Beleuchtungslösungen im Ex-Bereich Licht ins Dunkel, auch im Ex-Bereich – Dank LED nicht im Dunkeln tappen

Redakteur: Dominik Stephan

Wer nicht im Dunkeln stehen will, ist auf Beleuchtungslösungen angewiesen: Langfeldleuchten, Rohrleuchten und Handleuchten bringen Licht ins Dunkel. Wenn alle Stricke reißen, weisen Rettungsleuchten den Weg zum nächsten Notausgang. Im Ex-Bereich ist allerdings jede Leuchte eine potenzielle Zündquelle. Wer in explosiven Atmosphären nicht im Dunkeln stehen will, kann nicht einfach eine Leuchte aus dem Katalog anschrauben – hier sind Lösungen vom Spezialisten gefragt.

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Licht weist den Weg: Auch im Ex-Bereich schafft Beleuchtung Sicherheit.
Licht weist den Weg: Auch im Ex-Bereich schafft Beleuchtung Sicherheit.
(Bilder: R. Stahl)

Licht weist den Weg: So, wie ein Leuchtturm den sicheren Hafen anzeigt oder vor Untiefen und Gefahren warnt, sorgen auch in Industrieanlagen Leuchten für den nötigen Durchblick. Sie leuchten Arbeitsbereiche und Wege aus, verschaffen bei der Wartung von schwer zugänglichen Maschinen und Komponenten Übersicht und weisen im Falle eines Falles Fluchtwege aus der Gefahrenzone.

Ohne Licht geht es nicht – wer allerdings glaubt, dass es dabei ausreicht, einfach ein paar Glühbirnen an die Wand zu schrauben, wird schnell eines Besseren belehrt. Normen wie die DIN EN 12464-1 „Beleuchtung von Arbeitsstätten“ oder DIN EN 1838 „Notbeleuchtung“ regeln bis ins Detail, wie Arbeitsplätze ausgeleuchtet sein müssen, um ein sicheres und ergonomisches Arbeiten zu ermöglichen.

Noch schwieriger wird es, wenn in Chemieanlagen, Raffinerien, Mühlen oder Tankdepots brennbare Gase oder Gemische eine explosive Atmosphäre schaffen. Wenn jeder Funke eine mögliche Zündquelle darstellt, werden Leuchten zur Gefahr – hier dürfen nur Ex-zertifizierte Leuchten eingesetzt werden.

LEDs kommen in vielen Formen und Größen – ob als Handscheinwerfer, als Deckenleuchte für den Einsatz in explosiven Atmosphären oder sogar unter Wasser. LEDs sind nicht nur sicher, sondern – bezogen auf den gesamten Lebenszyklus und die TCOs – sogar günstiger als herkömmliche Leuchten.
LEDs kommen in vielen Formen und Größen – ob als Handscheinwerfer, als Deckenleuchte für den Einsatz in explosiven Atmosphären oder sogar unter Wasser. LEDs sind nicht nur sicher, sondern – bezogen auf den gesamten Lebenszyklus und die TCOs – sogar günstiger als herkömmliche Leuchten.
(Bild: R. Stahl)

Das alleine wäre schon Herausforderung genug für die Leuchtenspezialisten – häufig genug verlangen zusätzlich raue Umgebungsbedingungen den Anlagen alles ab. Installationen müssen in der Gluthitze der Wüste ebenso funktionieren wie in der subarktischen Tundra. Pumpenmotoren und Kompressoren übertragen Vibrationen in Gerüste und Träger, während bei Offshore-Plattformen salziges Spritzwasser an metallischen Oberflächen nagt. Kurzum – Industrieleuchten haben kein leichtes Leben.

Sicher und Sparsam: Die Diode macht’s möglich

Die Technologie, die all diesen Herausforderungen gewachsen sein soll, sind Leuchtdioden (LEDs) – seit Weißlicht-LEDs die Lichtausbeute herkömmlicher Leuchtstoffröhren, Glühbirnen oder Bogenlampen übertreffen, setzen Herstellerfirmen wie R. Stahl auf Industrieleuchten mit Dioden. Robust, ohne bewegliche Teile und äußerst effizient helfen die Leuchten, Kosten für Energie und Wartung niedrig zu halten.

