Schmelzsicherung

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IEC-Symbol

Eine Schmelzsicherung ist eine Überstromschutzeinrichtung, die durch das Abschmelzen eines Schmelzleiters den Stromkreis unterbricht, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert während einer ausreichenden Zeit überschreitet.

Bisweilen 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.

Stromkreis mit Sicherung

Aufbau und Funktion[Bearbeiten]

Sicherungen bestehen aus einem isolierenden Körper, der zwei durch einen Schmelzleiter verbundene elektrische Kontakte oder Drahtanschlüsse 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 Sicherungen sind unbrauchbar und müssen ersetzt werden.

Der Schmelzleiter 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 u.a. 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- bzw. Spannungsquelle getrennt.

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 wird.

TR5-Sicherungen zur Verwendung auf Platinen

Sicherungseinsätze werden meist in entsprechende Sockel eingesetzt. Auf Leiterplatten wird teilweise auf Sockel verzichtet und die Sicherungen werden durch Löten befestigt. In Einzelfällen dient ein Draht- oder Leiterbahnabschnitt als Sicherung. Auch Widerstände können als Sicherung spezifiziert sein (sog. Sicherungswiderstand). Sie besitzen dann neben ihrem Widerstandswert auch ein definiertes Abbrandverhalten bei Überlastung.

Schaltvermögen[Bearbeiten]

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 (z.B. 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.[1]
  • 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.

Geräteschutzsicherungen (Feinsicherungen)[Bearbeiten]

Geräteschutzsicherungen, kurz GS-Sicherungen oder G-Sicherungen genannt, bestehen aus einem kleinen Glas- oder Keramikrohr mit Metallkappen an beiden Enden, zwischen denen sich der Schmelzleiter befindet. Dieser Schmelzdraht ist freiliegend oder in Quarzsand eingebettet. Sie werden auch als Gerätesicherungen, Feinsicherungen und ggf. als Glasrohrsicherungen bezeichnet.

G-Sicherungen werden für Nennströme von 0,032 … 20 A eingesetzt.

Es gibt sie in verschiedenen Längen und Durchmessern. In Europa am gebräuchlichsten ist das Format 5 × 20 mm, in den USA ¼ × 1¼ Zoll (6,3 × 32 mm).

Einsatzgebiet: Geräteschutz (oft in handelsüblichen Netzteilen zu finden) und (seltener) KFZ-Elektrik.

Kennzeichnung[Bearbeiten]

Auf den Metallkappen sind der Nennstrom, die maximale Spannung und die (Auslöse-)Charakteristik eingeprägt. Seltener kommt eine Farbcodierung oder ein Aufdruck der Werte auf dem Glasrohr

Prägung Charakteristik
FF superflink
F flink
M mittelträge
T träge
TT superträge
Ausschaltvermögen
typische Werte bei 250 V AC
typische Bauform
L niedrig 10×In (min. 35 A) Glasrohr
E erhöht min. 150 A Glasrohr, verstärkt oder gefüllt
H hoch min. 1500 A Keramikrohr, sandgefüllt

Kenngrößen für Geräteschutzsicherungen sind Nennstrom, Nennspannung, Auslösecharakteristik und Ausschaltvermögen. Die Charakteristik ist durch Kennlinien festgelegt und unterscheidet flinke, mittelträge und träge Sicherungen. Beim zehnfachen Nennstrom schalten ab:

  • flinke Sicherungen in weniger als 20 ms
  • mittelträge Sicherungen zwischen 50 und 90 ms
  • träge Sicherungen zwischen 100 und 300 ms.

Feinsicherungen mit hohem Schaltvermögen sind mit Sand gefüllt oder haben einen Keramikkörper.

Die Nennstrom-Definition und das Ansprechverhalten US-amerikanischer Sicherungen (6,3 × 32 mm) unterscheidet sich von europäischen Typen, sie sind daher meist nicht gegen gleiche Stromwerte austauschbar.

Feinsicherungen mit Drahtanschlüssen[Bearbeiten]

Gerätesicherungen werden auch mit Drahtanschlüssen (axial oder radial) zum direkten Einlöten in Platinen hergestellt.

Britische Sicherungen nach BS 1362[Bearbeiten]

In Großbritannien und einigen anderen Staaten sind im Netzstecker Feinsicherungen (flink) nach BS 1362 eingebaut. Sie sind erforderlich, weil dort herkömmliche Steckdosen meistens mit 25, 30 oder 32 A abgesichert sind. Kennwerte:

  • Abmessungen: ¼  Zoll × 1 Zoll (6,3 × 25,4 mm)
  • lieferbare Werte: 1, 2, 3, 5, 7, 10 und 13 A; Normwerte: 13 A (braun) und 3 A (rot)
  • hohes Schaltvermögen (6000 A bei 240 V AC), deshalb aus Keramikrohr mit Sandfüllung

Bauformen von Feinsicherungen[Bearbeiten]

Die folgenden Bilder verdeutlichen die unterschiedlichen Bauformen von Feinsicherungen

Kleinspannungssicherungen, KFZ-Sicherungen[Bearbeiten]

KFZ-Sicherungen:
Oben Torpedosicherungen, unten aktuelle Standard-Flachsicherungen

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 nach DIN 72581 genormt. Gebräuchlich sind steckbare und somit vom Benutzer wartbare Sicherungen.

Torpedosicherungen[Bearbeiten]

Torpedosicherungen, 6 × 25 mm

Diese Bauform nach DIN 72581-1 fand bis in die 1980er Jahre hauptsächlich in europäischen Fahrzeugen Anwendung.

