Mechanische Prüfungen für Reihenklemmen

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Leiterauszugsprüfung an einer Schraubklemme

Mechanische Prüfungen

Mit den mechanischen Prüfungen werden in erster Linie die Klemmkörper der Reihenklemmen sowie die Isoliergehäuse geprüft. Die Tests fokussieren ein sicheres Anschlussvermögen und die Beständigkeit der Reihenklemme in Bezug auf Leiterbewegung und Leiterauszug. Außerdem werden die mechanische Festigkeit der Klemmen sowie der Einfluss von Umgebungsbedingungen getestet. Durch diese Tests können wir Ihnen hohe Qualitätsstandards im Bereich der mechanischen Eigenschaften gewährleisten. Auf dieser Seite finden Sie verschiedene mechanische Prüfungen zum Thema Reihenklemmen.

Lehren zum Nachweis des Bemessungsquerschnitts

Lehren

Anschlussvermögen (IEC 60947-7-1/-2)

Diese mechanische Prüfung definiert den Anschluss von handelsüblichen Leitern nach Herstellerangaben. Reihenklemmen müssen so konstruiert sein, dass Leiter des
dokumentierten Bemessungsquerschnitts mit dem Bemessungsanschlussvermögen angeschlossen werden können. Die Angaben werden von den Herstellenden in metrischen (mm²) sowie angloamerikanischen Werten (AWG) dokumentiert. Bemessungsquerschnitt bedeutet: Wert des größtmöglichen Querschnitts aller anschließbaren Leiter (flexible, ein- und mehrdrähtig), auf den sich bestimmte thermische, mechanische und elektrische Anforderungen beziehen. Bemessungsanschlussvermögen bedeutet: Bereich des größten bis zum kleinsten anschließbaren Querschnitt (min. 2 Stufen reduziert) sowie Anzahl der anschließbaren Leiter, für die die Reihenklemme konstruiert wurde. In der Prüfung werden Reihenklemmen mit dem Bemessungsquerschnitt und dem Bemessungsanschlussvermögen beschaltet. Alternativ lässt sich der Bemessungsquerschnitt auch mit Lehren nachweisen (siehe Abb.). Leiter oder Lehren müssen ungehindert in die geöffnete Klemmstelle einführbar bzw. anschließbar sein. Phoenix Contact-Klemmen bieten deutlich über der Norm liegende Maße für den ausgewiesenen Bemessungsquerschnitt. Aufgrund entsprechender konstruktiver Maßnahmen lassen sich in allen Reihenklemmen des CLIPLINE complete-Systems die Bemessungsquerschnitte auch mit Aderendhülse und Isolierkragen anschließen.

Tabelle: Anschlussvermögen

Tabelle zur Auswahl der richtigen Lehre

Form

Durchmesser "a"

Form

Durchmesser "a"

Leiter
1,5 mm² A1 2.4 mm B1 1,9 mm²
2,5 mm² A2 2,8 mm B2 2,4 mm²
4 mm² A4 3,6 mm B4 3,5 mm²
6 mm² A5 4,3 mm B5 4,4 mm²
10 mm² A6 5,4 mm B6 5,3 mm²
16 mm² A7 7,1 mm B7 6,9 mm²
35 mm² A9 10,2 mm B9 10,0 mm²
50 mm² A10 12,3 mm B10 12,0 mm²
70 mm² A11 14,2 mm B11 14,0 mm²
95 mm² A12 16,2 mm B12 16,0 mm²
150 mm² A14 22,2 mm B14 20,0 mm²
240 mm² A16 26,5 mm B16 26,0 mm²
Prüfsonde: Handrückensicherheit

Handrückensicherheit: Prüfkugel Durchmesser 50 mm

Berührschutz (IEC 60529)

Elektrische Installationen und Anlagen müssen auch im Servicefall oder bei Mess- und Prüfaufgaben ein hohes Maß an Sicherheit aufweisen. Die BGV A3 schreibt für das generelle Arbeiten in der Nähe von aktiven Teilen den spannungsfreien Zustand der betroffenen Niederspannungs-Anlagenteile bis 1.000 V AC und 1.500 V DC vor. Zur Vorbeugung gegen elektrischen Schlag müssen aktive Teile durch Abdecken oder Abschranken gegen direktes Berühren gesichert sein. Die Reihenklemmen von Phoenix Contact bieten den Elektrofachkräften und unterweisenden Personen deshalb einen Berührschutz in Anlehnung an die EN 50274. Bei den Prüfungen in Anlehnung an die EN 50274 werden die Prüfsonden aus Bedienrichtung an den Prüfling herangeführt. Ein elektrischer Kontakt zwischen den Prüfsonden und spannungsführenden Teilen darf nicht entstehen. Die Fingerberührsicherheit wird mit einer Prüfkraft von 10 N getestet und die Handrückensicherheit bei 50 N. Phoenix Contact-Reihenklemmen sind überwiegend nach DIN EN 50274 ausgeführt. Genauere Informationen entnehmen Sie den Produktdokumentationen.

