Thermografische Inspektion und Drehmomentprüfung von Schaltschränken: Ein Praxisleitfaden

1. Anwendungsbereich und Zweck

Dieser Leitfaden richtet sich an qualifizierte Instandhaltungstechniker und Anlagenbetreiber im produzierenden Gewerbe. Er behandelt die präventive Wartung von elektrischen Schaltschränken, Verteilungen, Motorsteuerungen, Frequenzumrichtern und anderen Komponenten der elektrischen Infrastruktur.

Ziel ist die frühzeitige Erkennung von Überhitzungen (Hotspots) mittels Thermografie sowie die systematische Überprüfung und Korrektur der Anzugsdrehmomente an kritischen elektrischen Verbindungen. Durch die Einhaltung dieser Prozeduren wird die Betriebssicherheit erhöht, ungeplante Ausfälle reduziert und die Lebensdauer der Anlagen verlängert. Die Durchführung erfolgt unter Berücksichtigung der relevanten Normen, insbesondere DIN VDE 0105-100 (Betrieb von elektrischen Anlagen) und VDI 2858 (Thermografie in der Instandhaltung).

Diese Inspektions- und Wartungsmaßnahmen sind integraler Bestandteil eines effektiven Instandhaltungskonzepts und besonders kritisch in Umgebungen mit hohen thermischen Belastungen oder Vibrationen. Sie sollten regelmäßig, vor und nach signifikanten Laständerungen oder bei Störungsverdacht durchgeführt werden.

2. Sicherheitshinweise

GEFAHR: Arbeiten an elektrischen Anlagen bergen ein erhebliches Risiko für elektrischen Schlag, Störlichtbogen (Arc Flash) und Verbrennungen. Die strikte Einhaltung aller Sicherheitsvorschriften ist zwingend erforderlich.

• Fünf Sicherheitsregeln beachten: Gemäß DIN VDE 0105-100 sind vor Beginn jeglicher Arbeiten, die das Berühren aktiver Teile erfordern, die Fünf Sicherheitsregeln in dieser Reihenfolge anzuwenden:
  1. Freischalten: Trennen Sie die Anlage allpolig vom Netz.
  2. Gegen Wiedereinschalten sichern: Sichern Sie die Freischaltstelle durch geeignete Maßnahmen (z.B. Sperren, Schilder, Entnahme von Sicherungseinsätzen).
  3. Spannungsfreiheit feststellen: Prüfen Sie mit einem geeigneten Spannungsprüfer (zweipolig, nach DIN EN 61243-3) die Spannungsfreiheit an allen zu bearbeitenden Anlagenteilen.
  4. Erden und Kurzschließen: Sofern dies die Anlage erfordert und dafür vorgesehen ist, sind die Arbeitsstellen zu erden und kurzzuschließen.
  5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken: Schützen Sie sich und andere vor unbeabsichtigtem Kontakt mit verbleibenden unter Spannung stehenden Teilen.
• Persönliche Schutzausrüstung (PSA): Tragen Sie stets die vorgeschriebene PSA, die auf Basis einer aktuellen Gefährdungsbeurteilung festgelegt wird. Dies umfasst mindestens:
  • Isolierende Schutzhandschuhe (nach DIN EN 60903)
  • Schutzbrille (nach DIN EN 166)
  • Schutzkleidung gegen die thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (sofern erforderlich, z.B. Arc Flash Suit)
  • Sicherheitsschuhe (nach DIN EN ISO 20345)
• Arbeiten unter Spannung (AuS): Thermografische Inspektionen werden häufig unter Spannung durchgeführt, um den realen Betriebszustand zu erfassen. Diese Arbeiten dürfen ausschließlich von speziell geschultem und autorisiertem Personal unter strengster Beachtung der Arbeitsverfahren und der erweiterten PSA-Anforderungen durchgeführt werden. Öffnen Sie niemals Schaltschränke, ohne die potenziellen Gefahren eines Störlichtbogens zu kennen und geeignete Schutzmaßnahmen getroffen zu haben.
• Werkzeuge: Verwenden Sie ausschließlich VDE-geprüfte und isolierte Werkzeuge gemäß DIN EN 60900 für Arbeiten an oder in der Nähe von spannungsführenden Teilen.
• Umgebung: Sorgen Sie für einen sauberen und sicheren Arbeitsbereich. Achten Sie auf Stolperfallen und eine ausreichende Beleuchtung.

