Kondensatortypen Kondensatoren unterscheiden sich nicht nur durch die Bauform sondern auch durch die verwendeten Materialien. Nachfolgend werden einige bekannte und verbreitete, z.T. auch historische Bauformen vorgestellt.
Papierkondensatoren Wie der Name schon vermuten läßt, wird als Dielektrikum bei Papierkondensatoren Papier zum Einsatz. Papier sprich gepreßte Zellulose ist im trockenen Zustand ein recht guter Isolator und war eines der ersten verwendeten Dielektrika, die in industriell hergestellten Kondensatoren verwendet wurde. Dabei handelt es sich allerdings nicht um Schreibpapier sondern um speziell behandeltes (d.h. impägniertes) Papier.
Ein großer Nachteil von Papierkondensatoren ist, daß Papier einen geringe Proportionalitätskonstante εr besitzt und im Laufe der Zeit auch seine Dicke verändert, was sich in einer Kapazitätsänderung äußert. Außerdem ist Papier deutlich weniger durchschlagfest als eine gleichdicke Kunststoffolie. Dies hat eine ziemlich große Bauform zufolge. Hinzu kommt, daß durch die nicht zu unterschätzenden elektrostatischen Kräfte zwischen den Metallfolien das Papier zusammengequetscht wird. Die Dicke des Papiers nimmt deshalb mit wachsender Spannung geringfügig ab, weshalb seine Kapazität ein wenig ansteigt. Da das Zusammendrücken ein in gewissem Rahmen reversibler Prozeß ist, ergibt sich eine Abhängigkeit der Kapazität von der Spannung. Abgesehen davon wirken die sich minimal bewegenden Metallfolien wie die Membran eines Lautsprechers. Besonders bei hohen Spannungen und schnellem Ladungswechsel entstehen deshalb hörbare Geräusche. Aufgrund der bewegten Massen ergibt sich eine relativ niedrige akustische Resonanzfrequenz. Die Abhängigkeit der Kapazität von der Spannung ist damit zusätzlich auch noch frequenzabhängig. Aufgrund dieser Nachteile werden Metallpapierkondensatoren kaum noch verwendet.
Ölpapierkondensatoren Bei den als Ölpapierkondensatoren bezeichneten Kondensatoren (in HiFi-Kreisen gern auch Oilers genannt) handelt es sich um Papierkondensatoren, bei denen das isolierende Papier mit speziellem Öl getränkt ist. Ölpapierkondensatoren besitzen immer Metallfolien als Elektroden, weil sich auf öliges Papier keine Metallschichten aufdampfen lassen. Das Papier dient dabei eigentlich nur als Abstandhalter für die Folien, wobei das Öl im Idealfall sämtliche Hohlräume im Papier ausfüllt und als Dielektrikum wirkt. Im Vergleich zu normalem Kondensatorpapier besitzt ölgetränktes Papier eine etwas höhere Proportionalitätskonstante εr und bei gleicher Papierdicke oft eine höhere Spannungsfestigkeit. Die eigentlich dadurch mögliche kleinere Bauform wird jedoch oft dadurch verspielt, daß oft der Kondensatorwickel in einem ölgefüllten Gehäuse schwimmt, was die Bauform vergrößert. Bei in der Hochspannungstechnik verwendeten größeren Exemplaren kann man das Öl manchmal sogar wechseln. Dieses Spezialöl besitzt viele z.B. flammhemmende Zusatzstoffe, die zumindest bei älteren Exemplaren hochgradig gesundheitsschädlich sind.
