Eine kleine Geschichte der
Schmelzsicherung in der Elektronik

Von der Sollbruchstelle zum Bauteil, vom angepassten Geräteschutz zur Normung sowie die Geschichte der Detail-Entwicklungen:

  "träge" Schmelzleiter  - Dünn- und Dickfilmschmelzleiter  - Miniaturisierung der Bauformen

  Der folgende erste Teil der Ausarbeitung zur Normengeschichte ist ein Ausschnitt einer umfangreicheren Darstellung der Geschichte der Sicherungen so wie der Geschichte der Wickmann Werke. Sie ist daher noch nicht vollständig und wird schrittweise ergänzt und redaktionel überarbeitet.
(Alle Bilder ohne Quellangabe stammen aus Wickmanndokumentationen.)

Diese Vorveröffentlichung geschieht auf vielfachen Wunsch von Besuchern dieser Internetseite.

Manfred Rupalla

Die geschichtliche Entwicklung der bei Gerätesicherungen verwendeten Techniken und Technologien weist seit den 1940ger Jahren einen gewissen Stillstand auf.

Bis dahin war der Überstromschutz für ein Gerät mit den Fehlermöglichkeiten des Gerätes abgestimmt. Während der Kurzschlussfall kaum Beachtung fand

„ Ganz eigenartige Untersuchungen veröffentlichte Oelschläger (Elektrotechn. Zeitschr. 1904). Eruntersuchte die beim Durchschmelzen einer Sicherung unter Kurzschluß auftretenden Strom- und Spannungsverhältnisse mit Hilfe des Oszillographen.“

„Zur Theorie der Abschmelzsicherungen“, Georg J. Meyer, 1906

wurden Dauerstrom, kleinster Abschaltstrom und Abschaltzeit den Gerätebedingungen angepasst.

Obwohl oder gerade weil der Bedarf an solchen maßgeschneiderten Sicherungen in einer sich rasant entwickelnden Elektronik ständig wuchs wurden Geräte-Sicherungen 1943 nach DIN bzw. der 1943 erschienenen VDE 0820 genormt.

Abmessungen, Eigenschaften und Prüfbedingungen wurden so vereinheitlicht und vergleichbar. Ein Ausschnitt aus der Zeitschrift Funkschau von 1944 zur Notwendigkeit einer Normung macht dies deutlich:

„....Übersicht über den Stand der Nor­mung bei Beginn des Jahres 1944 zeigt. Der Erfolg wird beson­ders deutlich, wenn man die gewonnene Vereinfachung itn Ge­samtvorgang der Herstellung, d. h. der Planung, Entwicklung, Konstruktion, Materialbeschaffung, Fertigung, Lagerhaltung. Be­stellung, im Schriftverkehr, in den Bauunterlagen, den Werkzeu­gen, den Herstellungsmaschinen und in der Anwendung be­trachtet. Alle diese Vorgänge wurden wesentlich vereinfacht, mit geringerem Personal durchführbar und damit verbilligt. Außer­dem wurden die Massenfertigung der Bauelemente und Geräte in höchsten Stückzahlen sowie ihre Austauschbarkeit möglich und damit ihr Masseneinsatz gesichert.

Es seien nur einige wenige Beispiele für die gewonnene Verein­fachung genannt: Es gibt heute an Stelle von etwa 5000 Kontakt­nieten nur 850, von etwa 600 Lötösen und Lötstiften nur 26, von etwa 3000 Papierkondensatoren nur 148. von 380 Drehknöpfen nur 64, von 62 Blechsorten nur 15, von 485 Blechschnitten nur 54, von über 1000 Drosseln nur 140 und von etwa 10000 verschie­denen Schichtdrehwiderständen nur 441.

Die Normung der Nachrichtenmittel hat ihren Niederschlag in der Form der deutschen Einheit s blätter (DIN-E-Blätter) ge­funden, die der Deutsche Normenausschuß 1940 neben den eigent­lichen Normblättern (DIN-Blätter) zur Abkürzung des Bearbei­tungsverfahrens einführte. Diese Einheitsblätter³) können ohne das bei gewöhnlichen Normblättern übliche, meist sehr zeitrau­bende Veröffentlichungsverfahren verabschiedet werden. In ihrem Inhalt unterscheiden sie sich nicht von gewöhnlichen Normblät­1cm. Als äußeres Merkmal tragen sie lediglich zwischen „DIN“ und der Ordnungszahl das Wort ‚.Einheitsblatt“. Im Laufe der Zeit soll. wenn die Entwicklung der Normiteile einen gewissen Abschluß erreicht hat, von Einheits- auf Normblätter übergegan­gen werden.

Vielfach mußte sich die Vereinheitlichung für eine gewisse Über­gangszeit auf die Festlegung sehr weiter Toleranzen aus Grün­den der Herstellung (z. B. vorhandene aufzubrauchende Werk­zeuge) beschränken, was für den Verbraucher sehr unerwünscht war, doch ist bei einigen Normteilen inzwischen eine Uberarhei­hong im Gange mit dem Ziel, die Toleranzen einzuengen. Auch mußten aus diesen Gründen manchmal Ubergangstypen geschaf­fen werden, doch wird durch die Festlegung „Bei Neukonstruk­tionen nicht verwenden“ erreicht, daß solche Ubergangstypen in absehbarer Zeit automatisch in Fortfall kommen, ohne daß Ferti­gungsschwierigkeiten entstehen. In einigen Fällen stellt die bis­heri~e Vereinheitlichung nur einen ersten Schritt dar; nach einer gewtsscn Erprobungszeit werden solche Blätter dahingehend überprüft, ob nicht eine weitergehende Beschränkung der Typen möglich ist.“

Funkschau Heft 3 / 4; März/April 1944

Die wachsende, fast unübersichtliche Vielfalt der maßgeschneiderten Gerätesicherungen wurde damit zwar eingedämmt aber es waren auch nur noch Detailentwicklungen im Rahmen der Normen möglich wie an anderer Stelle bereits beschrieben.

