SMD-Schmelzsicherung für „richtige“ Kurzschlüsse schaltet Ströme von bis zu 4000 Ampere aus

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Temperaturbeständig und reflowlötfähig

Schließlich muss ja alles den hohen Temperaturen der Reflowlötung standhalten. Die Konstruktion ist ausgelegt für eine Vorheiztemperatur von 150 auf 200 °C innerhalb von 60 bis 120 s und einer Reflowtemperatur von >217 °C über 60 bis 90 s bei einem Peak von 250 °C über etwa 30 s.

Träge Charakteristik gegen Einschaltspitzen der Trafo-Primärseite

Entsprechend der Norm für SMD-Sicherungen VDE 0820, Teil 4, haben sie eine träge Charakteristik (T), d.h. sie schalten bei zehnfachem Bemessungsstrom in einer Zeit von 10 bis 100 ms ab, sodass sie gegen Einschaltspitzen auf der Transformator-Primärseite resistent sind. Bei Überlast schalten sie dagegen vergleichsweise schnell ab: Den zweifachen Bemessungsstrom haben sie schon nach etwa einer Minute erkannt und unterbrochen.

Hohes Ausschaltvermögen für Kurzschlüsse bis 4000 Ampere

Das Wichtigste zuletzt: Die Sicherungen haben ein am Buchstaben „H“ erkennbares „hohes Ausschaltvermögen“. Nach Norm können sie damit 1500 A bei AC 250 V ausschalten. Da bekanntermaßen aber auch Kurzschlüsse im Bereich bis 4000 A vorkommen können, wurde dieser Wert schon bei der Entwicklung der Sicherungen berücksichtigt. Damit dürften die in Frage kommenden Geräte-Kurzschlüsse abgedeckt und die Sicherung für alle Anwendungen im Primärbereich eines Netzteils verwendbar sein.

Schmelzsicherungen unterbrechen Kurzschlussströme schon beim Stromanstieg

Wie aber ist es möglich, dass ein derart kleines Teil Kurzschlüsse von 4000 A verträgt? Der Grund dafür ist, dass Schmelzsicherungen Kurzschlussströme bereits im Stromanstieg unterbrechen – sie arbeiten „strombegrenzend“.

Bild 6 zeigt dies anhand eines Kurzschlussstroms von 4000 A. Wäre keine Sicherung in den Kurzschlusskreis geschaltet, würden die 4000 A über einige Halbwellen fließen, bis ein anderes vorgeschaltetes Schutzorgan die Abschaltung übernimmt, z.B. der Haushaltsautomat. Für das Gerät, in dem der Kurzschluss entstanden ist, ist es dann aber bereits zu spät: Der Störlichtbogen hat dann seine Spuren bereits hinterlassen — wenn nicht sogar Schlimmeres passiert ist.

Strombegrenzende Ausschaltung

Die Sicherung auf der Leiterplatte lässt es erst gar nicht soweit kommen, denn bei der Abschaltung schmilzt und verdampft der feine Schmelzleiterdraht in der Sicherung infolge der hohen Stromdichte innerhalb weniger Millisekunden. Dabei kondensieren die Metallpartikel des Schmelzleiters an den Sandkörnchen. Es entsteht ein kleiner Lichtbogen, der solange bestehen bleibt, bis sich durch das Quarzsand/Metall-Gemisch eine Isolationsstrecke aufgebaut hat. Die Ausschaltung erfolgt strombegrenzend: Noch bevor das Maximum der Stromhalbwelle erreicht wird, unterbricht der Schmelzleiter den Fehlerstrom.

Tabelle 2 stellt die maximal zu erwartenden Durchlassströme und die Ausschaltzeiten für Sicherungen im Bemessungsstrom 1A und 10 A exemplarisch gegenüber. Die Sicherung 1 A schaltet hier einen Kurzschlussstrom von 4000 A in einer Zeit von 0,5 ms ab und begrenzt dabei den Strom im Anstieg bei 200 A.

Die neue SMD-Sicherung kann noch mehr

Zweck der neuen SMD-Sicherung ist es, z.B. Netzteile primärseitig abzusichern. Mit einem maximalen Bemessungsstrom von 10 A können auch Netzteile höherer Leistung wirkungsvoll geschützt werden. Bis zum Bemessungsstrom 6,3 A sind die Sicherungen sogar für eine Betriebsspannung von 277 V, also für den US-Einsatz, ausgelegt und weisen deshalb natürlich auch die entsprechende UL-Approbation auf.

Auch in Explosionsgeschützten Bereichen einsetzbar

Schon bei der Entwicklung der Sicherungen wurde berücksichtigt, dass sie auch im Bereich des Explosionsschutzes verwendet werden können. Um den Forderungen der in diesem Bereich relevanten Norm IEC 60079-11 zu entsprechen, wurde ein ausreichender Kappenabstand von rund 10 mm gewählt. Damit erfüllt die Sicherung zusätzlich die Forderungen der nordamerikanischen Prüfstellen.

Weitere Einsatzmöglichkeiten finden sich überall dort, wo bei einer Netzspannung von 230 V mit hohen Kurzschlussströmen zu rechnen ist – also etwa im Netzadapter, in Steuerungen, in der Sensorik, bei Messfeldern, im Ex-Schutz, bei Interfaces, im Controller. Darüber hinaus macht sie das DC-Rating von 1500 A bei 250 VDC zu einem Allrounder.

*Heinz-Ulrich Haas ist Leiter Forschung und Entwicklung bei der SIBA GmbH & Co KG in Lünen.

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