Dicht oder nicht? Auswahlhilfe für wasserdichte Industriesteckverbinder

Wasserdicht – der umgangssprachliche Begriff suggeriert die absolute Widerstandsfähigkeit eines Objekts gegen das Einwirken von Feuchtigkeit – etwa in Form von Nebel oder Regen – sowie gegen das Eintauchen in Flüssigkeiten. Doch schon aus der Alltagserfahrung ist bekannt, dass in der Regel nur ein relativer Schutz besteht, etwa einer Uhr, einer Kamera oder eines Smartphones, deren Spezifikationen das Untertauchen nur bis zu einer begrenzten Tiefe beziehungsweise einem maximalen hydrostatischen Druck gestatten. Für die Anwender industrieller elektrischer Verbindungstechnik ist es naheliegend, diese Erfahrung auf die Einsatzszenarien für Steckverbinder, beispielsweise in der Prozesstechnik, zu übertragen. Der Schutz der Schnittstellen gegen fluide Medien ist hier unter funktionalen sowie unter Sicherheitsaspekten eine essenzielle Forderung.

Um die Dichtheit des elektromechanischen Gesamtsystems zu gewährleisten, kommt den Steckverbindern in der Industrieelektronik eine besondere Bedeutung zu. Denn einerseits sollen sie mehrmals steck- und abziehbar sein; andererseits muss die Verbindung im gesteckten Zustand – je nach Anwendung – das Eindringen flüssiger Medien zuverlässig verhindern.

Der Grad der nötigen Widerstandsfähigkeit – und damit die korrekte Interpretation des Attributs ‚wasserdicht‘ – ist untrennbar mit den Gegebenheiten der betreffenden Applikation verknüpft: Während Steckverbinder in vielen Automatisierungsaufgaben nicht in direktem Kontakt zu Feuchtigkeit stehen, gibt es spezielle Anwendungen, bei denen sie Spritzwasser ausgesetzt sind oder sogar zeitweiligem Untertauchen standhalten müssen. Insbesondere in hygienisch anspruchsvollem Umfeld kann es vorkommen, dass Steckverbinder zwecks Reinigung unter Hochdruck bestrahlt werden. Dann sind besondere konstruktive Maßnahmen unerlässlich, um eine sichere Signal- beziehungsweise Energieübertragung zu gewährleisten.

Genormte Kennzeichnung

Der Grad der Beständigkeit gegen Feuchte und Flüssigkeiten ist in den Produktdatenblättern der Steckverbinderhersteller angegeben. Die betreffende technische Spezifikation bezieht sich auf die sogenannte Schutzart; sie legt fest, unter welchen Umgebungseinflüssen – Berührung sowie Eindringen von Fremdkörpern und Wasser – der jeweilige Steckverbinder einsetzbar ist. Die Schutzart wird, gemäß den Normen DIN EN 60529 beziehungsweise ISO 20653, in Form eines sogenannten IP-Codes (International Protection) angegeben, der aber bei Steckverbindern in der Regel nur im gesteckten Zustand gilt.

Die obigen Beispiele entsprechen demgemäß den Schutzarten IP67 – Schutz gegen zeitweiliges Untertauchen – sowie IP68/69K – Schutz gegen dauerhaftes Untertauchen beziehungsweise Bestrahlen unter Hochdruck. Da die Normen Kriterien wie ‚zeitweilig‘ oder ‚dauerhaft‘ weder eindeutig noch verbindlich definieren, sind in der Praxis präzisierende Angaben der Hersteller sinnvoll.

Unzureichende Kenntnis der DIN EN 60529 beziehungsweise der ISO 20653 führt in der Praxis häufig zu der missverständlichen Annahme, eine hohe Zahl im IP-Code bedeute zwangsläufig den besseren Schutz. Es ist deshalb wichtig zu wissen, dass sich die erste Ziffer des Codes auf das Eindringen fester Partikel bezieht, etwa Staub, während die zweite Ziffer den Schutz gegenüber Feuchte und Wasser angibt. Somit kann ein Erzeugnis nach IP64 im Vergleich zu einem IP55-Produkt keinesfalls pauschal als ‚besser geschützt‘ betrachtet werden. Erstes darf zwar stärker mit Fremdkörpern belastet werden, sprich: Es ist staubdicht. Jedoch verträgt es nur Spritzwasser, während zweites sich aus beliebigem Winkel mit Wasser bestrahlen lässt.

