Sicherungen sind in jedem elektrischen System kritisch und werden verwendet, um die Verkabelung eines Stromkreises vor übermäßigem Strom zu schützen, der zu Schäden und sehr oft zu einem elektrischen Brand führen könnte. Übermäßiger Strom wird höchstwahrscheinlich durch drei Dinge verursacht:
- Falsche Verkabelung – falsche Anschlüsse als Folge menschlichen Versagens.
- Schäden an der Schaltung – z.B. ein loser Draht oder eine durchgescheuerte Isolierung, die einen Kurzschluss eines +v-Drahtes gegen Masse verursacht.
- Überlastung des Stromkreises – z.B. durch den Anschluss eines oder mehrerer Geräte, die mehr Strom verbrauchen, als der Stromkreis tragen soll, oder umgekehrt durch die Verwendung eines Kabels, dessen Größe für die Stromaufnahme des vorgesehenen Geräts nicht ausreicht.
Wo und wann Sicherungen verwendet werden
Im Idealfall wäre jeder einzelne Abschnitt des Pluskabels abgesichert, da dies den größten Schutz bieten und die Fehlersuche relativ einfach machen würde, da man so das Problem auf einen einzigen Kabelabschnitt eingrenzen könnte (d.h. wo die Sicherung durchgebrannt ist).
Obwohl dies ideal ist, ist es fast immer unpraktisch, da es zu vielen Sicherungen in einem elektrischen System führen würde. Ein guter Kompromiss besteht darin, dass jeder einzelne Stromkreis abgesichert werden sollte, da dies einen guten Schutz bietet und es zumindest ermöglicht, das Problem auf einen Stromkreis einzugrenzen.
Es ist wichtig zu beachten, dass der Abschnitt des Kabels, der von der Batterie + V-Klemme zur ersten Sicherung (oder dem Batterieverteilerkasten) führt, effektiv ein ungeschützter Teil des Stromkreises ist. Wenn es irgendwo auf dieser Länge einen Kurzschluss gibt, ist es sehr wahrscheinlich, dass er sich entzündet, da die erste Sicherung nicht den Überstrom erfährt. Aus diesem Grund sollte die Kabellänge von der Batterie +ve bis zur ersten Sicherung so kurz wie möglich sein, damit im Falle eines elektrischen Brandes der Schaden minimiert wird.
Ausnahmen bei elektrischen Sicherungen
Es gibt einige Fälle, in denen Sicherungen normalerweise nicht verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist die normalerweise kurze Kabellänge von der Batterie zum Anlasser. Anlasser sind normalerweise das elektrische Bauteil mit der höchsten Stromaufnahme in einem Fahrzeug, da der Motor gestartet werden muss, und der Strom kann mehrere hundert Ampere erreichen, insbesondere bei großen Dieselmotoren, die ein hohes Verdichtungsverhältnis haben.
Aus diesem Grund wird es in der Regel als unpraktisch erachtet, diese Kabellänge abzusichern, obwohl einige Fahrzeuge über Schmelzeinsätze verfügen, bei denen es sich lediglich um einen kleinen Abschnitt eines Kabels mit niedrigerer Strombelastbarkeit handelt, der in einer feuerfesten Hülle eingeschlossen ist. Sie werden so installiert, dass das Kabel geschützt ist, und sind so ausgelegt, dass sie im Überstromfall schmelzen und den Stromkreis unterbrechen.
Der andere Grund dafür, dass der Starterkreis nicht abgesichert ist, liegt darin, dass die Dioden im Gleichrichter des Generators beschädigt werden können, wenn die Batterie vom Generator abgeklemmt wird, während er sich dreht (wie es der Fall wäre, wenn eine Sicherung durchgebrannt wäre).
Um ein erhöhtes Maß an Sicherheit zu bieten, ist es in vielen Rennwagen, Bausatzwagen, Sonderfahrzeugen und Freizeitfahrzeugen üblich, einen Batterietrennschalter oder Hauptschalter einzubauen, der manuell betätigt werden kann, um im Falle eines Problems die Hauptbatterie oder die Hilfsbatterien vom übrigen elektrischen System des Fahrzeugs zu trennen.
Schaltung von Sicherungen zum Nachrüsten
Das folgende Diagramm zeigt, wie elektrische Verbraucher wie Lampen usw. in einem Stromkreis zum Nachrüsten abgesichert werden können.
Es ist zu beachten, dass die Haupteinspeisung von der Batterie abgesichert ist, um diesen Kabelabschnitt zu schützen, und dieses Kabel sollte groß genug sein, um den Strom zu liefern, der von allen gleichzeitig betriebenen Verbrauchern benötigt wird (ungünstigster Fall). Folglich hat die für dieses Kabel verwendete Sicherung (Sicherung 1) einen höheren Nennwert als die Sicherungen 2-5 (siehe unten zur Auswahl des Sicherungsnennwerts).
