Wie lässt sich Beleuchtung für hohe Temperaturen mit Explosionsschutz vereinbaren?

Die Kombination einer Leuchte mit sowohl hoher Temperaturbeständigkeit als auch Explosionsschutz ist technisch möglich, erfordert jedoch eine sorgfältige Kombination aus thermischem Design, zertifiziertem Gehäuse und der richtigen ATEX-Klassifizierung. Beide Anforderungen stellen widersprüchliche Herausforderungen an Materialverwendung, Kühlung und elektrische Komponenten, weshalb Standardlösungen hier fast immer unzureichend sind. In diesem Artikel beantworten wir die am häufigsten gestellten Fragen zu Hochtemperatur-ATEX-Beleuchtung und wir helfen Ihnen, die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Wann ist eine Leuchte sowohl für hohe Temperaturen als auch nach ATEX zertifiziert?

Eine Leuchte ist kombiniert zertifiziert, wenn sie sowohl die Anforderungen für explosionsgeschützte Beleuchtung (ATEX-Richtlinie), sofern es für den Einsatz bei extremen Umgebungstemperaturen, üblicherweise über 60 °C oder sogar bis zu 120 °C, validiert ist. Dies erfordert zwei separate technische Wege, die im Design zusammenlaufen.

Die ATEX-Zertifizierung konzentriert sich auf die Vermeidung der Entzündung explosiver Atmosphären durch Funken, Lichtbögen oder heiße Oberflächen. Die Zertifizierung für hohe Temperaturen konzentriert sich darauf, die Leuchte bei extremen Umgebungstemperaturen funktionsfähig und sicher zu halten. Eine Leuchte, die beide Anforderungen erfüllt, muss daher explosionsgeschützt bleiben, selbst wenn sie von außen bereits stark erhitzt wird, was das Thermomanagement der internen Komponenten erheblich komplexer macht.

In der Praxis sind Leuchten dieser Art relativ selten. Sie werden speziell für Umgebungen wie Stahlwerke, Gießereien, Chemieanlagen oder Raffinerien entwickelt, in denen Hitze und Explosionsgefahr gleichzeitig vorhanden sind. Weitere Informationen darüber, was Beleuchtung bei hohen Temperaturen technischer Inhalt hilft, die Komplexität dieser Kombination besser zu verstehen.

Welche ATEX-Zonen kommen in Hochtemperaturumgebungen vor?

In Hochtemperaturumgebungen kommen primär die ATEX-Zonen 1, Zone 2 (für Gasatmosphären) sowie Zone 21 oder Zone 22 (für Staubatmosphären) vor. Die spezifische Zone hängt von der Häufigkeit und Dauer ab, mit der eine explosionsfähige Atmosphäre vorhanden ist, nicht von der Temperatur selbst.

Dennoch hat die Temperatur einen indirekten Einfluss auf die Zoneneinteilung und die Leuchtenauswahl. In Umgebungen mit extremer Hitze können flüchtige Stoffe schneller verdampfen, was die Wahrscheinlichkeit einer explosiven Atmosphäre erhöht. Man denke an chemische Prozesse bei erhöhter Temperatur, bei denen Lösungsmittel oder Gase freigesetzt werden, oder an die Stahlproduktion, bei der Staub und Hitze gemeinsam auftreten.

Die am häufigsten vorkommenden Kombinationen in der Schwerindustrie sind:

Zone 1 mit hoher Umgebungstemperatur: Regelmäßig vorhandene Gasatmosphäre, kombiniert mit Prozesstemperaturen über 60 °C. Typisch in der Petrochemie oder in Raffinerien.
Zone 2 mit Infrarotstrahlung: Gelegentlich explosive Atmosphäre in Kombination mit Strahlungswärme, wie in der Nähe von Schmelzöfen oder Gießereien.
Zone 21 von 22 mit Staub und Hitze: Brennbarer Staub in Kombination mit hohen Temperaturen, wie beispielsweise in bestimmten lebensmittelverarbeitenden oder pharmazeutischen Prozessen bei erhöhter Temperatur.

Die korrekte Identifizierung der Zone ist eine gesetzliche Verpflichtung und bildet die Grundlage für jede Leuchtenauswahl in einer explosionsgefährdeten Umgebung.

Was sind die technischen Herausforderungen von ATEX-Beleuchtung bei extremer Hitze?

Die größte technische Herausforderung ist das Wärmemanagement. ATEX-Leuchten sind per Definition geschlossene Gehäuse, um zu verhindern, dass Funken oder heiße Oberflächen mit einer explosiven Atmosphäre in Kontakt kommen. Aber eben dieses geschlossene Gehäuse erschwert es, die intern erzeugte Wärme des LED-Treibers und der Lichtquellen abzuführen, insbesondere wenn die Umgebungstemperatur bereits hoch ist.

