Für die richtige Betriebstemperatur

Positive Temperature Coefficient (PTC)-Heizelemente sind Alleskönner: Auf engstem Raum temperieren sie vielfältige Gasgemische, Flüssigkeiten und Feststoffe. Der Heizspezialist Eichenauer aus Hatzenbühl beispielsweise löst damit nahezu alle Heizaufgaben im Automobil. Der größte Vorteil der Technologie liegt in ihrer hohen Prozesssicherheit: Denn die selbstregelnden PTC-Heizelemente überhitzen nicht, Kurzschlüsse werden vermieden.

Die Beanspruchung von Kfz-Bauteilen ist extrem hoch: Sie sind unterschiedlicher Wärmeausdehnung ausgesetzt, wobei die Außentemperaturen von – 40 °C bis + 120 °C reichen können. Zudem werden sie auch ständig durchgerüttelt. Doch PTCs erfüllen die hohen Anforderungen, die gerade im Automobilbau an Zuverlässigkeit und Qualität gestellt werden.

Die Technologie ist ideal für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Befinden sie sich in kaltem Zustand, haben sie einen niedrigen Widerstand und es fließt ein hoher Strom. Die gewünschte starke Heizleistung wird dadurch schnell erreicht, und das zu erwärmende Element kommt rasch auf Betriebstemperatur. Der Widerstand von PTCs wächst jedoch, je heißer sie werden. Die Folge: Die Heizleistung sinkt entsprechend. Durch diese Temperaturselbstregelung sind zusätzliche Steuergeräte oder Temperatursensoren bei kleineren Leistungen überflüssig, und auch eine Überhitzung ist ausgeschlossen.

In Kraftfahrzeugen steht PTC-Technik deshalb an vorderster Front. So werden sie beispielsweise in Selective Catalytic Reduction (SCR)-Systemen zur Abgasnachbehandlung oder für die Stickoxidreduktion in Dieselfahrzeugen eingesetzt. Mit Hilfe der SCR-Technik lassen sich die Abgaswerte von Dieselmotoren weiter reduzieren. Die PTC-Heizungen müssen dabei der korrosiven harnstoffwässrigen Lösung (HWL) standhalten.

Damit die HWL auch bei Minustemperaturen unter minus 11 °C verfügbar ist, wird sie zum Halten der Betriebstemperatur beheizt. Außerdem muss sie bei entsprechenden Außentemperaturen während des Stillstands des Fahrzeugs erwärmt und aufgetaut werden. Dafür sorgt eine elektrische Heizung auf PTC-Basis, die direkt in das Filtergehäuse integriert ist.

Eine weitere Anwendung befindet sich beispielsweise in den Motorkühlmittelkreisläufen moderner Pkw-Motoren. Zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen sowie zur Leistungssteigerung sind sie mit einem Wärmemanagement ausgestattet. Eine zentrale Rolle spielen dabei elektrische, sogenannte kennfeldgesteuerte Thermostate: Dabei handelt es sich um Thermostate konventioneller Bauart, in denen sich ein elektrisches Heizelement mit PTC-Effekt befindet. Das Prinzip: Steigt die Kühlmitteltemperatur zu stark an, wird das Dehnstoffelement mit dem elektrischen Heizelement beheizt, um ein höheres Temperaturniveau zu simulieren. Dabei öffnet der Thermostat den Weg zum Kühler, so dass mit maximal möglicher Kühlleistung die tatsächliche Kühlmitteltemperatur innerhalb von Sekunden abgesenkt wird.

Daneben reicht das PTC-Anwendungsspektrum zur Zubeheizung in Kraftfahrzeugen von Lambdasonden für Dieselmotoren über Lufterhitzer bis hin zur Motoröl- und Kühlmittelvorwärmung sowie zur Waschwasserbeheizung. Aber auch für die Innenraumbeheizung und Ansaugluftvorwärmung sorgen die elektrischen Heizelemente, und dafür, dass bei Kondensatanfall im Kurbelgehäuse kein Eis entsteht. Wer im Winter beim Fahren auf Handschuhe verzichten möchte, wählt ein Fahrzeug mit Lenkradheizung – ebenfalls auf selbstregelnder PTC-Basis.

Dr. Detlef Sandern Journalist in Stuttgart