Prüfvorrichtung des Flexiontests nach Norm

Prüfvorrichtung des Flexiontests nach Norm

Biegeprüfung Flexionstest (IEC 60947-7-1/-2)

Fachgerecht verdrahtete Reihenklemmen müssen ein hohes Maß an mechanischer Sicherheit bieten. Dazu gehört die zuverlässige Klemmung des Leiters. Zu diesem Zweck werden Prüfungen mit starren und flexiblen Drähten des kleinsten Querschnitts, des Bemessungsquerschnitts und des maximalen Querschnitts durchgeführt. Eine senkrecht befestigte Klemme wird mit einem Leiter beschaltet. Am Ende des Leiters wird ein dem Querschnitt entsprechendes Prüfgewicht aufgehängt. Der Leiter wird durch eine 37,5 mm aus der Mitte liegende Öffnung einer rotierenden Scheibe geführt und 135-mal um die eigene Achse bewegt. Dabei dürfen keine Beschädigungen im Klemmbereich am Leiter auftreten. Der Kontakt muss anschließend eine Leiterauszugsprüfung bestehen. Phoenix Contact-Reihenklemmen sind so konstruiert, dass der Leiter im Klemmbereich schonend kontaktiert. Somit bleiben Leiter und Kontaktstelle unversehrt und weisen die gleichen Eigenschaften auch nach der Mehrfachklemmung auf.

Prüfparameter Biegeprüfung

Tabelle zur Bestimmung der Prüfparameter.

AWG

Abstand H

Last

Querschnitt
0,2 mm² 24 260 mm 0,3 kg
4 mm² 12 279 mm 0,9 kg
240 mm² 500 464 mm 20,0 kg
Falltrommeltest

Falltrommeltest

Falltrommeltest (IEC 60068-2-32)

Der Falltrommeltest ist eine Aufprallprüfung, die in einer genormten, rotierenden Trommel das 50-fache Fallen eines Prüflings aus 500 mm Höhe simuliert. Diese Prüfung wird an einzelnen Reihenklemmen durchgeführt. Dabei dürfen keine Defekte auftreten, die den weiteren Gebrauch der Klemme behindern. Hierzu zählen alle Beschädigungen, die den Festsitz auf der Tragschiene beeinflussen, sowie Absplitterungen und Brüche, die die Isolation oder die Luft- und Kriechstrecken beeinträchtigen. Bei Phoenix Contact-Reihenklemmen wird durch diese Prüfung zudem der Festsitz der montierten Einzelteile im Gehäuse garantiert, mit dem Hintergrund teils langer Transportstrecken der verpackten Reihenklemmen bis zur Installation.

Festsitz der Reihenklemmen (IEC 60947-7-1/-2)

Neben der zuverlässigen Kontaktierung des Leiters muss auch die Reihenklemme selbst Kräfte aufnehmen können. Zur Prüfung des Festsitzes wird eine Reihenklemme auf einer normgerechten Tragschiene nach Herstellerangaben montiert. Anschließend werden Stahlstäbe mit einer Länge von 150 mm in die Klemmstellen gespannt. Querschnittsabhängige Zug- und Druckkräfte werden über einen Hebelweg von 100 mm auf die Klemmstellen und die Verrastung der Klemme ausgeübt. Dabei darf sich die Reihenklemme nicht von der Tragschiene lösen. Außerdem dürfen keine unzulässigen Beschädigungen am Gehäuse auftreten. Durch die konstruktive Auslegung der Phoenix Contact-Reihenklemmen ist der zuverlässige Festsitz auf verschiedenen Tragschienensystemen gewährleistet.

