Um Ausfälle zu vermeiden, setzt besonders die Bahntechnik auf robuste und sichere Kondensatortechnologie.

Bild: Scanrail, AdobeStock

Bauelemente auf der Schiene Rüttelfest, robust, leistungsfähig: Kondensatoren für raue Umgebungen

03.05.2021

Kondensatoren im Bereich Bahntechnik müssen auf die besonderen Bedürfnisse dieser Branche zugeschnitten sein. Hier zählt nicht nur ein enormer Erfahrungsschatz der zuständigen Experten, sondern es muss auch die problematische Einbausituation für eine einwandfreie Funktionalität berücksichtigt werden. Was neben Rüttelfestigkeit, Robustheit und Leistungsfähigkeit dabei sonst noch alles wichtig ist.

Der Spezialist Mersen ist bekannt für Lösungen aller Arten wie von Schienenfahrzeugen – von Elektro- und Diesellokomotiven für den Güter- und Personenverkehr über elektrische Triebzüge und Stadtbahnen bis hin zu Metro- und Straßenbahnsystemen. Die technischen Systeme sind stets auf die Betriebsbedingungen wie extreme Temperaturen, schwere Lasten und Vibrationen zugeschnitten. Zu den vielfältigen Lösungen des Konzerns für die Bahntechnik zählen unter anderem Erdrückstrom-Einheiten, Kohlebürsten, Sammelschienen, Kühlgeräte, bordseitige Trennschalter und auch Berstscheiben.

Ein besonderes Know-how kann das Unternehmen aber auch im Bereich der Kondensatoren vorweisen, die am Standort in Husum, Deutschland, entwickelt und gefertigt werden. Bei der Umsetzung von Branchenlösungen ist Kreativität und Kompetenz gefragt – Eigenschaften, die die Experten schon in vielen Projekten unter Beweis gestellt haben. Die Firma beliefert seit vielen Jahren Unternehmen mit FTCap-Kondensatoren für die Bahntechnologie.

Spezielle Kondensatoren für Bordnetzumrichter

Unter anderem sind FTCap-Kondensatoreneinheiten in Bordnetzumrichtern eines bekannten Herstellers verbaut, die das AC-Netz von S-Bahn-Fahrzeugen mit Energie versorgen. Die Zwischenkreiskondensatoren gewährleisten eine konstante Spannung und liefern bei Bedarf Strom.

Die Liste mit Anforderungen, die im vorliegenden Fall bestanden, war lang: Wichtig waren eine gute thermische Anbindung an den Kühlkörper sowie ein einfacher, aber robuster mechanischer Aufbau. Die Kondensatoren sollten rüttelfest, kompakt und leicht zu montieren sein. Zudem sollten sie den elektrotechnischen Anforderungen genügen; dazu hatte der Hersteller zu erfüllende Werte bezüglich der Rippelstrombelastbarkeit, Spannungsbeanspruchung, Verlustleistung und Kapazität definiert.

Die Experten lösten die Herausforderung mit Kondensatoreneinheiten, die wiederum aus vielen einzelnen, intern verschalteten Filmkondensatoren bestehen. Die Einheiten wurden sehr niederinduktiv aufgebaut, um so höhere Schaltfrequenzen abdecken zu können.

Zudem ermöglicht eine spezielle Konstruktion eine optimale Wärmeabgabe an den Kühlkörper: Das Unternehmen arbeitete hier unter anderem mit besonderen Materialien und speziellen Wickelaufbauten. Außerdem wurde der Kondensator von den Entwicklungsingenieuren so konstruiert und verstärkt, dass er den hohen Ansprüchen an die Vibrationsfestigkeit gerecht wird. So zeichnet sich der Innenaufbau des Kondensators durch eine solide und robuste Verlötung und optimal angeordnete Einzelwickel aus.

Besonders rüttelfeste Kondensatoren

Wegen der auftretenden Vibrationen im fahrenden Betrieb spielt die Rüttelfestigkeit generell eine wichtige Rolle in der Bahntechnik. Filmkondensatoren lassen sich wie beschrieben unter anderem durch eine feste Verlötung optimieren. Zudem werden Kondensatorgehäuse aus Edelstahl, Aluminium oder auch Kunststoff eingesetzt, die extremen Bedingungen trotzen und sich gleichzeitig flexibel gestalten und anpassen lassen.

Auf Kundenwunsch sind auch spezielle Wickelaufbauten, Kontaktierungen und Befestigungen möglich. So kann die Befestigung je nach Einbaubedingung durch das Gehäuse oder direkt am Gehäuse gelöst werden. Durch diese Maßnahmen sind die vielfältigen Filmkondensatoren von FTCap auch für hohe g-Zahlen geeignet.

Bei Elektrolytkondensatoren garantiert der innere Aufbau mit einer soliden Verschweißung der Kontaktfahnen und einem speziellen Verguss eine sehr hohe Rüttelfestigkeit. Ziel ist es, den Wickel auch bei hohen Schwingungszahlen im Becher stabil zu halten, um Schäden zu verhindern und die Lebensdauer zu verlängern.

