Folienkondensatoren: Überblick

Folienkondensatoren sind sehr weit verbreitete elektronische Bauteile. Sie unterscheiden sich insofern von anderen Kondensatoren, als dass sie eine Kunststofffolie als Dielektrikum verwenden. Diese Kunststofffolie liegt zwischen den Elektroden des Bauteils; Der Kondensator kann dabei zylinderförmig, als flacher Quader oder in einer anderen Form gestaltet sein, um unterschiedlichen Anforderungen in verschiedenen Projekten gerecht zu werden.

Folienkondensatoren sind in zahlreichen Designs und mit unterschiedlichsten Materialien erhältlich, sodass die Geräte auf verschiedenen Leistungsstufen verwendet werden können. In manchen Fällen werden den Kondensatoren bestimmte Eigenschaften verliehen, die sie zu besonders robusten Produkten machen.

Die Kondensatoren sind in einer Vielzahl verschiedenster Größen erhältlich, wobei die größten Designs in der Regel als Leistungskondensatoren bezeichnet werden und auf Anwendungen mit Hochspannung ausgelegt sind. Doch auch kleinere Varianten können aufgrund ihrer Fähigkeit ausgewählt werden, mitunter sehr widrigen Bedingungen standzuhalten. Manche von ihnen sind beispielsweise in der Lage, einer besonders hohen Frequenz über einen sehr langen Zeitraum standzuhalten, ohne auch nur den geringsten Schaden zu nehmen. Andere Varianten können wiederum unter sehr widrigen Bedingungen bezüglich Hitze eingesetzt werden, sodass sie sich besonders gut für Anwendungen eignen, die ein hohes Maß an Stabilität erfordern.

So werden diese Kondensatoren in manchen Fällen ausgewählt, da ihre Stabilität schlichtweg keinerlei Sorgen bereitet und zudem sehr preiswerte Varianten erhältlich sind, die in zahlreichen Anwendungen weitläufig zum Einsatz kommen.

Diese Komponenten mögen zwar komplexe Fertigungsverfahren erfordern, doch ihr Kerndesign ist im Grunde relativ einfach.

 

Einen Folienkondensator bauen

Folienkondensatoren sind in zahlreichen verschiedenen Varianten erhältlich, der Herstellungsprozess ist jedoch stets nahezu gleich.

Die Folie muss von Metall umschlossen bzw. mit Metall beschichtet werden; dieser Vorgang wird auch als „Metallisierung“ bezeichnet. Bei diesem Vorgang wird das Metall in einer Vakuumkammer auf die Kunststofffolie aufgetragen. Ist die Folie fertiggestellt, wird sie aufgerollt und anschließend auf die gewünschte Breite zugeschnitten.

Die Breiten des Dielektrikums werden dabei sehr eng aufgerollt. Manche dieser Kondensatoren werden weiter bearbeitet, indem sie einer Behandlung mit Silikonöl unterzogen werden. Ist das Produkt erst einmal perfektioniert und mit den Anschlüssen für die verschiedenen Klemmen versehen, wird die Komponente flach gedrückt um Platz zu sparen und die Klemmen werden hinzugegeben.

Folienkondensatoren sind in einer Vielzahl verschiedenster Designs erhältlich. Diese Designs können radial und axial ausgerichtet sein sowie auf hohe Leistungen ausgelegt sein. Zu den Hochleistungsdesigns zählen neben Klemmdioden-Kondensatoren auch weitere Komponenten, die in Hochleistungsanwendungen zum Einsatz kommen.

Die meisten Folienkondensatoren verfügen über eine Schutzbeschichtung an der Außenseite, die ebenfalls die Leistungsdaten des Geräts beeinflussen kann. Die fertig montierten Komponenten werden nach der Montage auf ihre Kapazität geprüft und nach Bestehen der Qualitätsprüfung auf den Markt geschickt.

Unterschiedliche Folien bieten unterschiedliche Eigenschaften. Zu den am weitesten verbreiteten Produkten für die Herstellung von Folienkondensatoren zählen Polypropylen, Polystyrol, Polyester und Polyphenylensulfid. Verschiedene Materialien können in manchen Fällen dazu führen, dass preiswerte Folienkondensatoren bedeutend kostspieligere Komponenten ersetzen können. So werden Folienkondensatoren in manchen Anwendungen inzwischen beispielsweise anstelle von Tantal Elektrolytkondensatoren verwendet, die in aller Regel sehr kostspielig sind.

