Habe eben ein Gerät zur Bild- und Tonwiedergabe überprüft, da keine Funktion mehr.
Wieder einmal wurde ich fündig mit einem aufgeblähten Elko, kurz vorm zerplatzen.
Elko 1000uF/16 V auf der Sekundärseite des Schaltnetzteiles, Betriebsspannung 12 V. Der Elko ist für 105 Grad ausgelegt.
Die Lebensdauer bei 85 Grad wird beim Typ CD 110 mit 2000 Stunden angegeben... Bei 3 Stunden am Tag sind 2 Jahre schnell vorbei...
Das Gerät ist knapp 3 Jahre alt, 2 Jahre Garantie ! Logo ! Abgelaufen !
Werde jetzt einen 1000uF/63V Elko einbauen und auf Grund der Baugröße daneben plazieren, der sollte dann die nächsten 10 Jahre halten.
Die 10uF/400 V Elkos auf der Primärseite ok.
PS: Mein HAMEG-Osszi 203-5, neu erworben im Jahr 1980 hat bis jetzt keinen Fehler, ebenso wie mein selbstgebautes Labornetzgerät von "El....r" sowie mein Moog-Synthesizer, ebenso aus 1980.
Alle Elkos sind spannungsmäßig auf die doppelte bis vierfache Spannung ausgelegt! Kein Ausfall!!!
Ich kann nur empfehlen, Elkos mit möglichst hoher Spannungsfestigkeit einzubauen, egal welche Geräte...
Aber sämtliche heute erhältlichen Netzteile, FS und andere werden so gebaut, daß sie in spätestens 5 Jahren nicht mehr funktionieren. Bauteilkosten ca. 50 cent bis 2 Euro...
Und es liegt zu 99 % an Elkos im Netzteil, das ist meine Erfahrung...
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von einem Neuankömmling, der schon seit einiger Zeit gerne bei euch mitgelesen hat :-)
Hallo Mani,
Elkos sind generell eine Schwachstelle bei vielen Geräten. Zum einen weil sie zu den wenigen Bauteilen gehören die tatsächlich altern, aber auch weil es manchmal gar nicht so einfach ist einen Elko richtig auszuwählen. Es kann durchaus sein dass es sehr kostensensitive Hersteller gibt die bewußt Elkos unterdimensionieren, aber aus eigener Erfahrung in der Elektronikentwicklung halte ich es für wahrscheinlicher dass sowas ohne Vorsatz passiert.
Besonders sensitiv sind die Anwendungen mit Schaltregler. Elkos sind dort sehr viel stärkerem Stress ausgesetzt als in Linearnetzteilen. Die größte Gefahr besteht dabei im Ignorieren oder falschen Ansetzten der Wechselstrombelastung des Elkos (Ripple Current). Dieser (bei Schaltnetzteilen hochfrequente) Strom heizt den Elko von innen her auf, es ist die Leistung die im ohmschen Anteil des Verlustwiderstandes (ESR) verbraten wird. Bei normalen Elkos darf die innere Erwärmung nicht mehr als 5° betragen, d.h. ein Elko darf sich nicht durch die Strombelastung um mehr als 5° gegenüber der Umgebung erwärmen. Sonst geht die Lebensdauer rapide in den Keller.
Wenn ein Elko sich aufbläht oder sogar platzt ist die Ursache eine zu hohe innere Erwärmung (oder Überspannung, das lassen wir mal weg da hier normalerweise nichts falsch gemacht wird). Die spezifizierte Lebensdauer bezieht sich jedoch nicht auf offensichtlich erkennbare Totalschäden, sondern auf Weglaufen eines der spezifizierten Werte (z.B. die Kapazität ist um mehr als 20% abgefallen).
Was bedeutet jetzt eine Lebensdauerangabe wie 2000h bei 85°? Wenn dieser Elko sich in einer Umgebung befindet die ihn auf 85° aufheizt, und dann noch der maximal zulässige AC-Strom durchgeschickt wird, hält der Elko seine Kenndaten mit einer bestimmten Toleranz 2000h lang ein. Pro 10° die der Elko kühler ist, verdopplelt sich die Lebensdauer. D.h. wenn dieser Elko im Gerät nur mit 45° betrieben wird, hält er seine Kenndaten für (2-hoch-4)*2000h = 32000h ein. Das klingt dann schon sehr viel besser.
