Belastbar, beständig, sicher

Alle Reihenklemmen des Clipline complete Systems von Phoenix Contact sind aus einem technologisch hochentwickeltem Polyamid gefertigt. Die international weit gefächerte Zulassungspalette liegt für alle verfügbaren Farbvarianten vor. Damit qualifiziert sich das Reihenklemmensystem für den umfassenden Einsatz in der Verkehrstechnik.

Anbieter zum Thema

Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG

mbo Oßwald GmbH & Co KG Metallbearbeitung - Verbindungstechnik

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

PHOENIX CONTACT Deutschland GmbH

Welche Eigenschaften muss ein Isolierstoff besitzen? Reicht es, wenn er das Gegenteil eines guten Leiters ist? So einfach ist die Antwort nicht. Für einen guten Isolierstoff ist eine schlechte Leitfähigkeit Grundvoraussetzung, darüber hinaus erfordern manche Applikationen: Wärme und Kälterresistenz; UV-Beständigkeit; Säure-, Laugen- und Salzwasserfestigkeit; Vibrations- und Schockbeständigkeit, sowie ein optimales Brandverhalten.

Isolierstoffe müssen deshalb vor allem auf ihren späteren Einsatz-bereich abgestimmt sein. Zur Verfügung stehen Keramik, Douroplaste sowie Thermoplaste (z.B. PA 6.6). Sie lassen sich nach ihrem elektrischen, mechanischen und thermischen Verhalten sicher bewerten. Dazu gibt es entsprechende technische Angaben und Prüfungen. Der spezifische Durchgangswiderstand zeigt die Isolationsqualität an. Keramik liegt mit 1013 Wcm um eine Zehnerpotenz besser als Thermoplast mit etwa 1012 Wcm. Hinsichtlich dieser Eigenschaft schwächstes Material ist der Douroplast mit rund 109 Wcm. Ergänzt wird der Widerstandswert durch die Fähigkeit, auch bei hohen Spannungen ein Durchschlagen zu verhindern.

Den höchsten Wert zeigt hierbei Polyamid als Vertreter der Thermoplaste mit einer Durchschlagsspannung von 600 kV/cm im Vergleich zur Keramik mit 400 kV/cm und zum Douroplast mit 150 kV/cm. Die Qualität dieser Eigenschaften ist auch ein Maß für die notwendigen Wandstärken respektive Baugrößen einer Reihenklemme.

Mechanische Belastbarkeit

Zur Beurteilung der mechanischen Leistungsfähigkeit ist der Zugversuch mit Elastizitätsmodul (E-Modul) ein allgemein anerkannter Wert für die Steifigkeit. Durch das E-Modul wird eine Zugbelastung auf den Probekörper ausgeübt und dabei die Dehnung der äußeren Schicht bis zum Bruch respektive bis zum Zerreißen des Probekörpers beurteilt. Für PA 6.6 liegt der Wert bei rund 3600 N/mm2. Ein weiterer Test, der die mechanische Festigkeit der Isolierstoffe beschreibt, ist die Kugeldruckhärte gemäß der Norm DIN EN ISO 2039-1. Je höher der Wert, desto härter die Oberfläche. PA 6.6 als relativ weiches Material wird mit etwa 130 N/mm2 angegeben.

Der Isolierstoff muss aber auch als Endprodukt mechanisch belastbar sein. Das bedeutet weit mehr, als nur das zur Beschaltung aufgebrachte Dreh– oder Biegemoment auszuhalten.

Beim Einsatz beispielsweise auf der Schiene unterliegen die Komponenten 80 bis 90% ihrer Lebensdauer einer kontinuierlichen Vibration und Erschütterung. Die Vibration wird als sinusförmige Vibration gemäß der Norm IEC 60068-2-6 sowie als “Random Vibration Test“ nach IEC 61373 jeweils in Anlehnung an die DIN 50155 mit maximal zulässigen Kontaktunterbrechungen kleiner 1 µs geprüft. Erschütterungen werden nach der Norm IEC 60068-2-27 mit bis zu 350 [g] Beschleunigung geprüft. Die Clipline complete Reihenklemmen haben dies bestanden.

Der Isolierstoff muss aber auch als Endprodukt mechanisch belastbar sein. Das bedeutet weit mehr, als nur das zur Beschaltung aufgebrachte Dreh– oder Biegemoment auszuhalten. Beim Einsatz beispielsweise auf der Schiene unterliegen die Komponenten 80 bis 90% ihrer Lebensdauer einer kontinuierlichen Vibration und Erschütterung. Die Vibration wird als sinusförmige Vibration gemäß der Norm IEC 60068-2-6 sowie als “Random Vibration Test“ nach IEC 61373 jeweils in Anlehnung an die DIN 50155 mit maximal zulässigen Kontaktunterbrechungen kleiner 1 µs geprüft. Erschütterungen werden nach der Norm IEC 60068-2-27 mit bis zu 350 [g] Beschleunigung geprüft. Die Clipline complete Reihenklemmen haben dies bestanden.

