Elektronik effizient schützen

Für elektronische Geräte, die im Außenbereich zum Einsatz kommen, gelten besondere Anforderungen. Durch ihre Gehäuse darf weder Schmutz noch Feuchtigkeit eindringen, zugleich muss aber ein Druckausgleich möglich sein. Venting-Elemente können dieses Dilemma sogar auf kleinem Raum lösen.

Ob Straßenleuchten, Solarmodul-Anschlussdosen, Suchgeräte für Lawinenverschüttete oder Akkupacks für Elektrofahrräder: Für Elektronik, die vor allem draußen im Einsatz ist, müssen Schutzmaßnahmen getroffen werden, denn Feuchtigkeit, Temperaturunterschiede und Schmutz stellen eine Gefahr dar. Auch eine hermetische Abriegelung der Gehäuse ist für die Hersteller dieser elektronischen Geräte keine praktikable Lösung: Outdoor-Gehäuse sind häufig starken Temperaturschwankungen durch schnelle Abkühlung oder Erwärmung der Umgebung ausgesetzt. Wenn die Elektronik in Betrieb ist, entsteht zudem Wärme, die Luft im Inneren des Gehäuses dehnt sich aus und es bildet sich ein Überdruck. Umgekehrt kann auch ein Unterdruck entstehen, wenn das Bauteil kälter als seine Umgebung ist. Diese Druckunterschiede belasten die Bauteile und ihre Komponenten stark und können Schäden verursachen, insbesondere Verformungen und Undichtheiten bei Fugennähten, Verklebungen, Dichtungen und Steckverbindungen. Eine einfache Öffnung im Gehäuse wiederum, durch die die Luft zirkulieren kann, ist keine Option für den Druckausgleich, da durch sie Wasser, Öl, Staub oder Schmutz eindringen und die Elektronik beschädigen kann. Eine Lösung für dieses Dilemma stellen spezielle Druckausgleichs- oder Venting-Elemente dar, die luftdurchlässig sind und zugleich vor äußeren Einflüssen schützen. Druckausgleichselemente existieren als einschraub- bzw. einclipsfähige Caps sowie als flache Membranscheibenlösung, die selbstklebend oder per Ultraschallschweißung angebracht werden.

Das Funktionsprinzip

Ein Druckausgleichselement (DAE) ermöglicht – wie der Name schon sagt – den Druckausgleich zwischen dem Inneren des Gehäuses und der Umgebung. Sein Herzstück ist eine luftdurchlässige feinporige Membran, die über einer kleinen Öffnung am Bauteil befestigt wird. Die Gasdurchlässigkeit variiert je nach Art der Membrane, nach der Größe der freien Membranfläche und der Membranporengröße. Diese liegt bei Schreiner Protech bei wenigen µm bis 1µm. Je nach Anforderung an die Membran und die Weiterverarbeitung kommen zu ihrer Herstellung Inhaltsstoffe wie PTFE (Polytetrafluorethylen) zum Einsatz. Damit keine Flüssigkeit eindringen kann, ist sie wasserdicht und oleophob beschichtet. Das bedeutet, dass Flüssigkeiten wie Benzin oder Öl an der Außenseite abperlen. Schmutz kann so weder an der Membran haften bleiben, noch ins Gehäuseinnere eindringen. Leistungsdaten von Druckausgleichsmembranen: Der Airflow erreicht Werte bis 250 l/(h cm²) (∆p = 70 mbar), der Wassereintrittspunkt geht bis 2 bar und der Oleophobic Grade liegt bei 5-8.

Aufbau und Befestigung

Es gibt zwei Varianten von Druckausgleichselementen. Bei der einen Lösung wird eine Membran in ein Cap (vergleichbar mit einer Schraube) eingebracht. Seitlich am Schraubenkopf befinden sich Belüftungsöffnungen, noch oberhalb der Membran, sodass über sie Luft durch die Öffnungen zwischen Gehäuse und Umgebung zirkulieren kann. Die Gesamthöhe eines Caps liegt bei ungefähr 1 bis 1,5 cm, davon entfallen etwa 60 % auf das Gewinde. Diese Variante ist mechanisch sehr robust, erfüllt meist IPX9K, erfordert aber Gehäuseanpassungen. Damit ist sie eher teuer und aufwändig, zumal eine vollautomatische Applikation in der Regel nicht möglich ist. Die andere Lösung, die Schreiner Protech anbietet, ist deutlich kleiner, flacher und leichter: Druckausgleichselemente in Form von flachen Membranen (Gesamthöhe etwa 0,2 bis 0,5 mm) sind zumeist rund und ihre Standarddurchmesser variieren von 3 bis 14 mm. Diese Membranscheiben sind entweder selbstklebend oder werden mittels Ultraschallschweißverfahren aufgebracht. Damit ist bei dieser Variante lediglich eine kleine Gehäuseöffnung zur Belüftung erforderlich und in der Regel eine automatische Applikation möglich. Ungeschützt eingebaute DAE erfüllen die Schutzart IP67. Die Gehäuse sind also staubdicht und gegen zeitweiliges Untertauchen von bis zu 1 m Tiefe und 30 Minuten geschützt. Je nach Membranmaterial und Einbausituation sind auch die Klassen IP65, IP66 und IP68 erreichbar.

Anforderungsspezifische Lösungen

Wenn, wie es im Bereich der Outdoor-Gehäuse häufig der Fall ist, höhere Anforderungen (IPX6K, IPX9K) bestehen, ist ein direkter Schutz erforderlich. Dies kann über den Einsatz eines besonders belastungsresistenten DAE erfolgen oder durch den geschützten Einbau eines Standard-DAEs. Das DAE Highprotect von Schreiner Protech besitzt beispielsweise über der Membranscheibe eine vollflächige, mechanisch robuste Schutzfolie. Sie sorgt für einen hohen mechanischen Schutz, Dampfstrahlbeständigkeit und erfüllt die Schutzklasse IPX9K. Die Belüftung erfolgt in diesem Fall seitlich durch ein Gangsystem über die Membran. Kundenspezifische Entwicklungen, die sich an den Anforderungen des jeweiligen Outdoor-Gehäuses orientieren, können bei Experten wie Schreiner Protech schnell und präzise umgesetzt werden. Entscheidende Kriterien für die Auswahl des passenden Elements sind beispielsweise die erforderliche Belüftungsleistung und der Schutz der Membran gegen mechanische Belastung, Wasser oder sonstige Medien. ik