Explosionsgeschützt, eigensicher und druckfest gekapselt: was die drei Begriffe tatsächlich bedeuten

Jeden Monat tippen Käufer, die ein Mobilgerät suchen, das sie legitim in eine Raffinerie, ein Gaswerk oder eine Lackiererei mitnehmen können, explosionsgeschütztes Mobiltelefon, druckfest gekapseltes Mobiltelefon und eigensicheres Telefon in dasselbe Suchfeld, in der Annahme, die drei Begriffe bezeichneten ein Produkt. Das tun sie nicht. Sie bezeichnen drei verschiedene technische Konzepte, und nur eines davon ist realistisch in etwas verfügbar, das man in die Tasche stecken kann.

Die Unterscheidung ist kommerziell, nicht akademisch. Eine Beschaffungsspezifikation, die ein „explosionsgeschütztes Telefon“ verlangt, ist so offen, dass ein robustes Zone-2-Gerät und ein eigensicheres Zone-1-Gerät beide darauf antworten können, und das günstigere gewinnt meist. Eine Spezifikation, die Zone, Geräteschutzniveau und zulässige Zündschutzarten nennt, kann vom falschen Gerät gar nicht erfüllt werden. Dieser Artikel soll Sie von der ersten Art der Spezifikation zur zweiten führen.

Drei Begriffe, drei verschiedene Konzepte

Explosionsschutz hat nie nur eine Methode gekannt. Es gibt eine Familie anerkannter Techniken, die jeweils das Zündungsdreieck aus einer anderen Richtung angehen und jeweils in einem eigenen Teil der Normenreihe IEC 60079 beschrieben sind. Drei dieser Techniken verursachen fast die gesamte Verwirrung.

Druckfeste Kapselung, gekennzeichnet Ex d, ist Einschluss. Die Norm ist IEC 60079-1. Die Idee: Man akzeptiert, dass ein explosionsfähiges Gemisch in das Gehäuse gelangt und dass die elektrischen Teile im Inneren es zünden können. Dann baut man das Gehäuse so, dass es die innere Explosion ohne Bersten übersteht und dass jede Fuge und jede Wellendurchführung ein langer, enger, präzise gefertigter Spalt ist. Dieser Spalt, der Zündspalt, kühlt die austretenden Gase unter die Zündtemperatur der umgebenden Atmosphäre ab, bevor sie diese erreichen. Einschluss und Kühlung, keine Vermeidung.

Explosion proof ist der nordamerikanische Name für dieselbe Idee. Im National Electrical Code, NFPA 70, wird ein explosionsgeschütztes Betriebsmittel im Wesentlichen so definiert: ein Gehäuse, das einer in seinem Inneren auftretenden Explosion eines bestimmten Gases oder Dampfes standhält und die Zündung der umgebenden Atmosphäre verhindert. „Explosion proof“ und „flameproof“ sind also zwei regionale Namen für eine Technik. Wenn Sie in einer Anfrage Ex-proof-Telefon oder Exproof-Telefon schreiben, ist genau das dem Wortlaut nach gemeint, auch wenn es fast nie das ist, was der Anfragende will.

Eigensicherheit, gekennzeichnet Ex i, ist Vermeidung. Die Norm ist IEC 60079-11. Statt eine Festung um einen zündfähigen Stromkreis zu bauen, entwerfen Sie den Stromkreis so, dass er gar nicht erst zündfähig werden kann. Spannung, Strom, in Kondensatoren und Induktivitäten gespeicherte Energie und die Oberflächentemperaturen der Bauteile werden so begrenzt, dass kein Funke und keine heiße Stelle, die das Gerät erzeugen kann, genug Energie zum Zünden des festgelegten Gases besitzt. Es gibt nichts einzuschließen, weil nichts etwas zünden kann.

Die gesamte Familie der Zündschutzarten

Es hilft, den gesamten Satz auf einmal zu sehen, denn ein Gespräch über ein Telefon für explosionsgefährdete Bereiche berührt mindestens vier davon.

Eine historische Kennzeichnung taucht noch in Datenblättern und alten Anlagenunterlagen auf: Ex nA, nicht funkende Betriebsmittel, aus der Norm für die „Zündschutzart n“, IEC 60079-15. In dieser Norm existiert sie nicht mehr. Mit der fünften Ausgabe von IEC 60079-15 wurde Ex nA zurückgezogen, und ihre Anforderungen gingen in IEC 60079-7 als Schutzniveau Ex ec auf. Ex nA und Ex ec beschreiben dasselbe Schutzniveau; steht in einer Spezifikation oder einem Anlagenverzeichnis noch nA, behandeln Sie es als ec. Das energiebegrenzte nL wurde nach derselben Logik zu Ex ic in IEC 60079-11. Das ist wichtig, wenn Sie zwei konkurrierende Angebote vergleichen, die für dieselbe Zone-2-Fähigkeit Formulierungen unterschiedlichen Alters verwenden.

