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Physikalische Zündvorgänge

Arbeitsgruppe 3.73

Zur Methodik der Zündgefahrenbewertung an explosionsgeschützten mechanischen Geräten

Anforderungen aus Richtlinie 94/9/EG und DIN EN 13463-1

Nach DIN EN 13463-1 „Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen – Grundlagen und Anforderungen“ ist für explosionsgeschützte mechanische Geräte grundsätzlich eine Zündgefahrenbewertung durchzuführen, aus der die sicherheitstechnisch notwendigen Maßnahmen zur Vermeidung der Zündgefahren in Abhängigkeit von zu berücksichtigenden Fehlerzuständen und Fehlgebrauch abzuleiten sind. Die Anwendung dieser Norm bildet Basis für die Erfüllung der grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen der Explosionsschutz- Richtlinie 94/9/EG. Richtlinie und Norm stellen Anforderungen an das Ergebnis einer Zündgefahrenbewertung, geben jedoch keine Anleitung, wie man die Bewertung durchführen kann. Das hier beschriebene Verfahren unterstützt ein systematisches Vorgehen, stellt die spätere Nachvollziehbarkeit sicher und ermöglicht die Fortschreibung der Bewertung bei Änderungen. Zusätzlich kann leicht der notwendige Bezug zur geforderten technischen Dokumentation einschließlich Betriebsanleitung hergestellt werden.

 

Erweitertes Berichtsschema

Das gegenüber DIN EN 13463-1 erweiterte Berichtsschema bietet folgende Vorteile:

  • Einbeziehung potenzieller Zündquellen, die keine ergänzenden Maßnahmen erfordern
  • Einbeziehung von Zündgefahren durch vernünftigerweise vorhersehbaren Fehlgebrauch
  • Klare Trennung von Identifizierung und Bewertung einer potenziellen Zündquelle
  • Dokumentation der Begründungen für die einzelnen Bewertungsentscheidungen
  • Klarer Bezug zwischen den festgelegten Maßnahmen und der technischen Dokumentation
  • Ausweisung der Gerätekategorie einzeln in Bezug auf die jeweils betrachtete Zündgefahr
  • Darstellung der resultierenden Gerätekategorie als ungünstigste aller Einzelbewertungen
Berichtsschema (zum Vergrößern auf das Bild klicken, 132 kB)

 

Bewertungsverfahren

Die Bewertung wird in vier grundlegenden Arbeitsschritten durchgeführt, die den vier Spalten des erweiterten Berichtsschemas entsprechen. Dabei müssen die Bewertungsschleifen für eine bestimmte Gerätekategorie solange durchlaufen werden, bis alle identifizierten Zündgefahren durch geeignete Maßnahmen als hinreichend unwahrscheinlich anzusehen sind:

    1. Analyse der Zündgefahren und deren Ursachen (Spalte 1):
    In diesem Schritt wird für das Produkt eine vollständige Liste aller denkbaren Zündgefahren erstellt.
    2. Bewertung der Zündgefahren bezüglich der Häufigkeit ihres Auftretens (Spalte 2):
    In diesem Schritt wird bewertet und begründet, wie häufig die einzelne identifizierte Zündgefahr zu einer wirksamen Zündquelle werden kann. Die Bewertung ist eine Einschätzung der Wahrscheinlichkeit, mit der ein bestimmter Fehlerzustand mit entsprechenden Folgen auftritt.
    3. Bestimmung der erforderlichen Maßnahmen und deren Dokumentation (Spalte 3):
    In diesem Schritt werden geeignete Maßnahmen festgelegt, die das Wirksamwerden der jeweils betrachteten Zündquelle in Bezug auf die angestrebte Kategorie hinreichend unwahrscheinlich werden lässt.
    4. Abschließende Bewertung mit Bestimmung der Gerätekategorie (Spalte 4):
    In diesem Schritt wird unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Maßnahmen und bezüglich jeder einzelnen Zündgefahr die resultierende Gerätekategorie und ggf. notwendige Einschränkungen ausgewertet.

Bewertungsschleife (zum Vergrößern auf das Bild klicken, 71 kB)

 

Analyse und Identifizierung der Zündgefahren

Für mechanische Geräte sind typischerweise potenzielle Zündgefahren durch heiße Oberflächen, mechanisch erzeugte Funken und statische Elektrizität zu betrachten. Diese potenziellen Zündgefahren sind dann einzeln zu betrachten im Hinblick auf die Besonderheiten der

  • bestimmungsgemäßen Verwendung und sonstigen Verwendungsmöglichkeiten,
  • Konstruktionsvarianten,
  • Betriebszustände und deren Änderungen (Starten, Stoppen, Lastwechsel etc.),
  • äußeren Einflüsse (Temperatur, Druck, Licht, Feuchte, Energieversorgung etc.),
  • Werkstoffeigenschaften, Werkstoffkombinationen und deren Wechselwirkungen,
  • Wechselwirkungen mit anderen Geräten oder Komponenten,
  • Wechselwirkungen mit Personen (auch Fehlgebrauch),
  • Kombinationen von Fehlerzuständen, sofern erforderlich (Kategorie 1).