Der optimale Überstromschutz wurde durch ein Bauteil mit der größten Schnittmenge von Geräte- und Normeigenschaften der Sicherung ersetzt. So wurden 1943 mit der VDE 0820 nicht nur Begriffe definiert und Kennwerte vereinheitlicht sondern auch die Nennstromstufen zwischen 15 mA und 10 A von 45 auf dann 15 Werte reduziert und die ca. 30 verschiedenen Abmessungen auf nur noch 7 reduziert.

Wie bereits an anderer Stelle beschrieben geben Normen lediglich den kleinsten gemeinsamen Nenner vieler Interessengruppen wieder (die der Gerätehersteller scheint nur wenig oder gar nicht einbezogen gewesen zu sein). Das Resultat war (und ist?) eine gewisse Praxisferne der Normen.

Einer der führenden Akteure dieser vereinheitlichenden Entwicklung war in Deutschland die Firma Wickmann. Sie war zumindest (vermutlich neben der Firma Pudenz aus Wuppertal) einer der führenden Sicherungshersteller mit großem Wissen auf dem Gebiet der Entwicklung und Herstellung von Sicherungen allgemein und von Gerätesicherungen im Besonderen.

Gehen wir zurück in das Jahr 1918.

Bis zu diesem Zeitpunkt liegt es noch im Dunklen der Geschichte wer die benötigten und eingesetzten Sicherungen herstellte die seit dem ersten Patent von T. Edison 1890 (er verwendete Drahtstücke aus Sn oder Pb als „Sollbruchstellen“) zum Schutz von elektrischer Anlagen und Geräten verwendet wurden. Georg J. Meyer hatte in seinem Buch „Zur Theorie der Abschmelzsicherungen“ von 1906 bereits die, im Wesentlichen bis heute gültigen, Grundlagen für Abschmelzsicherungen erstellt.

Zwar wurden bereits 1892 Arbeiten zu ersten theoretische Grundlagen in der „Elektrotechnischen Zeitschrift“ von Feldmann zusammenfassend dargestellt aber die Versuche von Forbes, Preece, Reinisch, Grassot, Skrischinski und Uppenborn kamen wohl über den Charakter interessanter Aufsätze nicht hinaus. Lediglich die von Preece gefundenen funktionalen Zusammenhänge von Schmelzleiterdurchmesser und Grenzstrom sowie die Arbeiten von Herzog&Feldmann (Elektr. Leitungen 1893) die den Zusammenhang von Schmelzleiterlänge und Grenzstrom bzw. Abschaltzeit nachgewiesen fanden Einzug in die praktischen Auslegungen von Sicherungen. Auch die Bedeutung des Wärmehaushaltes einer Sicherung (z.B. der Einfluss der Klemmen auf den Grenzstrom) wurde zu dieser Zeit bereits erkannt. G.J.Meyer erwähnt übrigen auch eine Arbeit von Oelschläger (Elektrotechnische Zeitschrift 1904) die sich mit dem Durchschmelzen einer Sicherung unter Kurzschluß auftretenden Strom-und Spannungsverhältnissen beschäftigte (siehe Zitat weiter oben).

Besonders in der „Elektrotechnischen Zeitschrift“ wurden in dieser Zeit noch viele Aufsätze zum Thema Schmelzsicherungen veröffentlicht. Erst G. J. Meyer fasste sie in seinem Buch „Zur Theorie der Abschmelzsicherungen“ 1906 inhaltlich zusammen und dokumentierte damit die enorme Bedeutung die Schmelzsicherungen in der Elektrotechnik, oder besser vielleicht in der Elektronik in dieser Zeit bekommen haben.

Im Allgemeinen gilt, dass bis etwa 1910 fast ausschließlich Sicherungen mit offen liegenden Schmelzleitern eingesetzt wurden. In den 1920ger Jahren (etwa bis 1926) wurden zunehmend geschlossene Einsätze, sog. Patronensicherungen verwendet.

Die erste Patronensicherung wurde von der Firma Dr. Paul Meyer AG (Gründung 1899, u.A. Schaltanlagen für Hoch- und Niederspannung) etwa 1904 auf den Markt gebracht.

Da dies fast nur alles Hochstromanwendungen waren liegt der Schluß nahe, dass Geräte und Anlagenhersteller sich den benötigten Überstromschutz für den jeweiligen Einsatz selbst entwickelten.

Der Wechsel von der offenen Lamellensicherung zur (Glas-) Rohrsicherung wurde in der Mitte der 1920ger Jahre vollzogen. Die zylindrischen Abmessungen 5x20mm für Glasrohrsicherungen für die Grenzströme 2, 4 und 6A wurde im VDE-Blatt 9398 erstmals definiert. Diese VDE-Vorschrift wurde 1941 in die DIN 49398 umbenannt.

In diesen Vorschriften wurden vermutlich jedoch nur Leitungssicherungen definiert. Gerätesicherungen zum Schutz einzelner Geräte oder gar deren inneren Stromkreise wie wir sie heute kennen waren in der Normung unbekannt. Zumal die häufigsten Anwendungen für Schmelzsicherungen im Kraftmaschinenbereich mit hohen Grenzströmen lag (Grenzströme bis ca. 600A waren durchaus üblich).

Aber, wie die vielen theoretischen Arbeiten aus dieser Zeit zeigen wurden die Grundlagen einer optimal angepassten Sicherung immer komplexer. Eine Auslagerung dieser Problematik lag also nahe.

„Mit der Einführung von Netzgeräten für den Empfang von Rundfunksendungen um diese Zeit, sind Glasrohrsicherungen auch in derartige Geräte eingebaut worden. Für die Absicherung der Anoden- und Heizkreise in den damals benutzten Rundfunkröhren wurden aber meist Stromstärken nötig, die niedrigere Werte hatten. Teilweise verlangten die Hersteller von Rundfunkgeräten aber andere Abmessungen für ihre Fabrikate. Neben den Abmessungen 5x20mm wurden auch 5x25mm, 5x30mm, 7x30mm mit spitzen Kappen, 7x40mm, 8x50mm, 8,3x85mm und viele Sonderausführungen verlangt.“

(Privatarchiv Jost Degen, Firma Schurter)

Die von der Firma Wickmann 1931 auf den Markt gebrachten unverwechselbaren Gerätesicherungen mit einem oder zwei Passzapfen erweiterte die bis dahin üblichen Varianten um viele weitere Grenzströme und Abmessungen.