3. Benötigte Werkzeuge und Materialien

Stellen Sie vor Beginn der Arbeiten sicher, dass alle erforderlichen Werkzeuge und Materialien in einwandfreiem Zustand und gemäß den Spezifikationen vorhanden sind.

4. Checkliste zur Vormwartungsinspektion

Führen Sie diese visuelle Inspektion vor Beginn detaillierterer Arbeiten durch. Jegliche Abweichungen müssen dokumentiert und bewertet werden.

5. Schritt-für-Schritt-Vorgehensweise

5.1. Vorbereitung und Planung

1. Sicherheitsunterweisung durchführen:
   • Besprechen Sie mit dem gesamten Team die spezifischen Gefahren der bevorstehenden Arbeiten.
   • Stellen Sie sicher, dass jeder Mitarbeiter seine Rolle, die anzuwendenden Sicherheitsregeln und die Notfallprozeduren kennt.
   • Prüfen Sie, ob die erforderliche PSA für alle Teammitglieder korrekt und funktionsfähig ist.
2. Arbeitsbereich vorbereiten:
   • Stellen Sie alle benötigten Werkzeuge und Materialien gemäß Abschnitt 3 bereit. Prüfen Sie die Kalibrierung von Drehmomentschlüsseln und die Funktionsfähigkeit des Spannungsprüfers sowie der Thermografiekamera.
   • Sperren Sie den Arbeitsbereich großräumig mit Absperrmaterial und Warnschildern ab, um unbefugten Zutritt zu verhindern.
   • Sorgen Sie für ausreichende Beleuchtung des Arbeitsbereichs.
3. Kommunikation mit der Produktion:
   • Informieren Sie die Betriebsleitung und das betroffene Produktionspersonal über die geplanten Wartungszeiten, insbesondere über Zeiten der Spannungsfreischaltung und Wiederinbetriebnahme.
   • Stellen Sie sicher, dass alle Prozessschritte, die von der Abschaltung betroffen sind, adäquat vorbereitet oder beendet wurden.
4. Dokumentation vorbereiten:
   • Legen Sie die anlagenspezifischen Schaltpläne, Klemmpläne und Messprotokolle bereit.
   • Vergewissern Sie sich, dass alle relevanten Drehmomentwerte der Komponentenhersteller verfügbar sind. Falls nicht, verwenden Sie die Richtwerte in Abschnitt 5.4.

5.2. Thermografische Inspektion unter Betriebsbedingungen

Die Thermografie ermöglicht die berührungslose Temperaturmessung unter realer Last und ist somit ein entscheidendes Werkzeug zur präventiven Erkennung von Schwachstellen. Diese Phase erfordert Arbeiten unter Spannung.

WARNUNG: Lebensgefahr! Arbeiten unter Spannung (AuS) dürfen ausschließlich von speziell ausgebildetem und autorisiertem Fachpersonal mit der vollständigen, vorgeschriebenen Störlichtbogen-PSA durchgeführt werden. Halten Sie die Mindestabstände zu aktiven Teilen gemäß DIN VDE 0105-100 ein.

