Was sind Elkos?
Jeder, der schon einmal ein defektes Gerät nach einem kurzen Stromausfall hatte und dieses danach zum Fachbetrieb seines Vertrauens zur Reparatur brachte kennt den Satz „Da sind die Elkos platt!“. Wird das Gerät geöffnet hört man auch gerne Sätze wie „…die großen Elkos machen schon dicke Backen…“ oder „…sehen Sie, der ist schon entlüftet…“.
Nun fragt man sich als Laie: Kann man das gute Stück wieder aufpumpen? Oder die Backen zusammenkneifen?
Also, los geht`s. Schauen wir uns das wunderliche Bauteil einmal näher an.
Elko ist die Abkürzung für Elektrolytkondensator. Vom mechanischen Aufbau her besteht der Elko aus einem Becher, in dem eine Folie gerollt wird, die als ein Pol wirkt. Das Elektrolyt ist eine Flüssigkeit, welche mit der Folie zusammen, meist auf einem Träger, gewickelt ist und den zweiten Pol darstellt. Die „Isolationsschicht„ zwischen diesen Polen, das Dielektrikum, ist eine Oxidbildung auf der Folie. Somit haben wir zwei große „Platten“, die jeder Kondensator hat, platzsparend aufgewickelt in einem zylindrischen Becher verpackt.
Allerdings hat die Bauform Nachteile. Um das isolierende Oxid zu bilden, muss Spannung anliegen. Sonst bildet es sich zurück und es entstehen Leckströme. Auch kann diese Schicht z. B. durch Alterung oder Verpolung geschädigt werden, wodurch ein Strom beginnt zwischen dem Elektrolyt und der Folie zu fließen. Dadurch entsteht zunehmend Verlustwärme, welche das Elektrolyt verdampfen lässt. Ist die Oxidschicht bereits stark geschädigt, fließt ein entsprechend hoher Strom, der dann sogar den Kondensator platzen lassen kann. Aus diesem Grund prägen die Hersteller extra in große Elkos Sollbruchstellen in die Kappe des Kondensatorbechers. Diese Kappe wird zuerst aufgebläht und reißt dann ein. Durch den Spalt kann dann das kochende Elektrolyt entweichen. Es entsteht ein weißer Dampf, der auch noch recht übel riecht. Oft entsteht der Eindruck, dass es brennt, was aber nicht der Fall ist.
Nun kann man denken: „Gut, schalte ich mein Gerät hat selten ein und belüfte es gut. Dann halten meine Elkos ewig!“.
Leider nein. Klar, sie werden etwas länger halten. Allerdings geschieht die Verdampfung des Elektrolyts zwangsläufig. Kein Elektrolytkondensator bleibt davon „verschont„. Dies ist eine feste, negative Eigenschaft dieser Bauteile. Bei hohen Umgebungstemperaturen, wie z. B. in Netzteilen oder dem Ausreizen der angegebenen Spannungsobergrenze, geschieht dies schneller, bei optimalen Betriebsbedingungen langsamer. Selbst ein Nicht-Betrieb, wie dies in der Unterhaltungselektronik oftmals bei Camcordern der Fall ist, lässt Elektrolytkondensatoren regelrecht auslaufen. Die Ursache hierfür liegt im Verschluss des Kondensators am Boden. Hier wird zur Dichtung eine Gummiplatte eingebracht, die den Becher und die Anschlüsse abdichtet. Dieser Gummi altert selbst im spannungslosen Zustand, verliert an Elastizität und lässt Elektrolyt nach Außen treten.
Warum kann ein einzelner Kondensator aber mein Gerät komplett ausfallen lassen?
Das liegt im Einsatzbereich der Elkos. Wird der bereits gealterte Kondensator z. B. in einem Regel- oder Schwingkreis eingesetzt, wie dies in Schaltnetzteilen für den Schalttakt notwendig ist, ist zur Bestimmung der Resonanzfrequenz eines solchen Kreises die Einhaltung der Kapazität und der Güte für das korrekte Anlaufen und darauffolgende Regeln wichtig. Sinken diese, weil die Oxidschicht gealtert oder schon Elektrolyt verdunstet ist, wird irgendwann der Punkt unterschritten, an dem die Resonanzfrequenz noch erreicht werden kann; der Schwingkreis läuft dann gar nicht mehr an oder läuft unkontrolliert. Das Netzteil zerstört sich selbst und kann dabei auch weitere angeschlossen Gruppen beschädigen.
Wird der betroffene Kondensator in der Gleichspannungs-Siebung einer Versorgungsspannung eingesetzt, kommt es bei sinkender Kapazität zu einer Wechselspannungsüberlagerung, auch Brumm genannt, auf der Gleichspannung. Gerade digital arbeitende Bausteine benötigen jedoch eine stabile und „saubere„ Versorgungsspannung. Bei verbrummten Spannungen entstehen Fehlzustände und Fehlfunktionen.
Warum aber steht das Gerät nach dem Stromausfall oder dem Flackern der 230V Versorgung plötzlich still? Es lief doch vorher einwandfrei?
Nehmen wir einmal an, dass sämtliche Toleranzen, die der Schaltung und des Kondensators, bereits durch den Verschleiß unterschritten wurden. Die Grenze der Funktionsfähigkeit des, z. B. PC Netzteils, ist erreicht und der Ausfall steht bevor. Noch läuft das Netzteil an diese Grenze weiter, da ein einmal schwingendes System leichter aufrecht gehalten werden kann als dieses System zum Anschwingen zu bewegen. Jetzt kann eventuell schon eine Temperaturschwankung ausreichen den Fehler „sichtbar„ zu machen. Ein Stromausfall löst ihn auf jeden Fall aus. Dabei spielt es keine Rolle, ob man einen Ausfall des 230 V Netzes hatte oder den PC am Hauptschalter einmal abschaltet bzw. den Stecker zieht. Der Effekt bleibt gleich: Die Spannung fällt ab, eventuell sinkt zusätzlich auch die Umgebungstemperatur der Elkos und der Fehler ist da.
Letztlich alles kein Beinbruch, zumindest wenn man das Gerät nicht verzweifelt immer wieder versucht zu starten oder, sollte bereits ein Elko weißen Dampf ausblasen, sofort aussteckt. Dann ist üblicherweise Rettung durch einen Fachmann möglich. Der putzt die Schaltung vom ausgetretenen Elektrolyt, entfernt die Elkos mit den „dicken Backen“ und das gute Stück ist wieder betriebsbereit.