Guten Tag!

Das ein defekter Kondensator zu den häufigsten Fehlerquellen zählt ist hinlänglich bekannt. Nur wann ist der Tausch zwingend erforderlich? Zu geringe Kapazität oder hoher Leckstrom infolge mangelnder Isolation bedeutet sicherlich "sofort auswechseln".

Oft habe ich aber den Fall, das der Kondensator noch gute Isolationseigenschaft besitzt aber die Kapazität stark (nach oben) vom aufgedruckten Wert abweicht. Ersetzen oder nicht? Aktuell ist bei mir der Fall eines Ratio-Elkos: Aufruck 5 uF , gemessener Wert 8 uF.

Grüße

Axel Harten.

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 Ich habe einmal vor ca. 40 Jahren gelernt,daß Kondensatoren ihre Kapazität verlieren können,aber nicht erhöhen.Meine Erfahrung hat das auch bei Elektrolyt.C`s bestätigt,darum wurden die dann auch ausgewechselt.Eine vermeintliche Kapazitätserhöhung deute ich als falsches Meßergebnis,mir ist in all den Jahren nur die Eigenschaft des Verlustest an Kapazität begegnet!Ich denke,man sollte über das Messen ,wie und womit Konsens haben,denn sonst gilt: wer mißt auch Mist. oder defätistisch: Messen schützt nicht ,auch nicht bei Vermutungen!  

 Sammlergrüße,bin gern bereit zum Wissensaustausch...

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Hallo Herr Marker,
über Ihre Feststellung bin ich nun doch leicht verwundert.
Wie Sie sicher an meinen bisherigen Beiträgen feststellen können bin ich eigentlich ein blutiger Anfänger in Sachen Elektronik. Allerdings habe ich diverse Meßgeräte, darunter drei die auch in der Lage sind Kapazitäten zu messen. Dabei handelt es sich um ein Multimeter (welches sicher nicht relevant ist), sowie auch um ein digitales Kapazitätsmeßgerät (allerdings NoName) sowie als letztes um ELV DMC7001. Bisher haben mir alle Meßgeräte bei alten Kondensatoren der typischen verdächtigen Bauart weit erhöhte Werte geliefert. Diese schwanken zwar je nach Meßgerät um wenige Prozente, eine Erhöhung habe ich aber immer festgestellt. Könnten Sie Ihre Aussage vielleicht auch für mich verständlich begründen?

Gruß... Horst Reinsch

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Hallo, Zusammen,

zunächst gilt es zu unterscheiden zwischen Elkos, und üblichen Wickelkondensatoren

jedes Bauteil ist mit gewissen Toleranzen spezifiziert. Bei Widerständen teilweise +-10%, teilweise auch noch mehr.

Bei Kondensatoren gibt es ebenfalls solche Angaben, häufig sind sie jedoch nicht auf dem Bauteil selbst aufgedruckt.

Bei Elkos , die immer sehr große Toleranzen hatten, war es meines Wissens so, das die Toleranz immer " nach oben " deutlich größer war, als "nach unten.

So gelten für Elkos beispielsweise Angaben +50/-10%. als übliche Toleranzen. Im obigen Beispiel hat also wahrscheinlich der Ratio-Elko seinen Wert nicht nachträglich verändert, sondern war von Anfang an an der Obergrenze der Toleranz.

Die Fehler bei Elkos können zum Einen durch U ndichtigkeit, gefolgt von Austrocknung, und damit Kapazitätsverlust hervorgerufen werden, zum Anderen durch Isolationsfehler, die zur Erwärmung führen können, und bei Ladeelkos zum Austritt des Elektrolyts führen, gefolgt vom Kapazitätsverlust.

Bei Wickelkondensatoren treten durch Vertrocknen der Teerabdichtung undichtigkeiten auf, und die Isolation aus Papier zieht Feuchtigkeit. Das führt zum Einen zu Leckströmen, zum Anderen je nach innerem Aufbau, auch zu Kapazitätserhöhung ( durch Änderung der Dielektrizitätskonstante ). Die Dielektrizitätskonstante ist eine Materialeigenschaft des Isolationsmaterials zwischen den "Platten" eines Kondensators.

