Prüfung der Relaisgehäuseplatten

Prüfung von Relaisgehäuseplatten – Mechanische, thermische und elektrische Qualitätssicherung für Schutzgehäuse in der Leistungs- und Automatisierungstechnik

Als nach ISO/IEC 17025 akkreditiertes (CNAS) unabhängiges Prüflabor führen wir Prüfungen von Relaisgehäuseplatten für Hersteller von Schaltgeräten, Automatisierungskomponenten, Bahntechnik und Energieverteilung in Österreich durch. Relaisgehäuseplatten (auch Abdeckplatten, Frontplatten oder Grundplatten von Relaisgehäusen) schützen empfindliche Relaiskontakte, Elektronik und Anschlussklemmen vor Staub, Feuchtigkeit, mechanischer Beanspruchung und elektrischen Störungen. Die Platten bestehen meist aus Kunststoff (Polycarbonat, ABS, Polyamid) oder aus faserverstärkten Duroplasten (GFK, glasfaserverstärkter Polyester). Ihre Qualität entscheidet über Schutzart (IP-Code), Stoßfestigkeit, Kriechstromfestigkeit und Langzeitstabilität unter Umgebungseinflüssen. Unser Labor prüft mechanische Kennwerte (Schlagzähigkeit, Biegefestigkeit, Kratzfestigkeit), thermische Eigenschaften (Formbeständigkeitstemperatur, Brennbarkeit), elektrische Isoliereigenschaften (Isolationswiderstand, Durchschlagfestigkeit) sowie Klimabeständigkeit (Temperaturwechsel, Feuchte). Wir folgen internationalen Normen (IEC 60670, IEC 60255-21, ÖNORM EN 60529, ÖVE/ÖNORM E 8001, UL 94) und den Anforderungen österreichischer Schaltanlagenhersteller. Die Ergebnisse helfen Entwicklern bei der Werkstoffauswahl, Produktionsabteilungen bei der Chargenfreigabe und Zertifizierern bei der Prüfung der Schutzart.

Typen von Relaisgehäuseplatten und Proben, die wir prüfen

• Frontplatten für Industrierelais (z. B. für Hutschienengehäuse, 22,5 mm Breite)
• Abdeckplatten für Leistungsrelais (Schützgehäuse, Motorstarter)
• Grundplatten zur Befestigung von Relais im Schaltschrank (mit Aufnahmen für Schnappbefestigung)
• Platten aus Polycarbonat (PC), ABS, Polyamid 6.6 (PA66), glasfaserverstärktem PBT oder Duroplast
• Gehäuseplatten mit Befestigungsnasen, Rastnasen oder Führungsschienen
• Platten mit gedruckten Leiterbahnen (integrierte Elektronik) – für Funktionsprüfung
• Muster aus laufender Produktion (zur Chargenüberwachung von Maßhaltigkeit und Farbe)
• Gebrauchte Gehäuseplatten aus dem Feldeinsatz (zur Alterungsanalyse)
• Vergleichsproben von Wettbewerbern (Benchmarking von Flammenklasse und Stoßfestigkeit)
• Zuschnitte aus Plattenmaterial für Normprüfkörper (z. B. 100×100 mm für Glühdrahtprüfung)

Wichtige Fehlerarten und Qualitätsparameter bei Relaisgehäuseplatten

• Maßhaltigkeit (Planität, Dicke, Position von Befestigungsnasen) – Falsche Maße führen zu Montageproblemen oder Spaltbildung.
• Unzureichende Schlagzähigkeit (Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy) – Sprödbruch bei Stoßbelastung (z. B. Werkzeuganprall).
• Geringe Kriechstromfestigkeit (CTI) – Gefahr von Leckströmen und Kriechspuren, besonders bei verschmutzten Umgebungen.
• Unzureichende Isolationswiderstand oder Durchschlagfestigkeit – Kurzschlussrisiko.
• Entflammbarkeit (UL 94-Klasse HB, V-2, V-1, V-0) – Ungenügender Brandschutz; bei V-0 müssen brennende Tropfen vermieden werden.
• Thermische Verformung (HDT/Vicat) – Bei Überhitzung des Relais können sich die Platten verziehen.
• Schwindung nach Wärmealterung – Rissbildung oder Verzug im Betrieb.
• Wasseraufnahme und Hydrolyse – Quellung, Blasenbildung oder Einbußen der Isolationsfähigkeit.

