Was IK10 für HMI-Abdeckglas-Baugruppen wirklich bedeutet [Ratgeber]

IK10-Schutz verstehen: Ein Leitfaden eines Glasherstellers zu HMI-Abdeckglas-Baugruppen

Wenn Sie Abdeckglas für ein industrielles HMI-Display kaufen möchten, ist Ihnen der Begriff “IK10” mit Sicherheit bereits in Datenblättern und Spezifikationen für Angebotsanfragen begegnet. Doch was bedeutet IK10 wirklich für Ihre Abdeckglas-Baugruppe – und wie stellen Sie sicher, dass das fertige Produkt den Anforderungen tatsächlich standhält? Dieser Leitfaden erläutert die Stoßschutznorm IEC 62262 aus Sicht eines Glasherstellers. Wir erklären die gesamte IK-Klassifizierung, die konkrete Prüfung für IK10, die Glasarten und Dicken, die diese Anforderung am besten erfüllen, sowie die Montageentscheidungen, die darüber bestimmen, ob Ihr HMI-Abdeckglas einem Stoß mit 20 Joule standhält oder beim Auftreffen zerbricht.

Was ist die IK-Klassifizierung nach IEC 62262?

IK-Schutzarten sind internationale Klassifizierungen, mit denen die Widerstandsfähigkeit eines Gehäuses gegen äußere mechanische Stöße bewertet wird. Der mit IEC 62262:2002 eingeführte IK-Code (in Europa als EN 62262 übernommen) verwendet eine zweistellige Klassifizierung – von IK00 bis IK10 –, um anzugeben, welcher Stoßenergie ein Produkt ohne Funktionsausfall standhalten kann. Laut der Entstehungsgeschichte dieser Norm wurde der erste IK-Code 1995 in der europäischen Norm BS EN 50102 veröffentlicht. Vor der Veröffentlichung von IEC 62262 ergänzten Hersteller den IP-Code für den Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Wasser mitunter um eine dritte Ziffer, um die Stoßfestigkeit anzugeben – eine inoffizielle und verwirrende Praxis. Die IEC beseitigte diese Uneinheitlichkeit durch eine eigene Norm mit einem eigenständigen zweistelligen Nummerierungssystem. Hier finden Sie die vollständige IK-Klassifizierung mit der jeweiligen Stoßenergie und den Prüfparametern: Beachten Sie den großen Energiesprung von IK09 (10 J) auf IK10 (20 J) – die höchste reguläre Schutzart verdoppelt die Stoßenergieschwelle. Im Jahr 2021 veröffentlichte die IEC mit der damaligen Änderung 1 die Schutzart IK11 mit 50 Joule, doch bei der Spezifikation industrieller HMI-Displays werden weiterhin am häufigsten IK10 oder höhere Schutzarten verwendet.

IK10 erklärt – was bedeutet eine Stoßenergie von 20 Joule in der Praxis?

Eine Einstufung nach IK10 bedeutet, dass Ihre Abdeckglas-Baugruppe einem einzelnen Stoß mit 20 Joule standhalten kann, ohne zu zersplittern, Risse zu entwickeln oder ihre Funktion zu verlieren. Das in IEC 62262 und der zugehörigen Norm IEC 60068-2-75 vorgegebene Prüfverfahren sieht vor, eine Stahlmasse von 5 Kilogramm aus 400 mm Höhe auf den Prüfling fallen zu lassen – alternativ kann ein kalibrierter Charpy-Pendelhammer verwendet werden, der dieselbe Energie auf den Prüfling überträgt. In der Praxis entsprechen 20 Joule etwa einem Schlag mit einem schweren Schraubenschlüssel gegen ein Display, ausgeführt mit voller Armgeschwindigkeit, oder dem Aufprall eines von einem Gabelstapler hochgeschleuderten Trümmerstücks auf einen Bildschirm. Jede freiliegende Oberfläche des Prüflings wird fünf einzelnen Schlägen aus unterschiedlichen Winkeln ausgesetzt – von vorn, von den Seiten, an den Ecken und von oben –, um reale Schlageinwirkungen nachzubilden, die selten aus einer einzigen, leicht vorhersehbaren Richtung kommen. In unserem Werk führen wir IK10-Validierungsprüfungen an Abdeckglasmustern durch, bevor wir Produktionschargen in den Einsatz liefern. Die Ergebnisse zeigen Risiken auf, die sich anhand von Materialspezifikationen aus dem Labor allein nicht vorhersagen lassen: Ausbreitungswege von Kantenausbrüchen, Ablösungen der Verklebung bei wiederholten Stößen und Spannungsrisse, die von Bohrungen oder Ecken von Ausschnitten ausgehen. Eine Glasscheibe, die auf dem Papier “fest” erscheint, kann bereits beim ersten Pendelschlag versagen, wenn Kantenbearbeitung oder Vorspannprofil nicht optimal sind.