Bei standardmäßiger industrieller LED-Beleuchtung wird überschüssige Wärme über Kühlrippen und Konvektion abgeführt. In einem ATEX-Gehäuse sind diese Möglichkeiten begrenzt. Wenn die Umgebungstemperatur darüber hinaus bereits auf 80 °C oder höher ansteigt, wird die thermische Belastung der internen Komponenten kritisch. LED-Treiber und Lichtquellen haben eine maximale Sperrschichttemperatur; wird diese überschritten, nimmt die Lebensdauer stark ab oder die Leuchte fällt vollständig aus.

Weitere technische Herausforderungen sind:

Materialermüdung durch thermische Zyklen, bei denen sich die Leuchte wiederholt erwärmt und abkühlt
Packungs- und Dichtungsmaterial, das sowohl hohen Temperaturen als auch chemischer Einwirkung standhalten muss
Elektrische Komponenten, die für die spezifische ATEX-Kategorie sowie die Umgebungstemperatur zertifiziert sein müssen
Begrenzte Auswahl an LED-Treibern, die sowohl explosionsgeschützt als auch hitzebeständig sind
Höhere Oberflächentemperatur des Gehäuses, die die Temperaturklasse der Leuchte beeinflussen kann

Dies erklärt, warum kombinierte Hochtemperatur-ATEX-Leuchten maßgeschneidert sein müssen und nicht aus einem Standardkatalog ausgewählt werden können.

Wie wählt man die richtige Leuchte für eine heiße ATEX-Umgebung aus?

Die Auswahl beginnt mit einer präzisen Umgebungsanalyse. Sie benötigen mindestens drei Parameter: die maximale Umgebungstemperatur, die ATEX-Zone und die vorhandenen explosiven Stoffe (Gas, Dampf oder Staub). Basierend darauf bestimmen Sie die erforderliche Temperaturklasse der Leuchte, die Schutzart und die Explosionsgruppe.

Anschließend durchlaufen Sie die folgenden Schritte:

Bestimmen Sie die ATEX-Zone basierend auf der Häufigkeit und Dauer der explosionsgefährdeten Atmosphäre. Dies ist normalerweise im Explosionsschutzdokument der Anlage festgelegt.
Ermitteln Sie die maximale Umgebungstemperatur., einschließlich von Spitzenzeiten wie beim Hochfahren oder bei Störungen in Kühlsystemen.
Überprüfen Sie die Temperaturklasse der Leuchte. Die Oberflächentemperatur der Leuchte darf niemals die Zündtemperatur der vorhandenen Stoffe erreichen.
Bewerten Sie die Schutzart in Verbindung mit der Hitze. Hohe IP-Schutzarten schränken die Belüftung ein, was die thermische Belastung erhöht.
Dokumentation anfordern von Tests unter kombinierten Bedingungen. Ein ATEX-Zertifikat weist nicht automatisch nach, dass die Leuchte auch bei hohen Umgebungstemperaturen getestet wurde.
Berücksichtigen Sie die WartungsanforderungenIn ATEX-Zonen gelten strenge Regeln für Inspektion und Austausch. Wählen Sie eine Leuchte, deren Teile verfügbar und austauschbar sind.

Ein gutes Beleuchtungsexpertise ist bei dieser Abwägung unverzichtbar, da die Kombination von Anforderungen in Standard-Produktdatenblättern selten vollständig abgedeckt wird.

Was besagt die Normierung über kombinierte Hitze- und ATEX-Anwendungen?

Die ATEX-Richtlinie (2014/34/EU) legt fest, welche Leuchten in explosionsgefährdeten Bereichen verwendet werden dürfen. Was die Richtlinie nicht automatisch abdeckt, ist die Leistung dieser Leuchte bei extremen Umgebungstemperaturen. Diese Kombination erfordert eine zusätzliche Validierung durch den Hersteller.

Konkret bedeutet dies, dass eine ATEX-zertifizierte Leuchte stets einen angegebenen Umgebungstemperaturbereich hat, ausgedrückt als Ta (Umgebungstemperatur). Die meisten Standard-ATEX-Leuchten sind für eine Ta von maximal 40°C oder 55°C zertifiziert. Wenn die Umgebungstemperatur höher ist, befindet sich die Leuchte außerhalb ihres zertifizierten Arbeitsbereichs und verliert ihre ATEX-Gültigkeit.

Für Anwendungen oberhalb der Standard-Ta-Werte ist eine spezifisch zertifizierte Leuchte erforderlich, bei der der Hersteller nachweist, dass auch bei diesen höheren Temperaturen alle ATEX-Anforderungen erfüllt werden. Dies erfordert zusätzliche Prüfungen und Dokumentationen, die von der Basis-ATEX-Zertifizierung unabhängig sind.

Welche Fragen stellen Sie an einen Lieferanten von Hochtemperatur-ATEX-Beleuchtung?