Querschnitt (AWG)

Querschnitt (N)

Querschnitt des Stahlstabs (mm)

Querschnitt (mm²)
0,75 18 1 1,0
1 - 1 1,0
1,5 16 1 1,0
2,5 14 1 1,0
4 12 1 1,0
6 10 5 2,8
10 8 5 2,8
35 2 10 5,7
50 0 10 5,7
240 500 kcmil 20 20,5
Leiterauszugsprüfung an einer UT-Klemme

Leiterauszugsprüfung an einer UT-Klemme

Leiterauszugsprüfung (IEC 60947-7-1/-2)

In der Praxis können während der Verdrahtung oder im Betrieb Zugkräfte auf die Klemmstelle einwirken. Deshalb müssen fachgerecht verdrahtete Reihenklemmen ein hohes Maß an mechanischer Sicherheit bieten. Zur Prüfung der Zugbelastbarkeit einer Klemmstelle muss die Klemmstelle über 60 s einer vorgegebenen, querschnittsabhängigen Zugkraft standhalten. Dieser Test wird im Anschluss an die Biegeprüfung durchgeführt. Die direkte Prüffolge ist dabei als Verschärfung der Anforderungen zu sehen. Durch die Zugkraft wird der Leiter in der Klemmstelle belastet. Der Leiter muss ohne Beschädigungen gehalten werden. Die AWG-Zugkraft richtet sich nach dem zu prüfenden Querschnitt (siehe Tabelle). Die Ergebnisse der Prüfung für Phoenix Contact-Reihenklemmen liegen bis zu 150 % über den geforderten Mindestwerten.

Leiterauszugskräfte

Leiterauszugskräfte nach IEC 60999 / EN 60999 / VDE 0609-1

AWG

Zugkraft

Querschnitt
0,2 mm² 24 10 N
4 mm² 12 60 N
300 mm² 600 578 N
Test auf mechanische Festigkeit einer Reihenklemme PTV 2,5 mit Leiter und Schraubendreher

PTV 2,5

Mechanische Festigkeit (IEC 60947-7-1/-2)

Die mechanische Festigkeit der Klemmstelle wird in einem praxisorientierten Versuch geprüft. Dazu müssen die Klemmstellen der Reihenklemmen ohne qualitative Verluste in der Klemmverbindung mehrfach beschaltet werden können. Eine Klemme wird deshalb mit starren Leitern des Bemessungsquerschnitts fünfmal nach Herstellerangaben be- und entschaltet. Schaltungen erfolgen an der mittleren Klemme eines Fünferblocks. Vor und nach dem Test müssen die Klemmen eine Spannungsfallprüfung bestehen. Die Klemmstelle muss die Wiederbeschaltung ohne erkennbare Beschädigungen bestehen. Der Spannungsfall darf vor der Prüfung 3,2 mV nicht überschreiten. Nach der Prüfung darf der Spannungsfall das 1,5-fache des Anfangsmesswerts nicht übersteigen. Phoenix Contact-Reihenklemmen eignen sich zum mehrmaligen Beschalten ohne erkennbare Qualitätsverluste. Die Bandbreite der möglichen Beschaltungen erreicht je nach Anschlusstechnik bis zu 5.000 Zyklen.

Schlagtest, bei dem der Hammer auf einen Prüfling fällt

Schlagtest

Schlagtest (IK-Wert) (IEC 62262)

Die IEC 62262 beschreibt ein Prüfverfahren zur Ermittlung eines Schutzgrads (IK-Wert) gegen mechanische Beanspruchung. Dieser Schutzgrad wird hauptsächlich im Zusammenhang mit Gehäusen und Boxen ermittelt. In der Prüfung trifft ein definiertes Schlagelement (Hammer) im senkrechten Fall fünfmal in Folge an verschiedenen Stellen auf dem waagerecht montierten Prüfling mit einer exakt bestimmten Energie auf. Der Aufprallbereich des Schlagelements ist halbkreisförmig. Die Schlagelemente für die unterschiedlichen Schärfegrade sind in sechs Kategorien unterteilt. Die CLIPLINE complete-Steckergehäuse für die Push-in-COMBI-Baureihe weisen einen Schutzgrad von IK5 auf.

IK-Werte und die dazugehörigen Daten

Die Tabelle gibt einen Überblick über die IK-Werte und die dazugehörigen Daten des Schlagtests.

Gewicht

Durchmesser

Material

Fallhöhe

Kategorie
IK01...IK05 0,2 kg 10 mm Polyamid 200 mm
IK06 0,5 kg 10 mm Polyamid 200 mm
IK07 0,5 kg 25 mm Stahl 400 mm
IK08 1,7 kg 25 mm Stahl 295 mm
IK09 5,0 kg 25 mm Stahl 200 mm
IK10 5,0 kg 25 mm Stahl 400 mm

Beziehung zwischen IK-Code und Beanspruchungsenergie

Die Tabelle gibt die Beziehung zwischen IK-Code und Beanspruchungsenergie wieder. Die Beziehung zwischen des IK00-Werts und der Beanspruchungsenergie ist nicht nach der vorliegenden Norm geschützt.

