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Datennetzwerktechnik und Schnittstellen in Außenbereichen schützen

Störeinflüsse bei Outdoor-Verkabelungen ausschalten

Bild 1: Befestigungsmasten mit witterungsbeständigen Gehäusen zum Schutz der Datennetzwerktechnik-Komponenten in Außenbereichen
Bild 1: Befestigungsmasten mit witterungsbeständigen Gehäusen zum Schutz der Datennetzwerktechnik-Komponenten in Außenbereichen
(Bild: Metz Connect)

Der Einsatz von Komponenten der Datennetzwerktechnik (DNT) obliegt besonderen Herausforderungen. Die genauen Anforderungen ergeben sich aus der Anwendung und dem Einsatzgebiet. Speziell in Außenbereichen gibt es Temperaturschwankungen und viele weitere Stör­einflüsse, die sich negativ auf die Netzwerk­infrastruktur auswirken können. Solide Gehäuse müssen die DNT-Komponenten in Außenbereichen zuverlässig und dauerhaft gegen Witterungseinflüsse, wie Regen, Schnee, Sonneneinstrahlung und Ozon schützen, um zu verhindern, dass es zu Störungen in der Elektronik kommt oder Alterungsprozesse stattfinden (Bild 1).

Bei Außenbereichen gibt es Unterscheidungen, die bei den Betrachtungen eine wichtige Rolle spielen. So ist ein geschützter Außenbereich keinen direkten Witterungseinwirkungen ausgesetzt, z. B. unter einem Vordach, in einem Wetterschutzgehäuse oder in einer wetterfesten Umhausung. Ungeschützte Außenbereiche hingegen sind der Witterung (Regen, Schnee, Sonne) unmittelbar ausgesetzt. Hier sind die Anforderungen höher, da es keine Abdeckung und keinen Schutz gibt. Somit unterliegt z. B. eine Überwachungskamera, die unter einem Dach-Überstand eingesetzt wird, deutlich geringeren Umwelteinflüssen als eine Außenkamera, die sich auf einer schneereichen Bergspitze befindet oder die an einem Mast im Freien täglich der Witterung ausgesetzt ist.

Weiterhin können auch starke Vibrationen und Temperaturschwankungen in Außenbereichen eine Rolle spielen. Zudem müssen bei einem Schutzgehäuse zusätzliche Faktoren berücksichtigt werden, z. B. wenn Hochdruckreiniger in harschen Umgebungen zum Einsatz kommen (Landtechnik, Tunnelreinigungen etc.).

Warum sind IP-Schutzarten wichtig?

Die IP-Schutzart spielt eine wichtige Rolle bei der Auswahl von elek­trischen Komponenten. Sie gibt den Schutzgrad eines Gehäuses gegen das Eindringen von Fremdkörpern (wie Staub) und Wasser an. Der IP-Code besteht aus zwei Ziffern. Die erste Ziffer bezieht sich auf den Schutz gegen Fremdkörper und die zweite auf den Schutz gegen Wasser.

Die genauen Prüfbedingungen sind in der nationalen DIN EN 60529 und internationalen ISO 20653 für Straßenfahrzeuge festgelegt. In Sonderfällen können noch Buchstaben an die Ziffern gehängt werden. Der Buchstabe »K« nach ISO 20653 steht beispielsweise für die »Kennzeichnung der Ausrüstung von Straßenfahrzeugen«, bei der auch Hochdruckstrahlreinigungen zum Einsatz kommen.

Grundsätzlich gilt: Je höher die IP-Ziffer, desto besser ist der Schutz gegen Staub und Wasser. Doch das bedeutet allerdings nicht automatisch, dass eine hohe Ziffer, z. B. IP69K, zugleich auch den Schutz der niedrigeren Ziffern bietet (Tabellen 1 und 2).

Tabelle 1: Die erste IP-Kennziffer gemäß IEC 20653 bzw. DIN EN 60529 gibt den Schutzgrad gegen Fremdkörper an
Ziffer 1 Bedeutung
0 Kein Schutz
1 Schutz gegen feste Fremdkörper > 50 mm (z. B. Hände)
2 Schutz gegen feste Fremdkörper > 12 mm (z. B. Finger)
3 Schutz gegen feste Fremdkörper > 2,5 mm (z. B. Werkzeuge)
4 Schutz gegen feste Fremdkörper > 1 mm (z. B. Drähte)
5/5K Schutz gegen Staubablagerungen
6/6K Staubdicht
Tabelle 2: Die zweite IP-Kennziffer gibt den Schutzgrad gegen Wasser an
Ziffer 2 Bedeutung
0 Kein Schutz
1 Schutz gegen senkrecht fallendes Tropfwasser
2 Schutz gegen schräg fallendes Tropfwasser (bis 15°)
3 Schutz gegen Sprühwasser
4/4K Schutz gegen Spritzwasser aus allen Richtungen
5 Schutz gegen Strahlwasser aus allen Richtungen
6 Schutz gegen starkes Strahlwasser
6K Schutz gegen starkes Strahlwasser unter erhöhtem Druck (Straßenfahrzeuge)
7 Schutz gegen zeitweiliges Untertauchen
8 Schutz gegen dauerndes Untertauchen
9 Schutz gegen Wasser bei Hochdruck-/Dampfstrahlreinigung (Landwirtschaft)
9K Schutz gegen Wasser bei Hochdruck-/Dampfstrahlreinigung (Straßenfahrzeuge)