Warum industrielle HMI-Displays Abdeckglas mit IK10-Schutz benötigen

HMI-Bedienpanels (Mensch-Maschine-Schnittstellen) werden in Umgebungen eingesetzt, in denen mechanische Stöße alltäglich und keine extrem seltene Ausnahme sind. Entscheidet sich eine Organisation unter diesen Bedingungen für eine Schutzart unter IK10, nimmt sie eine Schwachstelle in Kauf, deren Behebung weit mehr kostet als die Scheibe selbst. Dies sind die wichtigsten Einsatzumgebungen, in denen vandalismussicheres Glas mit IK10-Schutz erforderlich oder dringend zu empfehlen ist: Rechnen Sie die gesamten projektbezogenen Ausfallkosten zusammen: Ersatzglas, Anreise eines Technikers, Stillstand der Produktionslinie während des Panelausfalls und Haftung für Verletzungen durch Glasscherben. Bei einer Außeninstallation macht bereits ein einzelner Vandalismusvorfall ein Projekt unwirtschaftlich, wenn nicht jedes Panel von Anfang an IK10 erfüllt.

Glasmaterial und Dicke für die Einhaltung von IK10 auswählen

Um die für IK10 erforderliche Widerstandsfähigkeit zu erreichen, muss zunächst das passende Glas für die Anwendung ausgewählt werden. Die beiden wichtigsten Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von HMI-Abdeckglas – thermisches Vorspannen und chemische Vorspannung – verhalten sich sehr unterschiedlich, wenn eine Stoßfestigkeit von 20 Joule gefordert ist. Daraus ergeben sich folgende praktische Konsequenzen: Die chemische Vorspannung bietet hervorragende Kratzeigenschaften und eine sehr hohe Druckspannung (CS > 450 MPa bei einer Schichttiefe > 8 μm in unserer Fertigungslinie) – eignet sich jedoch nur für dünnes Glas. Wenn ein Stoßschutz auf IK10-Niveau erforderlich ist, muss das Glas dick genug sein, um 20 Joule aufzunehmen; in der Regel bedeutet dies thermisches Vorspannen bei mindestens 4 mm Dicke, wobei 6 mm für die meisten HMI-Panelgrößen das üblichere Maß ist. Auch die Wahl des Ausgangsmaterials darf nicht vernachlässigt werden. Kalk-Natron-Glas ist die kostengünstigste Variante für thermisch vorgespanntes IK10-Abdeckglas und eignet sich für die meisten HMI-Anwendungen an Maschinen. Aluminosilikatglas besitzt von Natur aus eine höhere Widerstandsfähigkeit – es erreicht IK10 bei geringerer Dicke, allerdings bei höheren Materialkosten. Es eignet sich besser für Anwendungen, bei denen Gewicht oder optische Leistung entscheidend sind.

Wir fertigen regelmäßig Abdeckglas mit IK10-Schutz aus Kalk-Natron-Glas- und Aluminosilikatglas-Substraten. Bei 90 % der industriellen HMI-Anwendungen mit IK10-Anforderung kann thermisch vorgespanntes Kalk-Natron-Glas mit 6 mm Dicke und fachgerechter Kantenbearbeitung verwendet werden, um IK10 zu möglichst geringen Kosten zu erreichen. — SW Glass Engineering Team

Wie die Montage des Abdeckglases die IK10-Leistung beeinflusst

Eine Abdeckglasscheibe, die IK10 auf dem Prüfstand besteht, kann je nach Montagetechnik im Einsatz versagen. Wie das Abdeckglas mit dem Displaymodul verklebt und in das Gehäuse eingesetzt wird, entscheidet darüber, ob es den Stoß aufnimmt oder die Last an eine Schwachstelle weiterleitet und dadurch ein Riss entsteht. Für HMI-Abdeckglas-Baugruppen gibt es zwei wesentliche Verklebungsstrategien:

Optische Verklebung (OCA/OCR)

Bei der optischen Verklebung wird eine OCA-Folie oder ein flüssiges OCR-Harz verwendet, um den Luftspalt zwischen Abdeckglas und LCD oder Touchsensor zu beseitigen. OCA/OCR verteilt sich über die gesamte Kontaktfläche und erzeugt einen optischen Verbund, in dem Abdeckglas und Display als ein einziges, steifes Element wirken. Für IK10-Anwendungen bietet die optische Verklebung einen klaren mechanischen Vorteil: Die Stoßenergie verteilt sich über das Abdeckglas, statt sich an den Auflagepunkten der Randdichtung zu konzentrieren. Dieser Verbund ist deutlich widerstandsfähiger gegen die bei IK10-Prüfungen auftretende Art von Stoßbelastung.

Verklebung mit Dichtung (Luftspalt)

Bei der Dichtungsmontage wird das Abdeckglas über eine umlaufende Schaumstoff- oder Gummidichtung mit dem Gehäuse verklebt. Diese Variante ist kostengünstiger und erleichtert die Wartung vor Ort. Der Luftspalt führt bei einem Stoß jedoch zu einer stärkeren Durchbiegung und höheren Spannungen an den Kontaktpunkten der Dichtung – und erhöht damit das Risiko eines Kantenrisses. Unabhängig von der Montageart muss das Gehäuse die Glaskanten konstruktiv ausreichend abstützen. Ein frei schwebendes Abdeckglas, das nur über eine Klebeverbindung an der Blende gehalten wird, schneidet bei IK10-Stößen schlechter ab als ein in einer Nut montiertes Abdeckglas mit Dichtungskontakt an allen vier Seiten.