Die Vorteile und Nachteile von Ölpapierkondensatoren sind weitgehend identisch mit denen von Papierkondensatoren, da es sich lediglich um eine spezielle Variante von Papierkondensatoren handelt. Bei Ölpapierkondensatoren verwendet man allerdings vorzugsweise Papier mit vielen großen Hohlräumen, damit viel Platz für das Öl vorhanden ist. Papier mit vielen großen Poren ist noch weniger druckstabil als solches mit wenigen kleinen, so daß die Abhängigkeit der Kapazität von der Spannung bei Ölpapierkondensatoren etwas größer als bei Papierkondensatoren ist. Außer in der Hochspannungs-/Starkstromtechnik werden Ölpapierkondensatoren nicht mehr verwendet.
Metallpapierkondensatoren Als Dielektrikum kommt bei Metallpapierkondensatoren ebenfalls Papier zum Einsatz. Auf dieses Papier werden als Elektroden dünne Metallschichten aufgedampft. Metallpapierkondensatoren sind deshalb selbstheilend und besitzen außerdem eine kleinere Bauform als Papierkondensatoren, weil aufgedampfte Metallschichten viel dünner als Metallfolien sind. Ansonsten entsprechen ihre Eigenschaften denen der Papierkondensatoren.
Kunststoffolienkondensatoren Als Dielektrikum wird bei Kunststoffolienkondensatoren dem Namen entsprechend eine Kunststoffolie verwendet. Kunststoffe besitzen eine erheblich größere Durchschlagfestigkeit als Papier, so daß bei gleicher Nennspannung infolge der dünneren Folie eine deutlich kleinere Bauform möglich ist. Da zudem Kunststoffolie ganz erheblich druckstabiler als Papier ist, ist die Kapazität unabhängig von der angelegten Spannung. Bei Kunststoffolienkondensatoren werden sowohl durch eine Kunststoffolie voneinander isolierte Metallfolien (Film-/Folienaufbau) als auch metallisierte Kunststoffolien (MK-Aufbau, MK = Metallisierter Kunststoff) verwendet. Die aufgedampfte Metallisierung ist mit nur einigen zig Nanometer Dicke viel dünner als eine Metallfolie, die einige Mikrometer dick ist (Nanometer = Milliardstel Meter, Mikrometer = Millionstel Meter). MK-Kondensatoren sind daher nochmals kleiner als Kondensatoren mit Film-/Folienaufbau. Ihr einziger Nachteil ist, daß die dünne Metallschicht eine geringere Stromtragfähigkeit besitzt als vergleichsweise dicke Folien. Für Impulsanwendungen, bei denen oft kurzzeitig Ströme von etlichen hundert Ampere oder noch mehr fließen, verwendet man vorzugsweise Kondensatoren mit Film-/Folienaufbau. MK-Kondensatoren haben hingegen den Vorteil, selbstheilend zu sein.
Es gibt zahlreiche verschiedene Kunststoffarten, die als Dielektrikum Verwendung finden, wobei jeder Kunststoff materialabhängige Vor- und Nachteile besitzt. In den allermeisten Fällen ist ein simpler Wald-und-Wiesen-MK-Kondensator mehr als ausreichend. Wo ganz spezielle Anforderungen bestehen (z.B. Hochspannungstechnik oder Meßtechnik), bietet jedoch die große Vielfalt an Kunststoffen die Möglichkeit, den für die jeweilige Anwendung besten Kondensator zu verwenden. Unterschiede gibt es beispielsweise bei der Temperaturabhängigkeit und dem Langzeitverhalten (beide wirken sich auf die Kapazitätstoleranz aus), bei der Durchschlagfestigkeit, der Höhe der Permittivitätszahl, des Isolationswiderstands und den dielektrischen Verlusten.