 

Folie und metallisiert

Folienkondensatoren sind ganz allgemein in zwei verschiedenen Varianten erhältlich. Folienkondensatoren bestehen aus zwei Teilen Kunststofffolie, während die Elektroden durch die Abdeckung jeder dieser Schichten entstehen. Das in Sandwichform verpackte Material wird in die gewünschte Form gebracht und kann mühelos hergestellt werden. Folienkondensatoren dieser Art kommen oftmals bei Anwendungen mit Hochstrom zum Einsatz.

Die andere Variante besteht aus metallisierten Folienkondensatoren. Bei einem solchen Kondensator wird der oben beschriebene Vakuumbeschichtungsprozess verwendet, um die Elektroden zu erzeugen. Dabei wird die Elektrode letztlich direkt auf die Folie aufgetragen. Folienkondensatoren dieser Art eignen sich nicht besonders gut für Anwendungen mit Hochstrom, sind jedoch ausgesprochen zuverlässig. Sollte die Komponente dabei einen Fehler aufweisen, kann sie sich gewissermaßen selbst reparieren.

Von diesen beiden Varianten weisen die metallisierten Folienkondensatoren eine höhere Gesamtkapazität auf.

 

Materialien und Vielseitigkeit

Angesichts der zahlreichen unterschiedlichen Materialien, die als Dielektrikum für Folienkondensatoren in Frage kommen, sind diese Geräte sehr vielseitig.

 

Polyester

Polyester wird mit am häufigsten für diese Kondensatoren verwendet. Polyester Kondensatoren bieten im Vergleich zu ihrem Volumen eine sehr hohe Kapazität. Diese Kondensatoren haben jedoch den einen oder anderen Nachteil, beispielsweise in Form von parasitärer Induktivität.

Polyester kommt besonders oft für Kondensatoren in Gleichstromschaltungen zum Einsatz. Dabei handelt es sich um sehr stabile Komponenten, die oftmals für Kopplungs-, Bypass- und Entkopplungsanwendungen eingesetzt werden.

Polyester Folienkondensatoren kommen allgemein in Anwendungen mit geringer Stromstärke zum Einsatz.

 

Polypropylen

Polypropylen Kondensatoren bieten eine geringe Verlustleistung und eignen sich besonders gut für höhere Frequenzen. Sie sind jedoch anfällig für Beschädigungen durch Wärme. Zum Einsatz kommen Polypropylen Folienkondensatoren in Netzteilen und in manchen Audio-Anwendungen. Polypropylen ist dabei mitunter in den größten Kondensator-Designs überhaupt vertreten.

 

Polycarbonat

Hierbei handelt es sich um relativ preiswerte Folienkondensatoren, die in sehr widrigen Bedingungen eingesetzt werden können. Sie bieten hervorragende Toleranzwerte in Sachen Wärme und eignen sich besonders gut für Timing-Anwendungen. Ebenso zum Einsatz kommen sie in Filteranwendungen.

Polycarbonat-Kondensatoren sind inzwischen etwas seltener auf dem Markt, und nachdem der größte Hersteller von Polycarbonat-Folienkondensatoren deren Herstellung eingestellt hat, wurden sie weitläufig von Polypropylen Kondensatoren ersetzt.

 

Polyphenylensulfid

Polyphenylensulfid-Folienkondensatoren sind metallisierte Varianten von Folienkondensatoren mit sehr geringer Temperaturabhängigkeit. Diese Kondensatoren werden mitunter aufgrund ihrer dielektrischen Absorption verwendet, wo sie zu den besten Komponenten überhaupt zählen.

Polyphenylensulfid-Kondensatoren werden sehr weitläufig in Anwendungen mit hohen Temperaturen eingesetzt. So kamen sie in hohem Maße anstelle der deutlich selteneren Polycarbonat-Folienkondensatoren zum Einsatz, da sie nahezu dieselben Vorteile bieten, inzwischen sind sie jedoch bedeutend weiter verbreitet.

Andere Folienmaterialien sind ebenso erhältlich, von denen jedes seine ganz eigenen Vorteile für bestimmte Anwendungen bietet.

 

Eigenschaften von Folienkondensatoren

Die Eigenschaften von Folienkondensatoren hängen größtenteils von dem Material ab, das in der Komponente als Dielektrikum verwendet wird. Im Großen und Ganzen teilen sich diese Geräte jedoch stets einige wenige Eigenschaften.

Kunststoff-Folienkondensatoren können hervorragende dielektrische Stärken aufweisen; so sind beispielsweise manche Polypropylen Modelle mit bis zu 650 V/µm angegeben. Manche dieser Designs können sehr hohen Temperaturen standhalten und unbeirrt wie vorgesehen funktionieren.

