Wissenswertes zu Kleinstsicherungen

Kleinstsicherung im runden Kunststoffgehäuse, radial bedrahtet.

Systeme der Elektronik werden immer kleiner: Funktionen werden von hochintegrierten ICs oder Mikrocontrollern ausgeführt, und externe Bauelemente sind in miniaturisierten Bauformen verfügbar. Das führt dazu, dass die Platinen moderner elektronischer Baugruppen mit deutlich weniger Fläche auskommen. Weil auch in solchen Systemen Spannungsquellen, Verbraucher, Peripherie und Funktionseinheiten wirksam vor Überlastung geschützt werden müssen, sind in die kritischen Stromkreise Sicherungen einzubauen. Allerdings wären die mit 5 x 20 mm² eigentlich schon recht kleinen Feinsicherungen bzw. Gerätesicherungen (G-Sicherungen) für solche Anwendungen immer noch zu gross. Deshalb wurden dafür Kleinstsicherungen entwickelt, die manchmal auch als Subminiatur-Sicherungen bezeichnet werden. Kleinstsicherungen finden in Stromversorgungen von Geräten der Haushalts- und Unterhaltungselektronik sowie in professionellen Elektroniksystemen Verwendung.

Wie sind Kleinstsicherungen aufgebaut und welche Ausführungen gibt es?

Wie herkömmlich Feinsicherungen enthalten auch Kleinstsicherungen einen Leiter, der bei längerem Überschreiten des Nennstromes durchschmilzt und so den Stromkreis unterbricht. Im Gegensatz zu den üblichen Gerätesicherungen, deren Schmelzleiter in einen Glas- oder Keramikröhrchen eingebaut sind, befinden diese sich in Kleinstsicherungen je nach Bauform z. B. in zylinderförmigen oder eckigen Kunststoffgehäusen, die radial bedrahtet sind, in einem axial bedrahtetem Röhrchen oder sind als SMD-Sicherung, also als oberflächenmontierbares Bauelement ohne Anschlussdrähte ausgeführt, das für die Montage direkt auf der Platine ausgelegt ist.

Ausser mit Schmelzsicherungen können Stromkreise auch mit PTC-Sicherungen geschützt werden. Es handelt sich hierbei um Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizienten. Überschreitet der Strom einen bestimmten Wert, erwärmt sich das Bauelement und der Widerstand steigt an, was wiederum den Stromfluss reduziert. Nach dem Abkühlen nimmt dieser wieder den ursprünglichen Wert an. Im Gegensatz zu Schmelzsicherungen wird von PTC-Sicherungen allerdings der Stromkreis nicht vollständig unterbrochen.

SMD-Kleinstsicherungen.

Wie sind Kleinstsicherungen spezifiziert?

Die Eigenschaften von Sicherungen sind in der europäischen Norm IEC 60127 bzw. DIN EN 60127-1, VDE 0820-1:2015-12 festgelegt. Wie andere Gerätesicherungen sind Kleinstsicherungen jeweils für einen Nennstrom, dem Bemessungsstrom, ausgelegt, bei dessen deutlichen Überschreiten, z. B. um ungefähr den 1,5-fachen Wert, sie auslösen und den Stromkreis unterbrechen. Aufgrund der geringen Abmessungen liegen die Werte für die Bemessungsströme von Kleinstsicherungen im Bereich von wenigen mA bis zu wenige Ampere.

Die Reaktionszeit bis zum Auslösen, d. h. das Auslöseverhalten, ist je nach Sicherungstyp unterschiedlich: Es gibt bei Kleinstsicherungen wie bei anderen Gerätesicherungen die Ausführungen Träge „T“, Mittelträge „M“, Flink „F“ und Superflink „FF“. Während träge und mittelträge Sicherungen bei kurzzeitigen Stromspitzen, z.B. beim Einschalten eines Gerätes, nicht gleich auslösen, sprechen flinke und superflinke sofort an. Die jeweilige Strom-Zeit-Charakteristik einer Sicherung ist als wichtigste Eigenschaft im Datenblatt anhand eines Diagramms beschrieben.

