubatmosphären abdeckt. Für die Konstruktion, Auswahl und Installation elektrischer Geräte ist IEC 60079-14 die zentrale Referenz, und Inspektionen sowie Wartungen während des Lebenszyklus werden in IEC 60079-17 behandelt.

Auf dem europäischen Markt ist der ATEX-Rahmen ebenfalls von großer Bedeutung. Die Richtlinie 1999/92/EC befasst sich mit der Arbeitssicherheit und der Gefahrenbereichsklassifizierung, einschließlich der formellen Definition von Zone 21 für brennbare Staubatmosphären. Die Richtlinie 2014/34/EU behandelt Geräte und Schutzeinrichtungen, die zur Verwendung in explosionsfähigen Atmosphären bestimmt sind. Nach ATEX erfordert Zone 21 normalerweise Geräte, die für Anwendungen der Kategorie 2D geeignet sind, was einem hohen Schutzniveau gegen Staubgefahren entspricht.

Diese Normen und Richtlinien wirken zusammen und nicht unabhängig voneinander. Die Bereichsklassifizierung bestimmt das Gefahrenniveau, Produktnormen legen fest, wie Geräte konstruiert und geprüft werden, und Installations- sowie Wartungsnormen bestimmen, ob das Schutzkonzept während der gesamten Lebensdauer des Geräts gültig bleibt.

Wie Zone 21 in der Praxis bewertet wird

In realen Anlagen wird Zone 21 durch eine risikobasierte Bereichsklassifizierungsstudie ermittelt. Ingenieure untersuchen die Quelle der Staubfreisetzung, die Staubmenge, die Art der Staubverteilung, die Wahrscheinlichkeit der Wolkenbildung, die Wirksamkeit der Belüftung und die Dauer, für die eine explosionsfähige Atmosphäre vorhanden bleiben kann. Staubschichten sind ebenfalls wichtig, da angesammelter Staub durch Luftströmungen, Vibrationen, mechanische Bewegungen oder Reinigungstätigkeiten in die Luft aufgewirbelt werden kann. Darüber hinaus können heiße Oberflächen, die mit Staubschichten bedeckt sind, auch ohne sichtbare Staubwolke ein Zündrisiko darstellen.

Aus diesem Grund beschränkt sich die Bereichsklassifizierung nicht nur auf luftgetragenen Staub zu einem bestimmten Zeitpunkt, sondern berücksichtigt auch das Verhalten der Anlage im Laufe der Zeit. Eine Übergabestelle, die bei jedem Chargenzyklus kurzzeitig, aber wiederholt Staub freisetzt, kann trotzdem eine Klassifizierung als Zone 21 rechtfertigen. Ebenso kann ein Inspektionsbereich an einem Trichter, der während des gewöhnlichen Betriebs häufig geöffnet wird, ein gelegentliches, aber zu erwartendes Freisetzungsmuster erzeugen. Gute Reinigung und Absaugung können die Ausdehnung des Gefahrenbereichs verringern, beseitigen aber nicht die Notwendigkeit einer ordnungsgemäßen Klassifizierung, wenn eine Freisetzung von brennbaren Stäuben plausibel bleibt.

Schutzklassen und Ex-Kennzeichnungen für Zone 21

Eine der wichtigsten Vorstellungen bei der Auswahl von Geräten für Zone 21 ist, dass eine gewöhnliche staubdichte Leistung allein nicht ausreicht. Ein Produkt muss für explosionsfähige Staubatmosphären geeignet sein und nicht nur gegen das Eindringen von Schmutz resistent sein. Deshalb schauen Ingenieure über eine einfache IP-Schutzart hinaus und bewerten die vollständige Ex-Kennzeichnung, das Gehäusekonzept, die Temperaturbegrenzung, die Zertifizierungsgrundlage und die Installationsbedingungen.

