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Kondensatoren bestehen aus zwei Metallflächen, zwischen denen sich eine isolierende Schicht befindet. Deren Eigenschaften, insbesondere deren Dielektrizitätskonstante, bestimmt unter anderem im Wesentlichen die Kapazität des Bauelementes. Mehr darüber erfahren Sie in unserem Ratgeber.

Wissenswertes zu Bipolaren Kondensatoren

Was sind Elektrolytkondensatoren?

Mit Elektrolytkondensatoren (kurz: Elkos) lassen sich wesentlich größere Kapazitätswerte pro Volumeneinheit realisieren. Dazu wird zwischen die Kondensatorbeläge, die aus aufgewickelten aufgerauten Aluminiumfolien bestehen, ein Elektrolyt eingebracht. In einem elektrochemischen Vorgang, der „Formierung“, entsteht auf der Aluminium-Oberfläche eine sehr dünne Oxidschicht, die ein Dielektrikum mit hoher Dielektrizitätskonstante und mit hoher Durchschlagsfestigkeit darstellt. Allerdings ist dieser Vorgang wie andere elektrolytische Prozesse von der Polarität der anliegenden Spannung abhängig. Nur wenn auch im Betrieb die Spannung in der vorgeschrieben Richtung anliegt, ist die Funktion sichergestellt. Bei Elkos sind aus diesem Grund die Anschlüsse mit „Plus“ und „Minus“ gekennzeichnet. Diese Bauelemente sind deshalb nur für den Betrieb an Gleichspannungen geeignet.

Anwendungsbeispiele sind Glättungskondensatoren in Netzteilen, Ladekondensatoren in Blitzgeräten oder Koppelkondensatoren in Verstärkern. Wenn an einem Elektrolytkondensator eine falsch gepolte Spannung anliegt, wird die Oxidschicht zwischen den Kondensatorbelägen abgebaut, die Isolierung verschlechtert sich, es fließt ein hoher Strom, der letztendlich zur Zerstörung des Bauelementes führt.

Wofür werden bipolare Elkos gebraucht?

3-Wege-Frequenzweiche mit Kupferspulen und Tonfrequenz-Elkos

Es gibt allerdings auch Anwendungen, bei denen Kondensatoren großer Kapazität, aber mit kleinem Volumen gewünscht sind. Dafür können bipolare Kondensatoren verwendet werden. Typisches Beispiel dafür sind Frequenzweichen, die in Lautsprecherkombinationen erforderlich sind, um die Leistung auf die Hoch-, Mittel- und Tieftöner richtig zu verteilen. Die Frequenzabtrennung sollte dabei so erfolgen, dass es für die Signalspektren an den einzelnen Lautsprechern sich nicht zu weit überlappen. Die Frequenzen der an den Lautsprechern anliegenden Spannungen liegen im hörbaren Spektrum, d. h. sie sind recht niedrig und die Impedanzen des Ausgangs am Verstärker sowie der Lautsprecher liegen im einstelligen Ohm-Bereich. Übliche LC-Filter zur Trennung der Frequenzbereiche benötigen deswegen Spulen, deren Induktivität im Bereich von etwa 5 bis 10 mH und Kondensatoren, deren Kapazität im Bereich von 1 – 50 µF liegt.

Spulen mit diesen Werten und überschaubaren Abmessungen lassen sich problemlos realisieren. Bei den Kondensatoren sieht die Sache allerdings anders aus: Folienkondensatoren wären für diesen Zweck viel zu groß. Normale Elkos sind zwar wesentlich kleiner, wären allerdings an dieser Stelle auch nicht geeignet, weil sie in dieser Anwendung mit Wechselspannung betrieben werden müssten. Aus diesem Grund wurde für solche Anwendungen der bipolare Elektrolytkondensator, kurz: Bipolar-Elko, entwickelt, der sich mit Wechselspannung betreiben lässt.

Wie sind bipolare Elektrolytkondensatoren aufgebaut?

