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Warum und wie sollten Elektrolytkondensatoren (Elkos) ersetzt werden?

1. Hintergrundwissen

1.1 Aufbau eines Elkos

Elektrolytkondensatoren bestehen aus einem Alubecher, der mit einem Wickel gefüllt und mittels einer Gummischeibe mit zwei Durchführungslöchern für die Anschlussdrähte verschlossen ist.

Der Wickel besteht aus zwei speziell behandelten Aluminiumstreifen, an jedem wird ein Anschlussdraht angeschweißt. Die beiden Streifen werden dann mit einer saugfähigen Papierzwischenlage*, die mit einer Elektrolyt-Flüssigkeit getränkt ist, aufgerollt, in den Alubecher gesteckt und mit der Gummischeibe verschlossen.

Bei fabrikneuen Elkos ist diese Konstruktion absolut dicht, manchmal gibt es ein Sicherheitsventil (drittes Loch in der Gummischeibe), dass bei Fehlfunktion oder Spannung über die Spezifikation Druck ablässt und im normalen Fall geschlossen ist.

*Bei hochwertigen Audio-Elkos kann anstelle der Papierzwischenlage auch eine Zwischenlage, die aus Seide (silk) hergestellt wird, enthalten sein. Diese Elkos sind für Audio-Signale zwar sehr gut geeignet, die Lebensdauer ist aber geringer als die von normalen Elkos.

Zudem „lohnt“ sich der Einsatz nur im Audio-Signalweg. Für Steuerungsaufgaben und im Netzteil gibt es dafür optimierte Elkos.

1.2 Erhöhte Netzspannung seit 1987

Bis 1987 betrug in Deutschland die Netzspannung 220V, und bis dahin hergestellte Geräte waren damals darauf ausgelegt. Manche hatten auch schon einen Spannungswähler, der aber auf 220V eingestellt war. Die Spannung durfte von 198V - 242V schwanken, damit mussten die Geräte zurechtkommen.

Seit 1987 beträgt die Netzspannung aber 230V, und inzwischen müssen die Geräte Schwankungen zwischen 207V und 253V ertragen können, das sind 11V mehr als im extremsten Fall zu 220V-Zeiten!

Es wird daher dringend empfohlen, Geräte, die sich am Spannungswähler an der Rückseite oder durch internes Umlöten am Transformator auf 240V umstellen lassen, auf jeden Fall auf 240V einzustellen!

2. Was passiert mit den Elkos?

2.1 Zu hohe Spannung hinter dem Trafo

Viele Geräte, deren Transformator sich nicht von 220V auf 240V umschalten lässt, geben hinter dem Transformator eine höhere Spannung aus als ursprünglich berechnet. Diese wird gleichgerichtet, den Dioden macht diese höhere Spannung nichts aus, doch danach folgen die Glättungs-Elkos.

Bei vielen Philips-CD-Playern sind diese z.B. mit 16V Spannungsfestigkeit berechnet, was damals wegen der Baugröße schon knapp berechnet war.

Nun werden diese 16V aber überschritten! (Aus diesem Grund sind diese Elkos in meinen Philips-Sätzen mit 35V, bei gleicher Baugröße, ausgelegt).

Solche überlasteten Elkos können platzen und brennen, verteilen den Wickel im Gerät, setzen flüssige und gasförmige Chemikalien frei (Elektrolyt) und erfüllen keinerlei Funktion mehr.

2.2 Erhöhte Temperaturbelastung

Die Alterung und Schrumpfung der Gummischeibe durch hohe Temperaturen und Verdunstung des Weichmachers der Gummimischung, die diese erhärten lässt, verursacht

Undichtigkeiten bei den Durchführungen der Anschlussdrähte und am gebördelten Rand des Alubechers.

Erhöhte Temperatur tritt in der Nähe eines Kühlkörpers (Netzteil, Endstufe) auf, kann aber z.B. auch durch Rippelstrom im Elko selbst erzeugt werden.