Es macht eigentlich keinen Sinn einen Elko mit höherer Nennspannung einzusetzen als nötig. Auch für anspruchsvollere industrielle Anwendungen gilt die Regel dass man bis auf 80% an die Nennspannung rangehen kann ohne sich eine wesentliche Lebensdauereinbuße einzuhandeln. Aber: Bei gleichem inneren Aufbau hat ein Elko mit gleicher Kapazität bei höherer Nennspannung ein größeres Volumen, und dieses kann einen höheren Wechselstom schadlos wegstecken da sich die Wärme weiter verteilt. Indirekt íst es also günstig eine größere Bauform zu verwenden, aber nicht wegen der höheren Nennspannung sondern wegen des größeren Volumens. Ein ebenso großer Elko mit höherer Kapazität bei originaler Nennspannung kann durchaus genauso langlebig sein (wenn die höhere Kapazität kein Problem für die Schaltung ist).
Es gibt generell bei Elkos sehr große Unterschiede der einzelnen Baureihen. Die führenden japanischen Hersteller haben zig Baureihen, die auf den ersten Blick sehr ähnlich aussehen. Aber es gibt große Unterschiede im Detail, die gerade bei Schaltnetzteilen entscheidend sind.
Zum Vergleich mit den "guten alten" Geräten: Ist richtig, viele Elkos halten dort jahrzehntelang. Aber zum Beispiel im 203-5 werkelt ja auch kein Schaltnetzteil. Wenn man sich anschaut wie sich Leistungsdichte und Wirkungsgrad gerade bei Stromversorgungen in diesem Zeitraum verbessert haben, muss man auch Verständnis für die sehr viel härter gewordene Arbeit der beteiligten Elkos aufbringen :-)
Was früher die Röhren waren sind heute eben die Elkos
Ich habe vor fast 40 Jahren Industrieelektronik erlernt und ausgeübt. Damals waren Schaltnetzteile so gut wie unbekannt.
Deinen Ausführungen nach bist Du in ähnlicher Tätigkeit und Deine Darstellung der "Elko-Thematik" könnten besser nicht sein...
Vielen Dank für Deinen Kommentar, er wird in diesem Forum nicht nur für mich, sondern auch für Andere von großer Bedeutung sein und ich hoffe, daß Du weiterhin Deinen "Senf" dazu abgeben wirst, wie einige Nutzer es so ausdrücken.
Deine Vermutung ist richtig, auch ich bin beruflich in der Industrieelektronik zu Hause und entwickele verschiedene Elektronikbaugruppen für unsere Maschinen. Speziell mit der Elkothematik hatte ich mich vor einiger Zeit intensiv beschäftigt, weil wir für eine Stromversorgungsbaugruppe eine Lebensdauer von 10 Jahren Dauerbetrieb bei 60° Umgebungstemperatur erreichen mussten.
Interessant ist vielleicht noch dass alle Hersteller die rechnerisch erreichbare Lebensdauer auf 15 Jahre begrenzen. D.h. egal wie überdimensioniert kann man keine Lebensdauer über 15 Jahren gezielt "einbauen". Wobei natürlich in der Praxis Geräte durchaus länger halten werden, vor allem bei niedriger Temperatur.
Kürzlich hatte ich in meinem alten Gould Oszi (Baujahr 1992, "Siemens Oscillar") eine ganze Reihe 10uF Elkos im Netzteil getauscht (Elkohersteller Philips). Das Bild hat bei kaltem Gerät wild in Y gezappelt, warm wurde es besser. Auf die Elkos bin ich durch einen Kommentar in einem Forum aufmerksam geworden. Gemessen waren die Elkos noch ganz gut, nur einer war auf 50% abgefallen. Der hatte aber eigentlich keine wichtige Funktion. Keine Ahnung was da für in Defekt vorlag.
