Passive Bauelemente Kondensatoren für die Bahntechnik – rüttelfest, robust und leistungsfähig

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

Komponenten für die Bahntechnik müssen hohe Anforderungen erfüllen – das gilt auch für Kondensatoren. Mersen bietet Lösungen, die speziell auf die Bedürfnisse der Bahntechnik zugeschnitten sind.

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Mersen beliefert seit vielen Jahren namhafte Firmen mit FTCAP-Kondensatoren für die Bahntechnologie.
Mersen beliefert seit vielen Jahren namhafte Firmen mit FTCAP-Kondensatoren für die Bahntechnologie.
(Bild: ©Scanrail - stock.adobe.com)

Als Anbieter von Lösungen für die Energie- und Signalübertragung bietet Mersen intelligente Lösungen, die auf die besonderen Bedürfnisse der Bahntechnik zugeschnitten sind – darunter auch zahlreiche anwendungsspezifische Kondensatoren. Die Experten können zum Beispiel problematische Einbausituationen lösen und Kondensatoren rüttelfest machen.

Mersen liefert Lösungen für alle Arten von Schienenfahrzeugen – von Elektro- und Diesellokomotiven für den Güter- und Personenverkehr über elektrische Triebzüge und Stadtbahnen bis hin zu Metro- und Straßenbahnsystemen. Die qualitativ hochwertigen technischen Lösungen sind stets auf die Betriebsbedingungen wie extreme Temperaturen, schwere Lasten und Vibrationen zugeschnitten. Zu den vielfältigen Lösungen des Konzerns für die Bahntechnik zählen unter anderem Erdrückstrom-Einheiten, Kohlebürsten, Sammelschienen, Kühlgeräte, bordseitige Trennschalter und Berstscheiben.

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Ein besonderes Knowhow kann Mersen aber auch im Bereich der Kondensatoren vorweisen, die am Standort in Husum/Deutschland entwickelt und gefertigt werden. Bei der Umsetzung von Branchenlösungen ist Kreativität und Kompetenz gefragt – Eigenschaften, die die Experten schon in vielen Projekten unter Beweis gestellt haben. Mersen beliefert seit vielen Jahren namhafte Firmen mit FTCAP-Kondensatoren für die Bahntechnologie.

Kondensatoreneinheiten für Bordnetzumrichter

Unter anderem sind FTCAP-Kondensatoreneinheiten in Bordnetzumrichtern eines bekannten Herstellers verbaut, die das AC-Netz von S-Bahnfahrzeugen mit Energie versorgen. Die Zwischenkreiskondensatoren gewährleisten eine konstante Spannung und liefern bei Bedarf Strom. Die Liste mit Anforderungen, die im vorliegenden Fall bestanden, war lang: Wichtig waren eine gute thermische Anbindung an den Kühlkörper sowie ein einfacher, aber robuster mechanischer Aufbau. Die Kondensatoren sollten rüttelfest, kompakt und leicht zu montieren sein. Zudem sollten sie den elektrotechnischen Anforderungen genügen – dazu hatte der Hersteller zu erfüllende Werte bezüglich der Ripplestrombelastbarkeit, Spannungsbeanspruchung, Verlustleistung und Kapazität definiert.

Mersen löste die Herausforderung mit Kondensatoreneinheiten, die wiederum aus vielen einzelnen, intern verschalteten Filmkondensatoren bestehen. Die Einheiten wurden sehr niederinduktiv aufgebaut, um so höhere Schaltfrequenzen abdecken zu können. Zudem ermöglicht eine spezielle Konstruktion eine optimale Wärmeabgabe an den Kühlkörper: Mersen arbeitete hier unter anderem mit besonderen Materialien und speziellen Wickelaufbauten. Außerdem wurde der Kondensator von den Entwicklungsingenieuren so konstruiert und verstärkt, dass er den hohen Ansprüchen an die Vibrationsfestigkeit gerecht wird. So zeichnet sich der Innenaufbau des Kondensators durch eine solide Verlötung und optimal angeordnete Einzelwickel aus.

Rüttelfeste Kondensatoren für Bahnanwendungen

Wegen der auftretenden Vibrationen im fahrenden Betrieb spielt die Rüttelfestigkeit generell eine wichtige Rolle in der Bahntechnik. Filmkondensatoren lassen sich wie beschrieben unter anderem durch eine feste Verlötung optimieren. Zudem werden Kondensatorgehäuse aus Edelstahl, Aluminium oder auch Kunststoff eingesetzt, die extremen Bedingungen trotzen und sich gleichzeitig flexibel gestalten und anpassen lassen. Auf Kundenwunsch sind zudem spezielle Wickelaufbauten, Kontaktierungen und Befestigungen möglich – so kann die Befestigung je nach Einbaubedingung durch das Gehäuse oder direkt am Gehäuse gelöst werden. Durch diese Maßnahmen sind die Filmkondensatoren von Mersen auch für hohe g-Zahlen geeignet.