Verdunstete Elektrolyt-Flüssigkeit tritt aus und fehlt in dem Papierstreifen. Der Wert des Elkos, in µF (=Mikro-Farad) gemessen, nimmt ab und befindet sich bald außerhalb der Toleranzgrenze seines Herstellers und damit außerhalb dessen, was der Gerätehersteller bei der Auslegung der Schaltung für nötig gehalten hatte.

2.3 Einschalt-Zeit und verstrichene Zeit seit der Produktion

Elkos haben eine bestimmte Lebensdauer, die von den meisten Hersteller unter bestimmten Bedingungen angegeben wird. Dabei wird ein Wert angegeben, der zutrifft, wenn der Elko ohne Spannung oder unter Spannung bei einer bestimmten Temperatur steht.

Standby-Modus z.B. lässt die Elkos verschleißen, ohne, dass irgendwelche Nutzbringende Arbeit verrichtet wird, außer z.B. dem Warten auf das Signal der Infrarot-Fernbedienung.

Geräte also nach Möglichkeit richtig abschalten.

Auch Lagerzeit und die verstrichene Zeit an sich seit Produktion lässt Elkos verschleißen. Ein 1982 verpacktes und heute ausgepacktes Gerät kann somit defekte Elkos haben, ohne jemals richtig eingeschaltet gewesen zu sein.

3. Beispiele für auftretende Fehler

In einem Philips-CD Player von 1984 wurde z.B. ein 2200µF-Elko ausgebaut, der nur noch 1500µF bieten konnte. So konnte er seine Aufgabe, der Glättung des Brummanteiles aus der gleichgerichteten und transformierten Netzspannung nicht mehr ausreichend wahr nehmen. Er ließ zu viel Brummanteil an die nachfolgende Schaltung heran kommen, was zu Problemen mit der Steuerung, die nicht mehr zuverlässig arbeitete, führte.

Weitere bekannte Probleme bei defekten Elkos sind Probleme beim Einlesen einer CD, brummen im Audiosignal, unterschiedlich laute Kanäle bzw. einseitiger Kanal-Ausfall,

4. Vorgehensweise beim Ersetzen der Elkos

Markieren Sie alle Minus-Pole bzw. machen Sie deutliche Fotos, bevor Sie mit dem Auslöten beginnen. Aluminium-Elkos haben einen Plus- und Minus-Pol, der Minus-Pol ist markiert. Die Polung muss unbedingt beibehalten werden.

Benutzen Sie eine temperaturgeregelte Lötstation auf niedriger Temperatur oder einen Lötkolben von 16-20 Watt, damit sich beim Entlöten nicht das ganze Lötauge von der Leiterplatte löst. Der Gebrauch einer einfachen Entlöt-Saugpumpe und/oder Entlöt-Litze wird empfohlen. Beides finden Sie als Set in meinem Shop.

Achten Sie auf durch die Entlötpumpe ausgeworfenes Lötzinn, es könnte Leiterbahnen oder IC-Anschlüsse überbrücken und zu Zerstörungen führen.

Nehmen Sie bei alten Geräten am besten das nach wie vor erhältliche bleihaltige Lot

Tauschen Sie 1:1, d.h. einen Elko auslöten, neuen Elko einlöten. So ist die Chance, einen Fehler zu machen, gering. Im Zweifelsfall helfen Ihnen sonst nur noch die Fotos oder die Serviceanleitung weiter.

Beim Löten an Platinen sind gute Lötkenntnisse erforderlich.

Hinweise:

Wie oben schon angesprochen, werden die Elkos meist mit höherer Spannungsfestigkeit geliefert. Dabei ist folgende Regel unbedingt zu beachten:

Die Spannungsfestigkeit des neuen Elkos darf gleich oder höher sein als die des alten Elkos, jedoch niemals niedriger. D.h. haben Sie z.B. einen Elko 47µF/35V im Gerät, kann er ohne weiteres durch einen Elko 47µF/63V ersetzt werden, nicht jedoch durch einen 47µF/25V!

Aus vereinfachenden Gründen kann es vorkommen, dass, wenn im Gerät z.B. 47µF/10V, 47µF/16V und 47µF/25V vorkommen, alle drei durch einen höheren Wert, z.B. 47µF/35V ersetzt werden.