Diskussion:Elektrolytkondensator

Der letzte Absatz

Neben der Verwendung als Bauteile für die Elektronik werden Elektrolytkondensatoren etwa in Leuchten mit Leuchtstofflampen zur Kompensation der Leuchteninduktivität eingesetzt oder in Elektomotoren.

wurde entfernt weil sachlich unrichtig. --HaSee 21:03, 11. Jul 2004 (CEST)

fragen zu kondensatoren

Vielleicht können im Artikel einige der typischen Fragen an Elkos beantwortet werden:

warum stinkt die Flüssigkeit in den Kondensatoren so? Wieso können Kondensatoren verpolt werden? Was bedingt diese Zweipoligkeit? Wie werden SMD Elkos richtig gepolt?

Danke, --Abdull 01:10, 4. Dez 2004 (CET)

Ja das denke ich sollte Erwähnung finden. Der Grund für die Zweipoligkeit liegt in dem Aufbau der Elkos. Die Oxidschicht wird elektrochemisch erzeugt, werden die Elkos falsch gepolt, wird diese Oxidschicht abgebaut, was letztlich den Elko zerstört. (Ich nehme an, das Aufgrund des Widerstandes des Dielektrikums -die Oxidschicht ist abgebaut, Widerstand rein reell!- , sich dieses bei Durchbruch sehr stark erwärmt.. Folge ist ja beschrieben) Auch denke ich sollte erwähnt werden, das die Oberfläche der "Alu-Folie" durch ätzen aufgeraut und dadurch die Oberfläche und somit auch die Kapazität vergrößert wird. Ferne misse ich einen Hinweis auf aktuelle Probleme mit Elkos im Bereich von Mainboards.. --Kdw 18:10, 17. Feb 2006 (CET)

Das mit den explodierenden mainboard-Elkos: Elkos explodieren immer dann, wenn sie überlastet werden (im Fall mainboard mit ripple-Strömen). Das muss nicht nur auf mainboard´s der Fall sein. Es ist schlichtweg eine Frage von billig, unterdimensioniert und falsch ausgewählt. Passiert ebenso in Billigfernsehern und z.b. den 49,-EUR-DVD-Playern...Ulfbastel 07:52, 1. Mär 2006 (CET)

Bei SMD-Elkos wird immer die Anode (d.h. der +Pol) mit einem Strich/Bzw Abflachung gekennzeichnet!

Verhalten nach einem extern herbeigeführten Kurzschluss

Nachladeeffekt, Dielektrische Absorbtion

Elektrolytkondensatoren, die einmal geladen waren und dann vollständig entladen wurden, können anschließend ohne äußeren Einfluss eine Spannung aufbauen, die an den Anschlüssen gemessen werden kann. Dieser Nachladeeffekt ist als dielektrische Absorbtion bekannt.

Ein geladener Kondensator hat elektrische Dipole im Dielektrikum. Mit einer Entladung des Kondensators werden nicht alle Dipole gelöscht, einige Dipole verbleiben infolge ihrer Trägheit im geladenen Zustand. Diese Dipole entladen sich nach einiger Zeit spontan, dadurch bildet sich an den Anschlüssen des Kondensators eine Spannung aus. Bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren können solche Nachladungen bis zu 10 % der vorher angelegten Spannung erreichen.

Dieses Phänomen kann unter Umständen zu relativ hohen Spannungen führen, die eine Gefährdung darstellen können. Es können dadurch Schäden an Halbleitern oder Funkenbildung beim Kurzschließen von Anschlüssen verursacht werden. Aber auch in Messschaltungen ist dieser Effekt eher unerwünscht, da er zu falschen Messergebnissen führt.

Der Nachladeeffekt ist auch bei anderen Kondensatortechnologien bekannt und wird zum Beispiel bei Kunststoff-Folienkondensatoren in den jeweiligen Datenblättern mit spezifiziert.

