Folienkondensator

In Audioverstärkern, Netzteilen, Lampenvorschaltgeräten und Motorsteuerungen findest du sie: rote, gelbe oder blaue Quader mit zwei Beinen, manchmal auch graue Becher so groß wie eine Getränkedose. Folienkondensatoren sind die zuverlässigen Arbeitstiere unter den Kondensatoren. Sie sind nicht gepolt, ihre Kapazität bleibt über Jahre und über die Temperatur stabil, sie haben kaum Verluste und vertragen hohe Spannungen und steile Impulse. Gegenüber Keramik sind sie größer und teurer – aber oft die bessere Wahl, wenn ein Kondensator genau sein oder viel aushalten muss.

Aufbau und Funktionsweise

Das Dielektrikum ist eine Kunststofffolie, wenige Mikrometer dünn. Für die Elektroden gibt es zwei Bauweisen:

• Folien-Folien-Kondensatoren (Kürzel mit F, etwa FKP) legen eine dünne Aluminiumfolie und eine Kunststofffolie abwechselnd aufeinander. Die massiven Beläge leiten große Ströme und vertragen steile Impulse, machen das Bauteil aber groß.
• Metallisierte Kondensatoren (Kürzel mit M, etwa MKP oder MKT) tragen eine aufgedampfte Metallschicht von nur einigen Hundertstel Mikrometern direkt auf der Folie. Sie sind deutlich kleiner und können sich nach einem Durchschlag selbst heilen.

Zwei solche Folienbänder werden leicht seitlich versetzt aufgewickelt, als Rundwickel oder plattgedrückt als Flachwickel; bei Stapelbauweise werden Folienpakete geschichtet und zersägt. An den Stirnseiten des Wickels wird flüssiges Metall aufgespritzt (Schoopierung). Es verbindet jede Windung des einen Belags auf voller Breite mit dem Anschluss. Dadurch fließt der Strom nur quer über die Folie, nicht die ganze Wickellänge entlang – das hält ESR und Induktivität klein.

Die Kapazität folgt wie bei jedem Kondensator aus Fläche, Abstand und Permittivität (siehe elektrisches Feld). Kunststofffolien haben nur ein ε_r von 2 bis 3,3. Folienkondensatoren sind deshalb größer als Keramik gleicher Kapazität, zeigen dafür aber weder DC-Bias-Effekt noch Alterung wie Keramikkondensatoren der Klasse 2.

Selbstheilung

Hat die Folie eine Schwachstelle, schlägt dort irgendwann ein Funke durch. Bei metallisierten Typen verdampft der Strom die hauchdünne Metallschicht rund um die Fehlstelle in wenigen Mikrosekunden. Der Kurzschluss ist weg, der Kondensator arbeitet weiter – nur mit einer winzig kleineren Fläche. Jede Heilung kostet etwas Kapazität; nach vielen Durchschlägen, etwa bei dauernder Überspannung, sinkt der Wert merklich, bis das Bauteil das Ende seiner Lebensdauer erreicht. Folien-Folien-Typen können sich nicht selbst heilen: Ein Durchschlag verschweißt die Beläge.

Schaltzeichen und Kennzeichnung

Folienkondensatoren zeichnest du mit dem normalen, ungepolten Kondensatorsymbol aus zwei parallelen Strichen (siehe Kondensator). Bei Wickeln liegt eine Elektrode außen; manche Hersteller markieren diesen Außenbelag mit einem Strich. Das ist keine Polarität, sondern ein Hinweis: Legst du den Außenbelag an Masse, schirmt er den Wickel gegen Störungen ab. Wie du Aufdrucke wie „2A104J“ oder „µ1 K 63“ liest, erklärt Kennzeichnung von Folienkondensatoren.

Kunststoffe und ihre Eigenschaften

Die Kurzbezeichnung nach der alten Norm DIN 41379 verrät Bauweise und Folie: M für metallisiert, F für Folienbelag, dann der Kunststoff. MKT und MKS stehen beide für Polyester (PET), MKP für Polypropylen, MKN für PEN und MKI für PPS.