Nicht jeder Lieferant, der ATEX-Beleuchtung anbietet, hat auch Erfahrung mit Hochtemperaturanwendungen. Die richtigen Fragen zu stellen hilft Ihnen, schnell zwischen einem Spezialisten und einem Generalist, der Standardprodukte anbietet, zu unterscheiden.

Stellen Sie in jedem Fall die folgenden Fragen:

Wie hoch ist die maximale Ta (Umgebungstemperatur), für welche die Leuchte zertifiziert ist, und wurde dies getestet oder berechnet?
Welche Temperaturklasse hat die Leuchte und bei welcher Umgebungstemperatur wurde diese ermittelt?
Wurde die Leuchte bei kombinierter Belastung (gleichzeitig Hitze und ATEX-Bedingungen) geprüft?
Welche Materialien werden für Dichtungen und Gehäuse verwendet, und wie ist ihr Verhalten bei langfristiger Hitzeeinwirkung?
Welche Lebenserwartung setzt der Lieferant bei der maximalen Ta an?
Welche Wartungsanforderungen gelten in ATEX-Zonen, und liefert der Lieferant hierfür auch eine Dokumentation?
Gibt es Referenzprojekte mit vergleichbaren Bedingungen?

Ein Lieferant, der diese Fragen direkt und konkret beantworten kann, zeigt, dass er sich wirklich in der Materie auskennt und nicht nur ein Produkt verkauft.

Praxisbeispiel: Hochtemperaturindustrie bei Rockwool

Ein sprechendes Beispiel für kombinierte Beleuchtungsherausforderungen ist das Projekt bei Rockwool, einem Hersteller von Steinwoll-Dämmmaterial. In Produktionsumgebungen dieser Art sind extreme Temperaturen keine Ausnahme: Der Produktionsprozess findet bei Temperaturen statt, mit denen Standard-Industriebeleuchtung schlichtweg nicht fertigwerden kann. Gleichzeitig liegt eine staubreiche Umgebung mit spezifischen Anforderungen an die Sicherheit der Installation vor.

Die technische Herausforderung bei diesem Projekt lag darin, Leuchten zu finden, die intensiver Strahlungswärme, aggressivem Staub und der kontinuierlichen Einwirkung hoher Umgebungstemperaturen standhalten, ohne dass eine häufige und kostspielige Wartung erforderlich wird. Standard-LED-Leuchten versagten hier aufgrund einer Überhitzung des Treibers oder der Degradation des Dichtungsmaterials.

Die gewählte Lösung konzentrierte sich auf Leuchten mit einer robusten thermischen Architektur, bei der der Treiber thermisch von der Lichtquelle getrennt ist und das Gehäuse beständig gegen langfristige Einwirkung von Hitze und Staub ist. Die Lehren aus diesem Projekt bestätigen, was auch in diesem Artikel im Mittelpunkt steht: Die Kombination von Hitze und Explosions- oder Staubsicherheit erfordert ein Design, das beide Parameter gleichzeitig validiert, nicht separat. Eine Leuchte, die nur für ATEX zertifiziert ist, bietet keine Garantie bei 90 °C Umgebungstemperatur.

Mehr von diesen Projekten und den technischen Hintergründen finden Sie auf der Seite über Schwerindustrie und extreme Hitze.

Wie JEL Products bei Hochtemperatur-ATEX-Beleuchtung hilft

JEL Products entwickelt und liefert industrielle LED-Beleuchtung für anspruchsvollste Umgebungen, einschließlich Anwendungen, bei denen hohe Temperaturen und Explosionsschutz aufeinandertreffen. Das ist keine Standardkombination, und JEL Products behandelt sie dementsprechend auch nicht so.

Konkret bietet JEL Products die folgende Unterstützung:

Technische Beratung zur Auswahl der geeigneten Leuchte basierend auf Zone, Umgebungstemperatur (Ta) und vorhandenen Stoffen
Armaturen wie der Orca und Barracuda, die speziell für extreme Temperaturen von bis zu 120 °C und die Einwirkung von Infrarotstrahlung entwickelt wurden
Begleitung bei der Übersetzung von Explosionsschutzdokumenten in konkrete Beleuchtungsanforderungen
Vollständige Dokumentation für ATEX-Anwendungen, einschließlich Wartungsanweisungen für zertifizierte Bereiche
Unterstützung bei dem gesamten Ablauf von der Planung bis zur Inbetriebnahme

Haben Sie ein Projekt, bei dem Hochtemperaturbeleuchtung und Explosionsschutz zusammenkommen? Kontakt aufnehmen Sprechen Sie mit den Spezialisten von JEL Products für ein unverbindliches technisches Gespräch.

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Wie kombiniert man Hochtemperaturbeleuchtung mit Explosionsschutz?