Ex d druckfeste Kapselung: Aufbau, Vorteile, Grenzen

Anwendung von Ex d druckfesten Gehäusen

Obwohl sich viele Themen in diesem Artikel auf Gehäuse beziehen, die für die Montage verschiedener Arten von Geräten, einschließlich Schalt-, Mess- und Steuergeräten, verwendet werden, sollte betont werden, dass dieses Schutzkonzept für eine breite Palette von Produkten gilt. Im Folgenden findest du eine Liste mit einigen von ihnen:

Ex d – Druckfeste Kapselung: Funktionsprinzip

Dieser Schutz beinhaltet die Verwendung eines speziellen Gehäuses. Im Inneren des Gehäuses darf eine Explosion stattfinden, aber sie darf nicht nach außen dringen. Damit dieser Schutz wirksam ist, müssen jedoch eine Reihe von Einschränkungen beachtet werden. Andernfalls ist der Schutz unwirksam und es besteht die Gefahr einer Sekundärexplosion außerhalb des Gehäuses.

Grundannahmen des Ex d-Schutzes:

• eine explosionsfähige Atmosphäre in das Innere des Gehäuses eindringen kann,
• Im Inneren des Gehäuses können gewöhnliche (Nicht-Ex-)Geräte verwendet werden, so dass Zündquellen in Form von erhöhten Temperaturen oder Funken auftreten können,
• das Gehäuse muss dem Druck der inneren Explosion standhalten,
• Mechanische Verbindungen, insbesondere zwischen dem Gehäuse und seinem Deckel, müssen einen sogenannten Flammenweg bilden, der die Freisetzung von Überdruck kontrolliert und gleichzeitig die Flammen löscht und die nach außen entweichenden Gase kühlt, damit sie nicht zu einer sekundären Zündquelle für die explosionsfähige Atmosphäre werden.

Beschädigung des Flammenpfads

Was passiert, wenn der Flammenweg beschädigt wird, z. B. durch verschiedene Arten von Lochfraß oder Kratzern? Der Schutz verliert seine Wirksamkeit und es besteht die Gefahr einer sekundären Explosion außerhalb des Gehäuses, wie in der folgenden Animation zu sehen ist:

• Teil 1/3: die Explosion in einem unbeschädigten Gehäuse ist darin enthalten
• Teil 2/3: Erzeugen eines Kratzers an der Verbindung zwischen Gehäuse und Deckel
• Teil 3/3: Explosionsübertragung durch den Kratzer nach außen, was zu einer sekundären Explosion führt

Vorteile des Ex d-Schutzes

• Relativ geringe Kosten für typische Lösungen mit kleinen Abmessungen,
• die Möglichkeit, normale (Nicht-Ex-)Geräte im Inneren des Gehäuses zu verwenden, was die Kosten des Geräts reduziert,
• Möglichkeit, funkende oder heizende Komponenten im Inneren des Geräts zu installieren,
• Möglichkeit, Hochleistungsgeräte und nicht genormte Komponenten, die nicht in Ex-Ausführung erhältlich sind, einzuschließen.

Beschränkungen des Ex d-Schutzes

• Sehr hohe Kosten für die Anschaffung von mittelgroßen und großen Gehäusen,
• hohe Empfindlichkeit des Flammenwegs gegenüber Beschädigungen (Verlust der Schutzwirkung),
• hohe Kosten für die Reparatur von Geräten, die der u.a. in Europa verwendeten IEC 60079-1 entsprechen (erfordert Demontage und Versand zum Hersteller) – siehe Details in der Tabelle unten,
• das sehr hohe Gewicht des Geräts, das die Installation und Handhabung erschwert,
• fehlende Automatisierung zur Erkennung von Flammenwegschäden, was zu höheren Inspektionskosten führt (erfordert genaue Inspektion, detaillierte Flammenwegprüfung),
• eine begrenzte Anzahl von Gehäusegrößen.

Unterschiedliche Ex d-Schutz-Konzepte in Europa und Nordamerika

Verschiedene Wirtschaftsräume basieren auf unterschiedlichen Normen und Standards. In Europa zum Beispiel ist das wichtigste Dokument, aus dem wir unser Wissen über Ex d-Schutz ableiten, die Norm IEC 60079-1. In Nordamerika sind es die Normen UL1203 oder FM 3615. Daher gibt es sowohl bei der Terminologie als auch bei den wichtigsten Annahmen zum Ex d-Explosionsschutz gewisse Unterschiede.

Unterschiede in der Terminologie

Beginnen wir mit der Terminologie, denn ihre falsche Verwendung kann zu schweren Fehlern führen. In Europa werden Geräte mit Ex d-Schutz gemäß der Norm IEC 60079-1 als druckfest bezeichnet. Gleichzeitig werden Geräte, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen bestimmt sind (unabhängig davon, welchen Schutz sie haben), allgemein als explosionsgeschützte Geräte bezeichnet.