„Die großen Unterschiede in den Abmessungen und Typen führte schließlich zu einer staatlich verordneten Typenbeschränkung, bei der wegen des Ersatzbedarfs noch einige Sonderausführungen bestehen blieben“

(Privatarchiv Jost Degen, Firma Schurter)

„Die im Juli 1939 vom Generalbevollmächtigten für technische Nachrichtenmittel erlassenen Richtlinien für die Vereinheitli­chung der Rundfunkgeräte können als der Ausgangspunkt für die nun einsetzende umfangreiche Normung auf dem Gebiet der Fernmeldetechnik. besonders der Bauelemente, und zwar nicht nur der für die Rundfunkgeräte, deren Herstellung inzwischen sehr eingeschränkt wurde, angesehen werden. Vorher waren zwar auch schon Normen aufgestellt worden, sie betrafen aber nur ei­nen geringen Teil der Fernmeldetnittel. „

Funkschau Heft 3 / 4; März/April 1944

Die Überarbeitung des Normblatts 2 der DIN vom 14.09,1942 legte Nennspannungen bis 250V fest und die im Jahr 1942 gegründete VDE-Kommission legte erstmals die Definition des Nennstroms fest und löste damit die bis dahin übliche Angabe eines Dauer- oder Grenzstromes ab.

Zudem ließen sich die Theoretischen Grundlagen nicht einfach 1 zu 1 auf kleinere Sicherungen übertragen. Im Dezember 1943 erschien daher die erste Ausgabe der „Leitsätze für Gerätesicherungen in der Fernmeldetechnik VDE 0820/XII.43“.

Nicht ganz unbeteiligt an dieser ordnenden Entwicklung war offensichtlich die Firma Wickmann, wie das folgende Zitat zeigt:

„Wie soll nun eine solche Gerätesicherung bemessen sein? Eine gültige Formel hierfür ist bis jetzt nicht vom VDE oder einer sonstigen maßgebenden Stelle aufgestellt worden, weil die Verhältnisse bei jedem Gerät verschieden sein können.“

Die Absicherung elektrischer Anlagen in Luftfahrtzeugen, Vortrag O. Ackermann im Reichsluftfahrtministerium, Mai 1936

Die Firma Wickmann repariert seit ihrer Gründung 1918 in Dortmund Sicherungen. Ob in dieser Zeit oder ab wann bei Wickmann bereits Sicherungen produziert wurden, ist nicht dokumentiert.

Der VDE war im Januar 1893 gegründet worden befasste sich aber im Wesentlichen mit Hochstromanwendungenin der Industrie und der Landwirtschaft. Das wird auch deutlich wenn man bedenkt das 1914 erst ca. 5,5% der Haushalte in Berlin einen Stromanschluß hatten. Der VDE versuchte zwar bereits 1911 mit der Ausstellung „Elektrizität im Hause“ die private Nutzung der Elektrizität zu stützen und der Elektrizität damit den Nimbus des geheimnisvollen zu nehmen. Was aber wohl erst mit der Vermarktung der Rundfunktechnik gelang.

„Am 29. Oktober 1923 nahm in Berlin im Voxhaus der erste deutsche Rundfunksender seinen offiziellen Betrieb auf. Die ersten erhältlichen Geräte waren alle von der R.T.V. (Reichstelegraphenverwaltung) plombiert, damit der Käufer nicht etwa den Wellenbereich oder andere technische Details ändern konnte. Am Ende des Jahres 1923 waren etwa 1000 Hörer gemeldet. Die meisten Hörer nahmen mit einem einfachen Detektorempfänger, die nur in direkter Sendernähe funktionierten am Hörfunkprogramm teil.

In ländlich geprägten Regionen war das neue Medium den meisten Menschen unbekannt. Es war zudem ein kostspieliges Vergnügen, da leistungsfähige Empfänger benötigt wurden um die weit entfernten Sendestationen zu empfangen. In den linksrheinischen, französisch besetzten Gebieten war der Rundfunkempfang in den Anfangsjahren von der Militärmacht nicht erlaubt.

1924 begann im ganzen deutschen Reichsgebiet ein von Berlin aus angeführtes Radiofieber. In allen großen Städten entstanden Sender mit anfangs noch kleiner Leistung (meist um 1 Kilowatt).

Firmen, die Rundfunkempfänger und Einzelteile herstellten schossen wie Pilze aus dem Boden. Viele dieser oft kleinen Hersteller wollten nur schnelles Geld verdienen und liefen, ohne ausgereifte Technik und ohne Bauerlaubnis der R.T.V., meistens schon nach kürzester Zeit ihrem Ende entgegen. Wer die Zeichen der Zeit übersah ging unter.

Trotzdem - schon Anfang 1926 war die erste Million Radiohörer erreicht. Noch empfingen die Meisten mit billigen Detektorempfängern, welche nur leisen und unsicheren Kopfhörerempfang zuließen. Doch die allgemeine Trendwende hin zum Röhrenempfänger war eingeläutet. In diesen Anfangsjahren bis Mitte 1925 durfte nur Selbstbasteln, wer eine sogenannte Audionsversuchserlaubnis erworben hatte. Man kann sie mit der heutigen Amateurfunkprüfung vergleichen.

Endlich wurden auch sogenannte Nebensender errichtet. Sie sollten den Empfang in kleineren Städten und in ländlicheren Regionen auch mit billigeren Empfängern verbessern. Ab 1928 setzten sich dann endgültig die komfortablen Röhrennetzempfänger durch. Die teuren und umständlichen Batterien fielen weg. „

www.oldradio.de/wiki/index.php/Rundfunkgeschichte

Im Jahr zog Wickmann nach Witten1929/1930, 1930 war in Witten Produktionsbeginn Die Firma war eine der wenigen Firmen und vielleicht sogar die einzige, die in dieser Zeit Gerätesicherungen herstellte. Konkurrenzlos war sie wahrscheinlich nicht. Die Firma Pudenz aus Wuppertal hatte bereits 1909 mit einer ähnlichen Produktpalette begonnen (Unterlagen der Firma Pudenz zu dieser Zeit stehen noch aus und werden später ergänzt). Die Firma „Koop“ (heute Hersteller von Sicherungsautomaten) befasste sich zwar auch mit der Gerätesicherheit, aber nicht mit Schmelzsicherungen. Die Firma AEG stellte 1929 bereits „Installations-Selbstschalter“ her, wie einem Aufsatz von G. Rauber, (Elektrotechnische Zeitschrift 1929, Heft 9) über „Die betriebswirtschaftliche Bedeutung der Kleinautomaten“ zu entnehmen ist.

