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Kondensatoren - Elko: was geht in ihm vor?
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Beitrag1/15, Verfasst am: 24.08.2011, 11:32   

Betreff:   Kondensatoren - Elko: was geht in ihm vor?
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Mit dieser Frage will ich nicht erneut auf die Erörterung der korrekten Funktionsweise eines Elkos abstellen da - so nehem ich es einfach mal an - dessen Wirkprinzip von jedem ernsthaft Interessierten hinlöglich verstanden wird. Daß im unergründlichen WWW dazu die irrsinnigsten Kaffeesatzerkenntnisse auch oder vornehmlich von sich informiert gebenden deutschen Radiosammlern kursieren sollte sich herumgesprochen haben und vor allem soll uns das nicht berühren. Nein, mir geht es um die Frage, was in einem altgedienten Elko für Zerfallsprozesse ablaufen und wodurch sie ausgelöst werden.

Diese Frage entstand im unmittelbaren Zusammenhang mit der umfassenden Reparatur eines gut 55 Jahre alten DDR-Heimtonbandgerätes. Von den im Gerät befindlichen sieben Elkos zeichnet sich ein einziges Exemplar durch eine, nie zuvor von mir beobachtete Abartigkeit aus. Das betreffende Exemplar zeigte sich - wie alle anderen verbauten Elkos auch - in einem äußerlich intakten Zustand. Nach der Öffnung des betreffenden Entzerrergehäuses wurden darin korrodierte Widerstände und Korrosionsstellen am Deckel festgestellt deren Ursache unerklärlich schien denn besagter Deckel befindet sich in normaler Gebrauchslage dieses Truhen-Einbauchassis oben!


Das unterklassige Foto zeigt die durchgefaulte Anschlußfahne eines großen 2 Watt Widerstandes und der darunter befindliche 1 Watt läßt auch deutlich korrosive Erscheinungen an seinem Anschlußring erkennen. Den Deckel hat man sich natürlich spiegelbildlich vorzustellen; er schließt die Bauteilsektion nch oben hin, also gegen das hineinfallen von Fremdkörpern ab. Als Auslöser dieser Oxidationsvorgänge wurde bei der folgenden Zerlegung der unter den Bauteilen zu erkennende Hochvoltelko mit M18 Gewindestutzen ausgemacht. Dieser 16µF/550V ist ein sogenannter "nasser" Typ, was durch seine, auch für 1955 schon enormen Abmessungen von 45 x 50 mm (ohne Einschraubstutzen!) erkennbar ist.

Aus dem gleichen Fertigungsjahr stammt der 16µFF/550V Ladeelko das EZ80-Netzteils mit den Abmessungen von nur 25 x 50 mm Baugröße.

Vornweg: ich habe mich entschlossen, die zwei M18 Elkos in dem Entzerrerblock zu belassen da sie einerseits einen praktischen Lötstützpunkt abgeben und andererseits durch ihre Bauhöhe die beiden Röhren vor mechanischer Beschädigung schätzen. Außerdem werden so auf praktische Weise die beiden großen 18-er Löcher verschlossen Smile
Elektrisch wurden die Alubüchsen durch untergelegte Fiberringe von ihrem Gehäuseanschluß isoliert und damit unwirksam gemacht. Zwar konnten alle drei Exemplare in rel. kurzer Zeit neu formiert werden doch zeigt der Ladeelko eine verringerte Kapazität was dessen Weiterbetrieb in diesem Gerät als nicht zweckmäßig erscheinen läßt. Die beiden 8µF/550V und besagter 16µF/550V wurden durch neue, freitragende Elkos von 10µF/450V bzw. 15µF/450V "unsichtbar" substituiert. Die Kleinheit dieser modernen Bauelemente und deren isolierende Außenhaut ermöglicht eine problemlose Unterbringung im Gehäuseinneren des Verstärkerteils.




Statt des ausgebauten 16µF wurde ein anderer vorhandener aber völlig tauber M18 Elko isoliert montiert. Den ausgebauten Kandidaten stellte ich kopfüber auf den Tisch um ihn zu reinigen.



Als das geschehen war blieb er so stehen und nun begann er zu "leben" - es bildete sich in kurzer Zeit ein Teichlein.



Nach völliger Abtrocknung wenige Stunden später das gleiche Resultat und so hält es den dritten Tag an.