Wenn zwei normale Elkos mit entgegengesetzter Polarität in Reihe geschaltet werden, liegt in jeder Spannungsrichtung jeweils eine richtig gepolte Oxidschicht, d.h. dieses Bauelement kann mit Wechselspannung betrieben werden. In der Praxis werden allerdings nicht einzelne Kondensatoren zusammengeschaltet, sondern es werden zwei Kondensatorbeläge aufgewickelt, deren Oberflächen für entgegengesetzte Polarität formiert wurden. Dabei ist zu beachten, dass eine Reihenschaltung von zwei Kondensatoren bzw. zwei Kondensatorbelägen gleicher Kapazität insgesamt nur den halben Kapazitätswert hat. Bipolare Elektrolytkondensatoren sind im Vergleich zu normalen Typen bei gleicher Kapazität und Spannungsbelastbarkeit etwas größer. Außerdem lassen sich mit diesem Aufbau nicht die für normale Elkos hohen Werte der Spannungsfestigkeit erreichen. In der Praxis liegen die Werte bei Bipolar-Typen im Bereich von beispielsweise 35 V AC und max. 100 V DC. Höhere Spannungen kommen in den meisten Anwendungen, z. B. in Frequenzweichen allerdings auch gar nicht vor.

Welche Bauformen haben Bipolare Kondensatoren?

Bipolar-Elkos sind in der auch für normale Elkos üblichen Rollen-Bauform mit axialen Anschlüssen verfügbar. Diese bestehen aus zwei Metallflächen, zwischen denen sich eine isolierende Schicht befindet. Üblicherweise kommen hier Kunststofffolien zur Anwendung.

Um die geforderte Spannungsfestigkeit erreichen und einhalten zu können, darf die Folie eine bestimmte Dicke nicht unterschreiten. Deshalb können Folienkondensatoren für hohe Spannung mit größeren Kapazitäten, z. B. mehr als 1 µF, recht umfangreiche Abmessungen annehmen.

Es sind auf dem Rollengehäuse mit Isolierfolie aber außer dem Kapazitäts- und Spannungswert keine Plus- und Minus-Markierungen aufgedruckt.

Was ist bei der Auswahl von Bipolar-Elkos zu beachten?

Wie bei allen anderen Kondensator-Typen sind auch bei Bipolar-Elkos die in den Datenblättern angegebenen Grenzwerte im Betrieb für Spannung, auch kurzzeitige Spitzenspannungen, sowie Temperatur nicht überschritten werden. Ein für Kondensatoren und insbesondere für Elkos wichtiger Parameter ist der ESR-Wert (Equivalent Series Resistance – Serien-Ersatzwiderstand). Dieser sollte gering sein und darf während der Lebensdauer möglichst wenig zunehmen. Der ESR-Wert gibt die Summe aller seriellen Verluste des Kondensators an, der aus der Reihenschaltung der Verlustwiderstände und -Induktivität des Bauelementes besteht. Insbesondere die Induktivität bewirkt, dass die wirksame Kapazität des Kondensators mit wachsender Frequenz abnimmt.

Deshalb wird für Bipolar-Elkos im Datenblatt angegeben, bis zu welcher Frequenz die aufgedruckte Nennkapazität gilt. Wichtig ist deshalb ein geringer ESR-Wert bei Anwendungen wie beispielsweise Niederfrequenz-Frequenzweichen, bei denen es auf langfristige genaue Einhaltung der Werte der frequenzbestimmenden Bauelemente ankommt. Letztendlich bestimmt die Güte der verwendeten Kondensatoren die Klangqualität eines Lautsprechersystems. Auch das Rauschen im Lautsprecher, das sich bei HiFi-Anwendungen störend bemerkbar macht, hängt vom möglichst niedrigen ESR-Wert ab. Weil der ESR-Wert von Elkos temperaturabhängig ist, sollte darauf geachtet werden, dass die Kondensatoren im Betrieb möglichst geringen Temperaturen ausgesetzt sind. Natürlich müssen auch Bipolar-Elkos auch die Anforderungen der RoHS-Konformität erfüllen.

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