Warum manche Geräte eine nukleare Apokalypse überleben, während andere beim Niesen kaputt gehen.
Sie haben sich wahrscheinlich schon einmal gefragt, warum Ihr neues Smartphone zerbricht, wenn es aus Kniehöhe herunterfällt, während das alte Nokia 3310 sogar von einem Panzer überrollt werden konnte, ohne Schaden zu nehmen. Die Antwort liegt in den sogenannten IK-Bewertungen – einem standardisierten Messsystem, das genau bestimmt, wie viel Belastung ein elektronisches Gerät aushalten kann, bevor es den Geist aufgibt.
In den Anfängen der industriellen Automatisierung standen Ingenieure vor einem frustrierenden Problem: Ihre teuren Steuerungssysteme fielen immer wieder aus. Fabrikhallen sind raue Umgebungen, in denen schwere Werkzeuge herunterfallen, Gabelstapler gegen Wände stoßen und frustrierte Arbeiter gelegentlich ihre Wut an den nächstgelegenen Geräten auslassen. Es musste eine universelle Sprache geschaffen werden, um zu beschreiben, wie robust diese Geräte tatsächlich waren.
Hier kam die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) mit der Norm IEC 62262 ins Spiel, die die IK-Schutzarten festlegte. Diese Schutzarten verwenden kontrollierte Labortests, um die Schlagfestigkeit mit wissenschaftlicher Präzision zu messen. Das System ist elegant einfach: Höhere Zahlen bedeuten, dass das Gerät stärkere Stöße überstehen kann.
Bei IK-Tests werden kalibrierte Stahlgewichte aus bestimmten Höhen auf Geräte fallen gelassen. Das klingt mittelalterlich, ist aber in Wirklichkeit hochentwickelte Technik! Die Testvorrichtung umfasst Pendelhämmer oder Stahlkugeln mit unterschiedlichem Gewicht (von 0,25 kg bis 5 kg), die mit genau gemessener kinetischer Energie auf das Gerät schlagen.
Das Verhältnis zwischen Hammergewicht, Fallhöhe und Aufprallenergie (gemessen in Joule) folgt der folgenden grundlegenden physikalischen Gleichung:
Energie = Masse × Schwerkraft × Höhe.
Die eigentliche technische Herausforderung besteht jedoch darin, diese Energie abzuleiten, ohne die inneren Komponenten zu beschädigen. Um dies zu erreichen, passen Ingenieure mehrere Parameter an:
Lassen Sie uns die IK-Skala aufschlüsseln, um die technischen Spezifikationen in ihre realen Auswirkungen zu übersetzen:
Energiebereich: 0–0,35 Joule
Diese Geräte sind kaum als stoßfest zu bezeichnen. Wir sprechen hier von der Kraft, die beim sanften Abstellen einer Kaffeetasse entsteht. Die meisten Elektrogeräte für den Innenbereich fallen in diese Kategorie – Ihre Smart-Home-Displays, dekorativen LED-Streifen und High-End-Soundsysteme.
Energiebereich: 0,5–0,7 Joule
Hier finden sich die meisten Smartphones und Tablets wieder. Die technische Herausforderung besteht hier darin, Schutz mit Ästhetik und Gewicht in Einklang zu bringen. Die Falltests von Apple für das iPhone sind bekannt dafür, dass sie Stürze aus verschiedenen Höhen auf unterschiedliche Oberflächen umfassen, um dieses Leistungsniveau zu erreichen und gleichzeitig das hochwertige Gefühl zu bewahren.
Energiebereich: 1–2 Joule
Jetzt wird es ernst. Geräte dieser Stufe können Unfälle im Alltag überstehen – herabfallende Werkzeuge, Stöße durch Wartungspersonal und sogar gelegentliche frustrierte Tritte. Outdoor-Überwachungskameras und Tablets für den Einsatz auf Baustellen zielen in der Regel auf diesen Bereich ab. Die technische Herausforderung besteht darin, dickere Gehäuse, bessere Dichtungssysteme und eine robustere Innenbefestigung zu entwickeln.
