Siebelko ersetzen durch Elko mit höherer Kapazität?

Guten Tag werte Sammlerkollegen!

Ich hätte eine allgemeine Frage zum Thema Siebelko:

Ein Freund hat mir viele Platinen von gebrauchten Kopiergeräten geschenkt. Jetzt habe ich viele Elkos mit ~200- 400 µ ~450 V aus den dort verbauten Schaltnetzteilen. Was passiert wenn man diese statt den in den Röhren- Geräten üblichen 50 µ als Siebung einsetzt? Was sagt die Gleichrichterröhre hiezu? Irgendwo habe mal gehört das die Gleichrichterröhre dann ein Problem hätte... Mich würde dies interessieren- mehr technisch- weniger wegen dem geringen Geld- Spareffekt durch diese geschenkten Elkos.  

Danke vielmals für Antwort!      

Schöne Grüße Klaus! 

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Wenn Sie mal einen Blick in die Datenblätter der üblichen Gleichrichterröhren werfen (gibts hier im rm.org) , sehen Sie, dass immer ein Maximalwert für den Ladekondensator angegeben ist. Beispiele: EZ80: 50 µF, EZ11: 32 µF, AZ1: 60 µF usw.. Der Grund: Beim Einschalten stellen die "leeren" Elkos praktisch einen Kurzschluss dar. Je größer die Kapazität, um so länger dauert der an (Zeitkonstante!). Der Strom wird nur vom Widerstand der Trafowicklung begrenzt (bei Allstromschaltungen ist meist noch ein Widerstand in Reihe geschaltet). Wenn beim Aufheizen der Kathode noch nicht die gesamte Emissionsfähigkeit zur Verfügung steht, kann es zu punktförmigen Überlastungen der Kathodenbeschichtung kommen, die die Röhre langfristig unbrauchbar machen. Deshalb sollte man zu hohe Kapazität der Ladekondensatoren vermeiden. 400 µF sind auf jeden Fall zu viel!

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Hallo Herr Madner,

eine Möglichkeit bleibt noch wie Sie ihre Elkos doch noch einsetzen können. Bei Verstärkern mit chronischem Siebkettenbrumm. Wenn die Elkos zu klein bemessen sind, aber die Gleichrichterröhre keine höheren Siebkapazitäten zulässt. Vorallem bei direkt geheizten Gleichrichterröhren kann das zum Problem werden. Ist noch Quecksilber enthalten um den Innenwiderstand zu senken ist es noch prekärer. Nicht selten gibt es dann beim Ausschalten und sofortigen wieder einschalten eine Rückzündung die den Heizfaden zerstört, wenn der Einschaltstrom nicht begrenzt wird.

Wenn Sie nun einen Heißleiter mit ca. 11Ohm Durchgangswiderstand in die Leitung der Gleichrichterröhre vor dem Ladekondensator einschleifen, das ist ein Standardtyp. So schonen Sie Gleichrichterröhre und die Siebkapazitäten. Denn gerade Elkos reagieren geradezu allergisch auf  Überspannung. Sollten Sie Überschläge im Röhreninnern bemerken, können Sie noch einen weiteren Heißleiter in Reihe schalten, dies verdoppelt die Dauer bis zur vollen Leitfähigkeit. Noch ein Vorteil ist das die Spannung sanft ansteigt und nicht sofort die volle û am Ladekondensator ansteht. MP-Kondensatoren vertragen kurze Überlastungen besser, aber das ist Bauart bedingt und würde hier zu weit führen.

Herzliche Grüße

Tobias Münzing

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Bei Netzteilen mit Gleichrichter-Röhre darf der Lade-Kondensator einen vorgeschriebenen Maximalwert nicht übersteigen. Man riskiert sonst daß die Kathodenschicht der Gleichrichter-Röhre abplatzt, wie Herr v. Bechen schon erklärt hat.

Nach dem Lade-Kondensator kommt entweder ein Sieb-Widerstand oder eine Sieb-Drossel (manchmal auch Feldwicklung des Lautsprechers). Dann kommt der Sieb-Kondensator. Für diesen gibt es keine Größenbeschränkung (bezüglich Schäden) wie für den Lade-Kondensator.

Wenn für den Sieb-Kondensator 200µF bis 400µF verwendet werden, hat das folgende Auswirkungen.