1. Sicheren Zugang zum Schaltschrank schaffen:
   • Öffnen Sie, falls vorhanden, die dafür vorgesehenen IR-Fenster an den Schaltschranktüren.
   • Falls keine IR-Fenster vorhanden sind und eine Öffnung der Türen zwingend notwendig ist:
     • Stellen Sie sicher, dass die Gefährdungsbeurteilung dies erlaubt und alle Risikominimierungsmaßnahmen (z.B. erhöhte PSA-Anforderungen, 2-Mann-Prinzip, Einsatz von isolierenden Abdeckungen) getroffen wurden.
     • Häufiger Fehler: Unvorsichtiges Öffnen von Schaltschranktüren kann zu Störlichtbögen führen, wenn Werkzeuge oder Körperteile versehentlich spannungsführende Teile berühren. Achten Sie stets auf ausreichend Abstand und verwenden Sie geeignete Hilfsmittel.
2. Thermografiekamera konfigurieren:
   • Emissionsgrad (ε): Stellen Sie den Emissionsgrad der Kamera entsprechend dem Material der zu messenden Oberfläche ein. Typische Werte:
     • Blankes, oxidiertes Kupfer: ε ≈ 0.6 – 0.8
     • Blankes Aluminium: ε ≈ 0.05 – 0.1 (schwierig zu messen, ggf. mit speziellem IR-Klebeband abkleben)
     • Eloxiertes Aluminium: ε ≈ 0.8
     • Standard-Kunststoff/Lack: ε ≈ 0.9 – 0.95
     • Häufiger Fehler: Ein falsch eingestellter Emissionsgrad führt zu massiven Messfehlern. Überprüfen Sie diesen Wert sorgfältig für jede zu messende Oberfläche.
   • Reflektierte Temperatur: Geben Sie die Umgebungstemperatur ein, um Reflexionen von hochglänzenden Oberflächen zu kompensieren.
   • Messbereich: Wählen Sie einen geeigneten Temperaturbereich der Kamera.
3. Systematische Inspektion durchführen:
   • Scannen Sie den Schaltschrank systematisch von oben nach unten und von links nach rechts. Achten Sie dabei auf eine lückenlose Erfassung aller kritischen Komponenten.
   • Konzentrieren Sie sich auf:
     • Leistungsschalter und Sicherungselemente
     • Motorstarter und Schütze
     • Klemmenblöcke und Anschlussklemmen
     • Sammelschienen und deren Abgänge
     • Transformatoren
     • Frequenzumrichter (Eingang, DC-Link, Ausgang)
     • Relais und Steuerstromkreise
     • Kabelanschlüsse an Komponenten
   • Suchen Sie nach thermischen Auffälligkeiten, insbesondere nach abrupten Temperaturanstiegen an Verbindungsstellen oder einzelnen Komponenten.
4. Hotspots identifizieren und bewerten:
   • Hotspot-Kriterien:
     • Temperaturdifferenz (ΔT) von mehr als 10°C zwischen einer Verbindung und einem ähnlichen, intakten Verbindungspunkt unter gleicher Last.
     • Temperaturdifferenz (ΔT) von mehr als 20°C zwischen der Verbindung und der Umgebungstemperatur oder dem Gehäuse der Komponente.
     • Hinweis: Diese Werte sind Richtlinien. Eine fundierte Bewertung erfordert Erfahrung und Kenntnis der spezifischen Anlage.
   • Kritikalität: Bei ΔT > 20°C besteht akuter Handlungsbedarf, da dies auf einen erhöhten Übergangswiderstand und damit auf eine erhöhte Brand- oder Ausfallgefahr hindeutet.
   • Visuelle Indikatoren: Achten Sie auch auf visuelle Anzeichen wie Verfärbungen von Isolationsmaterialien oder angrenzenden Komponenten, die auf frühere oder aktuelle Überhitzung hindeuten.
5. Dokumentation der Ergebnisse:
   • Erstellen Sie detaillierte Thermobilder (Infrarot- und Echtbilder) von allen identifizierten Hotspots.
   • Notieren Sie die genaue Position der Hotspots im Schaltschrank (z.B. Klemmleiste X, Anschluss Y von Schütz Z).
   • Erfassen Sie die Maximaltemperatur am Hotspot, die Umgebungstemperatur und die Temperatur der Referenzpunkte.
   • Halten Sie Datum, Uhrzeit, Belastungszustand der Anlage und die Namen der durchführenden Techniker fest.
   • Fügen Sie die Hotspots in die Wartungsplanung zur weiteren Untersuchung und Behebung ein.

5.3. Spannungsfreischaltung und Sicherung

Diese Phase ist absolut kritisch und muss mit höchster Präzision durchgeführt werden, um jegliche Gefahr durch elektrische Energie zu eliminieren.

