immer wieder liest oder hört man von einer Kapazitätsänderung bei gealterten Kondensatoren. Dabei geht es oft um eine Erhöhung der Kapazität durch Zunahme des Leckstroms. Dabei stellt sich die Frage ob denn die Kapazität tatsächlich grösser geworden ist, oder wird durch den vorhandenen Leckstrom das jeweilige Messgerät so beeinflusst, das es scheinbar einen größeren Wert anzeigt? Ein Kondensator besteht ja grob gesagt bekanntlich aus zwei gegenüberliegenden leitenden Platten mit einer Isolationsschicht dazwischen. Je grösser die Platten um so grösser die Kapazität. Würde die Kapazität tatsächlich ansteigen, dann müssten die Platten also grösser werden. Der Kondensator würde also wachsen. Tut er aber (bis auf wenige Ausnahmen ) nicht. Also müsste man von einer Fehlmessung aufgrund des Leckstroms ausgehen. Die Kapazität bleibt erhalten und somit auch das Frequenzverhalten. Die Dämpfung dürfte allerdings bedingt durch den Leckstrom etwas grösser werden. Sehe ich das richtig?
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Airwaves: Würde die Kapazität tatsächlich ansteigen, dann müssten die Platten also grösser werden.
oder der Abstand der Platten wird geringer. Hier müsste das Delektrikum 'schrumpfen', oder es verändert sein vielleicht durch eindringende Feuchtigkeit.
Ich messe meine Kondensatoren mit einer selbst gebauten Schaltung (R/C-Integrator <IVC102U>), wobei ich die Kapazität durch die Ladekurve in einer festgelegten Zeit erhalte. Hierbei kann man Leckströme an einer unlinearen Steigung der Ladekurve auf dem Oszi gut erkennen.
ja eine Änderung des Dielektrikums wäre vielleicht eine Möglichkeit. Interessanterweise messe ich mit drei verschiedenen Messgeräten drei verschiedene Werte der Kapazität bei gealterten Kondensatoren. Bei fabrikneuen sind die Ergebnisse bis auf minimalste Abweichungen gleich und im Sollbereich. Das lässt sich sicherlich durch unterschiedliche Messfrequenzen der jeweiligen Messgeräte erklären. Also doch zumindest ein Einfluss auf das Frequenzverhalten. Die Kapazität allein dürfte aber nicht für das unterschiedliche Ergebnis verantwortlich sein, die müsste ja immer gleich sein. Vermutlich ist Deine Methode da etwas präziser .
Der Zustand bzw. Veränderungen des Dielektrikum nehmen bekanntermaßen direkten Einfluss auf die Kapazität. Bei Alterung in Richtung Kapazitätsänderungen können Dielektrika, das Trägermaterial aber auch die Struktur der integrierten Plattenflächen verändert sein, was chemische Reaktionen evtl. auch äußere mechanische Leckstellen bewirken können. Gut denkbar, wenn man die sehr dichte Materialstruktur der meist kleinen Rollen- oder "Malzbonbonformen" der Kondenstoren betrachtet. Den Nutzer oder Techniker mag das mitunter verunsichern, am Ende aber doch zum benötigten C-Wert führen.
wenn ein veränderter Leckstrom die Ursache einer am Messgerät angezeigten Kapazitätserhöhung ist, könnte man das ja mal mit hochohmigen Widerständen simulieren. Also eine Parallelschaltung, um zu sehen welche Auswirkung dies auf die Messung hat.
Die Toleranz ist bei vielen Kondensatoren erheblich. -10 bis + 20% keine Seltenheit. Bei 10uF wären das dann 9uF / 12uF. Hat man solch einen Kondensator am Gerät....denkt man häufig der ist vielleicht nicht mehr ganz i.O. Ist aber noch voll im Rahmen. Die sogenannte Formierung von Elkos ist ja auch so eine Sache. Dabei wird ja eine verlorengegangene Oxidschicht auf dem Wickel gebildet. Unformierte alte Kondensatoren ziehen einen höheren Strom. Dies kann dann zu Erwärmung und zum Platzen bzw. Durchschlagen führen. Virtuell müsste solch ein Kondensator mit einem Messgerät auch eine höhere Kapazität anzeigen und nach der Formierung eher weniger haben.
Bei Kondensatoren müssen wir zunächst grob zwischen unipolaren Kondensatoren in Form von Wickel- und Scheibenkondensatoren, sowie gepolten Kondensatoren in Form von Elektrolytkondensatoren unterscheiden. Unipolare Kondensatoren werden in den Toleranzbereichen Plus/ Minus 1 %, 2,5 %, 5 %, 10 % und 20 % hergestellt. Durch Änderungen des Dielektrikums durch chemische Prozesse oder durch Feuchtigkeit kann sich die Kapazität sehr stark nach oben verändern. Eine Zunahme der Kapazität auf mehr als den doppelten Wert sind durchaus möglich. Solche Kondensatoren müssen ersetzt werden. Ein ohmscher Nebenschluss fällt meist nicht ins Gewicht.
