Ex-geschützte LED-Beleuchtung Dauerbrenner für den Reinraum

Autor / Redakteur: Rico Schulz* / Wolfgang Ernhofer

Auch für Reinräume mit Ex-Schutz-Einstufung gibt es die sparsame und effiziente LED-Beleuchtung. LEDs sind langlebig und wartungsarm. Vorteile, die jedoch für Reinraumbetreiber, die mit explosiven Materialien hantieren, bisher nicht nutzbar waren. Es gab bis dato keine LEDs für Ex-Bereiche im Reinraum. Diese Lücke hat nun der Ex-Schutz-Experte R. Stahl gefüllt.

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Mit einer Leuchtdauer von 100 000 Stunden sind LEDs wartungsarm und damit ideal für den Reinraum.
Mit einer Leuchtdauer von 100 000 Stunden sind LEDs wartungsarm und damit ideal für den Reinraum.
(Bilder: R. Stahl)

Die Vorteile moderner LED-Technik stechen besonders dort hervor, wo Leuchten im Dauerbetrieb eingesetzt werden und ihre Wartung und Reparatur großen Aufwand verursachen. Gerade in Reinräumen sind deshalb Beleuchtungslösungen mit hoher Effizienz und langer Lebensdauer gefragt. Für Ex-Bereiche, in denen zudem noch besondere Schutz-Auflagen gelten, fehlte es bisher jedoch an geeigneten LED-Leuchten. Als erster Anbieter verspricht der Ex-Schutz-Experte R. Stahl Abhilfe. Im Weimarer Leuchtenwerk werden zukünftig auch Geräteserien für den Einsatz in diesem hochsensiblen Umfeld entwickelt.

Sektorspezifische Reinraum-Richtlinien

In der Pharmazie und Lebensmittelindustrie, aber auch in der Halbleitertechnologie, Feinmechanik oder Optik werden Produktionsprozesse unter Reinraumbedingungen durchgeführt, da schon kleinste Verunreinigungen die Erzeugnisse unbrauchbar machen können.

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Abhängig von Branche und Standort gelten unterschiedliche Normen und Richtlinien für die erforderliche Reinraumtechnik. Die internationale, in Deutschland als EN ISO 14644 1 übernommene Norm, orientiert sich am abgelösten US-Standard 209E zur Reinraumklassifizierung und ist insbesondere für die Halbleiter- und Raumfahrttechnik maßgebend. Die Norm untergliedert den Reinheitsgrad anhand von Konzentration und Größe gemessener Partikel in neun Reinraumklassen von ISO 1 bis ISO 9.

Im Bereich der Lebensmitteltechnik, aber auch für Pharmazie, Optik oder Medizin gilt deutschlandweit die VDI 2083. Als dritte Richtlinie hat sich der 1962 von der US-Behörde FDA eingeführte Leitfaden zur Good Manufacturing Practice (GMP) etabliert. Verschiedene Institutionen, darunter auch die Europäische Kommission, haben dieses Regelwerk zur Qualitätssicherung von Produktionsabläufen und -umgebungen aufgegriffen.

Für sterile Prozesse in der pharmazeutischen Industrie ist eine Einteilung entlang der nach GMP definierten Reinraumklassen A bis D üblich. Die einzelnen Klassen legen Grenzwerte für die mikrobiologische Überwachung und die Belastung mit Partikelgrößen über 0,5 und 5 µm sowohl im Ruhe- als auch im Betriebszustand fest.

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Höhere Anforderungen durch Ex-Schutz

Erschwerend kommt jedoch hinzu, dass vor allem im Pharma- und Chemiesektor einige der verarbeiteten Substanzen in Reaktion mit dem Luftsauerstoff eine explosionsfähige Atmosphäre bilden können. Obschon im Regelbetrieb die meisten Prozesse in geschlossenen Apparaturen stattfinden, lässt sich das Explosionsrisiko bei einzelnen Arbeitsschritten wie der Abfüllung, aber auch bei Probe-, Wartungs- oder Reinigungsläufen nicht ausschließen.

So ist bei der Reinigung mit lösungsmittelhaltigen Reinigern die Einstufung als explosionsgefährdeter Bereich auch dann erforderlich, wenn im Verarbeitungsprozess selbst keine brennbaren Substanzen Verwendung finden. Zur Beleuchtung werden daher auch in diesem Umfeld reinraumtaugliche Leuchten in explosionsgeschützter Ausführung benötigt, die Zündgefahren sicher unterbinden.

LEDs senken Wartungskosten im Reinraum

In ex-geschützten Reinräumen setzen Anlagenbetreiber gegenwärtig vorwiegend mit Leuchtstofflampen bestückte Einbauleuchten ein. Durch einen Wand- oder Deckeneinbau lassen sich Partikelablagerungen an den Gehäusen solcher Leuchten sowie Beeinträchtigungen der Luftzirkulation vermeiden. Allerdings erhöht sich damit auch der Wartungs- und Reparaturaufwand.