Der Effekt ist durchaus beachtlich: Laut einer Studie der „Initiative für Energieeffizienz” könnten durch die konsequente Modernisierung veralteter und ineffizienter Beleuchtungssysteme in Industrieanlagen bis zu 40 % der Stromkosten gespart werden – immerhin werden in vielen Bereichen aus Sicherheitsgründen die Lichter quasi nie ausgeschaltet. Höhere Anschaffungskosten für neue LED-Leuchten amortisierten sich so schnell, erklärt Dr. Andreas Kaufmann, Leiter der Business Unit Lighting and Signaling bei
R. Stahl. Und mit Lebensdauern bis zu 80 000 Betriebsstunden (was über neun Jahre Dauereinsatz entspricht) sind LED-Leuchten langlebige Alternativen zu Leuchtstoffröhren (die meist nach wenigen Jahren ausgetauscht werden müssen).

Warum Experten auf LEDs setzen – mehr auf Seite 2...

Entsprechend setzen Spezialisten wie die Ex-Schutz-Experten von R. Stahl voll auf LED: Die Waldenburger Firma bietet, neben traditionellen Beleuchtungslösungen, ein breites Portfolio an LED-Leuchten für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen – von Langfeldleuchten über Rohrleuchten, Handlampen oder kompletten Helideck-Systemen, wie sie auf Bohrinseln oder Schiffen verwendet werden.

„LED wird die traditionelle Beleuchtung früher oder später vollständig ablösen“, ist sich Kaufmann sicher. „Natürlich gibt es auch heute noch Leistungsbereiche, wie etwa zwischen 1000 und 2000 Watt, die sich nur schwer wirtschaftlich mit LEDs umsetzen lassen. Doch der Wandel ist nicht mehr aufzuhalten.“ Und das könnte schneller gehen als erwartet: Bis 2020 werden LEDs nach aktuellen Schätzungen bei mehr als der Hälfte aller Leuchtsysteme zum Einsatz kommen.

...als Deckenleuchte für den Einsatz in explosiven Atmosphären...
...als Deckenleuchte für den Einsatz in explosiven Atmosphären...
(Bild: R. Stahl)

LEDs lassen niemanden im Dunkeln stehen

LEDs können dabei besonders bei kritischen Anwendungen in der Prozessindustrie punkten: Sie sind bei gleicher Leistung kleiner als herkömmliche Leuchten, kommen ohne bewegliche Teile aus, was sie besonders widerstandsfähig gegen Vibrationen macht, und sind in einem breiten Temperaturspektrum einsetzbar. Nach einem Stromausfall können LEDs außerdem unmittelbar wieder eingeschaltet werden, was zusätzliche Sicherheit schafft.

Außerdem lässt die LED niemanden im Dunkeln stehen: Im Gegensatz zu Glühlampen oder Halogenlampen versagt die Diode nicht plötzlich, sondern wird nur nach und nach schwächer. Entsprechend wird bei der Lebensdauer von LEDs auch nicht mit einem Totalausfall, sondern einer Abnahme des Lichtstroms auf 70 % des ursprünglichen Wertes gerechnet.

Erst nachdenken, dann nachrüsten

Wer aber glaubt, dass es mit dem 1:1 Austausch von Halogenlampen oder Leuchtstoffröhren getan sei, sollte sich vorsehen: LEDs können, trotz scheinbar gleichen Kennzahlen, ein ganz anderes Leuchtverhalten haben als traditionelle Leuchtmittel. „Lichtverteilung aber auch Lichtstrom oder Lichtfarbe sind bei LEDs anders als bei herkömmlichen Beleuchtungslösungen“, so Kaufmann. „Deswegen sollten Sie auf jeden Fall eine Lichtberechnung machen, bevor Sie Leuchten austauschen.“

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Auf den Punkt gebracht
Checkliste Beleuchtungskonzept

Diese Faktoren sollten Sie kennen, bevor Sie ein Beleuchtungskonzept planen:

  • Ex-Zonen: Sollen die Leuchten im Ex-geschützten Bereich installiert werden? Wenn ja, in welcher Zone (1,2, 21, 22)?
  • Wartungsgrad: Wie verschmutzt ist die Anlage bzw. wie stark neigt diese zur Verschmutzung? Natürlich sind die Bedingungen einer Mühle anders als in einem Feinchemie-Standort.
  • Reflexionswerte: Wie stark reflektieren Wände, Böden und die Decke das Licht? Der Reflektionswert bewegt sich zwischen 0 % für schwarze und 70 % für weiße Oberflächen.
  • Leuchtenauswahl: Welche Leuchten werden benötigt – Langfeldleuchten, Rohrleuchten, Hängeleuchten und/oder Scheinwerfer?
  • Einsatz von LEDs: Sämtliche Leuchtentypen lassen sich auch mit LEDs umsetzen. Das spart Lebenszykluskosten.
  • Installationen: Welche Installationen (Rohre, Einbauten, Reaktoren...) beeinträchtigen die Beleuchtung?

