VDE-zertifizierte Werkstoffe

VDE-Glühdrahtprüfung am Fertigteil vermeiden

Bauteileentwicklung beschleunigen dank Herstellerzertifikaten
Glühdrahtprüfung (GWIT) an Kunststoff-Rundscheiben – das ersetzt die Prüfung am fertigen Bauteil.
Die VDE-Zertifizierung im Falle der Haushaltsgerätenorm IEC/EN 60335-1 hat sich für die Gerätehersteller deutlich vereinfacht. Sie müssen beim VDE nicht mehr die Glühdrahtprüfung am Kunststoff-Fertigteil bestehen, wenn sie Bauteile aus entsprechend VDE-zertifizierten Kunststoffen fertigen. Lanxess hat deshalb bereits verschiedene flammgeschützte Polyamide und Polyester beim VDE zertifizieren lassen.

Die Prüfsiegel des VDE Prüf- und Zertifizierungsinstituts zählen weltweit zu den für den Verbraucherschutz maßgeblichen Zertifizierungen bei elektrischen Geräten. Die Neuregelung der Zertifizierung im Falle der Haushaltsgerätenorm IEC/EN 60335-1 hat der VDE in enger Zusammenarbeit mit einigen Kunststoffherstellern erarbeitet. Die Norm definiert unter anderem Anforderungen an die Flammwidrigkeit von Kunststoff-Bauteilen in unbeaufsichtigten Haushaltsgeräten gegenüber stromführenden Drähten. Aufgrund der Neuregelung können große Teile der Prüfverantwortung vom Kunststoffverarbeiter und Geräteproduzenten auf den Kunststoffhersteller übertragen werden.

Bisher geschah die VDE-Glühdrahtprüfung, ähnlich der Norm IEC 60695-2-11, am Fertigteil und damit am Ende der Bauteilentwicklung. Vorangegangen waren Materialauswahl, Formteilkonzeption, -konstruktion und -bau, Erstbemusterung, eventuelle Werkzeugkorrekturen und oft hausinterne Vorprüfungen nach VDE-Bedingungen. Der Gerätehersteller hatte also bereits vor der Fertigteilprüfung beträchtliche Vorarbeiten und Investitionen geleistet – mit dem Risiko, am Ende doch zu scheitern und Formteile in Teilen oder komplett neu in den Entwicklungsprozess zu geben. Neben dem finanziellen Verlust ergab sich bei einem Scheitern auch ein beträchtlicher Zeitverlust. Denn selbst die Entwicklung geometrisch einfacher Stecker inklusive VDE-Prüfung kann mehr als ein halbes Jahr dauern.
Die Neuregelung der VDE-Zertifizierung nach IEC/EN 60335-1 bringt dem Gerätehersteller vor allem Planungssicherheit. Wenn er einen vom VDE zertifizierten Kunststoff einsetzt, hat er bereits zu Beginn der Bauteilentwicklung die Anforderungen des VDE-Prüfsiegels bezüglich Glühdrahtentzündlichkeit und entflammbarkeit erfüllt – und zwar unabhängig von der Bau- teilgeometrie. Bisher beeinflussten die Geometrie des Formteils, die getestete Stelle am Bauteil und eventuell integrierte Metalleinlegern das Resultat der Glühdrahtprüfung in starkem Maße, die Ergebnisse waren deshalb häufig nicht reproduzierbar. Dies konnte sich besonders dann negativ auswirken, wenn der Hersteller eine größere Produktserie – wie mehrere Steckverbinder – entwickelte. Wenn nur zwei oder drei Vertreter der Serie die Fertigteilprüfung nicht bestanden, verzögerte sich die Markteinführung der gesamten Serie.

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Keine Prüfkosten, kürzere Projektphase

Ein weiterer Vorteil der Neuregelung ist, dass der Geräteproduzent nicht mehr die Kosten für die VDE-Prüfung (und weitere Ausgaben bei eventuellen Folgeprüfungen) allein zu tragen hat. Sie konnten sich je nach Größe der Baureihen auf mehrere tausend Euro belaufen. Auch in anderer Hinsicht ergeben sich Kostenersparnisse. Teure Werkzeugkorrekturen nach einer erfolglosen Fertigteil-Prüfung gehören der Vergangenheit an. Mit der Entscheidung für einen VDE-zertifizierten Kunststoff verkürzt der Gerätehersteller außerdem die Entwicklungszeit und damit die Projektphase („time-to-market“) seines Produktes. Denn er verliert keine Zeit mehr mit der Prüfung am Fertigteil, für die man je nach Komplexität und Zahl der Bauteile bis zu drei Monate veranschlagen musste.