Es ist klar, daß hier die Gummidichtung des Becherbodens versagt hat, nicht klar ist, wieso es zu diesem anscheinenden Überdruck im Inneren kommt. Der Elko ist seit Ewigkeiten nicht mehr am Netz gewesen, seine vor Tagen Erfolgte Formierung verlief unspektakulär so, wie sie das bei jedem langzeitig stromlos gelagerten Elko auch tut: durch kontinuierlichen Röckgang der Stromaufnahme innerhalb einer rel. kurzen Zeitspannen von vllt. 20 Minuten - keinesfalls mehr! Dabe wurde der Becher nichtmal "furzlau". Auch im früheren Leben dieses Bauelementes gab es jkeine kritische Phase die zum Auslösen der Überdrucksicherung geführt hätte.

Was also geht in dem Dingens vor, was passiert hier und warum? Hat jemand schonmal Ähnliches erlebt?
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Zuletzt bearbeitet von MGW51 am 24.10.2011, 13:30, insgesamt einmal bearbeitet
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Beitrag2/15, Verfasst am: 24.08.2011, 15:11   

Betreff:
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Hallo Michael,

ich habe es in dieser Form noch nicht gesehen - das kann ja ber auch nur unter diesen besonderen Umständen auffallen. Üblicherweise wird so ein Teil ja meist entsorgt Wink

Was da passiert? Also ich vermute, dass innerhalb des C aus entweder wirklich verschiedenen Metallen oder aus unterschiedlichen Oxidationstufen zusammen mit dem Elektrolyt ein "Primärelement" entstanden ist, dass sich jetzt über den vermutlich geringen Innenwiderstand und parasitäre Kurzschlüsse entlädt. Dabei entstehen Gase, die den Elektrolyt rausdrücken - bei der Lage sollte das aber irgend wann aufhören und nur noch Gas entweichen ...

Vielleicht ist ja sogar nach Aussen eine Spannung messbar ?
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Gruß TipFox

Zuletzt bearbeitet von TipFox am 20.11.2013, 12:59, insgesamt 2-mal bearbeitet
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Beitrag3/15, Verfasst am: 24.08.2011, 16:04   

Betreff:
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Lieber Jürgen,

Deine Vermutung habe ich soeben mal mittels hochohmigem Digitalmultimeter überprüft.

Polrichtig angeklemmt ist eine Spannung von ca. 0,35 Volt messbar - es findet also eine Elektronenwanderbewegung statt! Nun könnte das auch auf Ladungsreste der vor Tagen vorgenommenen Formierung zurückzuführen sein. Allerdings habe ich den Elko nach der Formierung und anschließender Entladung eine Viertelstunde lang kurzgeschlossen um anschließend die Kapazität zu messen. Er war also definitiv erstmal "leer" gewesen.

Jetzt, nach dem anklemmen an die Meistrippen Erfolgte eine nochmalige Überbrückung der Anschlüsse und wenige Augenblicke nachdem ich den Kurzschluß aufhob begann das Voltmeter wieder gaaaaanz tief im Keller bei 0,04 Volt und ist nach gut fünf Minuten bei 125 Millivolt angelangt - Tendenz aufwärts zeigend Shocked

Achtung Ironie:
Ich habe eine Batterie erfunden!


Na gut, für "Jugend forscht" bin ich nicht eitel genug, aber beobachten werde ich den Fall dennoch weiterhin. Es muß ja irgendwann mal enden. Oder ist das gar das lang gesuchte Perpetuum mobile Question

Der entnehmbare Strom bewegt sich vermutlich im nA Bereich - wenn noch! Also eine praktische Nutzung ist nicht absehbar. Noch nicht :Wink:

Tja, Du hast mal wieder Deinem Nick alle Ehre gemacht!
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Beitrag4/15, Verfasst am: 24.08.2011, 16:31   

Betreff:
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Vielleicht reicht die Batterie ja für solche Zwecke, wie Datenerhaltung im Videorecorder o.ä. Smile

Als Kind habe ich damals einen alten Elko aufgemacht, weil ich wissen wollte, was drin ist. Nach dem "Knacken" des Bechers kam ein Wickel zu Vorschein, wenn ich mich recht erinnere, bestand er aus drei Lagen.
Ein Streifen, der der Haushaltsfolie sehr ähnlich sah.
Ein Streifen von einer Art Zellstoff
Ein Streifen, den man von der Farbe her, mit einem unentwickelten Fotofilm vergleichen könnte.

Wie lang die Streifen nun waren, weis ich nicht mehr, jedenfalls war da noch so ein matschiges Zeug, mit dem wohl der Zellstoffstreifen getränkt war.

