Anzugsmomente für Klemmenblöcke: Vermeidung von Schäden durch Überdrehen bei Feldinstallationen

Kurz zusammengefasst: Die Anzugsmomente für Klemmenblöcke dienen dazu, zwei gefährliche, aber gegenläufige Fehlerquellen zu vermeiden. Zu festes Anziehen beschädigt den Klemmenblock mechanisch und ist irreversibel. Zu lockeres Anziehen führt zu einer hochohmigen Verbindung, die überhitzt und einen Brand verursachen kann. Das korrekte Anzugsmoment für einen typischen Steckklemmenblock wie den J-Guang PCT-211 beträgt 0,5 bis 0,8 Nm für die Schraubklemmung. Bei der Installation vor Ort sollte ein kalibrierter Drehmomentschraubendreher mit einem Messbereich von 0,1 bis 1,0 Nm verwendet werden. Der Drehmomentwert sollte an jeder Klemme zur Rückverfolgbarkeit dokumentiert werden.

Warum das Anzugsmoment von Klemmenblöcken wichtiger ist, als die meisten Elektriker annehmen

Klemmenblöcke sind täuschend einfache Bauteile. Sie sehen aus wie kleine Klemmen, die ein Kabel fixieren, und die Installation ähnelt dem Festziehen einer Schraube. Tatsächlich entscheidet jedoch das auf die Schraube aufgebrachte Drehmoment darüber, ob die Verbindung die nächsten 20 Jahre zuverlässig funktioniert oder innerhalb weniger Monate ausfällt.

Das Drehmoment bestimmt die Klemmkraft auf den Leiter, welche wiederum den Kontaktwiderstand an der Verbindung und damit die Temperatur der Verbindung unter Last bestimmt, was letztendlich die Lebensdauer beeinflusst. Dieser Zusammenhang ist gut belegt. UL 1059-Standard für Klemmenblöcke und im Äquivalent IEC 60947-7-1 Norm für Niederspannungsschaltanlagen und Anschlussklemmen für Steuergeräte.

Für Monteure, die vor Ort Installationen durchführen, bedeutet dies in der Praxis, dass jede Klemmenleiste in jedem Verteilerkasten mit einem kalibrierten Werkzeug auf das korrekte Drehmoment angezogen werden muss. Der Drehmomentwert ist zur Rückverfolgbarkeit zu dokumentieren. Diese Qualitätskontrollmaßnahme kostet zwar einige Minuten pro Klemme, verhindert aber spätere Kosten durch Verteilerkastenausfälle oder Brände.

Zu festes Anziehen: Die Fehlerursache, die den Klemmenblock zerstört

Zu festes Anziehen von Klemmenblöcken verursacht drei Arten von Schäden. Erstens kann das Gewinde beschädigt werden, wodurch der Klemmenblock die Klemmkraft auf den Leiter nicht mehr aufrechterhalten kann und ausgetauscht werden muss. Zweitens kann sich der Klemmenkäfig verformen, wodurch die Kontaktfläche zwischen Käfig und Leiter verringert und der Verbindungswiderstand erhöht wird. Drittens kann das Gehäuse reißen, wodurch spannungsführende Teile freigelegt werden und eine Sicherheitsgefahr entsteht. Alle drei Schadensarten können gleichzeitig an einem einzelnen, zu fest angezogenen Klemmenblock auftreten.

Das Ausreißen des Schraubengewindes ist die häufigste und teuerste Fehlerursache. Ist das Schraubengewinde erst einmal beschädigt, kann die Klemmenleiste nicht wiederverwendet werden und muss ausgetauscht werden. Bei einem Verteilerkasten mit mehreren hundert Klemmenleisten können die Kosten für den Austausch der beschädigten Klemmen zuzüglich der Arbeitskosten für die Neuverdrahtung die Kosten des gesamten ursprünglichen Verteilerkastens übersteigen.