Jens Both WEB: www.elcap.de

Verhalten nach Kurzschluss

Wenn man einen Elko größerer Kapazität auflädt und danach kurzschliest, kann man einige Zeit nach entfernen der Kurzschlusses eine Spannung messen. Wer weiss mehr zu diesem Phänomen und kann dazu was schreiben ? --Shmia 10:06, 10. Nov 2005 (CET)

Als Dielektrikum werden Säuren eingesetzt. Diese bilden bei Stromdurchfluss Sauerstoff und dieses oxidiert die Alufolie. Beim Abschalten hat man somit den gleichen Effekt wie bei einer Autobatterie, nur das er nicht erwünscht ist (pararsitär).

Ich hoffe, das irgendwer meine Hinweise kennt und mal in Worte in den Art. einfügt --Kdw 18:23, 17. Feb 2006 (CET)
--bist du dir sicher, dann tue es hinein. Es gibt diesen Effekt jedoch auch bei Folienkondensatoren - er beruht dort auf in der Isolierfolie befindlichen Ladungen, die nach Kurzschluss zu den Elektroden wandern.Ulfbastel 07:55, 1. Mär 2006 (CET)

Sollbruchstellen

Der Absatz
Stehende Elektrolytkondensatoren besitzen an der nicht mit Kunststoff überzogenen Oberseite Einkerbungen in Kreuz- oder K-Form als Sollbruchstellen. Wird der Kondensator entgegen der angegebenen Polung oder mit zu hohen Strömen betrieben, entwickelt er innerhalb kürzester Zeit eine große Hitze, die zum Verdampfen des Elektrolyts und letztlich zur Explosion des Bauteils führt, wobei ätzende Flüssigkeiten und Gase austreten können.
ist ein wenig unverständlich. Sollen die Sollbruchstellen etwa eine Explosion des Kondensators auslösen bzw. erleichtern? Wenn ja warum? Würde sonst etwas Schlimmeres passieren? Oder haben die damit gar nichts zu tun? Wofür sind sie dann? --Saibot2 21:07, 10. Feb 2006 (CET)

Ich nehme an, das diese Sollbruchstellen im Falle einer Verpolung die Explosion verhindern sollten, da so weniger Energie (Druck) benötigt wird um das Gehäuse zu öffnen und den Druck abfließen zu lassen. Ich gehe davon aus, sollten diese Bruchstellen nicht vorhanden sein, würden die Elko platzen wie China-Kracher. --Kdw 18:16, 17. Feb 2006 (CET)

Das kann ich so bestätigen. Der Satz: "Wird der Kondensator entgegen der angegebenen Polung oder mit zu hohen Strömen betrieben, entwickelt er innerhalb kürzester Zeit eine große Hitze, die zum Verdampfen des Elektrolyts und letztlich zur Explosion des Bauteils führt, wobei ätzende Flüssigkeiten und Gase austreten können." stimmt aber nur bedingt. Ich habe ihn deshalb relativiert. Kurzzeitig kann man Elektrolytkondensatoren durchaus mit entgegengesetzter Polarität betreiben, ohne dass sie explodieren. Das ist zum Beispiel bei Wechselspannung der Fall. Wenn der Satz stimmen würde, könnte man bipolare Elektrolytkondensatoren nicht herstellen, denn diese werden ziemlich genau zu 50 % der Zeit mit entgegengesetzter Spannung betrieben, die allerdings einen Gleichstromanteil von Nahe Null aufweist.

So weit ich weiß, werde Elko's, die bipolar betrieben werden, aus zwei entgegengesetz gepolten Elkos in Serie aufgebaut. Werden sie aber um einen gewissen Arbeitspunkt betrieben, dh sie sind vorgeladen und werden nur um eine klein spannung (kleinsignal) ausgelenkt, werden sie ja nicht in Sperrichtung betrieben. --Kdw 21:42, 24. Apr 2006 (CEST)

Unklar ist mir, wie eine lange Lebensdauer bei diesen gesichert wird. Wenn eine zu hohe Spannung nur sehr kurzzeitig angelegt wird, reicht die Energie eventuell nicht aus, um den Kondensator zu erwärmen, allerdings könnte die Isolationsschicht durchschlagen und der Kondensator anschließend durch wesentlich geringere Spannungen zerstört werden.

