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Sichern, bevor es Schäden gibt

Sichern, bevor es Schäden gibt

Veröffentlicht am 15.10.2022

Diesen Geruch mögen wir Modellbahner gar nicht: verschmorte Isolierung. Das bedeutet immer, dass ein Bauteil oder eine Leitung zu hoch belastet wurde und nun dabei ist, zum Altmetall zu mutieren. Um dies auszuschließen, sind viele elektrische und elektronische Komponenten mit elektrischen Sicherungen (zu) versehen. 

Bild Not-Aus-SchalterBild Not-Aus-SchalterGanz wichtig: Es gibt immer wieder mal Situationen, da wünscht man sich, mit einem Schlag die komplette Stromversorgung der Modellbahnanlage abschalten zu können, um schlimme Folgen zu verhüten. Diese Folgen werden zwar selten so krass ausfallen, wie sie an Arbeitsmaschinen etc. möglich sind, doch die dort üblichen dicken, auffälligen Not-Aus-Schalter sind auch für unsere Zwecke gut, weil auch ein „Betriebsfremder“ sie sofort als solche identifiziert. Diese Schalter haben nur einen Nachteil: Sie werden direkt ans 230V-Netz angeschlossen, weshalb Sie sicherheitshalber eine Elektro-Fachkraft bitten sollten, diesen Schalter zu installieren. Gewiss, das kostet mehr, als wenn man es selbst machte, doch es wäre schon peinlich, wenn ein Unfall ausgerechnet von einem falsch installierten Notschalter verursacht würde.

Sicherungen kennen wir auch aus dem Haushalt und dem Auto; in den Sicherungskästen finden sie sich, um im Ernstfall den Stromfluss zu unterbrechen und damit Schäden vorzubeugen. 

Die einfachste Form ist die Schmelzsicherung, beim Hausanschluss ein Keramikkörper, in Geräten eine kleine Glasröhre, in der ein Metallfaden eingeschlossen ist. Durch diesen genau in seinen physikalischen Werten bestimmten Metallfaden läuft der gesamte Strom dieses Kreises. Dabei wird der Draht warm, denn auch er ist ein Verbraucher. Da er jedoch in Reihe mit allen anderen Verbrauchern seines Stromkreises liegt, bestimmt nicht er allein den Gesamtwiderstand, sondern die maßgebliche Größe ist die Summe der Ströme, die durch die anderen Verbraucher fließt. Übersteigt sie einen bestimmten Wert, wird der Sicherungsdraht zu heiß und er brennt durch. Damit ist der komplette Stromkreis spannungslos – Gefahr gebannt.

Außer den elektrischen Werten finden Sie auf Sicherungen noch Kennbuchstaben, die auf die Ansprechzeit hinweisen. Manchmal kann es nämlich sein, dass eine abgesicherte Schaltung durchaus eine kurzfristige Überschreitung des zulässigen Stromes verkraftet. Es wäre wenig sinnvoll, müsste dann jedes Mal die Sicherung erneuert werden. Deshalb gibt es fünf Klassen der Sicherungs-Charakteristik.

Kennbuchstabe

Auslöseverhalten

bedeutet

TT

sehr träge

löst erst sehr spät aus

T

träge

löst spät aus

M

mittel

löst „normal“ aus

F

flink

löst schnell aus

FF

sehr flink

löst sehr schnell aus

Die höchste Strombelastung einer Sicherung steht auf den Metallkappen, die zugleich Anschlüsse sind und in spezielle Halterungen passen.

Sicherungen verhindern, dass durch zu starken Stromfluss Kabel zu warm werden oder Geräte wegen zu hohen Dauerstromflusses durchbrennen.

Der typische oder maximale Verbrauch ergibt sich aus den elektrischen Kennwerten eines Verbrauchers: Betriebsspannung, Leistung, Stromstärke, Innenwiderstand. Mit zwei bekannten Werten lassen sich die beiden unbekannten jederzeit errechnen. Meist sind die Betriebsspannung und die Leistungsaufnahme bekannt, der Innenwiderstand kann mit dem Multimeter gemessen werden; so lässt sich die abzusichernde Stromstärke nach dem Ohmschen Gesetz leicht ermitteln:

Formel Ohmsches GesetzFormel Ohmsches Gesetz

 

 

 