GEFAHR: Lebensgefahr! Bei Nichtbeachtung der Fünf Sicherheitsregeln besteht höchste Gefahr eines elektrischen Schlags. Keine Kompromisse bei der Sicherheit!

1. Anlage allpolig freischalten:
   • Suchen Sie die Haupttrenneinrichtung (Leistungsschalter, Lasttrennschalter, Sicherungstrenner) des zu wartenden Schaltschranks oder Anlagenteils.
   • Betätigen Sie diese Trenneinrichtung, um die Anlage allpolig vom Netz zu trennen. Stellen Sie sicher, dass alle Phasen (L1, L2, L3) sowie der Neutralleiter (N), falls vorhanden, unterbrochen sind.
   • Häufiger Fehler: Nur eine Phase trennen oder den Neutralleiter nicht beachten. Dies kann zu gefährlichen Restspannungen führen.
2. Gegen Wiedereinschalten sichern:
   • Sichern Sie die Freischaltstelle physisch gegen unbeabsichtigtes oder unbefugtes Wiedereinschalten. Verwenden Sie hierfür:
     • Vorhängeschlösser und persönliche Sperren (Lockout/Tagout-Systeme).
     • Sicherheitsschilder mit der Aufschrift “Arbeiten in elektrischer Anlage – Nicht schalten!” und dem Namen des Technikers.
     • Entfernen Sie Sicherungseinsätze, wenn dies die Trennmethode ist, und bewahren Sie diese sicher auf.
   • Informieren Sie das Betriebspersonal erneut über die erfolgte Freischaltung und Sperrung.
3. Spannungsfreiheit feststellen:
   • Verwenden Sie den zweipoligen Spannungsprüfer (nach DIN EN 61243-3).
   • Vor dem Einsatz: Prüfen Sie die Funktionsfähigkeit des Spannungsprüfers an einer bekannten Spannungsquelle (z.B. Steckdose oder Testgerät).
   • Am Arbeitsort: Prüfen Sie die Spannungsfreiheit an allen relevanten Punkten der zu wartenden Anlage: zwischen allen Phasen, Phase und Neutralleiter, Phase und Schutzleiter, sowie Neutralleiter und Schutzleiter. Testen Sie insbesondere direkt an den Klemmen und Komponenten, an denen Sie arbeiten werden.
   • Nach dem Einsatz: Prüfen Sie die Funktionsfähigkeit des Spannungsprüfers erneut an der bekannten Spannungsquelle.
   • Häufiger Fehler: Nur eine Phase prüfen oder einen defekten Spannungsprüfer verwenden. Dies kann zu fatalen Fehleinschätzungen führen.
4. Erden und Kurzschließen (falls erforderlich und vorgesehen):
   • Bei größeren Anlagen oder wenn die Gefahr einer Rückspeisung besteht (z.B. durch USV-Anlagen, Kondensatorbänke), sind die Leiter zu erden und kurzzuschließen.
   • Verwenden Sie hierfür geeignete Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen.
5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken:
   • Falls im selben Schaltschrank oder in unmittelbarer Nähe noch andere Anlagenteile unter Spannung stehen, decken Sie diese mit isolierenden Abdeckungen ab oder schranken Sie den Arbeitsbereich so ab, dass ein unbeabsichtigtes Berühren ausgeschlossen ist.

5.4. Sichtprüfung, Reinigung und Drehmomentprüfung (spannungsfrei)

Nachdem die Anlage sicher spannungsfrei geschaltet und gegen Wiedereinschalten gesichert ist, können die Detailarbeiten beginnen.