Jeder der vier Stromkreise, welche die Lasten versorgen, wird dann einzeln im Sicherungskasten am Anfang jedes Stromkreises (und vor den Schaltern) abgesichert. Dies ist wichtig, denn wenn ein Kabelabschnitt gegen Masse kurzgeschlossen wird, ist er nur dann geschützt, wenn vor dem Kurzschlusspunkt eine Sicherung vorhanden ist (andernfalls erfährt die Sicherung nicht den Überstrom, da sie sich außerhalb des Kurzschlusses befindet).
Nennleistungen von Sicherungen
Kontinuierliche Bewertung
Sicherungen sind mit dem Strom gekennzeichnet, den sie (bei einer bestimmten Temperatur) kontinuierlich durchfließen, ohne durchzubrennen, der als Dauerleistung bezeichnet wird. Es ist eine gute Praxis, nicht zuzulassen, dass der Dauerstrom 75 % des Nennwerts der Sicherung überschreitet, um kurzzeitige Stromstöße auszugleichen, die eine Ermüdung der Sicherung im Laufe der Zeit oder ein unnötiges Durchbrennen (lästiges Durchbrennen) verursachen könnten.
Wie viel Strom wird benötigt, damit eine Sicherung durchbrennt?
Vereinfacht ausgedrückt: Je höher der Strom über dem Dauernennwert liegt, desto schneller brennt die Sicherung durch. Wenn zum Beispiel eine 10A-Sicherung 11A ausgesetzt wird, kann es viele Minuten dauern, bis sie durchbrennt, aber wenn sie 20A ausgesetzt wird, kann sie im Bruchteil einer Sekunde durchbrennen.
Die Hersteller zeigen diese Auslösezeit in einem Strom-Zeit-Diagramm an, aber für den typischen Benutzer ist es nicht notwendig, auf dieses Niveau technischer Details einzugehen, solange einige grundlegende Richtlinien zur Auswahl von Sicherungen befolgt werden, die im nächsten Abschnitt beschrieben werden:
Auswahl der richtigen Sicherung
Wenn eine durchgebrannte Sicherung in einer vom Hersteller vorgesehenen (Werks-)Anwendung ersetzt wird, z. B. in einem Fahrzeugsicherungs-Paneel, sollte derselbe Sicherungstyp und dieselbe Nennleistung verwendet werden. Wenn eine Sicherung weiterhin durchbrennt, muss ein Fehler im Stromkreis vorliegen, und es sollte niemals eine Sicherung mit einem höheren Nennwert eingebaut werden, um diesen zu überwinden, auch nicht vorübergehend. Andernfalls besteht ein hohes Risiko des Ausfalls von Komponenten und eines elektrischen Brandes.
Bei der Spezifizierung einer Sicherung für eine Anwendung auf dem Nachrüstmarkt kommt es vor allem darauf an, dass die Sicherung der schwächste Punkt ist (d.h. die Komponente mit der niedrigsten Nennleistung), so dass sie immer durchbrennt, bevor andere Teile des Stromkreises beschädigt werden. Man möchte jedoch auch nicht, dass die Sicherung bei normalem Betrieb weiter durchbrennt (bekannt als störender Durchschlag), daher sind die beiden zu berücksichtigenden Elemente:
Nennstrom des kleinsten Kabels in der Schaltung
Die Stromaufnahme im Stromkreis unter normalen erwarteten Betriebsbedingungen
Der Sicherungsnennwert sollte irgendwo zwischen diesen beiden Werten liegen, um einen normalen Betrieb zu ermöglichen, aber bei Überlastung durchbrennen. Wenn z.B. die normale erwartete Stromaufnahme 10A beträgt und die Kabelgröße 25A, dann wäre eine Sicherung mit einem Nennwert von 15A angemessen.