Einfach nur auf die Leistungsaufnahme einer Leuchte schauen, mag für die Badezimmerleuchte genügen – bei Anwendungen in der Industrie müssen jedoch Faktoren wie Lichtstärke (Lichtstrom pro Raumwinkel-Einheit in cd), Lichtstrom (in Lumen) und der Abstrahlwinkel betrachtet werden. Immerhin strahlen LEDs, anders als Glühlampen, nicht gleichmäßig nach allen Seiten, sondern nur in einem bestimmten Winkel. Wird dieser Faktor vernachlässigt, kann man trotz Lichtausbeuten von gut 150 Lumen pro Watt Leistungsaufnahme am Rande des Lichtkegels schnell im Dunkeln tappen, weiß Kaufmann.

Anlagenbeleuchtung planen leicht gemacht - Welche Tools und Expertentipps beim Ausleuchten der Produktion helfen steht auf Seite 3...

Und auch der psychologische Faktor sollte nicht unbedacht bleiben: „Wenn ich Punkt-für-Punkt austausche, erhalte ich unter Umständen nicht die gleiche Lichtverteilung. Wenn Sie in einer Altanlage nur einzelne LEDs einsetzen, werden Sie sich sehr unwohl fühlen. Auch sicherheitstechnisch kann dieser jähe Wechsel der Lichtintensität zur Herausforderung werden.“

Zudem lassen sich die vorhandenen Gehäuse für Leuchtstoffröhren nicht einfach für LED-Lampen weiternutzen: Während Leuchtstoffröhren möglichst große Gehäuse mit viel Luft zur thermischen Isolation benötigen, ist es bei LEDs genau umgekehrt. Die Dioden arbeiten umso effektiver, je kühler sie sind – eine dichte Isolationsschicht wäre also kontraproduktiv.

Das ganze Potenzial der Technologie heben

Nur wer es schafft, über den 1:1 Austausch hinaus zu denken, kann das volle Potenzial der neuen Technologie heben, ist sich Kaufmann sicher: LEDs überzeugen nicht nur Betreiber mit niedrigen Stromkosten und langen Standzeiten, sie erleichtern auch Anlagenbauern und Ingenieurbüros die Arbeit.

Die vielseitigen Leuchten decken ein breiteres Anwendungsspektrum als herkömmliche Leuchtmittel ab – dadurch müssen Planer und Ingenieure ein weniger großes Teileportfolio managen. LED-Rohrleuchten sind leichter als Herkömmliche und benötigen dank ihrer hohen Lichtausbeute weniger Anschlüsse und Klemmenkästen – ein Faktor, der sich auch langfristig durch weniger Wartungspunkte bezahlt macht.

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Nachgefragt
Interview mit Dr. Andreas Kaufmann, R. Stahl: So gelingt der Technologiewandel

Dr. Andreas Kaufmann
Dr. Andreas Kaufmann
( Bild: R. Stahl )

PROCESS: Herr Kaufmann, was ist bei der Nachrüstung bestehender Anlagen mit modernen LED-Leuchten zu beachten?

Kaufmann: Bei Nachrüstung von Alt-Anlagen besteht die Herausforderung, dass LEDs eine andere Lichtverteilung haben. Daher versuchen wir als Hersteller die Leuchten so zu designen, dass die Lichtverteilung annähernd gleich der konventionellen Technologie ist. Ansonsten gelten auch hier Arbeitsstellenrichtlinien, die eine gewisse Beleuchtungsstärke und -Gleichmäßigkeit vor-
schreiben. Wenn Sie hier LEDs einsetzen, müssen Sie natürlich das Beleuchtungs-
niveau halten können. Das heißt, sie brauchen die gleiche Lichtstärke – aber eben auch die gleiche Verteilung. Darin besteht die wesentliche Herausforderung.

PROCESS: Was sind die typischen Fallstricke bei der Auswahl von Leuchten im Ex-Bereich?

Kaufmann: Prinzipiell läuft Planung und Auswahl von Leuchten im Ex-Bereich ähnlich ab wie in nicht Ex-geschützten Zonen, nur, dass der Aspekt des Explosionsschutzes hinzu kommt. Die erste Frage muss immer sein, in welcher Ex-Zone gearbeitet wird, welche Betriebsmittel eingesetzt werden und welche Gasgruppen vorliegen. Diese Fragen schränken bereits die Auswahl des Leuchtenportfolios ein. Danach erfolgt die ganz traditionelle Beleuchtungsplanung – diese ist eine umso größere Herausforderung, wenn komplexe Rohrinstallationen in einer Anlage verbaut sind. Hier ist eine große Flexibilität der angepeilten Leuchtmittel erforderlich. So kann man eine gute und durchgängige Lichtplanung erreichen.