Die kostspieligsten Modelle sind dank der Eigenschaften der verwendeten Materialien zuverlässig genug, um selbst in Militäranwendungen und in sehr widrigen industriellen Bedingungen bestehen zu können. Im Falle von Polypropylen Folienkondensatoren sind diese Komponenten zuverlässig genug, um in Anwendungen der Klasse 1 eingesetzt werden zu können.

Verglichen mit anderen Kondensatoren bieten Folienkondensatoren bestimmte Vorteile gegenüber Elektrolyt-Kondensatoren – vor allen Dingen in Sachen Langlebigkeit. Ein weiterer Vorteil gegenüber Elektrolyt-Kondensatoren kommt zudem beim Thema Brummstrom zum Vorschein.

Folienkondensatoren sind darüber hinaus dafür bekannt, dass sie hohen Stoßströmen mühelos standhalten können. Dies gilt insbesondere für das nicht metallisierte Design. Trotz ihrer Eigenschaften und Fähigkeiten sind die meisten Optionen relativ preiswert und eignen sich somit ideal als Allzwecklösung für den Aufbau von Produkten, von Prototypen und von Elektronikkomponenten für industrielle Anwendungen.

Folienkondensatoren bieten zudem in aller Regel sehr geringe Verlustraten. Manche Designs, oftmals auch als Leistungskondensatoren bezeichnet, sind in der Lage, ausgesprochen hohen Spannungen standzuhalten. Zum Einsatz kommen diese Geräte oftmals in Kraftwerken und ähnlich groß angelegten Anwendungen, für die sich die Geräte dank ihrer Eigenschaften besonders gut eignen.

Den einen oder anderen Nachteil im Vergleich zu anderen Optionen bringen Folienkondensatoren jedoch auch mit sich.

Während manche Folienkondensatoren über einen sehr breit angelegten Temperaturbereich hinweg eingesetzt werden, stellen manch andere bei Überlastung tatsächlich eine Brandgefahr dar. Dieser Punkt ist selbstverständlich ernsthaft zu berücksichtigen und erfordert, dass die minimalen und maximalen Betriebsparameter strengstens eingehalten werden.

Während metallisierte Kondensatoren die Möglichkeit haben, sich gewissermaßen selbst zu reparieren, können herkömmliche Folienkondensatoren dies nicht. Im Falle einer Beschädigung ist ein dauerhafter Kurzschluss in der Komponente enthalten, sodass diese ausgetauscht werden muss.

Auch wenn Folienkondensatoren sehr kompakt gestaltet sein können, sind sie oftmals ein kleines bisschen größer als andere Kondensatoren auf dem Markt – einschließlich Elektrolyt-Kondensatoren, bei denen die Vorteile von Folienkondensatoren nach wie vor überwiegen. Für Designs mit Komponenten zur Oberflächenmontage sind unter Umständen weniger Optionen an Folienkondensatoren erhältlich als für andere Montagearten.

Im Hinblick auf das Design bieten Folienkondensatoren ebenso bedeutende Vorteile gegenüber manch anderen Optionen.

 

Wo werden sie verwendet?

Folienkondensatoren kommen in aller Regel als sogenannte Snubber in elektronischen Schaltungen zum Einsatz. Polypropylen Folienkondensatoren können mitunter sehr hohen Stromspitzen standhalten, sodass sie sich speziell für diese Anwendung besonders gut eignen. Sie werden jedoch auch für Schweißgeräte, medizinische Anwendungen und – als Teil ihrer komplexesten Einsatzbereiche – sogar im Bereich Röntgen- und Lasertechnologie verwendet.

Polypropylen Kondensatoren kommen zudem für Leuchtstofflampen und in Anwendungen mit Motoren zum Einsatz.

In manchen Fällen werden Folienkondensatoren nicht ausdrücklich aufgrund ihrer speziellen Merkmale ausgewählt, sondern vielmehr aufgrund des niedrigen Preises – sofern sie aus weit verbreiteten Materialien gefertigt sind. In diesen Anwendungen sind Polyester Folienkondensatoren relativ weit verbreitet. Für Anwendungen, bei denen Stabilität nicht an erster Stelle steht, können diese preiswerten Optionen für Kondensatoren die Produktionskosten mitunter sehr deutlich senken.

Angesichts ihrer selbst-reparierenden Eigenschaften sind metallisierte Folienkondensatoren besonders gut für Sicherheitsausrüstung geeignet. So kommen sie in Fehlerschutzgeräten, Brandschutzvorrichtungen und sonstigem Equipment zum Einsatz, für die sie dank ihrer hervorragenden Stabilität besonders wertvoll sind. Hinzu kommt, dass sie auch oftmals in Geräten zur Unterdrückung elektrischer Störgeräusche und von Stromschlägen eingesetzt werden.