Bei Elektrolytkondensatoren kommt es zu einer Erhöhung des Reststroms auch nach Nichtgebrauch bei Lagerung. Solche Elkos können formiert werden. Im Betrieb fallen Elkos durch Kapazitätsverlust oder durch Kurzschluss aus. Die Toleranz kann bis zu Plus 50 % betragen. Das ist aber dann auf dem Elko ausgewiesen.
Bei Kapazitätsmessgeräten ist der Aussagewert der Messung von der Qualität des Messgerätes abhängig. Von meinen zehn Kapazitätsmessern lieferte nur einer ein exaktes Ergebnis. Sieben! lieferten nur Hausnummern ohne Aussagewert. Ich beziehe mich hierbei nur auf Elkos!
Soweit eine kurze Einschätzung des Sinns von Messungen an Elkos.
Viele Grüße. Wolle.
Die sechs Phasen der Planung: Begeisterung, Verwirrung, Ernüchterung, Suche nach den Schuldigen, Bestrafung der Unschuldigen, Auszeichnung der Nichtbeteiligten.
Du hast jetzt weit ausgeholt und die ganze Problematik nochmals gut zusammengefasst. Diese Details sind mir schon klar.
Wolle: Durch Änderungen des Dielektrikums durch chemische Prozesse oder durch Feuchtigkeit kann sich die Kapazität sehr stark nach oben verändern. Eine Zunahme der Kapazität auf mehr als den doppelten Wert sind durchaus möglich. Solche Kondensatoren müssen ersetzt werden. Ein ohmscher Nebenschluss fällt meist nicht ins Gewicht.
Diesen Punkt können wir diskutieren. Ich halte eine Veränderung des Dielektrikums durch Feuchtigkeit durchaus als eine Art ohmschen Nebenschluss, da die Isolation zwischen den Wickellagen abnimmt. Ich mag ja solche Versuche und werde dies die nächsten Tage untersuchen.
Wolle:Bei Kapazitätsmessgeräten ist der Aussagewert der Messung von der Qualität des Messgerätes abhängig. Von meinen zehn Kapazitätsmessern lieferte nur einer ein exaktes Ergebnis. Sieben! lieferten nur Hausnummern ohne Aussagewert. Ich beziehe mich hierbei nur auf Elkos!
Ja....das ist so. Nimmt man aber verschiedene Messgeräte oder auch eine professionelle Messbrücke mit Vierpunktmessung...dann sieht man zwar Abweichungen, aber wenn man eine gewisse Preisklasse nicht unterschreitet ergeben sich schon relative Genauigkeiten. Wer kennt schon die genauen Datenblätter der Messgeräte und oder auch der Bauteile die ausgemessen werden sollen. Da ich mit dieser Problematik auch beruflich zu tun habe,....will ich ein Beispiel geben. Eine Drossel ist in einer Stückliste mit xxx mH angegeben. Bei einer Stichprobenprüfung im Wareneingang wird eine Abweichung festgestellt. Ein großes Chaos beginnt und die besten Messgeräte werden hervorgeholt. Jedes zeigt andere Abweichungen zur Sollvorgabe. Jede Drossel hat ähnliche aber falsche Werte bzw. Abweichungen. Schaut man sich aber das Datenblatt des Tuberkels genau an...so erkennt man, die Vorgabe bezieht sich auf eine Messung im Sättigungsverhalten der Drossel. Ja und so ist das Ganze eigentlich ein Dokumentationsproblem in der Stückliste, bzw. das falsche Messgerät oder Messaufbau ist für die Stichprobe genutzt worden. Mit einem Mess- Strom von z.B nur 50mA ist solch ein fettes Eisenviech einfach nicht zu überprüfen, auch wenn die Messbrücke 3000Euro gekostet hat. Es sei denn, dass im Datenblatt eine Angabe für solch einen Mess- Strom und oder auch Messfrequenz aufgeführt ist.
Bei C's ist das natürlich erheblich einfacher....und es zeigt wer MIST MIST MIST....
Feuchtigkeit im Dielektrikum (insbesondere Papier) erhöht nicht nur den Leckstrom, sondern auch die Kapazität, denn die Dielektrizitätszahl von Wasser ist ziemlich hoch (so um 80 herum, während bei Papier und Kunststoffen <10), zudem füllt das die Lufträume im Papier, was ebenfalls die Dielektrizitätszahl erhöht. Bei hohen Gleichspannungen und Feuchtigkeit gibt zu zudem elektrolytische Zersetzung des Papiers, was die isolierende Schicht dünner werden lässt (bis zum Kurzschluss) und somit ebenfalls die Kapazität erhöht.
