Was ist ein Kondensator?

Ein Kondensator ist ein elektrisches Bauteil, das eine Ladung elektrostatisch hält. Kondensatoren zählen zu den am häufigsten verwendeten elektrischen Bauteilen – gleichwohl sie bis vor dem Siegeszug des Radios in den frühen 1900er Jahren nicht sehr weit verbreitet waren.

Kondensatoren sind in vielen verschiedenen Größen und Formen erhältlich. Ähnlich wie Widerstände verwenden auch sie ein Farbkodierungssystem, um äußerlich voneinander unterschieden werden zu können. Darüber hinaus sind sie gelegentlich mit alphanumerischen Symbolen versehen, die den Benutzern dieselben Informationen bieten.

Die Geschichte von Kondensatoren

Obwohl Kondensatoren bis Anfang des 20. Jahrhunderts nicht sehr weit verbreitet waren, gehen deren Entdeckung und die ersten Experimente bis in das späte 1745 zurück. Dabei hatten die ersten Experimentatoren nur ein geringes Verständnis der elektrischen Prinzipien, die sich hinter der Kapazität verbergen.

Ewald Georg von Kleist wird allgemein die Erschaffung des ersten Kondensators zugeschrieben. Er führte Experimente mit Elektrizität durch, als er bemerkte, dass er elektrische Ladung in einem mit Wasser gefüllten Glasbehälter speichern kann. Die Elektrizität, die er in seinem simplen Kondensator speicherte, produzierte er mit Hilfe einer Influenzmaschine.

Von Kleist stellte fest, dass er bei Berührung der mit den Kondensatoren verbundenen Drähte einen wesentlich stärkeren Schlag bekam als bei Berührung seiner Influenzmaschine.

Ein anderer Erfinder, Pieter van Musschenbroek, entwickelte einen Kondensator, der Von Kleists Aufbau sehr ähnlich war. Auch er bekam von dem Gerät einen sehr starken Schlag.

Ein Erfinder namens Daniel Gralath nahm mehrere Glasbehälter und koppelte sie miteinander, um die Ladung, die das Gerät speichern sollte, zu steigern.

Benjamin Franklin untersuchte diese Geräte, damals bekannt als Leydener Flasche, und fand heraus, dass letztlich nicht das Wasser die Ladung speicherte. Er stellte die Hypothese auf, dass das Glas die Ladung speicherte. Ebenso prägte Franklin den Begriff der „Batterie“ zur Beschreibung dieser Geräte, gleichwohl Batterien heutzutage als Geräte zur Speicherung einer Ladung mit Hilfe elektrochemischer Zellen angesehen werden. Franklin leitete den Begriff von „Geschützbatterie“ ab: Diese Art der Batterie beschreibt eine Vielzahl von Geschützen, die zur Steigerung ihrer Gesamtleistung gleichzeitig verwendet werden.

Hinsichtlich Design und Technologie erlebten Kondensatoren keine besonderen Veränderungen bis in das frühe 20. Jahrhundert. Mit dem Aufkommen des Radios wurden Kondensatoren an die neuen Radiogeräte angepasst — sie schrumpften und wurden teilweise aus flexiblen Komponenten gefertigt. Auch heute noch werden Kondensatoren zur Einstellung von Radios verwendet.

Im Englischen wird der allgemein verwendete Begriff „Capacitor“ manchmal mit dem weniger geläufigen „Condenser“ ersetzt, während im Deutschen ausschließlich der Begriff „Kondensator“ verwendet wird.

Wie funktioniert ein Kondensator?

Ein Kondensator speichert eine Ladung elektrostatisch. Dies beruht auf grundlegenden elektrischen Prinzipien und öffnet –sofern sachgemäß eingesetzt – die Türen für eine Unmenge an verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten.

Bei einem simplen Kondensator sind zwei verschiedene leitende Materialien vorhanden. Die leitenden Flächen werden mit Hilfe eines isolierenden Materials voneinander getrennt. Viele Kondensatoren setzen auf Metallfolie als Leiter, und eine sehr dünne Folie aus isolierendem Material als Isolator.

