title: Globetrotter Ausrüstung

text: Seit der Gründung von Globetrotter Ausrüstung im September 1979 wurden deutschlandweit Filialen eröffnet. In den Jahren 2007 und 2012 wurden die „Erlebnisfilialen“ in Köln und München vom Handelsverband Deutschland (HDE) mit dem Preis „Store of the Year“ (Kategorie Out of Line) ausgezeichnet.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Mit der Übernahme des Konkurrenten Bernd Woick GmbH im Januar 2014 kamen Filialen in Filderstadt, Metzingen und Ulm hinzu.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Im November 2014 wurde bekanntgegeben, dass die "Globetrotter Ausrüstung GmbH" neben Naturkompaniet (Schweden) und Partioaitta (Finnland) Teil der Einzelhandels-Holding "Frilufts Retail Europe AB" wird. Mehrheitseigner mit 60 % war der schwedische Outdoor-Multi-Channel-Handelskonzern "Fenix Outdoor AB". Mit 40 % blieben die Altgesellschafter beteiligt. Mitte 2015 übernahm "Fenix Outdoor AB" auch die Anteile der Alteigentümer an "Frilufts". Im Gegenzug wurden diese am "Fenix"-Gesamtkonzern beteiligt. Im Zuge des Verkaufs wurde am 10. Juni 2015 Ulf Ove Gustafsson zum Geschäftsführer bestellt. Am 15. September 2015 schied der bisherige Geschäftsführer Philip von Melle aus dem Unternehmen aus, zum Jahresende 2015 Thomas Lipke.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Zum 1. Januar 2016 war Henrik Hoffman (Chief Executive Officer der Naturkompaniet AB und CEO der Frilufts Retail Europe AB) zum Geschäftsführer bei Globetrotter bestellt worden. Angela Rux übernahm zum 1. März 2016 die Leitung Finanzen, Controlling, Personal und Administration bei Globetrotter Ausrüstung. Im gleichen Zuge war sie von ihrer Position als Geschäftsführerin zurückgetreten und in die Position als Prokuristin der Globetrotter Ausrüstung GmbH gewechselt.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Aus wirtschaftlichen Gründen wurden 2016 die Filiale in Filderstadt und das Outlet in Frankfurt geschlossen. Im April 2017 gab Globetrotter bekannt, ein neues Filialformat zu etablieren. Zwei Filialen in kompakterem Ausmaß wurden in Innenstadtlage in Düsseldorf und Hamburg eröffnet.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Ende 2017 wurde bekannt, dass Globetrotter sein Zentrallager am Standort Rahlstedt komplett auflösen und ins mecklenburgische Ludwigslust ziehen werde. Betroffen waren in Hamburg etwa 150 Mitarbeiter. Hintergrund war, dass das Unternehmen seine Logistik-Abteilung auslagerte und in die neu gegründete Tochterfirma "Fenix Outdoor Logistics GmbH" übertragen hatte. Zwar bot Globetrotter allen Mitarbeitern eine Weiterbeschäftigung nach dem Umzug im Herbst 2018 zu gleichen Bedingungen an, jedoch in Ludwigslust, gut 100 Kilometer vom seinerzeitigen Standort entfernt. Ebenso wurde im September 2018 die Filiale in Metzingen geschlossen.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Im Zuge einer neuen Expansionsstrategie wurden 2019 neue sogenannte Cityfilialen in Hannover, Karlsruhe, Leipzig, Nürnberg und Regensburg eröffnet. Diese weisen kleinere Verkaufsflächen als die bisherigen „Erlebnisfilialen“ auf, profitieren aber von einer zentralen Innenstadtlage. Die Cityfilialen sind mit einer "Clubhütte", in der Veranstaltungen wie Reisevorträge und Workshops stattfinden, sowie einer Reparaturwerkstatt ausgestattet.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Im August 2020 startete das Unternehmen mit dem Verleih von Ausrüstung. Das Leihangebot umfasste zum Start zunächst unter anderem Wassersport, Rucksäcke, Fahrräder und Outdoor-Küche, soll aber nach einer Startphase erweitert werden. Zudem wurde in der Frankfurter Filiale eine Secondhand-Verkaufsfläche eröffnet. Dieses Konzept soll sukzessive auch auf andere Filialen ausgeweitet werden.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Zum 1. Oktober 2020 zog die Berliner „Erlebnisfiliale“ von ihrem alten Standort am Steglitzer Kreisel einige hundert Meter hinauf zum U-Bahnhof Schloßstraße. Dort setzt das Unternehmen auf ein neues Konzept: Statt Attraktionen wie Wasserbecken oder Kältekammer, die nicht mit dem Nachhaltigkeitsgedanken vereinbar sind, erhielt die Berliner Filiale nach dem Vorbild der Cityfilialen eine Clubhütte und eine Werkstatt. Zudem befindet sich in der Filiale das sogenannte "Globetrotter Innovation Lab". Dort sollen innovative Marken, Produkte oder Crowdfunding-Projekte ausgestellt werden.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: 1984 wurden der Versand und der (zuerst jährlich, ab 1986 halbjährlich erscheinende) Katalog, das sogenannte Handbuch, eingeführt. Die Auflage des Handbuches lag im Jahr 2013 bei 700.000 Exemplaren. Darüber hinaus bieten der Web-TV-Sender "4-Seasons.TV", die Seiten "reiseberichte.com" und "outdoor.de" sowie das Outdoor-Community-Portal "4-Seasons.de" Informationen rund um das Thema Outdoor und Reise. Das Kundenmagazin "4 Seasons", das viermal im Jahr erschien, war mit einer Mindestauflage von 400.000 Exemplaren das auflagenstärkste Outdoor-Magazin Europas.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Im Zuge einer Umstrukturierung der Marke wurde neben einem neuen Logo und einer neuen Leitfarbe, an Stelle des Orange, auch das "Globetrotter-Handbuch" mit dem "4-Seasons-Magazin" zum "Globetrotter-Magazin" zusammengefasst.


title: Globetrotter Ausrüstung

text: Seit 2019 betreibt das Unternehmen mit "Rausgehört" einen eigenen Podcast mit Geschichten rund ums Outdoor-Leben, Reisen und Abenteuern. Produziert wird dieser von der in Bielefeld ansässigen "Podcastfabrik".


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Die Wiederaufarbeitungsanlage La Hague () ist ein Industriekomplex der Orano-Gruppe im Gebiet La Hague. Der etwa 2,5 Kilometer lange und etwa einen Kilometer breite Komplex erstreckt sich über das Gebiet der fünf Communes déléguées Beaumont-Hague, Herqueville, Jobourg, Omonville-la-Petite und Digulleville in der Commune nouvelle La Hague.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Gegenwärtiger Hauptzweck dieser Wiederaufarbeitungsanlage ist die Trennung von Bestandteilen aus abgebranntem Kernbrennstoff. Dieser enthält etwa 96 % Uran, 1 % Plutonium und 3 % Spaltprodukte. Es sind zwei Anlagen (UP2-800 und UP3) am Standort La Hague in Betrieb. Sie sind speziell für die Wiederaufarbeitung von oxidischem Brennstoff aus Leichtwasserreaktoren ausgelegt. Die Anlage UP2-800 ist für den französischen Bedarf, UP3 für die Wiederaufarbeitung ausländischer Brennelemente vorgesehen.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Mit der Entscheidung Frankreichs zur Zeit von Präsident de Gaulle, Atommacht zu werden, musste man Methoden zur Herstellung von Plutonium entwickeln. Dafür baute das Commissariat à l'énergie atomique (CEA) 1958 die Anlage Marcoule, sowie etwas später eine zweite, um Ausfälle ausgleichen zu können.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Am 10. August 1961 erschien ein Beschluss, der die Notwendigkeit zur Errichtung einer Wiederaufbereitungsanlage für abgebrannte Kernbrennstoffe zur Gewinnung von Plutonium aufzeigte. Die Arbeiten begannen 1962 auf der Ebene von Haut-Marais. Um die Brennelemente der für die französische Elektrizitätsgesellschaft Électricité de France (EdF) gebauten Druckwasserreaktoren zu verarbeiten, wurde eine Anlage für hochaktives Uranoxid (UP2-400) gebaut. 1966 nahm die Wiederaufbereitungsanlage mit dem Eintreffen der ersten Ladung von abgebrannten Brennelementen aus dem Kernkraftwerk Chinon ihren Betrieb auf.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: 1969 kursierte nach dem Kurswechsel in der Atompolitik unter Georges Pompidou das Gerücht, man würde die Anlage schließen, da sie aufgrund des zukünftig ausreichenden Bestandes an Plutonium nutzlos für das Militär geworden sei. Mit der Entlassung von 350 Angestellten wurde die Zahl der Arbeiter um ein Drittel reduziert, gleichzeitig war der Einfluss des Militärs damit beendet.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Seither dient die Anlage zur Verarbeitung von zivilen abgebrannten Kernbrennelementen, insbesondere seit der Wahl von Valéry Giscard d’Estaing, der nach der ersten Ölkrise (ab Herbst 1973) der Kernenergie besondere Bedeutung beimaß.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: 1976 überließ das CEA die Anlage einer neuen staatlichen Firma, der Cogema, die zukünftig eine Anlage zur Behandlung von radioaktiven Abfällen betrieb mit dem Ziel der Wiederaufarbeitung von französischem und ausländischem Brennmaterial.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Eine staatliche Verordnung von 1980 erlaubte die Erweiterung der Anlage um einen neuen Sektor, welcher 1990 seinen Betrieb aufnahm. Diese Baustelle war für die massive Umformung der Küste um La Hague herum verantwortlich.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Zur Abtrennung der teilweise wiederverwertbaren radioaktiven Spalt- und Aktivierungsprodukte aus den abgebrannten Brennelementen werden in einer Wiederaufarbeitungsanlage chemische und physikalische Prozesse eingesetzt. Plutonium und Teile des Urans können zu neuen Brennelementen weiterverarbeitet werden, die ebenfalls anfallenden radioaktiven Abfälle müssen weiterbehandelt und letztlich endgelagert werden.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Die hochradioaktiven Abfälle werden in La Hague in zwei Verglasungsanlagen (R7, T7) zu festen Glasblöcken verarbeitet ("HAW-Verglasung"). Mittelradioaktive Flüssigabfälle werden dem hochradioaktiven Abfall zugeschlagen. Die Hülsen und Endstücke der Brennelemente wurden bis 1995 zementiert. Da die Radiolysegasbildung bei zementierten Hülsen- und Strukturteilen zu großen Problemen bei der Endlagerung dieses Abfallstroms geführt hätte, wurde inzwischen die Zementierung durch die Hochdruckverpressung ersetzt. Der Betrieb der Kompaktierungsanlage (Atelier de Compactage des Coques; ACC) wurde im Mai 2002 genehmigt. Die bis vor einigen Jahren noch standardmäßig praktizierte Bituminierung wurde weitgehend eingestellt und beschränkt sich heute auf kleine Mengen von Restbeständen. Schwachradioaktive Festabfälle werden zementiert, während die vorbehandelten schwachradioaktiven Abwässer unter Missachtung der festgelegten Grenzwerte ins Meer eingeleitet werden: Greenpeace stellte unter Aufsicht eines vereidigten technischen Sachverständigen fest, dass bis zu 63 Mikrometer große radioaktive Partikel eingeleitet würden, wobei laut Betriebsgenehmigung nur eine Größe von 25 Mikrometern erlaubt sei. Über ein viereinhalb Kilometer langes Rohr würden täglich 400 Kubikmeter radioaktives Abwasser in die Straße von Alderney über Herqueville gespült. Dieser Vorgang ist legal, da nur das Versenken von Fässern mit Atommüll im Meer verboten ist, die direkte Einleitung hingegen nicht. Des Weiteren würden regelmäßig große Mengen Krypton-85 an die Atmosphäre emittiert. Gleichzeitig birgt die Straße von Alderney ein riesiges Potenzial, was zu Konflikten zwischen der Kernkraft und den erneuerbaren Energien führen könnte.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Die Weiterbehandlung der Abfälle hängt von ihrer Herkunft ab: Alle konditionierten radioaktiven Abfälle aus der Wiederaufarbeitung ausländischer Brennelemente werden nach einer vorübergehenden Zwischenlagerung in das Herkunftsland zurückgeliefert. Nach Recherchen des Fernsehsenders "arte" und der französischen Zeitung "Libération" wurden allerdings seit Mitte der neunziger Jahre jährlich 108 Tonnen abgereichertes Uran im Auftrag der Électricité de France in die russische Kernenergieanlage Sewersk transportiert. Nur 20 Prozent des Materials werden demnach von dort zur Wiederverwendung nach Frankreich zurückgeliefert, wie die Dokumentation Albtraum Atommüll enthüllte. Schwach- und mittelradioaktive kurzlebige Festabfälle französischer Herkunft werden im Centre de l’Aube endgelagert. Abfälle, die dafür nicht geeignet sind (insbesondere der verglaste HAW), werden am Standort La Hague zwischengelagert, bis ein entsprechendes Endlager zur Verfügung steht.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: 2014 wurden in La Hague rund 1200 Tonnen abgebrannter Brennelemente wiederaufgearbeitet. Das ist ungefähr die gleiche Menge wie im Jahr 1996. 2016 wurden 1118 Tonnen Brennstäbe verarbeitet. Davon kamen 1000 Tonnen aus Kraftwerken aus Frankreich.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: 1981 kam es zu einer Brandkatastrophe in einem Abfalllager bei Graphitelementen und Uranmetall (INES-Stufe 3), die viele Menschen beunruhigte. Dieser Vorfall wurde zum Anlass für heftige Diskussionen und Angriffe zwischen der Cogema und militanten Ökoaktivisten.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Während des Sommers 1997 begann die Cogema damit, die Rohrleitungen der Anlage ins Meer zu ersetzen und arbeitete an der Entfernung von Ablagerungen, die sich über die Jahre im Inneren der Rohre angesammelt hatten. Diese Schicht von Ablagerungen enthielt zahlreiche, über die Jahre angesammelte, radioaktive Abfälle und Substanzen, welche durch die Rohrreinigung frei ins Wasser gelangten und das Meer schwer belasteten. Dies bestätigte eine Untersuchung der CRIIRAD, welche die Kontaminierung von Krustentieren (Krabben und Hummern) enthüllte. Die OPRI hingegen wendet ein, diese Kontamination läge völlig im Rahmen europäischer Bestimmungen.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Eine Partei von Kernkraftbefürwortern hob bezüglich dieser Messungen eine natürliche Radioaktivität in den Vordergrund, um die anormalen gemessenen Belastungswerte des Wassers und der Tiere zu erklären. Diese Aussage wird jedoch angezweifelt, da die Grenzwerte extrem überschritten wurden und natürliche Radioaktivität somit als Ursache ausgeschlossen werden kann.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Die ersten Atomkraftgegner und Demonstranten wurden 1978 aktiv, um gegen das geplante Kernkraftwerk Flamanville zu demonstrieren. Mit der Ankunft des ersten ausländischen Kernbrennstoffs im Januar 1979 aus Japan im Hafen von Cherbourg wurde das Bewusstsein für die Anlage wieder geweckt. Zahlreiche Demonstranten besetzten die Kräne und Anlagen des Hafens, mehr als 8000 Personen nahmen an den Demonstrationen in Cherbourg teil.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Heute konzentrieren sich die Proteste eher auf Greenpeace und dessen Aktionen, auch, um das Thema in den Medien zu verbreiten, wie bei Transporten von Brennstäben und radioaktivem Abfall oder bei der Entnahme von Wasserproben, die an den Abwasserrohren der Anlage genommen werden und die Risiken und Umweltprobleme deutlich machen sollen.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: In einer französischen Studie von 1997 wurde der Zusammenhang zwischen den radioaktiven Einleitungen und einer erhöhten Blutkrebsrate bei Kindern und Jugendlichen nachgewiesen. Im Vergleich zum Landesdurchschnitt ist die Blutkrebsrate innerhalb eines Umkreises von 10 Kilometern um die Anlagen in La Hague um den Faktor drei erhöht. Dies ist jedoch, ähnlich wie in der deutschen KiKK-Studie zur Leukämiehäufigkeit bei Kindern in der Umgebung von deutschen Kernkraftwerken, schwer zu erklären. Grund ist, dass die zusätzliche Strahlenbelastung, die von diesen Anlagen ausgeht, nur einen Bruchteil der natürlichen Strahlenbelastung ausmacht und unter allen vorgegebenen Grenzwerten bleibt, andererseits in diesen Studien Störfaktoren (Confounder) aufgrund des unzureichenden Datenmaterials nicht ausgeschlossen werden können. Zu bedenken ist, dass von den Betreibern lediglich mittlere Emissionswerte, jedoch nicht die Tagesspitzenwerte, wie sie z. B. beim Brennelementewechsel auftreten, angegeben werden. Unberücksichtigt bleiben die durch Nahrung und Wasser aufgenommenen radioaktiven Partikel aus der landwirtschaftlichen Produktion der Umgebung. Außerdem beziehen sich die Grenzwerte auf einen gesunden, erwachsenen Mann; Kinder haben aufgrund ihres schnellen Wachstums und geringeren Körpergewichts ein höheres Erkrankungsrisiko.