Nun hat sicherlich trockenes Papier andere Eigenschaften, als nicht ganz trockens Papier. Zudem kann sich der Wickel durch mechanische Vorgänge verändert haben.

Deshalb kann es durchaus sein, das bei alten Wickelkondensatoren sich die Kapazitätswerte erhöhen. Bei Elkos hingegen halte ich die nachträgliche Erhöhung für sehr unwahrscheinlich, allerdings hätte man den damals neuen Kondensator exakt messen müssen, um das wirklich zu bestätigen.

Ich freue mich auf andere Meinungen

Mit freundlichen Grüßen aus Berlin,

 

Henning Oelkers

 

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Ich kann die Ausführungen von Herrn Oelkers nur bestätigen. Besonders bei Elkos die unterhalb der Nennspannung betrieben werden, tritt Erhöhung der Kapazität auf. Die Aluminiumoxidschicht auf der positiven Elektrode, die als Dielektikum dient baut sich ab und wird dünner und damit die Kapazität höher. Beim Anlegen der Nennspannung formieren sich die Kondensatoren wieder und weisen am Anfang einen erhöhten Leckstrom auf, bis sich die Aluminiumoxidschicht wieder aufgebaut hat.

Die Kapazität von 8 µF statt 5 µF sollte beim Ratiodetektor kein Problem sein. Die Kapazität müßte auf 5 µF +/- absinken, wenn Sie den Kondensator eine Zeit lang bei der auf dem Kondensator angegebenen Betriebsspannung formieren.

Otto Limann gibt im RPB Band 34 von 1951 folgende Leckströme für Elkos an:

Nennspannung   µA/µF
150 V                   75
250 V                  125
350 V                  175
450 V                  225
500 V                  250
550 V                  275

Das heißt zu jener Zeit konnte z.B. ein Netzteilelko 350 V 32µF einen Leckstrom von 32 x 175µA = 5,6 mA haben ! Modernere Kondensatoren liegen da besser.

Seltener läßt sich eine Kapazitätserhöhung bei Wickelkondensaoren beobachten. Sie ist mir nur einmal bei Siemens MP Kondensatoren untergekommen und verursachte hier ein Versagen des Siemens E311b Empfängers (siehe dort). Hier kann man nur mutmaßen, daß sich die Polyesterfolie, die als Dielektrikum eingesetzt wurde zersetzt hat und geschrumpft ist. Der Isolationswiderstand war jedenfalls in Ordnung. 

Weiterhin empfehle ich zu diesem umfangreichen Thema z.B. die Suchfunktion "Kondensatoren AND messen" oder "Kondensatoren AND Verhalten"

Grüsse
Rüdiger Walz

 

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Hallo Herr Reinsch,

mich würde interessieren, ob Sie solch einen Kondensator dann auch mal mit einer Messbrücke überprüft haben.

Ich besitze auch ein digitales LCR-Meter ("Escort ELC131D"), da hat sich herausgestellt, dass es immer zu hohe Werte anzeigt, wenn ein Kondensator Leckstrom hat. Der selbe Kondensator mit einer (manuellen, analogen) Messbrücke gemessen, hat dann meist sogar einen zu geringen Wert.

Gruß Daniel Consales

 

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Hallo zusammen!

Ich habe bereits im Vorfeld vermutet, das an dieser Stelle im Forum die verschiedensten Meinungen und Erfahrungen zu Tage treten. Wenn ich nach meiner schulischen Ausbildung urteile, kann eine Kapazitätserhöhung nur durch Vergrößerung der "Platten" oder aber durch eine Änderung des Dielektrikums in Material und Stärke (Plattenabstand) hervorgerufen werden. Eine dünnere Oxyd-Schicht klingt logisch, wenngleich dadurch die Spannungsfestigkeit sinkt (höherer Leckstrom). Ich werde den Ratio-Elko also wie von Herrn Walz emfpohlen versuchen zu formieren. Bei vielen alten Wickelkondensatoren (mit Teer vergossen) konnte ich bislang extreme Werterhöhungen feststellen, allerdings waren die Bauteile dann (unter Nennspannung! siehe Isotest 6/7) doch ziehmlich leck. Meine Geräte zur Kapazitätsmessung (ELV LCR-Meter u. reines C-Meter) messen aber sicherlich nicht mit einer Spannung höher als wenige Volt!

