Die Geschichte des Sicherungsautomaten: Von der Schmelzsicherung zum modernen Leitungsschutzschalter

Einleitung

Wer heute einen Sicherungskasten öffnet, blickt auf eine übersichtliche Reihe genormter, farbig markierter Schalter – die Leitungsschutzschalter (LS-Schalter). Sie sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken und schützen zuverlässig vor den Gefahren der Elektrizität. Doch der Weg bis zu diesem komfortablen Standard war lang und von bedeutenden Innovationen geprägt. Dieser Artikel zeichnet die faszinierende Geschichte nach: von den einfachen Anfängen der Schmelzsicherung über die Einführung des ersten Sicherungsautomaten bis hin zu den hochpräzisen Schutzeinrichtungen der Gegenwart.

Teil 1: Die Ära der Schmelzsicherungen

1.1 Die Anfänge: Die ersten Schmelzleiter

Mit dem Aufkommen der elektrischen Energie gegen Ende des 19. Jahrhunderts entstand auch das Bedürfnis, Leitungen und Geräte vor den Folgen von Überstrom und Kurzschluss zu schützen. Die ersten Schutzvorrichtungen waren denkbar einfach: Es handelte sich um in die Stromkreise einklemmbare Schmelzleiter aus Metallen wie Blei, Silber oder Zinn . Bei Überschreitung eines bestimmten Stromflusses schmolzen diese Drähte durch und unterbrachen den Stromkreis – ein einfaches, aber wirksames Prinzip. Diese frühen Sicherungen waren jedoch weder genormt noch boten sie einen Berührungsschutz .

1.2 Die Geburtsstunde der Schraubsicherung

Ein entscheidender Fortschritt gelang im Jahr 1901. Die Firma Dr. Paul Maier entwickelte eine einschraubbare Sicherung, bestehend aus einer Schraubhülse und einer Patrone . Dieses Prinzip erwies sich als zukunftsträchtig und wurde von verschiedenen Herstellern aufgegriffen und weiterentwickelt. Das Problem dieser Zeit war jedoch die Vielzahl an inkompatiblen Systemen auf dem Markt.

1.3 Das Diazed-System: Ein Meilenstein der Normung (ab 1906/1909)

Eine Revolution in der Welt der Schmelzsicherungen gelang Siemens. Bereits 1906 entwickelt und 1909 auf den Markt gebracht, setzte das Diazed-System (D-System) neue Maßstäbe in Sachen Sicherheit und Austauschbarkeit . Der Name „Diazed“ ist ein programmatisches Akronym und steht für „Diametral abgestuftes zweiteiliges Edisongewinde“ .

• Diametrale Abstufung: Dies war die geniale Kernidee zur Verhinderung von Fehlbedienungen. Der Durchmesser des Patronenfußkontakts variierte je nach Stromstärke: Ein kleinerer Durchmesser stand für einen niedrigeren Nennstrom, ein größerer Durchmesser für einen höheren . Dadurch konnte physisch keine zu starke Sicherung in einen Sockel geschraubt werden, der für einen schwächeren Stromkreis vorgesehen war.
• Zweiteilige Bauweise: Das System bestand aus dem eigentlichen Schmelzeinsatz (der Patrone) und einer separaten Schraubkappe mit Sichtfenster, durch die der Zustand der Sicherung kontrolliert werden konnte .
• Edisongewinde: Die Verwendung der bereits von Glühlampen bekannten Gewinde (E27, E33) ermöglichte eine einfache Handhabung und Herstellung .
• Passschrauben und Farbcodierung: Ein zusätzliches Sicherheitselement war die Passschraube (auch Passring genannt), die im Sockel saß und nur mit einem Spezialwerkzeug gewechselt werden konnte. Sie ließ nur Schmelzeinsätze mit einem bestimmten maximalen Durchmesser zu . Sowohl die Passschraube als auch der Kennmelder in der Patrone waren farbcodiert, um die Stromstärke auf einen Blick erkennbar zu machen. Die Farben wurden dabei den damaligen Pfennig-Briefmarken entlehnt . Die folgende Tabelle zeigt die historische Farbcodierung:

Die Diazed-Sicherungen wurden in verschiedenen Größen für unterschiedliche Spannungen und Strombereiche gefertigt. Es gab sie für Nennströme von 2 A bis 200 A, abgestuft auf verschiedene Gewindegrößen (E16, E27, E33, R 1 1/4″, E 2″) . Sie waren kurzschlussfest und wurden zum weltweiten Standard, der in rauen Industrieumgebungen bis heute überlebt hat .