Generell scheinen die 90er eine kritische Zeit für Elkos gewesen zu sein. Die frühen SMD-Elkos von damals hatten eine ziemliche Neigung zur Undichtigkeit.
Auch nach meiner Erfahrung sind die Elkos in Schaltnetzteilen oft defekt. Wenn ein Schaltnetztteil nicht mehr anspringt und nur noch piepst, dann ist oft nur ein kleiner 1uF/50Volt-Elko primärseitig defekt. Schaltnetzteile schwingen mit etwa 30 bis 50 kHz. Entsprechend hoch sind die Ströme, die durch die Elkos fließen und diese erwärmen. Deshalb ist ein niedriger equivalenter Serienwiderstand (ESR) der Elkos für den Einsatz in Schaltnetzteilen wichtig. Für die 50 oder 100 Hz-Glättung in analogen Netzteilen ist das ESR Nebensache oder eigentlich unwichtig.
Viele Rechner stürzen insbesondere beim Hochfahren wegen der defekten Elkos auf dem Mainboard ab. Die Stützkondensatoren auf den Mainboards werden mit Impulsen von 100 A oder mehr belastet. Hier ist ein niedriges ESR auch wichtig. Es ist fast schon eine Kunst ein gutes Mainboard mit der richtigen Anordnung der Elkos zu entwickeln. Das ist HF-Technik.
Merksatz:
"Will dein PC nicht mehr richtig laufen, musst Du vielleicht die Elkos tauschen."
Ich habe ein Hameg-Oszi Baujahr etwa 1977, das einwandfrei läuft. Die Elkos wurden nie getauscht. Es kommt eben immer auf den Einzelfall an. Von einer generellen "Elko-Kur" halte ich nichts.
Volker:Ich habe ein Hameg-Oszi Baujahr etwa 1977, das einwandfrei läuft. Die Elkos wurden nie getauscht. Es kommt eben immer auf den Einzelfall an. Von einer generellen "Elko-Kur" halte ich nichts.
sowas passiert auch eher den neueren Modellen, so richtig los geht das Dilemma wenn Tantal im Gelände ist
es kann sogar sein dass ein Low-ESR Elko oder ein Elko mit zu großer Kapazität in einem Analognetzteil schädlich ist.
Bei der Diodengleichrichtung fließt immer nur für einen kurzen Moment, der wesentlich kürzer ist als eine Halbwelle, ein Ladestrom in den Elko. Je steifer die Schaltung (Innenwiderstand Trafo, ESR der Elkos) und je größer die Kapazität um so größer und schmaler wird diese Ladestromspitzte. Der 10-fache Wert des entnommenen Gleichstroms ist durchaus möglich. Hier entsteht dann das Problem dass der für die Trafo-Erwärmung maßgebliche Effektivwert des Stroms deutlich ansteigt gegenüber dem entnommenen Gleichstrom. Man muss einen Netztrafo generell bei Spitzenwertgleichrichtung mit höherer Nennleistung dimensionieren als man zunächst annimmt. 50-80% mehr ist normal. Um z.B. 1A Gleichstrom zu liefern braucht man bei einem 12V-Trafo nicht 12V*1A=12VA, sondern eher 20VA Trafoleistung. Auch die Dioden werden wärmer. Mehr Brummspannung zuzulassen kann die bessere Wahl sein, zumindest wenn hintendran sowieso nochmal stabilisiert wird.
Eine Glättungsdrossel kann diesen Effekt wesentlich reduzieren, ist aber nur für kleine Ströme praktikabel. Bei den damaligen Gleichrichterrröhren dürfte die Drossel neben der Brummreduzierung auch wichtig gewesen sein um die Röhren nicht mit hohem Spitzenstrom zu überlasten. Gab es da nicht auch Angaben zu Maximal-Lastkapazitäten?
Der primäre 1µF Elko bei Schaltnetzteilen den du meinst, könnte der sein der über einen hochohmigen Widerstand aufgeladen wird, und beim Einschalten die Versorgungsspannung des Regler-ICs bereitstellt, bis der Wandler läuft und das selbst übernimmt.