Beanspruchungsenergie Joule

IK-Code
IK00 -
IK01 0,15
IK02 0,2
IK03 0,35
IK04 0,5
IK05 0,7
IK06 1
IK07 2
IK08 5
IK09 10
IK10 20
Schockdiagramm bei einer Schockprüfung

Schockprüfung (IEC 60068-2-27)

Um die Beständigkeit einer Klemmverbindung gegen unregelmäßig auftretende Schocks (mit unterschiedlichem Energiegehalt) zu prüfen und zu dokumentieren, wird die Schockprüfung angewendet. Um die Belastung im Schienenverkehr simulieren zu können, werden Schärfegrade aus der DIN EN 50155 bzw. IEC 61373 (internationale Norm für Bahnanwendungen) herangezogen. Zur Definition des Schocks werden Beschleunigung und Zeitdauer vorgegeben. Nach IEC 60068-2-27 sind jeweils drei positive und negative Schocks in allen drei Raumachsen (X, Y, Z) vorgeschrieben. Die simulierten Beschleunigungen erreichen 50 m/s² bei einer Schockdauer von 30 ms. An der Klemmverbindung darf keine Beschädigung auftreten, die den weiteren Gebrauch beeinträchtigt. An den Prüflingen wird das Kontaktverhalten während der Prüfung überwacht. Bei Anwendung der Bahnnorm sind keine Kontaktunterbrechungen >1 μs zulässig. Phoenix Contact-Reihenklemmen bestehen diese Schockbelastung, weshalb sie sich auch für Applikationen mit starken
Erschütterungen eignen.

Spannungsfalldiagramm von 200 Prüflingen nach der Temperaturschockprüfung

Spannungsfalldiagramm von 200 Prüflingen nach der Temperaturschockprüfung

Temperaturschockprüfung (DIN EN 60352 T4)

In der Verfahrenstechnik treten in der Nähe von prozessbedingten Wärme- und Kältequellen oftmals rasche Temperaturwechsel auf. Anhand dieser Prüfung wird die gleichbleibend hochwertige Kontaktqualität der Klemmstellen auch unter raschem Temperaturwechsel belegt. Für die Prüfung werden fünf Reihenklemmen auf der Befestigungsauflage montiert und mit einem Leiter des Bemessungsquerschnitts verdrahtet. Der Aufbau wird in einem Zweikammerverfahren raschen Temperaturwechseln ausgesetzt. Die Temperaturen liegen an den oberen und unteren Grenztemperaturen der Reihenklemme. Das ist in der Regel ein Temperaturbereich von -60 °C bis +100 °C. Die Verweilzeit in der Klimakammer beträgt jeweils 45 Minuten, wobei der Wechsel innerhalb weniger Sekunden geschieht. Dieser Wechsel wird über 100 Zyklen hinweg durchgeführt. Die Anforderungen werden erfüllt, wenn nach der Prüfung keine Beschädigungen der Einzelteile aufgetreten sind und der weitere Gebrauch gewährleistet ist.

Schwingungsdiagramm bei einer Vibrationsprüfung

Schwingungsdiagramm

Vibrationsprüfung Rauschsignal (IEC 60068-2-64)