Axel Harten.

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Guten Tag Herr Harten,

hier noch ein weiterer Vorschlag: Vergleichen Sie die Messergebnisse Ihrer alten Kondensatoren mal mit den Werten von nagelneuen, wo Sie dem Aufdruck trauen können. Vielleicht hat es ja auch mit dem Meßgerät zu tun.

Ansonsten gilt für den Isolationswiderstand: 10MOhm ist ein Problem, 1MOhm eine Katastrophe - besonders in hochohmigen Kreisen (AVC). Im Ratiodetektor ist der Isolationswiderstand nicht ganz so kritisch, sollte aber im MOhm-Bereich liegen.

Viele Grüße,

Nikolaus Löwe

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Hallo Herr Harten,

unser Kölner Radioverein hat sich vor ein paar Monaten ausführlich mit diesem Thema beschäftigt.
Unter dem Titel - Alterungsverhalten bei Kondensatoren - haben wir hier im Forum ausführlich über unsere Erkenntnisse berichtet.

mit freundlichen Grüßen

Franz Born

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Guten Tag.

Die scheinbare Kapazitätserhöhung bei Kondensatoren entsteht hauptsächlich durch den verringerten Isolationswiderstand (Alterung des Dielektrikums - Feuchtigkeitsaufnahme). Den Isolationswiderstand kann man sich als zum Kondensator parallel geschalteten Widerstand vorstellen. Sinkt dieser Widerstand dann verringert sich der Scheinwiderstand und das Messgerät interpretiert dies als höhere Kapazität (geringerer Wechselstromwiderstand).

Dies läßt sich leicht mathematisch nach der Formel Z=R*Xc / Wurzel (R²+Xc²) belegen.

Man kann das leicht nachvollziehen in dem man erst die Kapazität eines guten Kondensators mißt und dann einen Widerstand parallel schaltet.

Herzliche Grüße

D. Grötzer

 

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Lieber Herr Grötzer!
Sehr anschaulich erklärt, und verständlich der Zustand des Kondensators.In der Praxis ist dieser innerer paralell-
Widerstand tödlich für die Endröhre. Aber auch schädlich in der Regelleitung, wird doch die Regelspannung geteilt.
Diesen Kondensator sollte man also genau ansehen. Diese "defekte" Kondensatoren in der Anoden und Schirmgitterleitung sind dagegen eher harmlos fliesst doch nur ein kleiner Nebenstrom ab. Eine ewtl. Kapazitätserhöhung ist hier sogar u.U. erwünscht. Es ist also nicht nötig,wie mancher Restaurator alle Ko's wechselt. Die Gefahr Fehler einzubauen ist dabei grösser. Ich wechsle grundsätzlich den Koppelkondensator zur Endstufe sowie Kondensatoren im Netzteil. Bei Allstromgeräten auch die Schutzko's in der Erdleitung.
 Ein Studium des Schaltbildes und sorgfältiges überlegen ist hier unerlässlich                                                                                                              
                                                                                                                                m.f. Gruss  J.Leber

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Hallo Herr Leber.

Bei Elektrolytkondensatoren, speziell in Netzteilen, läßt sich der Isolationswiderstand und die Kapazität problemlos über die Berechnungen eines Kondensators im Gleichstromkreis feststellen.

Man legt einen Elko z.B. an 250V=, mißt den Leckstrom (mA-uA) nach dem Ohmschen Gesetz R=U/I erhält man den Isolationswiderstand. Die Spannungsquelle abschließen und z.B. nach 60sec. die Kondensatorspannung mit einem sehr hochohmigen Meßgerät (Ri sollte mind. 10MOhm sein) messen. Nach der Entladungsformel für Kondensatoren im Gleichstromkreis kann man die Kapazität berechnen (ist in den Berechnungen der Radiotechnik enthalten).