Den beiden Ziffern für Partikel beziehungsweise Feuchte/Wasser können an dritter und vierter Position Kennbuchstaben folgen, um die Schutzart genauer zu bezeichnet. Ein K (wie in IP69K) steht beispielsweise für Ausrüstungen von Straßenfahrzeugen; ein B für den Zugang zu gefährlichen aktiven Teilen mit einem Finger. Es ist wichtig zu betonen, dass sich die IP-Schutzart ausschließlich auf den Schutz von Betriebsmitteln und deren Komponenten bezieht. Sie trifft keinerlei Aussage über den Schutz von Personen, die mit diesen Betriebsmitteln interagieren. Maßnahmen zur Sicherheit der Anwender sind in der sogenannten Schutzklasse definiert, die nicht Gegenstand dieses Beitrags ist.

Applikation gibt Schutzart vor

Neben den elektrischen Kenngrößen wie Bemessungsstrom und -spannung, Stoßspannung oder Durchgangswiderstand sind einbaurelevante Parameter wie Integrationsdichte und Miniaturisierungsgrad – und daraus folgend die Bauform eines Steckverbinders – generelle Auswahlkriterien. Darüber hinaus gilt es jedoch, die Besonderheiten der jeweiligen Einsatzumgebung zu bewerten: Ist die Schnittstelle mechanischen Belastungen wie Stößen oder Vibrationen ausgesetzt? Sind Vorkehrungen gegen die Einflüsse benachbarter hochfrequenter Elektronikbaugruppen, gegen Brandrisiko oder Explosionsgefahr zu treffen? Oder setzt eine Verbindung, die häufig gesteckt und wieder gelöst werden muss, besondere konstruktive Maßnahmen voraus, um viele Steckzyklen zu überdauern? Die Antworten auf diese und ähnliche Fragen führen den Anwender zu Produkteigenschaften wie Verschlusstechnik, elektromagnetischer Schirmung und Kontaktwerkstoffen, die zwangsläufig in die Kaufentscheidung einfließen.

Dass Steckverbinder – auf zunächst nicht definierte Weise – dem Eindringen von Partikeln und Feuchte oder Flüssigkeiten trotzen müssen, ist eine Standardanforderung der Industrie. Doch wie oben ausgeführt, hängt die notwendige Schutzart von den Details der Applikation ab. Da diese von Schnittstellen bei Messen und Regeln in der Fabrikautomatisierung über die Lebensmittel- und Getränkeindustrie bis zum klinischen Einsatz medizinischer Gerätetechnik reichen, können sich die Forderungen an ‚wasserdichte‘ Steckverbinder erheblich unterscheiden. Vor allem in den beiden letztgenannten Gebieten unterliegen die Produkte einer besonderen Feuchtigkeitsbelastung, die aus den hier geforderten Reinigungs- und Sterilisationsprozessen resultiert.

Beispiele mit IP67 & IP68/69K

Sämtliche M12-Steckverbinder von binder sind normgerecht nach IP67, viele auch nach IP68/69K beständig gegen Feuchte und Wasser. Korrosionsbeständige Varianten sind mit Edelstahl- oder Kunststoff-Gewindering versehen. Während IP67 Anwendungssicherheit bei gelegentlicher Feuchtigkeit – ohne höhere Anforderungen – gewährt, können die widerstandsfähigeren Produkte je nach Schutzart und Material auch Witterungseinflüssen im Außeneinsatz sowie dem Untertauchen in größere Tiefen, Hochdruck-Wasserstrahlen sowie aggressiven Reinigungsmitteln trotzen.

Das IP67-Portfolio umfasst weiterhin konfektionierbare Stecker und Buchsen der Bauform M12; Verbindungstechnik mit IP67-Schutz, wie die NCC-Steckverbinder (Not Connected Closed) der binder Serie 770, empfehlen sich beispielsweise für den Einsatz in Handbediengeräten, medizinischen Ausrüstungen und Baugruppen der LED-Beleuchtungstechnik. Mit einem Bajonett-Verschluss versehen und für mehr als 5.000 Steckzyklen ausgelegt, zeichnen sie sich diese Produkte durch eine konstruktive Besonderheit aus: Eine gefederte Kunststoffabdeckung im Inneren ihres Gehäuses schließt die Kontakte – im ungesteckten Zustand – berührungssicher ein. Sie werden somit vor Partikeln sowie Spritzwasser bewahrt und sind zudem gegen mechanische Einwirkung von außen geschützt. Auch die sogenannten Subminiatur- beziehungsweise Miniaturserien 620 und 720 erfüllen – gesteckt – die Kriterien von IP67: Dafür sind sie mit einem O-Ring an der Dosenseite sowie mit einer Dichtung im Klemmbereich versehen. Die Steckverbinder überstehen trotz sensibler Schnapphaken mehr als 1.000 Steckzyklen. Sie sind ebenfalls für Medizingeräte prädestiniert; weitere Einsatzmöglichkeiten bieten Messausrüstungen, Industrieleuchten oder die Sitzheizungen in Sportstadien.