  • Abschaltvermögen: 500 A bei 36 V DC
  • Zulässiger Spannungsabfall über den Sicherungsstreifen nach DIN: 0,1 V
  • Bauform: Zylindrischer Isolierkörper, Durchmesser: 6 mm, Länge: 25 mm.
    In einer Nut ist der Sicherungsstreifen mit stirnseitig konischen Kontaktflächen eingelegt.
  • Andere Bezeichnungen: ATS-Sicherung, BOSCH-Sicherung
Farbkodierung und Nennströme ATS- bzw. Torpedosicherungen
5 A 8 A 16 A 25 A 40 A
 gelb  weiß  rot  blau  grau

Für den isolierenden Trägerkörper ist bis zu 5  A thermoplastischer Kunststoff zulässig, darüber muss der Werkstoff hitzebeständig sein. Ideal dafür ist Keramik. Farbiges Glas und wärmebeständige Kunststoffe sind ebenso gebräuchlich. Ein Nachteil ist die geringe, ringförmige Kontaktfläche, die bei ungenügender Druckkraft der gelochten Haltefeder hohe Übergangswiderstände verursachen kann. Diese führen zu übermäßiger Erwärmung der Kontaktstelle, was eine weitere Oxidation der ohnehin geschädigten Kontaktstelle weiter begünstigt.

Stecksicherungen[Bearbeiten]

Flachstecksicherungen[Bearbeiten]

KFZ-Sicherungen, Baugrößen

Die 1976 entwickelte Bauform der Flachstecksicherung ist nach ISO 8820-3 genormt und wird nur für Kleinspannungen, hauptsächlich in Kraftfahrzeugen, verwendet.

  • Abschaltvermögen: 1000 A bei 32 V DC (bzw. 58 V DC)

Im Gegensatz zu den ATS-Sicherungen verfügt diese Bauform über eine Zertifizierung der Underwriters Laboratories (UL).

Ein gebräuchlicher Markenname ist ATO-Fuse, (Automotive Technology Organization); dieser ist ein eingetragenes Warenzeichen der Littelfuse Incorporation, Des Plaines, Illinois, USA.

Gängige Ausführungen sind die Standard-Flachsicherung und die Mini-Flachsicherung.

Bauformen von KFZ-Flachstecksicherungen
Typ Abmessung L x B x H übliche Nennströme
Niedrige Mini-Stecksicherung (low-profile mini fuse) 10,9 x 3,81 x 8,73 mm 2; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30
Mini-Stecksicherung (mini fuse) 10,9 x 3,6 x 16,3 mm 2; 3; 4; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30
Standard-Stecksicherung (regular ATO fuse) 19,1 x 5,1 x 18,5 mm 1; 2; 3; 4; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40
Maxi-Stecksicherung (maxi fuse) 29,2 x 8,5 x 34,3 mm 20; 25; 30; 35; 40; 50; 60; 70; 80; 100; 120

Die Bemessungsstromstärke von Standard- und Mini-Flachstecksicherungen wird durch die Farbe ihres Kunststoffkörpers gekennzeichnet.

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 25 A 30 A
 schwarz  grau  violett  rosa  hellbraun  braun  rot  blau  gelb  klar  grün
(35 A) 40 A 50 A 60 A 70 A 80 A 100 A 120 A
 blaugrün  orange  rot  blau  hellbraun  klar  violett  rosa

Blocksicherungen[Bearbeiten]

Block- bzw. JASO-Sicherung, 30 Ampere (ausgelöst)

Vorwiegend in japanischen Fahrzeugen sind so genannte 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 ein eingetragenes Warenzeichen der Littelfuse Incorporation, Des Plaines, Illinois, USA.

Übliche Baugrößen sind

  • JCASE
  • Low Profile JCASE

Streifensicherungen[Bearbeiten]

Streifensicherungen nach DIN 43560

Daneben gibt es für Ströme über 40 A so genannte Streifensicherungen oder Blattsicherungen nach DIN 43560 oder DIN 72581. Andere Namen bzw. Bauformen sind ANL-Sicherung bzw. ANL-Streifensicherung oder auch BF1 Sicherung. Wegen der hohen elektrischen Ströme wäre die Kontaktbelastung mit dem nicht beliebig reduzierbaren Kontaktwiderstand der gebräuchlichen Steckkontakte zu groß, daher werden solche Sicherungen verschraubt und zählen nicht zu den durch Laien instandsetzbaren Sicherungen. Solche Sicherungen bestehen aus einem ausgestanzten Streifen aus Sicherungsblech. Neben der offenen Bauform ist auch die geschlossene Bauform B/BN gebräuchlich. Einige Streifensicherungen sind mit einem Keramikgehäuse und Sichtfenster versehen, andere wie die MEGA Fuse oder ANL Fuse genannten besitzen einen Kunststoff-Isolierkörper. Das Gehäuse dient als Brandschutz bei der möglichen Ausbildung eines Störlichtbogens während des Durchbrennens.

Häufig befinden sich solche Sicherungen in unmittelbarer Nähe der Starterbatterie in einem Sicherungskasten, üblich ist die Installation auf der Batterie selbst.

Auch in Elektrofahrzeugen, z. B. in Gabelstaplern, ist diese Sicherungsart gebräuchlich.

Streifensicherungen lassen sich oft nur mittels Werkzeugeinsatz austauschen und zählen somit rechtlich zu den durch Laien nicht wartbaren Bauteilen. Gelegentlich haben die Sicherungshalter jedoch auch Rändelmuttern, die von Hand gelöst werden können.

Niederspannungssicherungen[Bearbeiten]

D-Sicherung Betriebsklasse gG, mit Schneckensymbol

Niederspannungssicherungen werden eingesetzt im Verteilnetz, in der Industrie und beim Endabnehmer, z. B. im Sicherungskasten. Die typische Nennspannung ist 230/400 V AC. Für Industrieanlagen gibt es Ausführungen bis über 1000 V Gleich- oder Wechselspannung.

