Zulassungen für den Geräteanschluss
Auf Herz und Nieren geprüft

Zahlreiche Länder arbeiten heute nach IEC-Normen und verlangen zertifizierte Produkte. Für den amerikanischen Markt sind zusätzliche Standards sowie spezielle regionale Marktregeln zu beachten. Die wenigsten Gerätehersteller kommen an der UL-Kennzeichnung ihrer Produkte vorbei. Bei der Auswahl der verwendeten Komponenten – wie beispielsweise der Anschlusstechnik – gilt es einiges zu beachten.
Für den Gerätehersteller, der sein Gerät auf dem internationalen Markt vertreiben möchte, führt fast kein Weg an der UL-Zulassung vorbei. Die nordamerikanischen Vorschriften unterscheiden sich oftmals deutlich von denen der IEC-Normen – aber der Export nach Nordamerika hat für deutsche und europäische Industrieunternehmen strategisch und wirtschaftlich eine hohe Bedeutung. Deshalb achtet der Entwickler bereits im Design-In-Prozess darauf, dass alle verwendeten Komponenten eine UL-Zulassung besitzen. Dies gilt auch für die Geräteanschlusstechnik. Doch bis ein Steckverbinder oder eine Printklemme die UL-Zulassung erhält, müssen einige Prüfungen bestanden werden.

Zulassungen im Design-In-Prozess beachten

Die UL 1059 prüft ‚Terminal Blocks‘ im Allgemeinen. Das gilt sowohl für Reihenklemmen wie auch für Steckverbinder und Printklemmen, die direkt auf die Leiterplatte gelötet werden. Die Norm gibt sowohl Vorgaben für die einzuhaltenden Luft- und Kriechstrecken, die die Nennspannung bestimmen, als auch für den anzuschließenden Leiter und die Strombelastbarkeit. In einem intensiven Prüfprogramm werden die Anschlüsse auf Herz und Nieren getestet. UL unterscheidet dabei nach der verwendeten Anschlusstechnik. Schraubklemmen durchlaufen demnach ein anderes Prüfprogramm als beispielsweise Federkraftanschlüsse oder IDC-Anschlüsse (Schneidklemm-Anschlüsse).

Isolationsabstände

Bei den Isolationsabständen – also den minimalen Luft- und Kriechstrecken – unterscheidet UL zwischen unterschiedlichen Usegroups. Die Usegroup bezeichnet den späteren Anwendungsfall des Endgerätes. Die angegebenen Strecken beziehen sich auf nicht isolierte Strom führende Bauteile unterschiedlicher Polarität. Dazu ein Beispiel: Ein Leiterplatten-Steckverbinder, der in einem Antriebsregler verbaut ist und mit einer Spannung von bis zu 600Volt belastet werden soll, muss mindestens eine Luftstrecke von 9,5mm sowie eine Kriechstrecke von 12,7mm vorweisen. Wenn der Steckverbinder in der Endanwendung auf der Platine aufgelötet und verdrahtet ist, müssen diese Strecken zusätzlich noch einmal bewertet und überprüft werden. Industrieschaltgeräte – wie beispielsweise der Antriebsregler, in dem der Leiterplatten-Steckverbinder verbaut wird – werden nach der UL 508 bewertet. Diese Gerätezulassungsnorm erlaubt eine alternative Bemessung der Luft- und Kriechstrecken nach der UL 840. Darin ist unter bestimmten Voraussetzungen ein Unterschreiten der aufgeführten Strecken zulässig. Durch dieses Unterschreiten können die Komponenten und damit auch die Geräte kleiner gebaut werden – das spart Platz im Schaltschrank.