Das Dielektrikum wird, wie beschrieben, elektro-chemisch aufgebracht. Im Detail wird durch Elektrolyse ein Oxyd auf der Metalloberfläche erzeugt. Legt man nun eine entgegengesetzte Spannung an, wird diese Schicht abgebaut. Erst nach dem Durchbruch des Metalls zum Elektrolyt fließt der Kurzschlußstrom. Eben jener erhitzt das Elektrolyt und lässt es verdampfen. --Kdw 21:42, 24. Apr 2006 (CEST)

Um Explosionen zu verhindern - genau dazu sind die Sollbruchstellen angebracht. Der Kondensator platzt, ohne zu explodieren (wenn man das Platzen nicht als "Explosion" bezeichnen will, in dem Fall könnte man sagen, dass eine Explosion erleichtert werden soll um eine gefährlichere Explosion zu verhindern. --Hutschi 08:43, 1. Mär 2006 (CET)

Defekte Elkos

War hier im Artikel nicht mal ein Bild und eine Beschreibung von defekten Elkos? --129.206.197.161 20:57, 17. Okt. 2006 (CEST)

Hallo Wikis,

der gesamte Text unter dem Stichwort "Elektrolytkondensator" gehört von hier verschoben nach "Aluminium-Elektrolytkondensator",

Alles, bis auf den Abschnitt "Bauarten", was hier unter "Elektrolytkondensator" steht, gilt nur für den Al-Elko !

Schlage als Text für den Begriff "Elektrolytkondensator folgenden Text vor:

Elektrolytkondensator

Elektrolytkondensatoren sind Kondensatoren, in denen auf einem Ventilmetall durch Elektrolyse (anodische Oxidation, Formierung) eine nichtleitende Isolierschicht erzeugt wird, die das Dielektrikum des Kondensators bildet. Die Kathode (Gegenelektrode) kann aus einem flüssigen oder pasteusen Elektrolyten (lonenleiter) oder einem festen Elektrolyten (Elektronenleiter) bestehen. Die Stromzuführung zum Elektrolyten erfolgt über Folien gleichen Metalls wie das der Anode oder über eine geeignete Kontaktierung des Elektrolyten.

Als technisch praktikable Ventilmetalle zum Aufbau von Elektrolytkondensatoren , haben sich • Aluminium mit Al2 O3 (Aluminiumoxid) als Dielektrikum (Al-Elektrolytkondensator), • Tantal mit Ta2 O3 (Tantal-Pentoxid) als Dielektrikum (Tantal-Elektrolytkondensator) und neuerdings • Niob mit Ni2 O3 (Niob-Oxid) als Dielektrikum (Niob-Elektrolytkondensator)

durchgesetzt. Elektrolytkondensatoren mit Titan oder Zirkon als Anode sind bisher aus dem Entwicklungsstadium nicht hinausgekommen.

Tabelle

Anodenmaterial / Dielektrikum / Dielektrizitätskonstante / Spannungsfestigkeit( V / µm ) Aluminium / Aluminiumoxid Al2O3 / 8,4 / 700 Tantal / Tantal-Pentoxid Ta2O5 / 28 / 625 Niob / Niob-Pentoxid Nb2O5 / 42 / 455

Elektrolytkondensatoren sind grundsätzlich gepolte Bauelemente. Ein Einsatz in Falschpolrichtung zerstört das Dielektrikum und zerstört somit den Kondensator. Die Zerstörung kann katastrophale Folgen (Explosion, Brand) nach sich ziehen. (Betrieb von Elektolytkondensatoren, VDE 0560).

Durch gegenpolige Serienschaltung zweier Anodenfolien in einem Kondensatorgehäuse können jedoch für spezielle Anwendungen (z. B.Tonfrequenzweichen) auch Bipolar-Elektrolytkondensatoren für Wechselspannungsbetrieb hergestellt werden.

