mini|hochkant=0.4|Schaltzeichen
Eine Schmelzsicherung ist eine Überstromschutzeinrichtung, die durch das Abschmelzen eines Schmelzleiters den Stromkreis unterbricht, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert über eine ausreichend lange Zeit überschreitet.
Bis jetzt wird die Schmelzsicherung in der elektrotechnischen Literatur einfach als Sicherung bezeichnet und dieser Terminus für andere Schutzeinrichtungen, wie Leitungsschutzschalter, selbstrückstellende Sicherung und elektronische Sicherungen abgelehnt. Der Begriff ist in DIN EN 60269-1 (VDE 0636-1) definiert.
mini|Stromkreis mit Sicherung
Entstehungsgeschichte Zur Entstehungsgeschichte von Schmelzsicherungen ist wenig bekannt. Gelegentlich wird ein im Jahre 1885 von Thomas Alva Edison angemeldetes Patent genannt. Allerdings erhebt Edison in diesem Patent keine Ansprüche auf das Grundprinzip einer Schmelzsicherung, sondern auf eine spezielle Bauform für eine spannungsfeste Schmelzsicherung. In Edisons Electrical Light - Biography of an InventionEdisons Electrical Light - Biography of an Invention by Robert Friedel and Paul Israel, National Park Service History eLibrary. von Robert Friedel und Paul Israel wird behauptet, dass Edison 1879 ursprünglich eine magnetische Abschaltfunktion („Leitungsschutzschalter“) für sein Lichtsystem vorgesehen hatte, jedoch in der Praxis einfache Schmelzsicherungen (wire fuse) in Haltern aus Holzblöcken verwendete. Die magnetische Abschaltfunktion ist in einem britischen Patent aus dem Jahre 1879 dokumentiert.
Aufbau und Funktion mini|Geöffnete Schmelzsicherung Schmelzsicherungen bestehen aus einem isolierenden Körper, der zwei durch einen Schmelzleiter verbundene elektrische Kontakte aufnimmt. Der Schmelzleiter wird durch den ihn durchfließenden Strom erwärmt und schmilzt, wenn der Bemessungsstrom (Nennstrom) der Sicherung deutlich für eine bestimmte Zeit überschritten wird. Diese Schutzfunktion wird „Auslösen der Sicherung“ genannt. Ausgelöste Schmelzsicherungen sind unbrauchbar und müssen ersetzt werden.
Der Schmelzdraht ist in der Regel aus Elektrolytkupfer (E-CU) oder Feinsilber (Ag 1000/1000) hergestellt und von Luft oder Quarzsand umgeben. Der Sand dient als Lichtbogenlöschmittel. Beim Abschalten eines Stromkreises entsteht ein Lichtbogen, dessen Intensität unter anderem von der Höhe des abzuschaltenden Stroms abhängt. Bei einem Kurzschluss kann dieser Strom um mehrere Größenordnungen über dem Nennstrom der Sicherung liegen.
Der Schmelzleiter durchläuft während des Ansprechens die drei Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig). Im gasförmigen Zustand des Schmelzleiters entsteht ein Plasma, der Stromfluss erfolgt über dieses – es bildet sich ein Lichtbogen, der den Quarzsand stark erhitzt. Der schmelzende Quarzsand kühlt den Lichtbogen so intensiv, dass die erneute Zündung bei wiederkehrender Spannung nach dem Nulldurchgang (bei Wechselstrom) wirksam verhindert wird. Im Einflussbereich des Lichtbogens entsteht ein nicht leitender Sinterkörper aus Schmelzleitermetall, Lot und Quarz, der wegen seiner Erscheinungsform auch „Schmelzraupe“ genannt wird. Der Lichtbogen verlischt und die zu schützende Leitung ist damit von der versorgenden Strom- beziehungsweise Spannungsquelle getrennt. Das ist die wichtigste Funktion der Sicherung. Eine Nebenfunktion ist die Möglichkeit, den Stromkreis durch Entfernen der Sicherung spannungsfrei zu schalten. Das ist nur bei Festinstallationen möglich, da bei einpolig abgesicherten Geräten (Schutzklasse II) die Sicherung zufällig auch im Neutralleiter liegen kann.
Die korrekte Funktion der Lichtbogenlöschung ist im Wesentlichen abhängig von der Körnung, der Reinheit und der Packungsdichte des verwendeten Quarzsandes. Das Löschmittel muss absolut frei von organischen Verbindungen sein. Die den Quarzsand oft begleitenden Feldspat-Bestandteile müssen vollständig entfernt werden, da Feldspat den Glasfluss des Sandes fördert. Glasfluss im Inneren eines Sicherungseinsatzes darf nicht eintreten, weil Glas im glühenden Zustand elektrisch leitend ist.
