Thermosicherungen (auch Temperatursicherungen genannt) werden zum sicheren und einmaligen Trennen von Stromkreisen verwendet, wenn eine vorgegebene zulässige Betriebstemperatur überschritten wird. Sie verhindern dadurch einen möglichen Brand auch nach Jahren des zuverlässigen Betriebs.
Die häufigsten Anwendungen finden sich in unbeaufsichtigter Leistungselektronik zum Absichern von Netzgeräten, Elektromotoren, Lüftern und vielem anderem mehr. Um welche Wärmequelle es sich aber handelt, spielt eigentlich keine Rolle. Jede Anwendung, in welcher potentiell übermässige Wärme entstehen kann, bietet Potential für eine Thermosicherung.
Automobil im Wandel
Vor 20 bis 30 Jahren waren Automobile meist sehr spartanisch ausgestattet. Mechanik war noch Trumpf. Elektrische Fensterheber fand man teils erst unter Optionen. Heute ist das völlig anders. Moderne Automobile bieten eine Unmenge an elektronischen Helferlein und höchsten Komfort. Nehmen wir nur den Sitz: Er verfügt über integrierte Airbags, kann im Winter elektrisch beheizt werden, bietet eine Speichermöglichkeit für verschiedene Sitzeinstellungen und womöglich gar eine Massage-Funktion.
Werfen wir einen Blick auf die Klimatisierung des Interieurs. Klassische Lüfter sind neben Klima-Anlagen de facto Standard. Zumeist für mehrere Zonen getrennt einstellbar. Eine komfortable Umgebungstemperatur soll möglichst rasch – somit unter Einsatz grosser Leistung – sichergestellt werden. Wer will schon gern schwitzen im Sommer bzw. frieren im Winter?
Infotainment? Natürlich. Das volle Programm. Gab’s früher gerade mal ein FM-Radio mit zwei Breitbandlautsprechern, so wollen heute ganz andere Bedürfnisse befriedigt werden: Neben dem DVD-Player mit DAB-Radio ist ein Navigationssystem mit Online-Anbindung zur Stauwarnung schon in der Kompaktklasse zu haben. Rückfahrkamera? Natürlich. Wer hat das nicht? Und klingen soll das ganze wie im Konzertsaal. Ein Dutzend separate Lautsprecher sind schnell verbaut, und dieses Dutzend will versorgt werden. Verstärker müssen her. Kraftvolle, dynamische Verstärker mit bis zu 1000 W Leistung und mehr, damit man’s auch mal krachen lassen kann. Derweil vertreibt sich der Nachwuchs auf den Rücksitzen mit Gamen auf der Playstation oder DVD-Video seine Zeit.
Dies ist nur ein kleiner Ausschnitt aus der immer breiter werdenden Palette der Fahrzeugsysteme. Allesamt eigentlich nicht zwingend erforderlich. Aber auch sie wollen versorgt werden. Am üblichen 12-Volt-Bordnetz.
Hohe Leistungsdichte
Die Leistungsdichte im Auto nimmt zusehends zu. Moores Gesetz besagt, dass sich die Komplexität von integrierten Halbleitern rund alle zwei Jahre verdoppelt. Dieses Gesetz lässt sich auch auf die Leistungshalbleiter anwenden. Es ist also absehbar, dass die Leistungsdichte weiter ansteigen wird. Anwendungen werden leicht gefunden werden, die noch mehr Komfort und noch mehr Sicherheit versprechen.
Je höher die Leistungen, die vom 12-Volt-Bordnetz abgerufen werden, desto höher fallen natürlich die Ströme aus. Das 12-Volt-Bordnetz kommt ja bereits heute in Fahrzeugen mit besonders vielen Verbrauchern an seine Grenzen, resp. muss durch ein zweites Bordnetz (48 Volt) ergänzt werden.
Hohe Ströme führen – unter anderem – zu hohen Verlusten. Diese Verluste fallen als Wärme an, und diese Wärme ist der ärgste Feind der Automobilelektronik während ihres Lebenszyklus. Sie führt zur beschleunigten Alterung von Bauteilen. Dieser schleichende Tod der Bauteile wird im Normalbetrieb nicht wahrgenommen, bis die ersten Komponenten ausserhalb ihrer Temperaturvorgaben betrieben werden. Zudem begünstigen hohe Ströme den Fall eines Thermischen Durchgehens.
Thermisches Durchgehen
Als Thermisches Durchgehen (engl. thermal runaway) bezeichnet man die Überhitzung einer technischen Apparatur aufgrund eines sich selbst verstärkenden, Wärme produzierenden Prozesses. Diese Schädigung bewirkt in der Regel die Zerstörung der Apparatur und führt oftmals zu Brand oder Explosion. Verursacher sind hierbei zumeist Leistungshalbleiter.
Eine ähnlich gelagerte Gefahrenquelle stellen Lithium-Ionen-Akkus dar. Oft werden die Akku-Kapazitäten mit höchst möglichen Entladeströmen und kürzesten Ladezeiten bis an ihre Grenzen belastet. In Elektrofahrzeugen etwa werden zur Erreichung hoher Leistungen kleine Akku-Zellen der Grössenordnung 4 VDC / 3200 mAh parallel und in Serie verschaltet. Um eine Betriebsspannung von 400 VDC zu erreichen, braucht man also 100 Zellen in Serie. Die Ausdauer, Reichweite resp. die Leistung des Gesamtpaketes kommt dann über die Parallelschaltung vieler solcher 400 V-Strings. In leistungsstarken Elektrofahrzeugen kommen mehrere tausend Zellen auf engstem Raum zusammen. Was ein einzelner defekter Akku anrichten kann, kennen wir von den Smartphone-Akkus eine bekannten Herstellers oder den Bränden an Bord des Boeing 787 „Dreamliners“.
Automotive als Synonym für höchste Anforderungen
Absolute Zuverlässigkeit ist im Automobilsektor das A und O. Eine solche Thermosicherung muss über viele Jahre ohne Murren funktionieren. Sie muss im kältesten Winter ebenso willig ihren Dienst verrichten wie bei brütender Hitze. Schläge, Vibrationen? Alltag. Einschalten, Ausschalten – zyklische Festigkeit ist unverzichtbar. Die thermischen, elektrischen und mechanischen Anforderungen an solche Sicherungen sind enorm. Sie müssen unter allen Bedingungen zuverlässig ihren Dienst verrichten. Dazu werden sie unter Extrembedingungen getestet: Bauteile im Automobil müssen höchste Schockbelastungen und Vibrationstest mit Beschleunigungen über 40 g bestehen.
Erfahrener Ansprechpartner
SCHURTER führt eine ganze Palette an Sicherungen für Automotive gemäss AEC-Q200 für verschiedenste Applikationen (Battery Management, Klimaregelung, motornahe Elektronik für Diesel und Benziner u.v.m.). Die enge Vernetzung mit internationalen Automotive-Organisationen und der Industrie selbst machen SCHURTER zum kompetenten Ansprechpartner für alle Fragen rund um die Absicherung von Elektronik im Automobilbau.
Die Kompetenzen und Erfahrungen von SCHURTER liegen aber auch auf zahlreichen weiteren Gebieten der Leistungselektronik. So werden Thermo- und Überstromsicherungen bzw. deren Kombination auch in vielen anderen Industrien angeboten. Überall dort, wo höchste Zuverlässigkeit und Langlebigkeit gefordert sind.
Quelle: White Paper SCHURTER AG