Zu weiteren Einsatzbereichen dieser Kondensatoren zählen temperaturkompensierende Geräte, Oszillatoren, Spannungssenker und Geräte zur Erkennung von Spitzenspannungen.

Dank ihres niedrigen Verlustfaktors eignen sich diese Geräte hervorragend für zahlreiche verschiedene Filter, darunter Stopp- und Passfilter. Darüber hinaus eignen sie sich auch für Anwendungen in Geräten zur Signalglättung.

Folienkondensatoren kommen zudem in TV-Tunern zum Einsatz. Hierbei werden sie besonders aufgrund ihrer zuvor genannten hohen dielektrischen Stärke und ihrer hohen Impulszeit eingesetzt. Ihr niedriger Verlustfaktor spielt dabei jedoch ebenso eine Rolle. Aus nahezu demselben Grund werden diese Geräte mitunter auch im Bereich TV S-Korrektur eingesetzt.

 

Leistungsfolienkondensatoren

Leistungsfolienkondensatoren sind speziell auf Anwendungen mit hohen Spannungen ausgelegt. Derzeit ist keine bestimmte Spannung im Umlauf, die Leistungskondensatoren von anderen Folienkondensatoren unterscheidet; jedoch können Leistungskondensatoren als die Folienkondensatoren für besonders groß angelegte industrielle Anwendungen, Kraftwerke und ähnliche Bereiche mit besonders hohen Spannungen und Stromstärken angesehen werden.

Dabei kommen Kondensatoren dieser Art gleichermaßen in Anwendungen mit Gleichstrom wie mit Wechselstrom zum Einsatz. Oftmals übernehmen sie die Rolle eines Dämpfungskondensators in Schaltungen mit Wechselstrom, wobei sie Spannungsspitzen unterbinden und verschiedenste Geräte schützen.

Kondensatoren dieser Art können darüber hinaus auch zur Absorption von Stromspitzen in Hochspannungsanwendungen verwendet werden. Dieser Bereich zählt mit zu deren Anwendungen im Zusammenhang mit Lasertechnologie.

Leistungsfolienkondensatoren können angesichts ihrer Größe in aller Regel sehr mühelos von anderen Folienkondensatoren unterschieden werden. Der Vorgang zur Herstellung von Folienkondensatoren kann dabei sehr wirtschaftlich skaliert werden, sprich: die Designs zur Verwendung in Hochspannungsanwendungen können mitunter sehr groß ausfallen. Kondensatoren dieser Art sind in aller Regel ausschließlich in den widrigsten industriellen Bedingungen und in Kraftwerken und ähnlichen Anwendungen zu Hause.

Viele der besonders günstigen Eigenschaften von Leistungsfolienkondensatoren sind letztlich jedoch schlichtweg skalierte Varianten derselben Eigenschaften kleinerer Kondensatoren.

 

Beschaffung

Angesichts der verschiedenen eingesetzten Materialien sind Folienkondensatoren über eine große Preisspanne hinweg erhältlich und sind zudem unter Umständen nicht immer unbegrenzt verfügbar. Hergestellt werden sie von führenden Unternehmen, darunter RS, MFT Capacitors, Hitachi, Illinois Capacitor und viele weitere. In manchen Fällen kann ein einzelner Hersteller die wichtigste Anlaufstelle für einen bestimmten Folienkondensator sein, weshalb manche Kondensatoren im Laufe der Zeit von manch anderen Varianten abgelöst wurden.

Folienkondensatoren bieten eine derart hohe Vielfalt hinsichtlich ihrer Eigenschaften, dass sie beispielsweise für ein hohes Maß an Präzision ausgewählt werden können – in diesem Falle sind sie mit Sicherheit etwas teurer – oder aufgrund ihres günstigen Anschaffungspreises in Betracht kommen, wie beispielsweise bei Polyester Folienkondensatoren. Werden kostspielige Kondensatoren, darunter Tantal Elektrolytkondensatoren, durch preiswerte Folienkondensatoren ersetzt, können die Kosten für Elektronikkomponenten deutlich gesenkt werden.

Verschiedene Vertriebe halten in aller Regel zahlreiche unterschiedliche Designs, Spezifikationen und Varianten an Folienkondensatoren auf Lager. Die maximale und minimale Betriebstemperatur, die Montageart, die Bauart des Geräts und weitere Eigenschaften geben allesamt eine Art Hilfestellung bei der Auswahl des richtigen Modells. Manche Kondensatoren werden jedoch auch auf der Grundlage der bestimmten Anwendungen angeboten, für die sie vorgesehen sind, was die Wahl des richtigen Modells für eine bestimmte Anwendung deutlich vereinfachen kann.