Wasserdicht nach Schutzart IP68 in gestecktem Zustand sind sämtliche umspritzten Kabelsteckverbinder der Serie 763 mit Signal- und Sensorkabel sowie Gewinderingen aus medien- und temperaturbeständigem Kunststoff. Den Schutz nach IP68/IP69K erreichen die Outdoor-Steckverbinder HEC (Harsh Environment Connector) mit Bajonett-Schnellverriegelung. Applikationsbeispiele sind Tunnelbeleuchtungen für sehr feuchte Umgebungen, Unterwasser-Messsonden und Zuleitungen für Tauchpumpen. HEC-Steckverbindungen sind zudem in Landmaschinen sowie in tragbaren Handschweißgeräten verbreitet. Die Outdoor- und Edelstahl-Versionen der Serie 713 entsprechen ebenfalls der Schutzart IP68/69K. Die Outdoor-Varianten sind aus dafür geeignetem Kunststoff hergestellt und mit Schutzkappen ausgestattet, die die Signalsteckverbinder vor Witterungseinflüssen im Außeneinsatz bewahren; die Edelstahlprodukte sind besonders beständig gegen aggressive Medien. Nach IP69K geschützt sind besondere Food-&-Beverage-Versionen der binder Serie 763 sowie die Edelstahl-Varianten der Serie 713. Die M12-Steckverbinder eignen sich etwa zum Anbinden von Sensoren für das Überwachen von Prozessparametern in Abfüllanlagen. Generell sind sie für die Installation in Maschinen und Anlagen vorgesehen, die mit Hochdruckreinigern und aggressiven Reinigungsmitteln gesäubert werden.

Grad des Schutzes

Elektromechanische Schnittstellen gegen die Einflüsse fluider Medien zu schützen, ist eine grundlegende Anforderung der Industrie. Der Grad der benötigten Widerstandsfähigkeit hängt dabei immer von den konkreten Umgebungsbedingungen der jeweiligen Applikation ab. In den Produktdokumentationen der Komponentenhersteller spiegelt er sich in den IP-Codes wider. binder bietet Verbindungstechnik gemäß IP40 bis IP68/69K an, wobei ein Großteil des Steckverbinder-Portfolios die Anforderungen von IP67 und darüber erfüllt. Die Binder Produkte empfehlen sich damit beispielsweise für den Einsatz im Umfeld der Automatisierungs-, Gebäude-, Agrar-, Lebensmittel- und Medizingerätetechnik.

Besonderheiten wasserdichter Verbindungstechnik von Binder

Der Rundsteckverbinder-Spezialist Ninder der aus Neckarsulm bietet wasserdichte Steckverbinder für raue Umgebungsbedingungen an, die für die Schutzarten IP67 bis IP69K entwickelt wurden. Bei ausgewählten Produkten kommt UV- und temperaturbeständiges Material zum Einsatz, und ein Teil der Verbindungstechnik ist für hohe Hygieneanforderungen geeignet. Im Detail wurde das Design optimiert, um Schmutzablagerungen auf den Gehäusen zu verhindern; IP69K-Steckverbinder lassen sich mit Hochdruckstrahlern reinigen, besondere Edelstahlvarianten sind gegen aggressive Reinigungsmittel resistent, und umspritzte Steckverbinder für das Marktsegment Food & Beverage sind zudem nach den Vorgaben des Prüfdienstleisters Ecolab zertifiziert. Es steht eine Auswahl verschiedener Verriegelungsarten und -materialien für verschiedene Einsatzszenarien zur Verfügung – etwa M12-Gewinderinge aus Kunststoff oder Edelstahl beziehungsweise Bajonett- oder Snap-in-Mechanismen, die für Anwendungen mit kurzer Anschlusszeit und für häufiges Stecken optimiert sind. Hervorzuheben ist die Balance aus Funktion und Design bei der Produktentwicklung; die Steckverbinder erfüllen dank besonderer Farbgebung markttypische Designvorgaben, etwa für das Segment Food & Beverage oder für die Medizintechnik.