Den Alustreifen habe ich dann quer durchs Zimmer gespannt und wollte ihn als Antenne für meinen selbst gebauten Detektor nehmen, weil er so schön breit war gegenüber eines normalen Drahtes. Gebracht hat es neben dem Ordssender aber nicht viel.
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Beitrag5/15, Verfasst am: 24.08.2011, 16:55   

Betreff:
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Also so ganz bewiesen ist meine These noch nicht - lässt sich wohl auch nicht so einfach. Das Problem ist, dass dieser Effekt - also dass nach Kurzschließen eines Elkos nach kurzer Zeit wieder eine Spannung zu messen ist, bei fast jedem Elko beobachtet werden kann. Irgend wo habe ich einmal eine Abhandlung darüber gelesen, aber wie das so ist: keine Ahnung wo Wink


Kondensatoren (und leider nicht nur Kondensatoren) auseinander nehmen und abwickeln - ja, das habe ich als Kind auch gemacht - Riesensauerei Wink

Jedenfalls wusste ich, wie ein Kondensator aufgebaut ist, bevor ich verstand wie er funktioniert ... auch Loewe-Röhren kannte ich bald von innen - ähem ...
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Beitrag6/15, Verfasst am: 07.09.2011, 12:46   

Betreff:
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Die aktuelle Lage an der Front:

Die Blutung ist zum Stillstand gekommen!

Das Teil stand ja die ganze Zeit über weiterhin aufrecht - also auf dem Kopf - und ich hatte es fast schon vergessen Smile

Eine Messung mit dem DMM zeigt reichlich 400 mV an - durch den fließenden Meistrom rollen die Zahlen nach dem Komma freilich sichtbar nach unten durch.

Aber nun kann ich nochwas ganz obskures berichten:
Ein anderer, ebensoalter Hochvoltelko im Kunststoffbecher zeigt eine Spannung von gut 60 mV an. In umgekehrter Polarität Exclamation Wieso hat er "die Seiten gewechselt" ?

Hier finden offenbar komplexe Vorgänge statt, von denen zumindestens ich nicht den Hauch einer Ahnung habe. Ein ähnlicher Fall, Polaritätswechsel, ist mir auch schonmal bei einem Primärelement begegnet.
Die Welt steckt voller Rätsel!
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Beitrag7/15, Verfasst am: 07.09.2011, 16:07   

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Hallo Michael,

ich kann zwar auch nicht im Detail erklären, was da im jeweiligen C läuft - aber im Grunde ist es erklärbar.

Im Elko ist immer ein Elektrolyt und 2 "Platten" - egal wie das konstruktiv aussieht. Im Idealfall sind die Metalle identisch. Einen "Idealfall" gibt es aber nur in der Theorie - also wird es immer Unterschiede geben, z.B. unterschiedliche Oxydationszustände. Dadurch "verrutschen" die Kondensatorhälften auf der chemischen Spannungsreihe und es entsteht eine dem Unterschied entsprechende Urspannung. Die Polarität ist dabei rein zufällig - weil eben auch der Elektrodenzustand zufällig ist ...
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Beitrag8/15, Verfasst am: 07.09.2011, 17:40   

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Zitat:
Im Elko ist immer ein Elektrolyt und 2 "Platten" . . .


Na, ich weiß nicht, im Prinzip steckt doch nur eine einzige aufgewickelte Platte da drin - das zusammengerollte "Löschpapier" mit der aufgedampften Aluminiumhaut. Genauer Aluminiumoxidhaut. Die zweite "Platte" ist ja das Papier mit dem aufgesogenen Elektrolyten, egal ob der nun eingedickt oder wässrig ist. Die Elektronenwanderung findet mithin zwischen der Folie und der "Suppe" statt.

Bei der Formierung entsteht ja aus dem superleitfähigen Reinalu eine Art "Halbleiter" da das Aluminiumoxid isolierend wirkt. Sonst gäbe es ja gleich einen Kurzschluß - was manchmal bei total "eingeschlafenen" Elkos auch wirklich passiert.

Bei einer Batterie, also einem Primärelement oder Akkumulator ist das anders. Dort gibt es zwei Metallplatten und zwischen diesen wirkt der Elektrolyt als Mittler denn das Element soll ja in erster Line seine Energie abgeben. Die basiert auf dem Spannungsgefälle unterschiedlicher Metalle bzw. unterschiedlicher Zustände derselben. Beim Bleisammler stellt ja die sulfatierte Platte auch eine Art Halbleiter dar indem sie zunehmend isolierender wird bis eine Fremdaufladung die Sulfatierung wieder rückgängig macht.
Oh Mann, ich war doch mal ganz gut in Chemie - vor einem halben Jahrhundert. Schrecklich den eigenen Verfall konstatieren zu müssen Mr. Green

Oder bin ich jetzt auf dem Holzwege?