Hauptvorteil von Elektrolytkondensatoren ist die sehr hohe spezifische Kapazität. Das ist eine hohe elektrische Speicherfähigkeit bei kleinem Bauvolumen. Sie resultiert aus der Permittivität ε des Dielektrikums, dem äußerst geringen Elektrodenabstand im Kondensator, der Oxidschicht auf der Anode und der Oberflächenstruktur der Anode. Die Spannungsfestigkeit des jeweiligen Kondensators wird durch eine gezielt hergestellte angepasste Dicke des Dielektrikums bewirkt. Eine aufgerauhte Oberflächenstruktur der Anode wiederum vergrößert die Oberfläche der Elektrode und erhöht somit die Kapazität des Kondensators.

Diser Absatz könnte dann unter dem Begriff "Kondensator dort entfallen mit dem entsprechenden Link auf "Elektrolytkondensatoren"

Hoffe auf Kommentar

Elcap

Vorschlag von ElCap

Ich glaube, ElCap´s Textvorschlag geht in die richtige Richtung. Bei einem Detail bin ich mir aber nicht ganz sicher: Was passiert bei Falschpolung? In Bitterlich: Elektronik (1967) steht Folgendes: "Bei umgekehrter Polung würde sich auf der Kathode ebenfalls eine Oxydschicht formieren und durch die dabei auftretende Erwärmung der Elko möglicherweise zerstört werden." Wenn das stimmt, wird also nicht primär die Oxidschicht zerstört, sondern es wird eine zweite aufgebaut, was zur Kapazitätsminderung führt. Wenn man das vorsichtig genug macht, sollte es nicht zum Knall kommen, sondern es würde ein doppelt formierter Elko entstehen, ähnlich zu den bipolaren Tonfrequenz-Elkos. Nur wenn man den Formierungsstrom nicht begrenzt kommt es zur übermäßigen Erwärmung und damit zur Explosion. Was meint die Wiki-Gemeinde dazu? Dieser Beitrag stammt von: Johannes Philipp, Affalterbach.

Was passiert bei Falschpolung

Hallo Johannes,

wie üblich, wird es im Detail immer etwas schwieriger. Was passiert bei Falschpolung bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten: Wenn die Spannung hoch genug ist (> 3 V) und der Strom nicht begrenzt wird, dann wird es zu einem direkten, massiven Kurzschluss im Elko kommen, der Elektrolyt zersetzt sich, u. a. wird Wasserstoff abgespalten und der Elko explodiert.

Wenn man die Spannung in Falschpolrichtung strombegrenzt langsam hochfährt, so wird sich auf der 2ten Al-Folie im Elko, die fälschlicherweise immer Kathodenfolie genannt wird aber eigentlich nur eine Stromzuführungsfolie zum Elektrolyten ist, langsam eine Al-Oxidschicht aufbauen. Dies ist im Prinzip richtig, stimmt aber nicht in der Praxis. Weil die Kathodenfolie im Elko anders aufgebaut ist als die Anodenfolie, unter anderem bewusst eingefügte metallische Verunreinigungen zur Verbesserung des Übergangswiderstandes zum Elektrolyten besitzt, wird es immer wieder zu Mini-Überschlägen kommen, es wird sich keine Oxidschicht aufbauen können, dafür werden die Mini-Überschläge irgendwann ebenfalls so viel Gas erzeugt haben, dass es zur Explosion kommen wird.

Bei Bipolar-Elkos werden deshalb 2 Anodenfolien in dem Elko-Wickel verbaut.

Übrigens danke, dass Du meinen Änderungsvorschlag unterstützt.

--Elcap 08:59, 17. Jan. 2007 (CET)Elcap

Hallo Wikis, ich möchte, wie oben erwähnt, den Text zu "Elektrolytkondensator" grundsätzlich neu verfassen. Hier kommt mein Vorschlag (ohne korrekte Formatierung und die Bilder konnte ich auch noch nicht einfügen, es klappte einfach nicht):

Elektrolytkondensator

Ein Elektrolytkondensator (Elko) ist ein Kondensator, deren Anoden-Elektrode aus einem sogenannten Ventilmetall besteht, auf dem durch Elektrolyse (anodische Oxidation, Formierung) eine nichtlei¬tende Isolierschicht erzeugt wird, die das Dielek¬trikum des Kondensators bildet. Ein geeigneter Elektrolyt ist die Kathode des Elektrolytkondensators. Er kann aus einem flüssigen oder pasteusen Elektrolyten (lonenleiter) oder einem festen Elektrolyten (Elektronenleiter) bestehen. Die Stromzuführung zum Elektrolyten erfolgt über Folien gleichen Metalls wie das der Anode oder über eine geeignete Kontaktierung des Elektroly¬ten.