Elektrische und mechanische Tests

Neben der möglichst kleinen Bauweise ist auch ein schneller Geräteanschluss ein wichtiges Kriterium für einen Wettbewerbsvorteil. Schnellanschlusstechniken wie Federkraft und IDC liegen deshalb im Trend, denn sie bieten neben der Schnelligkeit auch einen erhöhten Anschlusskomfort. Mit der Norm UL 1059 wurde ein spezielles Prüfprogramm für diese schraubenlosen Anschlusstechniken entwickelt. So müssen Federkraftanschlüsse beispielsweise eine 30-tägige Erwärmungsprüfung bestehen. Dabei wird an einem 6-poligen Anschlussblock – bei Printklemme oder Steckverbinder – bei 25°C Umgebungstemperatur die Klemmstelle mit Maximalstrom belastet. Alle 24 Stunden wird die Temperatur gemessen, wobei eine maximale Erwärmung der Anschlussstelle von 30K zulässig ist. Im ‚Heat Cycling Test‘ wird die Lebensdauer einer elektrischen Verbindung unter extremer Last simuliert. Über einen Zeitraum von 14 Tagen wird die Verbindung mit dem 1,5-Fachen des Maximalstroms für 210 Minuten belastet, um danach wieder für 30 Minuten abzukühlen. Nach zwei Wochen im Dauertest darf sich die Klemmstelle um maximal 3K mehr erwärmen als beim ersten Mal. Durch diese Prüfung soll ein langfristig stabiler Durchgangswiderstand der Verbindung sichergestellt werden. Zusätzlich zu den elektrischen Tests werden die Federkraftanschlüsse nach UL auch mechanischen Prüfungen unterzogen, wie etwa Sicherheits- und Auszugsprüfungen. Dabei wird je nach Nennquerschnitt ein Gewicht an den angeschlossenen Leiter gehängt oder es wird mit einer bestimmten Kraft am Leiter gezogen, ohne dass sich die Klemmstelle lösen darf.

Intensive Prüfungen auch nach IEC

Nicht nur UL fordert den Steckverbindern und Printklemmen einiges ab, auch im Blomberger Prüflabor von Phoenix Contact durchlaufen die Anschlüsse vor der Markteinführung ein intensives Prüfprogramm. Neben den Standardprüfungen, nach denen Nennstrom und Nennspannung definiert werden, sorgt beispielsweise der ‚Falltrommeltest‘ dafür, dass die fertig montierten und verpackten Stecker auch genauso beim Kunden ankommen, wie sie das Werk verlassen, egal, wie uneben der Transportweg auch ist. Spezielle Vibrationsprüfungen simulieren die Belastungen des Steckverbinders im Anwendungsfall. So muss etwa eine verrastete Verbindung an einem Motorstarter auch den Vib-
rationen beim Einschwingen des Motors standhalten.

Planungssicherheit durch Prüfzeichen

Die internationalen Standards nach IEC und UL sind heute notwendig, um mit einem Produkt auf dem internationalen Markt erfolgreich und wettbewerbsfähig zu sein. Das trifft auch auf die Komponenten der Geräteanschlusstechnik von Phoenix Contact zu. Bis zu ihrer Zertifizierung durchlaufen die Produkte einen langen Weg mit harten Prüfungen, doch durch Nutzung approbierter Komponenten erreicht der Gerätehersteller eine viel höhere Planungssicherheit. Somit kann der Grundstein für eine international erfolgreiche Markteinführung schon während der Design-In-Phase gelegt werden.

Kasten: UL-Normen für den Geräteanschluss -Ein Überblick

Zulassungen im Design-In-Prozess beachten

UL 486E – Equipment Wiring Terminals
Allgemeine Norm für Klemmstellen von Aluminium- und/oder Kupferleitern

UL 1059 – Terminal Blocks
Norm für Anschlussblöcke: Die Erfüllung der Normanforderungen nach UL 1059 stellt jedoch nicht sicher, dass der Anschlussblock auch für die Endanwendung geeignet ist. Hier bedarf es einer weiteren Prüfung nach der jeweiligen Gerätenorm.

UL 1977 – component connectors for Use in Data, Signal, Control and Power Applications
Steckverbindernorm für ein- und mehrpolige Steckverbinder, die für die Werkmontage (factory wiring) vorgesehen sind

UL 508 – Industrial control equipment
Norm für Industrieschaltgeräte wie Leistungsschütze, Motorschutzschalter und frei programmierbare Steuerungen

UL 508C – power conversion equipment
Gerätestandard speziell für die Leistungselektronik wie Motorsteuerungen, Frequenzumrichter oder Stromversorgungen

UL 840 – Insulation coordination including clearance and creepage distances for electrical equipment
Standard für alternative Verfahren zur Auslegung der Isolierung von Endprodukten für definierte Umgebungsbedingungen – sofern der Gerätestandard dies gestattet