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Kondensator Filmkondensatoren für den Einsatz in der Medizintechnik

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Auf was es beim Einsatz von Filmkondensatoren für Hochspannungsanwendungen in der Medizintechnik ankommt, zeigen wir hier am Beispiel von Defibrillatoren.

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FTCAP fertigt seine Hochspannungskondensatoren (o.l.) als einer der letzten Hersteller in Deutschland (u.l.). Anwendung finden sie u.a. in Defibrillatoren.
FTCAP fertigt seine Hochspannungskondensatoren (o.l.) als einer der letzten Hersteller in Deutschland (u.l.). Anwendung finden sie u.a. in Defibrillatoren.
(Bild: ©Renewer - stock.adobe.com)

Defibrillatoren können bei schweren Herzrhythmusstörungen Leben retten, wenn sie frühzeitig zum Einsatz kommen. Mittels der am Patienten angebrachten Elektroden messen sie zunächst den komplexen Körperwiderstand (Impedanz) des Patienten und passen Stromstärke und Spannung an. Dann wird der Impuls abgegeben, wobei der Strom über den kompletten Zeitraum konstant bleiben muss. Dies erfordert einen Kondensator, der die nötigen hohen Spannungen zuverlässig erbringen kann.

Kondensatoren mit hohen Feldstärken notwendig

Der Kondensator speichert die Energie, die anschließend auf Knopfdruck an die Elektroden abgegeben wird. Für diesen Anwendungsbereich werden spezielle Kondensatoren mit sehr hohen Feldstärken benötigt, die nur wenige Hersteller im Sortiment haben, so z.B. der Husumer Kondensatorenspezialist FTCAP. Das Unternehmen realisiert Hochspannungskondensatoren für Defibrillatoren auf Basis eines speziellen Polypropylen-Films.

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Eine Besonderheit: FTCAP baut die Kondensatoren als trockene Einheiten. Sie haben gegenüber den traditionellen ölimprägnierten Modellen den wesentlichen Vorteil, dass eine Leckage ausgeschlossen ist. Ganz anders ist das bei ölimprägnierten Kondensatoren: Wenn diese undicht sind, „ertrinken“ die Defibrillatoren quasi im austretenden Öl. Zudem müssen Kondensatoren für Defibrillatoren möglichst leicht und kompakt sein, damit sie sich auch problemlos in enge Bauräume integrieren lassen.

Die hohen Spannungen, die für diesen Einsatz benötigt werden, erreicht FTCAP mit speziellen Herstellungsverfahren. Die Filmkondensatoren werden aus Kunststoff-Folien hergestellt, die einseitig mit einer dünnen Metallschicht bedampft werden. Die Spannungsfestigkeit hängt von der verwendeten Filmstärke ab – für höhere Spannungen müssen entsprechend dicke Filme als Dielektrikum verwendet werden. Die obere Grenze für einen einfach aufgebauten Filmkondensator ist bei einer Spannung von etwa 2,5 kV erreicht.

Kondensatoren in Serie schalten

Werden Kapazitäten für höhere Spannungen benötigt, so lassen sich mehrere Kondensatoren in Serie schalten. Die Spannung teilt sich dann auf und jeder einzelne Kondensator ist nur noch einem Bruchteil der Gesamtbelastung ausgesetzt. Dabei besteht die Möglichkeit, mehrere Kondensatorwickel in einem Gehäuse zusammenzufassen. Im Gegensatz zu den Elektrolytkondensatoren sind für Filmkondensatoren bei einer Serienschaltung keine zusätzlichen Symmetrier-Widerstände erforderlich. Somit lassen sich auch hohe Spannungen erreichen, ohne zusätzliche Verluste in Kauf nehmen zu müssen.

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Anstatt einzelne Wickel miteinander zu verschalten, gibt es bei Filmkondensatoren jedoch noch eine weitere Art, eine Serienschaltung herzustellen: Durch eine spezielle Form der Metallisierung lässt sich direkt auf dem Film eine Serienschaltung realisieren. Dafür werden in Längsrichtung des Films schmale Metallstreifen auf den Film aufgedampft, dazwischen befinden sich freie Streifen als Isolierung. So entstehen mehrere, in Serie geschaltete Kapazitäten. Auch in diesem Fall muss jede einzelne Kapazität – d.h. jeder Metallstreifen – nur einen Teil der Gesamtspannung aushalten. Wenn ein Film ausreichend breit ist, kann FTCAP über 15 Serienschaltungen innerhalb eines Wickels realisieren. So lassen sich einzelne Wickel herstellen, die für Spannungen bis über 40 kV geeignet sind.

Die Produktion von Hochspannungskondensatoren ist mit einigen Herausforderungen verbunden, die FTCAP mithilfe von speziellen Anlagen und Techniken meistert. So hat das Unternehmen in eine eigens für diesen Zweck konzipierte Vergussanlage investiert. Das Ziel ist es, mit einer neu entwickelten Vakuumvergusstechnik eine besonders hochwertige und homogene Isolierung zu erreichen, sodass sich Teilentladungen auf ein Minimum senken lassen.

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