• Die Anodenspannung steigt beim Einschalten langsamer an. Unerheblich, weil die Heizung der Röhren länger braucht.
• Die Welligkeit der Anodenspannung nimmt ab, wodurch sich das Brummen vermindert.
• Bei Geräten, bei denen die Anodenspannung der Vorröhren über eine Anzapfung des Ausgangstrafos läuft, könnte aber das Brummen sogar verstäkt werden. Das hängt damit zusammen, daß der Anodenstrom der Endröhre direkt ab Lade-Elko abgegriffen wird, was zunächst zu stärkerem Brummen führen würde. Aber das Brummen im Lautsprecher wird mit Hilfe einer Brückenschaltung kompensiert, jedoch ist die Brücke bei Vergrößereung des Sieb-Elkos nicht mehr im Gleichgewicht.
• Beim Ausschalten spielt das Gerät noch so lange (leiser) weiter, bis der Sieb-Kondensator entladen ist.

MfG DR

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Guten Tag,

 

ich möchte noch bemerken, das nicht nur der Ladestrom beim Einschalten zu groß wird, wenn der erste Siebkondensator den max. erlaubten Kapazitätswert übersteigt. Das würde die Gleichrichterröhre sicherlich überleben. Aber bei jeder Halbwelle wird der Siebkondensator nachgeladen, je größer dieser

ist, desto weniger Zeit steht dafür zur Verfügung.Das gilt natürlich nur, wenn das Netzteil belastet wird.

Das heißt, das in dieser kuzen Zeit ein erhöhter Strom fließen muß, um die erforderliche Energie zu transportieren.Diese Stromspitzen sind schädlich für die Gleichrichterröhre. Daher sollen immer ( möglichst grosse) Drosseln bei Röhrengleichrichtung eingesetzt werden, die Drossel

stellt für den Wechselspannungsanteil einen hohen Wiederstand dar, hinter der Drossel kann man daher

einen fast beliebig großen Kondensator einbauen. Man könnte sich ja mal diese Ladekurven ansehen,

mit einem Ozilloskop, oder in einem Elektronik-Grundlagen Lehrbuch.

Auch bei Selen oder anderen Halbleiter-Gleichricher sind zu große Kondensatoren eher von Nachteil, weil diese zwar nicht unbedingt überlastet werden, aber die Stromspitzen können zu 50Hz Störungen bei Einweggleichrichtung oder 100Hz-Störungen bei Zweiweggleichrichtung

führen, und dann wäre eine zu große Kapazität kontraproduktiv.Hier könnte man mit einer Siebkette oder auch einer Drossel Abhilfe schaffen.

Grüsse, Armin Ohrem  

 

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Der Kondensator C₁ unmittelbar am Gleichrichter (Röhre oder Halbleiter) ist der Lade-Kondensator. Der Kondensator C₂ hinter der Drossel L ist der Sieb-Kondensator. I.a. folgen in einer Schaltung dann noch weitere Sieb- bzw. Entkoppel-Kondensatoren.

Da der Gleichrichter als nichtlineares und geschaltetes Bauelement betrachtet werden muß, ist das Zusammenspiel von Gleichrichter und Lade-Kondensator im Zeitbereich zu betrachten.

Im Unterschied dazu ist der Stromfluß durch die Spule L und den Rest der Schaltung kontinuierlich, weshalb dieser Teil als linear angenommen werden kann, so daß dafür die "nomale" komplexe Wechselstrom-Rechung (im Frequenzbereich) angewendet werden darf, mit der dann die weitere Sieb-Wirkung berechnet werden kann.

Mit Hilfe eines Oszilloskops lassen sich die Zeitverläufe von Spannung und Strom darstellen.

Weil der Strom vom Gleichrichter zum Lade-Kondensator nur dann fließt, wenn die Spannung, die der Gleichrichter liefert, die Spannung am Lade-Kondensator übersteigt, wird der Stromflußwinkel um so kürzer, je besser der Lade-Kondensator seine Spannung hält, also je größer er ist.

Da die notwendige Ladung des Lade-Kondensators daher in kurzen Zeitintervallen erfolgt, wird die dadurch entstehende Stromspitze um so größer, je kürzer die Lade-Zeit ist, also je größer der Lade-Kondensator ist.

Die Stromspitze wird dabei um so größer, je größer der Laststrom I₀ ist. Der Serien-Widerstand R_S berücksichtigt den Gesamtwiderstand aus Trafowicklung und Gleichrichter-Widerstand. Ist der Lastwiderstand R_L sehr groß verglichen mit R_S, steigt die Spannung U₀ (fast) bis zum Scheitelwert Û.

In Bild 5.2/10 ist die Größe des Spitzenstroms Î in Abhängigkeit von Netzfrequenz, Größe des Lade-Kondensators und des Lastwiderstandes dargestellt, wobei die einzelnen Kurven für unterschiedliche Verhältnisse von Serien-Widerstand zu Last-Widerstand gelten.

In ungünstigen Fällen können also Spitzenströme vom bis zu 30 fachen des entnommenen Gleichstromes entstehen.  

