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  • »Matthias M« ist der Autor dieses Themas

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Freitag, 7. Februar 2014, 01:49

Wie lange leben eigentlich Kondensatoren?

Moin, moin,

mit der Titel-gebenden Frage beschäftige ich mich aus immer wieder aktuellen Anlässen und habe versucht, eine Antwort zu finden. Helfen wird die allerdings niemandem ... ;)


Wie lange leben eigentlich Kondensatoren?

Diese Frage stelle ich immer mal wieder und immer mal wieder bekomme ich keine befriedigende Antwort. Klaus Hornburg (Art Audiophile) griff, als Antwort, einmal in seine Vorratskiste, holte einen zwanzig Jahre alten Folienkondensator heraus, hielt ein Vielfach-Meßgerät daran und antwortete so etwas wie: Geht noch.
Hanns-D.Pizonka (Elektor, Klang&Ton) antwortete auf andere Weise: Alles sei endlich. Kein Problem, auch langlebige Bauelemente zu bekommen. Schließlich könne man ja auch nicht alle paar Jahre in den Weltraum fliegen, um an Satelliten zu löten. Man müsse halt bereit sein, den Preis für langlebige Bauelemente zu bezahlen.

Und was bedeutet das nun für den Zustand meiner alten Geräte?

Beispielsweise F&T veröffentlicht auf seinen Datenblättern auch Zusagen für die Lebensdauer. So soll ein für 85°C Temperaturfestigkeit ausgelegter Elko Typ GMA, den ich zum Beispiel als Siebelko in einer Endstufe kenne, eine Lebensdauer von mindestens 8.000 Betriebsstunden haben. Das entspricht einem Jahr Dauerbetrieb.
Wenn ich die zu erwartende Lebenserwartung einer Endstufe mit zehn Jahren ansetze, dann bedeutet das, im Jahr dürfe sie 800 Stunden laufen. Das sind etwa 66 Stunden im Monat, also 2,2 Stunden am Tag. Jeden Tag.
Und wenn die Endstufe nicht im Class A-Betrieb läuft, dann wird sie auch nicht so warm. Hoffentlich. Damit steigt die Lebenserwartung der Elkos! Sie verdoppelt sich schon, wenn die Temperatur konstant um 75° läge. Überschritte sie die 50°C nicht, dann könne man mit 200.000 Stunden Lebenserwartung rechnen. Das wären über 55 Stunden am Tag, wenn man die zehn Jahre Betriebsdauer zu Grunde legt. Das müsste reichen.

Nun liegen vor mir aber Aluminium-Elkos einer prominenten Marke, die das Produktionsdatum 2/87 tragen und, wie ich die Endstufe kenne, nie einen Class A-Betrieb gesehen haben. Trotzdem sind sie im vergangenen Jahr, während die Endstufe lief, ausgelaufen.
Entweder ist die Endstufe mehr als 0,9 Stunden täglich über 25 Jahre gelaufen, oder das regelmäßige Ein- und Ausschalten hat Auswirkungen auf die Lebenserwartung von Elkos. Einschalten bedeutet eine Spannungsspitze. Ist es das?
Oder gibt es mehr Einfluß-Faktoren für die Lebenserwartung eines Kondensators?


Das Problem ist, verbindliche Vorgaben zur Ermittlung und zur Beschreibung der Lebensdauer von Kondensatoren gibt es nicht. In der IEC60484 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Dauerspannungsprüfung (Endurance) definiert. Es ist jedoch niemand verpflichtet, diese durchzuführen. Das gleiche gilt für die IEC60384 und die IEC68-2-78, bei denen zwar die Einflüsse der Luftfeuchtigkeit berücksichtigt werden, dies jedoch ohne angelegte Spannung. Eine DIN zur "Brauchbarkeitsdauer" wurde inzwischen zurückgezogen. Lediglich in der EIA IS-749 wird versucht, ein einheitliches Verfahren für Lebensdauertests zu definieren.
Insbesondere in englisch-sprachigen Handbüchern und Datenblättern gibt es jedoch noch eine Vielzahl von Begriffen, die die Lebensdauer von Kondensatoren thematisieren, bei denen jedoch das Verfahren, das den Angaben zu Grunde liegt, und ebenso die zur Anwendung gekommenen Brauchbartkeits-Grenzen, unklar bleiben.
Welche Bedeutung hat also die Zahl am Ende?

Nebenbei kann man nicht davon ausgehen, das Hersteller-Versprechen habe immer eine Aussagekraft selbst für einen innerhalb der vorgesehenen Betriebspunkte eingesetzten Kondensator.
Immer gibt es bei der Produktion einen Ausschuß, der sich in sogenannten "Frühausfällen" zeigt, die bei einem Markenhersteller eher nicht im Verkauf landen sollten. Es sind jedoch auch Fälle bekannt, in denen eine ganze Charge aus "Frühausfällen" bestand, die in den Handel gelangt waren!
Aber auch bei einem Markenhersteller liegt selbst der Anteil der in den Handel gelangten Elkos, die bei einer "Dauerspannungsprüfung" (IEC60384-4) Werte außerhalb der Toleranzen zeigen, bei bis zu 7% der Produktion. So verstehe ich Dr. Albertsen's Einlassung in seinem Artikel zur Elko-Lebensdauerabschätzung aus 2009 (s. Quellenliste).