Warum ein explosionsgeschütztes Telefon kein echtes Produkt ist

Druckfest gekapselte Telefone gibt es. Es sind völlig normale Industrieprodukte, die an einer Wand oder einem Mast neben einem Pumpenhaus montiert werden, und ein Blick in die Datenblätter zeigt, warum sich das Konzept nicht auf ein Mobilgerät verkleinern lässt. Ein typisches Ex-d-Industrietelefon ist ein Kasten aus Aluminiumguss oder Edelstahl mit etwa 200 mal 330 mal 130 Millimetern. Die angegebenen Gewichte liegen zwischen etwa 7 und 12 Kilogramm. Diese Masse ist keine Zierde. So viel Metall kostet ein zertifizierter Zündspalt und ein Gehäuse, das einer inneren Explosion standhält.

Nun zählen Sie auf, was ein Smartphone nach außen freigeben muss: einen Touchscreen, durch den der Anwender drücken muss, eine Mikrofonöffnung, eine Lautsprecheröffnung, ein Kamerafenster, mindestens einen Ladeanschluss und Tasten. Jede davon ist eine Öffnung im Gehäuse, und nach dem Prinzip der druckfesten Kapselung muss jede Öffnung ein zertifizierter Zündspalt oder eine separat zertifizierte, abgedichtete Baugruppe werden. Man würde ein gefrästes Druckgefäß mit Glasfront bauen und müsste sich zusätzlich mit einer Lithiumzelle in seinem Inneren befassen. Das Ergebnis würde mehrere Kilogramm wiegen, weit mehr kosten als das Telefon, und niemand würde es eine Treppe hinauf zu einer Probenahmestelle tragen.

Eigensicherheit lässt sich dagegen hervorragend verkleinern, weil ein Telefon ohnehin ein energiearmes Gerät ist. Ein Mobilgerät läuft mit wenigen Volt aus einer einzelnen Zelle. Die Entwicklungsarbeit ist real und nicht trivial: Die Zertifizierungsstelle bewertet für jeden Stromkreis Funkenzündung und thermische Zündung, Batterie und Schutzschaltung erhalten besondere Aufmerksamkeit, und die Bewertung erfolgt unter Fehlerbedingungen und nicht nur im Normalbetrieb. Sie ist aber in einem Gerät mit Größe und Gewicht eines normalen Telefons erreichbar, und genau deshalb ist jedes glaubwürdige Mobilgerät für explosionsgefährdete Bereiche am Markt ein Ex-i-Gerät.

Wenn ein Datenblatt also ein explosionsgeschütztes Telefon für Zone 1 bewirbt, steckt ein eigensicheres Telefon dahinter. Das Marketingwort und das Zertifikatswort haben sich schlicht auseinanderentwickelt.

ia, ib und ic: der Teil, den Käufer überspringen

Eigensicherheit ist nicht eine einzige Sache. IEC 60079-11 definiert drei Stufen, und der Unterschied liegt darin, wie viele Fehler die Konstruktion überstehen muss und dennoch nicht zündfähig sein darf.

• Ex ia bleibt bei jeder Kombination von zwei gleichzeitig angenommenen zählbaren Fehlern sicher. Es hat das Geräteschutzniveau Ga und ist die einzige Stufe, die für Zone 0 geeignet ist.
• Ex ib bleibt bei einem Fehler sicher. Es hat EPL Gb und ist für Zone 1 geeignet.
• Ex ic ist im Normalbetrieb sicher. Es hat EPL Gc und ist für Zone 2 geeignet.

Ein höheres Schutzniveau erfüllt stets eine niedrigere Anforderung; ein Ex-ia-Gerät kann also in Zone 1 und Zone 2 eingesetzt werden, ein Ex-ib-Gerät in Zone 1 und Zone 2, aber nicht in Zone 0. Das ist die nützlichste Einzelinformation in der gesamten Kennzeichnung, und sie geht am häufigsten verloren, wenn eine Spezifikation in Marketingsprache verfasst wird. Zwei Mobilgeräte können beide als Ex-Mobiltelefon verkauft werden. Ist das eine Ex ic IIC T4 Gc und das andere Ex ib IIC T4 Gb, sind es keine konkurrierenden Produkte, sondern Geräte für zwei verschiedene Bereiche Ihrer Anlage.

