Elektrische Schalt- oder Steuerungsanlagen schützen Personen vor den Gefahren des elektrischen Stromes.

Elektrische Schalt- oder Steuerungsanlagen schützen Personen vor den Gefahren des elektrischen Stromes. Rittal

Die wohl bekannteste Anforderung an Gehäuse und Schaltschränke ist die IP-Schutzart nach IEC 60529, die den Schutz gegen das Eindringen von festen Körpern oder Staub und gegen das Eindringen von Wasser beschreibt. Darüber hinaus gibt es jedoch viele weitere Anforderungen an Schaltschranke. Die Gehäuse müssen maßhaltig, korrosionsbeständig und kerbschlagfest sein. Sie müssen statische und dynamische Materialbelastungen aushalten sowie vibrationsbeständig sein – auch unter extremen klimatischen Bedingungen. UV-Licht darf keinen Einfluss auf das Material haben. Außerdem müssen die Gehäuse über einen Nachweis zum Wärmeabgabevermögen und zur Druckbeständigkeit bei elektrischen Kurzschlüssen verfügen. Der Personenschutz bei Störlichtbögen und der Schutz bei mechanischen Beschädigungen von außen müssen sichergestellt sein. Auch die thermische Beständigkeit von Kunststoffen, die die Schutzart von außen gewährleisten, zählt zu den Anforderungen an Gehäuse und Schaltschränke. Außerdem gilt es eine gleichbleibende Fertigungsqualität sicherzustellen.

Diese Anforderungen und auch deren Prüfung und Nachweise sind in Normen wie der IEC 62208 oder IEC 61439-1 spezifiziert. Dabei ist zu beachten, dass je nach Marktbereich, zum Beispiel Nordamerika, Europa oder Asien, zusätzliche Zulassungen erforderlich sind. In vielen Regionen wird der IEC-Standard direkt oder in einer nationalen Fassung anerkannt. In Nordamerika sind anstelle der IEC-Standards Nema-Standards oder UL-Zulassungen für den Nachweis der Schutzfunktionen nötig. Für Einsatzorte wie Schiffe oder Eisenbahnen sind weitere Anforderungen spezifiziert.

Ein standardisierter Fertigungsprozess sorgt für baugleiche Schaltschrankgehäuse auch bei unterschiedlichen Abmessungen.

Ein standardisierter Fertigungsprozess sorgt für baugleiche Schaltschrankgehäuse auch bei unterschiedlichen Abmessungen. Rittal

Die Prüfung nicht nur einmal bestehen

Erfüllen die Gehäuse die Prüfungen und Nachweise, erhalten sie die jeweiligen Zulassungen. Dazu muss bei der Herstellung der Schaltschrankgehäuse für eine standardisierte Produktion und somit gleichbleibende Qualität gesorgt sein. Ansonsten lassen sich die Zulassungen und Prüfsiegel nicht aufrecht erhalten. Um bei einigen Organisationen wie UL, Lloyds oder DNV die Zulassung nicht nur zu bekommen, sondern auch zu behalten, werden neben der Erstprüfung auch die Fertigungsstätten regelmäßig überprüft. Bei erfolgreicher Auditierung erteilen diese Klassifikationsgesellschaften bis zur nächsten Begehung die Berechtigung, die Schränke weiterhin mit ihren Approbationszeichen zu versehen. Daher kann man bei Herstellern, die ihre Fertigung durch solche Organisationen regelmäßig prüfen lassen, von einer gleichbleibenden Qualität der Schaltschrankgehäuse ausgehen.

Rittal verfügt am Unternehmensstandort in Herborn über ein akkreditiertes Prüflabor für unterschiedliche Prüfungen. Neben den erforderlichen Erstprüfungen von neuen Produkten testet Rittal auch regelmäßig unterschiedliche Gehäuse aus der laufenden Produktion. Neben der regelmäßigen Prüfung der Produkte ist ein standardisiertes Fertigungsverfahren für einen gleichbleibend hohen Qualitätsstandard wichtig. Damit dies auch für Gehäuse mit besonderen Abmessungen gilt, wird auch ein individuelles Gehäuse nach denselben Qualitäts- und Fertigungsstandards hergestellt und beschichtet wie ein Standardgehäuse.