Beispiel:

U=250V; I=0,25mA; Isolationswiderstand 1MOhm

In der Excel-Tabelle für Entladung eintragen  U=250V; R=1000000  Ohm; Uc (gemessen nach 60sec) 50V; t=60sec;  Ergebnis 37uF

Mit gewöhnlichen Kapazitätsmessgeräten (z.B. in Multimetern) lassen sich Elko wegen der angelegten Wechselspannung nicht messen. Zur Überprüfung der Messgenauigkeit des eigenen Messgerätes (bei Multimetern oder billigen Kapazitätsmessgeräten sollte man die Anzeige mit Vorsicht betrachten) besorgt man sich Kondensatoren mit einer Toleranz von 1% und prüft damit die Messgenauigkeit.

Ich bin der Ansicht nur so lassen sich Elektrolytkondensatoren mit ausreichender Genauigkeit messen und prüfen (abgesehen von teuren Spezialgeräten).

Mit Grüßen

Dietrich Grötzer

 

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Eine Erklärung für eine (leichte) Kapazitätszunahem ist die Zersetzung des Dielektrikums. Viele Kunststoffe neigen dazu mit dem Alter zu schrumpfen. Für einem Plattenkondensator gilt:
 C=Dielektizitätskonstante * (Plattenoberfläche/ Plattenabstand).
Normale "Radiokondensatoren" sind aufgerollte Plattenkondensatoren. Der Plattenabstand wird durch die Dicke des Dielektrikums (der Isolierfolie) bestimmt. Schrumpft diese( wird dünner), verringert sich der Plattenabstand. Dies hat 2 Folgen:
Zum einen sinkt die Spannungsfestigkeit, zum anderen steigt die Kapazität.
Bei Kondensatoren, deren Isolierschicht aus Papier besteht, kann ein anderer Effekt zum Tragen kommen. Hier erhöht sich Die Dieelektrizitätskonstante erheblich. Wasser hat eine sehr hohe Dieelektrizitätskonstante. Zwar quillt das Isolierpapier bei Wasseraufnahme (vergrößert den Plattenabstand), aber der hierdurch hervorgerufene Kapazitätsverlust wird durch das Steigen der Dielektizitätskonstante mehr als kompensiert.

Einige erinnern sich eventuell an den Versuch aus dem Physikunterricht, bei dem die Platten eines Kondensators auseinandergezogen werden. Von Leybold gibt es einen Kondensator mit variablem Plattenabstand. Der Kondensator wird auf eine bestimmte Spannung aufgeladen und dann dieSpannungsquelle abgeklemmt. Zieht mann nun die Platten weiter auseinander, steigt die Spannung am Kondensator. Die Kapazität ist als Quotient aus Ladung und Spannung definiert. C=Q/U Nach U Umgestellt U=Q/C . Bei diesem Experiment bleibt Die Ladungsmenge konstant, da die Quelle ja abgeklemmt ist. Daher kann sich auf der rechten Seite der Gleichung nur die Kapazität änder. Diese steht aber im Nenner des Bruches. Also muß die Kapazität sinken, wenn die Spannung steigt. So kann mann den Vorgsng auch durch einen Versuch beweisen.
Mit freundlichen Grüßen
Marc Goeritz

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Hallo!

Ich habe wie beschrieben, den Elko mit 60V= Spannung formiert. Seine Spannungsfestigkeit beträgt lt. Aufdruck 70V=. In den ersten 5 Minuten floß ein Leckstrom von 4mA der dann deutlich unter 1 mA sank. Ich habe den Elko ca. 1 Stunde unter dieser Spannung belassen. Die folgende Kapazitätsmessung zeigte 7uF statt wie vorher 8uF. Die Tendenz ist also eindeutig erkennbar. Bringt längeres Formieren noch eine Verbesserung?

Mein Kapazitätsmeßgerät zeigt bei fabrikneuen Cs sehr exact die gleichen Werte, wie der jeweilige Aufdruck, o.k. es gibt auch regelrechte "billig" Elkos, die ein breiteres Toleranzfeld besitzen.

Axel Harten.

 

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Guten Tag!