Es gibt verschiedenen Bauformen (z. B. Schraubsicherungen, NH-Sicherungen, Zylindersicherungen), die wiederum jeweils in verschiedenen Betriebsklassen (Auslösecharakteristiken) hergestellt werden.

Auslösecharakteristik und Betriebsklasse[Bearbeiten]

Schmelzsicherungen sind, wie andere Sicherungselemente auch, durch ihre Auslösecharakteristik gekennzeichnet. Sie ist zusammen mit dem Nennstrom und dem Schaltvermögen eine wichtige Kenngröße.

Die Auslösecharakteristik beschreibt in einem Zeit-Strom-Diagramm das Toleranzfeld der Auslösezeit bei bestimmten auf den Nennstrom bezogenen relativen Überströmen. Die Toleranzen bei gleicher Charakteristik sind relativ groß. Bei 1,5-facher Überlast kann die Auslösezeit z. B. wenige Minuten bis zu einer Stunde betragen; beim 15-fachen Nennstrom (Kurzschluss) beispielsweise 50…100 ms. Charakteristisch für alle Zeit-Strom-Diagramme von Sicherungselementen ist, dass die Toleranzbreite bei geringem Überstrom größer als bei relativ hohen Überströmen ist. Sind enge Abschalttoleranzen erforderlich (z. B. zum Schutz eines kleinen Transformators gegen Überlast), ist eine Schmelzsicherung daher oft ungeeignet. Alternativ werden dann Temperatursicherungen oder Bimetall-Überstromschalter eingesetzt.

Die Charakteristik von Feinsicherungen ist im entsprechenden Abschnitt oben beschrieben.

Träge D-Sicherungen wurden um ca. 1930 eingeführt.[2] Zur Unterscheidung von herkömmlichen flinken Sicherungen wurden sie mit einer stilisierten Schnecke gekennzeichnet, für die Schweiz mit dem umkreisten Buchstaben T
1967/68 wurde für Leitungsschutzsicherungen die Unterscheidung zwischen träge und flink (normal) aufgegeben und die einheitliche Betriebsklasse gL (später gG) eingeführt. Die Kennlinie gL (gG) ist trägflink, d. h. bei niedrigen Kurzschlussströmen träg und bei hohen flink. Die Kennzeichnung mit dem Schneckensymbol wurde für gL D-Sicherungen noch für Jahrzehnte beibehalten.

Als Faustregel für Sicherungen mit der Betriebsklasse gG (gL) gilt: Bei fünffacher Überschreitung des Bemessungsstromes reagiert die Sicherung innerhalb fünf Sekunden, bei zehnfacher Überschreitung beträgt die Reaktionszeit 0,2 Sekunden.

Betriebsklassen von Niederspannungssicherungen[Bearbeiten]

Die Betriebsklasse einer Niederspannungssicherung wird durch zwei Buchstaben ausgedrückt, von denen der erste Buchstabe die Funktionsklasse und der zweite Buchstabe das Schutzobjekt kennzeichnet. Die Funktionsklasse einer Sicherung kennzeichnet seine Fähigkeit, bestimmte Ströme ohne Beschädigung zu führen und Überströme oberhalb eines Bereichs ausschalten zu können.[3]

Es werden zwei Funktionsklassen unterschieden:
g („general purpose fuse“)

Ganzbereichssicherung, die Ströme bis wenigstens zu ihrem Bemessungsstrom dauernd führen und Ströme vom kleinsten Schmelzstrom bis zum Bemessungsausschaltstrom ausschalten kann.

a („accompanied fuse“, begleitende Sicherung)

Teilbereichssicherung, die Ströme bis wenigstens zu ihrem Bemessungsstrom dauernd führen und Ströme oberhalb eines bestimmten Vielfachen ihres Bemessungsstroms bis zum Bemessungsausschaltstrom ausschalten kann.
Teilbereichssicherungen können also hohe Kurzschlußströmen sicher abschalten, jedoch nicht Überlastströme und dürfen daher nur begleitend mit einem Überlastorgan verwendet werden.

Hinsichtlich Schutzobjekt wird unterschieden in:
G Schutz für allgemeine Zwecke („general application“)
M Schutz von Motorstromkreisen
R Halbleiterschutz („rectifier“, Stromrichter)
S Halbleiterschutz und Kabel- und Leitungsschutz
B Bergbauanlagen
Tr Transformatorenschutz
L Kabel- und Leitungsschutz (veraltet)
Kombiniert ergeben sich folgende gängige Betriebsklassen:
gG Ganzbereichs-Schutz: Standardtyp für allgemeine Anwendung (trägflink).
Praktisch identisch mit den Vorläufern gL bzw. gI.
gR Ganzbereichs-Schutz: Halbleiterbauelemente, (superflink, schneller als gS).
gS Ganzbereichs-Schutz: Halbleiterbauelemente und Leitungsschutz (superflink).
Ersetzt seit 2006 die Werksnormen gRL (SIBA) und gGR (Ferraz/Lindner).
gPV Ganzbereichs-Schutz: neue Betriebsklasse speziell für Photovoltaik (superflink).
Genormt seit 2010 [4]. Ähnlich gR und gS, jedoch für Gleichstrom ausgelegt.
aR Teilbereichs-Schutz: Kurzschlussschutz für Halbleiterbauelemente (superflink).
Achtung: Kein Überlastschutz! Dieser muss anderweitig gewährleistet sein.
aM Teilbereichs-Schutz: Kurzschlussschutz für Schaltgeräte in Motorstromkreisen (träge).
Achtung: Kein Überlastschutz! Dieser muss anderweitig gewährleistet sein.
gTr Ganzbereichs-Schutz: (Verteilnetz-)Transformatoren, Sekundärseite (z.B. 400 V).
Trägt 130 % Last mindestens 10 Stunden; nationaler VDE-Typ.
gB Ganzbereichs-Schutz: Bergbauanlagen (kurzschlussflink). Betriebsspannungen bis 1000 V; nationaler VDE-Typ.
Veraltete Betriebsklassen
gL Ganzbereichs-Schutz: Kabel- und Leitungsschutz, trägflink (veralteter VDE-Typ).
1998 international abgelöst durch und praktisch identisch mit gG.
gI Ganzbereichs-Schutz: trägflink (veralteter internationaler IEC-Typ). In der Schweiz: gL2.
1998 abgelöst durch und praktisch identisch mit gG.
gII Ganzbereichs-Schutz: flink (veralteter internationaler IEC-Typ). In der Schweiz: gL1. Abgelöst durch gG.
TF, gTF trägflink, Vorläufer von gL.


