IP-Schutzklassen und Entwickeln mit IP-bewerteten Steckverbindern

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Der Bedarf an robusten, vor Umwelteinflüssen geschützten Geräten steigt. Im Artikel erklärt der Autor die IP-Schutzklassen und ihre Anwendung und gibt einige hilfreiche Design-Tipps.

Wer tragbare Geräte besitzt, möchte diese keinen unerwünschten Verschmutzungen und Feuchtigkeit aussetzen. Von Tablets und Wearables bis hin zu Sensoren für den Außenbereich und Industrieanlagen wächst die Nachfrage nach Geräten, die zahlreichen Umwelteinflüssen standhalten. Da IP-geschützte (Ingress Protection) Produkte immer häufiger zum Einsatz kommen, müssen Entwickler auch die Schutzklasse bzw. den IP-Grad auf Bauteilebene berücksichtigen. Nur so stellen sie sicher, dass die Zuverlässigkeit eines Produkts nicht durch Staub, Feuchtigkeit oder andere Partikel beeinträchtigt wird.

Ein oft übersehener Aspekt in der Anfangsphase einer Entwicklung sind externe Anschlüsse wie Audio- oder USB-Buchsen, die einfache Eintrittspunkte für Staub und Feuchtigkeit darstellen. Werden für ein Design Steckverbinder ohne ordnungsgemäß spezifizierte IP-Schutzart ausgewählt, können Verunreinigungen die innen liegenden Schaltkreise beschädigen und die Leistungsfähigkeit über die Steckverbinder beeinträchtigen. Um Entwicklern bei der Auswahl zu helfen, beschreibe ich in diesem Beitrag die IP-Schutzklassen und Designüberlegungen für den Einsatz IP-bewerteter Steckverbinder näher.

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Ein Überblick über die IP-Schutzklassen

Die in der Norm IEC 60529 sowie in nationalen oder regionalen Auslegungen wie ANSI 60529 in den USA und EN 60529 in der EU definierten IP-Schutzklassen enthalten das Präfix „IP“, gefolgt von zwei Zahlen. Die erste Zahl definiert den Schutz vor Feststoffen und die zweite Zahl den Schutz vor Flüssigkeiten (Bild 1).

Tabelle 1 listet die spezifischen Schutzfunktionen auf, die in den einzelnen IP-Schutzklassen definiert sind. So bedeutet die Schutzart IP65, dass der Stecker oder das Bauteil staubdicht ist und Schutz gegen Wasserstrahlen (Niederdruck) bietet.

Entwickeln mit IP-geschützten Steckverbindern

Das Verständnis der verschiedenen IP-Schutzklassen ist wichtig, da die ausgewählten Komponenten ausreichenden Schutz vor dem Eindringen von Feststoffen und Flüssigkeiten bieten müssen, damit das System seinen vorgesehenen Betrieb erfüllen kann.

In bestimmten Anwendungen, beispielsweise bei Kabel-zu-Kabel-Verbindungen in industriellen Umgebungen, müssen Stecker und Buchse beim Zusammenstecken vollständig abgedichtet werden. Diese Verbindungen verhindern dann, dass Staub und Feuchtigkeit die Kontakte korrodieren, Signale stören und Schaltkreise beschädigen. Auch während des Betriebs können diese Verbindungen Wasser (unter hohem Druck) ausgesetzt sein oder in Flüssigkeiten eingetaucht werden.

Die bekannteste Anwendung für IP-geschützte Anschlüsse ist jede externe Schnittstelle, beispielsweise Audio-, USB-Buchsen oder DC-Stromversorgungseingänge. In diesen Fällen ist ein Schutz vor Eindringen von Stoffen und Flüssigkeiten erforderlich, um die innen liegenden Komponenten und den Systembetrieb vor Staub und Feuchtigkeit zu schützen, wenn kein Steckverbinder oder Gerät angeschlossen sind. Eine ordnungs­gemäß spezifizierte IP-Schutzklasse stellt sicher, dass das Gehäuse eines Geräts im nicht angeschlossenen Zustand vollständig abgedichtet ist.

Bei IP-bewerteten Steckern und Steckverbindern, die unabhängige IP-Schutzklassen tragen, könnte man davon ausgehen, dass sie eine Verbindung entsprechend einer IP-Einstufung herstellen – was aber nicht der Fall ist. Ohne einen zusätzlichen Abdichtungsmechanismus (Bild 2) sind diese grundlegenden Verbindungen wie ein USB-Kabel, das in den USB-Anschluss des Mobiltelefons gesteckt wird, weiterhin anfällig für Staub und Feuchtigkeit an der Verbindungsschnittstelle. Sind diese während des Betriebs unvorhergesehenem Schmutz oder Flüssig­keiten ausgesetzt, können innenliegende Komponenten wie integrierte Schaltungen beschädigt werden.

Dieser Beitrag ist im Sonderheft Elektromechanik III der ELEKTRONIKPRAXIS (Download PDF) erschienen.

Fazit: Der Bedarf an robusteren Bauteilen bzw. Komponenten nimmt weiter zu, da tragbare Geräte immer beliebter werden und häufiger zum Einsatz kommen. Um Entwicklern zusätzliche Flexibilität bei ihrem Design zu ermöglichen, bietet CUI Devices eine Reihe IP67-bewerteter 3,5-mm-Audiosteckverbinder, USB-Buchsen und DC-Steckverbinder. Diese Steckverbinder verfügen über eine speziell geformte Dichtung oder einen O-Ring, um die IP67-Klassifizierung für staubdichten Schutz und vollständiges Eintauchen bis zu 1 m im nicht gesteckten Zustand zu erreichen (Bild 4).

* Ryan Smoot ist Ingenieur im technischen Support bei CUI Devices in Lake Oswego / USA.

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