Thermische Beständigkeit

Eine weitere wichtige Größe ist die Einsatztemperatur. Historisch hat Keramik (Glasiertes Steatit) mit über 1000 °C den höchsten Wert, wobei sich die Einsatztemperatur einer Keramik-Reihenklemme aufgrund der beginnenden Entfestigung des Kupfer-Metallkörpers reduziert.

Thermoplaste hingegen verspröden auf Dauer bei Temperaturen ab etwa 125 °C, da ihr Feuchtigkeits-Anteil, Polyamid hat rund 2,8% bei 20 °C, bei Hitze schwindet.

Bei Duroplast liegt der Wert etwa 30 °C höher - oberhalb dieser Temperatur verliert auch dieser Kunststoff seine mechanische und elektrische Qualität. Dabei ist zu bedenken, dass sich die Einsatztemperatur der Reihenklemme aus der Stromwärme und der Dauergrauchstemperatur, sprich der Umgebungstemperatur zusammensetzt. In diesem Zusammenhang stellt sich oft die Frage der Alterungsbeständigkeit (Bild 1). Die hier ermittelte Einsatztemperatur ist eine Nenngröße für die Veränderung der mechanischen (Flexibilität) und elektrischen (Durchschlagsfestigkeit) Eigenschaften. Sie beschreibt eine 50%ige Verschlechterung der Anfangswerte innerhalb von 100.000 Stunden.

Für alle Werkstoffe gelten untere Einsatztemperaturen ohne mechanische Last von –40 °C. Generell sind die Kunststoffe für mechanische Belastung deutlich besser geeignet, da Keramik bei Schock und Vibration leicht bricht.

Umwelt und Brandverhalten

Säure, Lauge oder Salz sind in der Praxis eher für die Metallteile denn für die Isolierstoffe eine Herausforderung. Thermo- und Douroplaste haben generell eine gute Beständigkeit gegen diese Einflüsse. Klimaprüfungen, wie Salz-nebelsprühtests gemäß der Norm DIN 50021 SS oder ASTM 117 B sowie der Kesternich Test gemäß DIN 50018 bestätigen dies.

Im Brandfall als entscheidend erwies sich die so genannte „Time to escape“ oder „Fluchtzeit“. Isolierstoffe von Reihenklemmen als Bestandteil von Transportmitteln in der Verkehrstechnik, müssen schwerentflammbar, selbstverlöschend, schadstoffarm und schwach rauchend sein. Die amerikanische Richtlinie UL 94 beschreibt Brennbarkeitsprüfungen, die für die Elektrotechnik besondere Bedeutung erlangt haben. Die Einstufung des Brandverhaltens erfolgt in UL 94 HB (Horizontal Burn) oder UL 94 V 0/1/2 (Vertical Burn). Das Polyamid für Clipline complete Reihenklemmen entspricht der hochwertigsten Kategorie UL 94 V0.

Auch schwer entflammbare, selbstverlöschende Kunststoffe verursachen Rauchgas. Dieses Rauchgas behindert die Sicht und schädigt die Atemwege. Gemäß der Norm ASTM E 662 wird deshalb die spezifische optische Dichte des Rauchs (Rauchtrübung) während eines offenen Brands oder eines Schwelbrands bewertet. Clipline complete Reihenklemmen unterschreiten die maximalen Grenzwerte deutlich.

Etwas strenger als die ASTM E 662 ist der Schärfegrad der französischen Norm NF F 16 101, die neben der Brennbarkeit und Rauchgasdichte zusätzlich die Toxizität klassifiziert. Dies erfolgt anhand zweier Indizes, I und F. Der Index I wird aus der Glühdrahtprüfung und dem Sauerstoffindex bestimmt, wobei I0 der besten und I4 der schlechtesten Klassifizierung entspricht. Grundlage des Index F sind der Rauchverdunklungswert sowie die Rauchgastoxizität. Gemessen werden Kohlenmonoxid, -dioxid sowie die hauptsächlich durch Halogene oder Flammhemmer gebildeten Säuren. F0 ist hier die Beste, F5 die schlechteste Klassifizierung.

Letztendlich vereint ein guter Isolierstoff eine Vielzahl physikalischer und chemischer Eigenschaften. Das von Phoenix Contact eingesetzte Polyamid erfüllt diese hohen Anforderungen.

Phoenix Contact, Tel. +49(0)5235 300

Torsten Schloo, Mitarbeiter im Produktmarketing Industrielle Verbindungstechnik, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg

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