Mit Verpackungsanlagen kennt sich PCA Roboter- und Verpackungstechnik aus. Für einen amerikanischen Kunden brauchten die Ingenieure einen Crash Kurs zum Thema UL-Zertifizierung.

Mit Verpackungsanlagen kennt sich PCA Roboter- und Verpackungstechnik aus. Für einen amerikanischen Kunden brauchten die Ingenieure einen Crash Kurs zum Thema UL-Zertifizierung.PCA

„Wir hatten aus den USA einen Auftrag für eine Verpackungsanlage erhalten und mussten uns in kürzester Zeit die aktuellen Bestimmungen für die elektrotechnische Ausrüstung aneignen“, fasst Thomas Albig aus der Elektrotechnischen Planung und E-Konstruktion bei PCA Roboter- und Verpackungstechnik die Herausforderung zusammen. Und bringt damit auf den Punkt, was vielen mittelständischen Sondermaschinenbauern manchmal wie aus dem Nichts begegnet: Komplett neue Anforderungen möglichst schnell und qualitativ hochwertig umzusetzen.

Für ein großes Logistikzentrum in Nordamerika hat der Sondermaschinenbauer dann fünf Maschinen geliefert. Zwei davon sind für das Aufrichten und Verkleben großer und kleiner Kartons zuständig, drei weitere für das Verschließen nach dem Befüllen. „Das ist eine sehr ungewöhnliche Lösung, die wir zum ersten Mal gebaut haben“, erklärt der Experte. Denn in der Anlage werden unterschiedliche Kartongrößen verarbeitet und gedeckelt. Der Vorteil: Trotz unterschiedlicher Befüllgrade genügt ein einziger Kartonzuschnitt.

"Mit der richtigen Unterstützung war die UL-konforme Anpassung unserer Elektrokonstruktion mühelos zu bewältigen."
Thomas Albig,  Elektrotechnische Planungsabteilung bei PCA

„Mit der richtigen Unterstützung war die UL-konforme Anpassung unserer Elektrokonstruktion mühelos zu bewältigen.“
Thomas Albig, Elektrotechnische Planungsabteilung bei PCA Thomas Albig

Schnellkursus in UL-konformer Konstruktion

Um die für die Abnahme in den USA notwendige UL-konforme Elektrokonstruktion umzusetzen, holten sich die PCA-Fachleute Unterstützung von Siemens. Mit der fertigen Elektrokonstruktion der Schaltschränke nach IEC-Norm unter dem Arm empfingen er und seine Kollegen die UL-Experten. „Wir haben dann Schritt für Schritt alle relevanten Details besprochen und dabei gewissermaßen einen Schnellkurs in UL-konformer Konstruktion erhalten“, so der Elektrotechniker. „Das war sehr unkompliziert und in einem einzigen Tag erledigt. Die Unterstützung war nicht einmal mit Kosten verbunden“, freut er sich.

Wichtig ist vor allem die Betrachtungsweise, wie Albig nun weiß: Während die IEC-Norm Luft- und Kriechstrecken neben der anliegenden Spannung nach bestimmten Parametern definiert, zum Beispiel nach dem Verschmutzungsgrad, sind diese Abstände gemäß UL-Norm auch vom Einbauort abhängig. Im Einspeisekreis (Feeder Circuit) sind höhere Luft- und Kriechstrecken als im Verteilerkreis (Branch Circuit) gefordert. Das führt dazu, dass beispielsweise die Luft- und Kriechstrecken in den UL-Schaltgeräten größer ausgelegt sind. Leistungsschalter für den Motorschutz müssen aufgrund der geforderten Luft- und Kriechstrecken mit einer zusätzlichen Einspeiseklemme versehen werden. Das bedeutet, dass UL-konforme Konstruktionen mehr Platz im Schaltschrank benötigen. Eine Ausnahme bilden Schmelzsicherungen und die dazugehörigen Sicherungshalter. Hier gelten auch im Einspeisekreis die gleichen Luft- und Kriechstrecken wie im Verteilerkreis. Auch das gilt es im UL-konformen Schaltschrankbau zu berücksichtigen.

Die Schütze und die Leistungsschalter für den Motorschutz sind sowohl nach IEC als auch nach UL zertifiziert.

