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Elektrolytkondensator - Lebensdauerklassifizierung
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MGW51
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Beitrag1/2, Verfasst am: 21.02.2012, 15:44   

Betreff:   Elektrolytkondensator - Lebensdauerklassifizierung
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Das ist einer der Punkte, den die einschl?gigen Bauteileh?ndler in wohl keinem Fall beantworten können oder wollen und - nicht zu vergessen - der von den Bestellern aus dem Hobbysektor in aller Regel aus Unkenntnis nicht abgefragt wird. Man orientiert sich zeittypisch lieber am Stückpreis, dann an der BauGröße und danach bestenbfalls an der Dicke der Anschlußdr?hte.

Letzteres ist sehr oft einer der wichtigsten Aspekte bei der Reparatur neuzeitlichen Geräts, besonders bei durchkontaktierten und erst recht bei Mehrebenenplatinen. Die Drahtst?rkenmüssen exakt den Originalteilen entsprechen und dürfen maximal um 0,05 mm abweichen. Das grenzt die Auswahl schonmal stark ein!

Warum diese Schikane der Gerätehersteller?
Nicht immer ist es eine wirkliche Schikane sondern eine technische Notwendigkeit da an diesen Positionen ausschließlich speziell getypte Bauelemente eingebaut werden sollten. Weil die sich rein optisch nicht von ihren Standardbr?dern unterscheiden lassen und ein Bestückungsautomat einmal nur falsch befällt für einen unermeÖlichen Schaden sorgen kann, hat man eben diesen Weg gewählt. In erster Linie handelt es sich dabei um sogenannte schaltfeste Kondensatoren. Auch Kondensatoren mit speziellem temperaturfesten Elektrolyten sind so bedrahtet. Man kann also diese Teile ohne Probleme bei Standardanwendungen benutzen aber man kann sie nicht dur "Allerweltselkos" ersetzen. Die Gefahr daß selbige explodieren ist sehr groß. Wer das mal unmittelbar am offenen Gerät erlebt hat, wird es kein zweites Mal draufankommen lassen wollen!

In den Geräten der sogenannten klassischen Heimelektronik finden sich derartige Bauelemente aber nicht. Sie tauchen gelegentlich bei Resteverwertern wie Oppermann, Pollin u.a. zu sehr kleinen Preisen auf und man kann sie getrost als hochwertigen Ersatz abfassen.

In den klassischen RöhrenGeräten haben wir es aber, von Fernsehgeräten abgesehen, bei den Lade- und Siebkondensatoren des Netzteiles mit gänzlich anderen Bauelementen zu tun. Dort beherrschen kleine bis mittelgroße Kapazitäten in höchsten Spannungsfestigkeiten das Bild. Um mal ein paar Hausnummern zu nennen:

HeimGeräte der 60-er Jahre arbeiten mit ihren modernen Miniaturröhren fast nie mit einer höheren Betriebsspannung als 250 Volt. Abh?ngig vom verwendeten Gleichrichter ist die Kapazität des Ladekondensators nach oben hin festgeschrieben. Bei der EZ80 beispielsweise darf die Kapazität 50µF nicht überschreiten, bei der AZ12 sind 60µF zulässig und bei den Wechselstromröhren der Stahserie EYY13, EZ11 und EZ12 dürfen nicht mehr als 32µF auf das Rohr arbeiten. Wer glaubt daß das sehr wenig sei, begebe sich mal in die Niederungen des Beginns der RundfunkÄra, in die Zeit da man noch keine Elektrolytkondensatoren kannte oder diese nahezu mit Gold aufzuwiegen waren. Da ist man mit Siebmitteln ganz anderer Dimension zurande gekommen. Blöcke mit 4 bis 8µF sicherten einen brummfreien Empfang. Das ist möglich weil einesteils die damaligen Leistungen der Verstärkerröhren deutlich kleiner waren, der Gleichrichter also viel weniger Strom liefern mußte und zugleich lagen die Betriebsspannungen auch nicht selten bei 300 bis 350 Volt unter Last! Im Leerlauf also noch weit darüber weswegen die Spannungsfestigkeit der Blöcke nicht selten bei 750 Volt liegt. Elkos dagegen sind nur bis 550 Volt Spannungsfestigkeit üblich, heute gibt es solche für 600 Volt.

