Startseite > E-Mechanik+Passive > Passive > Die Grenzen der Spannungsfestigkeit von Elkos

Aluminiumelektrolyt-Kondensatoren

Die Grenzen der Spannungsfestigkeit von Elkos

29. November 2013, 12:35 Uhr | Von Dr. Arne Albertsen

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Prozessschritte des Formierens nehmen großen Einfluss

Insbesondere die Prozessschritte des Formierens und Nachformierens haben großen Einfluss auf die Spannungsfestigkeit von Elkos im Betrieb. Der Kondensatorproduzent verfolgt hier das Ziel, einen hinreichenden Sicherheitsabstand der Formierspannung zur Nennspannung und stets ausreichende Spannungen und Verweildauern beim Nachformieren zu gewährleisten, um eine hohe Zuverlässigkeit zu erzielen. Da die Formierspannung nicht im Datenblatt angegeben wird, fällt es dem Endanwender nicht leicht, diese als Vergleichsparameter zu bewerten.

Indirekt lassen sich jedoch durch gezieltes Nachfragen beim Hersteller und den Vergleich der Leckströme Schlüsse auf die Auslegungsphilosophie des jeweiligen Anbieters ziehen.

Angesichts steigender Material- und Energiepreise beobachtet man vermehrt, dass sogar namhafte Hersteller die Formierspannung bei laufenden Serien senken. Jianghai betrachtet derartige Bestrebungen zur Kostenoptimierung aus Qualitätssicht als nicht vertretbar.

Spannungsfestigkeit definieren

Spannungen außerhalb des zulässigen Bereichs (grün bzw. gelb gefärbter Bereich in Bild 4) können bereits bei einmaligem Auftreten zu bleibenden Schäden des Elko führen. Für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Elkos sind daher die folgenden Definitionen von zentraler Bedeutung.

Umpolspannung (reverse voltage, IEC 60384-4, 4.15)

Alu-Elkos als gepolte Bauelemente müssen stets mit korrekter Polarität angeschlossen werden. Eine Umpolung bedeutete, dass die dünne (Luft-)Oxidschicht auf der Kathodenfolie die Aufgabe des Dielektrikums übernehmen würde. Da die Dicke der Luftoxidschicht sehr gering ist, weist sie typischerweise eine Spannungsfestigkeit von 0,7 bis 3 V auf.

Ein Überschreiten dieser Spannung löst eine elektrochemische Reaktion zum Wachstum der Oxidschicht auf der Kathodenfolie aus, die mit der Bildung von Wasserstoffgas und Wärme einhergeht. Eine Umpolung kann somit (je nach Spannung und Stromangebot) zur Zerstörung des Bauteils durch Überhitzung, Überdruck und dielektrische Durchschläge führen. Jianghai erlaubt daher keinen Betrieb von Elkos an einer Umpolspannung (roter Bereich links in Bild 4).