1. Umfassende Sichtprüfung:
   • Öffnen Sie alle Schaltschranktüren und Deckel.
   • Inspektionieren Sie systematisch alle Komponenten und Verdrahtungen auf:
     • Korrosion, insbesondere an Anschlusspunkten und Klemmen.
     • Verfärbungen oder Schmelzspuren an Leitern, Isolationen oder Komponenten, die auf frühere Überhitzung hindeuten.
     • Lose oder beschädigte Kabel, Isolationsfehler, mechanische Beschädigungen.
     • Verschmutzungen (Staub, Öl, Späne), die Kriechwege bilden oder die Kühlung behindern können.
     • Funktion der Entlüftungsöffnungen und Filter.
   • Dokumentieren Sie alle festgestellten Mängel fotografisch und in den Messprotokollen.
2. Reinigung des Schaltschranks:
   • Entfernen Sie Staub und groben Schmutz mit Druckluft (nicht brennbar, ölfrei) und einem Industriestaubsauger (keine Haushaltsstaubsauger aufgrund statischer Aufladung). Halten Sie dabei ausreichend Abstand zu den Komponenten, um Beschädigungen zu vermeiden.
   • Reinigen Sie verschmutzte Kontakte und Oberflächen mit fusselfreien Tüchern und einem speziellen, nicht leitenden Elektrospray oder Isopropanol. Lassen Sie alle gereinigten Teile vollständig trocknen, bevor Sie fortfahren.
   • Häufiger Fehler: Verwendung von feuchten Tüchern oder ungeeigneten Reinigungsmitteln, die Rückstände hinterlassen oder leitend wirken können. Dies kann zu Kurzschlüssen oder Kriechströmen führen.
3. Drehmomentprüfung kritischer Verbindungen:

   Ein korrektes Anzugsdrehmoment ist kritisch für die dauerhaft sichere elektrische Verbindung. Zu geringe Drehmomente führen zu erhöhten Übergangswiderständen und Wärmeentwicklung (Hotspots). Zu hohe Drehmomente können Materialermüdung, Beschädigung der Klemme oder des Leiters verursachen.

   Verwenden Sie ausschließlich kalibrierte Drehmomentschlüssel mit VDE-isolierten Nüssen/Bits.

   Leiterquerschnitt (mm²)	Schraubengröße	Empfohlenes Drehmoment (Nm)	Anmerkungen
   1.5	M3	0.8 – 1.2	Typische Steuerstromkreise, kleinere Klemmen
   2.5	M3.5	1.2 – 1.8	Typische Steuerstromkreise, Lastkreise bis ca. 16 A
   4	M4	2.0 – 2.5	Lastkreise bis ca. 25 A
   6	M4	2.5 – 3.0	Lastkreise bis ca. 32 A
   10	M5	4.0 – 5.0	Lastkreise bis ca. 50 A
   16	M6	6.0 – 8.0	Lastkreise bis ca. 80 A
   25	M8	10 – 14	Hauptstromkreise, Sammelschienenabgänge
   50	M10	20 – 25	Hauptstromkreise, Sammelschienen
   > 70 (Sammelschienen)	M12	30 – 40	Hochstrom-Sammelschienen, Leistungsanschlüsse

   Diese Werte sind Richtwerte. Priorisieren Sie immer die Herstellerangaben der jeweiligen Komponenten.

   1. Drehmomentschlüssel einstellen: Stellen Sie den Drehmomentschlüssel auf den erforderlichen Wert ein.
   2. Verbindungen prüfen und anziehen: Arbeiten Sie systematisch durch alle kritischen Verbindungen. Dazu gehören insbesondere Anschlüsse an:
      • Haupt- und Lasttrennschaltern
      • Leistungsschaltern und Motorschutzschaltern
      • Schützen und Relais
      • Klemmleisten (Hauptklemmen, Reihenklemmen)
      • Sammelschienen und deren Anschlussstellen
      • Transformatoren
      • Frequenzumrichtern (Eingangs- und Ausgangsklemmen, DC-Link)
      • Erdungs- und Potenzialausgleichsschienen
   3. Vorgehensweise beim Drehmomentprüfen:
      • Setzen Sie den Drehmomentschlüssel auf die Schraube.
      • Ziehen Sie die Schraube langsam und gleichmäßig an, bis der Drehmomentschlüssel auslöst (klickendes Geräusch oder fühlbare Reaktion, je nach Typ).
      • WICHTIG: Prüfen Sie, ob sich die Schraube bewegt hat. Wenn ja, war die Verbindung lose und wurde korrekt nachgezogen. Wenn sie sich nicht bewegt und der Schlüssel sofort auslöst, war das Drehmoment bereits korrekt. Vermeiden Sie ein wiederholtes „Nachziehen“ von bereits festen Schrauben, da dies die Verbindung schädigen kann.
      • Häufiger Fehler: Blindes Nachziehen ohne Prüfung der Bewegung kann die Verbindung überlasten oder beschädigen.
   4. Markierung der überprüften Verbindungen: Markieren Sie jede überprüfte Verbindung mit einem wetterfesten Stift oder Farbtupfer. Dies dient der visuellen Kontrolle und verhindert doppelte Arbeit oder das Übersehen von Verbindungen.
4. Beseitigung von Mängeln:
   • Ersetzen Sie beschädigte Klemmen, Kabel oder Komponenten.
   • Beheben Sie Isolationsschäden sachgerecht.
   • Stellen Sie sicher, dass alle Kabel ordentlich verlegt und befestigt sind, um mechanische Belastungen zu minimieren.