1.4 Die Weiterentwicklung: Neozed (ab 1930er Jahren)

In den 1930er Jahren wurde das bewährte Prinzip der Schraubsicherung durch die Einführung der Neozed-Sicherungen (D0-System) ergänzt. Der Name „Neozed“ setzt sich aus „Neo“ (neu) und „zed“ (für Diazed) zusammen. Diese Sicherungen waren bei gleicher Funktionsweise deutlich kleiner und kompakter, was angesichts des steigenden Platzbedarfs in Verteilerkästen ein großer Vorteil war. Auch sie nutzten das Prinzip der Farbcodierung und der Passhülsen zur Vorsicherung .

Ebenfalls in dieser Zeit kamen die trägen Sicherungen auf den Markt, die mit einem Schneckensymbol gekennzeichnet waren. Sie schmolzen bei kurzen Stromüberschreitungen, wie sie beispielsweise beim Einschalten von Motoren auftreten, nicht sofort ab .

Trotz aller Sicherheitsvorkehrungen hatten Schmelzsicherungen einen entscheidenden Nachteil: Sie waren Wegwerfartikel. Nach jedem Fehler mussten sie durch eine neue ersetzt werden. Dies war nicht nur lästig und kostspielig, sondern führte in der Praxis auch zu gefährlichen „Basteleien“, bei denen durchgebrannte Sicherungen mit Draht überbrückt wurden – ein oft brandursächliches Verhalten .

Teil 2: Die Revolution – Der erste Sicherungsautomat

2.1 Hugo Stotz und sein Pioniergeist

Die entscheidende Wende in der Geschichte des Leitungsschutzes ist eng mit dem Namen Hugo Stotz verbunden. Stotz gründete bereits 1891 in Mannheim eine Firma, die sich mit elektrischen Installationen, insbesondere für die damals aufkommende elektrische Beleuchtung, beschäftigte . Als Tüftler und Unternehmer suchte er stets nach Lösungen, um die Elektrizität sicherer und komfortabler in die Häuser zu bringen.

2.2 Die Erfindung des thermisch-magnetischen Automaten (1924)

Im Jahr 1924 gelang Hugo Stotz zusammen mit seinem Ingenieur Heinrich Schachtner der große Wurf. Sie entwickelten den ersten Sicherungsautomaten mit thermisch-magnetischer Auslösung und ließen ihn am 9. November 1924 patentieren . Diese Erfindung adressierte genau die Schwachstellen der Schmelzsicherung: Sie war wiederverwendbar und vereinte zwei Schutzwirkungen in einem Gerät.

Das Funktionsprinzip war ebenso einfach wie genial:

1. Thermische Auslösung (bei Überlast): Fließt über einen längeren Zeitraum ein zu hoher Strom (z.B. durch zu viele gleichzeitig betriebene Geräte), erwärmt sich ein Bimetallstreifen. Dieser verformt sich und löst bei einer kritischen Temperatur den Schaltmechanismus aus. Diese Auslösung ist träge und simuliert das Erwärmungsverhalten der Leitungen .
2. Magnetische Auslösung (bei Kurzschluss): Bei einem plötzlichen, sehr hohen Kurzschlussstrom erzeugt eine Spule ein starkes Magnetfeld, das einen Anker anzieht und den Schalter sofort (innerhalb von Millisekunden) auslöst .

Dieser „Stotz-Automat“, wie er bald genannt wurde, war ein durchschlagender Erfolg. Ab 1928 begann die serienmäßige Produktion des Modells S11 . Ein besonderer Clou war, dass dieser erste Automat genau in die vorhandenen Edison-Schraubgewinde (E27) der herkömmlichen Schmelzsicherungssockel passte. Bestehende Installationen konnten somit einfach nachgerüstet werden .

2.3 Die Vorteile der neuen Technologie

Der Stotz-Automat bot gegenüber der Schmelzsicherung eine Vielzahl von Vorteilen:

• Wiederverwendbarkeit: Nach Behebung der Störung konnte der Automat einfach per Knopfdruck wieder eingeschaltet werden. Das lästige und kostspielige Wechseln der Sicherung entfiel .
• Erhöhte Sicherheit: Die Gefahr von Lichtbögen beim Einschrauben einer neuen Sicherung oder von gefährlichen Überbrückungen („Flicken“) wurde eliminiert .
• Komfort: Der Automat diente gleichzeitig als Schalter, um den Stromkreis manuell vom Netz zu trennen .
• Präzision: Die Auslösecharakteristik war definierter und altersunabhängig .