Fraglos ist, ein Elektrolyt-Kondensator hat eine begrenzte Lebensdauer. Auch bei modernen Elkos resultiert diese aus einem nutzungsbedingten Verbrauch und zeigt sich durch eine allmähliche Veränderung seiner elektrischen Parameter, dem sogenannten "Drift".
Die wichtigste Größe für das Maß des Drifts ist die effektive Temperatur, die auf den Kondensator wirkt.

Unabhängig von der Bauweise des Elkos kann schon die Spannungs-lose Lagerung einem solchen Bauteil zusetzen. Wenn nämlich eine zu warme Lagerung erfolgt, kann es zu einer beschleunigten Alterung kommen, während gleichzeitig eine "Selbstheilung" des Kondensators nicht erfolgt.

Wenn man sich für die Lebenserwartung eines im Betrieb befindlichen Elkos interessiert, dann hat man zunächst zu klären, ob es sich um einen mit festem oder mit flüssigem Elektrolyt handelt.
Ein flüssiges Elektrolyt verdunstet über die Betriebsdauer des Elkos. Um so höher die Betriebstemperatur, desto schneller. Dabei verringert sich die Kapazität, und der äquivalente Serienwiderstand und die Impedanz nehmen zu.
Insbesondere durch eine Überlastung kann eine große Menge Elektrolyt gleichzeitig verdampfen und das Volumen des Kondensators plötzlich erhöhen. Um die Konsequenzen in Maßen zu halten, verfügen die meisten Elkos, die mit flüssigen Elektrolyten arbeiten, über eine Sollbruchstellen im Gehäuse, die als eine Art Überdruck-Ventil dient.

Aber wie lange dauert es denn nun, bis ein Elko nicht mehr die versprochenen Leistungen erbringt?
Der Hersteller eines Elkos wird in seinem Datenblatt das Ergebnis eines "Endurance Test" angeben, so wie ich es für F&T beschrieben habe. Dieses Ergebnis nennt die Prüfzeit und die Prüftemperatur während des Lebensdauertests. Ist die zu erwartende Betriebstemperatur niedriger, als die Prüf-Temperatur, dann verwendet man für eine Prognose die sogenannte 10K-Regel, die besagt, das sich die Lebensdauer, pro 10° Temperatur-Reduzierung (in Grad-Kelvin bzw. -Celsius), verdoppelt.
Während der Endurance-Test das Ergebnis einer tatsächlichen Prüfung angibt, ergibt die 10K-Regel eine grobe Prognose. Mehr nicht!
Beide Ergebnisse spiegeln die Lebenserwartung eines Kondensators in einem Dauerbetrieb wieder. Die Konsequenzen von häufigem Ein- und Ausschalten und von langen Standzeiten werden darin nicht berücksichtigt! Ebenso wenig betriebsbedingte Belastungen, z.B. durch Ripple-Ströme.

Schon ein Elko mit festem Elektrolyt verhält sich anders. Hier geht man davon aus, das es keinen sogenannten Änderungsausfall gibt, das es im normalen Betrieb zu keiner physikalischen Änderung des Bauelements kommt.
Stattdessen wird in den Datenblättern oft die Zahl der bekannten Zufalls-Ausfälle pro Zeiteinheit angegeben, die vor allem Produktionsfehler abbilden. Der "Failure in Time" (FIT) ist ein statistischer Wert, der mit einer Einheit (in %) pro 10 hoch 9 Stunden (1 Mrd.) angegeben wird.

Übrigens solle der Leser meiner Einleitung nicht glauben, ein Aluminium-Elko sei einer mit festem Elektrolyt. Das "Aluminium" bezeichnet nämlich NICHT das Elektrolyt, sondern das Anodenmetall. Sowohl Aluminium-, als auch Tantal-Elkos gibt es mit flüssigem und mit festen Elektrolyt. Nur Niob-Elkos werden, nach meiner Kenntnis, ausschließlich mit festem Elektrolyt angeboten. Im Bereich der Elektronik für private Endverbraucher sind fast nur die günstigeren Elkos mit flüssigem Elektrolyt anzutreffen.
Ein Hinweis, ob man einen Elko mit flüssigem oder festem Elektrolyt vor sich hat, gibt die Kennzeichnung der Polung: Bei Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten ist der Minuspol gekennzeichnet, bei denen mit festem Elektrolyten der Pluspol. Das meint zumindest die Wiki.

In ähnlicher Weise, wie Elkos mit flüssigem Elektrolyt, altern auch die sogenannten Doppelschicht-Kondensatoren. Auch hier verdunstet das Elektrolyt.
Anders altern keramische Klasse-2-Kondensatoren mit einem Dielektrikum aus einem ferroelektrischen Material. Hier altert das Dielektrikum in Folge einer chemischen Veränderung, und die Kapazität des Kondensators sinkt. Klasse-1 Kondensatoren zeigen hingegen kaum ein Alterungsproblem.
Beide Kondensator-Familien haben im HiFi-Bereich sicherlich keine große Bedeutung,


Anders sieht das bei Folien-Kondensatoren aus. Die gelten landläufig als Alterungsresistent. Das liegt daran, das die verwendeten Materialien, insbesondere im "geschützten Raum" eines Elektrogerätes, selber kaum Alterung unterworfen sind. Jedenfalls nach menschlichen Maßstäben. Zudem werden die relevanten Bestandteile des Kondensators, durch sein Gehäuse, effektiv vor Strahlungs- und Witterungseinflüssen geschützt. So die Werbung. Die Veränderungen, die wir beispielsweise an Kunststoffen, die wir in die Hand nehmen können, erfühlen können, entstünden daher im Innenleben eines Kondensators eher nicht. So soll es sein.

