Drohnen in Ex-Umgebungen

Die Frage, ob Drohnen in ATEX Umgebungen eingesetzt werden können, ist eine der ersten, die den Fachleuten aus den Bereichen Öl & Gas und Chemie in den Sinn kommt. Bisher lautet die Antwort nein. Aber verhindert das, dass Drohnen in diesen Branchen eingesetzt werden? Hier ist eine vollständige Antwort auf diese komplexe Frage.

Aufgrund vielfacher Nachfragen unserer Kunden nach Ex-geschützten Drohnen, haben wir uns entschlossen den Originalartikel vom 02.07.2018 von der Flyability Webseite zu übersetzen und in leicht abgeänderter Form zu veröffentlichen. Hier finden Sie den Originalartikel in englischer Sprache auf der Webseite von Flyability.

Können Drohnen in Ex bzw. ATEX Umgebungen fliegen?

Gibt es Ex-sichere Drohnen?

Zum Zeitpunkt der Abfassung dieses Artikels und nach bestem Wissen und Gewissen ist keine handelsübliche Drohne so sicher, dass sie in einer Umgebung fliegen kann, in der unter normalen Betriebsbedingungen explosive Gase oder Stäube auftreten können. Die Frage "Können Drohnen in Ex-Umgebungen fliegen" ist definitiv die erste, die den Fachleuten einfällt, die sich mit der Durchführung von Sichtprüfungen und Wartungsarbeiten in Umgebungen befassen, die gefährlichen Stoffen ausgesetzt sind. Aber auch wenn es keine explosionsgeschützte Drohne gibt, verhindert das nicht, dass Drohnen zur Sichtkontrolle in der Öl- und Gasindustrie und der chemischen Industrie eingesetzt werden. Um das Thema der explosionsgeschützte Drohne richtig abzudecken, lassen Sie uns damit beginnen, was es braucht, um eine echte explosionsgeschützt Drohne zu bauen. Dann werden wir nach Lösungen suchen, um Risiken zu minimieren und Drohnen dort einzusetzen, wo wir sie natürlich nicht einsetzen würden. Schließlich werden wir uns mit den Vorteilen des Einsatzes von Drohnen trotz Risikominderungsmaßnahmen befassen.

Was braucht es um eine Ex-sichere Drohne zu bauen?

Zunächst ist es wichtig, das Niveau der Eigensicherheit zu definieren, das erreicht werden soll. Weltweit werden verschiedene Normen zur Regelung des Einsatzes von elektronischen Geräten in explosionsgefährdeten Bereichen verwendet. Die Normen unterscheiden sich in der Nomenklatur und den Besonderheiten, aber alle sind sich einig, dass elektronische Geräte eine bestimmte Konzentration an gefährlichen Stoffen und eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, dass sie sich in der Nähe von gefährlichen Stoffen befinden, aufweisen müssen, um das Risiko einer Explosion zu minimieren. Das ist das Niveau der Ex-Sicherheit, von dem wir sprechen.Eine Ex-sichere Maschine darf weder einen Funken noch eine statische Aufladung erzeugen. Um dies zu erreichen, werden verschiedene Techniken eingesetzt: Ölimmersion, Pulverabfüllung, Verkapselung oder Spülung und Druckbeaufschlagung. Im schlimmsten Fall, wenn eine Explosion innerhalb der Ex-sicheren Maschine stattfindet, muss ihre Struktur in der Lage sein, die Explosion einzudämmen und sicherzustellen, dass kein heißes Gas, keine heißen Teile, keine Flamme oder Funken in die explosive Umgebung gelangen. Dies hat zur Folge, dass eine ernsthafte Ex-sichere Maschine in der Regel schwerer ist als ihr nicht Ex-sicheres Gegenstück. Dieses Verhältnis liegt in der Regel im Bereich von 10x. Und wenn das noch nicht genug war, darf die Oberfläche einer solchen Maschine nicht mehr als 25°C erreichen.Drohnen haben alle Eigenschaften einer sehr gefährlichen Ausrüstung, um in einer explosiven Umgebung zu fliegen. Sie tragen Akkus, Motoren und LEDs, die im Betrieb eine hohe Temperatur erreichen. Sie verfügen über schnell drehende Propeller, die zahlreiche Funken und statische Elektrizität erzeugen können. Diese Propeller sind auf bürstenlosen Motoren montiert, die der Umgebung zur Kühlung ausgesetzt sind. Drohnen, die in Innenräumen fliegen sollen, erzeugen Licht, welches als Wärmequelle die 25°C Grenze überschreitet. Letztlich müssen Drohnen leicht genug sein, um eine vernünftige Zeitspanne in der Luft bleiben zu können.In Anbetracht all dieser Einschränkungen wird eine ernsthafte, Ex-sichere Drohne erst dann realisierbar sein, wenn die Schwerkraft auf eine effizientere Art und Weise kompensiert werden kann, als es heute möglich ist.

Warum ist Ex-Sicherheit die falsche Antwort auf eine richtige Frage?