Energie: 5 Joule
Hier wird es beeindruckend. Wir sprechen hier vom Überstehen eines direkten Schlags mit einem 1,7 kg schweren Hammer, der aus 30 cm Höhe fallen gelassen wird – was in etwa dem Schwingen eines kleinen Vorschlaghammers mit mäßiger Kraft entspricht. Industrielle Bedienfelder, Fabriksensoren und Bergbaugeräte fallen in diese Kategorie. Die technische Komplexität steigt erheblich und erfordert oft Metallgehäuse, fortschrittliche Stoßdämpfung und robuste Elektronik.
Energiebereich: 10–20 Joule
Dies sind die Nokia 3310 der Industriewelt. IK10-Geräte können einen 5 kg schweren Hammer überstehen, der aus 40 cm Höhe fallen gelassen wird – das ist eine erhebliche Zerstörungskraft. Militärische Ausrüstung, Elektronik in Gefängnissen und U-Bahn-Infrastruktur erfordern in der Regel dieses Schutzniveau. Die Technik umfasst spezielle Legierungen, fortschrittliche Verbundwerkstoffe und manchmal sogar opferbare Schutzelemente, die Schäden absorbieren.
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IK-Bewertung |
Aufprallenergie |
Testmethode |
Entsprechung in der Praxis |
Typische Anwendungen |
Haltbarkeitsstufe |
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IK00-03 |
0–0,35 J |
Leichte Stöße |
Stöße beim Abstauben |
Innenausstattung, einfache LED-Streifen |
Zerbrechlich |
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IK04 |
0,5 J |
0,25 kg aus 20 cm |
Smartphone fällt auf Teppich |
Unterhaltungselektronik, einfache Tablets |
Sorgfältige Handhabung |
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IK05 |
0,7 J |
0,25 kg aus 28 cm |
Fall aus Hüfthöhe |
Standard-Smartphones, Fitness-Tracker |
Täglicher Gebrauch |
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IK06 |
1 J |
0,25 kg aus 40 cm |
Vom Tisch gestoßen |
Außenkameras, Gartenbeleuchtung |
Für den Außenbereich geeignet |
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IK07 |
2 J |
0,5 kg aus 40 cm |
Werkzeugabwurf, leichte Stöße |
Baustellenwerkzeuge, Parkplatzausstattung |
Gewerbliche Qualität |
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IK08 |
5 J |
1,7 kg aus 30 cm |
Hammerschlag |
Industrielle Steuerungen, Fabrikausrüstung |
Industrielle Stärke |
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IK09 |
10 J |
5 kg aus 20 cm |
Schwerer Vandalismus |
Displays in öffentlichen Verkehrsmitteln, ATM-Bildschirme |
Vandalismusresistent |
|
IK10 |
20 J |
5 kg aus 40 cm |
Schlag mit Vorschlaghammer |
Militärausrüstung, Gefängnisausstattung |
Nahezu unzerstörbar |
Für technische Szenarien würden die Bewertungen in der Regel wie folgt angewendet werden:
Für Konsumgüter gelten in der Regel folgende IK-Bewertungen:
Mindestens IK07-IK08. Ihre Geräte sind herabfallenden Werkzeugen, beweglichen Maschinen und gelegentlich frustrierten Bedienern ausgesetzt. Planen Sie zusätzliche Schutzmaßnahmen ein – das ist günstiger als ständige Ersatzanschaffungen.
IK08-IK09. Menschen sind unberechenbar. Vandalismus, Unfälle und allgemeine Misshandlung sind unvermeidlich. Das teure Digital-Signage-System muss mehr aushalten, als Sie erwarten würden.