Wir sehen also, daß es eine ziemlich feste Abh?ngigkeit zwischen der Betriebsspannung auf der einen Seite und der erforderlichen Kapazität auf der anderen Seite gibt. Dieses verhältnis ist tunlichst einzuhalten - wobei man stets im Hinterkopf haben soll, daß MassenbauElemente einer recht großen Toleranz unterliegen. Bei damaligen Aluminiumelkos liegen die Fertigungstoleranzen im Bereich zwischen 20 und 30 % der Nennkapazität, nicht der Spannungsfestigkeit, welche vom Material des Dielektrikums bestimmt wird. Dieses Dielektrikum ist leider keine feste oder konstante Größe über die gesamte Lebensdauer eines Kondensators - Ausnahmen bleiben mal unber?cksichtigt.
Bei den Blockkondensatoren unterliegt das papierne Dielektrikum einem chemischen Zerfallsprozess der nicht reversibel ist. Besonders hochwertige Papierkondensatoren sind deswegen mit Vaseline oder speziellen Ölen impr?gniert und hermetisch in Bechern verlötet. Die Öle sollen einerseits der vollständigen Luftverdr?ngung dienen und andererseits isolierend wirken. Bei sogenannten MP-Kondensatoren kommt noch ein weiterer Effekt hinzu: Wenn ein MP durchschlägt, dann verdampft er dabei den Metallbalag an der Stelle des Durchschlages, heilt sich somit selbst anstatt einen KurzSchluß zu erzeugen. Das Öl unterbindet hier wirksam ein entflammen des Dieelektrikums. Die Spannungsfestigkeit leidet bei den MPs nicht, wohl aber sinkt die Kapazität im Laufe der Jahre.
Ganz anders verhält es sich bei einem klassischen Aluminiumelko Exclamation
Ohne auf die Unterschiede zwischen Elkos mit freiem Fl?ssigelektrolyt oder mit eingedicktem, papiergebundenem Elektrolyten, mit rauher oder glatter Anode einzugehen ist diesen Kondensatoren eines gemeinsam: Sie verlieren ihr lebensnotwendiges Dielektrikum mit anhaltender stromloser Lagerung; es l?st sich einfach in Nichts auf, ist eben "weg". Das war die schlechte Nachricht. Die gute heißt: in mindestens 90% aller Fälle da der Elko äußerlich völlig unbeschädigt und sauber ist, kann das Dieelektrikum auf einfache Weise neu aufgebaut werden. Der Prozeß heißt formieren und hat nichts mit formatieren zu tun. Bei letzterem werden bestimmte physikalische Strukturen auf einer vorhandenen Ebene angelegt. Beim formieren dagegen wird diese Ebene aus sich heraus als chemischer Prozeß neu erzeugt. Dieser Prozeß wird einmal bei der Herstellung angewandt und hält dann etwa ein halbes Jahr vor. Wenn in der Zeit das Bauteil nicht benutzt wird, muß der Prozeß neu initiiert werden ehe die regelgemäße Nutzung beginnen darf. (Wird das mi?achtet, dann riskiert man u. U. nicht nur den Gleichrichter sondern auch den Tod des Netztrafos und das sollte man sich reiflich überlegen!)

Dazu ist es lediglich notwendig, einen streng begrenzten Stromfluss durch den Patienten zu jagen. Im Verlauf der Prozedur darf die Temperatur, welche ein Zeichen für den Stromfluss ist, möglichst nicht merkbar ansteigen. man kann mit reinem Gleichstrom formieren, als besser hat es sich aber erwiesen, eine Halbwellenformierung zu fahren, also mit simpler Einweggleichrichtung zu arbeiten. Zur Strombegrenzung eignet sich eine Kleinleistungsgl?hlampe besonders gut. Man benötigt kein weiteres Me?instrument, die Intensität des Leuchtens ist ein direkter Indikator für das Fortschreiten des Prozesses und bei erloschener Lampe kann der Patient als geheilt gelten.

Das ist nicht auf meinem Mist gewachsen sondern wird so seit Jahrzehnten von unserem Jacob praktiziert. Ich Depp hatte mir seinerzeit ein unnötig komplizietes und ziemlich monströses StromversorgungsGerät mit automatischer Strombegrenzung gebaut. Fetter Trafo mit EZ12 und sauberer Gl?ttung nebst Regelröhre und Relais sowie zwei großen Rundinstrumenten - einfach irre Smile Seit ich Jacobs Methode verwende habe ich ein 19" EinschubGerät weniger und kann sogar ganze Kondensatorbatterien auf einen Schlag formieren.

Klassische Becherelkos mit M18 Befestigungsgewinde sind aus laufender Neufertigung sowohl mit 350V als auch mit 450V Spannungsfestigkeit recht preiswert erhältlich. Allerdings nur noch in eingeschränkter Auswahl. Es gibt sowohl 47µF als Einzel- wie auch als Doppelelko und ebenso sind 100µF als Einzel- und Doppelelko lieferbar.
Mit 100Volt Nennspannung ist die kleinste Größe mit 470µF und einer Abmessung von 25x40mm durchaus interessant im Bereich gleichstromgeheizten Eingangsröhren.

müssen oder sollen klassische Becherelkos kleiner Kpazitätswerte ersetzt werden, bedient man sich zuerst entsprechend spannungsfester axialbedrahteter Elkos die dann freitragend in die Schaltung eingelötet werden können. Das Angebot in der Klasse 450V umfasst 2,2 / 4,7 / 10 / 15 und 22µF wobei nur die Werte 10, 15 und 22µF von Interesse sind. Damit lassen sich die seinerzeitigen Größen 8µF, 16µF, 25µF und 32µF sowie auch 50µF problemlos substituieren. Die kapazitive Fertigungstoleranz reicht von -10 bis +30% was konkret bedeutet, daß man im Extremfalle statt nomineller 44µF tatsächlich fast 60µF oder aber nur etwas um die38µF verbaut hat! Das ist die normale Bandbreite und kein Grund zur Besorgnis! Wer es ganz genau machen will, muß seine Teile eben exakt ausmessen - bei Elkos ist das aber nicht ganz einfach!