Die Spannungsfestigkeit eines Elektrolytkondensators wird durch eine gezielt hergestellte angepasste Dicke der Oxidschicht, des Dielektrikums, bewirkt. Hauptvorteil von Elektrolytkondensatoren ist die sehr hohe spezifische Kapazität. Das ist eine hohe elektrische Speicherfä¬higkeit bei kleinem Bauvolumen. Sie resultiert einerseits aus der äußerst geringen Dicke der Oxidschicht auf der Anode, und andererseits aus der der Oberflächenstruktur der Anode, die durch Aufrauhung einer Folie (Aluminium) oder durch Sinterung von Metallpulverkügelchen (Tantal, Niob) eine vielfach größere Oberfläche als eine glatte Oberfläche aufweist.

Der Aufbau des Elektrolytkondensators bedingt den gepolten Einsatz des Bauelementes. Ein Einsatz in Falschpolrichtung zerstört das Dielektrikum und zerstört somit den Kondensator. Die Zer¬störung kann katastrophale Folgen (Explosion, Brand) nach sich ziehen. (Betrieb von Elektolytkondensatoren, VDE 0560).

Durch gegenpolige Serienschaltung zweier An¬odenfolien in einem Kondensatorgehäuse können jedoch für Spezialzwecke auch Bipolar-Elektrolytkondensatoren für Wechselspannungsbetrieb hergestellt werden.

Historie

Das Phänomen, dass man auf Aluminium in einem elektro-chemischen Verfahren eine Schicht erzeugen kann, die einen elektrischen Strom in nur einer Richtung hindurch lässt, in der anderen Richtung jedoch Strom sperrend wirkt, wurde 1875 von dem französischen Forscher Ducretet entdeckt. Dieses erste "elektrische Ventil" gab Metallen mit dieser Eigenschaft den Beinamen "Ventilmetall". Hierzu gehören Aluminium, Tantal, Niob, Mangan, Titan, Wismut, Antimon, Zink, Cadmium, Zirkonium, Wolfram, Zinn, Eisen, Silber und Silizium.

Da die einseitig sperrende Schicht eine sehr hohe Spannungsfestigkeit schon bei sehr dünnen Schichtstärken aufweist, entstand 1896 die Idee, diese Schicht als Dielektrikum eines gepolten Kondensators mit hoher Kapazität in einem Gleichstromkreis auszunutzen. Im Jahre 1897 wurde dem Wissenschaftler Charles Pollack in Frankfurt für die Idee eines "Elektrischen Flüssigkeitskondensators mit Aluminiumelektroden" das Patent DRP 92564 erteilt. Das Patent wurde zur Grundlage aller späteren Elektrolytkondensatoren.

Die ersten Aluminium-Elektrolytkondensatoren wurden schon Anfang des 20ten Jahrhunderts als Siebkondensatoren in Telefon-Anlagen eingesetzt, um die Brummgeräusche des Stromgenerators auf den Leitungen zu unterdrücken. Mit Beginn der Rundfunktechnik begann auch die Weiterentwicklung der Elektrolytkondensatoren, Die Elko-Zelle wurde gewickelt und die Anodenfolien wurden zunächst mechanisch aufgerauht.

Nach dem 2ten Weltkrieg wurden dann die Tantal-Elektrolytkondensatoren entwickelt und boten somit den Geräteherstellern die erste Möglichkeit zur Miniaturisierung elektronischer Schaltungen. Mit der Entwicklung neuer, fester Elektrolytsysteme (TCNQ, Polymer) Mitte der 70er bzw. 80er Jahre schafften es die Entwickler von Elektrolytkondensatoren, der Forderung der Anwender nach immer kleineren internen Verlusten (low ESR) auch mit dieser Technologie zu folgen.