Die Mainboard-Schaltregler, die aus 12V irgendwas um 1,...V machen, sind sogenannte Mehrphasen-Wandler. Ähnlich wie beim Drehstromnetz arbeiten z.B. 3 phasenversetzte Pfade auf einen Elko, wobei sich die AC-Stromamplitude im Elko deutlich reduziert (und auch die Ausgangsspannung glatter wird). Ebenso ist es aus Elko-Sicht günstig die Schaltfrequenz zu hoch wie möglich zu machen, da dann die Amplitude des AC-Stroms sinkt. Jedoch steigen die Verluste in den Transistoren. Die extremen und schnellen Stromspitzen fängt man mit Keramik-Kondensatoren nahe der IC-Pins ab, auch um die HF-Emission niedrig zu halten.
Nebenbei möchte ich erzählen, dass ich paar Schaltnetzteil aus 1970er kenne, da Elkosterben eher selten ist. Dran liegt dass der alte Schaltnetzteil eher gemütlich ist und dazu wird dort viel Aufwand betrieben, Elko bekommt auch parallel geschaltete Folienkondensator, das verlängert auch ungemeint viel Lebensdauer.
ICh habe eine Hameg Oszi repariert, habe aus Vorsorge Elko erneuert, da eine alte Elko nach leichte Wackel ausgefallen ist (innere Beine abgefault), Röhrenfreak/Jürgen kann dir auch erzählen, dass er auch sowas erlebt.
Tantal... ich gehe aus Erfahrung lieber radikal vor, nähmlich Tantal entsorgen und Elko reinlöten, fertig. (siehe Rohde Schwarz SWOF III )
theoretisch am längsten halten Tantal-Elkos und Polymer-Elkos.
Bei den Tantals muss man aber sehr aufpassen dass sie nicht mit zu hohen Strompulsen gestresst werden, z.B. beim Einschalten. Dann schlagen sie nämlich auch gerne mal durch. Beide Bauarten gibt es aber nur für kleinere Spannungen.
Für fast alle Zwecke ist ein Alu-Elko (also mit klassischem Elektrolyt) die beste Lösung. Für Schaltregler und für Linearanwendungen. Es gibt Baureihen von allen großen Herstellern mit 5000h bei 105° Spezifikation. Diese leben dann unter üblichen Geräte-Innentemperaturen jahrzehntelang.
Da die Elkos im Laufe der Zeit immer besser wurden kann man als Ersatzteil eigentlich nichts falsch machen wenn man einen hochwertigen modernen Elko mit gleicher Kapazität und Nennspannung verwendet. Bei stromintensiven Anwendungen wie einem Siebelko direkt nach dem Gleichrichter würde ich, um auf der sicheren Seite zu sein, keine wesentlich kleinere Bauform nehmen wie das Original, d.h. eventuell eine höhere Nennspannung wählen (hatten wir ja weiter oben bereits). Bei Schaltreglern ist unbedingt eine Baureihe mit niedrigem ESR zu verwenden, sonst wird der Elko wahrscheinlich überhitzen und außerdem die Ausgangsspannung unsauber (bzw. eingangsseitig die Störabstrahlung größer).
Bei Schaltreglern ersetzen in letzter Zeit immer häufiger Keramik-Kondensatoren die Elkos. Geht aber nur bei Schaltfrequenzen von einigen hundert kHz aufwärts, und (bisher) für nicht zu hohe Spannungen. Keramik-Cs haben zwar auch so ihre Macken, vor allem die sehr leistungsdichten SMD-Bauformen, aber sie altern nicht.
Eine typische Lebensdauer-Reihenfolge könnte also lauten: - (Keramik) - Tantal (für niedrige Spannungen, und sofern gewisse Randbedingungen erfüllt sind) - Polymer-Elkos (für niedrige Spannungen, Lebensdauer stark baureihenabhängig) - Longlife-Aluelkos (z.B. 5000h bei 105°, es gibt auch Baureihen bis 125°): eigentlich immer eine gute Wahl - Standard-Aluelkos (z.B. 1000 oder 2000h bei 85°)
Gilt für Linear und für Schaltnetzteile, wobei dort eben noch die Forderung Low-ESR hinzukommt.
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