Big Brother, aber Ex-sicher!

Zündquellenüberwachung an mechanischen Geräten

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04.05.2010 Überwachungseinrichtungen, die im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden, dürfen selbst nicht zur Zündquelle werden. Unabhängig davon gelten für Überwachungseinrichtungen zusätzliche Anforderungen an die Funktionalität und Zuverlässigkeit, die über einen einfachen SIL oder einen Zündschutz durch eine elektrische Zündschutzart hinausgehen. Die Überwachungsfunktion muss dem individuellen Einsatz angemessen angepasst werden und ein ausreichendes Zündschutzniveau ausweisen.

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Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Überwachungseinrichtungen, die im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden, dürfen selbst nicht zur Zündquelle werden.
  • Unabhängig davon gelten für Überwachungseinrichtungen zusätzliche Anforderungen an Funktionalität und Zuverlässigkeit, die über einen einfachen SIL oder einen Zündschutz durch eine elektrische Zündschuztart hinausgehen.
  • Die Überwachungsfunktion muss dem individuellen Einsatz angemessen angepasst werden und ein ausreichendes Zündschutzniveau ausweisen.
  • Der Zuverlässigkeitsnachweis für ein Zündschutzsystem kann auf Geräten oder Komponenten basieren, für die Aussagen nach den im Beitrag genannten Normen vorliegen.

Nichtelektrische oder kombinierte Geräte z.B. Pumpen zum Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen müssen den gesetzlichen Bestimmungen des Arbeitsschutzes entsprechen. Die Explosionsschutzrichtlinie 94/9/EG (Atex) schreibt die Vermeidung von wirksamen Zündquellen im explosionsgefährdeten Bereich vor und nennt z.B heiße Oberflächen als Zündgefahr [1]. Oft erreichen explosionsgeschützte nichtelektrische Geräte die gewünschte Kategorie nur durch Anwendung von Überwachungseinrichtungen. Für Überwachungseinrichtungen gelten zwei unterschiedliche Arten von Anforderungen:

  • 1. Werden die Überwachungseinrichtungen in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt, dürfen sie nicht zur wirksamen Zündquelle werden. Sie sind dann als explosionsgeschütztes Gerät auszuführen.
  • 2. Unabhängig davon, ob sie innerhalb oder außerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, fordert die Richtlinie 94/9/EG darüber hinaus die Erfüllung der Anforderungen an die Messfunktion und die Verfügbarkeit der Überwachungseinrichtung. Diese Anforderungen sind dem AnhangII der Richtlinie zu entnehmen.

Unter den Anwendungsbereich fallen auch Sicherheits-, Kontroll- und Regelvorrichtungen für den Einsatz außerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen, die im Hinblick auf Explosionsgefahren jedoch für den sicheren Betrieb von Geräten und Schutzsystemen erforderlich sind oder dazu beitragen (94/9/EG, Artikel 1, Absatz 2).
Bei Pumpen werden zum Teil Überwachungseinrichtungen benötigt, um das Wirksamwerden von Zündquellen bei zu erwartenden bzw. seltenen Betriebsstörungen auszuschließen. Für diese Überwachungseinrichtungen müssen zusätzlich die gesetzlich geforderten Anforderungen an Geräte mit einer Messfunktion für den Explosionsschutz berücksichtigt werden. Diese Anforderungen werden nicht durch die üblichen elektrischen Zündschutzarten und bzw. oder einen Safety Integrity Level (SIL) allein abgedeckt. Wird für die Erfüllung der grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen die EN13463–6 angewendet, so gelten zusammengefasst folgende Anforderungen [2]:

  • Die Geräte müssen während ihrer voraussichtlichen Lebensdauer funktionssicher betrieben werden können.
  • Sicherheitsvorrichtungen müssen unabhängig von betrieblich erforderlichen Mess- und Steuereinrichtungen funktionieren.
  • Ausfälle müssen schnell genug erkannt und in einen sicheren Zustand geschaltet werden können.