Nur wenn ein Folien-Kondensator über längere Zeit feuchtem Klima ausgesetzt ist, kann der Kondensator-Wickel Feuchte aufnehmen, was Einfluß auf den Verlustfaktor und den Isolationswiderstand haben kann. Deshalb gibt es, für den Einsatz in feuchtem Klima, besondere Kondensatoren. Doch wo fängt "feuchtes Klima" an?
Aber auch Hitze und Trockenheit können Einfluß nehmen und ein Schrumpfen der Folie bewirken. Insbesondere beim Löten und bei hoher Strombelastung ist eine Verringerung der Kapazität zwischen 1% und 5% möglich. Bei Kondensatoren in SMD-Bauformen sind Kapazitätsverluste von bis zu 10% bekannt.

Theoretisch kann also ein Folien-Kondensator, der heiß gelötet, zu nahe am Leistungstransistor eingebaut gewesen war und in seiner Lebenszeit auch mal zu hohe Ströme abbekommen hat, außerhalb der Toleranzen arbeiten. Das zeigt er einem aber nicht. Jedenfalls nicht von außen.

Ein industriell eingebauter Folien-Kondensator wird üblicherweise in einer Form verarbeitet, die dafür sorgt, das er, auch noch nach seinem Einbau, innerhalb der vorgesehenen Toleranzen arbeitet. Das liegt an den optimierten Löt-Temperaturen und -Zeiten, die in automatischen Bestückungs-Anlagen zum Einsatz kommen.
Anders sieht das bei handgefertigten Geräten aus, bei reparierten, gar bei mehrfach-reparierten Geräten. Hier kann man hoffen, der Handwerker verfügte zumindest über eine Lötstation mit regelbarer Temperatur und über etwas Erfahrung. Oder man befürchtet, sein 5-Euro-90-Lötkolben stammte vom Kistenschieber, und in einem Karton sammelt er ungebrauchte Flussmittel aus Zugaben.

"Die Alterung von metallisierten Folienkondensatoren wird grundsätzlich durch die Alterung des Dielektrikums, der Elektroden sowie der Schoppierungskontakte bestimmt." Es gibt also Alterung. Die Frage ist, ob sie auch für HiFi-Anwendungen relevant ist.
Tatsächlich sorgt der Preisdruck auf den Rohstoff-Märkte dafür, das es längst unterschiedliche Qualitäten von Folienkondensatoren gibt, was sich durch die verwendeten Materialstärken ausdrückt. Es gibt jedoch keine offizielle Klassifikation für die Beschreibung oder den Einsatz der verschiedenen Qualitäts-Klassen. Beides kann man im "Abstract" des "Whitepaper zum beschleunigten Lebensdauertest für metallisierte Folienkondensatoren ..." des Kondensator-Herstellers HJC lesen.
Es stellt sich also vielleicht auch die Frage, welche Güte die in unseren Geräten eingesetzten Folienkondensatoren haben. Die Frage betrifft die Erstausstattung, aber vielleicht noch mehr in der Vergangenheit erfolgt Umbauten.

Wenn ein Hersteller von Folienkondensatoren von "Ursachen von Kapazitätsverlusten" schreibt, sollte man also das Risiko solcher Verluste jedenfalls nicht pauschal ignorieren, nur weil man die Verluste nicht sieht.
HJC nennt eine frühere Selbstheilung eines Kondensators als eine Ursache eines Kapazitätsverlustes, der problemlos bis zu 10% des Sollwertes ausmachen kann. "... Ein weiterer Grund für Kapazitätsverluste kann eine Korrosion der Folienmetallisierung aufgrund der Präsenz einer unerwünschten Feuchtigkeit sein. ...". Ausdrücklich erwähnt der Hersteller auch "Luftfeuchtigkeit" als Grund. Um so dünner die Metallschicht auf der Folie, desto schneller hat eine solche Korrosion Auswirkungen auf die Funktion des Kondensators in Form von Kapazitätsverlust und erhöhtem ESR.

Aber auch ein Zusammenwirken von einem Katalysator und etwas "Fehlstrom" kann die Oxidschicht, die eine Aluminium-Beschichtung der Folie schützen soll, abbauen und eine Oxidation der Beschichtung befördern. So jedenfalls erklärt ein Leser ein Phänomen, das in Form eines Loches in der Metallisierung eines Folienkondensators in einer Frequenzweiche aufgefallen ist, der, anstatt der versprochenen 2,2µF, nur 50nF Kapazität gezeigt hatte.
Zweifellos ist ein solcher ein seltener Fall. Aber mit zunehmendem Alter und mit zunehmender Falsch-Behandlung solcher Kondensatoren mag solch Seltenheit abnehmen.
Ich jedenfalls erinnere mich an zwei Frequenzweichen, die ich kürzlich in der Hand gehabt habe. Bei einer (ATL) zeigte die Leiterbahn Verfärbungen in Folge einer Überhitzung eines Lastwiderstandes (durchgerissen), bei der zweiten (SonoFer) war sogar eine Spule verschmort. Muß ich trotzdem unterstellen, ein benachbarter Kondensator hätte solch Überhitzung unbeschadet überstanden, nur weil er sich weder verschmort noch verfärbt zeigt?