Die Firma „Schurter“ (nach dem Krieg schärfster Konkurrent der Firma Wickmann in Europa) wurde erst 1933 in Luzern/Schweiz gegründet und reparierte in den ersten Jahren ebenfalls ausschließlich Sicherungen. Erst 1937 begann die Firma Schurter AG mit der serienmäßigen Herstellung von Feinsicherungen. Vorbild in konstruktiver und elektrischer Hinsicht scheint aber auch hier die Wickmann-Sicherung gewesen zu sein. Hauptabnehmer war die „schweizerische Telephonverwaltung“ und die einheimischen Radiofirmen. Das europäische Ausland war wegen der uneinheitlichen Normen und den fehlenden international gültigen Definitionen (in der Schweiz die VSM-Norm über Schmelzeinsätze für Steckdosen aus dem Jahr 1939 und die SEV-Publikation Nr. 153).

Die ersten mir vorliegenden Wickmann-Kataloge stammen aus dem Jahr 1931 (die wohl älteste ist die Sonderliste 7 von 1930, s. Archiv des Vereins für Orts- und Heimatkunde, Witten). Die angebotene Produktpalette der Firma hat sich gewandelt. Wurden ab 1918 im wesentlichen noch Sicherungen repariert liegt der Produktionsschwerpunkt jetzt – 1931 – offenbar bei Leitungs- und Gerätessicherungen für verschiedenste Einsatzgebiete.

Die Produkte wirken so ausgereift, dass davon ausgegangen werden kann, dass diese Sicherungstypen wesentlich früher entwickelt und hergestellt wurden. Es scheint als ob Wickmann zunehmend die Entwicklungsarbeit der Geräte- und Anlagenhersteller übernahm. Möglicherweise war der steigende Platzbedarf einer Produktion auch der Grund für den Umzug nach Witten.

Im Jahre 1936 hielt ein Oberingenieur der Firma Wickmann einen heute bedeutenden Vortrag im Reichsluftfahrtministerium. Die Auswirkungen des Vortrags waren in vielerlei Hinsicht von historischer Bedeutung:

Ohne auf konkrete VDE-Normen hinzuweisen stellt Ackermann fest, dass bisherigen Vorschriften für Leitungssicherungen nicht ausreichen:

„..Unter diesen Umständen (bezieht sich auf ein vorgenanntes Beispiel, Anm. des Autors) kann eine solche Absicherung keinesfalls mehr einen Schutz für das Gerät bilden, da dieses bei auftretenden Überströmen, die weit geringer sind als der Abschmelzstrom der vorgeschalteten Leistungssicherung, restlos zerstört würde......Trifft dieses zu, so muß für eine gesonderte Absicherung des Gerätes unbedingt Sorge getragen werden. Wie soll nun eine solche Gerätesicherung bemessen sein? Eine gültige Formel hierfür ist bis jetzt nicht vom VDE oder einer sonstigen maßgebenden Stelle aufgestellt worde, weil die Verhältnisse bei jedem Gerät verschieden sein können“

Die Absicherung elektrischer Anlagen in Luftfahrtzeugen, O.Ackermann – Wickmann 1936

Im Folgenden des Vortrags schlug Ackermann u.A. eine Definition des Nennstroms und der Abschalt- bzw. Halteströme vor. Der damit einhergehende Ersatz der Angabe der Stromstärke oder des Grenzstromes einer Sicherung durch den Nennstrom öffnete allerdings auch einen rel. Große undefinierten Überlastbereich der Sicherung.

1943 normte der VDE mit der Normenschrift VDE 0820 Gerätesicherungen. Mit dem Ergebnis, dass der individuelle Schutz eines Gerätes fest definierten Eigenschaften weichen musste.

Der kleine Katalogausschnitt aus dem Jahr 1936 zeigt die Vielfalt der individuell angepassten Gerätesicherungen:

Das änderte sich dramatisch. Vorteil der Normung war eine allgemeingültige Definition von Eigenschaften so z.B. Einführung des Begriffs „Nennstroms“ und der (erweiterten) Nennstromreihe, Unterscheidung von flinken, mittelträgen und trägen Schmelzsicherungen, feste Abmessungen, 250V Anwendungen,.....

Aber es gab auch Nachteile. So wurde der kleinste Abschaltstrom im Überlastbereich von 1,4*Grenzstroms auf 2,1*Nennstrom gesetzt. Der größte Haltestrom wurde bei 1,5*Nennstrom festgelegt. Die Nennstromdefinition war damit durch die Grenzen größter Haltestrom/kleinster Abschaltstrom gegeben. Der gerätespezifische Grenz- oder Belastungsstrom entfiel was die Gerätehersteller sicher nicht erfreut haben dürfte. Sie mussten ihre Schaltungen so auslegen, dass Dauer- und Fehlerstrom sich an diesen Grenzen orientierte. Mit den im Februar 1944 erschienenen DIN 41571 für verwechselbare und 41574 für unverwechselbare Schmelzeinsätze wurde nur noch die Abmessungen 5x30, 5x25 und 5x20mm für Stromstufen zwischen 0,02 bis 6A veröffentlicht. Im Rahmen der Stromstärkenbeschränkung waren in einer Dekade nur noch max. sechs Stromstufen für für Neuentwicklungen vorgesehen, während Zwischenwerte nur noch für dringenden Ersatzbedarf geliefert werden durfte.

Die geschichtliche Bedeutung dieser Normung hat zwei Aspekte:

Für die Gerätehersteller wurden Entwicklungszeiten kürzer weil die Sicherungen nicht mehr speziell für ihr Gerät entwickelt werden mussten.