Die Art des Ausfalls durch Verformung des Klemmkäfigs ist subtiler. Der Käfig ist das Metallteil, das den Leiter beim Anziehen der Schraube umschließt. Zu starkes Anziehen komprimiert den Käfig über seine Elastizitätsgrenze hinaus und führt zu einer dauerhaften Verformung. Der verformte Käfig übt eine geringere Kontaktkraft auf den Leiter aus als ein korrekt angezogener Käfig, was einen höheren Verbindungswiderstand und eine kürzere Lebensdauer zur Folge hat. Die Klemmenleiste mag zwar am Ende der Installation einen Drehmomenttest bestehen, versagt aber im Betrieb aufgrund von thermischem Durchgehen.

Zu geringes Anzugsmoment: Die häufigere und gefährlichere Fehlerursache

Zu lockeres Anziehen ist die häufigere Fehlerursache im praktischen Einsatz und in vielerlei Hinsicht gefährlicher als zu festes Anziehen. Ein nicht richtig angezogener Klemmenblock weist einen hohen Kontaktwiderstand an der Verbindungsstelle auf, wodurch sich diese unter Last erhitzt. Die Hitze oxidiert die Kontaktflächen, was den Widerstand in einer sich selbst verstärkenden Rückkopplung weiter erhöht. In schweren Fällen kann die Verbindungsstelle Temperaturen erreichen, die hoch genug sind, um die umgebende Isolierung zu schmelzen oder angrenzende brennbare Materialien zu entzünden und so eine Brandgefahr zu schaffen.

Der Ausfallmechanismus des thermischen Durchgehens ist gut dokumentiert in der NFPA 70 National Electrical Code (NEC) Fallstudien zu Verdrahtungsfehlern und Forschung zur Störlichtbogengefahr gemäß IEEE 1584. Eine lose Klemmenleiste ist eine der Hauptursachen für Brände in Industrieanlagen. Besonders tückisch ist dabei, dass die Verbindung zwar eine Sichtprüfung und einen Durchgangstest bestehen kann, aber im Betrieb aufgrund von Temperaturwechseln dennoch versagt.

Die Lösung für zu lockeres Anziehen ist dieselbe wie für zu lockeres: ein kalibriertes Drehmomentwerkzeug und ein dokumentierter Drehmomentwert. Ein Drehmomentbegrenzer verhindert, dass der Monteur unter den Sollwert anzieht, wodurch der häufigste menschliche Fehler bei zu lockerem Anziehen vermieden wird.

Anzugsmomente für Steck- und Schraubklemmenblöcke

Bei Steckklemmen wie der PCT-211 von J-Guang beträgt das typische Anzugsmoment für die Schraubklemme je nach Leiterquerschnitt 0,5 bis 0,8 Nm. Der genaue Wert ist auf dem Gehäuse der Klemme angegeben oder im Produktdatenblatt aufgeführt und darf nicht überschritten werden.

Bei herkömmlichen Schraubklemmen ist das Anzugsmoment in der Regel höher und liegt je nach Schraubengröße und Leiterquerschnitt zwischen 1,0 und 2,5 Nm. Schraubklemmen benötigen ein höheres Drehmoment, da sie eine Sattelklemme verwenden, die den Leiter gegen eine ebene Fläche presst, während Steckklemmen einen federbelasteten Käfig nutzen, der den Leiter mit geringerer Klemmkraft fixiert.

Bei Federkäfigklemmen (auch bekannt als Schneidklemmverbinder) bezieht sich die Drehmomentangabe nur auf die Betätigungsschraube, nicht auf die Einsteckkraft des Leiters. Die Federkäfigkonstruktion gewährleistet eine gleichmäßige Klemmkraft über einen weiten Bereich von Leiterquerschnitten und ist daher unempfindlicher gegenüber geringfügigen Abweichungen des Anzugsmoments als Schraub- oder Steckklemmen.