title: Wiederaufarbeitungsanlage La Hague

text: Die französische Wochenzeitung "Le Canard enchaîné" berichtete von einem scharfen Brief der Behörde für die atomare Sicherheit (ASN). Es wird auf ernsthafte Explosionsrisiken bei der Reinigung von Plutonium hingewiesen. Bei der Reinigung entsteht hochexplosiver Wasserstoff. In der Anlage seien die Wasserstoffdetektoren ungenügend gewartet, die Ausbildung erfolge wegen Personalmangels „auf die Schnelle“. Bei einer Unfallsimulation durch die ASN war die Reaktionszeit ungenügend. Von Gewerkschaftskreisen wurde schon zuvor mehrfach beanstandet, dass das Sicherheitsprozedere nicht eingehalten wird.


title: Butz Peters

text: Butz Peters (* 22. Januar 1958 in Hannover) ist ein deutscher Rechtsanwalt, Moderator, Journalist und Autor.


title: Butz Peters

text: Butz Peters studierte Rechtswissenschaften mit Nebenfach Publizistikwissenschaft an den Universitäten Hannover, Göttingen, Lausanne und Wien. Nach einem Volontariat beim Norddeutschen Rundfunk folgte 1984 die Ausbildung zum Hörfunk- und Fernsehjournalisten.


title: Butz Peters

text: Anschließend war Peters in verschiedenen Redaktionen im öffentlich-rechtlichen TV und Rundfunk tätig, wo er sich vorzugsweise mit den Themen Kriminalität und Medienrecht beschäftigte. 1988 erhielt er den Journalistenpreis der Ständigen Konferenz der Innenminister und -senatoren für den besten Hörfunkbeitrag zum Thema "Vorbeugende Kriminalitätsbekämpfung". 1991 wurde er mit der "Nick-Knatterton-Ehrenmütze" des Bundes Deutscher Kriminalbeamter für besonderes Engagement auf dem Gebiet der Kriminalitätsvorbeugung und -bekämpfung ausgezeichnet.


title: Butz Peters

text: 1993 wurde Peters Geschäftsführer und Chefredakteur des Privatsenders Antenne Sachsen. Von 1997 bis 2001 übernahm er die Moderation der ZDF-Sendung "Aktenzeichen XY … ungelöst" von Eduard Zimmermann.


title: Butz Peters

text: Als Rechtsanwalt war Peters von 1996 bis 2001 Partner in der Kanzlei von Matthias Prinz in Hamburg und von 2001 bis 2012 Mitglied der Medienrechtskanzlei Brehm & v. Moers in Berlin. Dort beschäftigte er sich überwiegend mit den Themen Medienrecht und Arbeitsrecht. Von 2012 bis 2018 war er Partner in der Kanzlei Heinemann & Peters in Dresden, die ihre Tätigkeit zum 1. Juli 2018 eingestellt hat. Derzeit ist Peters in der Kanzlei Tiefenbacher in Dresden tätig. Als Anwalt ist er spezialisiert auf das Recht der parlamentarischen Untersuchungsausschüsse, wie auch auf das zivilrechtliche Medien- und Entertainmentrecht und das Urheber- und Verlagsrecht sowie auf das Arbeitsrecht in der Medienbranche.


title: Butz Peters

text: Laut einem Artikel von Telepolis wird Peters regelmäßig durch das Bundesamt für Verfassungsschutz beauftragt als Zeugenbeistand aufzutreten, wenn V-Leute oder V-Mann-Führer in Prozessen oder Untersuchungsausschüssen als Zeugen geladen werden.


title: Butz Peters

text: Peters hat vier Bücher über die Rote Armee Fraktion geschrieben. Zuletzt widmet er sich im Buch "1977 – RAF gegen Bundesrepublik" den Ereignissen im Jahre 1977, das als Schlüsseljahr des RAF-Terrors gilt.


title: Butz Peters

text: Butz Peters ist Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats des „Landshut“-Projekts, der das Dornier-Museum bei der Entwicklung und Umsetzung der Ausstellung über die Entführung des Flugzeugs „Landshut“ begleitet.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Antialiasing (AA, auch "Anti-Aliasing" oder Kantenglättung) ist die Verminderung von unerwünschten Effekten, die durch das begrenzte Pixelraster (siehe Bildauflösung und Alias-Effekt) oder durch den Treppeneffekt bei der Erzeugung einer Computergrafik (computergenerierte 2D- oder 3D-Grafiken) entstehen können.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Beim Antialiasing werden die Bildinhalte üblicherweise nicht nur am Pixel, sondern auch an anderen Positionen ausgewertet (abgetastet) und in die Berechnung der Pixelfarbe mit einbezogen. Daneben verringern einige für das Echtzeitrendern entwickelte Techniken den Treppeneffekt durch nachträgliche Filterung oder Nachzeichnung des Bildes.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Antialiasing-Methoden unterscheiden sich durch das zur Verteilung der Abtastpunkte verwendete Schema sowie durch die Wahl des Rekonstruktionsfilters, der bestimmt, wie die an den Abtastpunkten ermittelten Farbwerte gewichtet werden.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Die Erzeugung einer Rastergrafik aus einer Bildbeschreibung per Rasterung oder Bildsynthese besteht letzten Endes darin, jedem diskreten Pixel eine Farbe zuzuweisen. Dieser Vorgang kann im Rahmen der Theorie der Signalverarbeitung als Abtastung eines Signals interpretiert werden. Die Computergrafik ist insofern einzigartig, als hier viele Signale als abstrakte Bildbeschreibungen vorliegen, die nur an einzelnen Punkten algorithmisch ausgewertet werden können. Ein Beispiel sind Bilder, die mittels Raytracing berechnet werden. Derartige Signale können auch als "prozedurale Signale" bezeichnet werden.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Beim Rastern ohne Antialiasing wird die Bildbeschreibung ausschließlich an den Pixeln ausgewertet; andere Punkte des Bildes fließen nicht in die Farbe der Pixel mit ein. Ein Problem mit dieser Methode ist, dass kleine Figuren nicht vom Pixelraster erfasst werden und somit im gerasterten Bild nicht auftauchen. Wenn kleine Bilddetails regelmäßig angeordnet sind, interferieren sie mit dem Pixelraster, was zu Alias-Effekten führt. Dies wird durch nebenstehendes computergeneriertes Bild eines unendlich großen Schachbretts illustriert.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Die Periodenlänge des Signals ist hier gleich der Größe zweier projizierter Schachbrettfelder. Sobald die Periodenlänge zwei Pixelabstände unterschreitet, also die Nyquist-Frequenz überschritten wird, wird das Signal unterabgetastet. Bestimmte Schachbrettfelder werden jetzt vom Pixelraster nicht mehr erfasst; das Schachbrettmuster wird zerstört. Gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem treten Alias-Effekte auf, bei denen sich eine hohe Originalfrequenz in der Abtastung als irreführende niedrige Frequenz äußert: Nahe dem Horizont entsteht der falsche Eindruck, das Originalsignal würde merkwürdig große Felder enthalten. Der im Deutschen gelegentlich verwendete illustrierende Begriff „Lattenzauneffekt“ macht dies deutlich: Man betrachtet das Ortsfrequenzspektrum des Originalbildes durch eine vom Wiedergabegerät, z. B. dem Bildschirm, fest vorgegebene Frequenzauflösung – den Lattenzaun. Diese Art von Alias-Effekten, die ein Resultat der Abtastmethode sind, wird "Prealiasing" genannt.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Auch wenn das Bild mit höheren Bildauflösungen und damit höheren Abtastraten berechnet würde, würden störende Aliasing-Effekte nahe dem Horizont auftauchen, allerdings erst ab einer höheren Frequenz. Das liegt daran, dass in der Schachbrettszene die Felder zum Horizont hin immer kleiner werden und somit die Ortsfrequenz unbegrenzt ist.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem sollte die Stichprobenrate mindestens doppelt so hoch wie die maximale Frequenz des Signals sein. Auch wenn das gemessene Signal eine Obergrenze für seine Frequenz aufweist, können abweichende Signale eine höhere Frequenz als die Nyquist-Frequenz haben und fehlerhafte Ergebnisse verursachen. Um sicherzustellen, dass das Frequenzspektrum des Signals begrenzt ist, wird ein Tiefpass vor dem Abtaster und dem Analog-Digital-Umsetzer hinzugefügt. Dieser Filter ist ein Antialiasing-Filter, weil durch Abschwächung der höheren Frequenzen, die größer als die Nyquist-Frequenz sind, verhindert wird, dass die Aliasing-Komponenten abgetastet werden. Der Antialiasing-Filter ist ein Analogfilter.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: In der Signalverarbeitung bezeichnet Rekonstruktion die Umwandlung eines diskreten in ein kontinuierliches Signal, indem zwischen den einzelnen Abtastwerten mittels eines Rekonstruktionsfilters interpoliert wird. In der Computergrafik wird der Begriff etwas anders interpretiert, da hier gar kein kontinuierliches Signal erzeugt wird. Vielmehr bedeutet Rekonstruktion in diesem Zusammenhang, die Farbe eines Pixels aus den Farbwerten in der Nähe des Pixels zu berechnen, zum Beispiel um eine Rastergrafik zu skalieren. Beim dabei verwendeten Rekonstruktionsfilter handelt es sich um eine zweidimensionale Funktion, die über dem zu berechnenden Pixel zentriert ist und angibt, wie Abtastwerte gewichtet werden. So wird bei einem kegelförmigen Filter ein direkt am Pixel ermittelter Farbwert am höchsten gewichtet, während weiter entfernte Werte weniger Einfluss haben. Außerhalb des Trägers des Rekonstruktionsfilters liegende Farbwerte werden ignoriert. Der Farbwert des Pixels ist die Summe der gewichteten Farbwerte. Diese Operation entspricht einer Faltung mit einem Tiefpassfilter von einer Ordnung der gewählten Antialiasing-Stufe.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Das Antialiasing mittels Box-Filter, das den Mittelwert aller Farbwerte innerhalb eines um das Pixel gelegten Quadrates berechnet, wird auch als „ungewichtete Flächenabtastung“ "(Unweighted Area Sampling)" bezeichnet. In anderen Fällen spricht man von „gewichteter Flächenabtastung“ "(Weighted Area Sampling)." Beispiele für Rekonstruktionsfilter bei gewichteter Flächenabtastung sind die Mitchell-Netravali-Filter (bikubische Filter), das Lanczos-Filter oder das Gauß-Filter.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Ein abgetastetes, diskretes Signal ist im Frequenzbereich eine Reihe von frequenzversetzten Kopien des Nutzsignals. Die Rekonstruktion kann als Isolation des originalen Nutzsignals unter Ausschluss der Kopien interpretiert werden. Wenn der Rekonstruktionsfilter nicht nur das Nutzsignal isoliert, sondern auch Teile von dessen Kopien mit einbezieht (siehe Schema rechts), kommt es zu "Postaliasing." Postaliasing entsteht also durch die Wahl eines ungeeigneten Rekonstruktionsfilters und kann selbst dann auftreten, wenn das Originalsignal mit einer ausreichenden Abtastrate und ohne Prealiasing abgetastet wurde.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Der Begriff Treppeneffekt bezeichnet das kantige, „treppenartige“ Erscheinungsbild gerasterter Figuren. In der Fachliteratur wurde oft behauptet, dass der Treppeneffekt eine Folge des Alias-Effekts sei. Dies ist jedoch falsch, wie sich anhand eines Vergleichs der Fourier-Transformationen des idealen und des gerasterten Bildes zeigen lässt. Der Treppeneffekt äußert sich nicht, indem eine hohe Frequenz als störende niedrige Frequenz erscheint, sondern ist eine direkte Konsequenz der begrenzten Auflösung des Ausgabegerätes. Besonders bei Animationen ist der Treppeneffekt auffallend, da sich hier Figuren scheinbar ruckartig bewegen und sehr dünne oder kleine Objekte bei der Bewegung zu flimmern scheinen.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Ohne Anwendung von Antialiasing wird für jedes Pixel nur einmalig an einer relativ zum Pixel gleichbleibenden Position abgetastet. Beim Antialiasing wird die Bildbeschreibung an mehreren und/oder relativ zum Pixel unterschiedlichen Positionen ausgewertet. Aus den so ermittelten Werten wird die Farbe des Pixels gemäß einem Rekonstruktionsfilter berechnet. Durch die Wahl eines geeigneten Abtastverfahrens lässt sich Prealiasing, durch die Wahl geeigneter Rekonstruktionsfilter Postaliasing vermindern oder vermeiden. Die Bezeichnung „Antialiasing“ ist insofern irreführend, als Antialiasing nicht nur gegen Alias-Effekte, sondern auch gegen den Treppeneffekt und andere unerwünschte Effekte, etwa durch das Pixelraster fallende kleine Figuren, angewandt wird. Franklin Crow lieferte 1977 die erste Beschreibung des Alias-Effekts als Ursache von Bildartefakten in Computergrafiken.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Die traditionellen Antialiasing-Techniken der Signalverarbeitung sind nicht ohne Weiteres auf die Computergrafik übertragbar. Dies liegt daran, dass vom Standpunkt der Signalverarbeitung betrachtet Computergrafiken im Gegensatz beispielsweise zu Audiosignalen folgende Besonderheiten aufweisen:


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Damit Antialiasing die beste Wirkung erzielt, ist es unerlässlich, Gammakorrektur anzuwenden. Linien und Polygonkanten, die mit Antialiasing, aber ohne Gammakorrektur gerastert wurden, tendieren zu einem „seilartigen“ Aussehen. Antialiasing lässt sich auch mit Subpixel-Rendering kombinieren, um von der horizontalen Unterteilung eines Bildschirmpixels in nebeneinander liegende Grundfarben zu profitieren. Im Bereich der Pixel-Art geschieht Kantenglättung nicht automatisch, sondern wird vom Grafiker direkt durch das Setzen einzelner Pixel erreicht.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Antialiasing nimmt zusätzliche Rechenleistung in Anspruch, die besonders beim Echtzeitrendern nicht vernachlässigbar ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass ein mit Antialiasing erzeugtes Bild als unscharf empfunden werden kann; die Unschärfe hängt ebenso wie andere Mängel vom verwendeten Rekonstruktionsfilter ab. Umgekehrt stellt die bloße nachträgliche Weichzeichnung eines gerasterten Bildes kein konventionelles Antialiasing dar, da hierbei die ursprüngliche Bildbeschreibung nicht ausgewertet wird; dennoch basieren einige Techniken aus dem Echtzeitbereich auf einer solchen Verfahrensweise (siehe Abschnitt Hardware-Implementierung). Bilder, die bereits Prealiasing-Effekte aufweisen, etwa mit niedriger Auflösung gescannte Druckraster, lassen sich zum Teil nachträglich im Frequenzbereich durch Beseitigung der störenden Fourierkomponenten korrigieren. Es existieren außerdem Techniken, um Treppeneffekte bei Bildern, die ohne Antialiasing erzeugt wurden, zu entfernen.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: In der Computergrafik bezeichnet "Prefiltering" die Ermittlung der Farbe eines Pixels, ohne dass einzelne Abtastungen vorgenommen werden. Vielmehr wird die Farbe direkt anhand der Bildbeschreibung berechnet. Wie oben beschrieben, entspricht der Farbwert eines Pixels der vom Rekonstruktionsfilter gewichteten Summe aller Farbwerte der Objekte, die vom Träger des Filters überlappt werden. Prefiltering ist nur bei Bildbeschreibungen möglich, deren Faltung mit dem Rekonstruktionsfilter analytisch berechenbar ist, also in Form bekannter Funktionen ausgedrückt werden kann. Hierzu zählen einfache geometrische Objekte wie Linien. Auf prozedurale Signale kann Prefiltering hingegen nicht angewandt werden, da diese nur an individuellen Punkten abgetastet werden können.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Eines der ersten Prefiltering-Verfahren für Computergrafiken wurde 1978 von Edwin Catmull beschrieben. Sein Algorithmus verwendet Unweighted Area Sampling. Die Farbe eines Pixels wird berechnet, indem die Polygone, aus denen sich das Bild zusammensetzt, gegen das Pixel geclippt werden und so deren Flächenanteil ermittelt werden kann. Dieses Verfahren war so langsam, dass es nur bei zweidimensionalen Computeranimationen mit einigen großen Polygonen eingesetzt werden konnte. Spätere Methoden versuchten, die Flächenanteile der Objektfragmente mittels Bitmasken zu approximieren – darunter Carpenters A-Buffer, manchmal auch "Multisampling" genannt – oder Lookup-Tabellen zu verwenden. Daneben wurden auf die Rasterung von Grundformen wie Linien und Kreisen zugeschnittene Antialiasing-Verfahren entwickelt, siehe Rasterung von Linien und Rasterung von Kreisen. Auch hochwertiges Prefiltering-Antialiasing beliebiger Kurven mit verschiedenen Rekonstruktionsfiltern ist möglich.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: "Postfiltering" oder "Supersampling" wird vornehmlich angewandt, wenn die Bildbeschreibung nur an einzelnen Punkten ausgewertet werden kann. Dazu werden zur Berechnung der Farbe eines jeden Pixels mehrere Abtastwerte herangezogen, die mittels eines Rekonstruktionsfilters gewichtet werden. Mathematisch betrachtet ist Postfiltering eine Methode zur numerischen Annäherung des Faltungsintegrals.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Multisampling-Methoden unterscheiden sich in der Anzahl und Verteilung der Abtastpositionen pro Pixel. Beim Echtzeitrendern wird meist für alle Pixel das gleiche Muster verwendet. Einige Muster legen für die Abtastwerte unterschiedliche Wichtungen fest, weshalb sie auch als "lineare" Rekonstruktionsfilter betrachtet werden können. Wenn der Träger eines Rekonstruktionfilters über mehrere Pixel reicht und sich mehrere Pixel einige Abtastwerte teilen, spricht man von "Sample Sharing."


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Im Gegensatz zu den geordneten Mustern variiert bei der "stochastischen Abtastung" das Abtastmuster relativ zum Pixel. Dadurch werden Alias-Effekte durch Rauschen ersetzt, das als weniger irritierend wahrgenommen wird. Gleichzeitig ist es jedoch wünschenswert, die Abtastpunkte weit entfernt voneinander zu halten, um eine möglichst repräsentative Abtastung zu gewährleisten. Stochastische Abtastmuster werden vor allem in der realistischen Bildsynthese verwendet.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Eine weitere Methode ist "Adaptive Supersampling." Dabei wird die Anzahl der Abtastpunkte über das Bild variiert. Die Entscheidung, ob weitere Abtastungen vorgenommen werden sollen, wird anhand von lokalen Kriterien wie Kontrast gefällt. Derartige Techniken sind allerdings in der Regel nicht erwartungstreu und können zu Artefakten führen.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Anstatt die Abtastpunkte mehr oder weniger gleichmäßig zu verteilen und die dort ermittelten Werte durch einen Rekonstruktionsfilter zu gewichten, kann zur Berechnung der Pixelfarbe Importance Sampling angewandt werden. Hierbei werden die Abtastwerte entsprechend der Form des Rekonstruktionsfilters verteilt (mehr Abtastpunkte nahe beim Pixel) und gleich gewichtet. Diese Methode führt zu einem weniger verrauschten Ergebnis.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Zum Echtzeitrendern mittels Grafikkarten kann Antialiasing direkt in Hardware implementiert werden. Zunächst unterstützten nur sehr hochwertige und teure Grafikkarten diese Technik in Grafikschnittstellen wie OpenGL. Mit dem Aufkommen erschwinglicher Desktop-Grafikchips mit hoher Performance um die Jahrtausendwende, wie dem 3dfx VSA-100 oder dem NV10 von Nvidia, wurde Echtzeit-Antialiasing auch für den normalen Anwender verfügbar.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Die konzeptuell einfachste Methode ist "Full-Scene Antialiasing" (FSAA). Dabei werden die Bilder mit höherer Auflösung gerendert und anschließend heruntergerechnet. Eine andere Methode verwendet den Akkumulationspuffer. Um ein Bild mit vier Abtastpunkten pro Pixel zu rendern, werden nacheinander vier Bilder in den Puffer geschrieben, die jeweils um den Bruchteil eines Pixelabstands in alle Richtungen versetzt sind. Eine Variante des Akkumulationspuffers ist der T-Buffer. Er besteht aus zwei, vier oder mehr Bild- und Z-Buffern, von denen jeder zum Rendern verwendet werden kann. Eine Maske bestimmt, wohin ein Dreieck gesendet wird; am Ende werden alle Puffer kombiniert. Wenn für jeden Puffer individuell ein Bildschirmoffset gesetzt wird, lässt sich Antialiasing erzielen, indem jedes Dreieck parallel an alle Puffer gesendet wird. Der Vorteil des Akkumulationspuffers und des T-Buffers ist, dass nicht nur geordnete Abtastpositionen möglich sind. Häufig wird auch sogenanntes "Multisampling" verwendet, das sich insofern von Supersampling unterscheidet, als nicht für jede Abtastposition Shader-Berechnungen durchgeführt werden.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Als Prefiltering-Algorithmus kann auch der A-Buffer in Hardware implementiert werden. Es wurden weitere hardwarebasierte Prefiltering-Algorithmen veröffentlicht, darunter das "Z³"-Verfahren, das in ähnlicher Form von Matrox unter dem Namen "Fragment Antialiasing" (FAA) eingeführt wurde. Der Vorteil von Prefiltering ist, dass nur auf die Bereiche mit Polygonkanten tatsächlich Antialiasing angewendet wird.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: In der Praxis werden beim Echtzeit-Antialiasing oft nur wenige Abtastwerte pro Pixel und das Box-Filter oder einfache lineare Rekonstruktionsfilter verwendet. Mindestens eine Grafikkarte, die Wildcat von 3DLabs, verwendet mit Jittering eine stochastische Abtastmethode. Das professionelle SAGE-Grafiksystem von Sun Microsystems erlaubt ein über 128 × 128 Pixel reichendes, programmierbares Abtastmuster mit gewichtetem Rekonstruktionsfilter.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Eine weitere, von DirectX unterstützte Methode ist "Edge Antialiasing." Dabei werden nach dem Rendern der Szene die Objektkanten in einem zweiten Durchgang mit geglätteten Linien nachgezeichnet. Beim Deferred Shading, eine in einigen neueren Computerspielen angewandte Technik, wird die Geometrie der Objekte unabhängig von ihrer Beleuchtung berechnet. Da hierbei kein herkömmliches Hardware-Antialiasing anwendbar ist, kann der Treppeneffekt durch Kantendetektion und Weichzeichnung der Objektkanten kaschiert werden. Eine ähnliche Methode ist "Morphological Antialiasing" (MLAA). Hierbei bestimmt das Pixelmuster an den Kanten die Art der Weichzeichnung.