IK10- und IP-Schutzarten – sich ergänzender Schutz für HMI-Gehäuse

IK- und IP-Schutzarten schützen vor unterschiedlichen Gefährdungen und werden durch unterschiedliche Normen geregelt. Der IP-Code für den Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Wasser nach IEC 60529 bestimmt den Schutz gegen eindringenden Staub und eindringendes Wasser. Der IK-Code (IEC 62262) bestimmt den Schutz gegen mechanische Stöße. Keiner der beiden Codes ersetzt den anderen – ein Gehäuse mit IP67 kann dennoch ein Abdeckglas haben, das bei einem Schlag mit einem Schraubenschlüssel reißt, und bei einem Panel mit IK10 kann dennoch Wasser durch undichte Dichtungen eindringen. Bei industriellen HMI-Installationen werden IP- und IK-Schutzarten üblicherweise gemeinsam spezifiziert. Zu den häufigsten IP- und IK-Kombinationen in Kundenspezifikationen gehören: Wenn Sie Abdeckglas für ein Gehäuse mit beiden Schutzarten spezifizieren, trägt das Glas selbst in erster Linie zur IK-Schutzart bei. Der IP-Schutz beruht auf dem Dichtungssystem – Dichtungen, Klebstoffraupen und O-Ringen entlang des Glasumfangs. Die optische Verklebung löst beide Probleme zugleich – sie beseitigt den inneren Luftspalt und damit einen möglichen Eintrittsweg für Wasser und erhöht gleichzeitig die Steifigkeit bei Stoßbelastung.

So spezifizieren Sie IK10-Abdeckglas für Ihr HMI-Projekt

Wenn Sie eine Angebotsanfrage für IK10-Abdeckglas stellen, beeinflusst der Detaillierungsgrad Ihrer Spezifikation unmittelbar, ob bereits das erste Muster die Prüfung besteht oder ob viele Überarbeitungsrunden erforderlich werden. Unser Entwicklungsteam empfiehlt für jede Anwendung mit IK10-Abdeckglas die folgende Spezifikationscheckliste:

• ✔ Glasart und Dicke: Spezifizieren Sie thermisch vorgespanntes Kalk-Natron-Glas oder Aluminosilikatglas mit genauer Dickenangabe (beispielsweise 6 mm ± 0,2 mm). Geben Sie an, ob zusätzlich eine chemische Vorspannung erforderlich ist.
• ✔ Abmessungen und Toleranzen: Geben Sie Länge × Breite in mm mit Toleranzbereich an. Nennen Sie den Eckenradius, das Kantenprofil (gesäumt, poliert oder gerundet) sowie etwaige Anforderungen an Fasen.
• ✔ Bohrungen, Ausschnitte und Ausklinkungen: Sämtliche CNC-Bearbeitungen müssen vor dem thermischen Vorspannen abgeschlossen sein. Stellen Sie eine bemaßte Zeichnung mit Positionstoleranzen für jedes Bearbeitungsmerkmal bereit.
• ✔ Oberflächenbehandlungen: Spezifizieren Sie AG-Beschichtungen (blendmindernd), AR-Beschichtungen (antireflex) oder AF-Beschichtungen (fingerabdruckabweisend). Geben Sie an, ob die Beschichtung vor oder nach dem thermischen Vorspannen und auf welcher Oberfläche beziehungsweise welchen Oberflächen aufgebracht wird.
• ✔ Siebdruck: Legen Sie die Druckfarbe(n), die Abmessungen des Druckbereichs, die Anzahl der Schichten sowie etwaige Anforderungen an Logos oder Symbole fest. Bei HMI-Abdeckglas ist eine Randbedruckung üblich, die den aktiven Displaybereich einrahmt.
• ✔ Verklebungsverfahren: Geben Sie an, ob das Glas optisch verklebt (OCA/OCR), mit einer Dichtung montiert oder mit Klebeband verklebt wird. Dies beeinflusst die Anforderungen an die Kantentoleranzen und die Mindestbreite des Randbereichs.
• ✔ Angestrebte IK- und IP-Schutzarten: Geben Sie beide ausdrücklich an. Wenn Ihre Gehäusekonstruktion bereits feststeht, stellen Sie die Gehäusezeichnung bereit, damit der Glashersteller prüfen kann, ob die Montagegeometrie die erforderliche IK10-Leistung ermöglicht.

Fehlt bei der Angebotsanfrage auch nur einer dieser Punkte, sind in der Regel 1-2 zusätzliche Musterüberarbeitungen erforderlich – jede davon verlängert die Lieferzeit bei einem üblichen Auftrag für maßgefertigtes Glas um 2-3 Wochen. Je vollständiger Ihre Spezifikation ist, desto früher erhalten Sie ein serienreifes Abdeckglas, das die IK10-Prüfung besteht.

Häufig gestellte Fragen