Polyester ist klein und billig, hat aber höhere Verluste und einen positiven Temperaturgang von einigen Prozent über den Bereich. Polypropylen ist größer, dafür extrem verlustarm, sehr stabil (Temperaturgang um −200 ppm/K) und impulsfest. Polycarbonat (MKC), früher beliebt, wird kaum noch gefertigt, seit die Folie um das Jahr 2000 vom Markt verschwand. Polystyrol lebt im Styroflexkondensator fort.

Kennwerte

Neben Kapazität, Toleranz (meist ±5 % oder ±10 %) und Nennspannung nennen Folien-Datenblätter zwei Angaben, die du sonst selten siehst:

• Wechselspannungsfestigkeit: Ein 63-V-Typ verträgt oft nur 40 V Effektivwert Wechselspannung, ein 630-V-Typ etwa 220–250 V. Für Netzspannung gelten eigene Regeln (siehe unten).
• Impulsbelastbarkeit dU/dt: die größte Spannungsänderung pro Mikrosekunde. Aus ihr folgt der zulässige Spitzenstrom i = C · dU/dt. Je größer das Raster und je kürzer der Wickel, desto höher der Wert; Folien-Folien-Typen vertragen am meisten.

Bauformen

• Radiale Quader im Kunststoffbecher, die häufigste Form, mit Rastermaßen von 5, 7,5, 10, 15, 22,5 und 27,5 mm. Das Raster bestimmt die Größe und damit Kapazität und Spannung.
• Axiale Rundwickel mit Drähten an beiden Enden, verbreitet in Audio und alten Geräten.
• SMD-Folienkondensatoren aus PEN oder PPS, die Lötofen-Temperaturen überstehen.
• Leistungskondensatoren im Becher für Zwischenkreise von Wechselrichtern, Motorbetriebskondensatoren und Lampenkompensation, oft mehrere µF bis mF.

Typische Anwendungen

• Koppel- und Filterkondensatoren in Audioschaltungen, weil sie weder Mikrofonie noch Spannungsabhängigkeit zeigen.
• Netzentstörung als zugelassene X- und Y-Kondensatoren sowie Kondensatornetzteile.
• Snubber und Resonanzkreise in Schaltnetzteilen, Induktionsherden und Vorschaltgeräten – hier zählen niedriger Verlustfaktor und hohe Impulsfestigkeit.
• Zwischenkreis in Wechselrichtern und Motorumrichtern als langlebige Alternative zum Elektrolytkondensator.
• Zeitglieder und Integratoren, wenn Kapazitäten über einigen Nanofarad stabil sein müssen.

Ein typisches Beispiel ist der Koppelkondensator vor einem Verstärkereingang. Er bildet mit dem Eingangswiderstand einen Hochpass (siehe RC-Glied):

Auswahl und Praxistipps

Für allgemeine Zwecke bis rund 1 µF ist ein MKT oder MKS die preiswerte Lösung. Wenn Verluste, Stabilität oder Impulse zählen – Netz, Schaltnetzteil, Filter, Audio –, nimm MKP. Prüfe die Nennspannung für Gleich- und Wechselspannung getrennt, außerdem die dU/dt-Angabe bei steilen Flanken. Ab einigen µF wird Folie groß und teuer; dann ist ein Elko oder ein Paket aus MLCCs wirtschaftlicher.

Häufige Fehler:

• Gleichspannungstyp am Netz: Ein 400-V-Gleichspannungskondensator ist nicht für 230 V Wechselspannung zugelassen. Am Netz gehören nur X- oder Y-Typen hin.
• Wechselspannung unterschätzt: Teilentladungen an den Folienrändern zerstören einen Kondensator, der für die Gleichspannung reicht, aber nicht für den Effektivwert plus Spitzen.
• Polyester im Impulsbetrieb: Hoher Verlustfaktor und geringe dU/dt-Festigkeit führen zu Erwärmung und Kapazitätsschwund.
• Raster nicht geprüft: Ein 1-µF-Kondensator für 63 V passt ins 5-mm-Raster, für 400 V brauchst du eher 15 oder 22,5 mm.

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