Die Zone-2-Falle

Ein großer Teil der robusten Telefone, die als Produkte für explosionsgefährdete Bereiche vermarktet werden, ist nur für Zone 2 und Zone 22 zertifiziert, meist über erhöhte Sicherheit auf Stufe ec. Das ist eine legitime Zertifizierung und ein tatsächlich nützliches Produkt. Es ist nur kein Zone-1-Gerät, und Zone 1 ist der Bereich, in dem Außendienstmitarbeiter, Instandhaltungsteams und Inspektionsteams in den meisten Prozessanlagen ihren Arbeitstag verbringen.

Die Prüfung dauert fünf Sekunden, wenn man weiß, wo man nachsehen muss. Suchen Sie die Buchstaben des Geräteschutzniveaus am Ende der Kennzeichnung. Gb bedeutet Zone-1-tauglich. Gc bedeutet nur Zone 2. Lautet die Kennzeichnung Ex ec oder Ex nA, ist es ein Zone-2-Gerät, was auch immer die Überschrift der Broschüre sagt. Bietet ein Lieferant ein Zone-1-Mobiltelefon an und die Kennzeichnung im Zertifikat ergibt Gc, erfüllt das Angebot die Anforderung nicht, und die Abweichung gehört in die Klärung der Ausschreibung und nicht zwei Jahre später in einen Vorfallbericht.

Die Kennzeichnung lesen

Eine europäische Kennzeichnung für ein Gas-Mobilgerät der Zone 1 sieht so aus:

II 2 G Ex ib IIC T4 Gb

Von links nach rechts gelesen. II ist die Gerätegruppe und steht für die Oberflächenindustrie statt für den Bergbau. 2 ist die ATEX-Gerätekategorie, die bei Gas der Zone 1 entspricht. G steht für Gas statt Staub; ein Gerät für beides trägt eine zweite Zeichenfolge, die auf D endet. Ex leitet die Zündschutzart ein. ia ist Eigensicherheit auf der Zwei-Fehler-Stufe. IIC ist die Gasgruppe, die anspruchsvollste, die Wasserstoff- und Acetylenatmosphären sowie alles in IIA und IIB abdeckt. T4 ist die Temperaturklasse, eine maximale Oberflächentemperatur von 135 °C. Gb ist das Geräteschutzniveau und bestätigt Zone 1.

Neben dieser Zeichenfolge sollten Sie auch den Umgebungstemperaturbereich, eine IP-Schutzart, die Zertifikatsnummer und bei ATEX-Geräten das CE-Zeichen mit der vierstelligen Nummer der Benannten Stelle sehen, die die Produktionsqualität überwacht. Wir zerlegen die Kennzeichnung ausführlicher zusammen mit dem Zertifikatsanhang, aus dem sie stammt, in den Zertifizierungsleitfäden unserer Insights-Bibliothek.

Warum die Begriffe auseinandergingen und warum die Suche das widerspiegelt

Das Vokabular spaltete sich entlang regionaler Linien auf und vermischte sich dann wieder. In Nordamerika sind explosionsgeschützte Gehäuse die Standardtechnik der Division 1 für Motoren, Anschlusskästen, Leuchten und Steuerstationen, sodass „explosion proof“ vor Ort zum Kürzel für „sicher dort, wo Gas vorhanden ist“ wurde. In Teilen Südasiens und am Golf lautet der alltägliche Begriff für dieselbe Idee „flameproof“, und Anfragen nach einem flameproof-Mobiltelefon meinen nicht mehr als ein Telefon für einen explosionsgefährdeten Bereich. In Europa setzte die ATEX-Richtlinie das Wort ATEX auf alles, sodass Käufer ein ATEX-Mobiltelefon oder ein ATEX-Telefon verlangen, wenn sie ein zertifiziertes Gerät meinen, gleich welches Konzept.

Nichts davon ist ein Fehler, den man im Gespräch korrigieren müsste. Korrigieren sollte man es in Dokumenten. Suchsprache und Spezifikationssprache dürfen verschieden sein, und ein Lieferant, der beide versteht, ist leichter zu handhaben als einer, der Ihnen Vorträge über Terminologie hält.

Was in eine Beschaffungsspezifikation gehört

Hier ist ein Spezifikationsgerüst, das sich mit dem falschen Gerät nicht erfüllen lässt. Ersetzen Sie die Werte in eckigen Klammern durch die Werte aus Ihrem eigenen Zonenplan für explosionsgefährdete Bereiche.