Der vierstufige Beschichtungsprozess ermöglicht Korrosionsschutz, der dafür sorgt, dass sich die mechanischen Gehäuseeigenschaften nicht verschlechtern.

Der vierstufige Beschichtungsprozess ermöglicht Korrosionsschutz, der dafür sorgt, dass sich die mechanischen Gehäuseeigenschaften nicht verschlechtern. Rittal

Korrosionsschutz ist mehr als ein Farbanstrich

So lässt sich zum Beispiel der Korrosionsschutz nicht mehr durch einen einfachen Anstrich des Metallkörpers erfüllen. Verschiedene Prozessschritte, von der Reinigung bis hin zur Pulverbeschichtung der grundierten Gehäuse, sind erforderlich, um für einen langfristigen Korrosionsschutz zu sorgen. Dieser ist notwendig, um auch nach Jahren des Betriebes von elektrischen Schaltanlagen den Schutz für das Personal und die Betriebsmittel durch das Gehäuse aufrecht halten zu können.

Technik im Detail

Wiederherstellen des Korrosionsschutz nach mechanischer Bearbeitung

Um einen Schaltschrank zu einer fertigen Schaltanlage weiterzuverarbeiten, müssen häufig weitere Betriebsmittel in die Außenhülle eingebaut werden. Dazu werden in die Schaltschranktüren oder Seitenwände nachträglich Ausbrüche oder Bohrungen für den Einbau von Betriebsmitteln wie Anzeigegeräte, Steuerschalter oder Leuchtanzeiger vorgenommen. Dabei werden allerdings die drei Schutzebenen des Korrosionsschutzes beschädigt. Ein einfacher Anstrich mit einem Deck- oder Reparaturlack reicht nicht aus, um den Korrosionsschutz wieder herzustellen, da er feine Mikrospalte zwischen den Lackschichten und den bearbeiteten Metallteilen nicht schließt. Dort kann Salznebel eindringen und so Rost entstehen. Mit einer neuen Korrosionsschutzgrundierung hat Rittal ein Produkt entwickelt, mit dem sich auch Ausbrüche und Bohrungen sicher gegen Rostbildung schützen lassen.  Zusammen mit der neuen Arbeitsanweisung zur praktischen Nachbehandlung ermöglicht dies, das die Schaltanlagen die Anforderungen der IEC 61439 hinsichtlich Korrosion auch nach der Weiterverarbeitung erfüllen.

Für elektrische Schaltschränke fordern die Normen IEC 62208 oder IEC 61439 den Korrosionsschutz. Die dazu notwendige Korrosionsprüfung wird gemäß IEC 60068-2 durchgeführt. Basierend auf der Norm wird anhand des Aufstellungsorts des Gehäuses zwischen Innenraum- und Freiluftaufstellung unterschieden. Je nach Aufstellungsort umfasst die Prüfung unterschiedliche Zyklen mit feuchter Wärme und mit Salznebel. Dies ermöglicht eine Atmosphäre, die den Korrosionsvorgang stark beschleunigt. Im Anschluss erfolgt eine Bewertung in Form einer Sichtprüfung. Es dürfen keine Anzeichen von Rost oder andere Verschlechterungen sichtbar sein. Des Weiteren müssen sich Türen, Scharniere und Schlösser ohne höheren Kraftaufwand weiterhin betätigt lassen.