Zum Thema Elkos und Kapazitätsänderung, formieren und vieles mehr gibts es viele Infos im Radio Praktiker Band 149, Kurt LEUCHT, Kondensatorkunde für Elektroniker (1981). Es gibt meines Erachtens nur 1 Auflage. Der Autor schreibt, daß während des Betriebs von Alu-Elektrolytkondensatoren die Kapazität meistens etwas abnimmt, da die Oxidschicht dicker wird. Außerdem kann der Einschaltstrom bei (neueren) Geräten nach längerer Betriebspause verhältnismäßig groß sein und soll nach 20 Minuten nach DIN seinen Normalwert erreicht haben. LEUCHT bestätigt auch: Dünnere Oxidschicht ergibt höhere Kapazität und niedrigere Spannungsfestigkeit. Beim formieren von Elkos wird ja die Oxidschicht verändert. Der Elko-Reststrom nimmt bei Temperaturerhöhung stark zu (ist in Röhrengeräten nicht unerheblich).

Viele Grüße

Siegfried Beckmann

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Der erste Bericht den ich finde der das beschreibt was mir auch aufgefallen ist. Seiten wie Wikipedia sprechen dagegen einzig von Kapazitätsverlusten der Elkos.

Nachdem ich an einem JVC T-X5 Tuner der 80er Jahre alle Elkos getauscht habe, trat beim nachmessen der alten Elkos mit einem preisgünstigen Pollin-Messgerät bei mir jedoch das gleiche Phänomen auf. Die Kapaziätswerte liegen deutlich (15-30%) über dem Nennwert. Ich kann das technisch nicht erklären, halte aber diese Elkos trotzdem für defekt bzw. zumindest wechselbedürftig. Ansonsten wären Elkos die bereits deutlich Grünspan an einem Beinchen angesetzt haben als perfekt in Ordnung zu bezeichnen, was ich mir nicht vorstellen kann. Auch der Tuner hat durch diese Maßnahme deutlich gewinnen können was mich in der Meinung bestärkt die Elkos trotz dieser Messwerte nach 30 Jahren zu tauschen.

Möglicherweise haben diese Messergebnisse ja etwas mit der Art zu tun wie marktübliche Messgeräte die Kapazität messen. Es waren nur ca. 10% der alten Elkos noch nahe am Nennwert. Alle anderen deutlich drüber. Aktuelle Panasonic Elkos liegen dagegen mit dem selben Messgerät gemessen leicht drunter bis etwas drüber. Ich kann mir nicht vorstellen das man annudazumal in der Herstellung die Nennkapazitäten der Elkos so deutlich übertreffen wollte wie man das vermeintlich heute zu messen glaubt. Ich deute dies deshalb eindeutig als Indiz für einen Defekt. Inwieweit sie in den alten Geräten noch Ihre Funktion erfüllen ist eine andere Frage. Sicher liegt hier noch kein Totalausfall (Der Tuner hatte ja auch vorher mehr schlecht als recht funktioniert) vor, dennoch aber m. E. eine deutliche Alterung der Bauteile...

 

MfG

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Mit  folgender Schaltung können Kondensatoren (Elko) unter Betriebsbedingungen mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden. Die Nennspannung wird mit einer 50Hz Wechselspannung überlagert. Gemessen wird immer nur der Wechselstromanteil von Spannung Strom am Kondensator. Der Innenwiderstand des Kondensators ist vernachlässigbar zum Wechselstromwiderstand.

Beispiel: Elko mit 32µF und Unenn 350V und max. Leckstrom von 5,2 mA hat einen Innenwiderstand von 67300 Ω. Somit im Vergleich zum Wechselstromwiderstand um 100 Ω vernachlässigbar.

 

Messanordnung:

 

Messergebnisse mit neuen Elkos:

Nennkapazität 10µF  Ic=29mA~, Uc=9,4V~, Xc=329 Ω, Cist=9,68µF

Nennkapazität 22µF  Ic=61mA~, Uc=9,4V~, Xc=155 Ω, Cist= 20,5µF

 

Messergebnisse mit alten Elkos nach Formierung:

Nennkapazität 16µF   Ic=47mA~, Uc=9,6V~, Xc=204 Ω, Cist=15,6µF, Leckstr. 0,4mA=

Nennkapazität 32µF   Ic=116mA~, Uc=9,4V~, Xc=81 Ω, Cist=39µF, Leckstr. 2mA=

 

Doppelelko nach Formierung:

Nennkap. unbekannt  Ic=127mA~, Uc=9,3V~, Xc=73,2 Ω, Cist= 43,5µF, Leck 0,3mA=

                                 Ic=120mA~, Uc=9,3V~, Xc=77,9 Ω, Cist=40,9µF,  Leck 0,3mA=

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Danke für die Messschaltung. Es wurde tatsächlich schon einiges zum Thema Alterung von Kondensatoren geschrieben. Um das wirklich technisch beurteilen zu können fehlt mir leider der Hintergrund.

