WIMA - Competence in Capacitors
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Konstruktionsarten von Folien-Kondensatoren

Film/Folien Aufbau

aufbauff_de Der Film/Folien Aufbau wird vorwiegend für Kondensatoren kleinerer Kapazität (100pF bis 0,1µF) verwendet.
Vorteilhaft ist bei diesem Aufbau die einfache Kontaktierbarkeit der Metallfolienbeläge und die gute Impulsfestigkeit.
Ein Durchschlag der Dielektrikumsfolie bei einem F-Kondensator führt zu einem irreversiblen Kurzschluß und damit zum Ausfall.
Um Durchschläge infolge von Schwachstellen im Dielektrikum zu vermeiden, liegt die gewählte Isolierfoliendicke stets über den theoretischen Werten, die sich aus der spezifischen Durchschlagsfestigkeit des Materials ergeben. Folienstärken unter 4 µm finden wegen ihres zu hohen Schwachstellenanteils für F-Kondensatoren keine Verwendung.
Der Zwang zu dickeren Isolierfolien wirkt sich allerdings nachteilig auf Bauform und Materialeinsatz aus. Bei einer dickeren Isolierfolie muß nämlich, damit eine bestimmte Kapazität erzielt wird, im gleichen Maß auch die Bandlänge vergrößert werden. Eine dickere Isolierfolie wirkt sich also quadratisch auf das Volumen des Wickels aus.
Theoretisch muß die Dielektrikumsdicke mindestens so groß sein, daß eine eventuell auftretende Schwachstelle, d.h. das Zusammentreffen von Folienvertiefungen auf Ober- und Unterseite, gerade noch die gewünschte Durchschlagsfestigkeit hat.

Vorteil: Hohe Impulsbelastbarkeit durch gute Kontaktierung der Anschlußdrähte mit den Metallfolienbelägen.

WIMA Serien mit Film/Folien Aufbau
fkp02a
fks2a
fkp2aa
fks3
fkp3

Metallisierter Aufbau


Der metallisierte Aufbautyp erlaubt es, Wickelkondensatoren mit größeren Kapazitätswerten in miniaturisierten Bauformen herzustellen (~ 0.01µF bis 100µF und größer). Bei M-Kondensatoren werden dünne Aluminiumschichten (~ 0.03µm) als leitende Beläge auf die Isolierfolien aufgedampft. Bei einem Durchschlag verdampft durch den Kurzschlußstrom der dünne Metallbelag rings um die Fehlstelle, ohne daß dort die Güte des Dielektrikums heragesetzt wird. Es entsteht ein isolierender "Hof", der Kondensator bleibt intakt (Selbstheilung). Die dadurch bedingte Kapazitätseinbuße von einigen pF ist bedeutungslos.
Bei metallisierten Kondensatoren kann die Durchschlagsfestigkeit der Isolierfolie voll ausgenutzt werden. Schwachstellen in ihr werden schon bei der Herstellung der Kondensatoren ausgebrannt. Dies erlaubt die Verwendung dünnster Isolierfolien bis herab zu < 1µm Folienstärke.
Den Vorteilen der geringen Abmessungen und der Ausheilfähigkeit metallisierter Kondensatoren steht der Nachteil begrenzter Strombelastbarkeit als Folge der dünnen aufgedampften Belagschichten gegenüber.

Vorteil: Aufbau mit dem günstigsten Kapazitäts/Volumen-Verhältnis.

WIMA Serien mit metallisiertem Aufbau:
smdpeta
smdpena
smdppsa
mks02a
mks2aa
mkp2a
mkp4aa
mks4aa

Impulsfester, metallisierter Aufbau

aufbmkp1_de
mkp10 63V~, 180V~, 250V~ snubbermkp 180V~, 250V~ gtomkpa 180V~, 250V~

aufbmkp2_de
mkp10 400V~, 600V~, 650V~, 700V~ snubbermkp 400V~, 700V~ gtomkpa 400V~, 450V~, 500V~, 550V~

aufbmkp3_de
mkp10 900V~/RM 22,5mm (RM 15mm = 3-Section)

Um dem Nachteil der begrenzten Strombelastbarkeit einfach metallisierter Kondensatoren zu begegnen, wurden von WIMA spezielle impulsfeste metallisierte Kondensatoren entwickelt, bei denen die Beläge nicht direkt auf die Dielektrikumsfolie aufgedampft sind. Eine dünne Kunststofffolie wird doppelseitig mit Aluminium bedampft und gemeinsam mit den Isolierfolien wie bei einem Film/Folien-Kondensator aufgewickelt.
Die beiden Metallschichten auf der Trägerfolie werden bei Schoopierung (Metall-Flammspritzen) und Kontaktierung leitend miteinander verbunden. Die Trägerfolie liegt dadurch im feldfreien Raum, ihre dielektrischen Eigenschaften sind ohne Bedeutung ("Folie im feldfreien Raum"), auf ihr findet bei Durchschlägen die Ausheilung statt. Durch die doppelseitige Metallisierung besitzt dieser Aufbautyp die gleiche gute Ausheilfähigkeit wie ein einfach metallisierter Kondensator, die Leitfähigkeit einer doppelt so dicken Metallisierungsschicht und den Vorteil einer besseren Kontaktierung.
Diese Kondensatoren vertragen sehr hohe Impulsströme bei einem nur etwas größeren Volumen als einfach metallisierte Kondensatoren. Sie bieten hohe Betriebssicherheit bei kritischen Anwendungsfällen.