Ein weiterer Grund für die Kapazitätserhöhung ist rein mechanischer Natur. Bei Kondensatoren, die aus Metallfolien (statt aufgedampften Metallschichten) hergestellt sind, gibt es zwangsläufig Luft zwischen den Metall- und Isolationsfolien. Mit der Zeit wird diese Luft durch den mechanischen Druck, allenfalls unterstützt durch Vibrationen oder elektrostatische Kräfte, aus den Kondensator herausgedrückt, so dass die Metallfolien näher zusammenrücken und damit die Kapazität ansteigt. Dieser Anstieg ist zwar nicht riesig, kann aber ohne Weiteres 10% betragen, was bei 'genauen' Kondenastoren natürlich Probleme gibt. Mechanischer Stress (Biegen, Zusammendrücken) hat den gleichen Effekt, manchmal auch das Gegenteil, wenn man eine Luftblase erzeugt.
Bei Einfach-Messgeräten (DVM) wird häufig die Ladezeit bei einem definierten Strom gemessen, und da täuscht natürlich der Leckstrom eine höhere Kapazität vor. "Richtige" C-Meter dagegen messen mit Wechselstrom und unterscheiden zwischen dem kapazititven Blindstrom, der für die Kapazität relevant ist, und dem ohmschen Strom von Parallel- und Seriewiderständen.
Ich habe noch ein Sortiment an ausgebauten antiken Papierkondensatoren, die ich bei Gelegenheit mal im Geschäft ausmesse und eventuell auch quäle, um zu sehen, wie robust die verschiedenen Typen sind.
vielen Dank für die weiteren Ausführungen. Angeregt durch Jörgs Vorschlag einen gealterten Kondensator zu simulieren, habe ich ein kleines bisschen experimentiert. Würde nur eine reine Kapazitätsveränderung vorliegen, dann müssten ja alle Messgeräte diese exakt gleich anzeigen. Was ja nicht der Fall ist. Die Messgeräte zeigen hingegen bei fabrikneuen Kondensatoren den "gewünschten Wert" an. Es muss also ein weiterer Einfluss auf das Messergebnis vorhanden sein. Ich beziehe mich da nun rein auf Papierkondensatoren. Schaltet man sehr hochomige Widerstände von mehreren Megaohm zu einem völlig intakten Kondensator parallel, so hatte dieses zumindest bei meinen beiden verwendeten Messgeräten erstaunlicherweise keinen Einfluss auf das erzielte Messergebnis. Erst unter 500 Kiloohm!! machte sich ein Einfluss bemerkbar. Dahingehend das die Kapazität sogar eher kleiner wurde als grösser. Weit unter einem Kiloohm stieg der Wert wieder an. Derart niedrige Werte liegen aber meist nicht vor.
Ich vermute nun, das noch ein weiterer Einfluss das Messergebnis bei gealterten ( Papier) Kondensatoren verfälschen kann. Meine Überlegung: die Kondensatoren verändern sich durch elektrochemische Prozesse dahin gehend, das sie zu einem galvanischem Element ( Batterie) werden. Dann würde noch eine minimale Gleichspannung auf das jeweilige Messgerät einwirken, und das Messergebnis verfälschen. Könnte das sein?
dass der Kondensator zu einem galvanischen Element wird kann ich eigentlich nicht glauben, aber sag niemals nie. Schön das Du mal mit den hochohmigen Widerständen experimentiert hast. Also ein Einfluss ist zwar vorhanden, aber halt in entgegengesetzter Richtung. Ich halte genau den Punkt den HB9 angesprochen hat für richtig. Das Messverfahren ist der Knackpunkt.
HB9: Bei Einfach-Messgeräten (DVM) wird häufig die Ladezeit bei einem definierten Strom gemessen, und da täuscht natürlich der Leckstrom eine höhere Kapazität vor. "Richtige" C-Meter dagegen messen mit Wechselstrom und unterscheiden zwischen dem kapazititven Blindstrom, der für die Kapazität relevant ist, und dem ohmschen Strom von Parallel- und Seriewiderständen.
Ich habe leider für solche Versuche gerade nicht das richtige Messgerät zur Hand. Die angesprochene Wechselstrommessung im Vergleich zur Ladekurvenmessung...also nach der Zeitkonstante Tau, ist aus meiner Sicht der Punkt.
Bei einer Wechselstrommessung kommt es auch darauf an, wie genau die Auswertung ist. Es gibt ja dann einen Real- und Imaginäranteil der sich als komplexer Widerstand abbildet. Mit einer guten Messbrücke könnte man solch einen alten Kondensator gut überprüfen und die verschiedenen Anteile direkt anzeigen lassen und auch den Einfluss unterschiedlicher Messfrequenzen ablesen.
Um zu Überprüfen ob ein einfaches Kapazitätshandmessgerät oder Multimeter mit Wechselspannung prüft.. kann schnell erkannt werden. Einfach mal einen Kristallhörer, oder hochohmigen Kopfhörer angeschlossen...oder das Oszi ran. Meistens 1V/ 1kHz.
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) nicht. Also müsste man von einer Fehlmessung aufgrund des Leckstroms ausgehen. Die Kapazität bleibt erhalten und somit auch das Frequenzverhalten. Die Dämpfung dürfte allerdings bedingt durch den Leckstrom etwas grösser werden. Sehe ich das richtig?
vielleicht durch eindringende Feuchtigkeit.