Leider ist es auch so, dass man nicht immer auf die korrekte Auswahl eines Kondensators durch den Hersteller oder durch den letzten Reparateur setzen kann. Es kann also durchaus sein, ein Kondensator ist bereits einige Jahre lang mit Strömen betrieben worden, für die er nicht gebaut worden ist.
Insbesondere für Geräte, die einmal für den 220V Netzstrom konzipiert gewesen waren und die inzwischen an 235V laufen, kann das Realität sein.
Davor schützen auch prominente Markennamen nicht, wie mir MichaelB einmal anhand eines sogenannten Highend-Verstärkers gezeigt hat.
Auch eine "Fehlkonstruktion" kann letztlich Einfluß auf die Lebensdauer von Bauelementen haben.


Was sagt das über mein gebrauchtes Gerät?
Wenn ein Gerät bereits nicht mehr funktioniert, braucht man die Frage, ob ein Defekt vorliegt, nicht zu stellen. Wenn ein Gerät hingegen noch läuft, oder so tut, als ob es läuft, dann steht man vor der Frage, ob man sich, beispielsweise auf der Suche nach dem Verursacher eines Zeiger-Zuckens, den Kondensatoren meßtechnisch nähern oder sie einfach profilaktisch austauschen sollte.

Das Problem ist, die Kapazität eines Kondensators kann man in der Regel nur im ausgebauten Zustand messen. Einmal erhitzt. Ist der Wert (noch) in Ordnung, wird man ihn wieder einbauen müssen. Das zweite mal erhitzt. Ist der Kondensator dann immer noch innerhalb der Toleranzen? Das kann man meßtechnisch klären. Dafür baut man ihn aus ...

In der Realität des Umgangs mit gebrauchten Hifi-Geräten stellt sich die Frage der Überprüfung alter Kondensatoren im Kontext des Preises und der Verfügbarkeit von Ersatz. Dafür hat der "Ersatz" natürlich die gleichen Werte und auch den gleichen Aufbau aus den gleichen Materialien zu haben, wie das auszutauschende Exemplar! Alles andere würde man Inkompetenz oder "Tuning" nennen müssen. Über den Unterschied denkt selber nach.
Denn schon die Prüfung des Alten erfordert Aufwand. Der Aufwand, einen neuen Kondensator einzubauen, ist also nicht höher, als einen alten zu testen. Wer vor dieser Frage nicht oft steht, der wird entscheiden, ein paar neue Elkos sind im Zweifel billiger, als das Meßgerät zur Prüfung der Kapazität der alten.

Die Eingangs-Frage habe ich allerdings immer noch nicht beantwortet.

Tschüß, Matthias


Quellen:
Dr. Arne Albertsen (Jianghai Europe GmbH): Elko-Lebensdauerabschätzung, 20.07.2009
Han Chi Mi (HJC), Übersetzung: Dieter Burger (Vertriebsbüro Europa): Beschleunigter Lebensdauertest von metallisierten Folienkondensatoren für den Einsatz in PV-Wechselrichter, Whitepaper Rev.0, c2013
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolytkondensator
http://de.wikipedia.org/wiki/Kunststoff-Folienkondensator
http://www.amplifier.cd/Fragen/Alterung_…Verstaerker.htm
http://www.amplifier.cd/Technische_Beric…kondensator.htm

nebenbei
http://www.heise.de/ct/artikel/Lebensdau…kos-301791.html
Stapelbüttel von einem ganzen Haufen Quatsch

2

Freitag, 7. Februar 2014, 09:03

Hallo Matthias!

Wo der gemeine Mitteleuropäer sich dem Schlaf des Gerechten hingibt.
da stellst Du Frage nach der Lebensdauer von Kondensatoren.

Nun gut. Meine Antwort fällt. so früh am Morgen, nicht wissenschaftlich aus.
Ich schildere aus meinen Erfahrungen, die ich mit alter Jubelelektronik bislang
gemacht habe.

Bei Kondensatoren, bei denen kein Elektrolyt im Spiel ist, habe ich praktisch
keine Ausfälle erlebt. Das heißt aber nicht, daß sich die Nennkapazitäten nicht
im laufe der Zeit verändert haben. Warum also funktionieren die Schaltungen
dann trotzdem (zufriedenstellend)? Vermutlich haben die Schaltungen bezgl.
Kondensatoren eine relativ hohe Toleranzweite, in der sie ihren Dienst verrichten.

Andere Erfahrungen habe ich mit Elektrolyt-Kondensatoren gemacht. Sie sind
allerdings sehr unterschiedlich. Ebenso viele "gute" Elko in Geräten, die mehr
als 50 Jahre alt sind, stehen den defekten Elko entgegen. Das reine Bauteilalter
kann m. E. nicht allein für einen Defekt verantwortlich sein.

