Selbstregulierende Heizgewebe
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Selbstregulierende Heizgewebe „Elektrische Leiter“ Elektrische Leiter sind Materialien, die bei Anlegung einer Spannung U von elektrischem Strom durchflossen werden. Die Stromstärke I wird bestimmt durch den Widerstand R des Leiters. R = U/ I Der Widerstand R eines Leiters ändert sich mit dessen Temperatur T Fig. 01 Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) e. V. Prof. Dr. K. Heinemann & Team Selbstregulierende Heizgewebe „Kalt- und Heißleiter“ sog. “Kaltleiter“ besitzen einen „Positive Temperature Coefficient“ (PTC), d. h. die Stromstärke ist in der "Kälte" höher. • Metalle, Werkstoffe auf Keramik- oder Polymerbasis sog. “Heißleiter“ besitzen einen „Negative Temperature Coefficient“ (NTC), d. h. die Stromstärke ist in der "Wärme" höher. • Metalloxide, Halbleiter Fig. 02 Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) e. V. Prof. Dr. K. Heinemann & Team Selbstregulierende Heizgewebe Widerstand Diagramme „Kalt- und Heißleiter“ PTC NTC Temperatur Fig. 03 Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) e. V. Prof. Dr. K. Heinemann & Team Selbstregulierende Heizgewebe „PTC – Effekt“ – Materialeigenschaft Sogenannte „Kaltleiter“ oder „PTC-Widerstände“ sind elektrisch leitfähige Materialien, deren elektrischer Widerstand R bei steigender Temperatur T zunimmt. Fig. 04 Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) e. V. Prof. Dr. K. Heinemann & Team Selbstregulierende Heizgewebe „Heizleistung“ • durch Anlegen einer Spannung U an den “Kaltleiter“ durchfließt diesen Strom der Stärke I R = U/ I • die dabei entstehende elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt. • Für die resultierende Heizleistung P gilt somit: P= Fig. 05 U• I ≡ 2 2 P = U /R ≡ P = I •R Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) e. V. Prof. Dr. K. Heinemann & Team Selbstregulierende Heizgewebe Temperaturbegrenzung mittels „PTC– Effekt“ Material mit geeigneter elektrischer Leitfähigkeit "Kaltleiter": der elektrische Widerstand R erhöht sich mit ansteigender Temperatur Anlegen einer Spannung U ⇒ Stromfluß I = U / R ⇒ Leistung P = I2 • R elektrische Arbeit wird in „Wärme“ umgewandelt Erwärmung des Kaltleiters ⇒ Widerstand R steigt ⇒ ⇒ Stromstärke I und Heizleistung P nehmen ab ! "Kaltleiter" kühlt ab ⇒ Widerstand R nimmt ab ⇒ ⇒ Stromstärke I und Heizleistung P nehmen zu „Schalttemperatur“ T bleibt konstant ⇒ kann nicht weiter ansteigen !!! Fig. 06 Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) e. V. Prof. Dr. K. Heinemann & Team Selbstregulierende Heizgewebe Temperaturselbstregulierung mittels PTC-Effekt Aufheizen sog. "Kaltleiter" besitzen einen „Positiven Temperatur Coeffizient (PTC)“, d.h. ihr elektr. Widerstand ist in der „Wärme“ größer, z.B. • wie bei nahezu allen Metallen • wie bei einigen Keramikgemischen Temperatur T bleibt nahezu konstant Fig. 07 Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) e. V. Prof. Dr. K. Heinemann & Team Selbstregulierende Heizgewebe Stromstärke als Funktion der Zeit Temperatur 63 oC 60 oC 0,13 A 0,10 A Temperaturverteilung: o (57 ± 3) C Fig. 08 Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) e. V. Prof. Dr. K. Heinemann & Team