Europäische und US-amerikanische Sicherungen unterschieden sich hinsichtlich ihrer Nennstromdefinition und Auslösecharakteristiken.

Eng mit der Auslösecharakteristik verbunden ist die Selektivität einer Sicherungs- bzw. Verteileranlage: Es muss vermieden werden, dass z. B. die Hauptsicherung bei Kurzschluss oder Überlast eher anspricht als die untergeordnete Sicherung im defekten Stromkreis. Daher müssen die Sicherungen hinsichtlich ihres Ansprechverhaltens aufeinander abgestimmt sein.

Bei Sicherungen für Verbraucher mit hohem Einschaltstrom ist der I²t-Wert (Durchlassenergie, Integral des quadrierten Stromes über die Zeit, kurz Schmelzintegral oder Stromintegral) wichtig. Es beschreibt bei Multiplikation mit dem ohmschen Widerstand der Sicherung denjenigen Energiewert, der gerade noch nicht zur Auslösung führt: die Wärmeleistung (Stromwärme) am Sicherungselement hängt vom Quadrat des Stromes ab und führt innerhalb einer bestimmten Zeit zu einer bestimmten, die Auslösung bewirkenden Temperatur.

Der I²t-Wert sollte bei der Dimensionierung von Schmelzsicherungen nie ganz ausgeschöpft werden, da diese sich während vieler solcher Einschaltzyklen mit der Zeit thermisch bedingt verändern und ggf. vorzeitig ansprechen.

Schraubsicherungen[Bearbeiten]

D-Schraubsicherung mit Gehäuse

Für Deutschland gilt bei Neuinstallation gemäß DIN 18015-1 Abschnitt 5.2.5:

Im Stromkreisverteiler von Wohnungen sind für Beleuchtungs- und Steckdosenstromkreise Leitungsschutzschalter vorzusehen. Schmelzsicherungen sind zulässig für fest angeschlossene Geräte (z. B. Durchlauferhitzer) oder als Vorsicherung für Unterverteilungen.

Schmelzsicherungen für Beleuchtungs- und Steckdosenstromkreise in Altbestand dürfen weiterhin verwendet werden.

Ein Schraubsicherungshalter für eine D-Sicherung besteht aus einem festen Sicherungsunterteil mit dem Passelement (Passschraube) sowie einer abnehmbaren Schraubkappe mit Fenster. Der Sicherungseinsatz (Schmelzeinsatz, Sicherungspatrone, Sicherung) hat einen farbigen Betriebszustandsanzeiger (Kennmelder, auch Schaltzustandsanzeiger oder Unterbrechungsmelder), der bei eingeschraubter Sicherung hinter dem Fenster der Schraubkappe sitzt, und einen Fußkontakt, der zur Passschraube passen muss. Oft sind auch die Passschrauben zusätzlich farblich gekennzeichnet – sie müssen dann zur Farbe des Kennelementes der Sicherung passen (Tabelle siehe unten). Der Innendurchmesser des isolierten Kopfes der Passschraube limitiert den Durchmesser und damit den Nennstrom der einsetzbaren Sicherungsgrössen nach oben. Die Schraube ist mit einem speziellen Dreher, der in 2 Nute am Zylindermantel des Isolierkörpers eingreift, fest sitzend anzuschrauben und muss passend zur Belastbarkeit der installierten Leitung gewählt sein.

Der Sicherungseinsatz ist der reaktive, wechselbare Teil einer Sicherung.

Kennfarben und Fußkontaktdurchmesser von Schraubsicherungen
Nennstrom Farbe Fußdurchmesser
D DL D0
2 A  rosa 6 mm 8 mm 7,3 mm
4 A  braun
6 A  grün
10 A  rot 8 mm 8,5 mm
(13 A)  schwarz
16 A  grau 10 mm 10 mm 9,7 mm
20 A  blau 12 mm 12 mm 10,9 mm
25 A  gelb 14 mm 12,1 mm
(32 A) 35 A (40 A)  schwarz 16 mm 13,3 mm
50 A  weiß 18 mm 14,5 mm
63 A  kupfer 20 mm 15,9 mm
80 A  silber 21,4 mm
100 A  rot 24,2 mm
125 A  gelb
160 A  kupfer
200 A  blau

Schraubsicherungen haben Fußkontakte mit nennstromabhäng abgestuften Durchmessern. Im Unterteil des Sicherungshalters befindet sich ein entsprechendes farbiges Passelement (Passschraube, Passeinsatz), das verhindert, dass Sicherungen mit höherem Bemessungsstrom als vorgesehen eingesetzt werden.