Wichtiger war die Normung jedoch für die Sicherungeshersteller (im Wesentlichen Wickmann und Pudenz, aber auch schon Schurter).

Die Normung ermöglichte erst die Massenproduktion von Schmelz- bzw. Gerätesicherungen.

Entsprechend groß war auch das Engagement der europäischen Sicherungshersteller nach 1945 in den Normungsausschüssen. Die Geräteindustrie blieb da weitgehend außen vor. Zwar waren ab 1950 für die Verbraucher in den Normungsgremien (FNE/VDE) die Herren Deman FTZ, Lörcher SEL und Nickel TuN vertreten ihr Einfluss dürfte jedoch nicht sehr bedeutend gewesen sein wie die spätere Entwicklung zeigte.

Die Bedeutung von Wickmann ist nur schwer einzuschätzen. Einerseits wurden 1941 Auslandsvertretungen im „feindlichen“ Ausland geschlossen andererseits war man noch auf den (internationalen) Messen – Industriemesse in Leipzig, Funkausstellung in Berlin – vertreten.

Die Aktivitäten im Normungsverfahren des VDE und der DIN öffneten auch der Konkurrenz Tür und Tor. Aus all dem ist zu schließen, dass es Wickmann in erster Linie daran gelegen war den stark wachsenden Markt zu bedienen und – natürlich – ein großes Stück des Kuchens abzubekommen. Da Wickmann mit Abstand die wohl größte Erfahrungen in der Entwicklung von Gerätesicherungen hatte gelang es in den 1940ger Jahren zum erstenmal Gerätesicherungen so zu normen wie Wickmann sie bereits herstellen konnte. Das sollte später nochmals geschehen. Die Arbeit in den Normungsgremien und den Ausschüssen war für Wickmann in hohem Maße existenzsichernd.

Belegschaft der Firma war von 1600 im Jahr 1944 auf knapp 400 im Jahr 1946 gesunken. 1950 arbeiteten Vertreter der konkurrenz Firmen Pudenz, ESA und EFEN bereits in den Normungsauschüssen mit und dürften zusammen mit der Firma Schurter aus der Schweiz Wickmann an Bedeutung auf dem Markt übertroffen haben. Im Jahr 1955 wurde Westdeutschland auch wieder zur Mitarbeit bei der „Internationalen Elektrotechnischen Kommission IEC“ heran gezogen.

Die Firma Wickmann gewann an Bedeutung. Im Jahr 1961 wurde erstmals wieder die Belegschaftsstärke von 1000 Mitarbeitern überschritten und erreichte 1973 mit knapp 1200 Mitarbeitern ihren höchsten Stand nach dem Krieg.

1974 wurde Christian Gutzmer, Entwicklungsleiter Geräteschutz, zum Obmann der deutschen Sektion der IEC ernannt. Damit kam Wickmann sowohl bei der Harmonisierung der verschiedenen internationalen und nationalen Normen als auch bei der Erneuerung und Weiterführung von Normen eine bedeutende Rolle mit hohem Einfluss zu.

Wie wichtig und notwendig diese Harmonisierungsarbeit war zeigt die folgende kleine Übersicht der wichtigsten Normungsgremien:

In der Zeit von 1940- etwa 1950 entstanden in Europa die meisten nationalen Normen. Verschieden nationale Gremien waren um Definitionen der Gültigkeitsbereiche und der elektrischen Eigenschaften von Schmelzsicherungen bemüht.

In der Schweiz war dies u.A. der VSM und der SEV.

In Deutschland bemühten sich die DIN, die Arbeitsgruppe FNE, DKE, GMA und der VDE um Vereinheitlichung und der Schaffung von Standards die es mittlerweile in großer Vielzahl gab (Werksnormen, Marinenorm, Luftfahrtnorm, ….usw.).

Etwa ab 1950 wurde versucht internationale und nationale Standards zu harmonisieren. Die bisher schon auf nationaler Ebene unübersichtlichen Normungsaktivitäten wurde durch Stellen des europäischen Auslands nicht übersichtlicher. Im Wesentlichen wären hier die Vorgaben der CEE, CEI und natürlich die IEC zu nennen. Da auch versucht wurde die USA und Canada zumindest zu informieren kamen noch die UL und CSA hinzu. Dies ist nur eine kurze Aufzählung der wichtigsten und einflußreichsten Gremien.

Wem es gelang in dieser Arbeit seine Handschrift erkennen zu lassen bestimmte die Zukunft der Schmelzsicherungen und damit die Marktposition seiner Firma.

In wieweit Wickmann aktiv an der Gestaltung der Normen beteiligt war ist z.Zt. noch schwer zusagen. Sicher ist, dass einer der Entwickler, Oskar Ackermann, schon 1941 bei Pudenz in Wuppertal war und

„Der alliierte Kontrollrat hatte zwar Ende des Jahres 1946 dem Fachnormenausschuß Elektrotechnik die Erlaubnis erteilt, seine Arbeiten in allen vier Besatzungszonen einschl. Berlin fortzusetzen, aber es kam erst am 18 Oktober 1948 in Frankfurt/Main zu einer Zusammenkunft des FNE 205 „Installationsmaterial“ unter Leitung von Herrn Cames. Dieser Kreis war aber nur für Schalter und Steckdosen, D-Sicherungen, Verlegungsmaterial und Elektrorohre zuständig. Von Herrn Ackermann wurde angeregt, mit der ArA Fernmeldetechnik Kontakt aufzunehmen, um auch das Gebiet der Gerätesicherungen den neuen Erfordernissen entsprechen zu überarbeiten.“

(Privatarchiv Jost Degen, Firma Schurter)

Die offizielle Sitzung von FNE 345.1 „Sicherungen“ wurde am 23 Februar 1950 im Gelben Hof in Bacharach abgehalten. Mit dabei waren natürlich Vertreter der Firma Wickmann, Herr Burk und Herr Ackermann – der in der Quelle Degen jetzt allerdings der Firma Pudenz zugeordnet wird)

aus dem Privatarchiv Jost Degen, Firma Schurter: Niederschrift über die erste Sitzung der VDE-Kommission 0820, 1953

Bereits 1955 wurde in der IEC ein Sub-Komitee SC 32 C gegründet. In dieser Gruppe arbeiteten China, Dänemark, Deutschland, England, Frankreich, Japan, Niederlande, Schweden, Schweiz, USA und die USSR mit. Das Sub-Komitee wiederum unterteilte sich in versch. Arbeitsgruppen. Die WG 3 (working group 3) hatte den Auftrag einen Entwurf für „Schmelzsicherungen für gedruckte Schaltungen“ zu erarbeiten.