Ich meine jedoch es ist ein Unterschied ob es in der Betrachtung um ein Gerät der Gründerzeit der 20/30er Jahre des letzten Jahrhunderts oder um ein massengefertigtes Gerät der Hochzeit um Ende der 70er/Anfang der 80er Jahre geht welches unter dem Vintage-Aspekt ja noch weiterhin im Betrieb gehalten werden soll.

Nur auf letztere Geräte bezog sich meine Entscheidung. Hier auch nur auf die Elko-Kondensatoren. Weiterhin in solchen Geräten verwendete Keramik- oder Folienkondensatoren sind in dieser Altersklasse m. E. ohnehin als unproblematisch zu bezeichnen.

Natürlich könnte man nun jeden Elko einer genauen Prüfung unterziehen und die Ergebnisse jeweils auf die spezielle Funktion in der Schaltung interpretieren. Aber warum sollte man sich, sofern man hierzu überhaupt in der Lage wäre, diesen Aufwand machen? Gibt es irgendeinen historischen Wert eines z.B. ELNA - bzw. "NoName Japan" - Elkos aus den 70er/80er oer gar 90er Jahren? Ich meine Nein.

Da der mögliche Schaden bzw. die mögliche Funktionsbeeinträchtigung in keinem Verhältnis zum Aufwand des Ersetzens stehen, neige ich hier nachwievor sehr stark zu der Verfahrensweise die Elkos nach Möglichkeit komplett durch hochwertige aktuelle Kondensatoren zu ersetzen da:

1.) fest steht das die Elkos Ihre Beschaffenheit offensichtlich über die Jahre erheblich verändern.

2.) der Hersteller diese Elkos vermutlich in dem Zustand nicht in die damaligen Neugeräte eingebaut hätte.

3.) es keinen erkennbaren historischen Aspekt in der Erhaltung der Originalbestückung gibt.

Meine Vorgehensweise bei dem JVC T-X5 Tuner war deshalb normale Elkos bis 1µF gegen Wima Folienkondensatoren zu ersetzen. Weiterhin besondere Elkos wie (Low Leak Current - geringer Leckstrom oder N.P. No Pol) auch bis 10 µF herauf durch ebenso Wima Folienkondensatoren. Ansonsten alle anderen Elkos gegen passende bzw. in Ermangelung desselben der nächst höher liegenden Spannungsfestigkeitsklasse zugehörigen hochwertige Panasonic Elkos zu ersetzen.

Die Platinen danken es einem nicht zuletzt durch eine durchaus schön anzusehende Optik. Die dagegen ohne Frage im Vordergrund stehende Funktion des Tuners schien mir durch diese Aktion auch erheblich verbessert zu sein. So erlangte z. B. die Skalen-Beleuchtung auch nach Umschaltung auf 240V Betrieb wieder eine ausreichende Helligkeit. Aber auch das m. E. etwas spitz zum lispeln neigende Klangbild des Tuners wich einem jedenfalls in meinen Ohren wesentlich harmonischerem Gesamteindruck. Ist aber natürlich subjektiv. Demgegenüber standen keinerlei negative Auswirkungen weshalb ich keinen Grund zu einer vorsichtigen Gangart zu erkennen vermag.

Mit freundlichen Grüßen

 

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Um die Güte und den Zustand eines Elkos zu beurteilen sollte man auch den Serienwiderstand (ESR) beachten.

Gerade durch Alterung in Form von Elektrolytverlust (Austrocknung) steigt der Wert des Serienwiderstandes "ESR" (Equivalent Series Resistance).

Dieser Wert lässt sich auch im eingebauten Zustand messen.