Sicherungseinsätze werden meist in entsprechende Sockel eingesetzt. Auf Leiterplatten wird teilweise auf Sockel verzichtet und die Sicherungen werden durch Löten fest kontaktiert. In Einzelfällen dient ein Draht- oder Leiterbahnabschnitt als Sicherung. Auch Widerstände können als Sicherung spezifiziert sein (sogenannte Sicherungswiderstände). Sie besitzen dann neben ihrem Widerstandswert auch ein definiertes Abbrandverhalten bei Überlastung.
Schaltvermögen Damit eine Sicherung im Kurzschlussfall sicher auslösen kann, ist es wichtig, dass ihr Schaltvermögen (Ausschaltvermögen) nicht überschritten wird. Das Schaltvermögen ist der maximale zu erwartende „prospektive“ (unbeeinflusste) Kurzschlussstrom, den die Sicherung noch sicher abschalten kann, ohne dass ein Lichtbogen stehenbleibt oder die Sicherung selbst zerstört wird (zum Beispiel beim Zerplatzen des Keramikkörpers).
Die Angabe des Schaltvermögens ist nur sinnvoll zusammen mit Betriebsspannung und Stromart: Das Schaltvermögen sinkt mit steigender Betriebsspannung. Gelegentlich werden unterschiedliche Werte für verschiedene Spannungen angegeben. Das Schaltvermögen sinkt mit sinkender Wechselstromfrequenz. Sofern nicht abweichend spezifiziert, gilt als Bemessungsfrequenz 45 Hz bis 62 Hz.DIN EN 60269-1 (VDE 0636-1):2010-03, Abschnitt 5.4 Bemessungsfrequenz Das Schaltvermögen für Gleichstrom ist wesentlich geringer als für Wechselstrom. Schmelzsicherungen, die für Gleichstrom vorgesehen sind, können bedenkenlos auch für Wechselstrom verwendet werden, jedoch nicht umgekehrt.
Das Ausschaltvermögen der verschiedenen Sicherungstypen ist in den entsprechenden Abschnitten angegeben.
Kleinspannungssicherungen, KFZ-Sicherungen Schmelzsicherungen für Kleinspannung von typischerweise 12 V, 24 V oder 48 V (bis maximal 50 V AC bzw. 120 V DC). Die in Kraftfahrzeugen verbauten Schmelzsicherungen sind in Deutschland in DIN 72581 genormt. Gebräuchlich sind vom Benutzer wart- und steckbare Sicherungen.
Torpedosicherungen mini|hochkant|Torpedosicherungen, 6 × 25 mm
Die Torpedosicherung (auch ATS-Sicherung oder BOSCH-Sicherung) nach DIN 72581-1:1993-08 fand bis in die 1980er Jahre hauptsächlich in europäischen Fahrzeugen Anwendung. Sie besitzt einen Isolierkörper mit 6,5 mm Breite und 26,6 mm Länge. Sie wird in metallene, gelochte Haltefedern eingesetzt, deren Abstand ca. 22,6 mm bei 3,5 mm Lochdurchmesser beträgt. In einer Nut des Isolierkörpers ist ein Metallstreifen mit Schmelzbereich und mit stirnseitigen, konischen Kontaktflächen eingelegt. Die minimale Abschaltzeit beträgt 1 Stunde bei 1,5 × IN und maximal 1 Minute bei 2,5 × IN. Das Abschaltvermögen beträgt 500 A bei 36 V DC, der zulässige Spannungsabfall über den Sicherungsstreifen beträgt 0,1 V nach Norm.
+ Farbkodierung und Nennströme von Torpedosicherungen 5 A 8 A 10 A 16 A 25 A 40 A gelb weiß grün rot blau grau
Auf diese Farbkodierung sollte sich nicht blind verlassen werden. Manchmal weichen die Farben geringfügig ab (z. B. orange statt gelb), manchmal werden ganz andere oder sogar falsche Farben verwendet (z. B. schwarz statt blau).
Für den isolierenden Trägerkörper ist bis zu 5 A thermoplastischer Kunststoff zulässig, darüber hinaus muss der Werkstoff hitzebeständig sein. Ideal dafür geeignet ist Keramik, auch farbiges Glas und wärmebeständige Kunststoffe sind gebräuchlich. Ein Nachteil der Torpedosicherung ist die geringe, ringförmige Kontaktfläche, die bei ungenügender Druckkraft der gelochten Haltefeder hohe Übergangswiderstände verursachen kann. Dies führt zu einer übermäßigen Erwärmung der Kontaktstelle, was eine weitere Oxidation der ohnehin geschädigten Kontaktstelle begünstigt.