1. Bereichsklassifizierung. Das Gerät muss für [Zone 1] (Gas) und [Zone 21] (Staub) gemäß Klassifizierung nach IEC 60079-10-1 und IEC 60079-10-2 geeignet sein, oder für [Class I, Division 1, Groups C und D], sofern der Standort nach NEC 500 klassifiziert ist.
2. Geräteschutzniveau. Mindest-EPL [Gb] für Gas und [Db] für Staub. Geräte, die nur mit Gc oder Dc gekennzeichnet sind, werden nicht akzeptiert.
3. Gas- und Staubgruppe. Gasgruppe [IIC]. Staubgruppe [IIIC].
4. Temperaturklasse. [T4] oder besser, mit angegebenem zertifiziertem Umgebungstemperaturbereich, der [minus 20 bis plus 55] °C abdeckt.
5. Zündschutzart. Eigensicherheit nach IEC 60079-11 mit Schutzniveau [ia oder ib]. Erhöhte Sicherheit mit Schutzniveau ec, nicht funkend nA und schwadensicher nR sind für diesen Bereich nicht zulässig.
6. Zertifizierung. Ein gültiges IECEx Certificate of Conformity und, für Geräte, die auf dem europäischen Markt in Verkehr gebracht werden, eine ATEX-EU-Baumusterprüfbescheinigung. Für Standorte in den Vereinigten Staaten die Listung für den klassifizierten Bereich durch ein national anerkanntes Prüflabor.
7. Dokumentation. Die Anlage zum Zertifikat, alle besonderen Bedingungen für die sichere Verwendung, wenn die Zertifikatsnummer das Suffix X trägt, die Konformitätserklärung und die Betriebsanleitung, geliefert vor der Auftragsvergabe.
8. Kennzeichnung. Ein Foto des tatsächlichen Produktschilds, das Zeichen für Zeichen mit dem Zertifikat abzugleichen ist.

Zwei Zeilen dieser Liste leisten die meiste Arbeit. Zeile 2 schließt den Austausch durch ein Zone-2-Gerät aus. Zeile 5 schließt das Begriffsproblem aus, weil sie die Konzepte benennt und nicht die Marketingkategorie. Wenn Sie sonst nichts anders formulieren, formulieren Sie diese beiden anders.

Wo ein Class-I-Division-1-Telefon einzuordnen ist

Käufer an Standorten nach amerikanischem Regelwerk fragen nach einem Class-I-Division-1-Telefon, und die Zuordnung ist nicht ganz eins zu eins. Nach Zonen gekennzeichnete Geräte werden in Division-2-Bereichen nach den Regeln zur gegenseitigen Anerkennung in NEC Article 500 akzeptiert, ein Division-1-Bereich verlangt jedoch in der Regel Geräte, die für Division 1 gelistet sind. Deshalb betreibt ein Hersteller, der beide Welten adressiert, zwei Zertifizierungsprogramme statt eines, und deshalb schließt ein ATEX- oder IECEx-Zertifikat allein eine US-Anforderung nach Division 1 nicht ab. Die drei Systeme und die Grenzen ihrer gegenseitigen Anerkennung behandeln wir in einem eigenen Leitfaden.

Wo der IS-04Z1 einzuordnen ist

Das SAMS IS-04Z1 ist für Zone 1 und Zone 21 ausgelegt, mit einer ATEX-Zielkennzeichnung II 2 G Ex ib IIC T4 und einem NEC-500-Class-I-Division-1-Ziel für nordamerikanische Projekte. Es befindet sich vor der Markteinführung, die Zertifizierung läuft, die Markteinführung ist für Q4 2026 vorgesehen. Sinnvoll ist es daher heute, das Datenblatt und die schriftliche Zertifizierungsübersicht anzufordern statt eines Zertifikats, das noch nicht existiert. Die regulatorischen Wege der einzelnen Länder sind auf den Marktseiten beschrieben, darunter das Vereinigte Königreich, Deutschland, die Vereinigten Staaten und Saudi-Arabien.

Die Kurzfassung

Explosionsgeschützt und druckfest gekapselt bezeichnen dieselbe Technik unter zwei regionalen Namen. Sie bedeuten Einschluss der Explosion und gehören zu wandmontierten Geräten, nicht zu Geräten für die Hosentasche. Eigensicherheit ist Energiebegrenzung, sie wird in jedem seriösen Handgerät für explosionsgefährdete Bereiche eingesetzt, und ihre drei Schutzniveaus entscheiden, in welche Zone das Gerät gelangen darf. Schreiben Sie Zone, EPL und Zündschutzart in Ihre Spezifikation, dann erledigt sich das Begriffsproblem.

Häufig gestellte Fragen

Offizielle Quellen

• IEC: Übersicht zu explosionsgefährdeten Bereichen (Ex)
• IECEx-System
• HSE: DSEAR
• OSHA 29 CFR 1910.307
• NFPA 70 (National Electrical Code)