Einschalthäufigkeit und -dauer beeinflussen m. E. die Lebensdauer von Elko eben-
falls. Auch die Dauer der Verweilzyklen im Ruhezustand spielen m. E. eine nicht
unwesentliche Rolle (Austrocknung).

Klimatische Schwankungen vernachlässige ich hier. Nach meiner Annahme hat das
Gerät immer im "Wohnzimmer" gestanden. Ziemlich optimistisch, zugegeben.
Auch die Fertigungsmethoden der Elko-Hersteller (Materialgüte, etc.) bleiben außen
vor.

Man müßte also von dem untersuchten Gerät die komplette Historie zweifelsfrei
belegen können. Für eine belastbare Aussage müßte man eine große Anzahl von
solchen Gerätehistorien haben. Für uns Hobbyisten unmöglich.

Bleiben also nur die Versuchsreihen der Industrie, die mit künstlicher Alterung Aus-
sagen über die Lebensdauer von Kondensatoren (und anderer Bauteile) veröffentlicht.

Gruß
Wolfgang

  • »Matthias M« ist der Autor dieses Themas

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Freitag, 7. Februar 2014, 13:05

Hallo Wolfgang,

das die "Versuchsreihen der Industrie" etwas problematisch sind, habe ich versucht auszudrücken. Welche Faktoren, die zu Alterung führen können, prüfen die in ihren Versuchsreihen und ab welcher Grenze der Veränderung eines Kondensators erklären sie ihn als defekt?
Am Ende steht eine Zahl. Beispielsweise 8000 Stunden. Wichtig wäre nun zu erfahren, was diese Zahl ausdrückt, wie sie zustande gekommen ist. Resultiert sie aus der Ermittlung eines Failure-in-Time, also aus einer statistischen Erhebung und kennt man deren Datenbasis? Oder resultiert sie aus einer Laborprüfung, und wurde dort nur Spannung, Temperatur und Zeit gemessen, oder auch Feuchte, Ripple-Ströme, gab es Änderungen in der Spannungsbelastung etc. War der Test also realitätsnah oder eher abstrakt?
Jede Hersteller-Angabe ist also ein grober Näherungswert. Mehr nicht.
Wenn ich also zwei Datenblätter von Kondensatoren vergleiche: Bei dem einen stehen 8000, bei dem anderen 2000 Betriebsstunden Lebenserwartung. Unterscheiden die sich dann, oder haben sie nur unterschiedliche Tests durchlaufen?

In der Realität haben wir es mit Jahren gleichmäßiger oder gänzlich unabsehbarer Belastung zu tun. Kann man eine Report, die mal am Meer salzhaltiger Luft ausgesetzt war, die mal in den Alpen Kälte und Schnee und in der Wüste Hitze und Staub ausgesetzt war, mit einem Plattenspieler im Tischgehäuse vergleichen, der sein Leben lang bei gleichbleibender Zimmertemperatur seine Runden gedreht hat?

Bei solchen Geräten haben wir es in der Regel mit einem Ergebnis zu tun: Geht, oder geht nicht. Die Lebensdauertests der Industrie sind uns dafür eigentlich ziemlich Wurscht. Außer, das Gerät ist erst ein paar Jahre alt.
Für mich sind die Lebensdauertests in diesem Kontext nur relevant, um Leuten klar zu machen, sie haben nicht das Recht zu erwarten, ein zehn Jahre alter Receiver habe gefälligst wie neu zu funktionieren. So ein Test ist ein unabhängiger Beweis, Geräte altern.

Für mich stellt sich die Frage an anderer Stelle.
Aus einer Lautsprecher-Box kommt etwas heraus. Ist sie also heil? Das, was heraus kommt, klingt nicht so, wie ich es mir wünsche. Ist sie also heil? Alle Bauelemente sind in etwa gleich alt, unterliegen ähnlichen Alterungsbedingungen.
Es hilft mir nicht, wenn mir jetzt einer, der die Schaltung und die Betriebsbedingungen der Bauelemente nicht kennt, sagt: "Folienkondensatoren halten ewig". Ich weiß jetzt, das kann, muß aber nicht so sein. Ob mir das hilft, ist eine andere Sache.

Was Du ansprachst, auch alte Kondensatoren können funktionieren, hängt letztlich vom Entwickler einer Schaltung ab.
Das Problem ist, jeder Hersteller einer Schaltung könnte die Arbeitspunkte der verwendeten Bauelemente kennen, könnte auch die Alterungsrisiken kennen. Wenn er sich bei der Entwicklung der Schaltung und bei der Konzeption des Geräts entsprechend verhält, dann passiert das, was Du oben angesprochen hast: Trotz Alterung eines Kondensators funktioniert die Schaltung weiter. Vielleicht zuckt mal der Zeiger des VU-Meters beim Ein- oder Ausschalten, oder in den Boxen knackt es. Aber zumindest kann man ein Gerät benutzen.
Auf der anderen Seite finden wir immer wieder Geräte, bei denen Bauelemente am Rande oder gar außerhalb ihrer Spezifikationen betreiben werden. Das andere Extrem. Oft sind das Gedankenlosigkeiten, wie der Verzicht auf einen Kühlkörper oder der Einbau zu nahe an einem heißen Bauteil. Dann läuft ein Gerät halt nur ein paar Jahre. Oder weniger.

