Überblick über IP-Schutzarten wasserdichter Steckverbinder

Mit dem anhaltenden Wachstum von tragbarer Elektronik und Wearables gab es nie eine größere Notwendigkeit, dass alltägliche Geräte die Belastung durch Staub und Feuchtigkeit tolerieren. Endbenutzer erwarten Produkte, die starke Verschmutzungen oder einen versehentlichen Fall in Wasser problemlos überstehen. Auch bei anderen IoT-Anwendungen, insbesondere bei solchen, die für den Außeneinsatz oder für industrielle Umgebungen vorgesehen sind, ist eine zuverlässige Leistung von entscheidender Bedeutung. Ein derartiger Schutz vor Feuchtigkeit, Staub und anderen Partikeln lässt sich jedoch nur auf Komponentenebene – und in der Frühphase des Designs – erreichen, damit die Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigt wird.

Steckverbinder, die in praktisch jeder Anwendung zum Einsatz kommen, stellen einen möglichen Schwachpunkt hinsichtlich dieser Gefahren dar, die sich negativ auf den Betrieb eines gesamten Systems auswirken können. Da Steckverbinder, Komponenten und Anwendungen mit einer IP-Schutzart immer beliebter werden, stellt sich die Frage, welche IP-Schutzarten es gibt und welche Designüberlegungen anzustellen sind, wenn es um die Auswahl eines Steckverbinders mit einer IP-Schutzart geht.

Grundlagen zu IP-Schutzarten

Die IP-Schutzarten für den Schutz vor eindringenden Medien (Ingress Protection, IP) sind in der Norm IEC 60529 unter Verwendung einer standardisierten Skala definiert, in der auf das Präfix „IP“ zwei Zahlen folgen. Die erste dieser Zahlen steht für den Schutz vor Festkörpern und die zweite für den Schutz vor Flüssigkeiten. Außerdem gibt es nationale und regionale Entsprechungen zu dieser Norm, so etwa ANSI 60529 (USA) und EN 60529 (Europa).

Abbildung 1: Codestruktur der IP-Schutzarten (Bildquelle: Same Sky)

Die Zahlen im Code der IP-Schutzarten sind in der folgenden Tabelle genauer definiert. Die Schutzart IP56 beispielsweise bedeutet, dass das Teil vor Staub geschützt ist und außerdem einen Schutz vor starkem Strahlwasser bietet.

Abbildung 2: Klassifizierungen der IP-Schutzklassen (Bildquelle: Same Sky)

Auswahl eines Steckverbinders mit IP-Schutzart

Offene externe Steckverbinder stellen häufige Schwachpunkte dar, über die Wasser und Staub in ein Gerät eindringen können. Die frühzeitige Festlegung des beabsichtigten Verwendungszwecks einer Anwendung ist daher äußerst wichtig, um Steckverbinder mit einer IP-Schutzart auswählen zu können, die den Mindestanforderungen eines Systems gerecht werden.

Am häufigsten werden Steckverbinder mit einer IP-Schutzart für Geräte mit externen Anschlüssen benötigt, wie beispielsweise Audio-, USB- oder DC-Stromversorgungsbuchsen. Eine geeignete IP-Schutzart schützt in diesem Fall jegliche internen Schaltkreise vor einem unvorhergesehenen Eindringen von Wasser oder Staub, wenn kein Stecker oder kein externes Equipment angeschlossen sind. In anderen Fällen, beispielsweise bei industriellen Kabel-zu-Kabel-Verbindungen, werden eventuell ein Steckverbinder und eine Buchse benötigt, die im verbundenen Zustand vollständig abgedichtet sind. Diese vollständig abgedichtete Verbindung verhindert, dass Staub und Feuchtigkeit Signale stören oder Komponenten beschädigen, die im Betrieb Hochdruckwasser ausgesetzt sind oder sogar vollständig in Wasser getaucht werden.

Abbildung 3: Kabel mit Stecker und Buchse mit Verriegelung und Abdichtung (Bildquelle: Same Sky)

Es muss jedoch klargestellt werden, dass Stecker und Buchsen mit individuellen IP-Schutzarten nicht automatisch eine Verbindung mit IP-Schutzart ergeben. Sofern ein Design keinen zusätzlichen Dichtmechanismus, wie beispielsweise den Schraubanschluss in Abbildung 3, bietet, besteht weiterhin die Möglichkeit, dass an der Verbindungsschnittstelle Staub und Feuchtigkeit eindringen (Abbildung 4). Wurde die Schnittstelle nicht ordnungsgemäß abgedichtet, könnten Signale gestört oder interne Schaltkreise beschädigt werden.

Abbildung 4: Eine typische Verbindung ist weiterhin anfällig für Staub und Feuchtigkeit (Bildquelle: Same Sky)

Fazit

Durch die zunehmende Beliebtheit tragbarer Geräte steigt auch der Bedarf an robusteren Komponenten. Same Sky hat eine Auswahl an Steckverbindern mit Schutzart IP67 im Angebot, so etwa USB-Steckbuchsen, 3,5-mm-Audiobuchsen und DC-Stromversorgungsbuchsen, um Entwicklern mehr Flexibilität bei der Entwicklung robuster Anwendungen zu bieten. Durch die Implementierung von maßgefertigten Dichtungsmanschetten oder O-Ringen für eine wirksame Abdichtung sind diese Steckverbinder im nicht verbundenen Zustand staubdicht und können bis zu einer Tiefe von 1 Meter in Wasser getaucht werden.

Abbildung 5: USB-Steckverbinder UJ31-CH-3-MSMT-TR-67 und DC-Stromversorgungsbuchse PJ-001AH-67 von Same Sky (Bildquelle: Same Sky)