Ein Kondensator funktioniert nur dann, wenn eine Potentialdifferenz zwischen den leitenden Materialien vorherrscht. Diese erzeugt ein elektrostatisches Feld in dem Isolator. Positive elektrische Ladungsträger sammeln sich an einer Seite des leitenden Materials, während sich negative Ladungsträger an der anderen Seite ansammeln.

Die Kapazität eines Kondensators wird als Verhältnis der Ladungen der beiden Leiter zueinander und der Potentialdifferenz zwischen diesen beiden Ladungen berechnet.

Die Kapazität wird in Farad angegeben. Ein Farad entspricht einem Coulomb pro Volt.

Bei welchen Anwendungen kommen Kondensatoren zum Einsatz?

Kondensatoren sind sehr geläufige Komponenten und werden in einer Vielzahl verschiedenster Anwendungen eingesetzt.

Wie zuvor erwähnt, kommen sie bei der Einstellung von Radiogeräten zum Einsatz. Sie ermöglichen die präzise Einstellung eines Radios auf eine bestimmte Frequenz; einer der ersten Fortschritte, die mit Kondensatoren erzielt wurden, lag darin, höhere Radiofrequenzen empfangen zu können.

Ebenso können Kondensatoren zur Stabilisierung von Schaltkreisen verwendet werden. Auch in Stromleitungssystemen werden sie eingesetzt. Sie gewährleisten eine stabile Spannung und einen stabilen Stromfluss entlang der Leitungen, wodurch diese sicherer und zuverlässiger werden.

Sie erlauben den Fluss von Wechselstrom, halten Gleichstrom jedoch zurück. Hierdurch eignen sie sich für viele verschiedene Anwendungen, und insbesondere dafür, den Strom in analogen Geräten zu glätten.

Welche Arten von Kondensatoren gibt es?

Kondensatoren sind in vielen verschiedenen Ausführungen erhältlich. Oftmals werden sie anhand des verwendeten Dielektrikums voneinander unterschieden. So sind, zum Beispiel, Keramik Kondensatoren in dieser Hinsicht anders als Aluminium Kondensatoren.

Manche Kondensatoren verfügen über besondere Eigenschaften — z.B. eine niedrige Verlustrate —, mit denen sie sich wiederum besonders gut für bestimmte Anwendungen eignen. In anderen Fällen können sich viele verschiedene Kondensatoren für eine bestimmte Anwendung eignen; jedoch wird letztlich der Preis der erhältlichen Kondensatoren festlegen, auf welchen Kondensator letztlich die Wahl fällt. Manche Materialien in Kondensatoren sind etwas exotisch, weshalb der Preis bestimmter Kondensatoren sehr hoch sein kann.

Darüberhinaus gibt es auch sogenannte variable Kondensatoren. Variable Kondensatoren verwenden eine Art Steuerung — normalerweise ein Regler, der mühelos von dem Bediener verstellt werden kann —, mit der die Kapazität des jeweiligen Bauteils geändert werden kann. Um einen solchen Kondensator in Aktion zu sehen, genügt es, wenn sich der Bediener das Radio im Auto bzw. zu Hause genauer ansieht. Kondensatoren erlauben die Änderung der Radiofrequenz.

Mittlerweile sind auch neuartige Kondensatoren auf dem Markt, die einige Merkmale von Batterien mit Merkmalen von Kondensatoren in einem einzigen Bauteil vereinen. Diese neuartigen Komponenten sind extrem beliebt bei bestimmten technischen und Design bedingten Problemstellungen, da sie Entwicklern gewissermaßen das Beste aus zwei Welten bieten.

Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Aluminum Elektrolytkondensatoren kommen überall dort zum Einsatz, wo ein kompaktes Design von Vorteil ist. Diese Kondensatoren sind bekannt für ihre hohen Verlustraten und eignen sich nicht für Hochfrequenzanwendungen. Ebenso können sie bersten, wenn sie falsch angeschlossen wurden; und sie enthalten ätzende Stoffe.

Kondensator-Arrays

Kondensator Arrays werden hauptsächlich als platzsparende Lösung eingesetzt. Im Vergleich zu diskreten Kondensatoren ermöglichen sie in manchen Fällen wesentlich kompaktere Designs.

