TDK Vibrationsfester Elektrolytkondensator

Redakteur Ralf Higgelke im Gespräch mit Dr. Christoph Auer (rechts), Head of R&D Aluminum and Film Capacitor Business Group von TDK, auf der electronica 2016.
Redakteur Ralf Higgelke im Gespräch mit Dr. Christoph Auer (rechts), Head of R&D Aluminum and Film Capacitor Business Group von TDK, auf der electronica 2016.

Passive Bauelemente müssen eine Menge aushalten. So hat TDK auf einen Elko vorgestellt, der Vibrationen bis 60 g standhält. Wir fragten Dr. Christoph Auer, Entwicklungsleiter für Elektrolytkondensatoren bei TDK, wie das realisiert wurde und welche zukünftigen Entwicklungen noch zu erwarten sind.

DESIGN&ELEKTRONIK: Herr Dr. Auer, bitte schildern Sie uns kurz, welche unterschiedlichen Arten von Kondensatoren es gibt.

Dr. Christoph Auer: Es gibt drei große Familien: Aluminium-Elektrolytkondensatoren, Folienkondensatoren und Keramikkondensatoren. Zudem gibt es noch Technologien, die an der Grenze zur Batterie angesiedelt sind, Doppelschicht- und elektrochemische Kondensatoren.

Wo liegen die Besonderheiten von Aluminium-Elektrolyt- und Folienkondensatoren?

Die große Stärke des Aluminium-Elektrolytkondensators ist seine hohe Kapazitätsdichte, man kann also in einem gegebenen Volumen besonders viel Kapazität unterbringen. Folienkondensatoren dagegen zeichnen sich durch eine hohe Spannungsfestigkeit aus. Sie können bis zu zehn Kilovolt Nennspannung erreichen. Weiterhin punkten sie durch ein gutes Verhältnis von Stromtragfähigkeit zu Kosten.

»Elkos«, wie Aluminium-Elektrolytkondensatoren auch gerne genannt werden, gelten landläufig als Achillesferse in elektrischen und elektronischen Systemen in Bezug auf die Lebensdauer. Woran liegt das, und was kann man dagegen tun?

Diese Bauelemente trocknen mit der Zeit aus, da der Elektrolyt entweicht und verdampft. Damit verlieren sie ihre elektrische Performance, wodurch ihre Brauchbarkeitsdauer begrenzt ist. Das ist bei vielen anderen Bauelementen ähnlich, nur nicht so offensichtlich. Wir verbessern stetig unsere Elektrolyte wie auch unsere Dichtungssysteme, um dieses Manko zu eliminieren.

Anwender müssen beim Design-in sehr sorgfältig vorgehen: Es kommt da­rauf an, den für die Anwendung passenden Kondensatortyp auszuwählen – am besten zusammen mit dem Kondensatorhersteller. Eine wichtige Rolle spielt auch die Integration im System, vor allem in Bezug auf die Temperaturbelastung. Hat der Anwender das beachtet, kann er sicher sein, für seine Anwendung und die geforderte Lebensdauer auch das richtige Produkt zu haben.

Wohin geht die Reise bei Alu-Elkos und bei Filmkondensatoren in den nächsten Jahren?

Im Niederspannungsbereich bedient TDK vor allem den Bereich Automotive. Dort geht es in Richtung immer höherer Temperaturen – beispielsweise 3000 Betriebsstunden bei +150 Grad Celsius – aber auch in Richtung höhere Robustheit. So haben wir auf der electronica einen Elko vorgestellt, der Vibrationen bis 60 g aushält. Auch die Ripplestrom-Belastbarkeit ist ein großes Thema. Ein neuer interessanter Ansatz ist die Hybrid-Polymer-Technologie. Diese wird bei Alu-Elkos einen großen Sprung hinsichtlich Stromtragfähigkeit bringen.

Für Spannungen von 400 Volt und darüber, also im Industriebereich, sehe ich weiterhin den Trend zu größerer Kompaktheit. Die Bauelemente werden bei gleicher Kapazität also immer kleiner. Aber auch bei der Lebensdauer wird es hier kontinuierliche Verbesserungen durch bessere Elektrolyte geben.