Tatsächlich kann in einer explosiven Umgebung kein Mensch atmen und keine Maschine fliegen. Ein Raupenfahrzeug, das wie ein Panzer gebaut ist, kann möglicherweise eine Lösung sein, aber Raupenfahrzeuge haben ein begrenztes Maß an Autonomie.Glücklicherweise ist der Mensch einfallsreich und die oben genannten Einschränkungen sind längst durch verschiedene Risikominderungstechniken überwunden. Wenn menschliche Anwesenheit erforderlich ist, ist die intensive Reinigung und Entgasung - bis keine Spur von Sprengstoff mehr vorhanden ist - der defacto-Ansatz. Diese Risikominderungstechnik kann auch für den Einsatz von Drohnen eingesetzt werden.Es ist auch sehr verbreitet, Stickstoff zu verwenden, um einen geschlossenen Raum zu reinigen oder zu inertisieren und Explosionen zu vermeiden. Der Nachteil dieser Technik ist, dass der Mensch in einer stickstoffgespülten oder inerten Atmosphäre nicht mehr atmen kann. Allerdings können Drohnen fliegen, und zwar ohne jegliche Explosionsgefahr. Diese sichere und einfache, aber elegante Lösung wurde erfolgreich getestet, um Drohnenflüge in geschlossenen Räumen mit gefährlichen Stoffen zu ermöglichen. Es wird von einigen der größten Chemieunternehmen der Welt an der Spitze der Innovation eingesetzt.Technisch gesehen und für diejenigen, die wirklich gerne mit dem Feuer spielen, gibt es eine dritte Lösung. Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass oberhalb der oberen Explosionsgrenze ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu "fett" ist und nicht brennt, wodurch die Gefahr einer Explosion ausgeschlossen ist. Wir ermutigen jedoch niemanden, es anzuprobieren und wissenschaftliche Theorien zu beweisen.

Bleiben die Vorteile der Drohnen trotz der Einschränkungen erhalten?

In den meisten Fällen lautet die Antwort ja. Es wird im Wesentlichen eine Frage sein, wie viel mehr Nutzen Sie durch den Einsatz von Drohnen anstelle von Menschen erhalten, und das hängt von der Inspektion ab, die Sie durchführen oder von Ihrem speziellen Anwendungsfall.Wenn wir uns die Auswirkungen auf die Sicherheit ansehen, nur weil Sie keine Menschen in einen begrenzten Raum oder einen gefährlichen Bereich schicken müssen, um eine Anlage visuell zu inspizieren, lohnt sich der Aufwand für den Einsatz der Drohnentechnologie auf Ihrer Anlage.Von einem reinen Kostengesichtspunkt aus betrachtet, wenn die Ergebnisse Ihrer Inspektion auf die Notwendigkeit eines menschlichen Eingriffs zur Durchführung einer Reparatur hindeuten würden, wäre allein die Möglichkeit einer visuellen Ferninspektion vor jedem menschlichen Eingriff eine enorme Hilfe. Sie können den Gerüstbauern sagen, wo sie ein Gerüst bauen sollen, anstatt das ganze Gebäude einzurüsten. Dies kann zu enormen Ausfallzeiten und letztendlich zu Kosteneinsparungen führen.Bei entsprechender Ausbildung ist ein Inspektor mit ferngesteuerter Technik wesentlich effizienter und schneller, als wenn er die gleiche Inspektion durch Begehung der Anlage durchführen würde. Die Zeitersparnis kann sich im Bereich von 1/4 bis 1/12 bewegen. Je nach Anlage, gibt es sogar die Möglichkeit, dass Sie die gesamte Anlage nicht wie bei einer klassischen Inspektion durch Begehung anhalten müssen. Dies kann manchmal einen großen Unterschied in der Ausfallzeit ausmachen.

Fragen + Antworten zu Drohnen in Ex-Umgebungen

Drohnen bestehen aus Komponenten die nicht mit Ex-Richtlinien zu vereinbaren sind. Drohnen werden auch wärmer als 25 Grad Celsius und Drohnen laden sich während des Fluges unter Umständen elektrisch auf, das liegt in der Natur der Drohnen. Eine Ex-Drohne – würde es sie geben, wäre im Faktor 5-10 schwerer als eine herkömmliche Drohne. Unter physikalischen Aspekten ist dieses Problem (noch) nicht zu lösen.

Nicht direkt in Ex-Bereichen, aber wenn die Bereiche in einen Zustand versetzt werden, bsp. durch Dekontamination, in dem Menschen die Bereiche betreten und reguläre Arbeiten durchgeführt werden können, dann kann der Bereich auch von Drohnen beflogen werden.

Irgendwann ganz bestimmt – die Frage ist aber auch was man „Drohne“ nennt. Bei klassischen Drohnen die sich durch die Luft bewegen ist ein Ex-Schutz (momentan) aus physikalischen Gründen nicht möglich, bei anderen Robotern wie Rovern, wird es sehr wahrscheinlich bereits Ex-sichere Ausführungen geben. Rover bewegen sich auf dem Boden und da spielt das Gewicht keine so entscheidende Rolle.