Prüfmethoden im Detail

1. Maßprüfung und Planheit

Die Länge, Breite, Dicke und Position von Befestigungsmerkmalen werden mit einem kalibrierten Messschieber (Genauigkeit ±0,01 mm) oder mit einer optischen Messmaschine erfasst. Die Planheit wird mit einer Messuhr auf einer Referenzplatte bestimmt. Zulässige Abweichungen: Dicke ±0,1 mm, Planheit ≤0,5 mm über 100 mm Länge.

2. Schlagzähigkeit (Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy – ISO 179)

Aus der Platte werden Prüfkörper (80×10×4 mm) mit einer U- oder V-Kerbe gefertigt. Diese werden im Pendelschlagwerk mit einer Schlagarbeit von 1 J bis 5 J (je nach Werkstoff) zerschlagen. Die Kerbschlagzähigkeit (kJ/m²) wird ermittelt. Typische Werte: PC > 40 kJ/m², ABS > 20 kJ/m², PA66 > 15 kJ/m².

3. Kriechstromfestigkeit (CTI – Comparative Tracking Index, IEC 60112)

Eine Plattenprobe wird horizontal auf die Elektroden gelegt. Eine Ammoniumchlorid-Lösung tropft zwischen zwei Elektroden unter einer Spannung von 175 V bis 600 V. Gemessen wird die Spannung, bei der ein Kriechstrom nach 50 Tropfen auftritt. Für Relaisgehäuse in Schaltanlagen ist CTI ≥ 175 V erforderlich (Gruppe IIIa), für erhöhte Sicherheit CTI ≥ 400 V.

4. Isolationswiderstand (IEC 60255-21 / ÖVE/ÖNORM E 8001)

Eine Platte wird zwischen zwei Metallelektroden (20 mm Durchmesser) gelegt. Mit einer Isolationsmessbrücke (500 V DC) wird der Widerstand gemessen. Der Mindestwert für trockene Gehäuse beträgt 100 MΩ; für feuchte Umgebungen (rel. Feuchte 93 %) nach Konditionierung mindestens 10 MΩ.

5. Durchschlagfestigkeit (elektrische Festigkeit, IEC 60243)

Auf die Plattenprobe (Dicke 1–3 mm) werden elektroden (Kugel-Kugel oder Platte-Platte) aufgepresst. Die Spannung wird mit 500 V/s gesteigert, bis ein Durchschlag erfolgt. Die Durchschlagfestigkeit (kV/mm) wird notiert. Typische Werte: PC 20–30 kV/mm, ABS 15–25 kV/mm.

6. Entflammbarkeit (UL 94 / IEC 60695-11-10)

Prüfkörper (125×13×3 mm) werden senkrecht (V‑Test) oder waagerecht (HB-Test) eingebrannt. Bewertet werden Nachbrennzeit, Tropfenbildung und Entzünden von Watte. Das Relaisgehäusematerial muss in den meisten Anwendungen mindestens V‑2 (Nachbrennzeit ≤ 30 s, kein brennendes Abtropfen) oder V‑0 (Nachbrennzeit ≤ 10 s) erfüllen.

7. Wärmeformbeständigkeit (HDT – Heat Deflection Temperature, ISO 75)

Eine Prüfling (80×10×4 mm) wird als Biegebalken mit einer bestimmten Biegespannung (1,8 MPa für PC, 0,45 MPa für ABS) belastet und mit 2 K/min aufgeheizt. Die Temperatur, bei der die definierte Durchbiegung erreicht wird, ist die HDT. Typische HDT(A): PC 130–140°C, ABS 95–100°C.

8. Schwindung nach Wärmealterung (ISO 2578)

Proben werden 168 Stunden bei 100°C (oder der maximalen Betriebstemperatur) im Wärmeschrank gelagert. Vor und nach der Lagerung werden Längen- und Dickenmaße ermittelt. Eine Schwindung von mehr als 1,5 % ist meist nicht akzeptabel.