In der Mitte des Kopfkontakts des Sicherungseinsatzes befindet sich ein farbiges Metallplättchen, der Kennmelder, als Schaltzustandanzeiger. Er ist mit einer Feder unterlegt und wird von einem Draht mit hohem Widerstand gehalten, der am Fußkontakt des Sicherungseinsatzes befestigt ist. Nach Abschmelzen des Schmelzleiters schmilzt auch der Haltedraht des Kennmelders, worauf der Kennmelder ausgeworfen wird. Eine Glasscheibe in der Schraubkappe verhindert das Herausfallen des Kennmelders und ermöglicht eine Sichtkontrolle der ausgelösten Sicherung.

Kennmelder und Passeinsätze sind abhängig vom Bemessungsstrom farblich gekennzeichnet. Für kleine haushaltsübliche Stromstärken hatte man sich bei der Farbwahl als Gedächtnisstütze für die Elektriker an den Farben des Germania-Briefmarkensatzes ab 1900 orientiert. Bei diesem lang herausgegebenen Briefmarkensatz und auch späteren Sätzen war die 5-Pfennigmarke grün (= 6 A), die 10-Pfennigmarke rot (= 10 A), die 15-Pfennigmarke grau (= 16 A), die 20-Pfennigmarke blau (= 20 A), die 25-Pfennigmarke gelb (= 25 A).[5]

Der wesentliche Unterschied zwischen D- und D0-Sicherungen ist neben den verschiedenen Abmessungen die zulässige Betriebsspannung: Während D-Sicherungen für eine Spannung von bis 500 V, Sondertypen bis zu 750 V (jeweils Gleich- und Wechselspannung) geeignet sind, ist das D0-System nur bis zu einer Spannung von 400 V Wechselspannung und 250 V Gleichspannung bestimmt.

Als Leitungsschutzsicherungen werden heute Schraubsicherungen der Betriebsklasse gG (bis 1998 gL) eingesetzt, z.B. um Leitungen zu Verteilern zu schützen.
Vereinzelt werden noch Schraubsicherungen in Verbindung mit Motorschutzschaltern zum Schutz von Motoren eingesetzt, wenn Maschinen mit besonders hohem Einschaltstrom betrieben werden.

Schraubsicherungen (D, D0) dürfen nur unter folgenden Bedingungen unter Last bedient werden:[6]

  • auch von Laien
    • Wechselspannung maximal 400 V, Nennstrom bis 63 A
    • Gleichspannung maximal 25 V
  • nur von Fachpersonal
    • Wechselspannung über 400 V, Nennstrom maximal 16 A
    • Gleichspannung 25–60 V, Nennstrom maximal 6 A
    • Gleichspannung 60–120 V, Nennstrom maximal 2 A
    • Gleichspannung 120–750 V, Nennstrom maximal 1 A
Plug-Fuse (Stöp­sel­sich­erung) mit Edison­gewinde (USA)
Typ TL, 20A, 125V (AC only)

Schraubsicherungen werden in verschiedenen Bauformen hergestellt:

D-System (DIAZED)[Bearbeiten]

DII-Schmelzeinsatz 16A (rechts) und Schraubkappe
DIII-Sicherungen 50 A, 35 A
DII-Sicherungen 25 A, 20 A, 16 A

Das DIAZED-System wurde von den Siemens-Schuckertwerken entwickelt (zuerst die heutige Größe DII). Es ersetzte ab etwa 1909 die bis dahin üblichen einteiligen Schmelzstöpsel, die z.B. in den USA noch verwendet werden ("plug fuses"). Die Trennung von Schraubkappe und Schmelzeinsatz („Patrone“) war neu.[6]

DIAZED
diametrisch abgestufter zweiteiliger Edison-Schmelzstöpsel

DIAZED ist eingetragenes Warenzeichen der Siemens AG.
Die neutrale Normbezeichnung lautet D-System bzw. D-Sicherung.

D-Sicherungen gibt es in fünf Baugrößen. Die Bezeichnung setzt sich aus dem Buchstaben D und einer römischen Ziffer zusammen. Träge Typen werden auch mit DT bezeichnet.

Größe Bemessungsstrom
(Werte in Klammern sind unüblich)
Gewinde* Ø Länge Schaltvermögen
Nennspannung
DI (Schweiz) 2, 4, 6, 10, 16 A SE 21 17 mm 33 mm 10 kA 250 V AC
NDz (DI) 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25 A E 16 13 mm 50 mm 4 kA
1,6 kA
500 V AC
500 V DC
DII 2, 4, 6, 10, (13,) 16, 20, 25 A E 27 22 mm 50 kA
8 kA
500 V AC
500 V DC
DIII (32,) 35, (40,) 50, 63 A E 33 27 mm
DIV 80, 100 A E 40 (alt) 33 mm 50 mm
G 1¼″ 56 mm
DV 125, 160, 200 A E 57 (alt) 46 mm 50 mm
G 2″ 56 mm

 * Gewinde der Schraubkappe: E = Edisongewinde, G = Rohrgewinde.

  • Die dünneren NDz-Sicherungen (seltener ND oder DI genannt) wurden Ende der 1920er Jahre eingeführt und auch als „Sparpatronen“ bezeichnet[2], weil sie mit einer Reduzierhülse auch in DII-Sockel eingebaut werden können. Heute werden sie kaum noch in Altanlagen verwendet.
    • Die kurze DI-Bauform mit Schraubkappengewinde SE 21 ist in der Schweiz verbreitet.
  • Die häufigste Diazed-Sicherung ist wohl die Größe DII. Sie passt mit einem Haltefutter auch in DIII-Sockel.
  • Die Größe DIII gibt es auch in verlängerter Ausführung für höhere Spannungen. Diese wird z.B. bei Straßenbahnen eingesetzt.
    (750V AC/DC flink oder 690/600V AC/DC gG; Länge 70 mm, Nennstrom 2 bis 63A)
  • DIII und DIV sind bis heute in älteren Hausanschlusskästen im Einsatz.
  • Die Baugrößen DIV und DV werden in Neuanlagen nicht mehr verwendet. NH-Sicherungen sind für derart hohe Ströme besser geeignet.