Dennoch werde ich mal versuchen, den umgepolten Elko zu formieren. Natürlich in die richtige Richtung Smile Ich verstehe nicht, wieso es bei der inneren Umpolung keinen Kurzschluß macht Shocked
Rein theoretisch sollte jetzt doch die Oxidschicht auf der Innenseite entstanden sein und die Folie ist nun außen blank . . .

Mal sehen was passiert - zuviel will ich dem C aber nicht zumuten denn diese Dinger sind wirklich sehr selten weil sie oft geborsten sind.
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Beitrag9/15, Verfasst am: 07.09.2011, 19:35   

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Also Michael,

da wäre ich nicht so sicher Wink Schau Dir mal das Innere (und äußere) eines Elko's mal genauer an - da gibt es gleich mehrere Möglichkeiten, wo sich parasitäre Elemente bilden könnten - Du darfst nicht von einem Idealzusatand ausgehen, wie schon erwähnt. Gäbe es diesen, hätten Elkos nicht einen so hohen Reststrom - die "Isolation" (also das Dielektrikum des C's) ist durchaus löchrig - und wo Löcher sind, kann etwas eindringen oder sogar ins Metall diffundieren ...


Was die Stromrichtung angeht: Du sprichst von 60mV - da passiert nix, selbst mit einer Ge-Diode nicht, Elkos dürfen ja eh bis zu 2V in Gegenrichtung "abkriegen", andernfalls gäbe es keine Koppelelko's Wink

Warum soll die Formierung nicht funktionieren ? Wie schon erwähnt: viele Elkos zeigen diesen Effekt und arbeiten trotzdem problemlos ...
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Beitrag10/15, Verfasst am: 08.09.2011, 11:01   

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Lieber Jürgen,

Du hast vermutlich des Pudels Kern getroffen - richtig, in meiner Betrachtung bin ich von einem "ordentlichen" Elko ausgegangen, also einem Teil was so funktioniert wie es bzw. wozu es geschaffen wurde. Die formierte Außenseite des Belages ist aber keine homogene Schicht - egal in welchem Zustand sich der stetige Zerfalls- und Regenerationsprozeß gerade befinden.

Völlig verwirrt hat mich die innere Umpolung - wie ich schon schrieb, ist mir das auch schonmal bei einer ordinären Gnomzelle begegnet und diese ließ sich zwar "aufladen", nahm aber keine Ladung an. Klingt widersprüchlich, ist es irgendwie auch Smile Also kurz erklärt, die Zelle wurde sehr warm im Lader so daß ich sie nach wenigen Stunden wieder herausnahm. An der inneren Verpolung hatte sich garnichts geändert - offenbar war ihr Innenwiderstand derart groß geworden, daß er von dem Pulslader mit der rel. geringen Ladespannung nicht durchbrochen werden konnte. Das hatte ich seinerzeit lediglich achselzuckend quittiert und das Teil weggeschmissen. Wie es halt so ist - man hat ja zuweilen auch noch andere Sorgen am Halse!

Ich werde gelegentlich aber mal einen vorsichtigen Formierungsversuch bei dem Kunststoffelko vornehmen. Viele habe ich von der Sorte leider nicht mehr.


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Beitrag11/15, Verfasst am: 08.09.2011, 11:25   

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Also bei Akkus ist das meist so, wenn mehrere Zellen in Reihe betrieben werden und nicht die nötigen Rahmenbedingungen beachtet werden. Nicht umsonnst sind solche Reihenschaltungen oft zu einem "Pack" geschnürt. Das sind dann Akkus mit nahezu identischen Eigenschaften.

Ist das nicht der Fall, ist irgend wann eine der Zellen schwach oder wird durch Kristallbildung niederohmiger, die anderen treiben aber einen Strom da durch - nur liegt am Pluspol eben der nächste Minuspol und am Minuspol der nächste Pluspol - und das polt den Akku um. Das ist meines Wissens nicht reversibel und bedeutet das Ende für diesen Akku ...