Die Schütze und die Leistungsschalter für den Motorschutz sind sowohl nach IEC als auch nach UL zertifiziert.PCA

Schaltgeräte mit IEC- und UL-Zertifizierung verringern Konstruktionsaufwand

Die Arbeit der Konstrukteure erleichterten die Schütze Sirius 3RT2 und die Leistungsschalter für den Motorschutz Sirius 3RV2 von Siemens. Denn sie erfüllen sowohl die IEC- als auch die UL-Vorgaben. Lediglich bei Einbau und Verdrahtung müssen die Ingenieure einige Details beachten. Die projektierungsrelevanten Daten für UL-Anwendungen sind aus der Werksbescheinigung (Certificate of Compliance) zu entnehmen. Auch die bei IEC  und UL unterschiedlichen Versorgungsspannungen – 400 V und 50 Hz bei IEC und 480 V und 60 Hz bei UL – erfüllen die Schaltgeräte. All diese Argumente führten dazu, dass sie bei dem Logistikprojekt für die USA zum ersten Mal von den PCA-Technikern verwendet wurden. Albigs Resümee: „Diese Geräte setzen wir ab jetzt in allen unseren Anlagen ein.“

Neben den Direktantrieben in der Maschine gibt es eine Reihe von Servoantrieben mit Frequenzumrichtern. Diese brauchen entsprechende dreiphasige Vorsicherungen mit der zugehörigen UL-Zertifizierung. Thomas Albig ergänzt: „Diese besonderen Sicherungen werden nur im amerikanischen Raum verwendet und sind in Europa nicht üblich.“ Hinzu kommt, dass alle 24-V-Abgänge, die aus dem Schaltschrank in die Maschine gehen, eigens mit einer einpoligen Sicherung nach UL 248-4…12 oder einem Leistungsschalter nach UL489 abgesichert werden müssen.

Nebenanlagen, die unabhängig von der eigentlichen Anlage arbeiten sollen, zum Beispiel das Heißleimgerät, gehen vor dem eigentlichen Anlagen-Hauptschalter ab. Nach UL-Spezifikation müssen diese über spezielle UL-Sicherungen geführt werden. Im Gegensatz zu den Schützen und Schutzschaltern, die für IEC- und UL-konforme Konstruktionen zugelassen sind, verfügen die Sicherungen immer nur über eine Zertifizierung – entweder IEC oder UL. Knapp ein Dutzend Schütze, ein Dutzend Motorschutzschalter plus einige UL-konformen Sicherungen sorgen schlussendlich für die notwendige Sicherheit im Schaltschrank jeder Maschine.

Es gibt spezielle UL-Leitungen für die Verdrahtung, die jedoch auch über Federzugklemmen gesteckt werden können.

Es gibt spezielle UL-Leitungen für die Verdrahtung, die jedoch auch über Federzugklemmen gesteckt werden können.PCA

Sicherheit steht über allem

Um die Verbindungen besser vor einem unbeabsichtigten Lösen zu schützen, hat sich der Sondermaschinenbauer auch zum ersten Mal für die Federzug-Anschlusstechnik (Cage Clamp) entschieden, da es eine schnelle und rüttelfeste Verbindungstechnik ist. Zudem sind keine Aderendhülsen nötig, was den Verdrahtungsaufwand zusätzlich verringert. Außerdem lockert sich nichts auf dem langen Transport von Deutschland in die USA.

Sicherheit wird seitens UL bereits ab dem Hauptschalter am Schaltschrank großgeschrieben. Während nach IEC-Norm ein Schaltschrank auch unter Spannung geöffnet werden darf, lässt dies UL nur mit einer sogenannten ‚deliberate action‘ zu. Das ist eine bewusste Handlung, mit der der Fachmann die Türverriegelung außer Kraft setzen kann. Deshalb setzen die Verantwortlichen bei PCA auf einen Leistungsschalter, der mechanisch mit dem Hauptschalter an der Schranktür verbunden ist. Dieser verriegelt die Tür, solange die Spannungsversorgung eingeschaltet ist.

Der Schaltschrankaufbau nach der amerikanischen UL-Norm ist im Detail etwas anders als nach IEC. Beispielsweise darf sich gemäß UL der Schrank unter Spannung nicht öffnen lassen.

Der Schaltschrankaufbau nach der amerikanischen UL-Norm ist im Detail etwas anders als nach IEC. Beispielsweise darf sich gemäß UL der Schrank unter Spannung nicht öffnen lassen.PCA

Um trotz der guten Vorbereitung bei der Inbetriebnahme in den USA keine unliebsamen Überraschungen zu erleben, entschieden sich die Anlagenplaner für eine TÜV-Abnahme der gesamten Anlage im eigenen Werk. Dabei haben die TÜV-Experten alles Notwendige in Augenschein genommen und den Maschinen die ordnungsgemäße Konstruktion bescheinigt. „Dieser zusätzliche Aufwand rechnet sich“, weiß Thomas Albig. Denn der Maschineninspektor Authority Having Jurisdiction (AHJ) in den USA lässt nur Spannung an die Maschine, wenn sie der UL-Norm entspricht. Bei einer Beanstandung vor Ort wäre eine aufwendige und zeitintensive Anpassung der Anlage erforderlich. Für Thomas Albig steht heute fest: „Die Unterstützung durch Siemens hat uns nicht nur bei diesem Projekt viel Zeit und Nerven gespart, sondern hilft uns bei nahezu allen Situationen, denen wir im Zusammenhang mit der UL-Zertifizierung begegnen.“

SPS IPC Drives 2014
Halle 11, Stand 100