1. Geräteschutzlevel und ATEX-Kategorie

Zone 21 entspricht üblicherweise dem Geräteschutzlevel Db im IEC-System und der Kategorie 2D im ATEX-Rahmen. Dies bezeichnet Geräte, die zur Verwendung bestimmt sind, bei denen während des Normalbetriebs gelegentlich eine explosionsfähige Staubatmosphäre auftreten kann. Mit anderen Worten: Das Produkt muss ein hohes Schutzniveau gegen Staubgefahren bieten und nicht nur eine normale industrielle Haltbarkeit aufweisen.

2. Schutz durch Gehäuse „t“

Für viele elektrische Produkte, die in Staubatmosphären verwendet werden, ist das typische Schutzkonzept Ex t, das auch in Kennzeichnungen wie Ex tb angegeben wird. IEC 60079-31 behandelt diese Schutztechnik. Sie konzentriert sich darauf, das Eindringen von Staub in das Gehäuse zu verhindern und die Oberflächentemperatur so zu begrenzen, dass Staubwolken oder Staubschichten nicht gezündet werden. Für die Verwendung in Zone 21 enthält die Kennzeichnung häufig das Niveau „b“ wie Ex tb zusammen mit der entsprechenden Staubgruppe und dem EPL.

3. Staubgruppen IIIA, IIIB und IIIC

Staubatmosphären werden weiter in Kategorien der Gruppe III unterteilt. IIIA umfasst brennbare Flugstoffe, IIIB nicht leitfähige Stäube und IIIC leitfähige Stäube. Dies ist wichtig, da leitfähige Stäube aus Sicht der Gerätekonstruktion in der Regel anspruchsvoller sind. Ein Produkt der Zone 21, das für Gruppe IIIC gekennzeichnet ist, kann normalerweise auch weniger anspruchsvolle Anwendungen der Gruppen IIIA und IIIB abdecken, aber das Gegenteil gilt nicht.

4. Kennzeichnung der Oberflächentemperatur

Bei Staubgefahren ist die Temperaturkontrolle entscheidend. Gerätekennzeichnungen geben häufig eine maximale Oberflächentemperatur an, wie beispielsweise T85°C oder T120°C. Das ausgewählte Produkt muss unter den Zündeigenschaften des tatsächlich vorhandenen Staubs bleiben, mit einem angemessenen technischen Sicherheitsabstand. Dies ist besonders wichtig, wo sich Staubschichten ansammeln können, da eine isolierende Staubschicht die Oberflächentemperatur des Geräts erhöhen und das Zündrisiko verändern kann.

5. IP-Schutzart und Gehäuseintegrität

IP-Schutzarten sind weiterhin wichtig, müssen aber korrekt interpretiert werden. IEC 60529 definiert das IP-Code-System für den Gehäuseschutz gegen das Eindringen fester Partikel und Flüssigkeiten. In staubgefährdeten Bereichen ist häufig ein hohes Staubeindringschutzniveau erforderlich, um das Ex-Schutzkonzept zu unterstützen. In der Praxis suchen Ingenieure oft nach staubdichten Gehäusen wie IP6X, insbesondere wenn feiner Staub und aggressive Reinigungsbedingungen vorliegen. Eine IP-Schutzart allein beweist jedoch keine Eignung für Zone 21. Sie muss mit der korrekten Ex-Konstruktion, Prüfung, Kennzeichnung und Zertifizierungsgrundlage kombiniert werden.

Eine typische Kennzeichnung für eine Staubanwendung der Zone 21 kann wie folgt aussehen:

Ex tb IIIC T85°C Db

• Ex kennzeichnet explosionsgeschützte Geräte.

• tb gibt den Schutz durch Gehäuse „t“ in dem für Staub relevanten Niveau an.

• IIIC kennzeichnet die anspruchsvollste Staubgruppe für leitfähige Stäube.

• T85°C gibt die maximal zulässige Oberflächentemperatur an.

• Db kennzeichnet das für Zone 21 geeignete Geräteschutzlevel.