IP-Schutzart deckt nicht alle Umwelt­einflüsse ab

Neben Staub und Wasser gibt es weitere Umwelteinflüsse, die in den Normen der IP-Schutzarten nicht geregelt sind, die im Außenbereich aber vorkommen können und deshalb berücksichtigt werden sollten. Zu diesen Umwelteinflüssen gehören unter anderem trockene und feuchte Wärme, Kälte, schnelle Temperaturwechsel, Korrosionen, UV-Strahlung, Schock und Vibrationen.

Solche Aspekte sind unter anderem in der IEC 60068-2 geregelt. Die Prüfungen dieser Norm stellen sicher, dass ein Gehäuse bzw. die darin integrierte Funktionalität zur Datenübertragung auch dann gewährleistet wird, wenn das Gehäuse vibriert, beispielsweise wenn es mit einem Hochdruckstrahlreiniger gereinigt wird, oder wenn der Befestigungsmast, an dem das Gehäuse montiert ist, selbst schwingt oder vibriert, wie bei starkem Wind.

Bild 2: Das flexible Universalgehäuse »MCO IP69k« schützt elektrische Verbindungen in Außenanwendungen gegen Umwelteinflüsse
Bild 2: Das flexible Universalgehäuse »MCO IP69k« schützt elektrische Verbindungen in Außenanwendungen gegen Umwelteinflüsse
(Bild: Metz Connect)

Flexibles Gehäusekonzept schützt Konnektivität im Außenbereich

Für den Schutz der Schnittstellen und Verbindungen gegen äußere Widrigkeiten gibt es am Markt einige Lösungen, vor allem in Form von Gehäusen. Dazu zählt z. B. auch der MCO (Metz Connect Outdoor). Im Gegensatz zu Anbietern, die Schutzgehäuse lediglich als Kombi-Set einschließlich Stecker und Zubehör anbieten, erlauben die Schutzgehäuse-Sets »MCO IP69k« eine größere Flexibilität.

Sie bestehen aus zwei eloxierten M32-Aluminiumrohren, einem eloxierten Flansch sowie Montagewinkel, Adapterplatten und zwei M32-Kabelverschraubungen aus schwarzem Polyamid in höchster UL-Entflammbarkeitsklassifizierung (UL-94 HB) (Bild 2). So deckt der »MCO IP69k« zahlreiche Anwendungsfälle ab und schützt die Schnittstellen für Access Points und Kameras in Außenbereichen dauerhaft gegen Witterungseinflüsse wie Regen, Schnee, Sonneneinstrahlungen (UV-Licht) und Ozon (Bild 3).

Bild 3: Vernetzung einer Videokamera mit außenbereichstaug­lichem Schutzgehäuse
Bild 3: Vernetzung einer Videokamera mit außenbereichstaug­lichem Schutzgehäuse
(Bild: Metz Connect)

Das Gehäuse vereinfacht den Umzug von Komponenten, also bei einem Wechsel von Anschlussort A nach B. Hier dient der MCO als Schnittstelle zu einer Kabelverlängerung (Bild 4). Man kann das Schutzgehäuse auch zur Reduzierung des Kabeldurchmessers verwenden, wenn Kabel im Außenbereich zu dick und starr sind, um sie in aktive Komponenten einstecken zu können. Auf der einen Seite steckt der Anwender das dickere Kabel ein, auf der anderen führt er ein flexibles Patchkabel heraus, wie z. B. das »6kV Flex500 Outdoor« von Metz Connect.

Auch in der Industrie gibt es Anwendungen: Hier lässt sich mit dem Schutzgehäuse in der Ausführung als Gehäusedurchführung eine Service-Schnittstelle realisieren, um beispielsweise Daten von Maschinen auszulesen.

Bild 4: Anwendungsbeispiele für die Einsatzmöglichkeiten von Schutzgehäusen, u. a. für die Verlängerung und Reparatur
Bild 4: Anwendungsbeispiele für die Einsatzmöglichkeiten von Schutzgehäusen, u. a. für die Verlängerung und Reparatur
(Bild: Metz Connect)

Praktisch erprobt – auch im Seilbahn­bereich

Eine spezielle Außenanwendung wurde im Kochertal in Baden-Württemberg realisiert. Hier verbindet eine Standseilbahn den Bahnhof in der Innenstadt mit dem höher gelegenen Neubaugebiet. Da sie mit einer Geschwindigkeit von 8 m/s vollkommen autark fährt, muss sie höchste Sicherheitsstandards erfüllen. Die gesamte 1034 m lange Strecke wird mittels IP-Kameras und weiteren Sicherheitssystemen überwacht. Zusätzlich ist die gesamte Strecke mit WLAN Access Points abgedeckt. Der Betreiber entschied sich nach einer Testinstallation, auf der gesamten Strecke die herkömmlichen Outdoor-Muffen und Verteilerdosen flächendeckend durch »MCO IP69k«-Gehäuse zu ersetzen. Bislang wurden etwa 50 Gehäuse an der Standseilbahn montiert (Bild 5).