5.5. Wiederinbetriebnahme

Die Wiederinbetriebnahme muss ebenso sorgfältig erfolgen wie die Freischaltung.

1. Abschlussprüfung des Arbeitsbereichs:
   • Stellen Sie sicher, dass sich keine Werkzeuge, Reinigungsmaterialien oder Fremdkörper mehr im Schaltschrank befinden.
   • Prüfen Sie, ob alle Abdeckungen und Schaltschranktüren ordnungsgemäß geschlossen sind.
   • Entfernen Sie Absperrungen und Warnschilder im Arbeitsbereich.
2. Freischaltsicherungen entfernen:
   • Entfernen Sie die persönlichen Sperren, Vorhängeschlösser und Sicherheitsschilder von der Freischaltstelle.
   • Setzen Sie eventuell entnommene Sicherungseinsätze wieder ein.
3. Wiedereinschalten der Anlage:
   • Informieren Sie das Betriebspersonal über die bevorstehende Wiederinbetriebnahme.
   • Schalten Sie die Trenneinrichtung langsam und bewusst ein. Beobachten Sie dabei die Anlage auf Auffälligkeiten (Geräusche, Geruch, Rauch).
4. Funktionsprüfung:
   • Führen Sie eine kurze Funktionsprüfung der betroffenen Anlagenteile durch, um die korrekte Funktion nach der Wartung zu bestätigen.

6. Checkliste zur Nachwartungsverifizierung

Diese Prüfungen bestätigen den Erfolg der durchgeführten Wartungsarbeiten und die Betriebsbereitschaft der Anlage.

7. Fehlerbehebung (Troubleshooting)

Dieser Abschnitt bietet Hilfestellung bei häufig auftretenden Problemen während oder nach der Inspektion und Wartung.

8. Empfohlener Wartungsplan

Ein strukturierter Wartungsplan ist kritisch für die langfristige Zuverlässigkeit elektrischer Anlagen. Diese Frequenzen sind Richtwerte und müssen an die spezifischen Betriebsbedingungen und die Kritikalität der Anlagen angepasst werden.

9. Ersatzteilreferenz

Die schnelle Verfügbarkeit von Ersatzteilen ist entscheidend, um Ausfallzeiten zu minimieren. Achten Sie auf die korrekte Spezifikation der Teile.

Für detaillierte Informationen und die Bestellung von Ersatzteilen besuchen Sie bitte den UNITEC-D E-Katalog: www.unitecd.com/e-catalog/

10. Referenzen

• DIN VDE 0105-100:2015-10 – Betrieb von elektrischen Anlagen
• DIN EN ISO 6789-1:2017-07 – Messen von Drehmomenten für Schraubverbindungen – Handschraubwerkzeuge
• VDI 2858:2017-09 – Thermografie in der Instandhaltung
• Herstellerdokumentationen der im Schaltschrank verbauten Komponenten
• DGUV Vorschrift 3 (ehemals BGV A3) – Elektrische Anlagen und Betriebsmittel