Warum IP-Schutzart und Ex-Kennzeichnung nicht dasselbe sind

Dies ist eine der häufigsten Quellen für Verwirrung. Ein Gehäuse mit IP66 oder IP67 mag in staubigen oder nassen industriellen Umgebungen sehr nützlich sein, stellt aber nicht automatisch ein explosionsgeschütztes Gerät dar. Der IP-Code gibt hauptsächlich die Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen von Feststoffen und Wasser unter definierten Prüfbedingungen an. Die Eignung für Zone 21 hängt hingegen davon ab, ob das Gerät so konstruiert und bewertet wurde, dass es keine umgebende explosionsfähige Staubatmosphäre zündet. Dies erfordert die Berücksichtigung von Gehäusekonstruktion, thermischem Verhalten, Fehlerbedingungen, Materialien, Staubeindringwiderstand, Kennzeichnung und Zertifizierung.

Kurz gesagt: Die IP-Schutzart unterstützt den Umweltschutz, während die Ex-Kennzeichnung das Zündrisiko in explosionsfähigen Atmosphären behandelt. Für Zone 21 können beide wichtig sein, sind aber nicht austauschbar.

Typische Anwendungen von Geräten der Zone 21

Geräte der Zone 21 werden in vielen Branchen eingesetzt, in denen während des gewöhnlichen Betriebs brennbare Stäube freigesetzt werden können. Die folgenden Beispiele gehören zu den häufigsten:

1. Lebensmittel- und Getreideverarbeitung: Mehlmühlen, Futtermühlen, Zuckerhandhabung, Stärkeverarbeitung, Getreideübergabe und Milchpulververpackung.

2. Holzverarbeitung: Sägewerke, Schleiflinien, Absaugsysteme für Holzverarbeitung, Pelletanlagen und Plattenherstellung.

3. Chemische und pharmazeutische Anlagen: feine organische Pulver, Zusatzstoffe, Zwischenprodukte und Übergabestellen für Chargenmaterial.

4. Metalle und fortgeschrittene Werkstoffe: ausgewählte feine metallische Pulver, Kohlenstaub und Handhabungssysteme für Spezialwerkstoffe.

5. Recycling und Schüttguthandhabung: Übergabestellen, Separatoren, Zerkleinerungslinien, Dosiersysteme und Schnittstellen zur Staubsammlung.

In diesen Umgebungen können übliche Produkte der Zone 21 industrielle Telefone, Sprechanlagen, lokale Steuerstationen, Anschlusskästen, Beleuchtung, Lautsprecher, Alarmeinrichtungen, Sensoren, Motoren, Kabelverschraubungen und Kameragehäuse umfassen – vorausgesetzt, sie sind ordnungsgemäß für die Verwendung in staubgefährdeten Bereichen zertifiziert und installiert.

Überlegungen zur Auswahl und Installation für Zone 21

Die Auswahl von Geräten für Zone 21 beschränkt sich nicht nur auf den Kauf eines zertifizierten Produkts. Die Installation muss das Schutzkonzept erhalten. Kabeldurchführungen, Verschraubungen, Stopfen, Verschlusslemente, Dichtungen, Montageverfahren und Wartungszugänge müssen alle mit den zertifizierten Einsatzbedingungen übereinstimmen. Die Ansammlung von Staub um wärmeerzeugende Geräte sollte bei der Anordnung berücksichtigt werden. Belüftungs- und Absaugsysteme sollten zusammen mit der elektrischen Konstruktion überprüft werden und nicht als separates Problem betrachtet werden.

Ingenieure sollten auch die tatsächlichen Staubeigenschaften der Anlage überprüfen, einschließlich Partikelverhalten, Neigung zur Schichtbildung, Zündeigenschaften und Leitfähigkeit falls relevant. Ein Produkt, das für eine Pulverhandhabungslinie geeignet ist, ist möglicherweise für eine andere nicht geeignet, wenn sich die Staubgruppe oder das Temperaturprofil ändert. Aus diesem Grund sollten Typenschilddaten, Zertifikate und Installationsanweisungen immer anhand der Standortklassifizierungsstudie überprüft werden.

