Die geforderte extreme Sauberkeit in Produktionsbetrieben der Pharma- und Lebensmittelindustrie heißt bei Steuerungs- und Elektrogehäusen nicht nur schmutzeckenarmes Design, sondern auch häufige und harte Reinigungsprozeduren. Dazu müssen die Gehäuse dicht gegenüber Hochdruckreinigern sein. Dies gilt vor allem dann, wenn sie in oder in der Nähe der Anlage platziert sind.
Dipl.-Ing. Thomas Kraft
Bei der Produktion ihrer hochdichten Gehäuse setzt Steeldesign in erster Linie Edelstahl ein. Das Material besitzt bereits die besten Grundvoraussetzungen für die Verwendung im Gehäusebau der Chemie- und Pharmaindustrie. Es ist hygienisch und robust. Vor allem der Grad des Widerstandes eines Gehäuses gegen das Eindringen von Stäuben und von Wasser spielt eine entscheidende Rolle für die Bauart. Je nach Standort können so unterschiedliche Bauarten zum Einsatz kommen.
Der Widerstand wird nach ED 60529/ IEC 529, DIN/VDE 0470 und DIN 40050 in Schutzarten klassifiziert und setzt sich zusammen aus den Kennbuchstaben (IP), der ersten Kennziffer (0-6), dem Schutzgrad für Berührungs- und Fremdkörperschutz und der zweiten Kennziffer (0-9), dem Schutzgrad für Wasserschutz. Die höchste Schutzart gegen Strahlwasserbelastung ist nach dieser Norm IP 69K. Bei den dafür durchgeführten Schutzartprüfungen wird ein Wasserstrahl von 80 oder 100 bar Überdruck als Belastung direkt und für eine festgelegte Zeit auf die Stoßkante zwischen Tür und Gehäuse und Türverriegelung gerichtet. Nur Gehäuse, deren Abdichtung dieser Prüfung standhalten, dürfen mit IP 69K ausgezeichnet werden. Die Sicherheit, die durch den Einsatz eines solchen Gehäuses geboten wird, ließ sich in der Vergangenheit hauptsächlich nur auf mittlere und kleine Gehäuseabmessungen anwenden. Die Industrie stellt jedoch in immer mehr Bereichen der Verarbeitung hohe Anforderungen an die Belastbarkeit von Gehäusen, daher ist hoher IP-Schutz auch für größere Gehäusetypen notwendig. Die Baureihe IP-Safety-Line deckt diese Anforderungen ab, denn hier sind alle Gehäuse- und Schaltschrankgrößen vertreten, vom Klemmenkasten über Wandgehäuse bis hin zum Schaltschrank. Der Fokus dieser Baureihe liegt in der Konstruktion dieser Gehäuse, die alle bis zu 100 bar abdichtbar sind und damit der höchsten Schutzartklasse IP 69K entsprechen. Die nachfolgend beschriebenen unterschiedlichen Verfahren geben einen Überblick der Abdichtungslösungen und der angewendeten Dichtungstechnologien.
Die Konstruktion macht’s
Die Messerkantenabdichtung mit Spalt ist derzeit die gebräuchlichste Schaltschrankabdichtung. Sie führt bei einem Minimum an aufzuwendenden Dichtkräften zu einem Maximum an Flächenpressung. Die zur Abdichtung über die Messerkante notwendige Flächenpressung muss theoretisch gleich der abzudichtenden Differenzdruckbelastung sein. Zusätzlich zu diesem Wert müssen weitere Sicherheiten eingebaut werden, da die Druckbelastung Schwingungen hervorrufen kann, die auf der Gehäuseseite zeitliche Verringerungen der Flächenpressung zur Folge haben. Außerdem haben die Gehäuseteile und die Dichtungen Fertigungstoleranzen, die zu Unterschieden in der Flächenpressung führen. Darüber hinaus verbiegen sich die Gehäuseteile aufgrund der Dichtkräfte. Für eine sichere IP 66-Schutzart ist daher konstruktiv die 3- bis 5-fache Flächenpressung zur Abdichtung vorzusehen.