D0-System (NEOZED)[Bearbeiten]

D01-Sicherung 16A (Neozed)
D01-Sicherungsblock für Dreiphasenwechselstrom

Das NEOZED-System wurde 1967 von Siemens eingeführt. Vorteile sind kleinere Abmessungen und geringere Verlustleistung (weniger Wärmeentwicklung).

NEOZED
neuartige DIAZED-Sicherung (NEO: neu)

NEOZED ist eingetragenes Warenzeichen der Siemens AG.[6]
Die neutrale Normbezeichnung lautet D0-System bzw. D0-Sicherung (sprich D Null).

D0-Sicherungen werden in drei Baugrößen hergestellt. Die Bezeichnung einer Baugröße setzt sich aus „D0“ und einer weiteren arabischen Ziffer zusammen:

Größe Bemessungsstrom
(Werte in Klammern sind unüblich)
Gewinde Ø Länge Schaltvermögen
Nennspannung
D01 2, 4, 6, 10, (13,) 16 A E 14 11 mm 36 mm 50 kA (400 V AC)
8 kA (250 V DC)
D02 20, 25, (32,) 35, (40,) 50, 63 A E 18 15 mm
D03 80, 100 A M 30 × 2 22 mm 43 mm
  • D01-Sicherungen passen auch in DL-Sockel und können mit einer speziellen Haltefeder auch in D02-Schraubsockeln verwendet werden.
  • Die Bauform D03 wird sehr selten verwendet, weil sich bei diesen hohen Bemessungsströmen NH-Sicherungen als zuverlässiger erwiesen haben, sie dürfen in Neuanlagen nicht mehr verwendet werden.

Für D- und D0-Sicherungen gibt es Sockel für Schraubmontage, für Hutschienenmontage und für Sammelschienenmontage („Reitersockel“). Für D0-Sicherungen gibt es zusätzlich Sicherungs-Lasttrenner. Das sind Sicherungssockel mit integriertem Lasttrennschalter. Vor jedem Wechsel einer Sicherung muss der Sockel durch eine vor den Sicherungen befindliche Klappe spannungsfrei geschaltet werden. Dieser spannungs- und lastfreie Wechsel erhöht die Betriebssicherheit und die Sicherheit für den Benutzer, da dieser in keinem Fall mit spannungsführenden Bauteilen in Berührung kommen kann. Bei neuartigen Versionen dieser Lasttrenner werden die Sicherungspatronen nicht mehr geschraubt, sondern durch Federkraft kontaktiert.

DL-System (DDR)[Bearbeiten]

In der DDR waren neben dem D-System auch DL-Sicherungen für 380 V Wechselspannung üblich. Typisches Einsatzgebiet z.B. im Wohnungsverteiler von Plattenbauten.
Für Altanlagen werden DL-Sicherungen heute noch hergestellt (Ausführung gG, 400 V AC).
D01-Sicherungen (Neozed) bis 16 A passen auch in DL-Sockel, jedoch nicht umgekehrt.

Größe Bemessungsstrom Gewinde Ø Länge Schaltvermögen
DL 2, 4, 6, 10, 16, 20 A E 16 13 mm 36 mm 20 kA (380/400 V AC)

NH-Sicherungen[Bearbeiten]

NH-Sicherung 100 A mit Mittenkennmelder (rot). An der zerlegten Sicherung ist der Schmelzleiter und der Auslösedraht des Kennmelders zu sehen.

Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, kurz NH-Sicherungen, sind auch unter den Namen Messersicherung, Schwertsicherung oder (in Verbindung mit Hausanschlusskästen) als Panzersicherung bekannt. Sie werden im Bereich der Hauptverteilungen in Niederspannungsnetzen eingesetzt. Merkmal ist das gegenüber Schraubsicherungen deutlich größere Bauvolumen sowie massive Kontaktmesser an beiden Enden. Daher können sie größere Ströme führen und trennen. Übliche Ausführungen als Hochleistungssicherung gestatten ein sicheres Abschalten von Fehlerströmen bis zu 120 kA (Bemessungsausschaltvermögen), wobei der Nennstrom bis zu 1,6 kA (Bemessungsstrom) betragen kann.

NH-Sicherungen sind in Industrieanlagen weit verbreitet, außerdem werden sie im öffentlichen Stromnetz verwendet, z. B. in Trafostationen, Hauptverteilungen, oder im Hausanschlusskasten von Gebäuden und als Zählervorsicherung.

NH-Sicherungen in einem Elektroinstallations-Verteiler

Im Vorzählerbereich von Kundenanlagen fordern die TAB 2007 (Technische Anschlussbedingungen der Energienetzbetreiber) eine Trennvorrichtung pro Zähler. Zitat:

Eine Trennvorrichtung ist eine Einrichtung zum Trennen der Kundenanlage vom Verteilungsnetz, die auch durch den Kunden (elektrotechnischer Laie) betätigt werden kann (z. B. SH-Schalter).

Diese Forderung erfüllen z. B. selektive Leitungsschutzschalter oder Neozed-Lasttrennschalter, jedoch nicht NH-Sicherungen. Deshalb werden NH-Sicherungen als Zählervorsicherung in Neuanlagen nur noch verwendet, wenn eine andere durch Laien bedienbare Trennvorrichtung (z. B. in Form einer Zählernachsicherung mit einem Neozed-Lasttrennschalter) gegeben ist.