Vorteile:
Hohe Impulsbelastbarkeit durch gute Kontaktierung der Metallschichten durch die Schoopierung.
Gute Ausheilfähigkeit durch Trägerfolie im feldfreien Raum.

Film/Folien Aufbau mit metallisiertem Belagträger






Dieser Kondensatortyp ist aufgrund seines Film/Folien Aufbaus mit metallisiertem Belagträger für höchste Strombelastungen geeignet. Der Kondensator ist als Serienschaltung aufgebaut, die stromführenden Beläge bestehen aus zwei Aluminiumfolien und einer metallisierten Trägerfolie als "Blindlage".
Während die beiden Aluminiumfolien nach der Schoopierung (es werden alle Windungen durch Metall- Flammspritzen miteinander verbunden) und Kontaktierung mit den Anschlußdrähten verbunden sind, führt die Blindlage nur durch kapazitive Kopplung Strom. Auf diese Weise wird der Vorteil der Ausheilfähigkeit (durch die metallisierte Blindlage) mit dem Vorteil der außerordentlich sicheren Kontaktierung der Aluminiumfolie verbunden. Durch die Serienschaltung wird der Einsatzpunkt der Koronaspannung auf den doppelten Wert heraufgesetzt.
Solcherart aufgebaute Kondensatoren sind für sehr hohe Ströme bei größter Betriebssicherheit geeignet.

Vorteile:
Höchste Impulsbelastbarkeit durch sehr gute Kontaktierung (Metallfolienbeläge und metallisierte Belagfolien).
Gute Ausheilfähigkeit durch metallisierte Trägerfolie (Blindlage).
Aufgrund der Serienschaltung wird der Einsatzpunkt der Koronaspannung auf den doppelten Wert heraufgesetzt.

Ausheilvorgang bei metallisierten Kondensatoren

Auch die besten Kunststofffolien sind nicht frei von Fehlstellen (pin holes, bubbles, weakspots), wie auch keramische Materialien Fehlstellen aufweisen. Allerdings besteht bei metallisierten Film- Kondensatoren die Möglichkeit, diese Fehlstellen durch Anlegen einer erheblich höheren Spannung als die Nennspannung zu beseitigen. Diesen Vorgang nennt man Ausheilung und hat damit praktisch die Möglichkeit, ein "Zero-Defect-Dielectric" zu erhalten.

break2_deBild 1: Schemadarstellung des Ausheilvorgangs

break1Bild 2: Isolierhof nach dem Ausheilvorgang

Der Prozess der Ausheilung wird durch einen elektrischen Durchschlag, der in ca. 10-8 sec. abläuft, eingeleitet. Das Dielektrikum wird im Durchschlagskanal in ein hochkomprimiertes Plasma umgesetzt, das aus dem Durchschlagskanal herausdrängt und die Dielektrikumsschichten auseinanderdrückt (Bild 1).

In dem sich ausbreitenden Plasma setzt sich die Entladung über die Metallbeläge fort. Es treten Temperaturen von schätzungsweise 6000 K auf, dabei bilden sich isolierende Höfe um die ursprünglich vorhandene Fehlstelle (Bild 2). Diese schnelle Löschung des Plasmas ist notwendig, um Folgeschäden an der über der Fehlstelle liegenden Dielektrikumslage zu vermeiden.
Der Druck zwischen den Lagen darf nicht zu groß sein, um eine rasche Ausdehnung des Plasmas vom Durchschlagskanal aus zu ermöglichen. Große Teile des Plasmas geraten in Gebiete geringer Feldstärke.

Der eindwandfreie Ablauf des Ausheilvorganges hängt von der Dicke der Metallisierung, von der chemischen Zusammensetzung und von der Höhe der angelegten Spannung ab; wobei -abgesehen von der chemischen Zusammensetzung- die Fertigungsbedingungen die Voraussetzung für das optimale Ausheilen schaffen müssen.

Über uns

Als weltweit führender Hersteller entwickeln und fertigen wir qualitativ hochwertige Folienkondensatoren für den professionellen Einsatz in allen Bereichen der Elektronik.

Seit 1948 produzieren wir als inhabergeführtes Unternehmen ausschließlich in Deutschland. Als Spezialist für Folienkondensatoren richten wir unseren Fokus auf höchste Kundenzufriedenheit durch Qualität, Innovation und Service.

Unsere Stärken liegen in der Herstellung und Entwicklung sowohl von Serien- als auch von kundenspezifischen Produkten, für die Erfahrung und exzellentes Know-how erforderlich sind. Dadurch können wir für alle Ihre Anforderungen die entsprechenden Lösungen anbieten.

Kontakt

WIMA GmbH & Co. KG
Besselstr. 2 – 4
68219 Mannheim

Telefon: +49 621 86295-0
Fax: +49 621 86295-48

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