Kondensator-Endkappen

Kondensator-Endkappen sind Sicherheitsvorrichtungen. Sie werden an den Enden von Kondensatoren — normalerweise an etwas kleineren — befestigt und können eine Katastrophe verhindern, wenn ein Kondensator falsch angeschlossen wird. In einem solchen Fall wird der Elektrolyt kochen und einen enormen Druck erzeugen. Die Endkappe birst und ermöglicht das Ablassen des Drucks ohne Explosion.

Kondensator-Montageclips

Kondensator-Montageclips werden zur Befestigung des Kondensators an der Leiterplatte, auf der er installiert ist, oder an manchen Fällen auch zur Befestigung an anderen Geräten eingesetzt. Sie bieten zusätzliche Stabilität und sorgen somit für Sicherheit.

Kondensator-Mustersets

Da Entwickler gelegentlich verschiedenartige Kondensatoren benötigen, und da sich manchmal Änderungen an ihren Entwürfen und demzufolge auch an den benötigen Komponenten ergeben, sind Mustersets erhältlich. Kondensator-Mustersets sind lediglich Sets mit vielen verschiedenen Kondensatoren.

Keramik Multilayer Kondensatoren

Keramik Multilayer Kondensatoren sind sehr weit verbreitet. Eingesetzt werden sie in einer Vielzahl verschiedener Geräte. Sie verfügen über eine Metallschicht, die die leitende Oberfläche darstellt, und zahlreiche Schichten aus Keramik-Material, die die isolierende Komponente darstellen. Keramik-Kondensatoren sind in zwei verschiedenen Ausführungen erhältlich.

Klasse 1: Diese Kondensatoren sind bekannt für ihre hohe Stabilität und die niedrige Verlustrate. Eingesetzt werden sie für Resonanzkreise, wie z.B. in Radios.

Klasse 2: Diese Kondensatoren werden in Bypass- und Kopplungsanwendungen eingesetzt, und verfügen über einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad.

Keramik Singlelayer Kondensatoren

Keramik Singlelayer Kondensatoren sind Keramik Kondensatoren, die nach wie vor Keramik als isolierendes Material verwenden, davon jedoch nur über eine einzige Schicht anstelle von mehreren Schichten verfügen.

EDLC-Kondensatoren Integrationskits

Diese Geräte sind im Grunde neuartige elektrochemische Kondensatoren. Sie werden auch Ultrakondensatoren und Superkondensatoren genannt. EDLC Kondensatoren Integrationskits erlauben die Integration dieser Geräte in Schaltkreise und ermöglichen somit, dass die jeweiligen Schaltkreise die Vorteile dieser neuartigen Kondensatoren nutzen können.

Doppelschicht Kondensatoren

Doppelschicht Kondensatoren unterscheiden sich dadurch von anderen Kondensatoren, dass sie über kein festes Dielektrikum verfügen. Sie stellen eine sehr neue Art von Kondensatoren dar, die sich mit einigen bedeutsamen Vorteilen besonders gut für zahlreiche Anwendungen eignen. In gewisser Weise vereinen diese Kondensatoren die Vorteile von Batterien und Kondensatoren in einem einzigen Gerät.

Kondensator-Hutmuttern

Kondensator-Hutmuttern sind keine Kondensatoren sondern vielmehr Teile, die an Kondensatoren verwendet werden. Sie werden an dem Bolzen des Kondensators angebracht und dienen der mechanischen Befestigung.

Mica Kondensatoren (Glimmerkondensatoren)

Mica Kondensatoren sind Kondensatoren für Anwendungen, bei denen ein sehr hohes Maß an Präzision erforderlich ist. Ebenso werden sie oftmals in Hochfrequenzanwendungen eingesetzt. Dank ihrer speziellen Eigenschaften sind sie sehr verlustarm und bieten nur eine geringe Kapazitätsänderung, sodass sie sich besonders gut für Anwendungen eignen, bei denen verlustreiche Kondensatoren fehl am Platz wären.