In zahlreichen Applikationen sind Reihenklemmen Vibrationen und Erschütterungen ausgesetzt. Diese Störbeeinflussungen sind nicht immer harmonisch, regelmäßig oder in der Frequenz gleichbleibend. Solche Vibrationen können z. B. durch die Montage in Verkehrsmitteln, wie Schienenfahrzeugen, hervorgerufen werden. Ebenso kommen derartige Belastungen in Produktionsmaschinen oder in der Bergbautechnik vor. Bahnanwendungen sind hier in der Definition des Schärfegrads für Vibrationstests führend. In der DIN EN 50155 steht beschrieben, dass, wenn nichts anderes festgelegt ist, die Anforderungen der EN 61373, Kategorie 1, Klasse B gelten. Daraus ergeben sich die folgenden Parameter (siehe Tabelle). Zur praxisgerechten Nachbildung der Rüttelbelastungen im Labor werden die Prüflinge breitbandigen, rauschförmigen Schwingungen ausgesetzt. Dadurch entstehen in der Realität entsprechende Beschleunigungen an der Reihenklemme und am angeschlossenen Leiter. Damit der Signalmix real ist, müssen eine gewisse Verteilung der Beschleunigungen und Amplituden garantiert sein. Für die Prüfung der Kategorie 1 B wird ein Frequenzbereich 5 Hz bis 150 Hz durchlaufen. Der Effektivwert der Beschleunigung beträgt bis zu 5,72 m/s². Die Prüflinge werden in den drei Achsen (X, Y, Z) je fünf Stunden geprüft. Erschwerend zu den Erschütterungen wird der elektrische Kontakt während der Prüfung auf Unterbrechungen hin überwacht. An den Reihenklemmen darf währenddessen keine Beschädigung auftreten, die den weiteren Gebrauch beeinträchtigt. Zusätzlich sind keine Kontaktunterbrechungen >1 μs während der Prüfung zulässig. Der Übergangswiderstand wird vor und nach der Prüfung gemessen. Der Widerstand muss ≤ dem 1,5-fachen des Anfangswerts liegen. Reihenklemmen aller Anschlusstechniken von Phoenix Contact erreichen diese Normenforderung ohne unzulässige Kontaktunterbrechung. Sie eignen sich daher auch für anspruchsvolle Applikationen, in denen ein sicheres Funktionieren der Klemmverbindung unter Erschütterung gewährleistet sein muss.

Tabelle: Effektivwert der Beschleunigung in Zusammenhang mit der Achse

Die Tabelle zeigt den Effektivwert der Beschleunigung bezogen auf die Kategorie und die Achse an.

Orientierung

Effektivwert (m/s²)

Kategorie
1B - Fahrzeugkasten senkrecht 5,72
1B - Fahrzeugkasten quer 2,55
1B - Fahrzeugkasten längst 3,96
1B - Drehgestell senkrecht 30,6
1B - Drehgestell quer 26,6
1B - Drehgestell längst 14,2
Prüfdiagramm nach Kategorie 1B

Prüfdiagramm nach Kategorie 1B

Vibrationsprüfung an einer PT-Reihenklemme

Vibrationsprüfung an einer PT-Reihenklemme

Vibrationsprüfung Sinus (IEC 60068-2-6)

Diese Prüfung dient dem Nachweis der Vibrationsfestigkeit einer Klemmverbindung unter Einfluss andauernder Vibrationen, wie sie z. B. durch rotierende Massen hervorgerufen werden können. Solche Schwingungen treten z. B. in Kraftwerksturbinen und -generatoren, in Windkraftanlagen und an Motoren oder Antrieben auf. Auf dem Schwingprüfsystem (Rütteltisch) werden harmonische, sinusförmige Schwingungen zur Simulation von gleichmäßig, schwingenden Kräften auf den Prüfling übertragen. Die Prüfung durchläuft pro Zyklus einen Frequenzbereich von 5 Hz bis 150 Hz und dann wieder zurück auf 5 Hz. Dabei wird bis 25 Hz die Amplitude der Auslenkung auf dem Rütteltisch gleich gehalten. Über diesem Wert bleibt die Beschleunigung des Bauteils hingegen konstant. Der Effektivwert der Beschleunigung beträgt maximal 50 m/s². Die Frequenz ändert sich mit einer Oktave pro Minute, d. h. alle 60 s verdoppelt oder halbiert sich die Frequenz. Die Prüflinge werden in den drei Achsen (X, Y, Z) je 2 Stunden geprüft. An den Reihenklemmen darf währenddessen keine Beschädigung auftreten, die den weiteren Gebrauch beeinträchtigt. Zusätzlich sind keine Kontaktunterbrechungen (>1 μs) während der Prüfung zulässig. Der Übergangswiderstand wird vor und nach der Prüfung gemessen. Der Widerstand muss ≤ dem 1,5-fachen des Anfangswerts liegen. Alle Anschlusstechniken erreichen diese Normenforderung ohne unzulässige Kontaktunterbrechung. Sie eignen sich daher auch für anspruchsvolle Applikationen, in denen ein sicheres Funktionieren der Klemmverbindung unter Erschütterung gewährleistet sein muss.

Auszug der Parameter eines Vibrationstests

Auszug eines Vibrationstests

Kompetenz in Verbindungstechnik - CLIPLINE quality
Broschüre
Über die Standard-Reihenklemmennorm hinausgehend werden die Reihenklemmen von Phoenix Contact verschiedenen Prüfungen und Normen unterzogen. Aufgrund entsprechender konstruktiver Maßnahmen und dem Einsatz hochwertiger Materialien übertreffen die Reihenklemmen deutlich die normativen Anforderungen.
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