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Kondensatoren: Klassiker im neuen Gewand

Kondensatoren haben sich im Laufe der Jahrzehnte kontinuierlich weiterentwickelt und finden heute in unzähligen Bereichen Anwendung. Genauso vielfältig wie die Einsatzszenarien sind auch die Bauformen, wobei Aluminium-Elektrolyt- und Film-Kondensatoren zu den gängigsten Ausführungen gehören.

Die Anwendung entscheidet, welche Bauform zum Einsatz kommen. Bildquelle: © FTCAP

Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren vs. Film-Kondensatoren: Die Anwendung entscheidet, welche Bauform zum Einsatz kommen.

Um eines gleich vorweg zu nehmen: Den einzig richtigen Kondensator gibt es nicht, alle Bauformen haben Vorteile und Nachteile. Allein die Anwendung bestimmt, welche Kondensatoren zum Einsatz kommen sollten. Beide Bauformen gibt es in unterschiedlichen Leistungsstufen – abgesehen von der Kapazität spielen bei der Kategorisierung auch Werte wie die Durchschlagfestigkeit und der innere Verlustwiderstand (ESR) eine Rolle.

Wer sich für eine der beiden Bauformen entscheiden muss, sollte über die jeweiligen Vor- und Nachteile Bescheid wissen. So haben Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren tendenziell eine kurze Lebenszeit und eine geringe Ripple-Strom-Tragfähigkeit. Bei Überlastung besteht die Gefahr einer Leckage oder gar eines Brandes, zudem ergeben sich bei der Entsorgung Umweltprobleme. Andererseits punkten sie mit einer hohen Volumenkapazität, sind kompakt und günstig in der Anschaffung.

Filmkondensatoren hingegen kosten mehr und sind eher voluminös; die Volumenkapazität ist niedrig. Die Vorteile dieser Bauform bestehen in einer hohen Ripple-Strom-Tragfähigkeit und Induktivität, einer sehr langen Lebensdauer und einer guten Temperaturbeständigkeit bis 100 °C.

 

Vom Nach- zum Vorteil

Fakt ist aber auch, dass die Entwicklung immer weiter voranschreitet. Neue Lösungen können viele der aufgeführten nachteiligen Eigenschaften relativieren oder sogar eliminieren. Die Triebkraft bei den Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren ist die chemische Innovation: Neue Elektrolyte mit niedrigem ESR oder hohen Funkenspannungen sowie innovative Anodenfolien mit hohem CV-Produkt (Kapazitäts-Spannungsprodukt) bescheren diesem klassischen Bauelement eine Renaissance – denn sie ermöglichen noch kompaktere Designs, höhere Betriebsspannungen, selbstverlöschende Eigenschaften und nicht zuletzt weitere Kostenreduktionen.

Mithilfe von neuen Dichtungskonzepten können die »Aluelkos« zudem Betriebstemperaturen bis zu 170 Grad trotzen. Bei den Film-Kondensatoren gewährleisten neue Hochtemperatur-Dielektrika höhere Betriebstemperaturen, während neue mechanische Konstruktionen niedrige Verluste bei hohen Schaltfrequenzen bewirken. Entsprechend erschließen sich auch für diese Bauform neue Anwendungsfelder. Man könnte also sagen, dass sich die Nachteile im Zuge der Weiterentwicklung eher in Vorurteile verwandeln.

Weiterentwicklung der Bauformen

FTCAP stellt sowohl Aluminium-Elektrolyt- als auch Film-Kondensatoren her. Seit 2015 gehören auch die patentierten Kupfer-Kondensatoren zum Programm, eine platzsparende Alternative für Anwender, die DC-Link-Kondensatoren in Kombination mit schnellen IGBTs nutzen. Durch den Aufbau mit einem geschlossenen Kupferbecher lassen sich bei gleicher Abmessung Kapazität und Strom um 20 Prozent steigern. Bauweise und Materialauswahl ermöglichen Induktivitäten unter 10 nH, der laut eigener Aussage thermisch optimierte Aufbau gewährleistet eine lange Lebensdauer. Der Kondensator ist isoliert und somit potentialfrei. Die Befestigung kann wahlweise mit einer Ringschelle oder einem Montagebolzen erfolgen. Dieser Kondensator lässt sich an die Einbausituation anpassen und ermöglicht mehr Platz in der Schaltung.

Noch platzsparender sind fertig montierte Kondensatorenmodule, die FTCAP individuell an die jeweiligen Anforderungen anpasst und als einbaufertige Baugruppen liefert. So sparen Anwender nicht nur Zeit und Kosten bei Montage und Qualitätssicherung, sie profitieren auch von der erhöhten Lebensdauer der Systeme. Die Busbars lassen sich sowohl mit Elektrolyt- als auch mit Film-Kondensatoren bestücken.

Bei der Anwendung mit Elektrolyt-Kondensatoren wird ein Busbar mit mehreren Energiespeichern bestückt und in ein stabiles Kunststoffgehäuse mit Polyurethan fest vergossen. Die Kontaktierung kann in Serien- und Parallelschaltung erfolgen. Die benötigten Symmetriewiderstände sind bereits integriert. Diese Kontaktierung ermöglicht es, die Kondensatorenbank direkt mit dem IGBT zu verbinden und dabei schädliche Induktivitäten zu minimieren. Durch die millimetergenau abgestimmte Bauhöhe lassen sich IGBT und Kondensatoren mit demselben Kühlkörper kühlen und so die Leistungsfähigkeit steigern. Die optimierte Kühlung erhöht den überlagerten Wechselstrom, was sich positiv auf die Lebensdauer der Kondensatoren auswirkt.

 

FTCAP auf der electronica 2018: Halle B6/Stand 500