Bild 5: Schutzgehäuse entlang der gesamten Fahrstrecke der autonom fahrenden Standseilbahn
Bild 5: Schutzgehäuse entlang der gesamten Fahrstrecke der autonom fahrenden Standseilbahn
(Bild: Metz Connect)

Insgesamt stehen dem Anwender mehrere Schutzgehäuse-Varianten zur Verfügung. Sie decken die freie Verlegung sowie die Montage an Wand, Hutschiene und Befestigungsmast ab (Bild 6). Es lassen sich im Bedarfsfall auch Wand- bzw. Gehäusedurchführungen realisieren. Dank der Adapterplatten sind viele Kombinationsmöglichkeiten mit Steckern und Modulen möglich: Von RJ45 über M12 und USB bis hin zu Glasfaserverbindungen können alle modernen Datennetzwerk-Schnittstellen vor Umwelteinflüssen geschützt werden.

Zudem gibt es eine geteilte Dichtung für Patchkabel, um bereits vorkonfektionierte Steckverbindungen zu schützen. Damit können Patchkabel-Verbindungen geschützt werden, ohne zuvor den angeschlossenen RJ45-Stecker abtrennen zu müssen. Zu beachten ist jedoch, dass diese Lösung die Schutzart von IP69k auf IP66 reduziert und ihr Einsatz entsprechend zu prüfen ist.

Bild 6: Wandmon­tage eines Sets mit Montagewinkeln
Bild 6: Wandmon­tage eines Sets mit Montagewinkeln
(Bild: Metz Connect)

Schutz vor 80 °C heißem Strahlwasser – Prüfungen bestanden

Das »MCO IP69k«-Gehäuse wurde hinsichtlich der IP-Schutzarten IP6x, IPx6, IPx7 und IPx9k geprüft und zertifiziert. Somit deckt es viele Einsatzgebiete im Außenbereich ab. Die erste Kennziffer (IP6x) zeigt an, dass das Gehäuse staubdicht ist (siehe Tabelle 1). Die zweite Kennziffer steht für den Schutz vor starkem Strahlwasser. Das bedeutet, dass das Gehäuse Reinigungen mit einem normalen Gartenschlauch standhält (siehe Tabelle 2).

Die IPx7 Prüfung bestätigt den Schutz gegen zeitweiliges Untertauchen. Gemäß IEC 60529 bedeutet dies ein 30-minütiges Bad bei 1 m Tiefe. Die IPx9k Prüfkriterien nach ISO 20653 sind hinsichtlich des Wasserschutzes am strengsten: Die Gehäuse müssen einem mindestens 80 °C heißem Wasserstrahl mit einem Druck bis 100 bar standhalten.

Wie erwähnt, decken IP-Schutzarten bei weitem nicht alle möglichen Anforderungen im Außenbereich ab. Dementsprechend wurde der »MCO IP69k« von Metz Connect noch weiteren Prüfungen unterzogen, u.a. gemäß IEC 60068-2. Das flexibel anwendbare Schutzgehäuse ist vollkommen staub- und wasserdicht, beständig gegen Ozon und UV-Strahlung, standhaft gegenüber Hochdruckstrahl-Reinigungen, hohen Temperaturen und starken Vibrationen. Aufgrund der zwei unterschiedlichen Dichtungspaare, die im Lieferumfang enthalten sind, können DNT-Kabel mit einem Durchmesser zwischen 4,5 mm und 15 mm aufgenommen werden.

Fazit

Im Rahmen zunehmender Digitalisierung werden immer mehr DNT-Komponenten in Außenbereichen eingesetzt. Der Schutz der Anschlüsse ist unverzichtbar und hängt stark von den Gegebenheiten des Anwendungsumfelds ab. Häufig kommen Schutzgehäuse zum Einsatz. Hier ist zu beachten, dass diese hohe IP-Schutzarten unterstützen und gegebenenfalls weitere Prüfungen, z. B. hinsichtlich Schock, Vibration oder Korrosionsbeständigkeit notwendig sind, um eine zuverlässige Datenverbindung gewährleisten zu können. Metz Connect bietet mit dem »MCO IP69k« eine Lösung, die vielseitig eingesetzt werden kann, da sie allen üblichen Anforderungen eines Außeneinsatz entspricht und für die verschiedensten Kabelkonfektionen im DNT-Bereich konzipiert wurde.

Über den Autor
Autorenbild
Fabio Fuoco

Junior Produktmanager, Metz Connect, Blumberg

Über die Firma
METZ CONNECT GmbH
Blumberg
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