Häufige Fehler in Projekten der Zone 21

• Die Annahme, dass gewöhnliche industrielle staubdichte Geräte automatisch für explosionsfähige Staubatmosphären geeignet sind.

• Die Auswahl allein nach der IP-Schutzart unter Ignorierung von Ex-Kennzeichnung, Staubgruppe und Oberflächentemperaturdaten.

• Die Vernachlässigung des Risikos durch leitfähige Stäube, bei denen Geräte der Gruppe IIIC erforderlich sein können.

• Die Nichtberücksichtigung der Ansammlung von Staubschichten auf Gehäuseoberflächen.

• Die Verwendung zertifizierter Geräte, die aber mit inkompatiblen Verschraubungen, Durchführungen oder Zubehörteilen installiert werden.

• Die Behandlung der Bereichsklassifizierung als bürokratische Übung statt als echte technische Bewertung.

FAQ

Ist Zone 21 gefährlicher als Zone 22?

Ja. Zone 21 gibt an, dass während des Normalbetriebs gelegentlich eine explosionsfähige Staubatmosphäre auftreten kann, während Zone 22 bedeutet, dass dies im Normalbetrieb unwahrscheinlich ist und – falls es eintritt – nur kurze Zeit andauert.

Welche Geräteart wird typischerweise in Zone 21 verwendet?

Geräte mit einem staubgeeigneten Ex-Schutzkonzept, häufig gekennzeichnet mit EPL Db und unter Verwendung des Gehäuseschutzes wie Ex tb, werden üblicherweise für Anwendungen der Zone 21 ausgewählt. Die genaue Wahl hängt von der Staubgruppe, den Temperaturanforderungen und den Installationsbedingungen ab.

Ist IP65 für Zone 21 ausreichend?

Nicht allein. Die IP-Schutzart allein stellt keinen Explosionsschutz dar. Ein Produkt der Zone 21 muss zusätzlich zur angemessenen Gehäuseschutzart über die korrekte Ex-Konstruktion, Kennzeichnung und Zertifizierung verfügen.

Was ist der Unterschied zwischen Zone 20 und Zone 21?

Zone 20 gilt für Bereiche, in denen eine explosionsfähige Staubatmosphäre ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist. Zone 21 gilt für Bereiche, in denen sie während des Normalbetriebs gelegentlich auftreten kann.

Können Staubschichten auch ohne sichtbare Staubwolke gefährlich sein?

Ja. Staubschichten können gefährlich werden, da sie aufgewirbelt und in der Luft verteilt werden können und zudem heiße Oberflächen isolieren und das Zündrisiko erhöhen können. Aus diesem Grund sind sowohl Reinigung als auch Temperaturkontrolle in staubgefährdeten Bereichen wichtig.

Gilt Zone 21 nur für Innenräume?

Nein. Obwohl viele Prozessgefahren durch Staub in Innenräumen auftreten, kann Zone 21 auch im Freien existieren, wo brennbare Stäube unter normalen Betriebsbedingungen freigesetzt werden, sich absetzen und verteilt werden können.

Fazit

Zone 21 ist eine wichtige Klassifizierung für Anlagen, in denen während des Normalbetriebs gelegentlich Wolken aus brennbaren Stäuben auftreten können. Sie unterliegt anerkannten Rahmenwerken wie IEC 60079 und ATEX und erfordert mehr als eine allgemeine industrielle Haltbarkeit. Die korrekte Geräteauswahl hängt vom vollständigen Schutzkonzept ab, einschließlich Ex-Kennzeichnung, EPL oder Kategorie, Staubgruppe, Oberflächentemperatur, Gehäuseintegrität und konformer Installation. Wenn diese Elemente gemeinsam bewertet werden, wird der Schutz vor Zone 21 zu einer strukturierten technischen Aufgabe statt zu einer Vermutung basierend auf dem Aussehen oder generellen staubdichten Behauptungen.