Bei Überwachungseinrichtungen z.B. für Temperatur, Druck oder Durchfluss sind durchaus explosionsgeschützte Geräte am Markt verfügbar, eine geeignete Bewertung als Überwachungseinrichtung für explosionsgeschützte Geräte fehlt zurzeit jedoch. Es wird ein nachgewiesenes Zündschutzniveau(IPL) benötigt, das die Zuverlässigkeit und Eignung eines Zündschutzsystems kennzeichnet. Der Hersteller der Pumpe ist häufig nicht der Hersteller der Überwachungseinrichtung und bezieht die erforderlichen Bauteile von Zulieferern. Ein herausragendes Merkmal bei Anwendung des Schutzes durch Zündquellenüberwachung „b“ ist die Beurteilung der gesamten Messkette vom Sensor, über die Auswerteeinheit, eventuelle Stellglieder bis hin zu der Schalthandlung in einen sicheren Zustand. Sind Funktionalität und eine der Lebensdauer des überwachten Gerätes entsprechende Zuverlässigkeit gegeben, entsteht durch das Zündschutzsystem eine Maßnahme, die das Wirksamwerden einer potenziellen Zündquelle verhindert.
Besondere Probleme entstehen in der Praxis dadurch, dass für jedes überwachte Gerät individuell die relevanten Parameter überprüft werden müssen. So ist z.B. die Geschwindigkeit, mit der die potenzielle Zündquelle zur wirksamen Zündquelle werden kann, am überwachten Gerät abzuschätzen. Die Reaktionszeit der Überwachungseinrichtung muss diese Geschwindigkeit berücksichtigen, um den sicheren Zustand zu gewährleisten. Darüber hinaus darf die Überwachungseinrichtung nicht durch unerkannte Fehlerzustände die erforderliche Verfügbarkeit verlieren. Aus diesen Gründen existieren aktuell noch keine im Handel verfügbaren Überwachungseinrichtungen mit einem allgemein gültigen Zündschutzniveau.
Zur Lösung dieses Problems können die folgenden Normen zu Hilfe genommen werden. Es sind verschiedene Bewertungsverfahren für teilweise identische Überwachungsaufgaben etabliert:

  • Überwachungseinrichtungen müssen allgemein den Anforderungen der EN1127–1, Abschnitt 6.7 genügen [3].
  • Überwachungseinrichtungen für nichtelektrische Geräte müssen je nach Anforderungsniveau zusätzlich den Anforderungen der Zündschutzniveaus (IPL) der EN13463–6 genügen.
  • Überwachungseinrichtungen an einem elektrischen Gerät müssen zusätzlich zur EN1127 einen Safety Integrity Level (SIL) nach prEN 50495 ausweisen [4]
  • Überwachungseinrichtungen von sicherheitsbezogenen Teilen von Steuerungen nach EN954–1 müssen einer geeigneten Kategorie genügen [5]. Die EN954–1 wird zukünftig durch die ENISO13849–1 ersetzt [6].
  • Überwachungseinrichtungen von Anlagen im Sinne der Verfahrenstechnik mit Mitteln der Prozessleittechnik nach EN61508 bzw. in Deutschland nach VDI/VDE2180 benötigen einen Safety Integrity Level, der jedoch mit dem Safety Integrity Level nach prEN50495 nicht identisch ist [7; 8].

Der Zuverlässigkeitsnachweis für ein Zündschutzsystem kann auf Geräten und Komponenten basieren, für die Aussagen nach den oben genannten Normen vorliegen. Das folgende Beispiel soll dies verdeutlichen. Durch den Hersteller eines nichtelektrischen Gerätes werden zur Überwachung der Temperatur Geräte, Komponenten und Sensoren von Zulieferern ohne eine Aussage zum Zündschutzniveau zu einer individuellen Überwachungseinrichtung kombiniert. Zur Abschätzung der Verfügbarkeit können und müssen die für die Einzelkomponenten von den Zulieferern angegebenen Daten verwendet werden. Häufig kann für Sensoren und Auswerteeinheiten ein SIL nach EN61508 vom Lieferanten nachgewiesen werden. Für ein Motorschütz zum Abschalten des Antriebes einer Maschine existieren Nachweise z.B. einer Kategorie3 nach EN954–1. Durch geeignete Kombination dieser Komponenten kann die erforderliche Nachweisführung nach EN13463–6 erfolgen. Zur Aufrechterhaltung der Funktion einer Überwachungseinrichtung müssen die Hinweise aus der Betriebsanleitung des Zündschutzsystems beachtet werden. So können Mindestvoraussetzungen für die Anbindung der Sensoren erforderlich sein, oder es müssen Kombinationen von verschiedenen Messgrößen überwacht werden.

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Heftausgabe: Mai 2010
Matthias Himstedt

Über den Autor

Matthias Himstedt

Matthias Himstedt, PTB

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