2.4 Die Entwicklung des Unternehmens Stotz

Die Firma von Hugo Stotz wuchs rasant. 1912 war sie bereits ein bedeutendes Unternehmen mit neun Zweiggeschäften und 300 Monteuren. 1918 wurde sie eine Tochtergesellschaft von BBC (Brown, Boveri & Cie.). 1930 fusionierte die Stotz GmbH mit der Kontakt AG aus Frankfurt zur STOTZ-KONTAKT GmbH . Dieser Name wurde über Jahrzehnte zum Synonym für hochwertige Installationsgeräte. 1988 ging BBC schließlich in der neugegründeten Asea Brown Boveri (ABB) auf, und die Traditionsmarke STOTZ-KONTAKT wurde als ABB STOTZ-KONTAKT in das Unternehmen integriert . Noch heute wird am Standort Heidelberg die Tradition der Erfindung mit der Produktion von Millionen Sicherungsautomaten fortgeführt .

Teil 3: Die Moderne – Der Leitungsschutzschalter (LS-Schalter)

3.1 Standardisierung und technische Verfeinerung

Aus dem Stotz-Automaten entwickelte sich im Laufe der Jahrzehnte der moderne Leitungsschutzschalter (LS-Schalter) . Die technologischen Prinzipien sind die gleichen geblieben, doch das Design, die Leistungsfähigkeit und die Standardisierung wurden kontinuierlich vorangetrieben.

Ein Meilenstein war die Einführung der Hutschiene (DIN-Schiene) , die eine schnelle, einfache und normierte Montage der Geräte im Verteilerkasten ermöglichte . Die Geräte wurden zudem immer kompakter. Waren frühe Modelle noch relativ groß, so hat sich im Laufe der Zeit eine Baubreite von 17,5 mm pro Pol als Standard durchgesetzt . 1970 brachte STOTZ-KONTAKT den ersten Sicherungsautomaten in dieser schmalen Bauform auf den Markt .

Auch die Schaltleistung (das Vermögen, hohe Kurzschlussströme gefahrlos abzuschalten) wurde stetig gesteigert – moderne Geräte erreichen heute Werte von 25 kA und mehr .

3.2 Auslösecharakteristiken und Anwendungsbereiche

Heutige LS-Schalter werden vor allem durch zwei Merkmale charakterisiert: den Nennstrom (Iₙ) und die Auslösecharakteristik. Der Nennstrom gibt den Strom an, den der Schalter dauerhaft und fehlerfrei übertragen kann (übliche Werte sind 6 A, 10 A, 13 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A, 63 A). Die Auslösecharakteristik definiert, bei welchem Vielfachen des Nennstroms die magnetische Schnellauslösung anspricht .

Diese Einteilung erlaubt eine optimale Abstimmung des Schutzes auf die jeweiligen Verbraucher und verhindert Fehlauslösungen durch harmlose Einschaltströme.

3.3 Der moderne Sicherungskasten und weitere Innovationen

Im heutigen Sicherungskasten hat der LS-Schalter die Schmelzsicherung für Steckdosen- und Beleuchtungskreise nahezu vollständig abgelöst . Die Norm DIN 18015-1 empfiehlt den Einsatz von LS-Schaltern in Neubauten ausdrücklich .

Die Entwicklung ist jedoch nicht stehengeblieben. Moderne Verteiler beherbergen eine Vielzahl weiterer Schutzgeräte:

• Fehlerstrom-Schutzschalter (RCDs oder FI-Schalter): Schützen Personen vor lebensgefährlichen Stromschlägen, indem sie bereits kleinste Ableitströme gegen Erde erkennen.
• Kombinierte FI/LS-Schalter: Vereinen die Funktionen von Leitungsschutz- und Fehlerstrom-Schutzschalter in einem einzigen, platzsparenden Gerät .
• Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs): Schützen empfindliche Elektronik vor Überspannungen, z.B. durch Blitzeinschläge.
• Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFDDs): Erkennen gefährliche Lichtbögen (z.B. durch beschädigte Leitungen), die einen Brand auslösen könnten .