Leitender Sekretär der Gruppe war Christian Gutzmer von den Wickmann-Werken.

Die Arbeiteten waren stark geprägt vom Zwang zur Miniaturisierung der Gerätesicherungen. Wickmann verfolgte im Wesentlichen zwei Entwicklungslinien:

Die Nutzung der Dünnschichttechnik zur Produktion von Schmelzleitern und einlötbare, bedrahtete Sicherung mit einem Kontaktabstand von 10mm (entspr. 4e).

Anfang der 1980ger Jahre übernahm eine neue Geschäftsleitung unter Wolf Dieter Öls die Entwicklungslinien. Die neue Leitung unterstützte die Normungsarbeit verstärkt und es gelang 1981 (?) eine Sicherung für gedruckte Schaltungen zu normen die Wickmann entwickelt hatte und – vor allem – in wesentlichen Teilen patentiert hatte – die TR5.

In den gesamten 25 Jahren der Patentlaufzeitzeit beherrschte Wickmann damit den internationalen Markt. Den Managern und Entwicklern der Firma war damit wiederum ein wesentlicher Beitrag zur Sicherung der Existenz der Firma Wickmann gelungen.

Ein weiterer Wechsel der Führungsmannschaft (GF und Entwicklungsleitung) 1995 führte zu einer nur noch gebremsten Normungsarbeit. Mit dem Auslaufen der Patente zur TR5 wuchs ab 2002 der Konkurrenzdruck erheblich. Da nutzte auch die 2002 abgeschlossene Entwicklung einer marktreifen Chipsicherung nichts mehr. Die Normen zu dieser neuen, stark miniaturisierten SMT-Chip-Sicherung waren ohne die Mitwirkung der Wickmann-Werke fixiert. Die el. Eigenschaften waren so ungenau definiert das jedes Unternehmen vom Sicherungshersteller bis zum Widerstandshersteller solche Chip-Bauteile fertigen und anbieten konnte.

Version1/04.03.09

Von der Sollbruchstelle zum Bauteil

Für Sicherungen im Hochstrombereich (In > 1 A) war damit der „träge“ Schmelzleiter beschrieben. Wie Wickmannkataloge zeigen, wurde diese Konstruktion mit Sn-Reservoir bereits seit etwa 1934 eingesetzt, eine frühere Beschreibung der Funktion des Zinns ist mir jedoch nicht bekannt. Varianten mit Sn/Pb-Alternativen wie amphoterer Elemente (beschrieben in einem österreichischen Patent von 1955) oder exotherm reagierenden Materialien (schweizer Patent von 1954) konnten sich nicht durchsetzen.
Die zunehmende Verbreitung und Weiterentwicklung der Radiogeräte machte aber „Feinsicherungen“ kleiner Nennströme (Nennstrom etwa 70-90 % des Grenzstroms, je nach Normung) mit träger Abschaltcharakteristik notwendig. Eine vom Grundprinzip ähnliche Lösung: Heizspirale bringt Lot zum Schmelzen, zeigt bereits der Wickmannkatalog von 1931 (siehe oben). Baxter beschreibt jedoch eine Lösung, deren Grundprinzip später auch bei Schichtsicherungen von großer Bedeutung wird.

Beide Bilder aus „Electric Fuses“ von H.W. Baxter, London 1950

(Die Konstruktion sieht kompliziert aus, was aber zu dieser Zeit nichts Besonderes war. Wickmann-Zeichnungen aus dem Jahr 1932 zeigen Sicherungskonstruktionen, die dem Gezeigten in nichts nachstanden)

Die Methode, einen massiven Schmelzleiter mit hohem I²t-Wert (I²t-Wert = Kurzschlussfaktor) bei kleinen Belastungsströmen durch Sn-Diffusion bereits zum Abschalten anzuregen, wurde in den folgenden Jahrzehnten mehrfach variiert und ist auch im Jahr 2007 in verschiedenen Varianten zu finden.
Einen wirklichen Fortschritt in der Entwicklung träger Schmelzleiter wurde erst etwa 1974 durch zwei Patente („Herstellung von Wickelschmelzleitern“ und „Wickelschmelzleiter“) von Geradus J. Deelman, Entwicklungsleiter bei der Firma Olvis aus den Niederlanden, erreicht.
Soweit meine Unterlagen es dokumentieren, wurde in den Patenten erstmals die gezielte Diffusion von Sn oder Sn/Pb in Ag oder Cu zur Nenn- bzw. Grenzstromabsenkung gezeigt. Damit war die Möglichkeit gegeben, rel. massive Schmelzleiterdrähte mit hohem I²t-Wert einzusetzen und damit eine rel. große Trägheit erreicht.

Die Zeichnung zeigt einen auf einen Kern (in diesem Fall ein Isoliermaterial) gewickelten Schmelzleiterdraht. Zur Grenzstromabsenkung sind Sn oder Sn/Pb-Perlen aufgebracht. Die Größe und Position der Perlen ist auf das Schmelzleitermaterial und den Nennstrom der Sicherung abgestimmt.

Die Firma Wickmann perfektionierte die Konstruktion u.a. dadurch, dass keine Sn-Perlen sondern eine galv. Sn-Beschichtung des Schmelzleiterdrahtes entwickelt wurde. Die Diffusionsmechanismen und das Temperaturverhalten der Drahtmaterialien (z.B. die temp.-bedingte Grobkornbildung bei Ag) wurden umfangreich untersucht und für die Praxis weiterentwickelt.
Der träge, miniaturisierbare Schmelzleiter war erfunden.

Näheres zur Sn-Diffusion bei Sicherungs-Schmelzleitern werde ich an anderer Stelle erläutern.

