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Wie funktioniert ein Elektrolytkondensator?
Ultracap-Wissen | Rainer Hake | Lesedauer: 4 Minuten
Bau und Funktion des ELKOs
Elektrolytkondensatoren gehören zur Gruppe der elektrochemischen Kondensatoren. Wie bei allen Kondensatoren, gilt dass die Kapazität mit der Größe der Elektrodenfläche A und der Dielektrizitätszahl ε steigt und mit größerem Abstand d abnimmt.
ULTRACAP und Elektrolytkondensatoren könnte man im familiären Sinne als Cousins bezeichnen. Die Prinzipien sind ähnlich, aber dennoch in vielerlei Hinsicht grundsätzlich verschieden. Aufgrund der höheren Isolationsfestigkeit können die gepolten Elkos Spannungswerte bis zu mehrere hundert Volt erreichen, jedoch ist die Kapazität um das Millionenfache geringer. Ein Umpolen führt im Gegensatz zu den ULTRACAP zur sofortigen Zerstörung (Aufplatzen).
Große Oberfläche ist große spezifische Kapazität
Grundmaterial der Elektrolytkondensatoren ist das Anodenmetall, das bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren aus einer Aluminiumfolie bzw. aus einem Polymer besteht. Bei Beiden entsteht eine aufgeraute Anode, deren Oberfläche deutlich größer als bei einer glatten Oberfläche ist. Diese Oberflächenvergrößerung ist ein wichtiger Faktor, der zur relativ hohen spezifischen Kapazität der Elektrolytkondensatoren gegenüber anderen Kondensatorfamilien beiträgt. Durch die hohe Spannungsfestigkeit der Oxidationsschicht kann das Dielektrikum äußerst dünn sein. Diese sehr dünne Schicht ist der zweite wichtige Faktor der zur relativ hohen spezifischen Kapazität der Elektrolytkondensatoren beiträgt.
Vielfältige Qualitätsmerkmale bei Elektrolytkondensatoren
Die Technologie als solche ist seit Jahrzehnten bekannt und wird u.a. bei Wikipediaausführlich beschrieben. Dennoch sei an dieser Stelle erwähnt, dass Know-how, das in diesen Bauteilen steckt nicht unterschätzt werden soll. So mancher Entwickler hat sich im Nachhinein schon gewundert, warum seine Schaltung plötzlich nach wenigen Monaten nicht mehr funktioniert und der Elko seine Funktion einstellte. Ursache hierfür wäre beispielsweise das Austrocknen von Kondensatoren; die Kapazität reduziert sich bei diesem Effekt dramatisch. Auch die richtige Formierung während der Produktion ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal.
So gibt es eine Reihe von scheinbaren Selbstverständlichkeiten, die maßgeblichen Einfluss auf die Qualität und das Preis-Leistungsverhältnis haben. Es besteht kein Zweifel, dass komplexe Baugruppen in der Elektrotechnik nur dann erfolgreich entwickelt und vermarktet werden können, wenn auf die verwendeten Technologien sowie auf die Fertigung nach hohen Qualitätsstandards Verlass ist. Das ist bei unserem Technologiepartnern der Fall.
Im Allgemeinen versteht man unter Elektrolyt-Kondensatoren immer gepolte, d.h. nur für Gleichspannung verwendbare Kondensatoren. Beim Anlegen einer Wechselspannung oder einer falschen Polung der Spannungsquelle wird die isolierende Oxidschicht zerstört, der Elektrolyt verdampft und der Kondensator platzt auf.
In vielen Anwendungen besteht jedoch der Bedarf einer höheren Kapazität, die mit den klassischen bipolaren Kondensatoren (Polyester,- Polypropylen- Kondensatoren) nicht sinnvoll erreicht werden können (Bauraum-Volumen). Aus diesem Grunde hat man bipolare Elkos entwickelt, die im Prinzip aus zwei in Reihe geschalteten Elkos bestehen.
Bipolare Elektrolytkondensatoren werden häufig in Frequenzweichen und als Koppelkondensator in Verstärkerschaltungen verwendet, in denen die Polarität nicht eindeutig ist. Die Strombelastung ist in diesen Anwendungen eher sekundär, sondern die Filterfunktion oder die Signalgüte sind eher das Kriterium.
Hier kommt es auf eine hohe Kapazität und kleine Bauform an, weniger auf die Belastbarkeit. Man möchte auch einen möglichst kleinen Wechselstromwiderstand (Blindwiderstand) haben.
Die Kapazität des ersten Kondensators wird aus der inneren Aluminiumfolie (Kathode) und dem Elektrolyten gebildet. Die Oxidschicht auf der Aluminiumfolie ist das Dielektrikum. Der zweite Kondensator wird aus dem Elektrolyten und der äußeren Aluminiumfolie (Anode) gebildet. Auch hier ist die Oxidschicht auf der Aluminiumfolie das Dielektrikum. Die äußere Aluminiumfolie wird also nicht nur zur Kontaktierung verwendet, sondern ist ein eigenständiger Kondensatorbelag.
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