Dipl.-Ing. Peter Heimlicher
Die den Schutzartangaben wie IP 54 oder IP 69K zugrunde liegende Norm ist die IEC-Publikation IEC 60529, früher IEC 529 (Erstpublikation 1989). Ursprünglich für Gehäuse gedacht, ist ihr Anwendungsbereich im Laufe der Zeit stark ausgedehnt worden und umfasst heute eine Vielzahl von Geräten, darunter auch Sensoren und Anschlussleitungen. Von Interesse ist insbesondere die europäische bzw. deutsche Entsprechung dieser Norm, nämlich die DIN 40050. Das Buchstabenpaar „IP” steht für „Ingress Protection”, also etwa „Schutz gegen Eindringen”. Die bislang höchste Schutzart IP 69K hat ihren Ursprung in Forderungen der europäischen Lebensmittelindustrie. Bei dieser Schutzart geht es vor allem um die Beständigkeit von elektrischen Betriebsmitteln gegen Hochdruckstrahlreinigung. Hierbei ergeben sich Anforderungen in Bezug auf Druck, erhöhte Temperatur (Heißwasser) und chemisch hoch aktive Reinigungs- und Desinfektionsmittel, insbesondere Wasserstoffperoxid, aber auch andere alkalische und chlorhaltige Produkte. Die Hochdruckstrahlreinigung ist sehr wirksam, greift allerdings auch Metalle und Kunststoffe aller Art an. Davon betroffen ist insbesondere die elektrische Ausrüstung lebensmittelverarbeitender Anlagen, am schlimmsten die ohnehin besonders exponierten Sensoren. Aus dieser Situation heraus entstand ein Anhang zur DIN 40050 (DIN 40050 Teil 9). Darin wird mit IP 69K (nebst anderen) ein aufwändiges, standardisiertes Prüfverfahren für Betriebsmittel definiert, die in der beschriebenen Umgebung eingesetzt werden sollen.
Bei der IP-69K-Prüfung wird das zu prüfende Gerät auf einen mit fünf Umdrehungen pro Minute drehenden Tisch montiert. Während des Prüfablaufs wird der Prüfling je 30 s unter Winkeln von 0, 30, 60 und 90° bespritzt. Der Strahl kommt aus einer Flachstrahldüse aus einer Entfernung von 100 bis 150 mm, bei einer Strahltemperatur von 80 ± 5 °C, einem Durchfluss von 14 bis 16 l/min und einem Druck von 8000 bis 10 000 kPa. Diese Bedingungen mögen extrem scheinen, sind aber durchaus typisch bei Anwendungen in der lebensmittelverarbeitenden Industrie. Produkte, die diese Prüfung bestehen sollen, müssen die folgenden drei Punkte erfüllen:
- die Abdichtungen verhindern schädliches Eindringen von Flüssigkeiten, auch unter Druck
- die Materialien sind den Chemikalien und der Temperatur gewachsen
- die Elektronik verträgt die Temperaturwechsel
Bleibt anzufügen, dass erst das Zusammentreffen aller drei Anforderungen die Angelegenheit richtig knifflig macht.
Als Abdichtung werden zumeist elastische Materialien gewählt, wozu auch ein allenfalls vorhandenes Anschlusskabel zählt. Nun sind elastische Materialien denkbar ungünstig, wenn sie mechanischen Kräften ausgesetzt sind; genau dies ist aber beim Hochdruckstrahl der Fall. Die Standardlösung besteht darin, die Dichtungsmaterialien so stark mechanisch vorzuspannen, dass die vom Strahl verursachten Kräfte kleiner sind, und dies auch bei erhöhter Temperatur und über längere Zeit. Bei der Materialauswahl steht bei Metallteilen Edelstahl im Vordergrund. Unter den vielen auf dem Markt erhältlichen Typen, weist beispielsweise V4A bzw. AISI 316L die erforderliche chemische Beständigkeit auf. Bei den Kunststoffen würde PTFE problemlos alle Anforderungen erfüllen; allerdings stehen hier der Preis und die umständliche Verarbeitung im Weg. Als Alternative kann PVC dienen. Dessen Chemikalienbeständigkeit ist völlig ausreichend. PVC ist im Lebensmittelbereich jedoch nicht in allen Ländern zugelassen, da die Ausgangsstoffe stark kanzerogen sind. Im weiten Bereich der Kunststoffe gibt es aber genügend Alternativen. Die Temperaturwechselbeständigkeit ist eine komplexe Angelegenheit. Da IP 69K keine diesbezüglichen Anforderungen stellt, sei hier lediglich auf deren große Bedeutung für die Langzeitzuverlässigkeit der Sensoren hingewiesen.