Bei Elektrolytkondensatoren garantiert der innere Aufbau mit einer soliden Verschweißung der Kontaktfahnen und einem speziellen Verguss eine sehr hohe Rüttelfestigkeit. Ziel ist es, den Wickel auch bei hohen Schwingungszahlen im Becher stabil zu halten, um Schäden zu verhindern und die Lebensdauer zu verlängern. Zapfen im Deckel und im Becherboden halten den Wickel sicher in seiner Position. Analysen haben ergeben, dass ein weiterer kritischer Bereich für diese Anwendung der Deckel ist. Deshalb hat Mersen eine eigene Deckeltechnologie entwickelt, sodass die Qualitätsmaßstäbe in jedem Fall eingehalten werden. Die Ingenieure und Chemiker optimierten zudem die Dichtungstechnologie. Von Vorteil ist nicht zuletzt die hauseigene Elektrolytproduktion (Bild 1): Zum einen lassen sich so individuelle Elektrolyte für spezielle Anwendungen produzieren, zum anderen werden die Rezepturen garantiert exakt eingehalten. Abschließende Untersuchungen im externen Schwingungslabor sichern am Ende der Entwicklungskette, dass die Überlegungen und individuellen Anpassungen auch wirklich das gewünschte Ergebnis erzielen.

Beispiele aus dem Standardsortiment

Im Standardsortiment finden sich bei Mersen zahlreiche anwendungsspezifische Lösungen für diese „bewegende“ Branche. Speziell für die Bahntechnik konzipiert sind zum Beispiel die Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit Gewindeanschluss der GW-Baureihe (Bild 2). Sie sind unempfindlich gegenüber hohen Rippelströmen, wie sie beispielsweise in Bordnetzumrichtern auftreten. Ein Nebeneffekt der hohen Ströme ist jedoch eine vermehrte Temperaturentwicklung in den Kondensatoren. Deshalb sorgen spezielle Wickelaufbauten dafür, dass die Wärme optimal an den Becherboden abgegeben wird. Zudem ist die GW-Serie optional mit einer Bodenkühlung mittels eines Sil-Pads erhältlich, das die Wärme ableitet. Die niederinduktive GW-Baureihe eignet sich somit für Anwendungen mit hohen Rippelströmen in einem weiten Temperaturbereich von –40 bis 105 °C.

Ein „Oldie but Goldie“ sind die FTCAP-Kondensatoren der S-Reihe (Bild 3), die insbesondere im Bereich der Bahntechnik immer noch regelmäßig als wichtige Ersatzteile benötigt werden.

Als einer der letzten Hersteller ist Mersen in der Lage, die Nachfrage nach diesen Produkten zu bedienen. Das besondere Merkmal der Kondensatoren ist das Gewinde, mit dem sie in die entsprechende Bohrung einer Montageplatte geschraubt werden können. Obwohl passive elektrische Bauelemente heute in der Regel in einem automatisierten Prozess auf die Leiterplatte gelötet werden, hat sich diese Technik der Verschraubung bei großen Aluminium-Elektrolytkondensatoren für hohe Strombelastungen bis heute bewährt.

Solide Verbindung mit laminierten Stromschienen

Nicht zuletzt lässt sich auch die Baureihe Energy Cap (Bild 4) in der Bahntechnik zum Beispiel als Zwischenkreiskondensatoren einsetzen. Die Filmkondensatoren überzeugen mit ihrer sehr niedrigen Induktivität, dem robusten Design und einer langen Lebensdauer. Ihr besonderes Plus sind jedoch die unterschiedlich hohen Terminals, die die solide Montage auf laminierten Stromschienen erleichtern. Das ermöglicht einen Betrieb mit konstanter Qualität – auch weil ausgleichende Distanzscheiben entfallen, die häufig aus einem anderen Material gefertigt sind und deshalb zu Übergangswiderständen führen können. Ein weiterer Vorteil: Die Anwender können die gleichen Schrauben für beide Terminals verwenden, da die Einschraubtiefe dieselbe ist. Da Mersen die Kontaktstücke bzw. Terminals selbst fertigt, lässt sich jede gewünschte Höhe realisieren – zum Preis von Standardterminals.

Gerne entwickelt Mersen aber auch den passenden Kondensator für die jeweilige Anwendung: Bei der Entwicklung und Produktion von Kondensatoren können die Experten flexibel auf Kundenwünsche eingehen und gemeinsam mit den Kunden individuelle Lösungen erarbeiten. Um die innovativen Kondensatoren nach Maß reibungslos produzieren zu können, verfügt Mersen in Husum über eine Abteilung für Fertigungstechnik. Diese Mitarbeiter sind Experten für den Sondermaschinenbau und Werkzeugbau – so ist es möglich, die Anlagen für spezielle Anforderungen auch selbst zu entwickeln und zu bauen (Bild 5). Mersen hat also nicht nur gute Ideen für neue Kondensatoren, sondern kann diese individuellen Lösungen auch technisch umsetzen.

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

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