Bei Reihenklemmen liegen die Unterschiede im Detail. Denn jede Anschlusstechnik erfüllt andere Anforderungen.

Bei Reihenklemmen liegen die Unterschiede im Detail. Denn jede Anschlusstechnik erfüllt andere Anforderungen.

Auf den ersten Blick sind Reihenklemmen einfache und unscheinbare Komponenten. Sie haben sich aber längst zu komplexen Systemen weiter entwickelt. Dabei sind auch – vor dem Hintergrund unterschiedlicher regionaler und branchenspezifischer Anforderungen – ganz unterschiedliche Anschlusstechniken entstanden. Jede Anschlusstechnik hat ihre ganz spezifischen Vorzüge. Das Reihenklemmen-Programm von Phoenix Contact hat sich über Jahrzehnte zu einem breiten System entwickelt.

Die Schraubanschlusstechnik ist nach wie vor die weltweit am häufigsten genutzte Anschlusstechnik für elektrische Verbindungen. Die Reihenklemmen mit Schraubanschlusstechnik von Phoenix Contact bieten ein hohes Maß an Sicherheit, und dank des patentierten Reakdyn-Klemmprinzips müssen sie nicht nachgezogen werden. Zudem ist die Schraubanschlusstechnik die einzige Anschlusstechnologie, die normativ das Klemmen von zwei Leitern zulässt. Die Bolzenanschlusstechnik wird gern bei großen Anschlussquerschnitten verwendet. Sie bietet bei Leitern bis zu 240 mm² die größten Auszugskräfte für die Klemmstelle sowie den Vorteil der Verlier-Sicherheit. Schnell und einfach verarbeiten lassen sich Reihenklemmen mit Federanschlusstechnik – insbesondere die Direktsteck-Technik Push-in. Bei den Push-in-Reihenklemmen kann der Anwender starre Leiter und Leiter mit Ader-Endhülse ohne Werkzeug direkt montieren. Für eine hohe Kontaktqualität sorgt hier die immer gleich bleibende Federkraft der Schenkelfeder. Ohne dass ein Abisolieren nötig ist, verbindet die Schnellanschlusstechnik starre und flexible Leiter. Die Verarbeitung geht schnell und trotzdem steht die Vibrationsfestigkeit den anderen Anschlusstechniken in nichts nach.

Die verschiedenen Anschlusstypen im Querschnitt.

Die verschiedenen Anschlusstypen im Querschnitt.

Unterschiedliche Reihenklemmen, unterschiedliche Kontaktstellen

Aus den unterschiedlichen Verbindungsmöglichkeiten von Reihenklemmen in Schaltschränken ergeben sich auch verschiedene Kontaktstellen. Bei den klassischen Anschlusstechniken Schraubanschluss, Push-in, Zugfederanschluss und Schnellanschluss werden die Leiter direkt kontaktiert. Die Steckanschlüsse der Combi-Baureihe von Phoenix Contact machen die Reihenklemmen steckbar. Die Steckzonen in Funktions-Reihenklemmen nehmen Durchgangsverbinder, Trennstecker, Bauelemente- und Sicherungsstecker auf. Diese Steckzonen bilden gleichzeitig die Basis für Reihenklemmen mit integrierten Messertrennungen und Sicherungen. Der Multifunktionsschacht mit den Kontaktstellen bietet Kontaktstellen für das flexible Steckbrücken- und Prüfstecksystem.

Für eine gleichbleibende Kontaktqualität sorgen dabei hochwertige Materialien und patentierte Anschlusstechniken. Alle Metallteile sind aus korrosionsfreien Materialien gefertigt. Die stromführenden Teile, bei denen es auf einen möglichst geringen Übergangswiderstand ankommt, bestehen aus Kupferlegierungen, die durch eine bleifreie Nickel- oder Zinnschicht geschützt werden. Die Federelemente der Push-in und der Zugfederanschluss-Klemme sind aus hochfestem Chrom-Nickel-Federstahl gefertigt und sorgen so für konstante Kontaktkraft und hohe Vibrationsfestigkeit.

Bei Reihenklemmen darf der Spannungsfall nicht größer als 3,2 mV sein und das 1,5fache des Anfangswertes nicht überschreiten.

Bei Reihenklemmen darf der Spannungsfall nicht größer als 3,2 mV sein und das 1,5fache des Anfangswertes nicht überschreiten.

Freigabe-Prüfungen fordern die Kontakte heraus

Freigabe-Prüfungen testen die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Klemmen sowie deren Werkstoffe. Generell wird zum Nachweis der intakten Klemmstelle vor, während und nach den mechanischen, elektrischen und klimatischen Prüfungen eine Spannungsfall-Prüfung durchgeführt. Diese ermittelt den Übergangswiderstand der Klemmstelle. Mit dem 0,1fachen Strom des Nennstroms belastet, darf der Spannungsfall bei 20 °C Raumtemperatur an der Reihenklemme 3,2 mV und das 1,5fache des Anfangswertes nicht überschreiten.

Zu den mechanischen Qualifizierungen der Kontaktstellen gehören Prüfungen nach IEC 60947-7-1/-2. Hier wird das Anschlussvermögen der Kontaktstellen geprüft, die mechanische Festigkeit durch wiederholtes Beschalten und durch einen Biegetest nachgewiesen sowie die Leiterauszugskräfte ermittelt.