Kleinstsicherung, axial bedrahtet, Typ ESKA "Picofuse", Abmessungen. 7,2 x  2,4 mm²

Eine weitere wichtige Eigenschaft einer Sicherung ist das Schaltvermögen. Das wird in Ampere bei einem maximalen Spannungswert angegeben. Er beschreibt die bei der maximal für die Sicherung zulässigen Nennspannung erlaubte Stromstärke, die eine Sicherung abschalten kann, ohne dass an ihr selbst oder an umgebenden Teilen der Schaltung beim Abschalten ein Schaden entsteht. Wenn dieser Wert überschritten wird, besteht die Gefahr, dass im Sicherungselement ein Lichtbogen entsteht, der, wenn das Gehäuse aufplatzt, Verschmorungen oder Brände auslösen kann. Auf Grund des geringeren Volumens sind die Werte des Schaltvermögens von Kleinstsicherungen in der Regel niedriger als bei vergleichbaren Sicherungen mit grösseren mechanischen Abmessungen. Typischer Wert für Kleinstsicherungen ist beispielsweise 50 A bei 250 VAC, während er bei grösseren Sicherungstypen mehrere Hundert Ampere betragen kann.

Was ist bei der Auswahl und beim Betrieb von Kleinstsicherungen zu beachten?

Die zu schützenden Schaltungsteile einer Elektronik oder Elektrik geben den Bemessungsstrom und das Auslöseverhalten der einzubauenden Sicherung vor. Handelt es sich um Bereiche, in denen beim Einschalten höhere Ströme als im Betrieb auftreten, z. B. wenn Kondensatoren mit grösserer Kapazität aufgeladen werden oder Motoren anlaufen, dann sind hier träge Sicherungen einzusetzen. Müssen Mikroelektronik-Bauelemente geschützt werden, die bei Überlastung innerhalb kurzer Zeit zerstört werden könnten, sind flinke oder superflinke Sicherungen zu wählen.

Das Schaltvermögen muss so bemessen sein, dass der Strom, der sich bei einem Kurzschluss direkt hinter der Sicherung auf Grund der Spannung und des Innenwiderstandes der den Stromkreis speisenden Schaltung ergibt, nicht überschreitet. Die Sicherung muss auch für die maximal vorkommende Spannung im ausgelösten Zustand ausgelegt sein.

Weil zum Erreichen der Schmelztemperatur des Metalls in der Sicherung eine bestimmte elektrische Leistung erforderlich ist, weisen diese Bauelemente einen ohmschen Widerstand auf. Der ist umso höher, je niedriger der Bemessungsstrom einer Sicherung ist. So liegt dieser beispielsweise bei einer Kleinstsicherung für 50 mA bei 12,5 Ω, was bedeutet, dass beim Bemessungsstrom hier ein Spannungsabfall von 0,625 Volt auftritt, der beim Entwurf der zu schützenden Schaltung berücksichtigt werden sollte.

Wie alle anderen Schmelzsicherungen werden auch Kleinstsicherungen nach dem Auslösen unbrauchbar und müssen nach dem Beseitigung der Störung ersetzt werden. Um dies zu erleichtern gibt es für einige Typen Sicherungshalter auch als „Fassungen“ oder „Sockel“ bezeichnet, in denen die Kleinstsicherungen einfach eingesteckt werden können. Andere Ausführungen müssen aus- und wieder eingelötet werden.

Defekte Sicherungen dürfen nur durch solche mit gleichem Bemessungsstrom, Abschaltverhalten und Schaltvermögen ersetzt werden. Wenn die Sicherung nach dem Auswechseln erneut ausgelöst wird, ist die Fehlerursache offensichtlich nicht beseitigt. Einsetzen einer Sicherung für höheren Bemessungsstrom oder das Überbrücken sind nicht zulässig, weil im Fehlerfall dadurch die Spannungsquelle sowie Bauelemente im abgesicherten Stromkreis gefährdet, zerstört oder sogar Brände ausgelöst werden können.

Die marktüblichen Kleinst-Sicherungen sind RoHS-konform.

Sicherungshalter für runde Kleinstsicherung.

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