title: Antialiasing (Computergrafik)

text: Die perspektivische Darstellung von Texturen beim Echtzeitrendern wird gelegentlich als „Textur-Antialiasing“ bezeichnet. Die dabei verwendeten Techniken wie Mip Mapping und anisotropes Filtern führen jedoch kein Antialiasing im üblichen Sinn durch, da keine neuen Bilder aus einer mathematischen Bildbeschreibung generiert werden. Vielmehr werden beim Texture Mapping existierende Rastergrafiken perspektivisch skaliert, außer bei prozeduralen Texturen, die während des Rendervorgangs berechnet werden.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Die Magerwiesen-Margerite ("Leucanthemum vulgare", früher synonym: "Chrysanthemum leucanthemum"), auch Frühe Margerite oder kurz Margerite genannt, ist eine Pflanzenart aus der Gattung der Margeriten ("Leucanthemum") in der Familie der Korbblütengewächse (Asteraceae).


title: Magerwiesen-Margerite

text: Die Wiesen-Margerite ist eine ausdauernde krautige Pflanze, die Wuchshöhen von 30 bis 60 Zentimetern erreicht. Ihr kantiger Stängel ist aufrecht und meist unverzweigt. Die spatelförmigen Laubblätter sind wechselständig angeordnet. Die unteren Blätter sind meist grob gezähnt, die oberen weniger stark.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Die Blütezeit reicht von Mai bis September. Die körbchenförmigen Blütenstände haben einen Durchmesser von 4 bis 6 Zentimetern und verbreiten besonders beim Verwelken einen unangenehmen Geruch, sie stehen einzeln endständig auf den Stängeln. Die lanzettlichen Hüllblätter sind meist kahl mit schwarzbraunen Rändern. Der Blütenkorb enthält 20 bis Zungenblüten (Strahlenblüten) und 300 bis 400 Röhrenblüten (Scheibenblüten). Die reinweißen, weiblichen Zungenblüten sind 6 Millimeter breit. Die Röhrenblüten sind goldgelb und zwittrig.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Die Chromosomenzahl für "Leucanthemum vulgare" im engeren Sinne beträgt 2n = 18, die der Wiesen-Margerite ("Leucanthemum ircutianum") beträgt 2n = 36.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Die Wiesen-Margerite ist ein tiefwurzelnder Hemikryptophyt, der im Laufe der Zeit Rasen entwickeln kann.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Der körbchenförmige Blütenstand kann auch als Blume bezeichnet werden, in der Blütenökologie meint man damit die bestäubungsbiologische Einheit der Blütenpflanzen. Der ganze körbchenförmige Blütenstand dient zur Anlockung der bestäubenden Insekten, dabei dienen die weißen Zungenblüten als Schauorgane und nur die Röhrenblüten sind fertil. Der kontrastreiche Blütenstand vom „Körbchenblumentyp“ is also gynomonözisch. Er dient als Schauorgan für Blütenbesucher wie Wildbienen, Wespen, Fliegen, Käfer und Tagfalter. Es kann aber auch spontane Selbstbestäubung stattfinden.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Die Diaspore sind Achänen mit bleibendem Kronrest. Die Achänen breiten sich als Wind- und Tierstreuer aus; es findet aber auch Wasserhaft- und Zufallsverbreitung durch Huftiere statt. Die Fruchtreife liegt September bis Oktober.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Die Wiesen-Margerite ist nicht giftig, aber fast alle Pflanzenteile können bei Berührung mit der Haut Kontaktallergien auslösen.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Sie ist mit Sicherheit an der aerogenen Kontaktdermatitis beteiligt; dafür spricht ganz besonders ihre phototoxische Wirkung, die durch Polyacetylene hervorgerufen wird.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Wiesen-Margeriten als Artengruppe sind in ganz Europa verbreitet. In Deutschland, Österreich und der Schweiz ist diese Artengruppe überall sehr häufig.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Die Magerwiesen-Margerite im engeren Sinne wächst überwiegend auf stickstoffarmen, sonnigen bis halbschattigen, frischen bis halbtrockenen Wiesen, Weiden und Ruderalstandorten. "Leucanthemum vulgare" ist eine Charakterart des Verbands Mesobromion.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Die Erstveröffentlichung von "Leucanthemum vulgare" erfolgte 1779 durch Jean Baptiste de Monnet de Lamarck in "Flore Française", 2, S. 137.


title: Magerwiesen-Margerite

text: "Leucanthemum vulgare" bildet mit mehreren anderen ähnlichen Arten, etwa mit der Fettwiesen-Margerite ("Leucanthemum ircutianum") zusammen die Artengruppe der Wiesen-Margeriten ("Leucanthemum vulgare" agg.) Die systematischen Verhältnisse innerhalb der Gattung "Leucanthemum" sind Gegenstand molekularsystematischer Forschung. Die früheren "Leucanthemum vulgare"- und "Leucanthemum atratum"-Aggregate lassen sich vermutlich nicht halten. Mit relativer Gewissheit kann Nordafrika als Ursprung der Gattung angenommen werden. Insgesamt präsentiert sich die Gattung "Leucanthemum" aufgrund der häufigen Polyploidisierungsereignisse im Laufe ihrer Evolution als systematisch schwer zu gliedernde monophyletische Gruppe.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Margeriten sind auch beliebte Zierpflanzen. Sie werden als Garten- oder Kübelpflanzen eingesetzt und als Schnittblumen verkauft. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts bildeten die Margeriten das Thema der Margeritentage, an denen alle Straßen mit Margeriten festlich geschmückt und zu wohltätigen Zwecken Kunstblumen in Form der Margeriten verkauft wurden.


title: Magerwiesen-Margerite

text: Für die Artengruppe der Wiesen-Margeriten bestehen bzw. bestanden auch die weiteren deutschsprachigen Trivialnamen: Große Chatzabluoma (St. Gallen im Rheintal), Dickkopp (Altmark), Doderblum (mittelhochdeutsch), Gänsblumen, Gansblume (Memmingen), Gaonsblume (Augsburg), Gehonnesbleamen (Siebenbürgen bei Schäßburg), Gehonnesgirkel (Siebenbürgen bei Seiburg), Geissblumen (Schaffhausen), Geisselblum (Zürich), Girkelblommen (Siebenbürgen bei Jacobsdorf), Gasbluoma (St. Gallen bei Werdenberg), Goseblomen, Hunneblome (Bremen), Jehonnesbleamen (Siebenbürgen), Jehonnesgirkel (Siebenbürgen bei Seiburg), St. Johanesbluoma (St. Gallen), St. Johaneskraut, St. Johannesblumen (Mainz, Preußen), Johannisblume (Graubünden, Lauban, Thüringen, Eifel), Grossi Käsbluoma (St. Gallen bei Werdenberg), Käseblume, Kalbsaugen (Metz, Trier, Speyer), Kranzblume (Eifel), Krispel (althochdeutsch), Küdille, Kuhtill (mittelhochdeutsch), Welschi Mannablüamli (St. Gallen bei Obertoggenburg), Große Margritli (Bern), Massliebe (Württemberg), Mattblume, Großi Monatbluoma (St. Gallen bei Untertoggenburg), Ochsenauge (mittelhochdeutsch), St. Petersblum (Österreich), Presserkragen (Mecklenburg), Rindsaug, Rindsblume, Sonnenwendblume (Kärnten), Toterblum (mittelhochdeutsch), Uissenaugen (Siebenbürgen), Wagenblume (Österreich), Wucherblume und Zantihansen (Emmental).


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Ein Tantal-Elektrolytkondensator, auch Tantal-Kondensator oder Tantal-Elko genannt, ist ein Elektrolytkondensator, dessen Anode (+) aus Tantal besteht, auf dem durch anodische Oxidation, auch „Formierung“ genannt, eine gleichmäßige, der Nennspannung angepasste äußerst dünne, elektrisch isolierende Oxidschicht erzeugt wird, die das Dielektrikum des Kondensators bildet. Ein meist fester Elektrolyt, der sich geometrisch der Oberflächenstruktur der Anode anpasst, bildet die Kathode (−) des Elektrolytkondensators.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Elektrolytkondensatoren besitzen eine durch Sinterung von Tantalpulver zu einem Anodenblock sehr stark vergrößerte Anodenoberfläche zur Erhöhung der Kapazität. Zusammen mit der relativ hohen Permittivität des dielektrischen Tantalpentoxids sowie der Möglichkeit, die sehr dünne Oxidschicht der gewünschten Spannungsfestigkeit anzupassen, erreichen sie, verglichen mit Keramik-, Kunststoff-Folienkondensatoren und auch mit Aluminium-Elektrolytkondensatoren eine höhere spezifische Kapazität, die jedoch sehr viel geringer als die von Superkondensatoren ist.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die meisten Tantal-Elektrolytkondensatoren werden in der SMD-Bauform mit einem festen Elektrolyten hergestellt, der entweder aus Mangandioxid oder aus einem leitfähigen Polymer besteht. Durch diese niederohmigen Elektrolyte besitzen sie sehr niedrige ESR-Werte, eine sehr geringe Temperaturabhängigkeit ihrer elektrischen Parameter und eine lange Lebensdauer.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Durch die große spezifische Kapazität, den niedrigen ESR und die verfügbaren flachen SMD-Bauformen eignen sich Ta-Elkos besonders für Geräte in flacher Bauweise wie Laptops, Mobiltelefone, Digitalkameras und Flachbildschirme. Hier werden sie zum Entkoppeln von unerwünschten Frequenzen von zweistelligen Hertz-Bereich bis hin zu einigen Megahertz, zur Glättung gleichgerichteter Spannungen in Schaltnetzteilen sowie zur Pufferung der Stromversorgung digitaler Schaltungen bei plötzlichem Strombedarf eingesetzt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Axiale Tantal-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem oder festem Elektrolyten in hermetisch-abgedichteten Gehäusen werden für industrielle Anwendungen mit hohen Anforderungen, für militärische und für Weltraumanwendungen benötigt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Elektrolytkondensatoren sind gepolte Bauelemente, die nur mit Gleichspannung betrieben werden dürfen. Eine evtl. überlagerte Wechselspannung darf keine Umpolung bewirken. Falschpolung, eine zu hohe Spannung oder Rippelstrom-Überlastung können das Dielektrikum und damit auch den Kondensator zerstören. Die Zerstörung kann katastrophale Folgen (Kurzschluss, Brand) nach sich ziehen. Tantal-Elkos sind außerdem empfindlich gegenüber schnellen Schaltflanken. Zum sicheren Betrieb von Tantal-Elkos werden deshalb von den Herstellern spezielle Regeln für die Schaltungsauslegung vorgeschrieben.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Elektrolytkondensatoren sind im Grunde genommen Plattenkondensatoren, deren Kapazität umso größer ist, je größer die Elektrodenfläche formula_1 und die Dielektrizitätszahl formula_2 und je kleiner der Abstand formula_3 der Elektroden zueinander ist.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Zur Vergrößerung der Kapazität des späteren Kondensators wird die Anode aufgeraut, wodurch die Oberfläche deutlich größer als die einer glatten Oberfläche wird aber sich am Prinzip des Plattenkondensators nichts ändert.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Dielektrizitätszahl ε setzt sich zusammen aus der elektrischen Feldkonstanten formula_5 und der materialspezifischen Permittivität formula_6 des Dielektrikums:


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Elektrolytkondensatoren basieren auf dem elektrochemischen Effekt der anodischen Oxidation (Formierung). Dabei wird auf der Oberfläche von sog. Ventilmetallen (Aluminium, Tantal, Niob u. a. m.) durch Anlegen des Pluspols einer Gleichstromquelle in einem mit dem Minuspol verbundenen Bad, gefüllt mit einem flüssigen Elektrolyten, eine elektrisch isolierende Oxidschicht gebildet, die als Dielektrikum eines Kondensators genutzt werden kann.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Diese Oxidschichten auf der Anode (+) sind sehr dünn und haben eine sehr hohe Durchschlagsfestigkeit, die im Bereich nm/V liegt. Die Kapazität dieses Kondensators ergibt sich wie bei einem Plattenkondensator aus der Geometrie der Anodenoberfläche und der Dicke der Oxidschicht. Diese wird mit der Formierspannung bestimmt und kann damit den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung angepasst werden, wodurch eine Optimierung der spezifischen Kapazität möglich ist.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Spannungsfestigkeit von Tantalpentoxid ist mit etwa 625 V/µm sehr hoch. Da durch die Formierung gezielt jede gewünschte Spannungsfestigkeit erreicht werden kann, variiert die Dicke der Oxidschicht mit der Nennspannung des späteren Kondensators. Ein 10-V-Tantal-Elko hätte, sofern keine Sicherheitsmarge berücksichtigt wird, deshalb ein Dielektrikum mit der Schichtdicke von nur etwa 16 nm. In realen Tantalkondensatoren werden die Oxidschichtdicken jedoch erheblich stärker formiert als es die spätere Nennspannung des Kondensators erforderlich machen würde.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Beim Vergleich der sich im Wettbewerb miteinander befindlichen Ta- und Nb-Elkos zeigt sich, dass Niobpentoxid (NbO) eine um etwa 40 % größere relative Permittivität im Vergleich zu Tantalpentoxid hat, jedoch mit 400 V/µm eine um etwa 30 % niedrigere Durchschlagsfestigkeit. Dies bedeutet, dass aus der gleichen Materialmenge ein etwa gleich großer CV-Wert hergestellt werden könnte. Allerdings hat jedoch das zur Zeit verfügbare Nioboxidpulver nicht die gleiche kleine Pulverkorngröße wie Tantalpulver, so dass in der Realität noch keine gleichen Energiedichten erreichbar sind. Reale Niob-Elkos sind also etwas größer als Tantal-Elkos bei gleichem CV-Produkt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die nachfolgenden Beschreibungen der Materialien und der Fertigung konzentrieren sich auf Tantal-Elektrolytkondensatoren mit MnO-Elektrolyten.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Das Anodenmaterial von Tantal-Elektrolytkondensatoren besteht aus dem Metall Tantal, dessen Reinheit entscheidend für die Qualität der daraus gefertigten Kondensatoren ist.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Das Metall wird in einem chemischen Prozess in ein Pulver verwandelt. Da die Kapazität eines Tantalkondensators proportional zu der Oberfläche der Anode ist und die Anodenoberfläche bei gleichem Bauvolumen von der Größe der verwendeten Pulverpartikel abhängt, definiert die Partikelgröße des Tantalpulvers die Kapazität des Kondensators: je kleiner die Korngröße des Pulvers, desto größer ist die Oberfläche des damit hergestellten Körpers.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die typische Korngröße solcher Pulver liegt zwischen 0,1 und 10 µm. Spezifiziert wird die Korngröße in einer Einheit, die die spezifische Kapazität pro Gewicht enthält, üblicherweise in „µF · V / g“. Angeboten werden Tantalpulver mit Werten zwischen etwa 20.000 und 300.000 µFV/g. Mit einem Tantalpulver mit der spezifischen Kapazität von 200.000 µFV/g können Anoden mit einer Oberfläche von etwa 4 m/g hergestellt werden. Zum Vergleich, die Oberfläche von Aktivkohle für Superkondensatoren liegt zwischen 1000 und 3000 m/g, sie ist also grob geschätzt um den Faktor 1000 größer.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Das Tantalpulver wird zur weiteren Verarbeitung mit einem Bindemittel versetzt und zusammen mit einem Tantaldraht, dem späteren Anodenanschluss des Kondensators, zu einem Block () gepresst. Dieser Block wird anschließend in Vakuum bei hohen Temperaturen, typisch 1200 bis 1800 °C, gesintert. Dabei werden die Kontaktflächen der Körner metallisch miteinander verbacken. Im gesinterten Tantalblock verbleiben eine Vielzahl von Poren, die den gesamten Sinterblock durchziehen. Der Block erhält dadurch eine schwamm-ähnliche Struktur mit einer großen inneren Oberfläche, wobei die Tantal-Körner mit dem Tantaldraht elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Sinterung bewirkt außerdem eine sehr große mechanische Festigkeit des Blockes, wodurch Ta-Elkos mechanisch sehr robust sind.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Oberfläche des Anodenblockes ist infolge dieses Prozesses um ein Vielfaches größer als die Oberfläche eines glatten Blockes geworden. Zum Vergleich. ein 220 μF/6,3 V Kondensator im SMD-C-Gehäuse (6 × 3,2 × 2,6 mm) hat eine Anodenoberfläche von etwa 350 cm², das ist etwas größer als ein DIN A5 Blatt, wobei die Oberfläche des glatten Tantalblockes nur etwa 0,8 cm² beträgt. Der Grad der Oberflächenvergrößerung durch die Verwendung feiner Tantalpulver ist jedoch abhängig von der geforderten Nennspannung des Kondensators, Hohe Nennspannungen erfordern gröbere Tantalpulver für die dickeren Oxidschichten.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Nach dem Sintern wird die Tantal-Anode anodisch oxidiert bzw. formiert. Dabei wird der Anodenblock in ein Elektrolytbad getaucht und an eine Gleichspannung in richtiger Polarität angeschlossen. Anfangs erfolgt die Steuerung der Formierung mit einer Strombegrenzung bis zum Erreichen der gewünschten Spannungsfestigkeit, danach bleibt die Spannung so lange angelegt, bis der Strom auf nahezu Null abgesunken ist, damit eine gleichmäßige Schicht aus Tantalpentoxid (Tantal(V)-oxid, TaO) über die gesamte Oberfläche der Anode gewährleistet ist. Diese Oxidschicht ist elektrisch isolierend und bildet das Dielektrikum des Kondensators. Die Dicke ergibt sich aus der angelegten Formierspannung. Die Oxidschicht muss in amorpher Struktur sein.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Dicke der anodisch gebildeten Oxidschicht ist proportional der beim Formierprozess angelegten Spannung. Sie wird gezielt der gewünschten Spannungsfestigkeit des Kondensators angepasst. Allerdings werden Tantal-Elektrolytkondensatoren aus Gründen der Zuverlässigkeit mit einer großen Sicherheitsmarge in Hinsicht auf die Dicke der Oxidschicht gefertigt. Diese Sicherheitsmarge ist für Ta-Elkos mit Mangandioxid-Kathode typischerweise der Faktor 4. Das heißt, ein 25 V Kondensator wird mit einer Formierspannung von 100 V formiert, um einen zuverlässigen Betrieb zu ermöglichen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Dieser sehr hohe Sicherheitsfaktor ist dem typischen Ausfallmechanismus von Tantal-Elektrolytkondensatoren, der sog. „Feldkristallisation“ geschuldet.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Das Wachstum des Oxids während des Formierprozesses vom Metall zum amorphen TaO erfolgt zu etwa einem Drittel in das Metall hinein und zu etwa zwei Drittel aus dem Metall heraus, da das Oxid weniger dicht als das Metall ist. Das bedeutet, dass der metallisch leitende Bereich, die Sinterbrücken (), in dem die Tantalkörner durch die Sinterung leitend miteinander verbunden sind, verkleinert wird. Dadurch kann u. U. bei kleinen Körnern und hoher Spannungsfestigkeit die metallische Verbindung zwischen den Partikeln völlig verschwinden, wobei dann diese Tantal-Pulverkörner nicht mehr zur Kapazität beitragen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die verbleibenden Porenkanäle in dem Sinterkörper nach dem Sintern und Formieren können eine weitere Begrenzung ergeben. Die Poren müssen so groß genug sein, um den Elektrolyten in den Sinterkörper eindringen zu lassen. Denn die Größe der Kanäle zwischen den Poren bestimmt die entstehenden Kapillarkräfte sowie die Ableitung der verdrängten Luft oder des Gases.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Es besteht also eine Beziehung zwischen der Struktur des Sinterkörpers, der Partikelgröße des Tantalpulvers und der Formierungsspannung. Das bedeutet, dass es bei Tantal-Elektrolytkondensatoren für jede Kondensator-Nennspannung eine optimale Partikelgröße für die Anode gibt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Es ist deshalb für eine Massenproduktion von Ta-Elkos eine große technische Herausforderung, die schwierige Balance zwischen den kleinstmöglichen Porenkanälen und leitfähigen Sinterverbindungen zu finden, um eine möglichst große spezifischen Kapazität zu erhalten. Hierzu müssen die Tantalpulver mit einer großen Homogenität der Kornpartikelgrößen hergestellt werden können.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der Elektrolyt in einem Elektrolytkondensator ist immer die Kathode des jeweiligen Kondensators. Sie muss sich der inneren porigen Sinterstruktur der oxidierten Tantalanode mechanisch möglichst perfekt anpassen, damit die Kapazität der Anode auch möglichst vollständig genutzt werden kann. Bei flüssigen Elektrolytsystemen ist das Einbringen eines Elektrolyten recht problemlos, bei dem festen Elektrolyten Mangandioxid wird eine flüssige Vorstufe des Elektrolyten erst in situ in den festen Stoff umgeformt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die flüssige Vorstufe des festen Elektrolyten Mangandioxid ist Mangannitrat (Mn(NO)). Der gesinterte und formierte Tantalblock wird in diese Flüssigkeit getaucht und danach in einem pyrolytischen Verfahren bei etwa 250 °C in das feste Mangandioxid MnO umgewandelt. Die chemische Formel dazu lautet:


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Dieser Vorgang muss mehrfach wiederholt werden, so lange, bis die Oberfläche der gesamten Anode, innen und außen, möglichst vollständig mit MnO bedeckt ist.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Mangandioxid ist eine harte, schwarze kristalline Substanz und besitzt eine recht gute elektrische Leitfähigkeit. Es weist eine exzellente Langzeitstabilität auf, besitzt eine nur geringe Temperaturabhängigkeit der elektrischen Parameter auch bei tiefen Temperaturen und ist preiswert.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Neben Manganoxid als festen Elektrolyten können Tantal-Kondensatoren mit einem festen leitfähigen Polymer als Elektrolyt, siehe Polymer-Elektrolytkondensator oder mit einem flüssigen Elektrolyten hergestellt werden.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die manganisierte Kondensatorzelle, Pille () genannt, muss noch mit einem Anschluss versehen werden, der den Elektrolyten elektrisch mit der Umwelt verbindet. Mangandioxid als keramische Substanz kann nicht einfach an einen Anschluss angelötet werden. Deshalb wird die manganisierte Pille zuerst in eine Dispersion aus Graphit getaucht, danach in eine Lösung aus elektrisch leitendem Silberlack, die zu einer Silberschicht aushärtet. Die Graphitschicht verhindert einen direkten Kontakt zwischen Braunstein und Silber. Solch ein direkter Kontakt würde eine chemische Reaktion zur Folge haben, die das leitfähige Mangandioxid MnO in das hochohmige Mangan(III)-oxid umformt, wodurch der ESR des Kondensators ansteigen würde. Durch Anlöten eines Kathodenanschlusses an die Silberschicht wird dann der Kondensator elektrisch mit der Umwelt verbunden.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die häufigste Bauart bei den Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Sinteranode und festem Mangandioxid-Elektrolyten ist der SMD-Kondensator (SMD-Chip) für die Oberflächenmontage. Er besteht aus einer Anode aus hochreinem gepressten und gesinterten Tantalpulver. Nach der Formierung dieser Anode, dem Erzeugen des Dielektrikums, wird sie mit dem festen Elektrolyten Mangandioxid oder einem leitfähigen Polymer versehen. Diese kapazitive Zelle wird dann mit einer Graphit- und einer Silberschicht kontaktiert, um eine elektrisch leitende Verbindung zum Kathodenanschluss herzustellen. Die Umhüllung besteht meist aus einer Kunststoff-Umpressung, kann jedoch je nach Anforderung aus einer einfachen Lackierung oder einem hermetisch schließenden Metallbecher bestehen. Der Fertigungsprozess zur Herstellung von Tantal-Elektrolytkondensatoren endet mit der 100%-Endkontrolle. Für Tantal-Elektrolytkondensatoren mit zugesicherter Zuverlässigkeit werden außerdem noch verschiedene Screening- bzw. burn-in-Prozesse zur Verminderung der Ausfallrate durchgeführt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die drei "Bauarten" bei den Tantal-Elektrolytkondensatoren werden in unterschiedlichen "Bauformen" hergestellt und geliefert:


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Mehr als 90 % aller Tantal-Elektrolytkondensatoren weltweit werden als „Tantal-Chips“ in der SMD-Bauform für die Oberflächenmontage hergestellt. Diese Tantal-Chip-Elkos mit Mangandioxid-Elektrolyten sind preiswerter als mit Polymer-Elektrolyten. Ihre elektrischen Eigenschaften sind außerdem stabil über längere Zeiträume und weisen keine Drift auf. Der Aufbau wird unter dem Paragraph #Fertigungsprozess beschrieben.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Entwicklung dieser Bauform bis zur heute üblichen Form erfolgte über unterschiedliche Umhüllungen und unterschiedliche Ausformung der beiden Anschlüsse, über eine Lack-Umhüllung mit angelöteten Kappen (CWR 06) oder Lackumhüllung mit verzinnten Anschlussflächen (CWR 10) bis zur Kunststoff-Umpressung mit eingepressten Anschlussflächen (CWR 09). Am häufigsten wird heute die mit Kunststoff umpresste Version eingesetzt, die für die meisten industriellen Anforderungen hinreichend Schutz bietet. Für Anforderungen bei hoher Luftfeuchtigkeit oder rauen Klimabedingungen werden SMD-Ta-Chips jedoch auch mit einer hermetisch dichten Umhüllung gefertigt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Eine sehr spezielle Version von Tantal-SMD-Chip-Kondensatoren ist die Bauform mit einer eingebauten Sicherung. Diese Version war entwickelt worden, um bei einem eventuellen Kurzschluss im Kondensator diesen schnell genug von der Spannung zu trennen, wodurch das Brandrisiko reduziert wird und die Folgeschäden gemindert werden können.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der Aufbau von Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten ist vergleichbar dem von Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Mangandioxid-Elektrolyten. In die porige Struktur des Anodenblockes wird allerdings der Polymer-Elektrolyt anstatt des MnO-Elektrolyten eingebracht. Die Kontaktierung des Kathodenanschlusses erfolgt ebenfalls über eine Graphit- und eine Silberschicht.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Polymer-Tantal-Chip-Elektrolytkondensatoren haben ESR-Werte, die bis zu 1/10 des Wertes von Tantal-Elkos gleicher Baugröße mit Mangandioxid-Elektrolyten betragen. Sie erreichen ESR-Werte im einstelligen Milliohm-Bereich und sind damit vergleichbar mit Keramik-Vielschicht-Kondensatoren.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Nachteilig bei allen Polymer-Tantal-Elektrolytkondensatoren ist der etwa um den Faktor 10 höhere Reststrom gegenüber den Versionen mit Mangandioxid-Elektrolyten. Außerdem verändert sich der Polymer-Elektrolyt im Laufe der Zeit, so dass die elektrischen Parameter eine kleine Drift aufweisen und sich verändern, so dass Polymer-Ta-Chips eine durch Überschreiten von Änderungsgrenzen begrenzte Lebensdauer haben.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Entwicklung der Geräte der Digital-Elektronik in flacher Bauweise wie Laptops, Flachbildschirmen und Mobiltelefonen forderte eine immer präzisere Stromversorgung mit ansteigenden Versorgungsströmen im zweistelligen Ampere-Bereich aber sinkenden Versorgungsspannungen, heute oft schon unter 2 V. Diese Anforderungen sind eine große Herausforderung an die Kondensatoren in den Stromversorgungen, denn durch den Serienersatzwiderstand ESR des Kondensators ergibt sich bei plötzlichem Strombedarf ein Spannungseinbruch von "ΔU = ESR · I", der die Funktionsfähigkeit der nachgeschalteten Schaltung beeinträchtigen kann. Außerdem verzögert die Serieninduktivität ESL des Kondensators über die Ableitung di/dt die rasche Versorgung der Schaltung mit dem benötigten Strom. Ziel für alle Kondensator-Entwicklungen für diese Anwendungen ist es daher, den ESR und wenn möglich, auch den ESL der Kondensatoren zu reduzieren.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Chip-Kondensatoren wurden zwar schon von Beginn an in diesen Applikationen eingesetzt. Die steigenden Anforderungen machten jedoch Neuentwicklungen erforderlich. Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten waren eine dieser Neuentwicklungen. Aber auch konstruktive Maßnahmen können großen Einfluss auf die elektrischen Parameter von Kondensatoren haben. Kleinere ESR-Werte können beispielsweise durch Parallelschaltung mehrerer herkömmlicher Kondensatorzellen in einem Gehäuse erreicht werden. Drei parallel geschaltete Kondensatoren mit einem ESR von je 60 mΩ haben dann einen Gesamt-ESR von 20 mΩ zur Folge. Diese Konstruktion wird Multi-Anoden-Technik genannt und sowohl bei preiswerteren Ta-Elkos mit Manganoxid- als auch bei etwas teureren Ta-Elkos mit Polymer-Elektrolyten eingesetzt. In solchen Ta-Chip-Kondensatoren werden bis zu sechs Einzelanoden in einem Gehäuse zusammengeschaltet. Solche Tantal-Multi-Anoden-Chips weisen ESR-Werte im einstelligen Milliohm-Bereich auf.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Durch konstruktive Änderungen kann aber auch noch die parasitäre Induktivität des Kondensators verringert werden. Da die Länge der Zuleitungen einen großen Anteil an der Gesamtinduktivität ESL des Kondensators hat, kann durch asymmetrische Anordnung des Anodenanschlusses in der Tantal-Anode die internen Zuleitungen verkleinert werden, wodurch der ESL verringert wird. Mit dieser „Face-down“-Konstruktion verschiebt sich die Resonanz des Kondensators zu höheren Frequenzen, wodurch bei den immer höheren Schaltfrequenzen von Digitalschaltungen den Folgen schnellerer Lastwechsel Rechnung getragen wird.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Chip-Elektrolytkondensatoren haben durch diese konstruktiven Verbesserungen, die sowohl den ESR als auch den ESL verringerten, Eigenschaften erreicht, die sich immer näher an diejenigen von MLCC-Kondensatoren annähern.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantalchips werden in vielen unterschiedlichen Gehäusegrößen angeboten. Die Baugrößen werden von den Herstellern der inzwischen abgekündigten amerikanischen Norm EIA-535-BAAC folgend, mit einem Großbuchstaben und einer Kennzahl, die sich aus dem Zollmaß ergab, gekennzeichnet. Für die Baugrößen A bis E, die schon seit vielen Jahrzehnten gefertigt werden, sind die Abmessungen (ohne Toleranzen) bei den jeweiligen Herstellern noch weitgehend identisch.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Neue Entwicklungen bei Tantal-Elektrolytkondensatoren mit kleineren Abmessungen oder mit sehr hohen Kapazitätswerten sowie wie z. B. die Mehrfach-Anodentechnik zur Verringerung des ESR oder die „Face down-Technik“ zur Verringerung der Induktivität haben inzwischen aber zu einer Vielzahl von weiteren Chip-Baugrößen geführt. Viele Baugrößen haben außerdem bei einer gleichen Grundfläche unterschiedliche Bauhöhen. Dieser ältere EIA-Code ist deshalb von der EIA durch eine neue, metrische Codierung ohne einen Buchstabencode standardisiert worden, beispielsweise: EIA 3216-12 hat die nominalen Abmessungen 3,2 mm × 1,6 mm × 1,2 mm. Allerdings werden die Chip-Gehäusegrößen von den Herstellern in den jeweiligen Datenblättern meist zusätzlich immer noch mit Großbuchstaben gekennzeichnet. Dabei können jedoch Verwechslungen auftreten, weil die Hersteller die Abmessungen ihrer SMD-Chips diese Kennzeichnung nicht einheitlich standardisiert haben.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Eine Übersicht über die Abmessungen einiger Tantal-Chip-Kondensatoren und deren Codierung zeigt die folgende Tabelle:


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Radial-bedrahtete Tantal-Elektrolytkondensatoren für die Leiterplattenmontage sind heutzutage weitgehend durch die SMD-Chip-Bauform abgelöst. Dennoch sind sie noch in den Lieferprogrammen großer Hersteller zu finden. Am bekanntesten sind die perlenförmigen Tantal-Elektrolytkondensatoren. Sie werden heutzutage meist nur noch von Hobby-Elektronikern eingesetzt. Die Kondensatoren besitzen eine gesinterte Anodenzelle, getränkt mit dem festen Elektrolyten Mangandioxid. Die Kathodenkontaktierung erfolgt über eine Schichtfolge aus Graphit und Silber. Die Kondensatoren sind tauchlackiert und durch einen Stempelaufdruck gekennzeichnet. Eine Farbcodierung der Kapazität und der Nennspannung findet seit 1970 nicht mehr statt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Eine weitere Bauform radial-bedrahteter Ta-Elkos ist die mit einem Kunststoff umpresste Version. Die Kunststoff-Umhüllung ergibt eine bessere mechanische Festigkeit, präzisere Positionierung des Bauelementes auf der Leiterplatte und einen besseren Schutz gegen Umwelteinflüsse.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Axiale Tantal-Elektrolytkondensatoren mit festem Mangandioxid-Elektrolyten besitzen eine gesinterte und oxidierte Anode. Der Elektrolyt wird in dem oben beschriebenen pyrolytischen Verfahren in die Anodenstruktur hineingebracht und umschließt den Anodenblock. Die Kontaktierung der Kathode erfolgt über eine Graphit- und eine Silberschicht. Der versilberte Block wird in einen Metallbecher eingebaut und mittels eines Lotes mit dem Becher elektrisch verbunden. Der Metallbecher wird anschließend meist mit einer hermetischen Abdichtung zur Herausführung des Anodenanschlusses versehen. Bei Versionen mit einer Kunststoffumhüllung entfällt der Metallbecher und der Kathodenanschluss wird direkt an die Silberschicht angelötet.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Bipolare Tantal-Elektrolytkondensatoren enthalten einen zweiten oxidierten und kontaktierten Anodenblock der über ein Lot elektrisch mit dem ersten Block verbunden ist. Damit werden zwei Anoden in einer Serienschaltung miteinander verbunden.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die axialen Tantal-Elektrolytkondensatoren mit festem MnO-Elektrolyten werden überwiegend nach der militärischen Norm MIL-PRF-39003 gemäß einer der vielen „CSR“-Baureihen gefertigt und mit einer zugesicherten Zuverlässigkeit () geliefert. Die Versionen axialer Ta-Elkos mit Kunststoff-Umhüllung werden nach der Norm MIL-PRF-49137 gefertigt und geliefert.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Eingesetzt werden diese Tantal-Elektrolytkondensatoren in industriellen Bereichen mit sehr hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit, Robustheit und Temperaturfestigkeit wie z. B. Geosonden für die Erdöl-Exploration, in medizinischen Geräten, in allen militärischen Bereichen und in der Raumfahrt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Axiale Tantal-Kondensatoren mit einem Wickel aus Tantalfolien getränkt mit flüssigem Elektrolyten und in einem Metallbecher eingebaut waren die ersten industriell hergestellten Tantal-Elkos. In den militärischen Normen MIL-C-39006/1 bis 4 sind diese Kondensatoren als polarisierte oder nicht-polarisierte Kondensatoren mit geätzten oder glatten Tantalfolien bis heute präsent. Die Produktion dieser Kondensatoren mit gewickelten Folien wurde jedoch inzwischen eingestellt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Axiale Tantal-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten werden heutzutage mit einem Sinterkörper als Anode hergestellt. Der Elektrolyt ist meist Schwefelsäure. Tantal und auch Tantalpentoxid sind unempfindlich gegenüber dieser starken Säure. Diese „wet slug“ genannten axialen Tantal-Elkos sind mit einem hermetisch verschlossenen Silber- oder Tantalbecher versehen. Ein Platinmohr oder eine spezielle Tantal-Sinterkathode verringert den Übergangswiderstand des Elektrolyten und trägt zur Verbesserung der Schaltfestigkeit bei.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der Vorteil des flüssigen Elektrolyten ist, dass er den Sauerstoff für Selbstheilungsvorgänge des Dielektrikums liefern kann. Dadurch treten Ausfälle durch Feldkristallisation bei „nassen“ Ta-Elkos nicht in Erscheinung. Als Folge der Selbstheilung kann das Dielektrikum mit geringeren Sicherheitsmargen und somit viel dünner als das Dielektrikum für Tantal-Elkos mit festem Elektrolyten ausgelegt werden. Daraus resultiert das Hauptmerkmal von Tantal-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten, ihre hohe spezifische Kapazität im Vergleich zu den Ta-Elkos mit festem Elektrolyten aber auch zu Al-Elkos mit flüssigem Elektrolyten. Durch die Selbstheilung haben „nasse“ Ta-Elkos die niedrigsten Reststromwerte unter allen Elektrolytkondensatoren. Der flüssige Elektrolyt mit seiner Ionenleitfähigkeit macht diese Kondensatoren auch relativ unempfindlich gegenüber schnellen Einschalt- oder Stoßströmen. Nachteilig ist der etwas höhere ESR verglichen mit Mangandioxid- oder Polymer-Elektrolyten und die größere Temperaturabhängigkeit der elektrischen Parameter besonders bei tiefen Temperaturen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Obwohl die axiale Bauform bei Ta-Elkos mit flüssigem Elektrolyten die vorherrschende Bauform ist, werden „nasse“ Ta-Elkos auch im SMD-Gehäuse oder in quaderförmigen Bechern angeboten.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: „Nasse“ Tantal-Elkos können mit hohen Nennspannungen bis zu 125 V und für sehr hohe Temperaturen bis 200 °C hergestellt werden. Sie werden für Applikationen mit allerhöchsten Anforderungen an Qualität in sehr speziellen Bereichen der Industrie, im militärischen Bereich und in der Raumfahrt eingesetzt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: In der folgenden Tabelle sind die Kapazitäts- und Nennspannungsbereiche sowie die max. Temperatur für die unterschiedlichen Ta-Elko-Bauarten gelistet:


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal ist ein relativ „junges“ Metall. Es wurde 1903 durch Werner von Bolton erstmals in reiner Form gewonnen. In den darauffolgenden Jahren wurden seine Eigenschaften grundlegend untersucht, und es wurde festgestellt, dass Tantal in die Reihe der sogenannten „Ventilmetalle“ gehört. Der hohe Schmelzpunkt von 2996 °C verhinderte aber lange die industrielle Nutzung.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die ersten Tantal-Elektrolytkondensatoren mit gewickelten Tantal-Folien und flüssigem Elektrolyten wurden 1930 von der Tansitor Electronic Inc. USA für militärische Zwecke hergestellt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die maßgebliche Entwicklung von Tantal-Elektrolytkondensatoren in der heute bekanntesten Form erfolgte nach dem Zweiten Weltkrieg, einige Jahre nachdem Shockley, Barden und Brattain 1947 den Transistor erfunden hatten. Sie wurde ab 1950 vorangetrieben durch die Bell Laboratories auf der Suche nach kleineren und zuverlässigeren Kondensatoren für niedrige Spannungen, um die neuen Schaltungen mit Transistoren zu unterstützen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Da Tantal, um die Anodenoberfläche zu vergrößern, schwierig zu ätzen war, kam den Forschern R. L. Taylor und H. E. Haring 1950 die Idee, Tantal zu einem Pulver zu zermahlen, dann das Pulver zu einem Pulverblock zu pressen und diesen Block dann bei hohen Temperaturen zu sintern. Das Ergebnis ergab einen kompakten, mechanisch festen Tantalblock mit einer schwammartigen Struktur mit vielen Poren, wobei die einzelnen Tantalpartikel in einem Raumgitter metallisch fest und elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wodurch eine sehr große Anodenoberfläche entstand.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Suche nach einem festen Elektrolyten erfolgte Anfang 1950 parallel zur Forschergruppe von Taylor und Haring, ebenfalls in den Bell Laboratories, durch D. A. McLean und F. S. Power. 1952 wurde diese Suche mit einem Erfolg gekrönt. Die Forscher tränkten den Tantal-Sinterkörper mit dem flüssigen Mangan-Nitrat (Mn(NO)) und wandelten diese Flüssigkeit dann in einem pyrolytischen Prozess in das feste halbleitende Mangandioxid (MnO) um. Mangandioxid, auch Braunstein genannt, ist eine harte, schwarze kristalline Substanz, besitzt eine um den Faktor 10 bessere elektrische Leitfähigkeit als die damaligen flüssigen Elektrolyte und weist ein stabiles Temperaturverhalten besonders bei tiefen Temperaturen sowie eine exzellente Langzeitstabilität auf.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: 1954 gelang es Preston Robinson bei der Sprague Electric Company (heute: Vishay) den ersten funktionsfähigen Tantalkondensator mit MnO-Elektrolyten herzustellen. Die neue Technologie wurde schnell weiterentwickelt und derart perfektioniert, dass sehr bald zahlreiche Hersteller, auch in Japan und Europa, die Großserienproduktion starteten. Die Entwicklung wurde besonders durch die Bauform des Tantal-Tropfenkondensators (Ta-Perlen) begünstigt, die speziell bei Rundfunk- und Fernsehgeräten schnell in großen Serien eingesetzt wurden. Der höhere Preis der Tantalkondensatoren Gegenüber Al-Elkos war zwar oft ärgerlich, aber wegen der kleineren Bauform der Tantal-Perle, dem kleineren ESR, dem besseren Tieftemperaturverhalten und dem sehr viel besseren Reststromverhalten fielen häufig die Entscheidungen dennoch zugunsten der Tantalkondensatoren.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Dies änderte sich, als 1980 wegen einer Spekulation an der Börse der Preis für Tantal explodierte. Der Boom von Tantal-Elkos im Unterhaltungsbereich und auch in der industriellen Elektronik ließ daraufhin fast schlagartig nach. Erst mit dem Trend zu immer stärkerer Miniaturisierung elektronischer Geräte wurden ab Mitte der 1980er Jahre Tantal-SMD-Kondensatoren wieder in größeren Stückzahlen in der Industrie eingesetzt. Im Jahre 2000 trieb eine weitere Spekulation die Tantalpreise erneut in die Höhe. Den Herstellern der Tantal-Pulver gelang es danach jedoch, durch langfristige Lieferverträge die Situation zu beruhigen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Baugröße von Tantal-Kondensatoren hängt entscheidend von der Größe der Tantal-Pulverkörner ab, die sich in den Jahren zwischen 1960 und 1990 nicht wesentlich geändert hatte. Erst Mitte der 1990er Jahre wurde bei der H.C. Starck, Deutschland, ein neuer chemischer Prozess entwickelt, der es ermöglichte, Tantalpulver mit extrem kleinen Korngrößen zu erzeugen. Als Folge dieser neuen Produktionsprozesses konnte bis 2015 eine zehnfache Erhöhung der spezifischen Pulver-Kapazität erreicht werden, wodurch bei einem gegebenen Bauvolumen die Kapazität eines Tantal-Kondensators ebenfalls um etwa den Faktor 10 anstieg.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Neben der Gehäuse-Verkleinerung entwickelte sich auch die Bauweise weiter. Mehrfach-Anodenblöcke in einem Gehäuse, die sog. „Multianodentechnik“, brachten eine deutliche Verringerung der internen Verluste, der ESR-Wert wurde kleiner. Mit einer weiteren Bauform in der sog. „face-down“-Technik wurde auch die Induktivität der Kondensatoren verringert.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten wurden 1993 durch NEC mit seinen „NeoCap“ genannten SMD-Tantal-Elkos mit Polypyrrol-Elektrolyt auf den Markt gebracht. 1997 folgte dann Sanyo mit den „POSCAP“-Tantal-Chips, siehe Polymer-Elektrolytkondensator. Mit dieser Entwicklung erreichen Ta-Elkos heute Werte, die in einigen Applikationen einen direkten Wettbewerb zu Keramik-Multilayer-Schichtkondensatoren (MLCC) bilden.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Coltan ist ein Tantalerz und damit der Rohstoff für Tantal-Elektrolytkondensatoren. Coltan wird als Konfliktmineral eingestuft. Die hohen Gewinne für die Konzerne und die mangelnde staatliche Überwachung während des Bürgerkrieges in der Demokratischen Republik Kongo führten zu völlig planlosem Raubbau, der gravierende Umweltschäden und inhumane Arbeitsbedingungen zur Folge hatte. Aufgrund der negativen Folgen verzichteten daher zahlreiche Unternehmen, die Coltan verarbeiten, Coltan aus der DRK zu verarbeiten. Vor allem die Unternehmen, die Zulieferer, Hersteller oder Verarbeiter von Ta-Elkos sind, sind an diesem Verzicht beteiligt, beispielsweise H. C. Starck, Traxys, Samsung, Apple und Intel.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Inzwischen (2018) ist die „EU-Verordnung zu Konfliktmineralien“ in Kraft getreten, so dass in Zukunft auch Unternehmen, die sich bislang nicht an die freiwillige Vereinbarung gehalten haben, jetzt gesetzlich zu einem Verzicht auf Konflikt-behafteten Mineralien gezwungen werden.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die elektrischen Eigenschaften wie Kapazität, Verluste und Induktivität von realen Kondensatoren werden nach der Fachgrundspezifikation IEC 60384-1, die in Deutschland als DIN EN 60384-1; VDE 0565-1 erschienen ist, mit Hilfe eines idealisierten Serien-Ersatzschaltbildes beschrieben.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Kapazität eines Elektrolytkondensators ist frequenz- und temperaturabhängig. Sie wird mit einer Wechselspannung von 0,5 V und der Frequenz von 100/120 Hz bei Raumtemperatur 20 °C gemessen. Der so gemessene Kapazitätswert ist etwa 10 bis 15 % niedriger als der Wert, der der gespeicherten Ladung entspricht. In der Messfrequenz unterscheiden sich Elektrolytkondensatoren von Keramik- und Kunststoff-Folienkondensatoren, deren Kapazität bei 1 kHz gemessen wird.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten weisen vereinzelt an der Grenzschicht zwischen Oxid und Elektrolyt Bereiche auf, die sich wie n-Halbleiter verhalten, ähnlich einer Schottky-Barriere. Dieses halbleitende Verhalten der anodisch erzeugten Sperrschicht hat zur Folge, dass man zur Messung korrekter Kapazitätswerte von Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten eine positive Gleichspannung anlegen muss, damit eine Umpolung vermieden wird, da ansonsten eine aussagekräftige Messung nicht möglich ist und viel zu hohe Werte vorgetäuscht werden könnten. Deshalb muss bei Tantal-Elkos mit festem Elektrolyten eine Gleichspannung von 1,1 bis 1,5 V für Kondensatoren mit einer Nennspannung von ≤2,5 V oder 2,1 bis 2,5 V für Kondensatoren mit einer Nennspannung von >2,5 V angelegt sein.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der in den Datenblättern der Hersteller angegebene Kapazitätswert für Elektrolytkondensatoren ist die „Nennkapazität C“ (), auch „Bemessungskapazität“ genannt. Sie wird gemäß DIN EN/IEC 60063 in Werten entsprechend der E-Reihe angegeben. Dieser Nennwert ist gemäß DIN EN/IEC 60062 mit einer zulässigen Abweichung, der Kapazitätstoleranz, so spezifiziert, dass keine Überlappungen entstehen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der tatsächliche gemessene Kapazitätswert muss sich bei Raumtemperatur innerhalb der Toleranzgrenzen befinden.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Spannungsfestigkeit von Tantal-Elektrolytkondensatoren kann über die anodische Oxidation (Formierung) des Dielektrikums gezielt für die gewünschte Nennspannung des Kondensators hergestellt werden. Deshalb können auch sehr kleine Nennspannungen wie z. B. 2,5 V, realisiert werden, was bei Folien- oder Keramik-Kondensatoren nicht möglich ist. Solch kleine Spannungen werden vermehrt bei modernen Integrierten Schaltungen benötigt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Spannungsfestigkeit der jeweiligen Oxidschicht sinkt mit steigender Temperatur. Deshalb werden bei Tantal-Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten häufig zwei Spannungen spezifiziert, die „Nennspannung U“ (), das ist die maximale Gleichspannung, die konstant bei einer beliebigen Temperatur innerhalb des Nenntemperaturbereiches "T"„() anliegen darf und die“Kategoriespannung "U"„(), das ist die maximale Gleichspannung, die konstant bei einer beliebigen Temperatur innerhalb des Kategorietemperaturbereiches "T"“ () anliegen darf. Das Bild rechts zeigt diesen Zusammenhang.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Summe aus einer dauerhaft am Kondensator anliegenden Gleichspannung und dem Scheitelwert einer überlagerten Wechselspannung darf die für den Kondensator spezifizierte Spannung nicht überschreiten. Ein Überschreiten der spezifizierten Spannung kann zur Zerstörung des Kondensators führen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der Betrieb von Ta-Elkos mit einer Spannung niedriger als die spezifizierte Nennspannung hat positiven Einfluss auf die zu erwartende Ausfallrate, sie wird geringer.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der Zusammenhang zwischen dem Nenntemperaturbereich "T" und der Nennspannung "U" sowie dem erweiterten Kategorietemperaturbereich "T" und der reduzierten Kategoriespannung "U" ist im Bild oben erklärt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Elektrolytkondensatoren werden aus Sicherheitsgründen mit einer höheren Spannung formiert als nur mit der Nennspannung. Deshalb können sie während des Betriebs kurzzeitig für eine begrenzte Anzahl von Zyklen einer sogenannten „Spitzenspannung "U"“ () ausgesetzt werden. Die Spitzenspannung ist der maximale Spannungswert, der während des gesamten Betriebes der Kondensatoren über einen Schutzwiderstand von 1 kΩ oder RC=0,1 s mit einer Häufigkeit von 1000 Zyklen bei einer Verweildauer von 30 Sekunden und einer Pause von fünf Minuten und 30 Sekunden angelegt werden darf, ohne dass es zu sichtbaren Schäden oder einer Kapazitätsänderung von mehr als 15 % kommt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die zulässige Spitzenspannung ist in der DIN/EN IEC 60384-1 festgelegt. Für Ta-Elkos mit festem Elektrolyten ist die Spitzenspannung mit dem 1,3fachen der Nennspannung spezifiziert. Jedoch kann die Spitzenspannung zu einer erhöhten Ausfallrate führen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten reagieren grundsätzlich empfindlich gegenüber Überspannungen und Transienten, da der feste Elektrolyt als Elektronenleiter elektrische Änderungen ohne Verzögerung weitergibt. Diese schnellen Überspannungsspitzen können deshalb in Tantal-Elkos mit festem Elektrolyten Veränderungen im Oxid des Dielektrikums bewirken. Die Veränderungen im Oxid können unter Umständen direkt zu einem Kurzschluss führen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Elektrolytkondensatoren sind generell polarisierte Kondensatoren, deren Anode mit positiver Spannung gegenüber der Kathode betrieben werden muss.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Wird eine Umpolspannung an einem Tantal-Elektrolytkondensator mit festem Elektrolyten angelegt, so beginnt, von einem typabhängigen Schwellenwert an, ein Strom zu fließen. Dieser Strom fließt zunächst in lokalen Bereichen, in denen Verunreinigungen, Oxidbrüche oder Fehlstellen vorliegen. Obwohl es sich um sehr kleine Ströme handelt, entsteht dadurch lokal eine thermische Belastung, die zur Zerstörung der Oxidschicht führen kann. Eine längere Zeit am Ta-Elko anliegende Umpol- oder Falschpolspannung über den typabhängigen Schwellenwert hinaus führt unweigerlich zum Kurzschluss und somit zur Zerstörung des Kondensators.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Um die Gefahr der Falschpolung beim Bestücken zu minimieren, werden alle Elektrolytkondensatoren mit einer Markierung der Polarität versehen, siehe #Polaritätskennzeichnung


