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Schutzschaltungen PPTC-Bausteine schützen Elektromotoren, Steuerungen und Transformatoren

| Autor/ Redakteur: Faraz Hasan / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Rücksetzbare PPTC-Bausteine (Polymeric Positive Temperature Coefficient) bieten Schutz für Stromversorgungen, Transformatoren, Industriesteuerungen und Elektromotoren vor Überstrom- und Übertemperatur.

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Typischer Einsatz eines PPTC-Bausteins in einer Motorschaltung. Bild: Tyco Electronics
Typischer Einsatz eines PPTC-Bausteins in einer Motorschaltung. Bild: Tyco Electronics
( Archiv: Vogel Business Media )

Viele Schaltungsschutz-Techniken sind vor allem für den Schutz elektronischer Schaltungen vor Überstrom- und Übertemperatur-Schäden ausgelegt. Diese wurden bisher durch eine Sicherung oder eine austauschbare Verbindung geschützt.

In vielen heutigen Anwendungen sind rücksetzbare Bausteine wie PPTC-Komponenten, CPTC-Elemente (Ceramic Positive Temperature Coefficient) und Bimetall-Schalter die bevorzugte Lösung. Solche Bausteine bieten Schutz gegen Schäden, die bei elektrischen Kurzschlüssen, Schaltungs-Überlastungen oder Bedienerfehlern auftreten. Die Tabelle zeigt die Reset-Funktionen und Schaltungs-Zustände der gängigsten Bausteine.

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Zusammensetzung und Aufbau der Schaltungsschutzbausteine

PPTC-Schaltungsschutzbausteine bestehen aus einem Komposit-Material, zusammengesetzt aus halbkristallinen Polymeren und leitenden Partikeln. Die leitenden Partikel bilden bei normalen Temperaturen niederohmige Netzwerke im Polymer. Bei einem Anstieg der Temperatur im Baustein auf Grund eines hohen Durchgangsstroms oder einer Erwärmung der Umgebung über die Schalttemperatur (TS) gehen die Kristalline im Polymer in eine amorphe Anordnung über.

Wegen des erhöhten Volumens werden die leitenden Partikel voneinander getrennt. Dies führt zu einer großen, nichtlinearen Zunahme des Bauteil-Widerstands. In so einem Fall nimmt der Bauteilwiderstand meist um mehrere Zehnerpotenzen zu. Dieser höhere Widerstand schützt die Geräte im Schaltkreis durch eine Absenkung des Stroms im Fehlerzustand auf einen niedrigen, stationären Wert.

Der Baustein bleibt in seinem verriegelten (hochohmigen) Zustand, bis der Fehler behoben und die Spannung am Schaltkreis aus- und wieder eingeschaltet wird. Wenn dies geschieht, kühlt sich das leitende Komposit-Material ab und kristallisiert wieder aus. So kann der PPTC-Baustein in der Schaltung wieder in einen niederohmigen Zustand übergehen und die betroffenen Geräte können wieder normal arbeiten.

Bimetallschalter haben keine Verriegelungsfunktion

Bimetallschalter werden zwar oft zum Schutz von Elektromotoren eingesetzt, sie besitzen aber keine Verriegelungsfunktion und erfordern zusätzliche Eingriffe für die Unterbrechung ihrer Ein/Aus-Zyklen. Der Bimetallstreifen besteht aus zwei verschiedenen, miteinander verschweißten Metallen.

Bei Überschreitung des Bimetallnennstroms verbiegt sich der Bimetallstreifen durch die erzeugte Wärme und öffnet einen Kontaktsatz, wodurch der Strom unterbrochen wird. Weil nun kein Strom fließt, kehrt der Baustein in seine normale Form zurück und schließt die Kontakte. Damit fließt der Strom wieder. Bei einer Motorblockade wird der Bimetallschalter so lange ein- und ausschalten, bis die Spannung abgeschaltet wird.

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