Langzeitstabilität von Alu-Elkos sichern

8. April 2009, 10:26 Uhr | Christian Baur, Norbert Will

Werden Aluminium-Elektrolytkondensators über längere Zeit gelagert oder nicht benutzt, steigt der Reststrom an. Welche Ursachen sind dafür verantwortlich? Und wie lange darf man derartige Bauteile lagern?

Eine wichtige Kenngröße eines Aluminium-Elektrolytkondensators (Alu-Elko) ist sein Reststromverhalten bei Wiederinbetriebnahme nach Lagerung. Darunter versteht man den Leckstrom durch den Kondensator, der kurz nach Anlegen einer Gleichspannung noch relativ hoch ist und nach mehrtägigem Anlegen der Gleichspannung auf einen geringen Wert, den Betriebsreststrom, abklingt. Zur Bewertung des Reststromverhaltens wird üblicherweise der Wert herangezogen, der nach fünfminütigem Anliegen der Gleichspannung noch als Leckstrom durch den Kondensator fließt. Doch warum kommt es zu einem Reststrom?

Das Dielektrikum eines Alu-Elkos besteht aus Aluminiumoxid, das elektrochemisch auf eine aufgeraute Aluminiumfolie aufformiert wird. Die Qualität des Oxids, die sich im Laufe der Herstellung des Bauteils und während des späteren Einsatzes immer wieder verändert (Bild 1), bestimmt die isolierenden Eigenschaften des Dielektrikums. Durch die Verarbeitung der mit Oxid bedeckten Anodenfolie bei der Elko-Herstellung und später durch spannungsloses Lagern erhöht sich die Gleichstrom-Leitfähigkeit des Oxids wieder. Dies führt zu einer schlechteren Isoliereigenschaft des Dielektrikums. Wird an dem Elko eine Spannung angelegt, fließt daher ein Reststrom. Allerdings heilt und ergänzt dieser Strom auch die degenerierte Oxidschicht.

Dieser Vorgang heißt Nachformieren. Ist das Oxid stärker degeneriert, so fließt beim Nachformieren ein entsprechend höherer Formierstrom. Der Nachformierbedarf zeigt sich im Reststrom beim Formieren, im Bild 1 gelb markiert. Wenn keine Spannung anliegt (grüner Bereich), steigt die mittlere Leitfähigkeit der Oxidschicht wieder an. Bei einem erneuten Anlegen einer Spannung zeigt sich die bessere Leitfähigkeit durch einen erhöhten Reststrom, der mit zunehmender Lagerdauer ansteigt.

Bei der Lagerung eines Alu-Elkos können zwei unterschiedliche Effekte die Sperrfähigkeit des Kondensators nachteilig beeinflussen – die Oxid-Degeneration und Nachimprägniereffekte. Wenn später erneut Spannung angelegt wird, kann dies dann zunächst wieder einen erhöhten Regenerations-Reststrom bewirken. Warum kommt es zur Oxid-Degeneration und zum Nachimprägnieren?