Stecksicherungen Flachstecksicherungen mini|hochkant=2|KFZ-Sicherungen, Baugrößen Die 1976 entwickelte Bauform der Flachstecksicherung ist nach ISO 8820-3 genormt und wird nur für Kleinspannungen, hauptsächlich in Kraftfahrzeugen, verwendet. Ein gebräuchlicher Markenname ist ATO-Fuse (Automotive Technology Organization), dieser ist ein eingetragenes Warenzeichen von Littelfuse Incorporated. Im Gegensatz zu ATS-Sicherungen verfügt diese Bauform über eine Zertifizierung der Underwriters Laboratories (UL). Der Sicherungstyp besitzt ein Abschaltvermögen von 1000 A bei 32 V DC (bzw. 58 V DC). Gängige Baugrößen sind die Standard-Flachsicherung und die Mini-Flachsicherung.
mini|Von links nach rechts: Standard- (ATO), Maxi Compact- und Maxi-Stecksicherung, jeweils von beiden Seiten + Bauformen von KFZ-Flachstecksicherungen Typ AlternativeBezeichnungenKataloge der Firmen Hinkel-Elektronik, Pollin, Reichelt und Conrad; abgerufen im Januar 2016 AbmessungL × B × H (mm) Stecker-breite Übliche Nennströme Niedrige Mini-Stecksicherung(low-profile mini fuse) 10,9 × 3,81 × 8,73 3,1 mm 2; 3; 4; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40 Mini-Stecksicherung (mini fuse) FK1, Mini 10,9 × 3,6 × 16,3 2,8 mm 1; 2; 3; 4; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40Micro2-Stecksicherung9,1 × 3,8 × 15,33; 5; 7,5; 10: 15; 20; 25; 30 Standard-Stecksicherung(regular ATO fuse) FK2, Midi, FKS, TF 19,1 × 5,1 × 18,5 5,3 mm 1; 2; 3; 4; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40 Maxi-Stecksicherung (maxi fuse) FK3; Maxi 29,2 × 8,5 × 34,3 7,9 mm 20; 25; 30; 35; 40; 50; 60; 70; 80; 100; 120 Maxi Compact-Stecksicherung Maxi+ 16,1 × 6,5 × 19,8 6,3 mm 25; 30; 35; 40; 50; 60
Die Bemessungsstromstärke Flachstecksicherungen wird durch die Farbe ihres Kunststoffkörpers gekennzeichnet. Auf diese Farbkodierung sollte sich nicht blind verlassen werden. Manchmal weichen die Farben geringfügig ab (z. B. weiß statt klar), manchmal werden ganz andere Farben verwendet (z. B. dunkelgrün statt dunkelviolett).
+ Farbkodierung und Nennströme von KFZ-Flachstecksicherungen 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 7,5 A 10 A 15 A 20 A schwarz grau violett rosa hellbraun braun rot blau gelb 25 A 30 A 40 A 50 A 60 A 70 A 80 A 100 A 120 A matt blaugrün orange rot blau hellbraun klar violett dunkelviolett
mini|hochkant|Block- bzw. JASO-Sicherung, 30 A (ausgelöst)
Blocksicherungen Vorwiegend in japanischen Fahrzeugen sind sogenannte Blocksicherungen oder JASO-Sicherungen üblich und nach der JASO D612-4:2001 genormt. Es sind Sicherungen mit Buchsenkontakten und Steckzungen gebräuchlich; die zum Stecken erforderliche Kraft ist spezifiziert. Der Markenname JCASE ist ebenfalls ein eingetragenes Warenzeichen der Littelfuse Incorporation. Übliche Baugrößen sind JCASE und Low Profile JCASE.
Streifensicherungen mini|hochkant|Streifensicherungen nach DIN 43560 Zur Absicherung von Strömen ab 30 A gibt es Streifensicherungen oder Blattsicherungen nach DIN 43560-1 (zurückgezogenen 06/2012) oder DIN 72581-2. Andere Namen bzw. Bauformen sind ANL-Sicherung bzw. ANL-Streifensicherung oder auch BF1-Sicherung. Die Streifensicherung wird verschraubt, da sich der Kontaktwiderstand von Steckkontakten nicht beliebig reduzieren lässt und damit die Kontaktbelastung durch die hohen elektrischen Ströme zu groß wäre. Streifensicherungen bestehen aus einem ausgestanzten Streifen aus Sicherungsblech. Neben der offenen Bauform A/AN ist auch die geschlossene Bauform B/BN gebräuchlich. Streifensicherungen können mit Keramikgehäuse und Sichtfenster oder mit Kunststoff-Isolierung ausgestattet sein. Das Gehäuse dient als Brandschutz des bei über 24 V möglichen Entstehens eines Störlichtbogens während des Durchbrennens. Häufig befinden sich solche Sicherungen in Fahrzeugen in unmittelbarer Nähe der Starterbatterie in einem Sicherungskasten, z. B. ist die Installation auf der Batterie selbst möglich. Auch in Elektrofahrzeugen, z. B. in Gabelstaplern, ist diese Sicherungsart gebräuchlich. Zu beachten ist, dass temperaturabhängig kurzzeitig auch ein höherer Strom als der angegebene Dauerstrom von der Streifensicherung getragen werden kann.