Auch NH-Sicherungen verfügen über einen Kennmelder, der eine defekte Sicherung anzeigt. Je nach Anwendung ist er als stirnseitig (oben) angebrachter Klappmelder ausgeführt oder als Mittenkennmelder, der bei eingesetzter Sicherung von vorne sichtbar ist. Fast alle Hersteller bieten auch NH-Sicherungen mit zwei Kennmeldern an (Kombimelder).

NH-Sicherungen gibt es mit verschiedenen Auslösecharakteristiken. Diese sind oben im Abschnitt Betriebsklassen beschrieben.

NH-Sicherungen werden in verschiedenen Baugrößen für verschiedene Nennstrombereiche gefertigt. Die Größe 0 ist in neuen Installationen nicht mehr zulässig.

Größe Bemessungsstrom Schwertlänge
(ca.)
Schaltvermögen
Nennspannung
00/000 2 A bis 160 A 78 mm min. 50 kA,
typ.
100–120 kA

25 kA
 
(400V,)
500V,
690V  AC

250 V,
440V DC
0 6 A bis 250 A 125 mm
1 16 A bis 355 A 135 mm
2 25 A bis 500 A 150 mm
3 250 A bis 800 A 150 mm
4/4a 400 A bis 1250 A 200 mm

[7] [8]

Austausch von NH-Sicherungen[Bearbeiten]

NH-Sicherungen eingebaut in insgesamt 11 Stück NH-Trenner, je dreipolig schaltend in Reihenbauweise

NH-Sicherungseinsätze sind zur Handhabung mit Grifflaschen ausgestattet, die spannungsführend oder spannungsfrei (isoliert) ausgeführt sein können. Um die Sicherungseinsätze einpolig in ein Sicherungsunterteil einzusetzen oder aus diesem herauszuziehen, ist ein Sicherungsaufsteckgriff notwendig.

Unter Spannung dürfen NH-Sicherungseinsätze nur von einer Elektrofachkraft mit geeigneter Schutzausrüstung ausgetauscht werden. Die Schutzausrüstung umfasst mindestens einen Aufsteckgriff mit fest angebrachter Lederstulpe und einen Helm mit Gesichtsschutz. Gegebenenfalls sind eine Isolierschutzmatte und isolierende Handschuhe erforderlich. Bei unsachgemäßem Ziehen eines NH-Sicherungseinsatzes unter Last kann ein Störlichtbogen entstehen, welcher ohne Schutzausrüstung schwere bis tödliche Verletzungen zur Folge haben kann.

Sogenannte NH-Trenner erleichtern den Sicherungswechsel. Sie haben einen Klappdeckel, der die Grifflaschen aufnimmt und den Sicherungshaltegriff ersetzt.

NH-Trenner gibt es z. B. in diesen Bauformen:

  • dreipolig schaltend, ein Klappeinsatz für alle drei Sicherungseinsätze eines Drehstromabzweiges
  • dreipolig schaltend, drei übereinander angeordnete und mechanisch miteinander verriegelte Klappeinsätze für je einen Sicherungseinsatz eines Drehstromabzweiges.

Sondertypen[Bearbeiten]

Es gibt diverse Spezialsicherungen für Halbleiterschutz, Motorschutz oder andere spezielle Bedürfnisse.

Hochspannungssicherungen (HH-Sicherungen)[Bearbeiten]

Ältere Hochspannungssicherung für 20-kV-Netze
Drei HH-Sicherungen (dunkle Zylinder in unterer Bildhälfte) für 12 kV/400 A mit Schlagstift auf oberer Stirnseite. In den drei orangen Einheiten befinden sich die Lastschalter
Hochspannungssicherung für 115 kV

Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, kurz HH-Sicherungen, sind selbstständig schaltende Schutzgeräte im Mittelspannungsbereich bis 36 kV. In manchen Ländern werden Schmelzsicherungen bis über 100 kV eingesetzt. Sie werden in Netzen der Energieversorgung und -verteilung verwendet, um die Auswirkungen von Überströmen (Kurzschlüssen) zu begrenzen. Die häufigste Anwendung findet sie in Transformatorstromkreisen, weitere Verwendungen sind in Motorstromkreisen und Kondensatorbänken.

Kommt es zu einem Kurzschluss, schmilzt der (oder die) im Innern der Sicherung befindliche(n) Schmelzleiter und unterbricht dadurch den Strom. Meist sind diese Sicherungen mit einem Schlagstift ausgerüstet, der durch einen zusätzlichen dünnen Schmelzdraht ausgelöst wird. Eine vorgespannte Feder sorgt dafür, dass dieser schlagartig aus der Stirnseite einer der Kontaktkappen der Sicherung austritt. Der Schlagstift wirkt z. B. auf die Auslösemechanik eines Lastschalters, welcher dann den fehlerhaften Stromkreis allpolig abschaltet.

„Hochleistungssicherung“ bedeutet, dass diese Sicherungen Ströme von mehreren kA abschalten können. Manche Hersteller haben ihre Sicherungen bis 63 kA Abschaltvermögen geprüft.

Ein typisches Typenspektrum ist:

  • 3 bis 7,2 kV mit Nennströmen bis 500 A
  • 6 bis 12 kV mit Nennströmen bis 355 A
  • 10 bis 24 kV mit Nennströmen bis 200 A
  • 20 bis 36 kV mit Nennströmen bis 100 A.

Zum Schutz von Mittelspannungs-Transformatoren und -Leitungen werden bei größeren Nennströmen Netzschutzgeräte eingesetzt.