Betrachtet man einen Wasserstrahl auf seinem Weg bis zur Abdichtungsstelle des Gehäuses, so ergibt sich bei den meisten Konstruktionen folgendes Bild: Der Druckwasserstrahl wird häufig exakt dahin geleitet, wo er im Sinne einer guten Abdichtung nicht hin darf und nicht hin soll. Ein so dimensioniertes Gehäuse kann daher mit Strahlwasser nicht wesentlich über 1 bar Wasserdruck belastet werden, ganz gewiss nicht mit 100 bar und höher. Die dazu unter Beibehaltung des Konstruktionsprinzips notwendige Erhöhung von Flächenpressung und Dichtkraft auf das 100-Fache kann mit einem Feinblechgehäuse wirtschaftlich nicht erbracht werden.
Zwei Konstruktionsprinzipien haben sich in der letzten Zeit etabliert, nach denen Klemmenkästen, Wandgehäuse und Schaltschränke aus Feinblech mit vertretbarem Aufwand in derart hohen Schutzarten gebaut werden können. Im ersten Fall bleibt die IP 66-Dichtung erhalten und die Paneelkantung wird so weit verlängert, dass der Spalt zwischen Paneel und Korpus bis auf Fertigungstoleranzen geschlossen ist. Hierdurch wird das Strahlwasser vor der Dichtung abgelenkt. Zwar wird die Dichtung bei Strahlwasserbelastung noch nass, das Wasser hat jedoch keine Energie mehr, um die Flächenpressung zu überwinden. Ein VDE-Testat und ein Praxis-Feldtest mit mittlerweile über 10 000 Gehäusen ergaben bei dieser Konstruktion die Schutzart IP 69K (100 bar, 80 °C). Diese Variante ist allerdings ausschließlich für Edelstahlgehäuse einsetzbar, da die hohe Flächenpressung zwischen Paneelkante und Korpus eine Lackschicht zerstören würde.
Eine zweite Variante besteht darin, dass sowohl die IP 66-Dichtung als auch die Paneelkantung (mit definiertem Spaltmaß) erhalten bleiben. Zur Abwendung des hohen Staudruckes von der Dichtung wird die korpusseitige Dichtkante mit einer Abreißkante versehen, der Convexkantung. Durch diese Convexkantung wird der harte Strahl sicher von der Stelle der Abdichtung ferngehalten. Ein weiterer Vorteil: Die Convexkantung ist sehr reinigungsfreundlich, da das traditionelle Schmutznest zwischen Korpus und Tür durch Durchspülbarkeit beseitigt wird. Reinigungsprozeduren sind umso effektiver, je reinigungsfreundlicher und freier an Schmutzecken der zu reinigende Gegenstand ist. Durch die Grundkonstruktion der Convexkantung ist somit eine hohe Effizienz der Reinigung gewährleistet.
Um die Dichtkräfte bei Gehäusen unterschiedlichster Größen und Bauart weiter zu verbessern, hat Steeldesign das Zusammenspiel beider Verfahren optimiert. Mit der Baureihe IP-Safety-Line stehen nun Gehäuselösungen zur Verfügung, die sämtliche Größenanforderungen abdecken. Damit können im Anlagenbau Lösungen entwickelt werden, die ein effizienteres Zusammenspiel aller Komponenten ermöglichen. Obwohl speziell die Pharma- und Chemieindustrie von diesen Verfahren profitieren, setzen inzwischen auch andere Industriezweige widerstandsfähige Edelstahlgehäuse mit hoher IP-Schutzklasse ein. Denn der Nutzen eines hochdruckreinigerfesten Gehäuses gegenüber einer Standardversion ist nicht nur eine Frage auszuführender Vorschriften für die Produktion, sondern auch tagtägliche Erleichterung bei Reinigungsprozessen. Deshalb erhält das Thema Hygiene und Sicherheit für Gehäuse im Anlagenbau auch für andere Branchen immer größere Priorität.
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