PTC-Widerstand: Eigenschaften und Anwendung

Der PTC-Widerstand (auch Kaltleiter oder PTC-Thermistor) ist ein elektronisches Bauteil, das seinen Widerstand temperaturabhängig verändert. So leitet es Strom besser hindurch, wenn die Temperaturen in seiner Umgebung niedrig sind. Wir erklären, wie das funktioniert, wie ein solcher PTC-Widerstand aufgebaut ist und wann die Bauteile zum Einsatz kommen. 

Die Funktion der PTC-Widerstände einfach erklärt 

Der PTC-Widerstand ist ein elektronisches Bauteil mit positivem Temperaturkoeffizienten (englisch: positive temperature coefficient oder kurz PTC). Strom fließt dabei immer dann besonders gut durch die Bauteile, wenn deren Temperatur niedrig ist. Steigt die Umgebungstemperatur an, steigt der Widerstand und es fließt weniger Strom. Durch dieses spezielle Verhalten sprechen Experten bei einem PTC-Widerstand auch von einem Kaltleiter.

Bei steigenden Temperaturen entstehen Sperrschichten

Die Bauteile setzen sich aus sehr kleinen, vom Strom durchflossenen Kristallen zusammen. Steigt die Temperatur an, bilden sich an deren Grenzen Sperrschichten. Experten sprechen dabei auch von Potenzialwällen. Diese stören die Bewegung der Elektronen, wodurch Strom schlechter hindurchfließen kann.

isolierter PTC-Widerstand in blau
© ksena32 – stock.adobe.com

Arten und geeignete Materialien für die Kaltleiter

Abhängig davon, wie sich der Widerstand bei steigenden Temperaturen verändert, lassen sich drei Klassen der PTC-Widerstände unterscheiden. Diese sind:

  • Kaltleiter mit linearem Widerstandsverlauf (Einsatz zum Beispiel als Temperaturfühler)
  • Nichtlineare PTC-Widerstände auf Keramikbasis (Anwendung unter anderem als selbstregelndes Heizelement im Keramikheizer)
  • Nichtlineare Widerstände auf Polymerbasis (Einsatz zum Beispiel als selbstrückstellender Überstromschutz)

Während alle Metalle ähnliche Eigenschaften aufweisen, sind diese bei einem PTC-Widerstand deutlich ausgeprägter.

Eigenschaften verschiedener PTC-Widerstände 

Beeinflussen lässt sich das temperaturabhängige Verhalten im Rahmen der Herstellung. Kaltleiter auf Siliziumbasis haben in der Regel einen parabelförmigen Zusammenhang zwischen Temperatur und Widerstand. Sie eignen sich für Temperaturbereiche von Minus 50 bis Plus 150 Grad Celsius und zeichnen sich durch eine geringe Baugröße aus.

PTC-Widerstände, die mit Bariumcarbonat hergestellt werden, erreichen durch ihre spezifischen Eigenschaften ein ganz besonderes Temperaturverhalten. So wirken sie bei niedrigen und hohen Temperaturen wie Heißleiter (NTC-Widerstand). Der Widerstand nimmt dabei ab, je wärmer es wird. Im dazwischenliegenden Bereich steigt der Widerstand mit zunehmenden Temperaturen jedoch stark an.

Kaltleiter aus reinen Metallen zeichnen sich durch einen vergleichsweise linearen Widerstand aus. So eignen sich zum Beispiel Platinwiderstände wie der PT100 sehr gut zur Temperaturmessung. Dabei interpretiert ein Regelgerät die Widerstandswerte, um die aktuellen Temperaturwerte zu erkennen.

Die wichtigsten Kenngrößen der PTC-Widerstände

Wer einen Kaltleiter auswählen möchte, muss verschiedene Kenngrößen beachten. Wichtig ist dabei vor allem der Nennwiderstand. Denn dieser gibt an, wie hoch der Widerstand bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius ist. Darüber hinaus sind Temperaturbereiche und Temperaturkoeffizienten zu beachten. Letztere stehen für die Veränderung der Widerstandswerte bei steigenden Umgebungstemperaturen.

Typische Einsatzgebiete für einen PTC-Widerstand

Kaltleiter oder PTC-Thermistoren kommen heute in ganz unterschiedlichen technischen Bereichen zum Einsatz. Geht es um die Heizungstechnik, eignen sich vor allem Platinfühler wie der PT100 zur Temperaturmessung. Sie werden dabei zum Beispiel in Außenfühler eingebaut. Die Heizungsregelung misst auf diese Weise die Außentemperatur und kann die Vorlauftemperatur der Heizung abhängig von der individuellen Heizkurve korrekt wählen.

Kaltleiter können aber auch den Flüssigkeitsstand in Behältern erfassen. Dabei verändert sich ihre Temperatur, je nachdem, ob sie im feuchten oder trockenen Bereich liegen. Eine Regelung kann die unterschiedlichen Widerstandswerte interpretieren und entsprechend handeln.

Sinnvoll ist der Einsatz aber auch zum Schutz vor zu hohen Temperaturen. In diesem Zusammenhang senken PTC-Widerstände automatisch den Stromfluss, wenn es in ihrer Umgebung zu heiß wird. Sie stellen damit eine Alternative zu Schmelzsicherungen dar, sind im Gegensatz zu diesen aber selbstrückstellend und mehrfach anwendbar. Hat eine Schmelzsicherung einmal ausgelöst, muss sie ersetzt werden.

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz

Fazit von Alexander Rosenkranz

Ein PTC-Widerstand, PTC-Thermistor oder Kaltleiter ist ein Bauteil, das Strom bei steigenden Temperaturen schlechter leitet. Sein Widerstand steigt also mit zunehmenden Umgebungstemperaturen. Dieses spezielle Verhalten lässt sich technisch nutzen, um Temperaturen oder Flüssigkeitsstände zu messen. Auch als Überstrom- oder Übertemperaturschutz kommen die elektrischen Bauteile häufig zum Einsatz. 

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