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HV-Filmkondensatoren für hohe Leistung bei maximaler Belastung

Autor / Redakteur: Jens Heitmann * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Filmkondensatoren für Hochspannungen eignen sich mit einer Spannung von bis zu 120 kVDC unter anderem für den Einsatz in Röntgengeräten. In diesem Beitrag erfahren Sie, worauf es dabei ankommt.

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Beispiel Medizintechnik: Hochspannungskondensatoren sind für Gleichspannungen von über 120 kV verfügbar und eignen sich somit zum Beispiel für den Einsatz in medizintechnischen Geräten.
Beispiel Medizintechnik: Hochspannungskondensatoren sind für Gleichspannungen von über 120 kV verfügbar und eignen sich somit zum Beispiel für den Einsatz in medizintechnischen Geräten.
(Bild: adobe stock)

Das Husumer Unternehmen FTCAP ist einer der wenigen Hersteller von Hochspannungskondensatoren: Diese speziellen Filmkondensatoren sind verfügbar für Spannungen von über 120 kVDC und eignen sich somit zum Beispiel für den Einsatz in medizintechnischen Geräten, Hochspannungsnetzteilen oder auch Körperscannern zur Gebäudesicherheit. Im Sortiment von FTCAP finden sich zahlreiche Ausführungen mit verschiedenen Gehäuseformen und Anschlussterminals, darunter auch radiale Bauformen mit Draht- und Lötlaschen.

Kondensatoren aus metallisch bedampften Kunststofffolien

Filmkondensatoren werden aus Kunststofffolien hergestellt, die einseitig mit einer dünnen Metallschicht bedampft werden. Die Spannungsfestigkeit hängt ab von der verwendeten Filmstärke – für höhere Spannungen müssen entsprechend dicke Filme als Dielektrikum verwendet werden. Die obere Grenze für einen einfach aufgebauten Filmkondensator ist bei einer Spannung von etwa 2,5 kV erreicht. Werden Kapazitäten für höhere Spannungen benötigt, lassen sich mehrere Kondensatoren in Serie schalten. Die Spannung teilt sich dann auf, und jeder einzelne Kondensator ist nur noch einem Bruchteil der Gesamtbelastung ausgesetzt.

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Um dem Anwender die Montage und das Zusammenschalten mehrerer Einzelkomponenten zu ersparen, besteht die Möglichkeit, mehrere Kondensatorwickel in einem Gehäuse zusammenzufassen. Im Gegensatz zu den Elektrolytkondensatoren sind für Filmkondensatoren bei einer Serienschaltung keine zusätzlichen Symmetrier-Widerstände erforderlich. Somit lassen sich auch hohe Spannungen erreichen, ohne zusätzliche Verluste in Kauf nehmen zu müssen.

Anstatt einzelne Wickel miteinander zu verschalten, gibt es bei Filmkondensatoren jedoch noch eine weitere, sehr elegante Art, eine Serienschaltung herzustellen: Durch eine spezielle Form der Metallisierung lässt sich direkt auf dem Film eine Serienschaltung realisieren. Dafür werden in Längsrichtung des Films schmale Metallstreifen auf den Film aufgedampft, dazwischen befinden sich freie Streifen als Isolierung. So entstehen mehrere, in Serie geschaltete Kapazitäten. Auch in diesem Fall muss jede einzelne Kapazität – d.h. jeder Metallstreifen – nur einen Teil der Gesamtspannung aushalten. Wenn ein Film ausreichend breit ist, kann FTCAP über 15 Serienschaltungen innerhalb eines Wickels realisieren. So lassen sich einzelne Wickel herstellen, die für Spannungen bis über 40 kV geeignet sind.

Produktion mithilfe spezieller Anlagen und Techniken

Die Produktion von Hochspannungskondensatoren ist mit einigen Herausforderungen verbunden, die FTCAP mithilfe von speziellen Anlagen und Techniken meistert. So hat der Husumer Kondensatorenspezialist in eine eigens für diesen Zweck konzipierte Vergussanlage investiert. Das Ziel ist es, mit einer neu entwickelten Vakuumvergusstechnik eine besonders hochwertige und homogene Isolierung zu erreichen, sodass sich Teilentladungen auf ein Minimum senken lassen. Dafür wird ein spezielles Vergussmaterial für Hochspannungskondensatoren zunächst einer Dünnschichtentgasung bei 10 mbar unterzogen. Das ist nötig, weil jede Luftblase im Kondensator Teilentladungen nach sich ziehen kann.

Anschließend wird das Vergussmaterial unter Vakuum in die Kondensatoren gefüllt. Mithilfe seiner speziellen Vergussanlage kann FTCAP auch Strecken vergießen. Diese Technik minimiert Lufteinschlüsse und ermöglicht es, den Verguss optimal in das Gehäuse einzubringen. Ein weiterer Vorteil der maßgeschneiderten Anlage: Sie ist sehr flexibel und kann auch kleine Volumen vergießen – perfekt für die Fertigung von kundenspezifischen Sonderlösungen in verschiedenen Baugrößen.

Weil FTCAP seine Kunden stets auf ganzer Linie überzeugen möchte, wird jeder einzelne Hochspannungskondensator vor der Auslieferung aufwändigen Test- und Messverfahren zur Qualitätssicherung unterzogen. Auch dafür ist spezielles Equipment nötig: Weil das Sortiment so breitgefächert ist, muss auch das Mess-Equipment besonders flexibel sein und zum Beispiel die besonderen Formen der Hochspannungskondensatoren berücksichtigen können. Um Kriechströme beim Messen zu verhindern, führt FTCAP die Messungen ausschließlich in voll klimatisierten Räumen bei geringer Luftfeuchtigkeit durch.

Individuell anpassbare Kondensatoren

Filmkondensatoren für Hochspannungsanwendungen kommen unter anderem in der Medizintechnik zum Einsatz: So sorgen sie zum Beispiel in Röntgengeräten oder Computertomographen für die Erzeugung von hohen Spannungen in Hochspannungskaskaden, um so eine gute Strahlqualität zu gewährleisten. Dieselbe Funktion können sie jedoch zum Beispiel auch in Körperscannern zur Gebäudesicherheit erfüllen. Nicht zuletzt bewähren sich die Lösungen aber auch in Hochspannungsnetzteilen, die unter anderem in der Forschung oder für die Erzeugung von Magnetfeldern benötigt werden. Entsprechend stehen auf der Kundenliste von FTCAP auch zahlreiche Hochschulen und Universitäten.

Aufgrund der Vielfalt an möglichen Anwendungen variieren auch die Anforderungen stark. Deshalb passt FTCAP die Kondensatoren auf Wunsch flexibel an die jeweiligen Applikationen an: So kann die Flankensteilheit (dU/dt) bei Bedarf individuell verändert werden. Zudem sind die Kondensatoren in diversen Bauformen realisierbar, sodass sich die Lösungen auch problemlos in vorhandene Bauräume integrieren lassen. Die Gehäuse produziert FTCAP vor Ort in Husum, Spezialanfertigungen sind kein Problem. Das gilt übrigens nicht nur für die Hochspannungskondensatoren: FTCAP ist generell der richtige Ansprechpartner, wenn es um Kondensatoren für besondere Anwendungen in kleineren und mittleren Stückzahlen geht. Als einer der letzten Hersteller fertigt das Husumer Unternehmen all seine Produkte in Deutschland – die Kunden profitieren von höherer Flexibilität, einer optimalen Qualität und einfachen Abstimmungsprozessen.

* Jens Heitmann ist Account Manager/Marketing Manager bei der FTCAP GmbH.

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