  • DIN 43625 definiert die Abmessungen, deshalb wird weltweit auch von der „DIN-Fuse“ gesprochen
  • IEC/EN 60282-1 (VDE 0670-4) beschreibt die elektrischen Parameter und die Typenprüfung
  • IEC/EN 62271-105 (VDE 0671-105) regelt das Zusammenspiel von Lastschaltern und Sicherungen
  • Für die Zuordnung von Sicherung und Transformator gilt in Deutschland VDE 0670-402

In anderen Ländern, wie dem nordamerikanischen Raum, werden Schmelzsicherungen auch im Hochspannungsbereich bis über 100 kV eingesetzt. Allerdings nur in Stromkreisen mit kleinen Kurzschlussströmen. Der Vorteil ist der im Vergleich zu Hochspannungsschaltern geringere Preis.

Kurzschlüsse werden im Hochspannungsbereich zur Energieversorgung aufgrund der bei Kurzschlussströmen hohen Momentanleistungen durch aktiv gesteuerte Leistungsschalter mit einer entsprechend großen Kurzschlussleistung getrennt. Die Erkennung von Fehlern wie eines Kurzschlusses erfolgt durch den Netzschutz wie beispielsweise ein Distanzschutzrelais. Bei Einsatz von Schmelzsicherungen käme es bei Auslösung durch das schlagartige Verdampfen des Sicherungsdrahtes und den Lichtbogen zu Beschädigungen in der Umgebung der Sicherung.

Sicherheit[Bearbeiten]

In Deutschland, der Schweiz und Österreich sind die im Handel erhältlichen Sicherungseinsätze nur für einmalige Auslösung vorgesehen.

Die Auswahl einer zum Geräte- und Personenschutz geeigneten Sicherung richtet sich primär nach der Dimensionierung der Installation und den im regulären Betriebsfall und im Kurzschlussfall auftretenden Stromstärken. Dabei kann auch das Problem auftreten, dass manche Verbraucher nicht durch eine Schmelzsicherung geschützt werden können. Dazu zählen beispielsweise kleinere Netztransformatoren unter ca. 50 Watt Nennleistung, da ihr Einschaltstrom zu groß im Vergleich zu dem im Fehlerfall auftretenden Strom ist. Diese Verbraucher können durch träge thermische Sicherungen gegen Überlast und Kurzschluss geschützt werden.

Reparable Sicherungen[Bearbeiten]

geöffneter britischer Sicherungskasten mit wiederbedrahtbaren Sicherungshaltern (Rewireable Fuse Carrier) nach BS 3036
Britische, wiederbedrahtbare Sicherungshalter (Rewireable Fuse Carrier), Ausführung von 1957

Lediglich in Großbritannien sind heute in Altanlagen noch wiederbedrahtbare Sicherungen gebräuchlich. Der Rewireable Fuse Carrier nach britischem Standard BS 3036 ist mit einem Sicherungsdraht in den Stärke 5, 15, 20 oder 30 Ampere bestückt und befindet sich in Sockeln im Unterverteiler („Consumer unit“).

Bei diesen Systemen, zum Beispiel hergestellt von Wylex, ist das Ersetzen des Sicherungsdrahtes im Sicherungselement durch den Benutzer vorgesehen, loser Sicherungsdraht ist in Supermärkten, Tankstellen, Baumärkten etc. erhältlich. Das Wylex-System war lange Zeit sogar noch für Neuanlagen zulässig, allerdings nicht mehr sehr gebräuchlich, problematisch ist vor allem, dass die bestehenden Unterverteiler keinen Platz für einen oder gar mehrere Fehlerstromschutzschalter bieten. Eine weitere Einschränkung für den Einsatz solcher Sicherungen besteht darin, dass laut BS 7671 der Nennstrom einer Sicherung nach BS 3036 maximal gleich dem 0,725-fachen dauerhaft zulässigen Betriebsstrom der Leitung entsprechen darf.

Darüber hinaus gibt es für solche Verteiler Sicherungssockel für Sicherungspatronen nach BS1361. Für beide Sockel sind Leitungsschutzschalter als Ersatz verfügbar.

Mögliche Gefahren des Systems liegen in der absichtlichen oder versehentlichen Verwendung zu starker Sicherungsdrähte oder gänzlich ungeeigneter "Ersatzmittel" wie Nägel, Haarnadeln, etc.

Literatur[Bearbeiten]

Normen[Bearbeiten]

  • DIN EN 60127-1 (VDE 0820-1):2011-12; Geräteschutzsicherungen Teil 1: Begriffe für Geräteschutzsicherungen und allgemeine Anforderungen an G-Sicherungseinsätze.
  • DIN EN 60269-1 (VDE 0636-1):2010-03; Niederspannungssicherungen Teil 1: Allgemeine Anforderungen.
  • DIN EN 60282-1 (VDE 0670-4):2010-08; Hochspannungssicherungen Teil 1: Strombegrenzende Sicherungen.
  • DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430):2010-10; Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 4-43: Schutzmaßnahmen – Schutz bei Überstrom.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Elektrische Sicherung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. DIN EN 60269-1 (VDE 0636-1):2010-03, Abschnitt 5.4 Bemessungsfrequenz
  2. a b Allgemeine Electrizitäts-Gesellschaft: AEG Hilfsbuch für elektrische Licht- und Kraftanlagen 3. Ausgabe. Berlin, 1931.
  3. Kiefer/Schmolke: VDE 0100 und die Praxis, 2011, S. 521
  4. International Electrotechnical Commission: IEC 60269-6 Edition 1.0 (Auszug) (PDF 265 kB), September 2010
  5. Rolf Müller: Was versteht man unter ... Kennfarben. in ep Elektropraktiker 2/2013, Seite 6
  6. a b c Siemens AG: Technik-Fibel Sicherungssysteme (PDF 2,5MB), Regensburg 2010
  7. Siemens AG: Siemens Industry Online Support, abgerufen Februar 2012
  8. ABB Oy, Finnland: DIN-type HRC-fuse links, (PDF 5,35 MB), abgerufen Februar 2012