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PTC-Widerstände (Kaltleiter)

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Kaltleiter als Motorschutzfühler.
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Kaltleiter als Temperaturfühler in der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik.
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Ratgeber PTC-Widerstände

Nützliches über PTC-Widerstände

  • Eigenschaften eines PTC-Widerstands
  • Übersicht über Bauarten und Typen von PTC-Widerständen
  • Kriterien und Tipps beim Kauf von PTC-Widerständen
  • Kurz und knapp: Häufige Fragen zu PTC-Widerständen

Eigenschaften eines PTC-Widerstands

PTC-Widerstände sind auch unter dem Namen Kaltleiter oder PTC-Thermistoren bekannt. PTC steht hierbei für die Abkürzung positive temperature coefficient – diese Widerstände besitzen also einen positiven Temperaturkoeffizienten. Dies bedeutet, dass sie Strom in kaltem besser als in heißem Zustand leiten. Der elektrische Widerstand von Kaltleitern steigt an, wenn die Temperatur zunimmt. PTC-Widerstände stellen funktional exakt das Gegenteil von NTC-Widerständen (negative temperature coefficient) dar. NTC-Widerstände werden demzufolge auch Warmleiter genannt. Sie leiten Strom in warmem Zustand besser als in kaltem.

Der Widerstand bei Kaltleitern hängt jedoch nicht ausschließlich von ihrer Temperatur ab. Ebenso haben die Betriebsfrequenz sowie in hohem Maße die anliegende elektrische Spannung Einfluss auf den Widerstandswert eines Kaltleiters.

Die sehr kleinen Kristallelemente, aus denen die PTC-Thermistoren bestehen, bilden Sperrschichten an ihren Grenzen. Beim Überschreiten der vordefinierten Curie-Temperatur wird der Kaltleiter hochohmig, da der elektrische Widerstand steigt. Steigt jedoch die Betriebsspannung, so steigt auch die Feldstärke an den kristallinen Elementen im Kaltleiter. Dadurch verringert sich der Widerstand.

Bei der Herstellung von PTC-Widerständen kommen zumeist keramische Werkstoffe wie beispielsweise das Bariumtitanat zum Einsatz. Es gibt jedoch auch Typen, die auf Polymerbasis hergestellt werden. Diese sind für selbstrückstellende Sicherungen vorgesehen.

Übersicht über Bauarten und Typen von PTC-Widerständen

Unterschiedliche Ausführungen von Kaltleitern werden für verschiedene Einsatzgebiete verwendet. Beispielsweise für die Überstromsicherung, als Übertemperaturschutz oder zur Einschaltstromsteuerung Typen auf Keramikbasis. Diese haben einen nicht linearen Widerstandsverlauf. Auch sind diese Kaltleiter für den Einsatz als selbstregelnde Heizelemente geeignet. PTC-Widerstände, die in Keramik-Dickschichttechnologie gebaut werden, haben hingegen einen annähernd linearen Temperaturgradienten. Solche Kaltleiter werden primär als Sensoren für Überwachungs- und Temperaturmesszwecke eingesetzt. Für selbstrückstellende Sicherungen benötigt man wiederum Widerstände, die auf Polymerbasis hergestellt wurden. Diese haben einen sehr steilen Temperaturkoeffizienten. Durch überstrom bedingte Eigenerwärmung werden polymerbasierte Kaltleiter fast blitzartig hochohmig, sobald die Bemessungstemperatur überschritten wird.

Von der Bauform her sind PTC-Widerstände meist scheibenförmig oder in platzsparender, kompakter Tropfenform erhältlich. Gebräuchlich sind auch Kaltleiter, die über eine Anschrauböse zur thermischen Kopplung an Bauteile oder Gehäuse verfügen. Dies ist besonders beim Einsatz als Messfühler von Vorteil.

Kaufkriterien für PTC-Widerstände – worauf kommt es an?

Beim Kauf eines Kaltleiters müssen Sie einige Faktoren bedenken, da die verschiedenen Typen für unterschiedliche Verwendungszwecke gedacht sind. Hier gibt das Datenblatt des Bauelements wichtige Informationen, damit Ihnen beim Kauf keine Fehler unterlaufen.

