Anforderungen an Betriebsmittel mit IP-Schutzart

Kürzel richtig deuten

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Produktspezifikationen mit einer Angabe wie IP 54 oder IP 67 haben sich weitgehend eingebürgert. Nachstehende Ausführungen sollen zum besseren Verständnis dieser wichtigen Spezifikationen beitragen und dabei helfen, die Bezeichnungen richtig einzuordnen. Dabei steht insbesondere das Anforderungsprofil an IP-69K-gerechte Komponenten wie die nachfolgend vorgestellten induktiven Näherungsschalter der Serie 700L im Mittelpunkt.

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.
Betriebsmittelprüfung für IP 69K
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.
Weitere IP-Schutzarten
Andere häufig anzutreffende Schutzarten wie IP 67 und IP 68 sind zwar auf den ersten Blick weniger problematisch, die Praxis beweist jedoch das Gegenteil. Bei IP 67 geht der Anwender fälschlicherweise oft davon aus, dass so spezifizierte Geräte in jeder beliebigen Flüssigkeit beliebig lange betrieben werden können. Beides ist falsch, denn die Norm ist hier unzweideutig: Die Flüssigkeit muss Wasser sein, und der Prüfling wird während 30 min in 1 m Tiefe eingetaucht. Bei IP 68 ist schon die Norm unklar formuliert. Zwar wird zeitlich unbegrenzter Betrieb unter Wasser verlangt (oder eben eher suggeriert), aber das klein Gedruckte liest sich überaus unverbindlich. Wie bei IP 67 ist die Flüssigkeit Wasser. Über die Eintauchtiefe und die zu gewährleistende Eintauchzeit hingegen müssen in der Praxis Hersteller und Anwender fallweise verhandeln. Zudem ist zu beachten, dass die an sich höhere Schutzart IP 69K keineswegs auch IP 67 oder IP 68 impliziert. Diese müssen unabhängig und zusätzlich angegeben werden, also z.B. „IP 68 & IP 69K”.
Induktive Näherungsschalter
Die induktiven Ganzmetallnäherungs-schalter von Contrinex sind besonders für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie geeignet, da sie eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegen Reinigungs- und Desinfektionsmittel sowie organische Säure aufweisen, und verfügen über eine erhöhte Schutzart (IP 68 & IP 69K). Die Serie 700L induktiver Näherungsschalter erfüllt das Anforderungsprofil an IP-69K-gerechte Komponenten unter anderem dadurch, dass an der kritischen Stelle, nämlich an der aktiven Fläche, eine besonders sichere Lösung zum Einsatz kommt: Die Gerätegehäuse sind aus dem Vollen gedreht, so dass keine Kunststofffügestelle mehr vorliegt. Auch sonst ist diese Gerätereihe aus Edelstahl (V4A/AISI 316L) mit Spezialkabel (TPE-S), einer besonders widerstandsfähigen Kabeleintrittsstelle, erhöhtem Betriebstemperaturbereich und Laserbeschriftung statt Etikett oder Druck für den vorgesehenen Einsatzort optimiert. Des Weiteren bieten die Sensoren große Schaltabstände auf Stahl, Edelstahl und Aluminium.
Halle 6, Stand 344
dei 421

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