Letzlich ist es kein Zufall, das es oft einfache oder ältere Geräte sind, die noch laufen, das es oft jüngere Geräte sind, die früh aufgeben. Das hat einerseits mit der Zunahme der Komplexität der Schaltungen zu tun, das hat aber auch mit Preisdruck und Sparzwang zu tun. Da wird halt mal ein Kühlkörper eingespart und werden die Bauteile etwas dichter gesetzt. Schließlich braucht ein Gerät ja auch nur ein zwei Jahre zu halten. Dann soll neu gekauft werden.

Tschüß, Matthias
Stapelbüttel von einem ganzen Haufen Quatsch

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Freitag, 7. Februar 2014, 13:28

Kondensatoren und Elkos in der Praxis

Hallo zusammen,
völlig unwissentschaftlich aber aus langjähriger Erfahrung bei der Instandsetzung alter Rundfunkgeräte und auch neuerer, mein Kommentar zu diesem Thema:
Erst einmal verstehe ich nicht, warum so häufig das Thema Kondensator im Mittelpunkt steht. Grundsätzlich lassen sich Kondensatoren ähnlich wie Widerstände mit den entsprechenden Messgeräten eindeutig überprüfen. Seit langem gibt es preiswerte Geräte, die mit Hilfe einer festen Frequenz den kapazitiven Blindwiderstand ermitteln, hieraus die Kapazität errechnen und sogar direkt anzeigen. Der Vorteil, man kann die Überprüfung im eingebauten Zustand vornehmen und muss nicht auslöten. Mit diesem und einem weiteren Gerät überprüfe ich sämtliche Kondensatoren auf der Platine.

Was die Alterung angeht, kann ich keine allgemeinen Aussagen machen. Ich betreibe einige Rundfunkgeräte aus den 30`er Jahren, bei denen die Sieb- und Ladeelkos einwandfrei sind. Andere Elkos aus den 40`er bis 60`ern haben ihre Kapazität eingebüßt, was zu erhöhter Stromaufnahme führt. Ca. 70% dieser sog. defekten habe ich durch langsames Formieren wieder auf ihren Sollwert bringen können. Die Funktion war auch nach längerer Ausserbetriebsetzung gegeben. Bei den sog. "ausgetrockneten" ist man erfolglos. Da hilft nur auswechseln.
Weiterhin habe ich bei Geräten aus den 70`ern festgestellt, dass die Kunststoffumhüllung feine Risse hatte. Da wird es wirklich problematisch, besonders bei höheren Spannungen (Entstörkondensatoren an 230V)!
Schlechte Isolation der äußeren Umhüllung führt zur Feuchtigkeitsaufnahme. Diese gelangt zwischen die Schichten aus Metall und Papier. Dadurch sinkt der ohmsche Widerstand von theoretisch unendlich (wie es bei einem Kondensator sein sollte) auf einen endlichen Wert. Aus dem Kondensator ist also ein Widerstand geworden. Eine der möglichen Folgen ist der des öfteren erwähnte Knallfrosch. Durch die hohe anliegende Netzspannung von 230V kann es sogar zu einer kleinen Explosion kommen, die auch zu weiteren schlimmen Folgen führen könnte, wie z.B. ein Wohnungsbrand. Demgegenüber sind die Gleichspannungswerte in der folgenden Elektronik fast um das zehnfache kleiner aber auch nicht zu verharmlosen. Man kann dann immer froh sein, wenn nur die entsprechende Sicherung durchgeschlagen ist.

Wirklichen Ärger machte mir eine Serie im Nano- und Pikkobereich eines namhaften Herstellers. Der Metall- Papierwickel war unten und oben offen und es war nur eine Folie herumgezogen, sodass Feuchtigkeit eindringen konnte. Dieses führte im Endverstärker zu einem Knistern und Knacksen im Lautsprecher. Es wurden in den letzten Jahrzehnten aber häufiger Chargen produziert, die außerordentlich kurzlebig und störanfällig waren. Besonders bei der Spannungsfestigkeit traten hier Probleme auf.

Abschließend kann man zu diesem Thema sagen, dass neben der visuellen Überprüfung auf Risse auch die messtechnische Überprüfung wichtig ist. Vor allem sollte man immer vor Inbetriebnahme eines Neuerwerbs die Stromaufnahme prüfen und möglichst schnell wieder ausschalten, wenn die Werte zu hoch sind.

Dieses sei einmal zum Problem Kondensatoren aus der Praxis gesagt.

Gruß
Bebi (Bernd)

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Sonntag, 9. Februar 2014, 11:18

Überprüfung im eingebauten Zustand

Hallo Bernd,

würdest du bitte die Überprüfung von Kondensatoren im eingebauten Zustand, bezüglich erforderlicher Geräte und Vorgehensweise näher erläutern?

Gruß, Martin

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Sonntag, 9. Februar 2014, 13:57



Beide gezeigten Geräte sind nicht erste Sahne, sie haben mir aber immer geholfen. LCR 4080 ca € 140,-. ESR1 als Bausatz ca € 40,-. Für beide gibt es gute Beschreibungen im Netz.

Beim 4080 ist die Messfrequenz in 2 Stufen schaltbar. Es gibt Auskunft über Kapazität und Innenwiderstand.