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Weitere Schutzvorrichtungen wie zusätzlich aufgebrachte fugendichte Silikonversiegelungen oder aufgesetzte Schutzglasscheiben können den Zugang noch stärker erschweren. Wenn eine Leuchte aus der Decke genommen und nach erfolgter Wartung erneut eingesetzt und abgedichtet werden muss, erfordert die Instandhaltung besonders viel Zeit und Arbeitsaufwand.

Herkömmliche Leuchten mit Leuchtstofflampen sind alle zwei Jahre zu warten. Bei sogenannten Long-Life-Lampen erstreckt sich das Wartungsintervall auf vier bis maximal fünf Jahre. Angesichts des hohen Aufwands und der damit verbundenen Stillstandzeiten amortisiert sich eine Umrüstung auf LED-Beleuchtung meist schon, wenn dank der bei dieser Technologie deutlich längeren Lebensdauer ein erster Wartungszyklus entfallen kann.

Und oft wird nicht nur eine Wartung eingespart, sondern mehrere: Moderne LED-Technik ist auf Betriebszeiten bis zu 100 000 Stunden ausgelegt, während herkömmliche Leuchtmittel nur 25 000 bis maximal 60 000 Stunden erreichen.

Mit Einsparpotenzialen rechnen

Auf der Website von R. Stahl hilft ein Kalkulator, in wenigen Schritten das konkrete Einsparpotenzial für individuelle Fälle zu ermitteln. Die Berechnung umfasst die Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten für moderne LED-Leuchten im Vergleich zu klassischen Langfeldleuchten.

Hierzu werden aus Drop-Down-Listen auswählbare Leuchtentypen mit Anschaffungspreis, Anzahl, täglicher Betriebsdauer und ihrem Energieverbrauch in die Eingabemaske eingetragen. Daraus werden der Return on Investment und die Total Cost of Ownership für die Beleuchtungsoptionen berechnet. Der Kalkulator zeigt die Ergebnisse in tabellarischer Form und grafisch aufbereitet in Diagrammen an.

Konstruktionsmerkmal Rautiefe

Auf Grundlage seiner bewährten Produktfamilien entwickelt R. Stahl aktuell sowohl ex-geschützte als auch reinraumtaugliche LED-Leuchten, die sich in die etablierten Gehäusemaße konventioneller Langfeldfeldleuchten einfügen.

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Das inzwischen über viele Jahre ausgebaute umfangreiche Know-how in der LED-Technologie lässt Lösungen erwarten, die auch in anspruchsvollen Anwendungsfällen hinsichtlich der Leuchteigenschaften wie Lichtausbeute, Abstrahlwinkel und Farbwiedergabe überzeugen.

Den größten Entwicklungsaufwand bereitet derzeit die Erfüllung der Forderungen zur Materialauswahl, Oberflächenbeschaffenheit und Designrichtlinien, welche aus den einschlägigen Vorschriften der EU-GMP, ISO und EHEDG entstehen. Als wichtigste Forderung aus allen Vorschriften heraus gilt die Unterstützung einer einfachen und rückstandslosen Reinigung aller Flächen, welche im Reinraum zugänglich sind. Des Weiteren darf das Gehäusedesign keine Sicken, Ritzen, Vertiefungen und Hinterschneidungen aufweisen, in denen sich Schmutz oder Keime ansammeln könnten. Zudem müssen sich Oberflächen und Dichtungen mittels Strahlwasser säubern lassen und beständig gegenüber Reinigungs- und Lösungsmitteln sein.

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Reinraumbeleuchtung: anspruchsvolle Marktnische

Die LED-Beleuchtung für Reinräume mit Ex-Schutz-Einstufung stellt ein anspruchsvolles, aber kleines Marktsegment dar. Das erklärt, weshalb bis dato keine überzeugenden Lösungen verfügbar sind. Indem R. Stahl diese Lücke schließt, rundet der Hersteller sein Kompetenzspektrum weiter ab, um hochwertige Lösungen für alle Beleuchtungsaufgaben im industriellen Umfeld anzubieten. Als erstes Modell wird eine LED-Version der Serie 6012 zum Einsatz in den Zonen 1 und 21 eingeführt, die aktuell auf ihre Reinraumeignung bewertet wird. Für fünf weitere konventionelle reinraumtaugliche Langfeldleuchten wird die Entwicklung von LED-Ausführungen ebenfalls vorangetrieben.

* * Der Autor ist Produktmanager Beleuchtungstechnik bei R. Stahl Schaltgeräte GmbH, Waldenburg. Kontakt: Tel. 49-7942-943-4300

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