9. Wasseraufnahme (ISO 62)

Prüfkörper werden 24 h in destilliertem Wasser bei 23°C gelagert. Die Gewichtszunahme wird bestimmt. Nylon (PA66) kann bis zu 8 % aufnehmen, was zu Quellung und Maßänderung führt. Für Anwendungen mit hoher Luftfeuchtigkeit wird meist PA mit geringer Wasseraufnahme (< 3 %) bevorzugt.

10. Kratzfestigkeit (Pencil hardness – ASTM D3363)

Die Oberfläche der Platte wird mit Härteprüfstiften unterschiedlicher Härte (9B bis 9H) belastet. Die Härte, bei der ein sichtbarer Kratzer entsteht, wird notiert. Für sichtbare Frontplatten wird oft mindestens HB oder F gefordert.

Probenvorbereitung und Konditionierung

• Die Prüfkörper werden aus fertig gespritzten Gehäuseplatten entnommen oder direkt angespritzt.
• Vor mechanischen Prüfungen erfolgt eine Konditionierung bei 23°C ± 2°C und 50% ± 5% relativer Luftfeuchte über 48 h.
• Für die elektrischen Isolationsprüfungen müssen die Proben 7 Tage bei 23°C und 50% RH gelagert werden.
• Die Anzahl der Prüfkörper pro Prüfung beträgt mindestens 5 (außer bei CTI: 3).

Qualitätskontrolle und Akzeptanzkriterien (Richtwerte)

Die folgenden Werte sind typische Anhaltswerte für Relaisgehäuseplatten. Der Kunde muss die für seine Anwendung gültigen Spezifikationen vorgeben.

• Maßabweichung: ≤ ±0,1 mm bei kritischen Maßen
• Kerbschlagzähigkeit (Charpy): ≥ 15 kJ/m² (für freistehende Gehäuse)
• Kriechstromfestigkeit (CTI): ≥ 250 V (IIIA) für Standard; ≥ 400 V für erhöhte Sicherheit
• Isolationswiderstand: > 100 MΩ (trocken), > 10 MΩ (nach Feuchteprüfung)
• Durchschlagfestigkeit: > 15 kV/mm
• Brandklasse UL 94: V‑0 für sicherheitsrelevante Teile, mindestens V‑2
• HDT/A (1,8 MPa): ≥ 100°C (für PC), ≥ 85°C für ABS
• Wasseraufnahme (24 h): ≤ 0,5% für PC; ≤ 1,5% für glasfaserverstärkte Polyamide

Prüfbericht und Dokumentation

Jeder Prüfbericht für Relaisgehäuseplatten enthält:

• Probenidentifikation (Hersteller, Typ, Werkstoff, Chargennummer, Farbe)
• Konditionierungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchte, Dauer)
• Maßprüfergebnisse (Länge, Breite, Dicke, Planität)
• Mechanische Kennwerte (Kerbschlagzähigkeit, ggf. Biegefestigkeit)
• Elektrische Kennwerte (Isolationswiderstand, Durchschlagfestigkeit, CTI)
• Thermische Kennwerte (HDT, Schwindung, UL-94 Klasse)
• Wasseraufnahme und Ergebnis der Kratzfestigkeit
• Fotodokumentation (Bruchbild, Kriechspuren, Verbrennungsbild)
• Vergleich mit den Kundenspezifikationen (falls vorhanden) – „entspricht“ / „entspricht nicht“
• Archivierung der Rohdaten für 10 Jahre

Anwendungen in der österreichischen Industrie

• Schaltschrank- und Automatisierungstechnik (Linz, Wiener Neustadt): Qualifizierung von Gehäuseplatten für Industrierelais nach EN 60670.
• Bahn- und Verkehrstechnik (Siemens, Alstom): Prüfung der Schlagzähigkeit und Kriechstromfestigkeit von Relaisgehäusen in Zugsicherungsanlagen.
• Leistungselektronik und Umrichterbau (Steiermark, Kärnten): Hitzebeständigkeit von Abdeckplatten nahe Kühlkörpern und Leistungshalbleitern.
• Gebäudeautomation (Wien, Salzburg): UL-94-Prüfung von Unterputzrelaisgehäusen für die Installation.
• Landwirtschaftliche Steuerungen: Prüfung auf Feuchtebeständigkeit und Isolationswiderstand bei Relais für Stall- und Gülleautomation.