ESR1 mißt "nur" den Innenwiderstand. Hier muß man den Vergleichswert eines intakten gleichen Kondensators kennen. Mit der Zeit hat man das drin.

Beide reichen jeweils alleine zur qualifiziertern Gut - Schlecht - Analyse.

Es reicht in den allermeisten Fällen aber auch ein Wald und Wiesen DMM mit entsprechender Funktion.

Vorher die Kondensatoren durch Kurzschließen über Lastwiderstand 10 bis 100 Ohm entladen.

Prüfspitzen an die Beinchen direkt oder an den Lötpins auf der Rückseite der Platine.

Nicht oft, aber es kommt vor, sind Kondensatoren parallel geschaltet. Das mußt Du dann berücksichtigen.

Gruß
Frank
Tagesfavorit:
Pink Floyd - One Of These Days

Besser von vielem nichts zu wissen, als vorzugeben von allem was zu wissen.
Ich bin lernfähig aber nicht belehrbar.

Dieser Beitrag wurde bereits 4 mal editiert, zuletzt von »frank1391« (9. Februar 2014, 14:15)


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Sonntag, 9. Februar 2014, 14:56

Hallo Matthias,

ich schätze, Du kennst meine Antwort schon vorher (weil Du mich kennst...).
Ich gebe sie trotzdem: Deine Frage wird Dir niemand seriös beantworten können. Grundsätzlich gibt es DIN/IEC-Normen für die Prüfbedingungen
von Kondensatoren, wobei sich diese auch über die Jahre mal ändern. Wenn sich ein Hersteller in seiner Produktion an diese Normen hält, dann
sind zumindest die elektrischen Rahmenbedingungen, unter denen die Lebensdauer ermittelt wurde, bekannt.
Ob sich ein Hersteller daran hält, kannst Du aber allenfalls dem Datenblatt des Bauteiles entnehmen (sofern Du dessen habhaft werden kannst).
Inwieweit sich fernöstliche Billig-Produzenten um irgend eine europäische Norm scheren, kann nur vermutet werden. Auch was das "Diffundieren" ganzer
Fehlchargen in den Markt angeht, kann man nur raten. Immerhin: es soll Premiumhersteller geben, die Fehlchargen grundsätzlich vernichten, auch nicht an
Werksangehörige weitergeben, um den guten Ruf da zu halten, wo er hin soll : auf hohem Niveau. Aber in Zeiten des Onlinehandels, der quasi von jedem
Fernsehsessel aus betrieben werden kann, ist es für manche Zeitgenossen nun mal verlockend, sich den Schlüssel vom Schrottcontainer zu besorgen.
Ob sich der "Verwender" (=Gerätehersteller) dann aber auch die Mühe gibt, diese Parameter in der Schaltung einzuhalten, kannst Du allenfalls dem Schaltplan entnehmen, sofern er von Dir interpretierbar ist. Aber selbst wenn der Gerätehersteller den Kondensator exakt im Rahmen der Prüfspezifikationen verwendet
hätte (was praktisch unmöglich ist, weil die Norm i.d.R. zum Beispiel von einer konstanten Umgebungstemperatur ausgeht) so muss man eingestehen, dass auch
die Schaltung, in der der Kondensator seinen Job verrichten soll, mit den Jahren des Betriebes "mutiert" - ergo: die Annahmen von einst treffen nicht mehr zu.
Eigentlich ein Teufelskreis... ...aber das hast Du ja im Prinzip schon selbst zum Ausdruck gebracht.

Deshalb meine abschliessende Meinung: Statistik... ...reine Glücksache.


sonntägliche Grüße

Peter
Time flies like an arrow. Fruit flies like a banana. (...soll Groucho Marx gesagt haben, aber so ganz sicher ist das nicht...)

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »PeZett« (9. Februar 2014, 14:59)


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Sonntag, 9. Februar 2014, 16:31

Hallo Martin,

gern erläutere ich dir die Zusammenhänge.
Ich benutze ein Gerät von PEAK electronic, ein Atlas ESR, und zwar das preiswertere Gerät, modell ESR 60, was bei den Elektronikversendern zu bekommen ist und für die Messzwecke völlig ausreicht. Dieses Gerät ermittelt einfach gesagt über eine konstante Messfrequenz im Khz-Bereich den kapazitiven Blindwiderstand, s.Ersatzschaltbild im Link.
Der ESR ist der innere Verlustwiderstand eines Kondensators. Dieser ist abhängig von Bauart, Elektrolyt usw. Dieser Widerstand ist normalerweise unerwünscht, aber sein Wert entscheidet darüber, ob ein Prüfling noch zu gebrauchen ist oder nicht mehr tauglich ist.
Etwas genauere Informationen sind hier : http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0810091.htm zu finden.

Das Peak-Gerät ermittelt den ESR (equivalent-series- resistance) rechnet gleichzeitig um und zeigt die Kapazität parallel dazu in Mikrofarad an. Da über die besagte Frequenz ermittelt wird, gehen die Werte der umgebenen Bauteile nicht in die Messung ein. Daher braucht man nicht auszulöten. Ich habe das vielfach mit und auch ohne auslöten ausprobiert und die Werte waren in beiden Fällen gleich.