Zündgefahren durch elektrostatische Aufladung (zum Vergrößern auf das Bild klicken, 15 kB)

Zündgefahren durch elektrostatische Aufladung zeigen sich, wenn nichtleitfähige Materialien in engem Kontakt aneinander reiben und anschließend rasch voneinander getrennt werden. Kritisch sind weiterhin isolierte leitfähige Teile, da sie gegenüber geerdeten Teilen des Gerätes auch ohne Reibung hohe Potenzialdifferenzen annehmen können.

Zündgefahren durch heiße Oberflächen (zum Vergrößern auf das Bild klicken, 16 kB)

Zündgefahren durch heiße Oberflächen ergeben sich dort, wo Relativbewegungen aus Gründen der Funktion unvermeidbar sind, z. B. bei Dichtelementen, Getrieben, Kupplungen und Lagern. Dabei ist insbesondere die Überlagerung mehrerer Wärmequellen zu beachten, z. B. Lagererwärmung und Prozesswärme.

Zündgefahren durch mechanische Funken (zum Vergrößern auf das Bild klicken, 19 kB)

Zündgefahren durch mechanische Funken entstehen bei einer schleifenden Bewegung mit hoher Relativgeschwindigkeit. Die Entstehung von mechanischen Funken wird sehr stark durch die Werkstoffpaarung beeinflusst. Als hinreichend funkenarm gelten Paarungen von Messing, Bronze, Kupfer und Edelstahl.

 

Maßnahmen zur Vermeidung von wirksamen Zündquellen

Maßnahmen können in Form der Zündschutzarten nach DIN EN 13463-1 vorliegen aber auch als Merkmale der Konstruktion, als Teil der Betriebsanleitung (Inbetriebnahme, Wartung, Warnhinweise etc.) oder als Vorgaben für die Fertigung (Werkstoffparameter, Fertigungstoleranzen). Ebenso können mehrere Maßnahmen festgelegt sein, die im Zusammenwirken das Schutzziel erreichen.

 

Schutzmaßnahmen (zum Vergrößern auf das Bild klicken, 51 kB)

Veröffentlichungen

Beyer, M.: Assessment method for ignition hazards caused by mechanical ignition sources. In: PCIC Europe 2005 - 2nd Petroleum and Chemical Industry Conference Europe - Electrical and Instrumentation Applications, October 2005, Basle, Switzerland

Beyer, M.: On the Method of Ignition Hazard Assessment for Explosion Protected Non-Electrical Equipment. In: Ex-Magazine 31 (2005) 78-85
(Initiates file downloadDownload, PDF, 230 kB, Ex-Magazine)

Beyer, M.: Zur Methode der Zündgefahrenbewertung für explosionsgeschützte nicht-elektrische Geräte. In: Ex-Zeitschrift 37 (2005) 74-81
(Initiates file downloadDownload, PDF, 421 kB, Ex-Zeitschrift)

Himstedt, M., Beyer, M.: Explosiongeschützte Rührwerke - Beispiele für eine Zündgefahrenbewertung.
In: TÜ 45 (2004) Nr. 5, 36-41 (Download, PDF, 269 kB, Zeitschrift Technische Überwachung)

Beyer, M.: Systematische Zündgefahrenbewertung an explosionsgeschützten mechanischen Geräten.
In: TÜ 45 (2004) Nr. 3, 27-31 (Download, PDF, 567 kB, Zeitschrift Technische Überwachung)

Beyer, M.: Bewertung der Zündgefahren von explosionsgeschützten nichtelektrischen Geräten.
In: CIT 75 (2003) Heft 8, 1099-1100

Beyer, M.: Zur Methode der Zündgefahrenbewertung für explosionsgeschützte nichtelektrische Geräte.
In: PTB-Mitt. 113 (2003) Heft 2, 126-131

Beyer, M.: Ignition Hazard Assessment Method for Explosion-protected Non-electrical Equipment
(in englischer und chinesischer Sprache).
In: Int. Industrial Explosion Protection Technical Conference, Shanghai, P. R. of China (2003) 25-34 und 78-87

Beyer, M.: Ignition Hazard Assessment on Explosion-protected Non-electrical Equipment. In: Int. ESMG Symp. On Process Safety and Industrial Explosion Protection, Nürnberg (2002)  

 

Kontakt

Ansprechpartner Dir. u. Prof. Dr.-Ing. Michael Beyer
Tel.: 0531-592-3700
E-Mail: Michael Beyer
Anschrift Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Arbeitsgruppe 3.73
Bundesallee 100
38116 Braunschweig