Die Leistungsfähigkeit dieser Geräte ist beeindruckend: Ein moderner LS-Schalter kann einen Kurzschlussstrom in nur 10 Millisekunden unterbrechen – zehnmal schneller, als ein menschliches Auge blinzeln kann. Dabei wird der Schalter kurzzeitig Temperaturen von 5.000 bis 6.000 Grad Celsius ausgesetzt . ABB produziert allein am Standort Heidelberg heute jährlich rund 45 Millionen Sicherungsautomaten .

Teil 4: Vergleich und Spiegelung der Vergangenheit in der Gegenwart

Die Reise von der Kork- oder Porzellansicherung zum Hightech-LS-Schalter ist eine Geschichte der stetigen Verbesserung von Sicherheit, Komfort und Normung. Dennoch ist die Verbindung zwischen Alt und Neu bis heute sichtbar.

• Nennstrombereiche: Die abgestuften Strombereiche der modernen LS-Schalter (6 A, 10 A, 16 A, 20 A, 25 A, etc.) lehnen sich direkt an die historischen Werte der Schmelzsicherungen an.
• Farbcodierung: Die Farben der historischen Diazed-Sicherungen (z.B. grau für 16 A, rot für 10 A) sind so tief im Bewusstsein der Elektriker verankert, dass viele Hersteller auch heute noch die Schalter oder deren Bedienknöpfe in den entsprechenden Farben kennzeichnen. So ist auf einen Blick die Stromstärke erkennbar.
• Schutzfunktion: Die grundlegende Aufgabe – Leitungen und angeschlossene Geräte vor den Folgen von Überlast und Kurzschluss zu schützen – ist seit den Tagen der ersten Schmelzleiter identisch geblieben. Nur die Art und Weise, wie dieser Schutz realisiert wird, hat sich dramatisch verbessert.
• Parallelentwicklungen: Während sich der Leitungsschutzschalter für die Gebäudeinstallation durchsetzte, entwickelten sich für andere Bereiche spezialisierte Schutzeinrichtungen. Für hohe Ströme in industriellen Netzen und Trafostationen werden bis heute NH-Sicherungen (Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen) eingesetzt . Im Bereich des Schutzes von Generatoren, Transformatoren und Leitungen in der Energieversorgung kamen zeitgleich mit dem Stotz-Automaten komplexe Schutzrelais und Distanzschutzverfahren zum Einsatz, die eine selektive Abschaltung von Fehlern in vermaschten Netzen ermöglichen .

Quellenverzeichnis

1. VDE Leipzig/Halle: Schraubsicherungen (Objekt des Monats Februar 2021). Verfügbar unter: https://www.vde-leipzig-halle.de/de/facharbeit-regional/ets/objekt-des-monats/schraubsicherungen 
2. elektro.net: Diazed/Neozed (2015). Verfügbar unter: https://www.elektro.net/55719/diazedneozed/ 
3. ABB: Die Geschichte des ABB STOTZ-KONTAKT. Verfügbar unter: https://new.abb.com/de/ueber-uns/gesellschaften/abb-stotz-kontakt/geschichte 
4. Baunetz Wissen: Überstrom-Schutzeinrichtungen. Verfügbar unter: https://www.baunetzwissen.de/elektro/fachwissen/schutz/ueberstrom-schutzeinrichtungen-153020 
5. WorldCat: Electric fuses (Institution of Electrical Engineers, London, 1995). Verfügbar unter: https://search.worldcat.org/zh-cn/title/33335854 
6. TiSoft: DIAZED fuse-system. Verfügbar unter: https://www.ti-soft.com/en/support/help/electricaldesign/libraries/curves/devices/diazed 
7. ABB: 100 years of Miniature Circuit Breakers (MCBs). Verfügbar unter: https://new.abb.com/low-voltage/products/system-pro-m/miniature-circuit-breakers/100-years 
8. ABB: The Evolution of Miniature Circuit Breakers (MCBs) – A Century of Technological Advancements (Interview mit Christian Voelker, 16. Oktober 2024). Verfügbar unter: https://new.abb.com/news/detail/120283/the-evolution-of-miniature-circuit-breakers-interview 
9. VDE: Geschichte der Schutztechnik. Verfügbar unter: https://www.vde.com/de/etg/arbeitsgebiete/informationen/geschichteschutztechnik 
10. ABB: 100 Jahre Innovation und Sicherheit: Der Leitungsschutzschalter feiert Jubiläum (10. November 2024). Verfügbar unter: https://new.abb.com/news/de/detail/121084/100-jahre-innovation-und-sicherheit-der-leitungsschutzschalter-feiert-jubilaum