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die mathematische Beschreibung dieser Begriffe unter Berücksichtigung der für Elektrolytkondensatoren geltenden Besonderheiten bei der Spezifikation in den jeweiligen Datenblättern siehe diesen Abschnitt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Impedanz formula_13 wird in den Datenblättern von Tantal-Elektrolytkondensatoren als Scheinwiderstand ohne Phasenwinkel spezifiziert. Die vorgeschriebene Messfrequenz der Impedanz ist 100 kHz. Der bei dieser Frequenz gemessene Scheinwiderstand entspricht meist dem 100 kHz ESR-Wert.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Impedanz, bzw. der ESR von Elektrolytkondensatoren ist abhängig von den Materialien und vom Aufbau des Kondensators. Eine hohe spezifische Kapazität eines Ta-Elkos, die mit sehr feinkörnigem Ta-Pulvern erreichbar ist, hat durch die dünneren Strompfade in der Anode einen höheren ESR als Kondensatoren mit geringerer spezifischer Kapazität. Der ESR wird außerdem durch die Leitfähigkeit des Elektrolyten beeinflusst. Polymer-Elektrolyte haben eine bessere Leitfähigkeit als der MnO-Elektroyt. Besondere Bauformen wie #Multianodentechnik oder #Face-down-Technik beeinflussen ebenfalls das Impedanz/ESR-Verhalten von Ta-Elkos.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Impedanz und der ESR sind frequenz- und temperaturabhängig. Der ESR sinkt mit steigender Frequenz und mit steigender Temperatur bis zum Resonanzpunkt des Kondensators. Ta-Elkos mit festem Elektrolyten verzeichnen etwa eine Verdoppelung des ESR und der Impedanz bei −40 °C gegenüber dem Wert bei Raumtemperatur.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Eine der Gleichspannung überlagerte Wechselspannung, die an einem Kondensator liegt, bewirkt in ihm Lade- und Entladevorgänge. Daraus resultiert ein Wechselstrom, der Rippelstrom formula_14 () genannt wird. Er fließt als Effektivwert über den ESR des Kondensators und hat frequenzabhängige elektrische Verluste formula_15 zur Folge


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: die ihn von innen heraus erwärmen und zu einer Temperaturerhöhung führen. Diese intern erzeugte Temperatur addiert sich mit eventuellen anderen Wärmequellen zur Betriebstemperatur des Kondensators, die sich dann um den Wert formula_17 von der Umgebungstemperatur unterscheidet.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Diese Temperaturdifferenz formula_17 wird als thermische Verlustleistung formula_19 durch Wärmeleitung, -strahlung und -konvektion über die Oberfläche formula_1 und dem Wärme-Übergangswiderstand formula_21 des Kondensators an die Umgebung abgeführt


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Sind die elektrischen Verluste formula_15 und die thermische Verlustleistung formula_19 im Wärme-Gleichgewicht, dann errechnet sich die Temperaturdifferenz des Kondensators zur Umgebung aus:


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der Datenblattwert des Rippelstroms für Tantal-Elektrolytkondensatoren wird als sinusförmiger Effektivwert bei 100–120 Hz oder 100 kHz für eine bauartabhängige Temperaturerhöhung formula_17 des Kondensators gegenüber der Umgebung bei der oberen Nenntemperatur angegeben. Nicht-sinusförmigen Betriebsströme mit anderen Frequenzen müssen deshalb als Effektivwert gemessen oder berechnet werden. Baureihen-spezifische Umrechnungstabellen werden von vielen Herstellern zur Verfügung gestellt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der Rippelstrom für Tantal-Elektrolytkondensatoren wird als 100 kHz-Effektivwert meist für eine Temperaturerhöhung des Kondensators gegenüber der Umgebung von 2 bis 6 °C bei der oberen Nenntemperatur angegeben. Für den Betrieb von Ta-Elkos bei tieferen Temperaturen wird häufig ein höherer Effektivwert spezifiziert, bei Anwendungen im erweiterten Bereich der Kategorietemperatur reduziert sich der spezifizierte Rippelstrom. Da der ESR von Ta-Elkos frequenzabhängig ist und bei kleineren Frequenzen ansteigt, muss der der 100 kHz-Rippelstromwert bei kleineren Frequenzen mit entsprechenden Umrechnungsfaktoren auf den zulässigen Wert umgerechnet werden. Baureihen-spezifische Umrechnungstabellen werden von vielen Herstellern zur Verfügung gestellt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Da ein über den Kondensator fließender Rippelstrom zur Erwärmung des Bauelementes führt und die Temperatur des Kondensators die Ausfallrate beeinflusst, hat der Rippelstrom Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Kondensatoren. Überschreitet der Rippelstrom die spezifizierten Grenzen kann es zu einem Totalausfall mit Kurzschluss und Brand führen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal- und Niob-Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten reagieren grundsätzlich empfindlich gegenüber hohen Stromspitzen () bei Lade- oder Entladevorgängen oder bei hohen Einschaltströmen () Sie können die Zuverlässigkeit von Ta-Elkos negativ beeinflussen. Da der feste Elektrolyt als Elektronenleiter elektrische Änderungen mit steilen Stromflanken "di/dt" ohne Verzögerung weiterleitet, kommt es zu schnellen Änderungen der Feldstärke im Dielektrikum. Fehlstellen, winzigste mechanische Beschädigungen oder Verunreinigungen im Dielektrikum erwärmen sich bei schnellen Änderungen des elektrischen Feldes aber stärker als das übrige Dielektrikum. Dadurch kann sich die Oxidstruktur punktuell von einer amorphen in eine kristalline Struktur verändern. Dieser Vorgang ist als „Feldkristallisation“ bekannt, die unter Umständen direkt zu einem Kurzschluss führen kann.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Elektrolytkondensatoren, müssen deshalb entsprechend spezifizierter Anwendungsregeln, z. B. mit einem Spannungsderating oder mit einer Strombegrenzung betrieben werden.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Durch eine Belastung mit Lade- und Entladeströmen oder durch häufige Spitzenströme darf außerdem der spezifizierte maximale Rippelstrom nicht überschritten werden.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Eine Besonderheit bei allen Elektrolytkondensatoren ist der sogenannte Reststrom () "I", früher auch Leckstrom genannt. Der Reststrom eines Elektrolytkondensators ist der Gleichstrom, der ihn durchfließt, wenn eine Gleichspannung richtiger Polarität angelegt wird. Er wird im Ersatzschaltbild als Parallelwiderstand zur Kapazität dargestellt. Der Reststrom wird verursacht durch lokale Fehlstellen oder Schwächungen im Dielektrikum durch Verunreinigungen, die lokale leitfähige Brücken bilden, durch Feuchtigkeit oder durch Brüche im Dielektrikum, die während des Lötprozesses auftreten.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Spezifiziert wird der Reststrom meist durch Multiplikation des Nenn-Kapazitätswertes "C" in µF mit der Nennspannung "U" in V, zu dem oft noch ein kleiner Festwert addiert wird. Hier zum Beispiel eine typische Reststromformel:


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Dieser Wert ist innerhalb einer vorgeschriebenen Messzeit von beispielsweise 2 oder 5 Minuten zu erreichen bzw. zu unterschreiten.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Tantal-Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten erreichen ihren typischen Reststromwert nach einer relativ kurzen Einschaltzeit. Allerdings stellen sie während des Betriebes keinen Sauerstoff für das Ausheilen von Fehlstellen im Oxid zur Verfügung. Ein einmal erreichter Wert verbleibt damit in etwa während der gesamten Betriebszeit auf diesen Wert. In Ta-Elkos mit flüssigem Elektrolyten dagegen werden Fehlstellen ausgeheilt. Bei diesen Elkos wird der Reststrom im Prinzip immer kleiner, je länger der Kondensator an Spannung liegt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Der Reststrom eines Elkos ist spannungs- und temperaturabhängig. Er kann bei 85 °C etwa den zehnfachen Wert gegenüber dem 20 °C-Wert erreichen. Andererseits wird der Reststrom etwa um den Faktor 10 kleiner, wenn die Betriebsspannung etwa 50 % unter der Nennspannung liegt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die dielektrischen Absorption ( „absaugen, aufsaugen“) beschreibt die dielektrischen Eigenschaften eines Nichtleiters als Funktion der Frequenz. Bei Tantal-Elektrolytkondensatoren ist der Effekt einerseits für die dielektrischen Verluste bei Wechselspannungsbetrieb und andererseits beim Einschalten des Elkos für die Erhöhung des Reststromes sowie nach dem Abschalten und Entladen des Elkos für das Auftreten einer Spannung am Kondensator verantwortlich. Dieser Effekt wird auch Nachladeeffekt genannt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Spannung, die nach dem Abschalten und Entladen durch die dielektrische Relaxation an den Anschlüssen von Tantal-Elektrolytkondensatoren entstehen kann, kann recht hohe Werte annehmen, siehe Tabelle.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Zuverlässigkeit eines Bauelementes ist eine Eigenschaft, die angibt, wie verlässlich (Ausfallrate) dieses Bauelement seine jeweilige Funktion in einem Zeitintervall (Lebensdauer) erfüllen wird. Sie unterliegt einem stochastischen Prozess und kann qualitativ und quantitativ beschrieben werden; sie ist nicht unmittelbar messbar.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Das zeitliche Verhalten von Ausfällen in einer Charge gleichartiger Bauelemente wird als sogenannte Badewannenkurve dargestellt, die drei Bereiche kennt: 1) Bereich der Frühausfälle, 2) Bereich der konstanten Ausfallrate (Zufallsausfälle) und 3) Bereich der Verschleißausfälle (Änderungsausfälle). Bei Tantal-Elektrolytkondensatoren werden Frühausfälle überwiegend schon beim Hersteller während der Formierung und nachfolgender Screening-Prozesse entfernt. Im Bereich der konstanten Ausfallrate treten nur „Zufallsausfälle“ auf. Dieser Bereich gilt für die Spezifikation der Ausfallrate "λ". Der Bereich endet im Allgemeinen mit dem Auftreten von Verschleißausfällen (Änderungsausfälle). Da jedoch bei Tantal-Elkos mit MnO-Elektrolyten keine Änderungen der elektrischen Parameter auftreten, treten keine Verschleißausfälle auf. Deshalb hat bei diesen Kondensatoren der Bereich 3) keine Bedeutung.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Ausfallrate ist ein statistischer Wert über die voraussichtliche Funktionsfähigkeit von Bauelementen in einem Zeitintervall. Sie ist nicht direkt messbar und wird für Tantal-Elektrolytkondensatoren ermittelt über die Ausfälle in den Produktions-begleitenden Dauerspannungsprüfungen (), in denen die Bauelemente mit anliegender Nennspannung bei der oberen Nenntemperatur getestet werden. Als Ausfälle gewertet werden sowohl Totalausfälle (Kurzschluss, Unterbrechung) als auch Änderungsausfälle (Überschreiten von Kennwertegrenzen).


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Ausfallrate "λ" ergibt sich durch die Division der aufgetretenen Ausfälle "C" durch die Anzahl der Prüflinge "n" multipliziert mit der Prüfzeit "t":


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Sie gibt an, wie viele Kondensatoren in einer Zeiteinheit durchschnittlich ausfallen werden und wird angegeben in 1/Zeit, also Ausfall pro Zeiteinheit. Als statistischer Wert ist die Ausfallrate noch mit einer Aussagewahrscheinlichkeit (Konfidenzintervall, ), meist 95 % behaftet. Ist die Ausfallrate konstant, dann ist der Kehrwert der Ausfallrate die mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall MTTF () und dient der Berechnung einer Überlebenswahrscheinlichkeit für eine gewünschte Gerätelebensdauer in Kombination mit anderen beteiligten Bauelementen.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die Ausfallrate "λ" ist abhängig von der Temperatur, der anliegenden Spannung, verschiedenen Umwelteinflüssen wie Feuchte, Stöße oder Vibrationen, von der Kapazität des Kondensators sowie ggf. vom Vorschaltwiderstand in der Schaltung. Deshalb wird die in den Dauerspannungsprüfungen ermittelte Ausfallrate noch auf bestimmte Referenzbedingungen umgerechnet. Hierfür gibt es zwei Definitionen. Für Elkos mit festem Elektrolyten wird meist die international bekannte und weit verbreitete Definition einer Referenz-Ausfallrate "λ" entsprechend dem MIL-HDBK-217F verwendet. Diese Regelwerk definiert die Referenz-Ausfallrate mit


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Diese Norm stammt aus dem militärischen Bereich, wird aber ebenfalls in anderen Industriebereichen genutzt.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Die zweite Definition einer Referenz-Ausfallrate ist nach IEC [DIN EN] 61709 genormt und wird überwiegend im industriellen Bereich benutzt. Hier wird die Referenz-Ausfallrate "λ" mit der Einheit "FIT" (Failure In Time) verwendet.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Zum Vergleich der Zahlenwerte müssen die jeweiligen Referenz-Ausfallraten mit Hilfe von sogenannten Beschleunigungsfaktoren auf den gewünschten Wert umgerechnet werden. Dazu gibt es verschiedene Modelle wie nach MIL-HDBK-217 F oder nach Bellcore/Telcordia. Die Elko-Hersteller stellen auch eigene Berechnungsmodelle zur Verfügung, z. B. Vishay, Kemet und NEC/TOKIN.


title: Tantal-Elektrolytkondensator

text: Beispiel einer Umrechnung für Tantal-Kondensatoren mit einer Basis-Ausfallrate von "λ" = 0,1 %/1000 h (85 °C, "U= U") in eine Ausfallrate "λ" bei 40 °C und "U" = 0,5 "U".