Zapfen im Deckel und im Becherboden halten den Wickel sicher in seiner Position. Analysen haben ergeben, dass ein weiterer kritischer Bereich für diese Anwendung der Deckel ist. Deshalb hat FTCap eine eigene Deckeltechnologie entwickelt, sodass die Qualitätsmaßstäbe in jedem Fall eingehalten werden. Die Ingenieure und Chemiker optimierten zudem die Dichtungstechnologie.

Von Vorteil ist nicht zuletzt die hauseigene Elektrolytproduktion: Zum einen lassen sich so individuelle Elektrolyte für spezielle Anwendungen produzieren, zum anderen werden die Rezepturen garantiert exakt eingehalten. Abschließende Untersuchungen im externen Schwingungslabor sichern am Ende der Entwicklungskette, dass die Überlegungen und individuellen Anpassungen auch wirklich das gewünschte Ergebnis erzielen.

Robuste Kondensatoren für die Bahntechnik

Im Standard-Sortiment finden sich zahlreiche anwendungsspezifische Lösungen für diese „bewegende“ Branche. Speziell für die Bahntechnik konzipiert sind zum Beispiel die Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit Gewindeanschluss der GW-Baureihe. Sie sind unempfindlich gegenüber hohen Rippelströmen, wie sie zum Beispiel in Bordnetzumrichtern auftreten.

Ein Nebeneffekt der hohen Ströme ist jedoch eine vermehrte Temperaturentwicklung in den Kondensatoren. Deshalb sorgen spezielle Wickelaufbauten dafür, dass die Wärme optimal an den Becherboden abgegeben wird. Zudem ist die GW-Serie optional mit einer Bodenkühlung mittels eines Sil-Pads erhältlich, das die Wärme ableitet. Die niederinduktive GW-Baureihe eignet sich somit besonders für Anwendungen mit hohen Rippelströmen in einem weiten Temperaturbereich von -40 bis maximal 105 °C.

Ein „Oldie but Goldie“ sind die FTCap-Kondensatoren der S-Reihe, die insbesondere im Bereich der Bahntechnik immer noch regelmäßig als wichtige Ersatzteile benötigt werden. Als einer der letzten Hersteller ist Mersen in der Lage, die Nachfrage nach diesen Produkten zu bedienen. Das besondere Merkmal der Kondensatoren ist das Gewinde, mit dem sie in die entsprechende Bohrung einer Montageplatte geschraubt werden können. Obwohl passive elektrische Bauelemente heute in der Regel in einem automatisierten Prozess auf die Leiterplatte gelötet werden, hat sich diese Technik der Verschraubung bei großen Aluminium-Elektrolytkondensatoren für hohe Strombelastungen bis heute bewährt.

Laminierte Stromschienen für solide Verbindungen

Nicht zuletzt lässt sich auch die Baureihe Energy Cap in der Bahntechnik zum Beispiel als Zwischenkreiskondensatoren einsetzen. Die Filmkondensatoren weisen eine sehr niedrige Induktivität auf, besitzen ein robustes Design und eine lange Lebensdauer.

Ihr besonderes Plus sind jedoch die unterschiedlich hohen Terminals, die die solide Montage auf laminierten Stromschienen erleichtern. Das ermöglicht einen Betrieb mit konstanter Qualität – auch weil ausgleichende Distanzscheiben entfallen, die häufig aus einem anderen Material gefertigt sind und deshalb zu Übergangswiderständen führen können. Ein weiterer Vorteil: Anwender können die gleichen Schrauben für beide Terminals verwenden, da die Einschraubtiefe dieselbe ist. Da das Unternehmen die Kontaktstücke beziehungsweise Terminals selbst fertigt, lässt sich deshalb jede gewünschte Höhe realisieren – zum Preis von aktuellen Standardterminals.

Zum Service gehört auch die Konzeption von kundenspezifischen Kondensatoren: Bei der Entwicklung und Produktion von Kondensatoren können die Experten flexibel auf Kundenwünsche eingehen und gemeinsam mit den Kunden individuelle Lösungen erarbeiten. Um die Kondensatoren nach Maß reibungslos produzieren zu können, verfügt das Unternehmen in Husum über eine Abteilung für Fertigungstechnik. Diese Mitarbeiter sind Experten für den Sondermaschinenbau und Werkzeugbau. Sie können Anlagen für die speziellen Anforderungen selbst entwickeln und bauen. Mersen entwickelt nicht nur Kondensatoren, sondern kann individuelle Lösungen auch technisch umsetzen.

Bildergalerie

  • Die hauseigene Elektrolytproduktion ermöglicht eine große Flexibilität gerade beim Einsatz in speziellen Anwendungen.

    Bild: FTCap

  • Die Kondensatoren der Baureihe GW wurden speziell für die Bahntechnik entwickelt.

    Bild: FTCap

  • Die Aluminium-Elektrolytkondensatoren der S-Baureihe werden in der Bahntechnik immer noch regelmäßig als wichtige Ersatzteile benötigt.

    Bild: FTCap

  • Die Filmkondensatoren der Serie Energy Cap sind mit Terminals in unterschiedlichen Höhen erhältlich.

    Bild: FTCap

  • Sonderanfertigungen für schwierige Anwendungen sind das Spezialgebiet von FTCap. Die Kondensatoren werden individuell nach Kundenvorgaben konzipiert.

    Bild: FTCap

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