Verständnisfrage zum Durchschlagverhalten in einem Elektrolytkondensator

[Elkotester (Gast)]

Ich bin dabei eine Testreihe zur Lebenserwartung von 
Elektrolytkondensatoren verschiedener Hersteller durchzuführen. Dabei 
wird der zu untersuchende Elko als Siebkondensator hinter einem 
Gleichrichter betrieben (230V, 50Hz). Durch einen Lastwiderstand wird 
der gewünschte Rippelstrom eingestellt. Die Umgebungstemperatur des 
Elkos wird konstant auf 50°C gehalten um eine höhere Temperaturbelastung 
zu simulieren.

Der Testablauf sieht wie folgt aus. Der Elko pendelt sich nach 
Testbeginn, je nach ESR, auf einer Arbeitstemperatur von c.a. 80°C bis 
90°C ein (am Aluminium-Becher gemessen). Mit fortlaufendem 
Alterungsprozess steigt der ESR und somit die Arbeitstemperatur langsam 
an. Am Ende der Lebenszeit kommt es zu zwei Ausfahlmusstern.

1. In etwa 20% der Fälle steigt die Temperatur ab einen Bestimmten 
Zeitpunkt relativ schnell an, bis zu 140°C. Anschließend kommt es zu 
einem Ausgassen des Elkos. Die Kapazität bricht erst mit dem Ausgassen 
zusammen (Rippelstrom bricht zusammen). Es kommt zu keinem Kurzschluss 
im Elko.

2. In 80% der Fälle kommt es ab einer Arbeitstemperatur von 95°C bis 
110°C (Herstellerabhängig) zu einem elektrischen Durchschlag im Elko. 
Dies geschieht im Moment der maximallen Feldsterke im Kondensator (siehe 
mitgeloggt Rippelstrom im Anhang). Dabei findet der Durchschlag immer 
zwischen dem Anschluss an der Kathodenfolie und der Anodenfolie stat. 
Der Wickel wird dabei am Kathodenanschluss  zerrissen (siehe Anhang).


Das erste Ausfahlmusstern kann ich mir relativ gut erklären. Ab einer 
bestimmten Temperatur fängt das Elektrolyt im Elko an zu sieden. Der ESR 
steigt an, was zur weiteren Temperaturerhöhung führt. Das Ganze 
schaukelt sich hoch bis der Elko durch den Überdruck ausgast.
Das zweite Ausfahlmusstern ist für mich unerwartet. Erst dachte ich an 
eine mangelhafte Verarbeitung des Kathodenanschlusses. Doch versuche mit 
Elkos weiterer Hersteller ergaben, dass das  Ausfahlmusstern 
Herstellerunabhängig auftritt.


Hat jemand eine Erklärung für das Verhalten?

[Werner H. (werner45)]

Irgendwie fehlt noch was bei der aufwändigen Untersuchung, um den Effekt 
interpretieren zu können:
Die quantitative chemische Analyse des Elektrolyten (vorher und 
nachher).
Der Elektrolyt ist maßgebend für die richtige Ausbildung des 
Dielektrikums.
Der Formierungsprozeß der Hersteller bleibt aber unbekannt. Nur eine 
nachträgliche chemische Analyse könnte Unterschiede aufzeigen. Dann 
müßte noch die Struktur des Oberflächenoxides genauer untersucht werden.
Erst dann kann man eine Interpretation versuchen anzugehen.

Was soll der Aufwand? Ich tausche einen defekten Elko aus und gut is.
Eine Untersuchung der Elko-internen Ursachen lasse ich bleiben.

Gruß   -   Werner

[Jens G. (jensig)]

Werner H. (werner45) schrieb:

>Was soll der Aufwand? Ich tausche einen defekten Elko aus und gut is.
>Eine Untersuchung der Elko-internen Ursachen lasse ich bleiben.

Über den Tellerrand zu gucken ist wohl nicht Deine Stärke ...

[Udo S. (urschmitt)]

Elkotester schrieb:
> Ausfahl

Man wird vieleicht bleich wenn direkt neben einem ein dicker Elko 
explodiert (fahl im Gesicht) aber es ist trotzdem ein "Ausfall" des 
Elkos :-).

Dass der Durchschlag an den Anschlußpunkten passiert würde ich vermuten, 
daß zum einen dort die Feldstärke wegen der Form des Anschlusses 
punktuell höher ist und zum anderen vieleicht das Dielektrikum wegen 
Unregelmäßigleiten am Anschluß nicht so homogen oder auch "dünner" ist.

Aber das ist erst mal reine Spekulation

Frage: Wievielfach über dem zulässigen Ripplestrom belastest du die 
Elkos, damit die bei 50Hz so warm werden?

[Elkotester (Gast)]

@urschmitt

Mir ist noch kein Elko auseinander geflogen :). Entweder kommt die 
Sicherung und man erkennt auf dem Röntgenbild, dass dieser intern 
geplatzt ist, oder sie gasen langsam aus (dauert ca. 30 sec).

Zu deinen Fragen:
Die Elkos werden mit dem doppelten des zulässigen Rippelstrom belastet. 
Die Umgebungstemperatur liegt bei 50°C. Durch die Eigenerwärmung stellt 
sich die Betriebstemperatur auf 80°C bis 90°C ein.