Anwendungsspezifische Kondensatoren für Laser-Netzteile

Bei der Stromversorgung von Hochleistungslaserdioden in Forschungssystemen werden für die Laser-Netzteile spezielle Kondensatoren benötigt: Sie müssen eine schnelle Entladung der Energie gewährleisten, die zur Erzeugung von Hochstrompulsen nötig sind. Mersen hat hierfür spezielle Lösungen entwickelt und liefert diese unter anderem an die Schumacher Elektromechanik GmbH.

Bereits 1949 begann Schumacher Elektromechanik mit der Herstellung von Transformatoren und Industrieelektronik sowie der Fertigung von Netzteilen. Unter anderem war das Unternehmen maßgeblich an der Entwicklung und Produktion der ersten Funkfernsteuerung für den Modellbau beteiligt. In den 90er Jahren produzierte man erste Spezialnetzteile für Lampen und zu einem späteren Zeitpunkt auch für Industrie- und Laseranwendungen – letztere inklusive der dazugehörigen Softwaresteuerungen. Heute liegt das Spezialgebiet der Schumacher Elektromechanik GmbH in der Entwicklung von Lasernetzteilen sowie integrierten Kühleinheiten und deren Ansteuerung.

„Gerade im Bereich der Laserstromversorgungen und Controller sind wir sehr aktiv“, schildert R. Winkler, Leitung Einkauf bei der Schumacher Elektromechanik GmbH. „Der Hintergrund ist, dass die verschiedenen Laserarten individuelle Lösungen erfordern.“ Das Spektrum von Schumacher reicht von CW-Stromversorgungen für Argonlaser und Hochspannungsnetzteile für CO2-Laser über CW- und Pulsnetzteile für lampengepulste und diodengepumpte Laser bis hin zu integrierten Kühlteilen, Pockels-Zellen-Treibern, TEC Controllern, Peltier-Netzteilen und Controller-Versorgungen für Excimer-Laser. Selbstverständlich ist auch eine Kombination aus diversen Versorgungen möglich. Die Netzteile decken Leistungsbereiche von einigen Watt bis zu 20 KW ab.

Zur Pufferung der Versorgungsspannung in den Netzteilen werden Kondensatoren benötigt, die Schumacher schon seit vielen Jahren von Mersen bezieht. Nachgefragt werden vor allem Aluminium-Elektrolytkondensatoren der Serien SIH und GW.
Letztere werden unter anderem bei der Stromversorgung von Hochleistungslaserdioden in Forschungssystemen eingesetzt: Wichtig dabei ist eine schnelle Entladung der Energie zur Erzeugung von Hochstrompulsen von ca. 100-500µs. „Die Kondensatoren werden in der C-Bank einer Laser-Leistungseinheit verbaut und sorgen dort für die Pufferung der Versorgungsspannung“, erläutert R. Winkler. „Die Aluminium-Elektrolytkondensatoren verhalten sich dabei sehr zuverlässig und erfüllen unsere Anforderungen gemäß den Spezifikationen.“

Bei der GW-Serie handelt es sich um FTCAP-Kondensatoren mit Gewindeanschluss, die unempfindlich gegenüber hohen Rippelströmen sind. 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 ausgestattet, das die Wärme ableitet.

• Ein spezielles Merkmal der GW-Serie ist ihr patentierter Stufenboden: Diese Konstruktion bewirkt, dass der Boden des Kondensators trotz des angrenzenden Schrumpfschlauchs plan ist.
• Dabei werden Lufteinschlüsse vermindert, die zu einer schlechteren Wärmeabfuhr aus dem Kondensator auf den Kühlkörper führen würden. Der thermische Widerstand fällt deutlich niedriger aus und trotz der kompakten Bauform kann eine große Last verarbeitet werden.
• Darüber hinaus verfügt der Becher über eine Außensicke, über die der Kondensator mit einer von Mersen hergestellten Ringschelle nahtlos an einem Kühlkörper befestigt werden kann.
• Eine positive Nebenerscheinung ist, dass das Pad und die Montage mit einer Ringschelle den Kondensator gegen den Kühlkörper elektrisch isolieren. Damit wird eine große Kriechstrecke bereitgestellt, die verhindert, dass Fehlerströme gegen Erde abfließen können.

Die GW-Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind so konzipiert, dass trotz der kompakten Bauform eine hohe Leistungsfähigkeit gewährleistet ist. Durch ihren optimierten internen Aufbau wird ein hohes CV-Produkt (Kapazitäts-Spannungsprodukt) erreicht. Der Vorteil: Bei einer Strombelastung wird von Anfang an die Verlustleistung niedrig gehalten. Da durch die spezielle Bauform sowohl Platz als auch Kühlleistung eingespart wird, ergeben sich nicht zuletzt Kosteneinsparungen für den Anwender.

R. Winkler ist mit den GW-Kondensatoren sehr zufrieden: „Diese wie auch alle anderen Bauteile von Mersen arbeiten absolut zuverlässig.“ Von Vorteil für den Einkaufsleiter ist aber auch, dass der norddeutsche Standort von Mersen bei Bedarf auch kundenspezifische Wünsche umsetzen kann: „Mersen produziert für einige unserer Applikationen individuell abgestimmte Kondensatoren.“ Diese Flexibilität ist ein Alleinstellungsmerkmal in der Branche.