Verschiedene Typen von Sicherungen
Es gibt verschiedene Arten von Sicherungen, die derzeit auf dem Automobilmarkt verwendet werden, und die unten stehende Tabelle enthält eine kurze Beschreibung der einzelnen Typen:
| Kategorie | Typ der Sicherung | Abbildung | Standard-Werte (A) | Beschreibung |
|---|---|---|---|---|
| Glas-Sicherungen | 20 mm |  |
1 – 10 |
Sicherungen älteren Stils mit einem Glaskörper und Metall-Endkappen, die innen mit dem Schmelzlot verbunden sind, wobei sich die Zahl auf die Gesamtlänge der Sicherung bezieht. 20mm-Sicherungen haben einen Durchmesser von 5mm und 30 & 32mm-Sicherungen haben einen Durchmesser von 6,4mm (1/4″). Diese Sicherungen werden heute im Allgemeinen bei Anwendungen mit niedrigerer Stromstärke verwendet, z.B. bei Audio-Hauptgeräten und Zubehör (Zigarrenanzünderstecker usw.). Diese Sicherungen werden normalerweise in Sicherungshaltern verwendet, die miteinander verschraubt oder verdreht werden können. Die 30mm- und 32mm-Sicherungen sind im Allgemeinen austauschbar, da die Federn in den Haltern den kleinen Längenunterschied ausgleichen. |
| 30 mm |  |
1 – 50 | ||
| 32 mm |  |
1 – 50 | ||
| Flachsicherungen (KFZ-Sicherung) | Mikro |  |
2 – 30 |
Flachsicherungen sind heute die am häufigsten verwendete Sicherungskategorie bei fast jedem neuen Fahrzeug mit einem oder mehreren der verschiedenen Typen. Sie werden in Sicherungshalter oder -kästen eingeschoben und durch Reibung an ihrem Platz gehalten. Die Standard Flachsicherung (auch bekannt als APR-, ATC- oder ATO-Sicherung) ist bei vielen Autos, die heute die Mini-Blade-Version (auch bekannt als APM- oder ATM-Sicherungen) verwenden, am gebräuchlichsten. Zunehmend populärer wird die Micro Blade Version (auch als APS- oder ATT-Sicherungen bekannt), wobei für die Zukunft eine größere Verbreitung erwartet wird, da die Hersteller versuchen, mehr elektrische Systeme auf gleichem Raum unterzubringen. Maxi-Flachsicherungen (auch als APX-Sicherungen bekannt) werden in der Regel für Anwendungen mit höherem Strom oder höherer „Leistung“ verwendet und sind in höheren Nennwerten erhältlich. |
| Mini |  |
2 – 30 | ||
| Standard |  |
1 – 40 | ||
| Maxi |  |
20 – 120 | ||
| Blattsicherung | Streifen |  |
30 – 100 | Streifen- und Midi-Link-Sicherungen sind für Anwendungen mit höheren Strömen oder „Leistung“ (z.B. Windenmotoren), während Megalink-Sicherungen für Anwendungen mit sehr hohen Strömen verwendet werden. Diese Sicherungen werden in Sicherungshalter oder -kästen eingeschraubt. |
| Midi |  |
30 – 150 | ||
| Mega |  |
100 – 500 | ||
| Keramik Continental Sicherungen | — |  |
5 – 25 | Auch bekannt als Bosch-, Keramik-, Torpedo-, ATS- oder GBC-Sicherungen. Heute in modernen Fahrzeugen durch Blattsicherungen ersetzt, aber in einigen älteren Fahrzeugen zu finden und immer noch für einige klassische Restaurationen verwendet. Diese Sicherungen werden zwischen gefederten Metallkontakten in Sicherungskästen oder -haltern gehalten. |
Leitungsschutzschalter
Was ist ein Trennschalter?
Ein Leitungsschutzschalter bietet einen Überlastungsschutz für den Stromkreis auf die gleiche Weise wie eine Sicherung (durch Unterbrechung der Stromkreisdurchgängigkeit), kann aber im Gegensatz zu einer Sicherung zurückgesetzt werden, anstatt ersetzt werden zu müssen. Diese sind in Anwendungen nützlich, bei denen aufgrund ihrer Beschaffenheit zu erwarten ist, dass bei normalem Gebrauch hin und wieder ein Überstromzustand auftritt und ein häufiger Austausch von Sicherungen unpraktisch wäre (z.B. Elektromotoren, die für Winden, elektrische Fensterheber usw. verwendet werden). Sie sind auch nützlich, wenn man die Schaltung schnell zurücksetzen muss und keine Zeit damit verbringen möchte, nach einer Sicherung zu suchen.
Wie funktionieren Trennschalter?
Die meisten Schutzschalter in 12V- oder 24V-Systemen arbeiten thermisch. Die Wärme, die durch den Überstrom bei einer Überlastung entsteht, führt dazu, dass die Kontakte im Inneren des Schutzschalters auseinanderbrechen und den Stromkreis unterbrechen. Diese werden dann je nach Ausführung des Schutzschalters entweder manuell oder automatisch zurückgesetzt. Leistungsschalter, die manuell zurückgesetzt werden müssen, bieten die Möglichkeit, vor einer erneuten Verwendung des Stromkreises auf Probleme zu prüfen, und bei einigen Typen kann man den Schalter manuell auslösen, was zur Isolierung des Stromkreises und zum Testen des Schalters nützlich ist.
Sicherungen vs. Schutzschalter
Zwar sind Schutzschalter in bestimmten Anwendungen eine sehr nützliche Lösung, es sollte jedoch beachtet werden, dass eine hochwertige Sicherung letztendlich zuverlässiger ist (es gibt keine beweglichen Teile), so dass sie zuerst in Betracht gezogen werden sollte, und wenn es sich um empfindliche elektronische Geräte handelt, sollte niemals ein Schutzschalter verwendet werden. Der Grund dafür ist, dass die Zeit, die der Schutzschalter benötigt, um zu funktionieren, länger sein kann, als eine herkömmliche Sicherung durchbrennen würde, wodurch der Stromkreis möglicherweise länger schädlichen Überströmen ausgesetzt wäre.