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Unsichtbar und (oft) unverzichtbar

Aluminium-Elektrolytkondensatoren, Arbeitspferde der Elektronik

20. März 2026, 8:00 Uhr | Von Dr. Arne Albertsen und Ole Bjørn, Jianghai Europe Electronic Components

Jianghai Electronic Components bietet ein umfangreiches Produktspektrum an Aluminium-Elektrolytkondensatoren der unterschiedlichsten Größen, Bauweisen und Performanceklassen an.

Ohne Alu-Elkos geht selten etwas. Je höher die elektrischen oder mechanischen Beanspruchungen an Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind, desto unabdingbarer ist ein früher und zielgerichteter Austausch zwischen Entwickler und Hersteller, um kosteneffiziente und maßgeschneiderte Lösungen zu finden.

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Aluminium-Elektrolytkondensatoren (»Alu-Elkos«, »Elkos«) stellen einen unverzichtbaren Bestandteil vieler elektronischer Geräte dar. Gestiegene Anforderungen an die Energieeffizienz, die expandierende Nutzung erneuerbarer Energien und der stetig wachsende Elektronikanteil in allen Sektoren der Industrie haben die Verbreitung dieser Bauelemente vorangetrieben. In vielen Applikationen hängen Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Geräts direkt von den entsprechenden Parametern der Elkos ab. Um einen zuverlässigen Betrieb elektronischer Geräte für eine definierte Lebensdauer zu erzielen, ist ein Verständnis der Eigenschaften und physikalischen Einsatzgrenzen von Elkos unerlässlich.

Durch eine hohe Fertigungstiefe, die die wichtigsten Vormaterialien für Elkos umfasst, ist Jianghai als einer der fünf größten Hersteller von Aluminium-Elektrolytkondensatoren in der Lage, das Elko-Design applikationsspezifisch zu optimieren.

Dabei können beispielsweise das thermische Verhalten, die Spannungsfestigkeit, ESR und Ripplestromtragfähigkeit, sowie die Vibrationsbeständigkeit optimiert werden. Die folgenden Applikationsbeispiele führen einige dieser Lösungen exemplarisch vor.

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1. Cooles Ding: Schraubbecher-Elkos mit Bodenkühlung

Eine gängige Methode zur Entwärmung von Großumrichtern ist die aktive Wasserkühlung. Dabei werden zunächst die Elkos im Zwischenkreis und anschließend die Leistungshalbleiter gekühlt. Konstruktionsbedingt ist die Wärmeleitung bei Elkos in axialer Richtung ein Mehrfaches der Wärmeleitung in radialer Richtung, da die Anoden- und Kathodenfolien die im Betrieb entstehende Verlustwärme sehr gut in Richtung des Becherbodens transportieren können. Durch eine überstehende Kathodenwicklung, die »Extended Cathode«, kann der Wärmeübergang verbessert werden. Wärmeleitfolien oder Wärmeleitkleber und ein hinreichender Anpressdruck sorgen dafür, dass der Wärmewiderstand zwischen Becherboden und Kühlkörper kleiner wird.

Um den Elko sicher und mit ausreichend großer Kraft an den Kühlkörper zu drücken, ist es vorteilhaft, eine Sicke und einen umlaufenden Metallring kurz oberhalb des Becherbodens ab Werk auszubilden.

Jianghai bietet diese kundenspezifischen Varianten der Schraubbecherelkos im Rahmen des technisch Machbaren für Kunden mit hohen Leistungsanforderungen an den Gleichspannungszwischenkreis und der Möglichkeit zur aktiven Entwärmung durch Wasserkühlung an.

2. Snap-in-Elkos: Stromausfälle überbrücken

Dank der hohen Fertigungstiefe kann Jianghai wesentliche elektrische Eigenschaften seiner Elkos im Rahmen der physikalischen Grenzen frei variieren. Einer der wichtigsten elektrischen Parameter von Elkos ist die Nennspannung, die proportional zur Dicke der Dielektrikumsschicht ist und damit von der Formierspannung der Anodenfolie abhängt.

In USV-Applikationen kommt es beispielsweise auf eine hohe Energiedichte der Elko-Bank an, um zuverlässig einen gewissen Ausfallzeitraum des vorgelagerten Stromnetzes zu überbrücken. Als Beispiel sei ein 500 V/900 µF/ 85 °C/D x L = 40 mm x 50 mm genannt, der durch die Absenkung der Nennspannung auf 480 V (mittels neuer Anodenfolie mit geringerer Formierspannung) optimiert wurde. Im Ergebnis hat das neue Bauteil bei denselben Abmessungen die folgenden Parameter: 480 V/1000 µF, also rund 11 Prozent mehr Kapazität bei etwa 3,5 Prozent mehr Stromtragfähigkeit und rund 10 Prozent geringerem typischen ESR-Wert, und das bei nahezu konstanten Herstellungskosten.