Das Prüfprogramm für das neue VDE-Materialzertifikat sieht Glühdrahtprüfungen an Platten (Rundscheiben) in vier Farben und drei Dicken vor. Um entsprechend der IEC/EN 60335-1 zu bestehen, muss die Kunststoff-Platte jeweils eine Glühdrahtentzündungstemperatur (Glow Wire Ignition Temperature, GWIT) von mindestens 775 °C und eine Glühdrahtentflammbarkeitszahl (Glow Wire Flammability Index, GWFI) von mindestens 850 °C erreichen. Hat der Kunststoff diese Tests erfolgreich durchlaufen, kann er in beliebiger Einfärbung zu Bauteilen in allen Wanddicken verarbeitet werden. Die Einfärbung ist auch beim Verarbeiter möglich. Allerdings darf er dazu keinen beliebigen Farb-Dryblend einsetzen, sondern muss einen Farbmasterbatch verwenden, den der Hersteller des Kunststoffs im Sinne des VDE-Zertifikates auf seine Eignung hin geprüft hat.

Das erste unverstärkte PBT mit VDE-Prüfsiegel

Es sind bereits diverse Kunststoffe gemäß diesen Anforderungen auf dem Markt. Lanxess hat verschiedene halogenfrei flammgeschützte Polyamid 6- und 66-Typen sowie Polybutylenterephthalate (PBT) beim VDE zertifizieren lassen. Ein Beispiel ist Pocan DP 2004, das erste unverstärkte PBT mit VDE-Prüfsiegel. Aus ihm werden zum Beispiel thermische Isolationsringe gefertigt. Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind Elektroverteilerkästen. Der Werkstoff zeigt eine gute Flammwidrigkeit. So ist es beim VDE mit einem GWIT-Wert von 775 °C bei 0,75 und 1,5 Millimeter zertifiziert. Mit ihm dürfen daher Konstruktionen mit Wanddicken bis drei Millimeter im Bereich stromführender Teile ausgeführt werden. In seinem elektrischen Verhalten ist das Material vielen unverstärkten thermoplastischen Polyestern mit halogenhaltigem Flammschutzpaket überlegen. So ist die Kriechstromfestigkeit nach CTI (Comparative Tracking Index) ungewöhnlich hoch und bei der US-amerikanischen Prüfgesellschaft Underwriter Laboratories (UL) in der höchsten Klasse (>600 Volt) gelistet. Das Risiko von Kurzschlüssen und Gerätedefekten durch Kriechströme ist daher bei Einsatz des PBT sehr gering. Bei der HWI-Prüfung (Hot Wire Ignition) wird in Abhängigkeit von der Wanddicke eine Einstufung von 2 bis 4 und beim HAI-Test (High Amp Arc Ignition, Starkstromlichtbogenprüfung) ein Wert von 0 erreicht. Damit ist das PBT nach der Norm UL 508 auch als Isolationsmaterial geeignet.

Weitere Stärken der Thermoplasten sind seine Spannungsrissbeständigkeit und besonders die hohe Zähigkeit. Im Vergleich zu unverstärkten Standard-PBT-Typen mit halogenhaltiger Flammschutzausrüstung ist seine Streckdehnung mehr als doppelt so hoch.

Der erste kommerzielle Polyester mit VDE-Zertifikat nach IEC/EN 60335-1 war Pocan DP BFN 4230. Das glasfaserverstärkte PBT besteht die Norm UL94 mit der besten Klassifizierung V-0 bei 0,75 Millimeter Prüfkörperdicke. Eine weitere Stärke ist seine hohe Festigkeit und Steifigkeit (E-Modul 10.000 MPa) sowie die hohe Dimensionsstabilität. Mit einem CTI von 550 Volt zeigt es eine sehr gute Kriechstromfestigkeit. Beim HWI- und beim HAI-Wert wird der bestmögliche Wert erzielt. Auch dieses PBT kann daher nach der Norm UL 508 als Isolationsmaterial verwendet werden.

Eingesetzt wird der Werkstoff zum Beispiel in verschiedenen Lampenfassungen der Vossloh-Schwabe Deutschland GmbH. Weitere potenzielle Anwendungen sind Steckverbinder, elektronische Kleinteile und Komponenten für Niederspannungsgeräte wie Wäschetrockner, Spül- und Waschmaschinen.
Beispiel eines VDE-zertifizierten Polyamides ist Durethan DP A30SFN30, ein halogenfrei flammgeschütztes, unverstärktes Polyamid 66, das die Norm UL94 in allen Wanddicken und Farben mit V-0 besteht. Eine Besonderheit des Materials ist die hohe Kriechstromfestigkeit nach CTI A von mindestens 600 Volt.

Global einsetzbare Werkstoffe

Eine aktuelle Übersicht über VDE-zertifizierte halogenfrei flammgeschützten Werkstoffe ist im Internet einsehbar. Diese Materialien erfüllen in puncto Flammschutz die Anforderungen der beiden international bedeutendsten Prüforganisationen. Sie können deshalb weltweit in den wichtigsten Wirtschaftsregionen eingesetzt werden.

Dieser Beitrag basiert auf einem Manuskript von Dr. Marcus Schäfer, Anwendungsentwicklung E&E in der Business Unit Semi-Crystalline Products von Lanxess, Dormagen.

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