Zunächst ist es wichtig, dass der gewählte PTC-Widerstand über die für den jeweiligen Verwendungszweck geeignete Bauform verfügt. Hier ist die Scheibenform die gängigste, aber auch kompaktere Tropfenformen sind erhältlich. Zudem müssen die mechanischen Abmessungen des Kaltleiters auf den Einsatzort abgestimmt sein. Wichtig ist ebenso, dass die elektrischen Eigenschaften des Typs für Ihre Anwendung optimiert sind. Ein für selbstrückstellende Sicherungen gedachter Kaltleiter eignet sich weder für den Einsatz als Überlastschutz noch für die Temperaturmessung, umgekehrt ist ein Sensor für Temperaturmesszwecke nicht als Übertemperaturschutz gedacht.

Um möglichst schnell und unkompliziert den optimalen PTC-Widerstand für den gewünschten Einsatzbereich zu finden, ist im Datenblatt eines jeden Typen die Widerstands-Temperatur-Kennlinie aufgelistet. Diese Kennlinie zeigt Ihnen den Arbeitsbereich, in dem der jeweilige Kaltleiter die erforderlichen Eigenschaften aufweist. Temperatur und Widerstandswert können sofort zugeordnet werden, ohne dass Sie selbst Berechnungen anstellen müssen. Mit Hilfe des Datenblattes und der Kennlinie können Sie den für Ihren Verwendungszweck passenden PTC-Widerstand schnell wählen.

Bei der Auswahl des passenden Bauelements ist weiterhin zu beachten, dass der Widerstand bei Kaltleitern nicht rein temperaturabhängig ist. Auch die anliegende Spannung sowie in relativ hohem Maße die Betriebstemperatur beeinflussen den Widerstand. Deshalb sollten Sie für diese Information ebenfalls das Datenblatt zu Rate zu ziehen.

Mit einzukalkulieren ist, dass sich jeder Typ eines PTC-Widerstands mit zunehmendem Stromfluss erwärmt. Sollten Sie Kaltleiter als Überstromsicherung einsetzen, beachten Sie, dass sich diese sogar relativ stark erwärmen können. Ein ausreichender Abstand zu wärmeempfindlichen Bauteilen ist somit beim Einbau auf der Platine unbedingt zu beachten, um Schäden an diesen zu vermeiden.

Kaltleiter mit Anschraubmöglichkeiten wie Ösen sind bestens für den Einsatz als Messfühler geeignet. Sollen beispielsweise Temperaturen von Kühlkörpern oder Motorgehäusen erfasst werden, ermöglichen diese eine gute thermische Kopplung. Muss die Temperatur direkt überwacht werden, wie in Motor- oder Transformatorenwicklungen üblich, sollte sich für eine Bauart in platzsparender Tropfenform entschieden werden. Diese kann direkt und kompakt in die Wicklung eingebaut werden.

Achten Sie unbedingt vor dem Kauf darauf, ob die vorgeschriebenen Prüfzeichen, wie beispielsweise das VDE-Prüfzeichen, vorhanden sind. Dies ist beim Einsatz von PTC-Widerständen in netzspannungsbetriebenen Geräten oder auch in sicherheitsrelevanten Anwendungen zwingend notwendig.

Kurz und knapp: Häufige Fragen zu PTC-Widerständen

In welchen Betriebsspannungen kann ich PTC-Widerstände einsetzen?
Dies kommt auf die Ausführung des jeweiligen Kaltleiters an. Es gibt Typen, die für Spannungen im unteren zweistelligen Bereich optimiert sind. Aber auch Typen für Netzspannungsanwendungen bis zu einigen hundert Volt sind erhältlich. Wählen Sie deshalb stets den für Ihren Verwendungszweck passenden Typ aus.

Was ist unter dem Nenn Widerstandsbeiwert zu verstehen?
Den Widerstandswert (in Ohm) eines unbelasteten Kaltleiters bei einer vordefinierten Temperatur bezeichnet man als Nenn Widerstandsbeiwert, auch RR. Ein gebräuchlicher Temperaturwert ist hierfür 25°, erkennbar an der Bezeichnung R25.

Warum ist der Widerstandswert eines Kaltleiters auch abhängig von der Spannung, nicht nur von der Temperatur?
Der Widerstandswert eines PTC-Widerstands ist abhängig von der Temperatur, der Betriebsfrequenz sowie der anliegenden Spannung. Wenn die Betriebsspannung ansteigt, so steigt auch die Feldstärke an den kristallinen Elementen im Kaltleiter. Dadurch verringert sich der Widerstand im Kaltleiter. Es sollten also stets alle drei Größen bedacht werden.
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