3. Smarte Lösung: extrem vibrationsfeste radiale Elkos

Es gibt Anwendungen, die Kondensatoren einiges ab verlangen: Im Werkzeugmaschinenbau zum Beispiel wirken Vibrationen und mechanischer Schock oder auch Resonanzen sowie Schwingungen der Platine auf die Bauteile ein. Um unter diesen Voraussetzungen Feldausfälle zu vermeiden, müssen sowohl Hersteller als auch Entwickler sorgfältig voraus- und mitdenken. Besonders, wenn größere Elektrolytkondensatoren verbaut werden sollen, die allein durch ihr Gewicht eine erhebliche Schwungmasse darstellen und deshalb im schlimmsten Fall mit der Platine interagieren, sind zwei wichtige Aspekte zu berücksichtigen:

Fixierung der Bauteile

Gedanken zur Bauteilfixierung sind üblicherweise auf Seiten der Entwicklung verortet. Es ist notwendig, die Kondensatoren an der Platine oder im Gehäuse so zu fixieren, dass die Anschlüsse nicht mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Wenn die Bauteile verklebt werden sollen, sind darüber hinaus die thermische Wärmeableitung sowie die exakte Anbringung genau zu prüfen, denn auch ein gut verklebter Schrumpfschlauch fixiert den Becher nicht unbedingt dauerhaft! Es ist zudem wichtig, die Einbauposition genau zu analysieren, weil axiale und radiale Kräfte sich sehr unterschiedlich auf das Bauteil auswirken (Schwingungsmodi).

Layout der Bauteile

Herstellerseitig muss die komplette Innenkonstruktion des Bauteils dahingehend optimiert werden, dass sie selbst härtesten mechanischen Belastungen standhält. Denn: Der Wickel der Zelle im Inneren des Bauteils ist keine Presspassung zum Gehäuse – aufgrund mechanischer Schocks kann die Zelle beweglich werden. Außerdem trocknet der Wickel über die Lebensdauer – er schrumpft leicht und sein Gewicht reduziert sich, womit sich die mechanische Resonanzfrequenz über die Lebensdauer verschiebt. So können auch Bauteile, die im Testfeld noch perfekt funktioniert haben, nach zwei Jahren ein ganz anderes Schwingungsverhalten aufweisen. Ziel ist es deshalb, jegliche Beweglichkeit des Innenwickels zu vermeiden, um ein Abbrechen der Anschlüsse und damit einen Totalausfall zu verhindern.

Im Prozess der Bauteil-Optimierung sind daher folgende Fragen sinnvoll:

Wie dick (=bruchsicher) sind die Folien?
Lässt sich die Anzahl der Anschlüsse im Inneren im Sinne der Stabilität erhöhen?
Sind zusätzliche Papierlagen zum Schutz sinnvoll?
Wie fixiert man die Innenzellen gegenüber dem Becher?

4. Überspannungsfeste Snap-in-Elkos

Um die Zuverlässigkeit von Netzteilen in Regionen mit schwankender Versorgungsspannung zu gewährleisten, kommen häufig Elkos mit 450 V Nennspannung zum Einsatz. Diese Kondensatoren weisen eine zulässige Spitzenspannung (surge voltage) von 500 V auf, die während der Lebensdauer des Kondensators bis zu tausend Mal für eine Dauer von maximal 30 Sekunden auftreten darf.

Zwischen zwei Überspannungsereignissen muss dabei eine Pause von mindestens fünfeinhalb Minuten liegen (IEC 60384-4). Eine besondere Anforderung an die Überspannungsfestigkeit von Netzteil-Elkos kommt aus dem Neubau beziehungsweise der Modernisierung von Gebäuden: Im Falle eines Verdrahtungsfehlers in der Niederspannungsverteilung (Vertauschen von Phase und Nullleiter) können bis zu 570 V am Elko anliegen. Im ungünstigsten Fall bleibt dieser Fehler einige Tage lang unentdeckt und würde bei einem Standard-Bauteil zum Ausfall führen.

Um diese Ausfälle zu vermeiden, wäre der Einsatz von Elkos mit einer höheren Nennspannung möglich. Gegen diese Variante sprechen jedoch eine schlechtere Stromtragfähigkeit, größere Abmessungen und nicht zuletzt höhere Kosten. Jianghai bietet eine technische Lösung mit einem 450-V-Elko an, der bei der Produktion mit einer höheren Nachformierspannung beaufschlagt wird und so der hohen Überspannung von 570 V bei Raumtemperatur und ohne Ripplestrombelastung bis zu zehn Tage lang widersteht.

Fazit

Werden Bauteile benötigt, die in einer Applikation hohen elektrischen oder mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, ist es unabdingbar, dass die Entwickler und Hersteller frühzeitig in einen zielgerichteten Austausch gehen und die spezifischen Anforderungen detailliert besprechen. Auf diese Weise gelingen kundenspezifische Lösungen, die durch ihre Konstruktion höchsten Ansprüchen genügen.

Kundenspezifische Elkos von Jianghai vereinen an die jeweilige Applikation angepasste technische Lösungen mit sehr guter Kosteneffizienz und sind bereits bei Bedarfen ab der Mindestbestellmenge des Katalogteils verfügbar. Nutzen Sie unser Know-how für das erfolgreiche Bestehen Ihrer Produkte im Feld!