Nach Oben

Entwicklung der Dünn- und Dickschichtschmelzleiter :

Mit zunehmender Bedeutung der Fein- bzw. der Gerätesicherung wuchsen die Anforderungen an Leistungsvermögen und Variationsmöglichkeiten der Sicherungen. In den 50er und 60er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden (neben dem Bestreben nach einer Normung von Geometrie und elektr. Leistungsanforderungen) besonders kleine Nennstromstufen im Bereich In < 1 A bis In = 32 mA gefordert.

Bei der Schmelzleiterlänge von 19mm der G-Sicherung wurden für diese Nennstromstufen Drähte aus z. T hochschmelzenden Widerstandsmaterialien benötigt die häufig Drahtdurchmesser von weniger als 20µm notwendig machten.
Diese Drähte waren kaum oder nur von ausgesuchtem Personal noch zu verarbeiten und von daher qualitativ zumindest sehr schwer zu beherrschen.
Mit dem Einsetzen der Miniaturisierung gegen Ende der 60er Jahre (z.B. Pico- und Micro-Fuse der Firma Littelfuse) wurden die Schmelzleiterlängen erheblich verkürzt (2-4 mm), und damit wurden noch dünnere Drähte notwendig (D≤10µm). Die Firma Wickmann baute die Micro- und Pico-Fuse zwar in Lizenz der Firma Littelfuse und hatte mit der Entwicklung der „Ultra-Feinsicherung“ bereits 1934 (Wickmann-Patent, Erich Mühlbach) eine eigene Feinsicherung mit Nennströmen herunter bis In ca. 1mA im Programm. Aber die in jedem Fall aufwendige Fertigung dieser Sicherungen war teuer und ließ kaum große Stückzahlen zu. Die Verarbeitung der „Wollastondrähte“ wie sie für die „Ultra-Feinsicherung“ benötigt wurden, war zudem noch sehr gefährlich für das Personal (Ätzvorgänge in hoch giftigen Galvanikbädern).
Ein Blick in die Wickmann-Kataloge dieser Zeit lässt die Problematik erahnen.
Als Lösung der Wahl präsentierte sich die Dünnfilmtechnik. Ein im Vakuum auf einen Keramikträger aufgebrachter, dünner Metallfilm war so dünn realisierbar (die dünnsten Schichten waren nur über den Widerstand zu bestimmen und wurden in Angström gemessen – 10 Angström = 1 nm), dass auch wieder Edelmetalle verwendet werden konnten. Der hohe TK der Edelmetallschmelzleiter, die leichte Handhabbarkeit der Keramikträger und die Aussicht auf eine einfache Massenproduktion war für viele Sicherungsfirmen Grund, sich mit dieser Technik zu befassen. Es war wiederum die Firma Wickmann, die sich in einem 1966 gestarteten Projekt ernsthaft mit der Anwendung dieser Technologie für die Produktion von Sicherungsschmelzleitern befasste.
Niemand war dafür besser geeignet als die beiden Vakuumspezialisten der Firma Wickmann - der Physiker Ch. Gutzmer und Dr. rer. nat. E. Mühlbach mussten allerdings mit sehr einfachen Mitteln forschen. Das folgende Bild zeigt die einfache, selbst erstellte Aufdampfanlage:

Problem war, dass die Dünnschichttechnik rel. jung war und erst 1946 von der Firma Balzers in Lichtenstein zur Anwendungsreife entwickelt wurde. Die Einsatzgebiete waren aber vorzugsweise in der Optik und nicht in der Elektrotechnik angesiedelt.
Die Aufgabenfelder des Einsatzes der Dünnschichttechnik in der Elektrotechnik waren (sind?) vielfältig. Die wesentlichen Aufgaben können wie folgt zusammengefasst werden:

-                     Dicke und Haftfestigkeit der Schichten ließen normale Verfahren der Verbindungstechnik (z. B. Löten) nicht zu. Die Verbindungen waren inhomogen und kaum belastbar, wie das folgende Bild von Abreißversuchen dokumentiert:

-                     Der große Einfluss der guten Wärmeleitfähigkeit des Schichtträgers (z.B. Keramik) veränderte die Strom-Zeit-Kennlinie der fertigen Sicherung. Die Anforderungen der damals gültigen Normen an Widerstand und Kennlinie wurden, wenn überhaupt, nur knapp erfüllt.

-                     Die stark streuende Stromdichtenverteilung in der leitenden Schicht führte zu Effekten, die bis dahin weitgehend unbekannten waren. Mechanische Stresseffekte, die bei hohen Stromdichten das Schichtgefüge verändern und die u. a. zu Verschiebungen im Widerstandsbereich und damit der Kennlinie führten, sind - bezogen auf Schmelzleiter - bis heute kaum erforscht.

Dennoch nahm die Dünnschichttechnik ihren Weg in der Entwicklung elektronischer Schaltungen und der Widerstandstechnik.
Um eine optimale Verbindung von Schicht und Anschluss zu erhalten, wurden neue Verfahren der Verbindungstechnik entwickelt und die Kontaktstellen der Dünnschicht im Dickschichtverfahren verstärkt.
Der Einfluss der Wärmeleitfähigkeit des Trägers wurde schaltungstechnisch kompensiert oder - wo möglich - sogar genutzt, um höhere Leistungsdichten der Schaltungen zu erhalten.
Die Homogenität der Schichten wurde durch neue Verfahren (Ionen-Plating, Sputtern) verbessert und spielte bald bei geringen Stromdichten kaum noch eine Rolle.

Bei Schmelzleitern in Dünn- oder Dickschichttechnik waren viele Lösungsansätze allerdings nicht möglich.
Verbindungen zwischen Zuleitung und Schmelzleiter waren in der Praxis nicht brauchbar solange versucht wurde, diese Schmelzleiter mit vorhandener Verbindungstechnik in G-Sicherungsgehäuse (i. d. R. Röhrchen) einzubauen.
Die Verbindungsqualität wurde erst durch die Kombination beider Schichttechnologien verbessert bzw. erst ermöglicht. Das erste (mir bekannte) Patent, welches sich speziell mit dieser Kombination befasst, wurde im Januar 1979 in Deutschland angemeldet. Wie die Praxis zeigte, blieb diese Kombination problematisch und setzte in der Realisierung viel Erfahrung bei den Produktentwicklern voraus. Auch hier war die Forschung im Hause Wickmann weltweit führend. Daran hat sich bis zur Auflösung der Wickmann-Werke grundsätzlich nichts geändert.

