FAQ: Vilka läckkrav behövs för att uppfylla kapslingsklassning IPX7?
En del elektroniska komponenter har en så kallad kapslingsklassning (IP-code, Ingress Protection rating). Delar som kan komma i kontakt med vatten klassificeras ofta som IPX7, dvs. de ska kunna sänkas ned i 1 meter sötvatten och motstå inträngande av vatten utan att skadas.
Vid tillverkning av dessa komponenter kan frågan komma upp om vilka läckkrav som gäller för att produkten ska klassificeras IPX7.
Vattenläcka genom objektens hölje
För att kunna svara på denna fråga måste vi först förstå bakgrunden. När objektet sänks i 1 meter vatten blir vattentrycket 1,1 atm. Vattentrycket är drivkraften för att trycka vatten genom läckans geometri. Vid väldigt små läckor kommer dock vattnets ytspänning att förhindra "passerandet" genom läckans geometri. Ett exempel på detta fenomen är en vattendroppe som hänger vid en vattenkran utan att falla ner.
För att beräkna (den största) storleken på en läcka som blir igensatt med vatten utan att låta det passera genom, måste man göra vissa antaganden:
- Vi antar att läckkanalen har den "ideala" formen, dvs. läckan är rund och längden är stor jämfört med diametern.
- Vi antar att trycket inuti komponenten är atmosfärstryck vs 1,1 atm vattentryck vid 1 m djup.
- Vi antar att objektet och vattnet har rumstemperatur.
- Vi antar att vattnet är rent och utan föroreningar.
- Vi skiljer mellan olika materialkombinationer:
• Vatten / aluminum
• Vatten / stål
• Vatten / plastik
| Höljematerial | Kontakt-vinkel för vatten | Största läckdiameter som inte släpper igenom vatten |
|---|---|---|
| Aluminum | 9° | 5 µm |
| Stål | 90° | 29 µm |
| PVC | 40° | 19 µm |
| PE | 78° | 28 µm |
| PC | 81° | 29 µm |
| ABS | 83° | 29 µm |
Med detta sagt, kan man beräkna den största diameteren på en läcka som kommer att bli helt vattenfylld utan att släppa vattnet genom vätningsvinklarna (α) för olika materialkombinationer.
Från den största diametern som fortfarande kommer att täppas, kan man nu räkna fram läckstorleken för olika längder av läckkanalen (motsvarande tjocklek på väggar till objektens hölje). Nedanstående diagram visar förhållandet mellan tjocklek på höljets väggar och läckstorlek för olika material vid 1,1 atm yttre tryck och 1 atm inre tryck. Läckstorleken för 100% helium är ca. 7% mindre (utanför skala i följande graf).
Höljets läckkrav för olika material och väggtjocklek vid 1.1 atm yttre tryck vs 1 atm inre tryck
Ovanstående läckstorlekar gäller under de ideala förhållanden som nämnts tidigare. I verkligheten kan skillnader uppstå till följd av att:
- läckorna sällan har en perfekt geometri utan ofta olika diametrar och former som hindrar det ideala flödet genom läckkanalen
- läckorna ofta inte är vinkelräta mot höljets vägg och har därför en längre läckkanal
- man använder inte destillerat vatten utan vatten med föroreningar
Därför är läckkravet i verkligheten något lägre än i teorin. Som tumregel kan läckkrav för IPx7 sammanfattas i två klasser:
- För hölje i plast och stål är läckkravet 5x10-3 mbarl/s
- För hölje i aluminium är läckkravet 1x10-5 mbarl/s.