Elko-Familien

Als technisch praktikable Ventilmetalle zum Auf¬bau von Elektrolytkondensatoren , haben sich • Aluminium mit Al2 O3 (Aluminiumoxid) als Dielektrikum (Aluminium-Elektrolytkondensator), • Tantal mit Ta2 O3 (Tantal-Pentoxid) als Dielektrikum (Tantal-Elektrolytkondensator) und neuerdings • Niob mit Ni2 O3 (Niob-Oxid) als Dielektrikum (Niob-Elektrolytkondensator)

durchgesetzt. Elektrolytkondensatoren mit Titan oder Zirkon als Anode sind bisher aus dem Entwicklungsstadium nicht hinausgekom¬men.

((Hier folgt ein Bild "Materialdaten der drei in der Elektronik verwendeten Elektrolyt-Kondensatorfamilien"))

Aluminium-Elektrolytkondensatoren bilden wegen der großen Bauformvielfalt und wegen der preiswerten Herstellung die große Masse der in der Elektronik verwendeten Elektrolytkondensatoren, Tantal-Elektrolytkondensatoren finden in der Militärtechnik und in Geräten mit geringem Platzbedarf Verwendung, Niob-Elektrolytkondensatoren, im Massengeschäft eine Neuentwicklung, stehen im Wettbewerb mit Tantal-Elektrolytkondensatoren. Die Kapazitätswerte von Elektrolytkondensatoren liegen im Bereich 0,1 µF bis etwa 4700 µF bei Nennspannungswerten von 3 V bis maximal 50 V für Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten und bei 1 µF bis 3.300.00 µF von 3 V bis 550 V für Elektrolytkondensatoren mit flüssigen bzw. pasteusen Elektrolyten..

Typische Anwendungsfälle für Elektrolytkondensatoren in der Elektro¬nik sind u. a.: • Buffer- und Siebkondensatoren in Stromversor¬gungen • Energiespeicherung für Frequenzumformer und USV-Anlagen • Signal-Koppel- und Entkoppelschaltungen • Speicherkondensatoren für Blitzerzeugung • Frequenzweichen in mehrwegigen Lautsprecherboxen • Motor-Startkondensatoren (Anlasskondensator) für Asynchronmotoren

Elektrolyt, die mechanisch passgenaue Kathode

Seinen Namen hat der Elektrolytkondensator vom Elektrolyten, der leitfähigen Flüssigkeit im Kondensator, die die eigentliche Kathode des Kondensators bildet. Da die aufgerauhten Strukturen der Anodenoberfläche sich in der Struktur der Oxidschicht, des Dielektrikums fortsetzen, muss die Gegenelektrode, die Kathode, sich möglichst passgenau an die Struktur anpassen. Mit einer Flüssigkeit ist dies einfach zu erreichen.

Die wichtigste elektrische Eigenschaft eines Elektrolyten im Elektrolytkondensator ist seine elektrische Leitfähigkeit, die bei Flüssigkeiten physikalisch eine Ionen-Leitfähigkeit ist. Ein flüssiger Elektrolyt besteht immer aus einem Gemisch von Lösungsmitteln und Zusatzstoffen zur Erfüllung der gegebenen Anforderungen bzw. der gewünschten Zielsetzungen.

Neben flüssigen und pasteusen Elektrolytsystemen können Elektrolytkondensatoren auch mit festen Elektrolytsystemen hergestellt werden. Solche festen Elektrolyte können aus dem Halbleiter Braunstein (Mangan-Dioxid, MnO2), aus einem leitfähigem Salz (TCNQ) oder aus einem leitfähigen Polymer (z. B. Polypyrrol) bestehen.

((Hier folgt ein Bild "Kombination der möglichen Elko-Familien und ihrer Elektrolytsysteme"))

Aus der Kombination der Anodenmaterialien für Elektrolytkondensatoren und möglicher Elektrolyte haben sich eine ganze Reihe von Elko-Familienmitgliedern gebildet, die jeder für sich seine besonderen Vor- und Nachteile aufweist. Eine grobe Übersicht über die wichtigsten Kennwerte der nterschiedlichen Elko-Baureihen gbt die nachfolgende Tabelle.