Auswahl und Kalibrierung von Drehmomentwerkzeugen

Das richtige Drehmomentwerkzeug ist ein kalibrierter Drehmomentschraubendreher oder Drehmomentschlüssel mit einem Messbereich, der das Nenndrehmoment der Klemmenleiste umfasst. Für Anwendungen mit 0,5 bis 0,8 Nm eignet sich ein Drehmomentschraubendreher mit einem Messbereich von 0,1 bis 1,0 Nm und einem 4-mm- oder 6,3-mm-Sechskantbit. Für Anwendungen mit höheren Drehmomenten über 2,5 Nm ist ein Drehmomentschlüssel mit einem Messbereich von 1,0 bis 5,0 Nm geeignet.

Das Gerät sollte jährlich anhand eines Referenzstandards kalibriert werden, und das Kalibrierungszertifikat sollte am Installationsort für Qualitätssicherungsprüfungen verfügbar sein. ISO 6789-Norm für die Kalibrierung von Drehmomentwerkzeugen legt die Toleranz und das Nachkalibrierungsintervall fest, und die meisten Qualitätssicherungsprogramme fordern die Einhaltung der ISO 6789 für Drehmomentwerkzeuge, die bei zertifizierten Installationen eingesetzt werden.

Für OEM-Kunden und Schaltschrankbauer, die ihren Bedarf an Drehmomentwerkzeugen reduzieren möchten, bietet J-Guang Klemmenblockvarianten mit werkseitig eingestellten Drehmomentbegrenzungsaktuatoren an. Diese Varianten verwenden Standard-Schraubendreherbits, wobei der Aktuator selbst das anliegende Drehmoment auf den Nennwert begrenzt. Dadurch entfällt die Kalibrierung des Drehmomentwerkzeugs und die Montagezeit pro Klemme verkürzt sich.

Installationsverfahren vor Ort und Qualitätssicherung

Die Installation von Klemmenblöcken vor Ort sollte folgende Schritte umfassen: Zuerst prüfen Sie anhand des Datenblatts oder der Kennzeichnung am Gehäuse, ob das Klemmenblockmodell und das Nenndrehmoment angegeben sind. Zweitens: Stellen Sie sicher, dass das Drehmomentwerkzeug noch kalibriert ist und auf den korrekten Drehmomentwert eingestellt ist. Drittens: Isolieren Sie den Leiter auf die im Datenblatt angegebene Länge ab, typischerweise 8 bis 10 mm bei Steckklemmen. Viertens: Führen Sie den Leiter vollständig in die Klemme ein und ziehen Sie die Schraube mit dem Nenndrehmoment fest.

Fünftens: Prüfen Sie nach dem Festziehen, ob der Leiter sicher sitzt, indem Sie leicht daran ziehen. Der Leiter darf sich in der Klemme bei einer Zugkraft von 10 N nicht bewegen. Sechstens: Notieren Sie den Drehmomentwert, die Seriennummer des Klemmenblocks, die Leiterkennung und den Namen des Installateurs im Installationsprotokoll. Dieses Protokoll dient der Rückverfolgbarkeit und unterstützt die Qualitätsprüfung sowie die behördliche Zertifizierung.

Bei großen Installationen mit mehreren tausend Klemmenblöcken sollte das Verfahren durch regelmäßige Qualitätskontrollen während der Installation ergänzt werden. Üblicherweise werden nach der Erstinstallation 1 % der Klemmen stichprobenartig nachgezogen und das Drehmoment auf Einhaltung der Toleranz überprüft. Diese statistische Qualitätskontrolle deckt systematische Fehler in der Drehmomentwerkzeugeinstellung oder der Installationstechnik auf, bevor sie sich auf die gesamte Installation auswirken.

