Bild 01: Funktionale Sicherheit unter extremen Umgebungsbedingungen. (Quelle: Phoenix Contact)
In vielen Branchen müssen Maschinen und Anlagen unter extremen Bedingungen arbeiten – sei es in der Öl- und Gasindustrie, im Bergbau oder in der Lebensmittelproduktion. In diesen Bereichen treten teilweise hohe Temperaturen, starke Vibrationen, Feuchtigkeit, Staub oder explosive Atmosphären auf. Um für die Sicherheit, Effizienz und Zuverlässigkeit solcher Anlagen zu sorgen, werden erhöhte Anforderungen an entsprechende Automatisierungslösungen gestellt. Derartige Systeme müssen in der Lage sein, unter solch herausfordernden Bedingungenstörungs sicher zu funktionieren, ohne dass es zu Fehlfunktionen oder Ausfällen kommt.
Die Folgen einer hohen Wärmebelastung
Ein besonderes Problem resultiert vor allem aus hohen Temperaturen, da sie eine potenzielle Gefahr für elektronische Komponenten darstellen. Extreme Wärme kann zu Beschädigungen führen oder die Leistungsfähigkeit der Geräte beeinträchtigen. In diesem Kontext ist es von entscheidender Bedeutung, dass Automatisierungslösungen unter der arthohen Temperaturen unterbrechungsfrei arbeiten. Daher sind robuste Materialien zu nutzen und spezielle Konstruktionsmerkmale zu beachten, die den besonderen Anforderungen stand halten. Die Komponenten müssen die erzeugte Wärme effizientableiten und eine optimale Betriebstemperatur aufrechterhalten können, sodass sie stets zuverlässig funktionieren.
Die Herausforderung besteht darin, dass hohe Temperaturen nicht nur eine direkte Wärmebelastung der Geräte nachsichziehen, sondern auch andere mögliche Schwierigkeiten bewirken können. Zum Beispiel ist es möglich, dass sich die thermischen Ausdehnungen verschiedener Materialien unterscheiden, was Spannungen und Verformungen zur Folge haben kann. Daraus ergibt sich wiederum eine Störung der elektrischen Verbindungen und eine Verschlechterung der Gesamtleistungsfähigkeit der Automatisierungslösung. Darüber hinaus können hohe Temperaturen die Lebensdauer der elektronischen Komponenten verkürzen. Die erhöhte Wärmebelastung kann in einer beschleunigten Alterung der Bauteile resultieren und so ihre Zuverlässigkeit im Laufe der Zeit verringern. Deshalb ist es von großer Bedeutung, dass Automatisierungslösungen darauf ausgelegt sind, den Betrieb selbst bei hohen Temperaturen über längere Zeiträume hinweg sicherzustellen, ohne dass sich Leistungs einbußen oder vorzeitige Ausfälle einstellen.
Insgesamt erweist es sich als unerlässlich, dass Automatisierungslösungen in einem Temperatur bereich bis zu 70 °C problemlos arbeiten. Dies erfordert eine sorgfältige Entwicklung und Auswahl von Geräten, die den thermischen Belastungen standhalten können, sowie die Implementierung passender Kühlungs- und Wärmemanagement maßnahmen, um für eine optimale Leistung und Betriebssicherheit zu sorgen.
Wesentliche Normen im Hinblick auf den Explosionsschutz
In einigen Branchen finden Automatisierungssysteme in explosionsgefährdeten Bereichen Anwendung. Hier müssen die Komponenten spezielle Anforderungen erfüllen, damit keine unzulässig hohen Temperaturen erzeugt werden, die eine Explosion auslösen könnten. Der Nachweis ihrer dies bezüglichen Eignung wird über internationale Standards undgesetzliche Vorgabengeregelt. Eine wichtige Rolle spielt dabei die europäische Atex-Richtlinie (Atmosphères Explosibles), die für den Einsatz von Geräten in explosionsgefähr deten Bereichen gilt. Für Automatisierungskomponenten muss bei einer Installation in Zone 2 gemäß der Atex-Gerätekategorie 3 mit einer explosionsfähigen Atmosphäre gerechnet werden, die nur selten und lediglich für kurze Zeit auftritt. Hier handelt es sich um Bereiche, in denen brennbare Gase, Dämpfe oder Nebel bei normalen Betriebsbedingungen nicht in gefährlichen Mengen vorhanden sind, aber gelegentlich entstehen können (Bild 2).
Außerhalb Europas werden mit Hazloc und IEC EX entsprechende Zertifizierungen genutzt. Hazloc (Hazardous Location) ist ein Begriff, der hauptsächlich in Nordamerika verwendet wird. Hazloc-Zertifizierungen basieren auf den Normen und Vorschriften von Organisationen wie der National Fire Protection Association (NFPA) und den Underwriters Laboratories (UL). Sie legen die Anforderungen für Geräte fest, die in Nordamerika in gefährlichen Umgebungen eingesetzt werden. Bei IEC EX (International Electrotechnical Commission Explosive) geht es um ein globales Zertifizierungssystem für explosionsgeschützte Geräte und Anlagen. Das System wird von der IEC verwaltet und von verschiedenen nationalen Zertifizierungsstellen anerkannt. IEC-Ex-Zertifizierungen ermöglichen den internationalen Handel mit explosionsgeschützten Produkten.