((Hier folgt ein Bild "Wichtige Kennwerte der Elko-Familien""))

Die so genannten "nassen" Al-Elkos waren und sind zu allen Zeiten die preiswertesten Bauelemente im Bereich der hohen Kapazitätswerte und im Bereich höherer Spannungen. Sie bieten nicht nur die preiswerten Lösungen für Siebung und Bufferung, sondern sind auch noch relativ unempfindlich gegenüber Transienten und Überspannungen. Sofern in einem Schaltungsaufbau Platz genügend vorhanden ist oder Spannungen größer 50 V benötigt werden, sind Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten, mit Ausnahme der militärischen Anwendungen, in der gesamten Elektronik zu finden.

Tantal-Elektrolytkondensatoren besitzen in Form der oberflächenmontierbaren „Ta-Chips“ in allen Bereichen der industriellen Elektronik einen festen Platz als zuverlässige Bauelemente für Geräte, in denen wenig Platz vorhanden ist oder die in einem möglichst großen Temperaturbereich ohne große Parameterabweichungen arbeiten sollen. Im Bereich militärischer und Weltraum-Applikationen haben nur Tantal-Elektrolytkondenstoren überhaupt die erforderlichen Zulassungen.

Niob-Elektrolytkondensatoren sind in einem direkten Wettbewerb zu industriellen Tantal-Elkos zu sehen. Ihre Eigenschaften sind durchaus vergleichbar mit Tantal-Elkos. Wegen ihres etwas geringeren Gewichtes bieten sie bei Applikationen mit hohen Anforderungen an Vibrations- und Stoßfestigkeit einen Vorteil gegenüber den Tantal-Elkos.

Ersatzschaltbild [Bearbeiten]

Reale Elektrolytkondensatoren bestehen nicht nur aus dem idealen Kondensator C, sondern weisen parallel zu der Kapazität einen Widerstand Rleakage auf, der den sogenannten Reststrom oder auch Leckstrom genannt, repräsentiert. Zusätzlich kommt noch ein Serienwiderstand RESR (ESR) in Kombination mit der Serieninduktivität LESL (ESL) hinzu.

Reststrom

Eine Besonderheit bei Elektrolytkondensatoren ist der sogenannte Reststrom. Der Reststrom eines Kondensators ist der Gleichstrom, der durch den Kondensator fließt, wenn eine Gleichspannung an die Anschlüssen des Kondensators gelegt wird. Der Reststrom beinhaltet alle durch chemische Prozesse und durch mechanische Beschädigungen des Dielektrikums verursachten unerwünschten Gleichströme, sowie durch Tunneleffekte verursachte Gleichströme, die das Dielektrikum passieren können. Der Reststrom ist spannungs-, zeit- und temperaturabhängig, hängt von der Vorgeschichte des Kondensators, z. B. vom Löten und von der chemischen Verträglichkeit des Elektrolyten mit der Oxidschicht ab.

Aluminium- und Tantal-Elektrolytkondensatoren weisen ein unterschiedliches Reststromverhalten auf. Dies ist eine weit verbreitete und immer wiederholte Feststellung in vielen Fachbüchern. Doch vergleicht man die Datenblattwerte von Standard-Aluminium-Elkos mit denen von Standard-Tantal-Elkos so stelt man fest, dass die Formeln zur Berechnung des betreffenden Reststromes oft identisch sind. Der Reststrom Ileak nach einer Messzeit von z. B. 2 Minuten berechnet sich aus dem Nenn-Kapazitätswert CN, multipliziert mit der Nennspannung UN , zu dem noch ein kleiner Festwert addiert wird, z. B. • Ileak = CN • UN + 0,4 (µA) für Aluminium-Elektrolytkondensator mit flüssigem Elektrolyten • Ileak = CN • UN + 0,4 (µA) für Tantal-Elektrolytkondensator mit festem Elektrolyten

Bei gleichem Kapazitätswert und gleicher Nennspannung ergibt sich daraus, dass beide Kondensatorarten den gleichen Reststromwert haben müssten. Woher kommt also die weit verbreitete Feststellung, dass das Reststromverhalten der beiden Technologien unterschiedlich ist?