Das Problem der streuenden Stromdichtenverteilung in der leitenden Schicht ist im Wesentlichen ein Problem konstanter Schmelzintegrale und einer notwendigen Pulsfestigkeit der Schmelzleiter.
Erst mit neuen Dickschichtmaterialien, die etwa ab 1999 verfügbar waren, kam man einer Lösung dieser Probleme nahe.
Leider verließ Wickmann kurz danach die Weltbühne der Schmelzsicherungen. Konkurrenzunternehmen forschten auf diesem Gebiet nicht, da obengenannte Anforderungen in den traditionellen Normen nicht definiert waren (mein Stand: Sommer 2007).

Der große Einfluss der guten Wärmeleitfähigkeit des Schichtträgers war zwar für Norm-Schmelzsicherungen von Nachteil, aber er machte neue Bauteile möglich.
Ein (Sicherheits-) Mangel der Schmelzsicherung und verwandter Bauteile (z.B. Sicherungswiderstände) ist die kaum oder schlecht definierte Überlastabschaltung im Bereich bis etwa 2,5*Nennstrom.
Bauteile wie der 1982 patentierte „Protensor“ nutzten Erwärmung und die Wärmeleitfähigkeit gezielt aus, um den jeweils aktuellen Arbeitspunkt der Schmelzsicherung zu detektieren.
Auch die von den Drahtschmelzleitern bekannte Technik der Sn/SnPb-Diffusion war anwendbar, wie ein Patent der Firma Wickmann aus dem Jahr 1999 zeigt.

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht der Patente und Erfindungen, die sich speziell mit Schichtschmelzleitern bzw. Sicherungen befassen. Die Tabelle ist natürlich nicht vollständig. Einmal, weil mir nur Archivunterlagen der Wickmann-Historie zur Verfügung standen, und zum anderen neuere, noch aktive Patente hier noch nicht präsentiert werden dürfen. Dennoch glaube ich, mit der Auswahl dem Leser die wichtigsten Eckdaten für die Geschichte von Schichtschmelzleitern geben zu können.

Geschichte der Miniaturisierung:

Die Geschichte der Miniaturisierung von Feinsicherungen ist eng verbunden mit der Entwicklungsgeschichte der Elektronik. Die Radioindustrie machte den in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts den Anfang. Um die rel. kleinen Betriebsströme der Radio- und Funkgeräte abzusichern, wurden kleine Nennströme und kleine Baugrößen benötigt. So wurde die Entwicklung der Feinsicherung notwendig. Obwohl das Raumangebot für Bauteile in den Radiogeräten der 20er und 30er Jahre noch recht großzügig war, waren offene Schmelzleiter mit Nennströmen von mehreren Ampere in geschlossenen Geräten, die z. B. in privaten Haushalten betrieben werden, nicht das Bauteil der Wahl. Die folgenden Fotos zeigen den Werdegang der Elektronik und machen deutlich, welchem Anpassungsdruck Schmelzsicherungen bzw. Feinsicherungen ausgesetzt waren.

Die ersten Bilder zeigen ein Radiogerät aus dem Jahr 1933. Es ist ein Telefunken-Super 330 WL Nauen. Das Bild wurde mit freundlicher Genehmigung der Internetseite www.oldradio.de entnommen. Übrigens eine sehr interessante Seite, auf der man mit viel Spaß in der Radiogeschichte stöbern kann.

Telefunken-Super T 330 WL Nauen. Aus dem Jahr 1933 – Wickmann-Sicherung Typ 19505 LS 42mm lang

Diese Bauart blieb uns lange erhalten. Ich kenne sie noch aus meiner Kindheit, als ich die ersten Radiogeräte „sezierte“. Erst die aufkommende Leiterplattentechnik der späten 70er und die der SMD-Technik (SMD = Surface Mount Technology = oberflächenmontierbar) der späten 80er Jahre führten notwendigerweise zu erheblich kleineren Bauteilen.

Zwischen den Bauteilen der beiden Bilder ist nicht unbedingt ein Technologiesprung in der Elektronik zu verzeichnen, aber ein Technologiesprung in der Entwicklung der Feinsicherungen. Während im linken Bild eine, seit 1930 bekannte Geräte-Sicherung der Bauform 5 mm x 20 mm zu sehen ist, zeigt das rechte Bild eine Chip-Sicherung mit einer Abmessung von 3,2 mm x 1,6 mm.
Beide Bauteilgrößen kommen heute zum Einsatz. Je nach Anforderung und Schutz-Aufgabe haben beide Sicherungen ihre Daseinsberechtigung.
Normen, wie die für Europa wichtige IEC127, wurden angepasst oder erweitert. Datenblätter bekamen eine größere Bedeutung. Sie enthielten - oder besser enthalten - mehr und spezifischere Daten und, wo die Normen Freiräume ließen, werbewirksame Daten.
In dieser Beziehung war und ist man recht kreativ. Das, für viele Anwendungen so wichtige „Schmelzintegral“ wird z.B. von Firma zu Firma, von Produkt zu Produkt bei unterschiedlichen Überströmen ermittelt. Die Auswahl oder eine Vergleichbarkeit ist daher oft erschwert.

Die Gefahr, Schmelz-Sicherungen durch andere, z.B. elektronische Lösungen oder Sicherungswiderstände zu ersetzen, sie sozusagen „aus-zu-designen“, ist allgegenwärtig, wie das folgende Bild zeigt:

Die Elektronik eines Scanners zeigt deutlich (roter Kreis) den Platz der für eine bzw. zwei Sicherungen F1 und F2 vorgesehen war.

Ein häufig zweifelhaftes Vorgehen der Applikations-Ingenieure. Ob das so schlau ist und welche Vor- oder Nachteile damit verbunden sind wird noch zu untersuchen sein.
Doch dazu später und an anderer Stelle mehr.