Tauchgrundierung von Schaltschrank-Rahmengerüste im Rittal-Werk in Rittershausen

Tauchgrundierung von Schaltschrank-Rahmengerüste im Rittal-Werk in Rittershausen Rittal

Die Rittal-Schaltschränke aus lackiertem Stahlblech für Innenraumverwendung erfüllen die Anforderung der Korrosionsbeständigkeit aufgrund eines standardisierten Beschichtungsverfahrens. Wenn die Rohfertigung der Gehäuse abgeschlossen ist, werden in einem ersten Arbeitsschritt die Gehäuse gereinigt und entfettet, damit die Beschichtung möglichst lange haftet. Im Anschluss erfolgt die erste Korrosionsschutzbeschichtung durch eine nanokeramische Vorbehandlung. Für die zweite Schicht werden die Gehäuse in einem Tauchbecken vollständig eingetaucht und erhalten eine Elektrophorese-Tauchgrundierung. Den Abschluss des Korrosionsschutzes bildet die Pulverbeschichtung, die der Außenhaut des Schrankes auch ihre Struktur gibt. Wird im späteren Betrieb der Anlage die oberste Schicht beschädigt, so sind immer noch zwei weitere Schichten vorhanden, die vor Rostbildung schützen.

Die unterschiedlichen Schaltschranksysteme haben eines gemeinsam: ein standardisiertes Fertigungs- und Lackierverfahren.

Die unterschiedlichen Schaltschranksysteme haben eines gemeinsam: ein standardisiertes Fertigungs- und Lackierverfahren. Rittal

Langfristige Sicherheit

Die Sicherheit von Personen, die sich im Umfeld von elektrischen Schaltanlagen aufhalten oder elektrische Schaltanlagen bedienen, ist ein wesentliches Schutzziel, das die Norm IEC 61439 definiert. Dazu enthält diese Norm verschiedene Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von Gehäusen. Denn bei elektrischen Fehlern wird auch das Schaltschrankgehäuse durch einen inneren Druckanstieg oder die magnetische Wirkung bei einem hohen Kurzschlussstrom stark beansprucht. Der innere Druckanstieg entsteht zum Beispiel bei Kurzschlussabschaltung von größeren Leistungsschaltern, die beim Abschalten einen Lichtbogen erzeugen. Aber auch das magnetische Feld, das um eine Kupferschiene insbesondere bei hohen Kurzschlussströmen entsteht, hat neben der Wirkung auf die benachbarte Kupferschiene auch eine auf die anderen Gehäuseteile, zum Beispiel auf die Montageplatte. Eine Schaltschranktür darf sich während einer Kurzschlussabschaltung nicht öffnen und ein Sammelschienensystem muss auch während eines Kurzschlusses gut befestigt bleiben. Eine sich öffnende Schaltschranktür oder herumfliegende Teile könnten Personen im Umfeld der Schaltanlage verletzen. Daher ist es wichtig, dass ein Schaltschrankgehäuse auch nach vielen Jahren noch die gleiche mechanische Festigkeit wie zu Anfang besitzt und nicht durch Rost oder andere Einwirkungen an Festigkeit verliert.

Technik im Detail

Neue Norm IEC 61439 ab 1. November 2014 gültig

Die IEC 61439 definiert die Grundanforderungen und die Nachweisführung für die Herstellung von elektrischen Schalt- und Steuerungsanlagen für Niederspannungsanwendungen. Hierbei findet besonders die gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen Betriebsmittel eine stärkere Beachtung. Auch die mechanischen Anforderungen an das Gehäuse sind neu in diese Norm mit aufgenommen. Die europäische Fassung der IEC 61439, die EN 61439, und damit auch die deutsche Fassung DIN EN 61439 wird am 1. November 2014 alleingültig, da spätestens zu diesem Termin die Vorgängernorm EN 60439 zurückgezogen wird. Damit entfallen Begrifflichkeiten wie TSK, PTSK oder Typprüfberichte, da diese in der Terminologie der neuen Norm nicht mehr enthalten sind. Ersetzt wird dies durch den Begriff der Schaltgerätekombination. Anstelle des Typprüfberichts ist nun ein Bauartnachweis zu erstellen.

SPS IPC Drives 2014
Halle 5, Stand 101