Regelmäßiges Nachziehen der Drehmomente: Wann und warum

Bei Klemmenblockinstallationen, die Temperaturschwankungen, Vibrationen oder mechanischen Stößen ausgesetzt sind, wird ein regelmäßiges Nachziehen der Schrauben empfohlen. Das Nachziehintervall hängt von der Einsatzumgebung ab. Für Schaltschränke in klimatisierten Elektroräumen ist ein Nachziehen alle 5 Jahre in der Regel ausreichend. Für Außeninstallationen mit täglichen Temperaturschwankungen wird ein Nachziehen alle 2 Jahre empfohlen. Bei Installationen an vibrierenden Geräten wie Motoren oder Kompressoren wird ein Nachziehen alle 1 Jahr empfohlen.

Beim Nachziehen der Klemmen wird das Nenndrehmoment an jeder Klemme angelegt und geprüft, ob das Drehmomentwerkzeug beim Nennwert einrastet. Rastet das Werkzeug bei einem niedrigeren Wert ein, hat sich die Klemme gelöst und muss mit dem Nenndrehmoment nachgezogen werden. Rastet das Werkzeug beim Nennwert nicht ein (weil die Schraube bereits mit dem Nenndrehmoment angezogen ist), ist die Klemme in Ordnung und muss nicht nachgezogen werden.

Für Anlagen, die folgenden Bestimmungen unterliegen IEC 61439-Zertifizierung für NiederspannungsschaltanlagenDas Nachziehverfahren muss im Wartungshandbuch dokumentiert werden, und die Aufzeichnungen müssen für das Zertifizierungsaudit verfügbar sein. J-Guang stellt auf Anfrage eine Vorlage für einen Abschnitt im Wartungshandbuch zur Verfügung, der das Nachziehverfahren für Klemmenblöcke beschreibt. Die entsprechende europäische Norm ist EN 60947-7-1, das als harmonisierter CENELEC-Standard veröffentlicht und von den EU-Mitgliedstaaten übernommen wurde.

Dokumentation und Rückverfolgbarkeit für Prüfungszwecke

Die Dokumentation ist die Grundlage für die Qualitätssicherung bei der Installation von Klemmenblöcken. Für jede Installation sollte das Dokumentationspaket das Modell und die Seriennummer des Klemmenblocks, das Kalibrierzertifikat des Drehmomentwerkzeugs, den an jedem Anschluss angewendeten Drehmomentwert, den Namen des Installateurs und das Zertifizierungsdatum sowie die Nachziehhistorie bei jedem Wartungsintervall enthalten. Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) veröffentlicht den internationalen Normenrahmen für die Dokumentation elektrischer Installationen, und die entsprechenden nationalen Übernahmen (wie die britischen BS 7671 IET Wiring Regulations oder der US NEC) enthalten zusätzliche regionale Anforderungen.

Die Dokumentation dient als Nachweis für die korrekte Installation und bildet die Grundlage für Gewährleistungsansprüche im Fehlerfall. Für OEM-Kunden unterstützt sie zudem die behördliche Zertifizierung des kompletten Panels oder Systems und ist der Nachweis, den die Zertifizierungsstelle im Rahmen eines Überwachungsaudits prüft.

J-Guang liefert jedes Klemmenblockmodell mit einem Datenblatt, das das Nenndrehmoment, den Leiterquerschnittsbereich, die Abisolierlänge, die Werkzeugbohrergröße und die geeigneten Drahttypen auflistet. Das Datenblatt ist auch als PDF auf der J-Guang-Produktseite verfügbar. Für OEM-Kunden bietet J-Guang zudem kundenspezifische Datenblätter mit OEM-Teilenummer und -Logo an. Auf Wunsch drucken wir den Drehmomentwert zur einfachen Orientierung vor Ort auf das Klemmenblockgehäuse.

Verwandte Ressourcen

Für Leser, die sich weiter informieren möchten, bieten die folgenden Herstellerressourcen zusätzliche Spezifikationen, Anwendungshinweise und Produktkatalogdaten:

• nbjge.com
• nbjge.com//pct-211-din-rail-push-in-wire-terminal-block-conn
• nbjge.com//products