Gängige Kondensatoren werden aus den nachfolgenden Kunststoffen hergestellt, die mit Vor- und Nachteilen aufgelistet sind:
Dielektrikum Kürzel Aufbau Eigenschaften Polyester (Polyethylenterephthalat) MKT MK verlustarm, hoher Isolationswiderstand, großer Temperaturbereich, selbstheilend Polyester (Polyethylenterephthalat) KT Film-/Folie verlustarm, hoher Isolationswiderstand, großer Temperaturbereich, hohe Impulsbelastbarkeit Polypropylen MKP MK verlustarm, geringe Temperaturabhängigkeit, geringe Frequenzabhängigkeit, geringe dielektrische Absorption, sehr hoher Isolationswiderstand, großer Temperaturbereich, selbstheilend Polypropylen KP Film-/Folie verlustarm, geringe Temperaturabhängigkeit, geringe Frequenzabhängigkeit, geringe dielektrische Absorption, sehr hoher Isolationswiderstand, großer Temperaturbereich, hohe Impulsbelastbarkeit Polystyrol KS (Styroflex) Film-/Folie sehr verlustarm, extrem geringe Temperaturabhängigkeit, geringe Frequenzabhängigkeit, sehr hoher Isolationswiderstand, mittlerer Temperaturbereich Polycarbonat MKC MK sehr geringe Temperaturabhängigkeit, geringe dielektrische Absorption, sehr hoher Isolationswiderstand, selbstheilend Polycarbonat FKC Film-/Folie sehr geringe Temperaturabhängigkeit, geringe dielektrische Absorption, sehr hoher Isolationswiderstand, hohe Impulsbelastbarkeit
Kunststoffolienkondensatoren werden in einem sehr breiten Kapazitätsbereich hergestellt, sind aufgrund ihrer sehr guten Eigenschaften für die meistens Anwendungen bestens geeignet und zudem relativ preiswert. Es ist deshalb kein Wunder, daß sie die meistverwendete Kondensatorbauform sind.
Keramikkondensatoren Bei Keramikkondensatoren kommen als Dielektrikum spezielle Keramiken zum Einsatz. Denken Sie bei Keramik aber bitte nicht an Tafelgeschirr. Es handelt sich vielmehr um bestimmte chemische Verbindungen, die unter Druck und Temperatur gesintert werden. Wenn man ein kleines Keramikrohr innen wie außen metallisiert und die Metallisierung der Innen- und der Außenseite an getrennte Anschlüsse führt, erhält man einen sogenannten Rohrkondensator. Seine Kapazität ist aufgrund der geringen Fläche und der relativ großen Dicke der Rohrwandung ziemlich gering. Als Ausgleich besitzt er jedoch gute Hochfrequenzeigenschaften. Heutzutage verwendet man jedoch fast ausschließlich Keramikkondensatoren, die aus einem rechteckförmigen Plättchen oder einer runden Scheibe bestehen, die auf beiden Seiten metallisiert ist. Durch Verwendung spezieller Keramiken kann man in Anbetracht der geringen Fläche und des im Vergleich zu einer Kunststoffolie dicken Dielektrikums erstaunlich hohe Kapazitätswerte erzielen.
Man unterscheidet grob zwischen Dielektrika der Gruppe I und II. Dielektrika der Gruppe I besitzen hervorragende Eigenschaften. Ihr Isolationswiderstand übertrifft denjenigen der ebenfalls sehr guten Kunststoffolienkondensatoren bei weitem, während die dielektrische Absorption und der Temperaturgang mit den besten Kunststoffolienkondensatoren mithalten kann. Aufgrund ihrer Kleinheit besitzen sie beste Hochfrequenzeigenschaften. Allerdings sind sie nur mit Kapazitätswerten bis zu ca. 100 pF erhältlich.
Keramikkondensatoren mit Dielektrika der Gruppe II besitzen eine deutlich höhere dielektrische Absorption. Diese ist umso höher, je größer die Dielektrizitätskostante (neuerdings "relative Permittivitätskonstante" genannt) der verwendeten Keramik ist. Sie sind zwar für Schwingkreise etc. weniger gut geeignet aber wie geschaffen für Sieb- und Entkopplungszwecke. Hierbei spielt es auch keine Rolle, daß die Temperaturabhängigkeit mit größer werdender Dielektrizitätskostante zunimmt.