ET4-10 – Kondensatoren – Grundlagen

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Inhaltsverzeichnis:

In diesem Kurstext erklären wir dir ausführlich was es mit den Kondensatoren auf sich hat. Dabei erfährst du alles Relevante zum Aufbau, den Einsatzgebieten und den Bauformen sowie deren vielfältige Darstellung in Schaltplänen.  

Für ein optimales Verständnis helfen dir drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET4-Elektrische Felder

 

Merk’s dir!

“Sie besitzen die Fähigkeit in einem Gleichstromnetzwerk eine elektrische Ladung und die damit verbundene elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Sie sind also kleine Ladungsspeicher.”

 

Kondensatoren
Kondensatoren

 

Grundlagen

Unter Kondensatoren versteht man sich passiv verhaltende elektrische Bauelemente. Diese besitzen die Fähigkeit in einem Gleichstromnetzwerk eine elektrische Ladung und die damit verbundene elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern.

Anstelle von gespeicherter Ladung spricht der Techniker von der elektrischen Kapazität C.

Die Angabe erfolgt in der physikalischen Einheit Farad, kurz F. (Bitte nicht verwechseln mit dem mechanischen Kraftzeichen F!)

 

Merk’s dir!

Liegt ein Wechselstrom vor, so verhält sich ein dieser wie ein Widerstand mit einem von der Frequenz abhängigen Impedanzwert.

 

Passiv elektrische Bauteile werden in fast allen elektrischen sowie elektronischen Geräten verbaut und finden sich entsprechend auch in vielen elektrischen Anlagen wieder.

 

Einsatzzwecke

Wie du bereits gehört hast werden diese vielfältig eingesetzt. Nachfolgend findest du eine Liste der häufigsten Verwendungsorte und der zugehörigen Kondensatortypen:

  • Energiespeicher in Frequenzumrichtern – Zwischenkreiskondensatoren

sowie

  • Sample-Hold-Schaltungen – Speicherkondensator

sowie

  • Blitzlichtgeräte – Photo-Flash Kondensator

sowie

  • Frequenzweichen – Signalkoppler

sowie

  • Netzteile – Glättungskondensator

sowie

  • Digitalschaltungen – Stützkondensator

sowie

  • Elektromagnetische Störungen – Stützkondensator

sowie

  • Phasenkompensation – Leistungskondensator

sowie

  • Sensorik – Spezialkondensator als Sensor

 

Vorsicht nicht verwechseln!…

Fälschlicherweise werden auch andere Bauteile als Kondensator bezeichnet. Nicht hinzugezählt werden:

  • Elektrostatische Lautsprecher

sowie

  • Ablenkplatten

sowie

  • Piezoelektrische Wandler

sowie

  • Elektrooptische Bauteile

sowie

  • Streukapazitäten

 

Aufgaben

Beispiel!

Die Aufgaben sind nochmals vereinfacht zusammengefasst:

  • Energie und Ladungen zwischenspeichern

sowie

  • Schwankungen in Gleichspannungs-Netzteilen ausgleichen

sowie

  • als Widerstände wirken

sowie

  • Energie wandeln

sowie

  • Informationen speichern

sowie

  • Sensorische Messung

 

Kondensatoren – Aufbau

Mit dem Plattenkondensator hast du bereits einen herkömmlichen Kondensator kennengelernt. Denn auch dieser besteht aus zwei Elektroden, also zwei leitfähigen Platten, die mit einem Dielektrikum voneinander getrennt sind.

Kondensatoren - Aufbau
Kondensatoren – Aufbau

 

Hier gilt folgender logischer Zusammenhang:

  • Je größer die Flächen der Elektroden (Platten) umso größer auch die Kapazität. \uparrow = \uparrow

sowie

  • Je größer der Abstand der Elektroden (Platten) zueinander umso geringer auch die Kapazität. \uparrow = \downarrow

sowie

  • Die Stärke der Kapazität hängt von der Auswahl des Dielektrikums ab.

 

Bauformen

Merk’s dir!

Dabei können die Platten/Elektroden sowie das Dielektrikum parallel als Stapel, aufgerollt oder kugelig angeordnet sein.

Kondensatoren - Bauformen 1
Kondensatoren – Bauformen 1
Kondensatoren - Bauformen 2
Kondensatoren – Bauformen 2

 

Arten (Einsatzwerkstoffe)

Kondensatoren für den industriellen Gebrauch haben eine Kapazität zwischen 1 – 10.000 Farad.

Hier werden vorrangig Modelle produziert, die sich als Speicherkondensator in Speicherschaltungen (digital) integrieren lassen.

Hier unterscheidet man zwischen

 

Kondensator mit festen Kapazitätswerten

  • Keramikkondensator

sowie

  • Kunststoffkondensator

sowie

  • Aluminium-Elektrolytkondensator

sowie

  • Tantan-Elektrolytkondensator

 

Merk’s dir!

Superkondensatoren, wie Doppelschichtkondensatoren oder Pseudokondensatoren, funktionieren zwar nach einem anderen Speicherprinzip, dürfen in dieser Liste aber nicht fehlen.

Hybridkondensatoren sind als Mischform von Doppelschicht- und Pseudokondensatoren auch Superkondensatoren.

 

Kondensator mit variablen Kapazitätswerten

  • Drehkondensator

sowie

  • Trimmkondensator

sowie

  • Vakuumkondensator

 

Merk’s dir!

Bauformen mit variablem Kapazitätswerten können nach dem Wirkprinzip unterschieden werden in mechanisch-variable sowie elektrische-variable Kondensatoren.

 

Zur Gruppe der mechanisch-variablen Baugruppe zählen

  • SMDTrimmer

sowie

  • SMD-Laser-Abgleichkondensator

sowie

  • Rohrtrimmer

sowie

  • Variabler Vakuumkondensator

 

Zur Gruppe der elektrisch-variablen Bauformen zählen

  • Kapazitätsdiode

sowie

  • Dielektrisch-variabler Kondensator

sowie

  • Digital-variabler Kondensator

sowie

  • Elektrisch-variabler RF-MEMS-Kondensator

 

Kondensatoren – Schaltzeichen

Da es sich um eine Vielzahl von Bauformen handelt, haben sich in Schaltplänen entsprechend unterschiedliche Schaltzeichen ergeben, damit der Techniker direkt weiß um welche Bauform es sich handelt.

Kondensator - Schaltzeichen - Übersicht
Kondensator – Schaltzeichen – Übersicht

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem du jetzt hoffentlich einen Überblick zu diesem elektrischen Bauteil erhalten hast, werden wir im kommenden Kurstext auf die Kapazität, sowie die notwendigen Gleichungen und Berechnungen näher eingehen. Anschließend betrachten wir die Schaltungsmöglichkeiten, genauer gesagt die Reihen- und Parallelschaltung von Kondensatoren.

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