IK09-IK10. Bergbau, Ölplattformen, militärische Anwendungen – in diesen Umgebungen wird aktiv versucht, Elektronik zu zerstören. Die anfänglichen Mehrkosten amortisieren sich schnell.
Aus geschäftlicher Sicht wird es hier interessant. Die Herstellungskosten steigen exponentiell mit der IK-Schutzart. Der Wechsel von IK05 zu IK08 kann die Herstellungskosten verdreifachen, während ein Sprung zu IK10 die Kosten um eine Größenordnung erhöhen kann.
Die Gesamtbetriebskosten erzählen jedoch eine andere Geschichte. Ein 500-Dollar-Gerät der Schutzklasse IK08, das fünf Jahre hält, kostet weniger als 150-Dollar-Geräte der Schutzklasse IK05, die jährlich kaputtgehen. Kluge Ingenieure berücksichtigen Ersatzkosten, Ausfallzeiten, Arbeitsaufwand für die Neuinstallation und die versteckten Kosten der Unzuverlässigkeit.
Nicht alle IK-Bewertungen sind gleich. Seriöse Tests erfolgen gemäß den Protokollen der Norm IEC 62262 in akkreditierten Labors, aber einige Hersteller gehen mit ihren Behauptungen leichtfertig um.
Hier sind einige Punkte, auf die Sie achten sollten:
Vage Behauptungen wie „militärtauglich” oder „industrietauglich” ohne konkrete IK-Bewertungen. Marketingbegriffe wie „sturzfest” oder „unzerbrechlich” sind ohne Testdaten bedeutungslos.
Konkrete IK-Bewertungen mit Testzertifizierungsnummern. Hersteller, die detaillierte Testprotokolle veröffentlichen. Unternehmen, die genaue Testbedingungen und Einschränkungen angeben.
Ingenieure sollten immer Testberichte anfordern und die Testbedingungen verstehen. Ein Gerät, das bei Raumtemperatur IK08 erreicht, kann bei Minustemperaturen bereits bei IK06 versagen.
Die Branche entwickelt sich rasant weiter. Neue Materialien wie mit Graphen verstärkte Verbundwerkstoffe versprechen ein bisher unerreichtes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Die additive Fertigung ermöglicht komplexe Innengeometrien, die Aufprallkräfte besser verteilen. Fortschritte in der Materialchemie beeinflussen ebenfalls die IK-Bewertungen, wobei Innovationen wie ToughONE, ein neues Photopolymer von PolyJet, eine Vorreiterrolle einnehmen.
Ganz gleich, ob Sie als Ingenieur die Ausstattung für eine neue Anlage festlegen oder als Verbraucher Ihr nächstes Smartphone auswählen – wenn Sie die IK-Schutzarten verstehen, müssen Sie nicht mehr raten. Zahlen Sie nicht für Schutz, den Sie nicht benötigen, aber unterschätzen Sie auch nicht die Umgebungsbedingungen, denen Ihre Geräte ausgesetzt sein werden. Der Sweet Spot für die meisten Anwendungen liegt bei IK06-IK07 – robust genug für den Einsatz in der Praxis, ohne das Budget zu sprengen. Bei missionskritischen Anwendungen oder rauen Umgebungen zahlt sich die zusätzliche Investition in einen Schutz der Klasse IK08+ jedoch in Form von Zuverlässigkeit und geringeren Wartungskosten aus. Denken Sie daran: In der Welt der Elektronik geht es nicht darum, jeden möglichen Aufprall zu überstehen, sondern darum, die Aufpralle zu überstehen, denen Ihre spezifische Anwendung wahrscheinlich ausgesetzt sein wird. Treffen Sie eine gute Wahl. Und wenn Sie das nächste Mal die IK-Schutzart auf einem Gerätespezifikationsblatt sehen, wissen Sie genau, was diese beiden kleinen Buchstaben bedeuten: den Unterschied zwischen Elektronik, die funktioniert, und Elektronik, die lange hält.