Es gilt zu beachten, daß die maximale Temperatur von 85?C keinesfalls überschritten werden darf wenn man Wert auf langes Elkoleben legt! Aus dem Grunde montiere ich diese Teile lieber freitragend unter dem Chassis statt sie in die alten Becher zu implantieren. Nicht selten stehen die Becher sehr nahe bei den Röhren und die können mit Kolbentemperaturen von weit über 100?C schnell für Ungemach sorgen. Anders als die alten Becher können die Implantate nämlich nicht von der Au?enluft gek?hlt werden da sie von einer recht gut isolierenden LufthÖlle umgeben sind die sich ihrerseits im Becher nur immer weiter aufheizt.

Fortsetzung folgt!
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Grüße aus der Lausitz von MichaelZ.

Die Reform der Rechtschreibung ist ein Symptom dafür, daß die Deutschen ihre Sprache nicht lieben.
(Eugen Ruge, Schriftsteller, 2018)
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Beitrag2/2, Verfasst am: 21.02.2012, 21:30   

Betreff:
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Eine Alternative sind Elkos mit radialen Ansch?ssen. Deren Temperaturfestigkeit ist mit 105?C aber dann schon wirklich nahezu ausgereizt. Die Lebensdauer ist mit 1.000 Betriebsstunden angegeben. für ein Gerät was tagtäglich im Einsatz sein soll ist das anscheinend nicht sehr viel. Doch diese 1.000 Stunden sind eben bezogen auf einen Temperaturbereich von -25 bis +105? und es ist folglich so, daß bei durchgängig niedrigeren Temperaturen die Lebensdauer entsprechend h?her zu erwarten sein wird. Hier stehen bei den 450V-Typen Kapazitäten von 0,47µF bis 68µF fein gestaffelt zur Verfügung. Bei 350V kommen noch 100µF und 150µF hinzu. Die kapazitätstoleranz beträgt bei den radialen Typen +/- 20%.

Wenn man ein paar Groschen mehr anlegt, kann man radiale Elkos mit Nennspannungen von 250, 400 und 450Volt in den Kapazitäten von 4,7?, 10?, 22?, 47? und 100µF erwerben, deren Lebensdauer bei gleichen Einsatzbedingungen f?nfmal so hoch, also 5.000 Stunden beträgt.

Das ist noch nicht das Ende der Fahnenstange, es gibt auch noch eine Typisierung für 7.000h und als Nonplusultra sind mir niederkapazitive Hochvoltelkos mit einer Brauchbarkeitsdauer von 12.000 Stunden bei 105?C Betriebstemperatur bekannt.

Das geht dann aber auch schon richtig ins Geld wenn man sich da jeweils mit 100-er Packs eindecken möchte Mr. Green
Notwendig sind solche Bauelemente wirklich nur in seltenen Fällen.

Eher ist es mal erforderlich, zu einer höheren Nennspannung greifen zu müssen. Doch bevor man sich dazu entschließt, sollte man lieber zwei gleiche Kapazitäten doppelter Größe in Reihe schalten. Pi x Daumen ergibt das dann die doppelte Spannungsfestigkeit bei halber Gesamtkapazität oder anders ausgedrückt, die Kapazität bleibt gleich 1 und die Nennspannung verdoppelt sich. Bei Parallelschaltungen von gleichen Kapazitäten ist es gerade umgekehrt: Die Kapazitäten addieren sich und die Nennspannung bleibt gleich 1.
Werden Elkos zur Spannungs- oder Kapazitätserh?hung zusammengeschaltet, dann ist man gut beraten dies immer nur mit Bauteilen der gleichen Größe, des gleichen Wertes und möglichst der gleichen Fertigungscharge zu tun.

Bei anderen Kondensatoren kann man prinzipiell "wild" zusammenschalten, freilich nur unter Beachtung des Grundsatzes, daß z.B. ein Rohrkondensator nicht mit einem Duroplast kombiniert wird. Das geht nie gut! Man muß schon Bauelemente von gleicher Beschaffenheit verpaaren, möglichst auch von gleichem Alter.

für die Nennspannung 500 V und 7.000 Brauchbarkeitsstunden bei 85?C gibt es kleine Elkos für Leiterplattenmontage - die haben also keine Drähte mehr sondern nur ganz kurze Beinchen. Der kleinste Wert ist da aber mit 470µF weit außerhalb dessen was in einem RöhrenGerät an Hochvoltelkos benötigt wird bzw. verwendet werden kann.

Dutzende anderer Typen erfüllen bezüglich der KapazitätsGröße nicht unsere Anforderungen und/oder sind nur im niederen Spannungsbereich bis max. 100V erhältlich. Auf gut Deutsch: die bekommt man bei jedem Bäcker.
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Grüße aus der Lausitz von MichaelZ.

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