Dazu gibt es sog. ESR-Meßgeräte wie z.B. das ESR-Meter von ELV "Peak Elko-ESR-Tester Atlas ESR70"

Um in heutigen Schalt-Netzteilen den ESR möglichst gering zu halten werden z.B. Low-ESR-Elkos eingesetzt und zudem mehrere Elkos parallelgeschalten, was widerum den ESR verringert.

 

 

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Hallo Herr Grötzer!
Wollen Sie allen Ernstes einen Elko an Wechselspannung anschließen?
Habe ich das falsch verstanden.

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Werter Herr Heescher,

sie scheinen übersehen zu haben, dass der Elko mit Gleichspannung beaufschlagt wird und dann die Gleichspannung mit einer kleinen Wechselspannung überlagert wird. Einfach die Schaltungsanordnung funktionell überdenken.

MfG
D. Grötzer

 

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Guten Tag, die Herren

Ich möchte noch eine Ursache für die höhere gemessene Kapazität erwähnen, die zwar in verschiedenen Beiträgen angeklungen aber soweit ich gesehen habe nicht voll erläutert wurde. 

Digitale Multimeter messen die Kapazität eines Kondensators, indem sie einen bekannten Konstantstrom in den Kondensator schicken  und die Zeit T messen, bis die Spannung eine ebenfalls bekannte Referenzspannung erreicht hat.
Nach der Formel Q=I*T=C*U kann der Prozessor dann C errechnen.

Einen realen Kondensator kann man sich vorstellen als Parallelschaltung eines idealen Kondensators mit einem Ableitwiderstand. Wenn nun der Ableitwiderstand nicht mehr vernachlässigbar gross ist, dann fliesst ein nennenswerter Teil dieses Konstantstroms nicht auf den idealen Kondensator sondern an ihm vorbei über den Ableitwiderstand. Es dauert daher länger, bis der Konstantstrom am idealen Kondensator die Referenzspannung erreicht hat. T ist also grösser und daher zeigt das Multimeter einen grösseren Wert für C an.

Nach oben abweichende Kapazitätswerte weisen also, wenn sie mit einem Multimeter gemessen wurden, auf eine Abnahme des Isolationswiderstand hin.

MfG

Adalbert Gebhart

 

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Hi, der Beginn dieser Diskussion heißt: „Überkapazität von Kondensatoren schädlich? Mit „schädlich“ ist hier sicherlich der am Kondensator gemessener Kapazitätswert gemeint, der hier größer ist, als der 5 µF-Stempel-Aufdruck auf dem Becher des Elektrolytkondensators.

Ja, bei Elkos kann es vorkommen, dass nach einer gewissen Lagerzeit ohne anliegende Spannung der Kapazitätswert ansteigt. Grund dafür ist ein aggressives chemisches Verhalten des flüssigen Elektrolyten gegen die Oxydschicht auf der Anode des Kondensators. Als Flüssigkeit kann sie sich der porigen Struktur der Anode mit dem aufgewachsenen Oxid formgleich anpassen, eine „passgenaue“ Kathode bilden und dadurch erheblich zur hohen Volumenkapazität von Elkos gegenüber anderen Wickelkondensatoren beitragen.

Die wichtigste elektrische Eigenschaft des Elektrolyten ist seine elektrische Leitfähigkeit. Dieses wird erreicht mit einem Gemisch von Lösungsmitteln und leitfähigen Zusatzstoffen. Bei älteren Elkos die vor etwa 1970 produziert wurden, wurden Standard-Elektrolyte auf Basis von Ethylenglycol und Borsäure verwendet. Diese sog. Glycol- oder Borax-Elektrolyte hatten einen Wassergehalt von bis zu 20 %. Und wasserhaltige Säuren verhalten sich recht aggressiv gegenüber dem Aluminium. Die Elektrolyte bewirkten bei spannungsloser Lagerung ein teilweises Auflösen der Oxidschicht auf der Anode. Und – wie oben schon beschrieben – dünnere Oxidschicht = dünneres Dielektrikum = höhere Kapazität. Beim Einschalten eines Elkos nach längerer Lagerung trat dann ein erhöhter Reststrom aber auch eine Selbstheilung der Oxidschicht bis zur Höhe der anliegenden Spannung auf, wobei dann sich der Kapazitätswert wieder bis zum ursprünglichen Wert zurückbildete.

