Kaltleiter
Die Funktion der Kaltleiter einfach erklärt
Kaltleiter sind Elemente, die Strom bei geringen Temperaturen besser leiten. Da ihr elektrischer Widerstand mit zunehmenden Umgebungstemperaturen steigt, sind die sogenannten PTC-Fühler auch zur Temperaturmessung geeignet. Heizungsregler nehmen die entsprechenden Werte auf und nutzen diese für die bedarfsgerechte Regulierung der gesamten Heizungsanlage. Die Abkürzung PTC steht dabei für den positiven Temperaturkoeffizienten (engl.: positive temperature coefficient), der das charakteristische Verhalten der Materialien erklärt.
Kaltleiter bestehen aus zahlreichen kleinen Kristallen. Mit zunehmenden Temperaturen bilden sich an deren Grenzen Grenzschichten (Potenzialwände), die den Fluss der freien Elektronen behindern. Infolgedessen sinkt die Stromaufnahme und der elektrische Widerstand der Bauteile nimmt zu. Während alle Metalle dieses Verhalten aufweisen, ist es bei Kaltleitern besonders stark ausgeprägt.
Kriterien für die Wahl geeigneter Fühler
Grundsätzlich sind Kaltleiter mit unterschiedlichen Eigenschaften am Markt erhältlich. Sollen sie als Temperaturfühler eingesetzt werden, müssen Experten die Elemente passend zum Einsatzort auswählen. Relevant ist hier unter anderem der Widerstand im kalten Zustand. Dieser kann bis zu mehreren Kilo-Ohm betragen und lässt sich bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius angeben. Erkennbar ist der Wert an der Abkürzung „R25“ (Widerstand „R“ bei 25 Grad Celsius). Wichtig ist außerdem das charakteristische Temperaturverhalten. Also die Veränderung des elektrischen Widerstands bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen.
Weitere Kennwerte beziehen sich auf die Temperaturbereiche, die Ansprechtemperatur, die Belastbarkeit und die Spannungsbereiche der Kaltleiter. Die Ansprechtemperatur beschreibt dabei den Punkt, an dem die Widerstandskurve steil ansteigt.
Sprechen Experten von der Belastbarkeit, geht es hingegen um die Verlustleistung, die bei einer bestimmten Temperatur auftritt. Temperatur- und Spannungsbereiche müssen grundsätzlich für die Einsatzbedingungen geeignet sein.
Praktische Einsatzgebiete für die Kaltleiter
Wie bereits beschrieben, kommen PTC-Thermistoren unter anderem als Temperaturfühler für die Heizung zum Einsatz. Hierbei handelt es sich in der Regel um Platin-Bauteile (PT), da diese eine annähernd lineare Widerstandskurve aufweisen. Außerdem eignen sich die Bauteile auch als Niveaufühler für Flüssigkeiten oder als Überstromschutz. Als Niveaufühler kühlen Kaltleiter ab, wenn sie von einer ansteigenden Flüssigkeit umspült werden. Infolge dessen sinkt ihr Widerstand und mehr Strom fließt durch sie hindurch. Als Überstromschutz bieten sie eine interessante Alternative zu weitverbreiteten Schmelzsicherungen. Während diese nur einmal auslösen können, sind PTC-Fühler reversibel.
Materialwahl beeinflusst die Kaltleiter-Eigenschaften
Während alle Kaltleiter mit einem höheren Widerstand auf zunehmende Temperaturen reagieren, ist ihr spezifisches Verhalten von den verwendeten Ausgangsmaterialien abhängig. Üblich sind zum Beispiel Fühler aus dotiertem Silizium, Platin, Barium oder Titan. Je nach Zusammensetzung und Herstellungsverfahren lassen sich die Widerstandskurven dabei optimal an die verschiedensten Einsatzbereiche anpassen. Ganz gleich, ob für diesen steile oder eher flache Kurven erforderlich sind.