QUICKHEAT
Hersteller des Quickheat ist
BEHR HELLA Thermocontrol GmbH
Hansastraße 40
59557 Lippstadt
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Hier die ersten Beschreibungen zum Quickheat.
Bei weiteren Erkenntnissen wird unter Änderung der
Versionsnummer (entspricht Tagesdatum) der Thread erweitert.
Funktionsprinzip
PTC-Heizelemente können aufgrund ihrer speziellen Widerstands-Temperatur-Charakteristik vorteilhaft für viele Arten von Beheizungen eingesetzt werden.
Auf die normalerweise erforderlichen Einrichtungen für Temperaturregelung und Übertemperatursicherung kann verzichtet werden.
Die PTC-Heizelemente haben einen extrem positiven Verlauf des elektrischen Widerstandes, in Abhängigkeit von der Temperatur. Daher auch der Name PTC = Positive Temperature Coefficient. Der PTC wird so ausgelegt, daß der Arbeitsbereich vorwiegend im niederohmigen Teil der R/t-Kennlinie liegt. Aufgrund des niedrigen Widerstandes werden in diesem Kennlinien-Bereich besonders hohe Heizleistungen erreicht.
Durch seine selbstregelnden Eigenschaften regelt das PTC-Heizelement, entsprechend der gewählten Bezugstemperatur, die zuzuführende Leistung und damit die Temperatur des zu beheizenden Mediums sehr sensibel. Bei vorgegebener Betriebstemperatur ist der Leistungsnachschub abhängig von der Wärmeabfuhr des PTC-Elementes.
Aufbau
PTC-Heizelemente bestehen aus dotierter, polykristalliner Keramik mit Bariumtitanat als Grundmaterial.
Die handelsüblichen PTC-Steine haben überwiegend eine flache Bauform. Auf den geometrisch größeren, sich gegenüberliegenden Flächen, sind metallene Beschichtungen aufgebracht. Durch Anbringen von flächigen Metall-Elektroden erfolgt über diese Teile gleichzeitig die Spannungsübertragung zum PTC und die Wärmeableitung vom PTC. PTC und Metall-Elektroden sind in ein gut wärmeleitendes, elektrisch isolierendes Material eingebettet.
Der PTC-Stein ist ein temperaturabhängiger Halbleiterwiderstand aus Keramik, dessen Widerstand mit steigende[I]r Temperatur zunächst abnimmt (negative Temperaturcharakteristik). Wenn der minimale Widerstand erreicht ist, ändert sich die negative in eine positive Temperaturcharakteristik, d.h. mit weiter steigender Temperatur nimmt der Widerstand zuerst langsam, dann - ab etwa 80°C - stark zu, und zwar so lange, bis der PTC-Stein praktisch keinen Strom mehr aufnimmt. In diesem Punkt beträgt die Oberflächentemperatur etwa 130°C.
Sicherheit der Heizung
Konventionelle Heizsysteme benötigen zusätzliche Regeleinrichtungen, um die Temperatur auf einen maximalen Wert zu begrenzen. Der PTC-Heizer kommt durch die selbsttätige Abregelung ohne solche Einrichtungen aus. Wenn zum Beispiel die PTC-Heizung nicht von Luft durchströmt wird und die Temperatur der Umgebungsluft 25°C beträgt, steigt die Oberflächentemperatur der Heizelemente wegen der ungenügenden Wärmeabfuhr schnell auf den maximalen Wert von 130°C an. Die Temperatur des Metallrahmens, der in dem äußeren Kunststoffrahmen eingebettet ist, erreicht jedoch maximal 100°C. Diese Temperatur ist für den PPA-Rahmen völlig unkritisch. Somit geht von der PTC-Heizung keine Gefährdung aus.
Heizleistung
Der Nennwiderstand des PTC-Steins kann verschieden gewählt werden, entsprechend ändern sich Stromaufnahme und Leistung. Ein niedriger Nennwiderstand lässt im Betrieb eine hohe Heizleistung zu. Bei einer Stromspannung von 13 Volt und einem Luftdurchsatz von 5 kg/min liefert die Heizung eine Leistung von etwa 1000 Watt. Voraussetzung für diese Leistung ist, das die PTC-Steine im niederohmigen Bereich arbeiten, was durch eine Luftmenge der Heizung von mehr als 2 kg/min gewährleistet ist. Dieser Luftdurchsatz wird schon bei der niedrigsten Gebläsestufe erreicht.
Variable Ansteuerung
PTC-Systeme nutzen die Selbstregelung der Heizwiderstände nach dem intrinsischen Prinzip. Übersteigt die Temperatur am PTC-Heizelement einen Grenzwert, dann steigt der elektrische Widerstand extrem an und führt zwangsläufig zu einer geringeren Leistungsaufnahme. Wenn ein Lüfter oder die Leistungsansteuerung ausfallen sollte, bleibt die Temperatur des Wärmetauschers immer im definierten Bereich.
Gesteuert wird das PTC-Heizelement mit einem Prozessor, der zusammen mit Halbleiterschaltern die Heizleistung sehr feinfühlig reguliert. Durch Schnittstellen wie etwa den CAN-Datenbus erhält der Prozessor von der Klimasteuerung Heizleistungsvorgaben oder sendet Diagnosemeldungen. Die Gesamtleistungsaufnahme wird durch periodisches Ein- und Ausschalten der einzelnen Heizstäbe bestimmt. Um das Bordnetz zu entlasten, geschieht das Einschalten der einzelnen Heizstäbe zeitlich versetzt. Das gesamte Wärmemanegement ist so ausgelegt, dass die Batteriekapazität auf keinen Fall angegriffen wird.
Wirkungsgrad
Im Betriebszustand gibt der PTC-Zuheizer etwa 95 Prozent der elektrischen Leistung als Wärmeenergie an die durchströmende Luft ab.
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m.f.G. Karl-Heinz