Das Problem dieser Wasser-getriebenen Oxidschichtverringerung, eine Art Korrosion, bei der oft schon nach kurzer Lagerung erhöhten Restströme auftaten, führte seinerzeit zu Nachformier-Vorschriften, die zur Selbstheilung der Kondensatoren vorgeschlagen wurden. Beispielsweise die Vorschrift: Nennspannung vor der Inbetriebnahme 1 Stunde über einen Vorschaltwiderstand von 10 kOhm an den Elko anlegen. Erst mit der Entwicklung wasserfreier Elektrolytsysteme in den 1970er Jahren und der Passivierung des Aluminiumoxids mithilfe von phosphathaltigen „Inhibitoren“ in den 1980er Jahren, konnten Al-Elkos mit flüssigem Elektrolyten ohne Reststromprobleme hergestellt werden.

Was also tun mit dem o. g. 5 µF-Elko. Es wird sicherlich ein Kondensator sein, der gut seine 50, 60 Jahre oder mehr „auf dem Buckel hat“. Auch wenn er tatsächlich noch eine nennenswerte Kapazität besitzt, dürfte der flüssige Elektrolyt im Becher schon zum großen Teil verdunstet sein. D. h. die noch verbleibende Lebensdauer eines solchen Elkos dürfte erheblich reduziert sein. Dann stellt sich doch die Frage, wie lange soll mein Gerät noch „spielen“? Wenn die Optik erst an zweiter Stelle eine Rolle spielt, wäre ein Austausch gegen neu immer zu empfehlen.

 

Noch eine Anmerkung zum Messen eines Kapazitätswertes. Nach der geltenden DIN-EN-Norm wird die Kapazität eines Elektrolytkondensators mit einer Mess-Wechselspannung von 0,5 V und der Frequenz von 100/120 Hz gemessen.

Kunststoff-Folienkondensatoren und Keramik-Kondensatoren werden bei der gleichen Wechselspannung mit der Messfrequenz von 1 kHz gemessen.

Die unterschiedlichen Messfrequenzen sind begründet mit den unterschiedlichen Anwendungsgebieten, bei Elkos in Europa überwiegend in der Stromversorgung aus dem 50 Hz-Netz.

Der Kapazitätswert von Elektrolytkondensatoren ist stark frequenzabhängig. Beispielsweise ist die Ladefähigkeit eines Elkos, die sog. “Gleichspannungskapazität“ eines voll-geladenen Elkos um bis zu 20 % höher als der 100 Hz-Wert. (siehe auch Wikipedia: Aluminium-Elektrolytkondensator)

Die Kapazitätstoleranz von neu in Deutschland angebotenen Elkos war bis etwa Mitte der 80er Jahre üblicherweise -10/+50 %. Diese große Toleranzbreite ergab sich seinerzeit aus der sehr ungenauen chemischen Aufrauhung mit großer Streuung des Aufrauhgrades der Anodenfolien. Damit war die Verteilung der Kap-Werte produzierter Elkos sehr breit. Mit der damals üblichen großen Toleranzbreite konnte der Ausschuss bei der Herstellung minimiert werden.

Mit der Verbesserung der Herstellprozesse bei der Aufrauhung der Anodenfolien wurde auch die Toleranz für Elkos geändert. Die Standard-Toleranz heutiger Elkos ist -20/+20%. Der verbesserte Aufrauhfaktor der Anodenfolie ist übrigens auch der Grund für die erheblichen Abmessungsverkleinerungen bei den Al-Elkos. Als Beispiel: ein 4700 µF-Elko aus dem Jahre 1966 hatte die Abmessungen von DxL 25x50 mm. Der gleiche Kondensator hatte 2002 die Abmessungen von DxL 15x25 mm.

 

Alle o. g. Messergebnisse von Kapazitätswerten sind bezogen auf das benutzte Messgerät zwar „richtig“, dürfen aber nur mit dem Kap-Aufdruck des betreffenden Kondensator in Verbindung gebracht werden, wenn die genormten Messbedingungen eingehalten werden. Viele Grüße Jens Both

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