Zunächst wird hier deutlich, dass eine Kondensatortechnologie mit flüssigem Elektrolyten, der ein Ionenleiter ist mit einer Technologie mit einem festem Elektrolyten, einem Elektronenleiter verglichen wird. Des weiteren muss man wissen, dass Tantal-Elektrolytkondensatoren mit sehr viel größerer Sicherheit hinsichtlich der Dicke der Oxidschicht aufgebaut sind als Al-Elkos. Dies bewirkt normalerweise eine größere Spannungsfestigkeit des Dielektrikums und somit einen kleineren Reststrom. Da aber in der Vergangenheit bei Tantal-Elkos doch hin und wieder Probleme auftauchten, die sich durch erhöhte Reststromwerte bemerkbar machten, wurde der Datenblattwert bei Standard-Tantal-Elkos von den Herstellern höher angesetzt, als er eigentlich notwendig war.

Aber auch Aluminium-Elektrolytkondensatoren hatten in der Vergangenheit Probleme. Es waren hauptsächlich Korrosionsprobleme, hervorgerufen durch Verunreinigungen mit Chlor und/oder wasserbedingte Korrosion, die Hydroxidbildung. Vor allem diese Korrrosionserscheinungen, die sich, bevor die Elkos platzten, durch stark erhöhte Reststromwerte bemerkbar machten, waren der Grund dafür, dass in der Allgemeinheit immer wieder auf den Reststromunterschied zwischen Al- und Ta-Elkos hingewiesen wurde und auch noch wird.

Heutzutage können beide Kondensatorarten fehlerfrei hergestellt und geliefert werden. Was heute hinsichtlich des Reststromes festgestellt werden kann ist, dass das Abformierverhalten, also die Geschwindigkeit, mit der sich der bei beiden Technologien sehr niedrige Reststromwert auf seinen jeweiligen Endwert eingestellt hat, bei Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten sehr viel schneller ist. Dies liegt am festen Elektrolyten, bei dem eine Schwächung der Oxidschicht durch (minimale) chemische Prozesse nicht möglich ist. Bei den Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten (Braunstein, TCNQ, Polymer) findet man deshalb ein ähnlich schnelles Einschaltverhalten des Reststromes wie bei Tantal-Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten. Gibt man Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten allerdings genügend Zeit, lägt sie hinreichend lange an Spannung (einige Stunden), so bilden sich alle Schwächungen des Oxids zurück und es werden auch hier sehr niedrigen Reststromwerte erreicht.

((Hier folgt ein Bild "Einschaltverhalten von Elektrolytkondensatoren mit flüssigem und mit festem Elektrolyten"))

Prinzipieller zeitlicher Verlauf des Einschalt-Reststromes von Elektrolytkondensatoren mit flüssigem und mit festem Elektrolyten.

Elkos mit festem Elektrolyten erreichen niedrige Reststromwerte wesentlich schneller als Elkos mit flüssigem Elektrolyten.

Schaltbild

[Bearbeiten]

Im Schaltbild des Elektrolytkondensators ist der Pluspol durch ein hohles Rechteck gekennzeichnet, der Minuspol durch ein ausgefülltes.

Ich bitte um Kommentar.

--Elcap 23:37, 21. Jan. 2007 (CET)Elcap

Gefällt mir sehr gut, insbesondere die Historie. Beim Aufbau wird auch der Schwerpunkt besser gelegt als beim jetzigen Artikel (große Oberfläche und passgenaue Gegenelektrode). Die Einleitung geht mir etwas zu schnell zur Sache, und erzählende Überschriften würde ich verweiden (Elektrolyt, die ...).

Viele Grüße, --Fabian ~ 20:37, 31. Jan. 2007 (CET)

Ersatzschaltbild

Hat sich die Norm zur Darstellung von Ersatzschaltbildern geändert? Nach welcher Norm ist der Widerstand dargestellt? Es sieht aus, als sei eine Norm aus einem anderen Land übernommen worden. Ist das jetzt hier gültig oder vereinheitlicht?--Hutschi 12:48, 1. Feb. 2007 (CET)