In Nordamerika hingegen ist der Begriff explosionsgeschützt ausschließlich für Geräte mit Ex d-Schutz reserviert.

Konzeptionelle Unterschiede

Die Unterschiede in der Terminologie von Geräten mit Ex d-Schutz zwischen Europa (druckfest) und Nordamerika (explosionsgeschützt) sind nur der Anfang der Liste der Diskrepanzen. Viel bedeutendere Unterschiede gibt es bei der Herangehensweise an das Ex d-Schutzkonzept selbst – einige davon sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

	Ex d-Gehäusetypen nach verschiedenen Normen
Nomenklatur	Explosionssicher (explosionssicher)	Flammsicher (schwer entflammbar)
Region	Nordamerika und andere Gebiete mit den folgenden Standards	EU und anderen Regionen auf der Grundlage des folgenden Standards
Standard	UL1203 oder FM 3615	IEC 60079-1
Konstruktion	Erfordernis einer Mindestwandstärke (schwer). Unterschiedliche Herangehensweise an: Dichtungen, Verbindungen, Flammwege, Öffnungen, Stopfen, Korrosionsschutz, zusätzliche Tests	Keine Anforderungen an die Mindestwandstärke (leichter)
Löcher in das Gehäuse bohren	Nutzer, EPC, Möglichkeit der Bohrung vor Ort	Hersteller, Reparaturwerkstatt
Schutz vor Eindringen	Anforderungen an den Schutz gegen Eindringen und die Witterungseinflüsse in den oben genannten Normen.	Gemäß einer anderen Norm IEC 60529
Druckprüfung	4 x Explosionsdruck für 10 Sekunden 10 Explosionsdruckprüfungen 10 zusätzliche Prüfungen mit 75%iger Blockierung der Entlüftung, falls zutreffend	1,5 x Explosionsdruck 5 Tests mit verschiedenen Gasmischungen
Temperaturanstieg	Nicht berücksichtigt	Anzahl, Anordnung, Leistung, Gehäusegröße usw. müssen den Anforderungen entsprechen, um sicherzustellen, dass das Gerät die angegebene Temperaturklasse nicht überschreitet (entsprechende Berechnungen erforderlich)
Leer verkauft	Ja	Nur an andere Hersteller (Zertifikat U), an Endkunden nur ein fertiges Produkt mit Ausrüstung

Ex d-Gehäuse mit Dekompressionspaneel und Flammendurchschlagsicherung – ein neues Konzept

Vor ein paar Jahren kam ein neues Konzept von Ex d-Gehäusen auf den Markt, dessen Hauptvorteil in der Reduzierung des Gewichts und damit der Kosten des Geräts liegen sollte. Das neue Konzept sah die Verwendung eines dünnwandigen Gehäuses mit einer sogenannten flammenlosen Explosionsentlastung vor. Sie hat die Aufgabe, den Druck im Inneren des Gehäuses zu verringern, indem sie die Explosionswirkungen an die Umgebung ableitet, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Explosion nach außen dringt. Dieses seit Jahrzehnten bekannte Konzept wurde bisher ausschließlich zum Schutz von Prozessanlagen wie Silos, Staubabscheidern, Becherwerken usw. eingesetzt.

So funktioniert das Ex d-Gehäuse mit flammenloser Explosionsentlastung

Bei dieser Lösung wird ein sogenanntes Dekompressionspaneel an einer der Gehäusewände angebracht. Wenn der Explosionsdruck +/- 0,1 bar g erreicht, wird es absichtlich zerbrochen, um die Explosionswirkung in die Umgebung zu leiten. Um dies jedoch sicher zu machen, befindet sich hinter der Platte (von außen gesehen) eine Art Filter aus einer geeigneten Anzahl von Lagen Stahlgewebe. Seine Aufgabe ist es:

• Flammen zu löschen,
• kühlen die Abgase,
• den Explosionsdruck zu zerstreuen.

Restdruck und unter die Selbstentzündungstemperatur der explosiven Atmosphäre abgekühlte Abgase entweichen in die Umwelt.

Trotz des interessanten Konzepts hat sich diese Lösung bei den Nutzerinnen und Nutzern noch nicht durchgesetzt und ist nur eine Kuriosität geblieben.

Kombinierte Ex d- und Ex e-Gehäuse

Der Ex d-Schutz wird oft in Kombination mit anderen Schutzmethoden wie Ex e verwendet. Unten sehen wir die Kombination eines Ex d-Gehäuses mit einem Ex e-Gehäuse, wodurch die Kosten der Lösung meist gesenkt und ihre Funktionalität erhöht werden kann. Gleichzeitig entscheiden sich Kunden oft dafür, druckfeste (Ex d) Gehäuse durch verstärkte Ex e Gehäuse zu ersetzen, die in den meisten Fällen einen niedrigeren Preis und eine einfachere Wartung bieten und gleichzeitig das gleiche oder ein höheres Sicherheitsniveau gewährleisten.

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