In Zeiten immer größerer Anzahlen von Verbrauchern in Fahrzeugen gewinnt auch deren Absicherung an Bedeutung. Zusätzliche Verbraucher bedeuten in der Regel auch höheren Komfort und ein besseres Nutzererlebnis, letztlich also zufriedenere Kunden. Doch nur wer bereits bei der Auslegung der Komponenten alle Einflussfaktoren kennt und richtig einschätzt, kann seinen Käufern und Nutzern dauerhafte Sicherheit bei der Fahrzeugnutzung bieten. Worauf kommt es dabei an? Worauf muss ein Konstrukteur achten?

Sicherungselemente im Bordnetz eines Fahrzeuges auslegen

Sowohl ein Schutzschalter als auch eine Sicherung lassen sich durch eine Strom-Zeit-Kennlinie beschreiben. Zu finden sind diese Angaben grundsätzlich in Datenblättern oder in den Normen ISO 10924 für Schutzschalter beziehungsweise ISO 8820 für Fahrzeugsicherungen. Bei Kabeln (Leitungen) ist die so genannte Isotherme relevant. Diese ergibt sich aus dem Verhalten der Leitung über deren Querschnitt und Isolierung, wie beispielsweise PVC, bei einer maximalen Erwärmung bis 120°C (so genanntes FLRY Kabel).

Typische Kennlinien eines Schutzschalters, einer Fahrzeugsicherung sowie eines Lüftermotors als Verbraucher und die entsprechende Leiterkennlinie skizzieren das Verhalten bei einer normalen Umgebungstemperatur von 25°C. Es wird deutlich, dass der Schutzschalter bei einem Überstrom in Höhe des 1,4-fachen Nennstroms (35 A) nach frühestens fünf und spätestens 120 Sekunden auslöst. Bei der Sicherung ist dieser Bereich sogar etwas größer: er liegt zwischen 0,5 und 500 Sekunden.

Die Breite dieses Bereichs zeigt, wie groß die Toleranz bei der Auslösezeit sein kann. Betrachtet man angesichts dieser Werte ein Kabel mit dem Leiterquerschnitt 2,5mm², so ist dieses ausreichend vor einer Beschädigung der Isolierung geschützt. Das bedeutet, dass beide Schutzelemente auslösen, bevor das Kabel die maximal zulässige Temperatur von 120° C erreicht.

Eine Scheibenheizung als Beispiel für einen zusätzlichen ohmschen Verbraucher, das heißt für einen Widerstand der sich linear verhält, also den ohmschen Gesetzen gehorcht (U=R*I), hat einen Dauerstrom von rund 17 A. Kabelbaum- und Fahrzeughersteller legen fest, dass der Dauerstrom eines Verbrauchers maximal 70 beziehungsweise 80 Prozent des Nennstromes betragen darf. Somit verhält sich der Verbraucher auch in diesem Fall korrekt zu Kabel und Schutzelement.

Was passiert ohne ohmschen Verbraucher?

Ein Kühlerlüfter produziert beispielsweise einen kurzen Anlaufstrom, der in der Spitze bis zu 50 A betragen kann, und drosselt dann im Dauerbetrieb auf 17 A. Das bedeutet, dass die Stromspitze - das heißt der Anlaufstrom des Motors - bereits in den Auslösebereich der Sicherung kommen kann. Falls der Lüfter nun blockieren würde, flöße ein erhöhter Strom von zum Beispiel 25 A durch die Motorwicklung. Die Wicklung würde sich erhitzen, und die Situation würde zur Beschädigung des Lüfters führen.

In diesem Fall ist eine Fahrzeugsicherung kein adäquates Absicherungselement. Entweder löst diese durch den Anlaufstrom früh aus - oder bei einer Blockade durch Verschmutzung möglicherweise gar nicht. Ein speziell für die Automobilproduktion ausgelegter Schutzschalter von E-T-A dagegen löst sicher aus und schützt den Lüfter zuverlässig vor Überlast.

Absicherung bei Sommerhitze

Bei direkter Sonneneinstrahlung erwärmt sich das Fahrzeug. Die Umgebungstemperatur steigt schnell von 25°C auf 60°C. Die Isotherme des Kabels verschiebt sich, und das Kabel erhitzt schneller auf die Grenztemperatur. Glücklicherweise werden auch Schutzschalter und Sicherung schneller: das Bimetall des thermischen Schutzschalters ist bereits auf 60°C vorgewärmt und erreicht seine Auslösetemperatur früher. Ebenso brennt der Draht in der Sicherung früher durch.

Die Verschiebung der Kennlinien macht deutlich, dass die Sicherung die Leiterkennlinie überschneidet. Das bedeutet in der Praxis, dass es zur Beschädigung der Kabelisolierung kommen kann. Diese ließe sich zwar mit einer temperaturfesteren Isolierung des Kabels (FLRY-W) verhindern, doch eine leistungsfähigere Isolierung geht auch mit höheren Kosten einher.

Absicherung von 12 V-Steckdosen

Fest eingebaute Stromkreise sind vom Hersteller exakt definiert und lassen sich entsprechend abstimmen. Doch welche Rolle spielt eine 12 V-Steckdose, der so genannte Zigarettenanzünder? Kein Fahrzeughersteller weiß, welche Geräte der Kunde daran anschließen wird. Der 12 V-Anschluss ist in der Regel mit 15 A oder 20 A abgesichert. Unbekannte Lasten, wie  Kühlboxen, Heizlüfter, Wasserkocher oder Wechselrichter (DC 12 V/ AC 230 V) benötigen teilweise höhere Ströme und lösen die Sicherung aus. Im Regelfall fliegt also die Sicherung heraus. Der Anwender tauscht die Sicherung, diese fällt erneut aus - und spätestens dann macht er sich Gedanken, warum die Sicherung ausgelöst haben könnte. Eine Sicherung führt der Anwender vielleicht noch als Ersatzteil mit, selten aber eine zweite. Möglicherweise setzt er einen höheren Nennstromwert ein, um den erneuten Ausfall zu vermeiden. Werden dann jedoch Kabel beziehungsweise Anschluss tatsächlich überlastet, endet das mit einem teuren Servicefall. Der Wechsel eines Kabels im Kabelbaum ist kostspielig und nur möglich, wenn das Kabel überhaupt erreichbar ist – denn oft sind sie unter Verkleidungen oder sogar innerhalb von Karosseriebauteilen verlegt.

Einen Schutzschalter muss der Anwender nicht tauschen. Auch nach der Rücksetzung löst er im Überlastfall sofort wieder aus. So wird die Überlastung des Verbrauchers oder des Kabels zuverlässig verhindert.