Um die Kurzstromfestigkeit zu testen, werden die Steckkontakte extrem überbelastet

Um die Kurzstromfestigkeit zu testen, werden die Steckkontakte extrem überbelastet

Eine Erwärmungsprüfung nach IEC- und UL-Prüfnormen ermittelt die zulässige Umgebungstemperatur der Reihenklemme. Indem die Klemmstellen dreimal eine Sekunde lang mit einer Stromdichte von 120 A/mm² des Bemessungsquerschnitts beaufschlagt werden, wird die Kurzstrom-Festigkeit nachgewiesen. Für den Test der Lebensdauer erfolgt eine Alterungsprüfung. Hierbei müsen die Reihenklemmen in einem Klimaschrank definierte Temperaturzyklen zwischen 20 und 85 °C aushalten, während sie gleichzeitig mit dem Nennstrom belastet werden. Das simuliert die Lebensdauer bei der maximal zulässigen Betriebstemperatur. Während der insgesamt 192 Zyklen wird nach je 24 Zyklen der Spannungsfall gemessen, um den konstanten Übergangswiderstand und damit die Kontaktqualität nachzuweisen.

Bei der Temperatur-Schockprüfung geht es in wenigen Sekunden von -55 rauf auf 100 °C.

Bei der Temperatur-Schockprüfung geht es in wenigen Sekunden von -55 rauf auf 100 °C.

Branchenspezifische Prüfungen ergänzen die Testszenarien

Neben diesen Standard-Freigabeprüfungen werden auch branchenspezifische Prüfungen durchgeführt, von denen allerdings viele mittlerweile in das Standard-Prüfprogramm aufgenommen wurden. Weil Klemmen, etwa im Schienenverkehr, in rasch wechselnden Temperaturbereichen zum Einsatz kommen, wird eine aus der Verkehrstechnik abgeleitete Temperaturschock-Prüfung durchgeführt: Die Klemmstellen verweilen zunächst 45 min lang bei -55 °C, und werden dann innerhalb von Sekunden auf etwa 100 °C erhitzt. Nach 100 Zyklen werden die Prüflinge dann – sobald die Raumtemperatur erreicht ist – wieder der Spannungsfall-Prüfung unterzogen.

In Industrieumgebungen treten außerdem häufig aggressive Umgebungsmedien auf. Um dies zu simulieren, werden Prüflinge einer schwefeldioxidhaltigen Umgebung ausgesetzt. Nach 8 h in der Prüfkammer trocknen die Prüflinge – bevor sie die Spannungsfall-Prüfung absolvieren müssen.

Eine praxisgerechte Vibrationsprüfung beschleunigt das Bauteil 5 h lang bis zu 5,72 m/s² und 5 bis 150 Hz an jeder der drei Achsen.

Eine praxisgerechte Vibrationsprüfung beschleunigt das Bauteil 5 h lang bis zu 5,72 m/s² und 5 bis 150 Hz an jeder der drei Achsen.

Vibrations- und Schockeinflüsse treten im Schienenverkehr, aber auch in Windkraftanlagen auf. Vibrations- und Schock-Prüfungen erfolgen daher gemäß den Anforderungen der Bahn-Norm DIN EN 50155. Erschütterungen und Vibrationen, die in der Nähe von Motoren, rotierenden Antrieben und Achsen auftreten, bildet dieser Test nach. Die Kriterien zum Bestehen der Prüfung sind eindeutig: keine mechanische Beschädigung an den Prüflingen und keine Kontaktunterbrechung an den Kontaktstellen von mehr als einer 1 µs.

Technik im Detail

Reihenklemmen Clipline Complete

Maschinen- und Anlagenteile sind modular aufgebaut und werden oft erst in der Fertigung komplett zusammengebaut und bis zuletzt können noch Module ergänz werden. Auch die Wartung der Maschinen- und Anlagenteile muss immer einfacher werden. Deswegen sind die Combi-Reihenklemmen von Phoenix Contact steckbar ausgeführt. Das Beschriftungssystem sorgt für die richtige Zuordnung der Steckstellen und das Codier-System für die fehlerfreie Montage. Eines der Grundprinzipien der Reihenklemmen ist das einheitliche Zubehör – das gilt für ein steckbares Brückensystem genauso wie für Reihenklemmen, in die sich Funktionsbausteine wie Sicherungen, Dioden oder Widerstände integrieren lassen. Auch die Markierungssysteme über alle Produktlinien hinweg kompatibel. Die Reihenklemmen erfüllen über den Standard hinaus Anforderungen aus verschiedenen Industrien – darunter Energiewirtschaft, Prozessindustrie, Schienenverkehr, Maschinen- oder Schiffbau. Eine Folge der immer komplexeren Maschinen und Anlagen ist außerdem, dass immer mehr Kontaktstellen im Schaltschrank gebraucht werden – das kostet Platz. Die Reihenklemmen mit einer Breite von 3,5 mm ermöglichen viele Kontakte auf wenig Raum.

SPS IPC Drives 2014
Halle 9, Stand 310