PROCESS: Sollte man in einer Anlage auf ein einheitliches, durchgängiges Beleuchtungskonzept oder individuelle Insellösungen setzen?

Kaufmann: In den meisten Fällen findet kein Komplettaustausch statt, da die Investitionskosten zu hoch wären. Viele Firmen beginnen mit der Installation von LED-Technologie in abgeschlossenen Bereichen. Auf diese Weise sammeln unsere Kunden Erfahrungen mit der neuen Technologie und können diese nach und nach auf andere Bereiche ausrollen. Für viele Anlagenbetreiber ist LED-Technologie immer noch eine Neuheit.

PROCESS: Wie können Technologieexperten wie R. Stahl Anlagenbauer und -betreiber bei dem Entwurf eines Beleuchtungskonzepts unterstützen?

Kaufmann: Als Premium-Partner von Dialux, einem internationalen Standard für Lichtberechnungen, können wir auch solche Services anbieten. Wir haben die nötigen Partner und Spezialisten im Haus, die uns und unsere Kunden dabei unterstützen – das ist der beste Weg, eine vernünftige Beleuchtung zu erreichen. Von der Planung bis zur Installation – auch hier steht der Systemgedanke im Vordergrund.

Leuchtenplanung leicht gemacht

Auch dabei kann die Expertise von Firmen wie R. Stahl helfen: Das Waldenburger Unternehmen unterstützt als Partner des internationalen Beleuchtungsstandards Dialux Anwender bei Auswahl und Berechnung von Beleuchtungslösungen im Ex-Bereich.

...oder sogar unter Wasser. LEDs sind nicht nur sicher, sondern - bezogen auf den gesamten Lebenszyklus und die TCOs - sogar günstiger als herkömmliche Leuchten.
...oder sogar unter Wasser. LEDs sind nicht nur sicher, sondern - bezogen auf den gesamten Lebenszyklus und die TCOs - sogar günstiger als herkömmliche Leuchten.
(Bild: R.Stahl)

Und nicht nur das: Mit der Ezylum-Software der Firma können Anwender einfach die Beleuchtung von Innenräumen, Außenanlagen, Wegen und mehr planen. Wem das zu viel wird, dem bieten die Experten von R. Stahl auch eine komplette Planung und Projektierung eines Beleuchtungskonzepts als maßgeschneiderte Projektlösung an.

Und was ist mit dem Kostenargument? Ob sich LEDs rechnen oder nicht erfahren Sie auf Seite 4...

Und das vielbeschworene Kostenargument? Natürlich ist die komplette Umrüstung einer Industrieanlage auf LED-Technik ein teures Unterfangen – da leicht mehrere 1000 Leuchten ausgetauscht werden müssen, schlagen Planungsfehler mit hohen Kosten zu Buche. Zudem sind LEDs immer noch teurer als herkömmliche Beleuchtungskonzepte.

Wer aber nur auf die Investitionskosten für neue Leuchten achtet, verfehlt den wesentlichen Mehrwert der Technologie, erklärt Kaufmann: Nur bei einer Betrachtung über den gesamten Lebenszyklus würde die LED zu einem Produkt, das Kunden und Anlagenbetreiber weiterhelfe, erklärt der Spezialist. Zwischen 30 % und 50 % Betriebskosten ließen sich so über den Lebenszyklus der Leuchte einsparen, erklären die Experten von R. Stahl.

Niedrigere Stromkosten, höhere Lichtausbeute, einfachere Wartung und längere Standzeiten: LEDs punkten bei Lifecyclekosten und TCOs. Und nicht nur das: Moderne LED-Leuchten ermöglichen sichere Beleuchtungslösungen für die Ex-Zonen 1/21 und 2/22. Gewinnen wird allerdings nur der, der das Konzept LED versteht und die Vorteile geschickt nutzt. „Bei den Anwenderfirmen müssen häufig noch Erfahrungswerte geschaffen werden“, erklärt Leuchtenspezialist Kaufmann. „Dann aber ist die Begeisterung immer groß. Egal ob Anlagenbauer oder -betreiber: Mit LED sind eigentlich alle glücklich.“

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