Schmelzsicherung einbauen

Bild SicherungBild Sicherung

Zwei Varianten der Sicherungshalter für unsere Zwecke gibt es, die Platinen- und die Gehäuseversion. Bei der Platinenfassung sind zwei Federklammern auf der Schaltungsplatine des Gerätes befestigt, in die die Sicherung eingeklipst wird (linkes Bild). Um hier eine durchgebrannte Sicherung auszuwechseln, muss das Gehäuse geöffnet werden. Sofern damit zu rechnen ist, dass Sicherungen des Öfteren ausgetauscht werden müssen, werden ins Gehäuse von außen zugängliche Sicherungshalter eingebaut, die die Sicherung mit einem Schraubdeckel in ihre Anschlüsse drücken
(rechtes Bild). Ganz rechts sehen Sie das Schaltzeichen einer
Sicherung.

Bimetall-Sicherungen

Da auf der Modellbahnanlage bei Montage- und Wartungsarbeiten, aber auch durch Entgleisungen häufiger Kurzschlüsse vorkommen, wäre eine Schmelzsicherung die weniger geeignete Sicherung für Modellbahn-Trafos. Aber es gibt noch andere Sicherungsformen. Der Wärmeeffekt des Stromflusses lässt sich für Schutzvorrichtungen nutzen.

Bild BimetallBild BimetallSobald einem Bimetall, also einer festen Verbindung zweier Metallstreifen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, Wärme zugeführt wird, dehnen sich beide Metalle aus, das eine aber stärker als das andere, so dass sich das Bimetall verbiegt. 

Diese Wärmezufuhr kann auf zweierlei Weise erfolgen: Entweder wird der Strom selbst durch das Bimetall geschickt und sorgt unmittelbar für dessen Erwärmung oder das Bimetall wird mit isoliertem Widerstandsdraht umwickelt und von diesem aufgeheizt. Die wärmeabhängige Biegung lässt sich nun in einen Schaltvorgang verwandeln, wenn das Bimetall Bestandteil eines Stromkreises ist, der durch die Verbiegung aufgetrennt wird. In diesem Stromkreis fließt also Strom nur so lange, als ein bestimmter Wert der Stromstärke nicht überschritten wird, denn zu starke Erwärmung öffnet den Bimetallschalter. Bevor der Trafo überlastet wird, schaltet der Bimetallschalter ab und man muss warten, bis er sich wieder abgekühlt hat und den Trafo wieder einschaltet. Bei manchen Geräten schaltet der sich zurückbiegende Kontakt nicht von selbst wieder ein, sondern es ist ein Entsicherungsknopf am Gehäuse zu drücken.

Alles einzeln absichern?

Am sichersten ist es, jeden Sub-Stromkreis für sich abzusichern, denn wenn an einer Zuleitung ein Magnetantrieb und ein Lichtsignal hängen, sind deren Stromstärken sehr unterschiedlich. Man kann aber auch übertreiben. Sinnvoll sind separat abgesicherte Stromkreise immer dort, wo von einem sehr hoch belastbaren Anschluss dünne Leitungen abzweigen, die bei Fehlern schon mal warm werden können, ohne dass die „Hauptsicherung“ etwas davon bemerkt.

Fehler rasch finden

Dezentrale Sicherungen sind meist versteckt unter der Anlage angebracht, wo die Sicht nicht unbedingt gut ist. Eine simple, billige Ergänzung der Sicherungen hilft beim Auffinden einer durchgebrannten Sicherung.

Löten Sie parallel zur Sicherung eine Leuchtdiode und deren Vorwiderstand ein. Solange die Sicherung intakt ist, nimmt der Strom den Weg des geringsten Widerstands, und die LED bleibt dunkel. Brennt der Sicherungsfaden jedoch durch, quält sich der Strom durch Widerstand und LED; die LED leuchtet auf, aber der Strom ist zu schwach, um dahinter noch Schaden anzurichten.

Ein Vorwiderstand von 1 kΩ als Einheitsgröße erfüllt die an ihn gestellte Aufgabe bei allen modellbahnüblichen Betriebsspannungen.

Liegt Wechselspannung an, muss zusätzlich zu LED und Vorwiderstand noch eine Sperrdiode in Reihe geschaltet werden.

Bild Schaltung mit SicherungBild Schaltung mit Sicherung

Bild SicherungBild Sicherung

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