Elkos neu formieren

Zur Wiederherstellung von Hochvolt-Elektrolytkondensatoren

von Hans Jürgen Heider

Informationen zu Al-Elkos sind hier gegeben, aber auch in Wikipedia. In Wikipedia steht zwar der 10-fache Strom. Es ist für alte Kondensatoren wohl eher zutreffend.

Einige technische Daten zu Elkos:

Die Betriebsspannung, auch mit Nennspannung bezeichnet, ist der maximale Gleichspannungswert (kein Mittelwert einer Gleichspannung, die mit einer Wechselspannung überlagert ist und den sog. Rippelstrom hervorruft!) der ständig anstehen darf. Die Stoßspannung, auch mit Spitzenspannung bezeichnet, ist der zulässige Spannungswert, der für 5 min anstehen darf. Wenn nichts angegeben, liegt er mit 10% über der Betriebsspannung. Im Bereich Betriebsspannung-Stoßspannung steigt der Leckstrom rasant an. Beim Maximalwert der Stoßspannung kann durchaus der 10-fache Wert des Leckstroms erreicht werden, der bei Betriebsspannung fließt. Der der Betriebsspannung zugeordnete Leckstrom (auch mit Reststrom bezeichnet) beträgt (0,001 * C * U + 3)µA (C in µF, U in V). Das sind für einen 50 µF 450 V Elko 25,5 µA, als Abnahmewert gelten allerdings 338 µA. Ein Leckstrom ist zur Erhaltung des Dielektrikums (Aluminiumoxid) erforderlich. Nach einer spannungslosen Zeit von 2 Jahren (früher ein Jahr) sollten Elkos formiert werden. Die Wiederherstellung des Dielektrikums ist ein elektrochemischer Prozess und benötigt neben Strom also auch eine entsprechende Zeit. Die Höhe des Formierungsstroms sollte durch einen Widerstand in der Gleichspannungsquelle eingestellt werden. Selbstverständlich sind auch transistorisierte und natürlich auch röhrenbestückte Strombegrenzungsschaltungen brauchbar. Am einfachsten gewinnt man die Gleichspannung aus der Netzwechselspannung mit Hilfe einer Verdopplerschaltung (2 mal 1N4007 und 2 mal 68 µF/350 V) her. Bei 230 V effektiv wären dies 648 V. Damit errechnet sich ein Strombegrenzungswiderstand von 7,8 MOhm für den o.g. Kondensator. Auf hinreichende Spannungsfestigkeit ist zu achten, da im Einschaltmoment die volle Gleichspannung anliegt. Schaltet man ein Spannungsmesser mit einem Eingangswiderstand von 10 MOhm parallel zum Prüfling, so ist der Strombegrenzungswiderstand zu reduzieren. Gute Kondensatoren (z. B. Siemens/Nordmende) erreichen mit 25,5 µA in wenigen Minuten die Betriebsspannung. Bei weniger guten Kondensatoren ist mehr Zeit zu verwenden und es ist auch vielleicht der Formierungsstrom zu erhöhen. Das schlechteste Exemplar, oder anders ausgedrückt der Elko der die höchsten Anforderungen an die Formierkunst stellt, ist der der DDR-Firma „ASS“. Der industrielle Einsatz der Produkte dieser Firma war schon damals untersagt. Leider steht mir nur ein 50+50µF, 500/550 V zur Verfügung und der ist wieder hergestellt.

Zusammenfassend lassen sich folgende Aussagen für Elkos mit dem Herstellungszeitraum nach 1950 gewinnen. Selbstverständlich nur für diese Exemplare deren Überdrucksicherung nicht angesprochen hat:

1. Es lassen sich alle Elektrolytkondensatoren wieder herstellen, sofern der Formierstrom begrenzt bleibt. Die Formierung sollte stromgesteuert erfolgen. Der Formierstrom kann bei 50 µA liegen, aber 100 µA nicht überschreiten. Der Spannungsvorrat ist beliebig, natürlich sollte er höher als die Stoßspannung sein. Die Strombegrenzung ist m. E. unbedingt erforderlich, weil sich vermutlich der Strom auf bestimmte Teilflächen des Kondensators konzentriert und dies zu einer Art „Heißfleckbildung“ führt. Das mittels Oszilloskop zu beobachtende „Tänzeln“ des Formierungstroms weist darauf hin.

2. Die Formierzeit kann erheblich sein, selbst nach einer Woche an Spannung gelegen, ist noch eine Verbesserung feststellbar.

3. Eine Veränderung der Nennkapazität bei allen 8 Exemplaren, gemessen nach dem Entladeverfahren, konnte nicht festgestellt werden.

4. Die Exemplare der unterschiedlichen Hersteller weichen erheblich voneinander ab.

5. Zum Formieren mit unterhalb der Betriebsspannung liegenden Werten und auch zum Langzeitverhalten können keine Aussagen getroffen werden. Die Versuche erstreckten sich über ein halbes Jahr.

Zur Fortführung der Arbeiten fehlen mir geeignete Muster, aber nur solche die der „Qualität“ der DDR-ASS-Kondensatoren  entsprechen. Alle anderen sind hierfür unbrauchbar.  Des weiteren wäre ich an Elkos interessiert, deren Überdrucksicherung angesprochen hat. Hier habe ich nur ein Exemplar der Firma NSF.

Noch einige Bemerkungen zu im Forum geführten Diskussionen:

1. Die ölartige Konsistenz des Elektrolyten ist auf das verwendete Frostschutzmittel zurückzuführen, niemals aber auf PCB-haltiges Isolieröl (Polychlorite Biphenyle).

2. Stark verdünnte Schwefelsäure könnte verwendet worden sein, jedoch vermute ich eher das von Heinrich Kluth-Nauen in „Rundfunk für Jedermann“ zum Aufbau von elektrolytischen Gleichrichtern (Naßgleichrichter) empfohlene Gleichrichtersalz (Was ist das?) oder ersatzweise das alkalisch reagierende Hirschhornsalz (Ammoniumbicarbonat). Ein auskristallisiertes weiße Substanz ist mir noch erinnerlich, nachdem eine Elkobatterie mit 100 Kondensatoren á 500 µF/500 V (Zwischenkreis des Spannungswechselrichters) teilweise abblies.

3. Negative Spannungen bis 1,5 V sind nur für Kapazitätsmessung zulässig. Jede negative Spannung schädigt das so mühselig aufgebaute Dielektrikum. Dies kann wohl nur ein Verfahren zur künstlichen Alterung darstellen.

4. Bei elektrochemischen Prozessen ist das Strom-Zeitprodukt von entscheidender Bedeutung. Was soll da eine Pause bewirken? Muss der Elko vielleicht abkühlen? In diesem Fall ist er für diese Rosskur nicht brauchbar.

5. Die meisten Elkos vertragen eine ganze Menge bei der Formatierung

Ich hoffe auf positive Diskussion

Hans Jürgen Heider

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