Gruß Bebi (Bernd)

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9

Sonntag, 9. Februar 2014, 18:33

Dankeschön

Hallo Frank,

Hallo Bernd,

vielen Dank für eure hilfreiche Hinweise! Damit werde ich mal schwanger gehen, mir die Ausrüstung zulegen und üben,

Gruß, Martin

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Dienstag, 11. Februar 2014, 21:44

Hallo Matthias,

schön, dass Du uns nach wie vor mit Deinen interessanten Referaten beglückst. :thumbup:

Danke auch an Bernd und alle anderen für die weiterhelfenden Infos.

Was ich noch nicht herauslesen konnte: welche Kondensatortypen sollte man denn, insbes. im Sinne einer Langzeitkonstanz, vorzugsweise als Ersatz verwenden?

Möglichst 105 °C-Typen?

Manche schwören auf Panasonic FX- (o.ä.) Typen oder ähnliches...

Schöne Grüße
Frank

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11

Mittwoch, 12. Februar 2014, 17:18

Hier noch ein anschauliches Beispiel. Monitor, 4 Jahre alt, Fehler: Schaltet ein, zeigt ganz kurz das Bild und schaltet wieder aus. Das wiederholt sich endlos.
Der linke Kondensator ist oben topfeben, die beiden rechten sind aufgewölbt. Wenn man mit dem Finger drüberfährt, merkt man es deutlich. Insgesamt sehen auf der Platine 6 von 9 so aus. Zwei 680µF muß ich noch kaufen, dann versuch ich mein Glück.
»kaiman_215« hat folgendes Bild angehängt:
  • Kondens1024.jpg
Grau ist alle Theorie und grün des Lebens goldner Baum

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12

Mittwoch, 12. Februar 2014, 18:52

Ein weiteres Hallo in die Runde,

wie schon gesagt wurde, eine Elko- Neuanschaffung oder ein Austausch gegen scheinbar defekte, im Betrieb belastete oder etwas verformte ist immer auf Langzeit gesehen mit Risiko verbunden. Wer weiß denn schon, ob die neu erworbenen wirklich qualitativ besser sind und auch lange ihren Dienst tun?

Das hängt doch im wesentlichen von den Materialien im Inneren ab, wie z.B. der verwendete Elektrolyt und die anderen Materialien. Wie will man eine Garantie vom Hersteller bekommen und diese auch letztendlich durchsetzen? Das wird schwierig werden.

Warenprüfer haben ja bereits herausgefunden, dass bei der Elkoqualität in modernen Geräten häufig bewusst "gespart" wird, diese Geräte gerade einmal die Garantiezeit überstehen und dann aufgrund der hohen Repataturkosten auf dem Müll landen, ganz im Sinne unserer Wegwerfgesellschaft.

Habe von Technikern, die diese Austauschaktionen wesentlich häufiger durchführen, gehört, dass sie, wenn möglich die Panasonic 105°C einbauen. Aber ob nicht einer mit 75°C genau so gut ist und so lange hält? Da bin ich skeptisch, habe leider auch keine entsprechende Langzeiterfahrung. Einige Kästchen mit den gebräuchlichen Werten sind bei mir vorhanden, die gemessen und eingebaut werden.

Wenn bei Elkos visuell und messtechnisch alles in Ordnung ist und sie im Betrieb höchstens handwarm werden, dürfen sie in meinen Geräten bleiben und weiterhin ihren Dienst verrichten. Damit habe ich für mich die besten Langzeiterfolge erzielt. Falls neue benötigt werden, bestelle ich ein Kontingent bei einem Elektronikanbieter und hatte bisher keine Fehlerhaften dabei.

Quintessenz wäre also, zunächst messen, einbauen, das Gerät in Betrieb nehmen und nach ein paar Stunden ggf. die Betriebstemperatur prüfen.

Gruß
Bebi (Bernd)

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Mittwoch, 12. Februar 2014, 19:26

Die achsoguten Panasonic Elkos auch nicht immer das wahre sind, Beispiel: Sony DTC 59ES , Kopfverstaerker hinter dem Laufwerk, 5 mal SMD 22µF 6,3Volt alle inkontinent und veraetzen die Platine, Elkos rausgeworfen und das Zeichen von Matushita Electronics gesichtet.

Momentan scheint jetzt wohl eine ganze Serie aus zu fallen, geraete aus der Zeit anfang 1990 machen solangsam durchweg Elko sorgen.
Ich putze hier nur...

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14

Donnerstag, 13. Februar 2014, 23:10

Zur Reparatur oben: Es brachte nicht den gewünschten Erfolg, nur der Fehler hat sich etwas geändert. Er bleibt jetzt dauerhaft an, nach wie vor ist das Bild nach einem Augenblick weg. Muß also noch mehr kaputt sein, und ohne Schaltplan lohnt sich eine weitere Suche nicht...
Grau ist alle Theorie und grün des Lebens goldner Baum

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Freitag, 14. Februar 2014, 01:47

Bereich Inverter absuchen oder das Leuchtmittel ist bald am Ende.

Bei den Kondis, die muessen nicht zwingend verformt sein und koennen trotzdem am Ende sein, also auch die optisch heilen mal zumindest pruefen ob die noch ihre Werte haben.
Ich putze hier nur...