MLOC-Kondensatoren

MLOC-Kondensatoren sind verlustarme Kondensatoren, die oftmals in Leistungsverstärkern von Radios eingesetzt werden.

Niob Elektrolytkondensatoren

Niob Elektrolytkondensatoren weisen ähnliche Eigenschaften wie ihre Pendants aus Tantal auf, sind jedoch günstiger in der Anschaffung. Sie werden immer geläufiger auf dem Markt, da der Preis der verwendeten Materialien in den vergangenen Jahren gesunken ist.

Metallpapierkondensatoren

Metallpapierkondensatoren werden bereits seit sehr langer Zeit verwendet, doch dank bedeutender Fortschritte in Sachen Fertigungstechnik sind heutige Modelle ihren Vorgängern deutlich überlegen. Diese Kondensatoren verwenden metallisiertes Papier zur Leistungsübertragung zwischen den Elektroden.

Polyethylennaphthalat Folienkondensatoren

Polyethylennaphthalat Folienkondensatoren verwenden ein Dielektrikum aus einer Polyethylennaphthalat-Folie. Sie erlauben sehr kompakte Designs.

Polyester Folienkondensatoren

Dies ist ein Folienkondensator mit Polyester als Dielektrikum. Polyester Folienkondensatoren können in sehr kompakten Größen hergestellt werden.

Polyphenylensulfid Folienkondensatoren

Polyphenylensulfid Folienkondensatoren verwenden einen Isolator aus einem Polymermaterial namens Torelina. Diese Kondensatoren sind nur in einer metallisierten Ausführung erhältlich.

Polypropylen Folienkondensatoren

Polypropylen Folienkondensatoren verwenden eine Polypropylen-Folie als isolierendes Element des Kondensators.

Polystyren Folienkondensatoren

Diese Kondensatoren werden auch oftmals als Styroflex-Kondensator bezeichnet. Sie werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, und zeichnen sich durch geringen Leckstrom und einen niedrigen Verlustfaktor aus. Polystyren Folienkondensatoren sind heutzutage nicht sehr weit verbreitet auf dem Markt, können jedoch bei manchen Herstellern nach wie vor erworben werden.

RC Netzwerke

Kondensatoren für RC Netzwerke werden in einer Schaltung aus einem Widerstand (a.d. Engl.: Resistor, R) und einem Kondensator (a.d. Engl.: Capacitor, C) verwendet. RC Netzwerke  verfügen über eine Spannungs- bzw. Stromquelle und, in ihrer einfachsten Form, über einen Kondensator und einen Widerstand. Sie werden weitläufig als Filterschaltungen verwendet, die bestimmte Frequenzen eines Signals beseitigen, während sie andere Frequenzen passieren lassen.

Tantal Elektrolytkondensatoren

Diese Elektrolytkondensatoren verwenden Tantal als Anode. Ebenso verwenden sie ein Oxid als Isolator, während diese beiden Schichten von einer leitenden Kathoden-Schicht umgeben werden. Tantal Elektrolytkondensatoren verfügen im Vergleich zu ihrer Größe und ihrem Gewicht über eine sehr hohe Kapazität. Darüberhinaus weisen sie nur einen geringen Leckstrom auf, und können mit höheren Temperaturen als alle anderen Elektrolytkondensatoren umgehen. Diese Kondensatoren sind auch bekannt für ihren ausgesprochen hohen Preis und werden deshalb normalerweise nur in Anwendungen eingesetzt, bei denen ihre besonderen Eigenschaften absolut unverzichtbar sind.

Variable Trimmkondensatoren

Variable Trimmkondensatoren haben die Fähigkeit, ihre Kapazität zu ändern, wodurch sie sich für bestimmte Anwendungen besonders gut eignen. Die bedeutsamste Anwendung dieser Kondensatoren liegt in Radiogeräten, bei denen sie dem Benutzer erlauben, das Radio auf verschiedenste Frequenzen einzustellen. Diese Kondensatoren wurden im Laufe der Zeit wesentlich verbessert; hatten sie ursprünglich offene Platten, kommen sie heutzutage in robusteren und sichereren Designs.