Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Wie jeder andere Kondensator auch, besteht der Aluminium-Elektrolytkondensator aus zwei Belägen (Kondensatorplatten) und einem dazwischenliegenden Dielektrikum. Der wesentliche Unterschied ist, dass nur ein Belag aus Metall, einer Aluminiumfolie, besteht. Der andere Belag ist der Elektrolyt, eine elektrisch leitende Flüssigkeit (Säure), die in der Regel mit einem saugfähigen Material (z. B. Papier) getränkt ist. Das Dielektrikum zwischen den Belägen ist eine dünne Oxidschicht, die sich auf der Oberfläche der Aluminiumfolie (Al₂O₃) befindet. Sie wird durch Formierung hergestellt. Der Vorteil der Oxidschicht ist ihre hohe Spannungsfestigkeit. Auch bei einer sehr dünnen Schicht.
Zur Kontaktierung der elektrolytischen Schicht dient eine weitere Aluminiumfolie, die fälschlicherweise häufig als zweiter Belag verstanden wird.

Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind Wickelkondensatoren, die es in Becherform mit radialen und axialen Anschlüssen gibt. Außerdem gibt es noch SMD-Elektrolytkondensatoren in Chip-Bauform.
Anwendung findet der Aluminium-Elektrolytkondensator als Ladekondensator im Gleichstromkreis z. B. in Gleichrichterschaltungen und zur Entkopplung elektronischer Baugruppen.
Die Funktion eines Elkos kann man am besten mit einem Widerstandsmessgerät überprüfen. Bei einem funktionsfähigen Elko steigt der Widerstandswert am Messgerät langsam bis unendlich an.

Aufbau eines Aluminium-Elektrolytkondensators

Die Aluminiumfolie (Anode), die als Belag verwendet wird, wird durch elektrochemisches Ätzen aufgeraut. Die Oberfläche der Folie wird dadurch vergrößert. Der Elektrolyt passt sich dieser Oberfläche an. Dadurch werden beide Belagsflächen und die Kapazität größer. Allerdings entsteht dadurch eine große Toleranz der Kapazität, für die der Aluminium-Elektrolytkondensator bekannt ist.
Die hohe Durchschlagsfestigkeit (800 V/µm) und die hohe Dielektrizitätskonstante (E_r ~ 10) ermöglichen eine äußerst kompakte Bauform mit einer hohen Kapazität und Spannungsfestigkeit.

Nennspannung

Neben diesen Vorteilen hat der Aluminium-Elektrolytkondensator auch Eigenschaften, die beachtet werden müssen. Die Eigenschaften werden z. B. durch die Herstellung der Oxidschicht vorgegeben. Die sogenannte Formierung (anodische Oxidation) erzeugt auf der Aluminiumfolie eine Oxidschicht. Dazu wird eine Formierspannung angelegt (ca. 1,2 nm/V), mit der die spätere Nennspannung und die Oxidschicht-Dicke festgelegt wird. Die Nennspannung ist die maximale Betriebsspannung. Wird diese Spannung im späteren Betrieb überschritten, dann kommt das einer Formierung gleich. Die Oxidschicht wächst weiter. Es entsteht Wärme. Und ein Gas bildet sich. Wegen dem verschlossenen Kondensatorbecher kann das Gas nicht entweichen. Es entsteht ein großer Druck im Kondensator. Irgendwann platzt der Elektrolytkondensator auseinander. Er explodiert und ist somit zerstört.

Polung

Die Oxidschicht auf dem Aluminium hat eine Ventilwirkung. Sie isoliert die Spannung in eine Richtung. Die Aluminiumfolie ist der positive Pol, der Elektrolyt der negative Pol. In der Regel ist der Kondensatorbecher an einer Seite mit einem Plus gekennzeichnet, woran man die Polung erkennen kann. Wird der Aluminium-Elektrolytkondensator oberhalb von 2 V falsch herum gepolt, baut sich die Oxidschicht auf der Aluminiumfolie ab. Das Elektrolyt erwärmt sich. Es kommt zur Gasbildung und dann in Abhängigkeit zur Spannungshöhe nach einiger Zeit zur Explosion des Kondensators. Deshalb darf ein Aluminium-Elektrolytkondensator nur gepolt betrieben werden.

Ablauf bei Falschpolung!

Hinweis: Ein falsch gepolter Aluminium-Elektrolytkondensator wird mit hoher Wahrscheinlichkeit explodieren.

Bei falscher Polung wird die Oxidschicht abgebaut, die durch das Dielektrikum gebildet wurde. Fehlt die Oxidschicht, dann kommt es zu einem Kurzschluss der Beläge. Der Kurzschluss erhitzt das Elektrolyt und bringt es zum Kochen. Es entstehen Dämpfe, die aus dem Gehäuse entweichen wollen. Ist der Druck groß genug, reißt es das Gehäuse des Kondensators auseinander. Damit es nicht zu einem großen Schäden kommt, haben die Gehäuse Sollbruchstellen.

Lager und Betrieb

Bei längerer Lagerung reagiert die Oxidschicht mit dem säurehaltigen Elektrolyten. Die Oxidschicht baut sich langsam ab. Das beeinflusst die Spannungsfestigkeit und die Kapazität. Sollen Aluminium-Elektrolytkondensatoren möglichst lange halten, dann betreibt man sie nicht knapp unter ihrer Nennspannung, sondern arbeitet mit einer möglichst kleinen Nennspannung oder setzt einen Kondensator mit einer möglichst hohen Nennspannung ein. Dann machen sich auch die negativen Eigenschaften nicht so schnell bemerkbar.

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