P.S.: man kann jeden _Akku_ umpolen - die Leistung wird zwar geringer (aus konstruktionsbedingten Gründen) - aber grundsätzlich ist das dem Akku egal Wink
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Beitrag12/15, Verfasst am: 08.09.2011, 11:52   

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Ja, bei den "Batteriepacks" ist das so wie Du schreibst. In dem von mir genannten Fall betraf es dagegen eine einzelne Gnomzelle in einer Uhr, eine sogenannte Wegschmeißzelle, Primärelement, wie auch immer. Ich kann nicht mehr exakt sagen ob es eine Alkali-Mangan gewesen ist, doch seit gut zwanzig Jahren benutze ich kaum etwas anderes mehr. Damals waren diese Zellen noch viele Dutzend Male aufladbar und erreichten jedesmal sehr gute Kapazitätswerte von im Mittel 80% ! Das geht mit heutigen Alkaline nicht mehr - die Industrie hat gelernt, die aktive Masse so zu dezimieren, daß nur noch wegwerfen möglich ist weil nach einer Aufladung kaum mehr 50% erreicht werden und ehe man sich versieht, gibt es eine Sauerei und die Zellen laufen aus.

Ich habe im letzten Jahrzehnt weitaus mehr Batterien verbraucht als in meinem ganzen bisherigen Leben! Akkus sind keine Alternative weil sie z.B. in der Kamera nach wenigen Bildern bereits fertig sind. Im Winter braucht man damit nicht erst anfangen - da haben NiCd oder NiMh so gut wie keine Kapazität. Die Alkaline ist jedem Akku haushoch überlegen wenn es um hohe Stromentnahme geht.

Der Bezug zum Ladegerät hat bei Dir unbeabsichtigter Weise einen Akkumulator assoziiert - das ist ja wieder eine andere Baustelle Smile
Allerdings weiß ich nicht wirklich, was in einer Alkaline tatsächlich abgeht Smile

Früher hatten wir nur Kohle-Zink und wenn die schlapp machten, dann wurden sie tagsüber ins Ofenrohr gestellt. Danach konnten sie weiter in der Taschenlampe benutzt werden. Das ließ sich mehrmals wiederholen bis "nichts mehr da war" - dann erst wanderte die Batterie in den Müll. Ausgelaufen ist da nie etwas, außer wenn man das Teil mal vergessen hatte! Da fraß sich der Zinkbecher auf - Sauerei hoch drei Smile
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Beitrag13/15, Verfasst am: 08.09.2011, 12:23   

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Batterien auf den Ofen stellen - das gehörte früher zur Grundausbildung Wink


Na OK, bei den Vorgängen beim "Auffrischen" von Alkalines muss ich auch passen, ich habe noch nicht einmal eine Vorstellung, was da genau passiert - denn eigentlich dürfte es gar nicht funktionieren ...
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Beitrag14/15, Verfasst am: 16.09.2011, 17:45   

Betreff: Der Elektrolyt
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Passend zu dieser Thematik habe ich ein Dokument gefunden, welches leider in schlecht lesbarem Zustand vorliegt - es stammt sicher nicht von meinem Scanner, aber ich weiß auch nicht woher ich es habe!

Für Mitglieder gibt es hier den Link, da das Dokument die Seite aufspannen würde.


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Beitrag15/15, Verfasst am: 25.10.2011, 15:13   

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Zu dem sabbernden Elko aus dem Startbeitrag kann ich vermelden, daß dieser sich ja zwischenzeitlich besonnen hat und augenscheinlich stubenrein geworden ist. Die gespeicherte Ladung ist polrichtig mit ca. 460 mV messbar.

Der ebenfalls 16µF ausgewiesene und nichtmal halb so große Elko im Plastetopf hat seine richtige Polarität wieder angenommen! Das hat mich dann doch wirklich überrascht - die gemessenen ca. 400 mV dagegen schon nicht mehr.

Natürlich werde ich mich - je nach Lust und Laune - auch weiterhin mit eben diesen beiden Elkos beschäftigen. Mal sehen, wenn ich im Raum Freiberg etwas zu tun habe, werde ich dort wohl mal vorstellig werden. Reine Neugier, ist ja nichts anrüchiges Laughing

Mir kam eben der Gedanke, daß es eventuell der Schlüssel zur Entscheidung brauchbar : Schrott sein könnte, wenn sich bei einem abgelöteten alten Elko nach einiger Liegezeit ein solcher Ladungsaustausch nachweisen läßt. Das werde ich mal bei meinen Beständen prüfen und dann berichten.
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