Es sind diese Stromspitzen, die eine Gleichrichter-Röhre "belasten". Daher haben Gleichrichter-Röhren stets verhältnismäßig große Kathoden und entsprechend große Heizleistungen.

Mit Hilfe der hier gezeigten Diagramme ist es nun möglich, die Größe der entstehenden Spitzenströme zu bestimmen, wenn der Lade-Kondensator erhöht werden soll.

Lit:
Argumau, L.B.: Vacuum-Tube and Transistors, Wiley, 1956
Wagner, S.W.: Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte, Decker's, 1964

MfG DR

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Guten Morgen werte Sammlerkollegen!

Danke für die sehr umfangreichen Antworten! Ich werde die geschenkten Elkos besser nicht  für meine Radiosammlung verwenden- es gilt doch einiges zu beachten...

Ich überlege noch, gemäß Antwort von Hr. Dietmar Rudolph, eventuell mal als Siebkondensator einen größeren Elko zu testen- als Ladeelko sicher nicht... 

Danke nochmals an Alle!

Schönen Gruß aus Niederösterreich! Klaus

 

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In Post #6 ist zu sehen, wie der Lade-Elko durch kurze Stromspitzen geladen wird. Da in diesen Stromspitzen so viel Ladung zufließen muß, wie danach in den Pausen die Ladung (als Gleichstrom) wieder abfließt, wird verständlich, daß der Spitzen-Strom beim Lade-Vorgang um so größer wird, je kürzer die Zeit für die Aufladung wird. Das ist aus Fig. 14 und Bild 5.2/10 zu erkennen.

• Also, je größer der Lade-Elko wird, um so größer werden die Stromspitzen î.

Die im Lade-Elko entstehenden Verluste P_v infolge dessen "effektiven Serien-Widerstandes" (ESR) sind proportional zu P_v ~ î²*(ESR), also proportional zum Quadrat des Spitzen-Stromes î.

Durch die dadurch entstehende Verlustwärme erwärmt sich der "Wickel" des Lade-Elkos.

Für die Praxis ergeben sich daraus zwei Fragen:

1. Wie wirkt sich eine Temperaturerhöhung des Elkos auf dessen Lebensdauer aus?
2. Welches ist im Falle eines Zweifach-Elkos der äußere Wickel, der die bessere Wärmeabfuhr besitzt?

Temperaturerhöhung und Lebensdauer

Die Hersteller von Elkos haben zu dieser Frage Meßreihen veröffentlicht, die als Daumenregel besagen:

• Erhöht sich die Temperatur des Wickels um 10°, so erniedrigt sich die Lebensdauer auf die Hälfte.

Dies ist nur in sofern ein strenger physikalischer Zusammenhang, als es sich hierbei um die Diffusion des Elektrolyten durch den Verschluß des Elkos geht. Da es unterschiedliche Verschlüsse und unterschiedliche Elektrolyten von Elkos gibt, gibt es in der Praxis durchaus auch etwas andere Gesetzmäßigkeiten. 

Anschaulicher als die Tabelle ist die zugehörige Graphik für drei ausgewählte Temperatur-Erhöhungen.

Die Graphik, wie auch die Tabelle, ist auf 85°C als "Betriebstemperatur" normiert. Für die Linie des "10° Gesetzes" sieht man sehr schön einerseits die Halbierung der Lebensdauer bei Temperaturerhöhung um 10°, als auch die Verdoppelung der Lebensdauer bei Erniedrigung der Temperatur um 10°. Das gilt allerdings unabhängig davon, von welcher Temperatur man ausgeht.

Interessant ist auch noch ein Ausschnitt aus dem Text, wo erkennbar wird, daß durchaus auch noch andere Faktoren mit hereinspielen.

Wenn man von einigen Sonderkonstruktionen (mit Lösungs-Elektrolyt) absieht, wird er weltweit immer noch mit dem klassischen Ester-Elektrolyt imprägniert.

Dieser Betriebselektrolyt war und ist eine bewährte und zuverlässige Rezeptur für einen Temperaturbereich -10 ... +60°C. Wie sollte man sonst die Tatsache erklären, daß Opa's Vorkriegsradio bezüglich der Elektrolytkondensatoren heute nach fast 50 Jahren immer noch funktioniert, obwohl die damals verfügbaren Ausgangsmaterialien bei weitem nicht die heutigen Reinheitsforderungen erfüllten. Es waren eben die niedrigen Betriebstemperaturen, die den durch Diffusion verursachten (geringen) Elektrolytverlust zum wesentlichen Alterungsmechanismus gemacht haben. Bessere Ausgangsmaterialien, Fertigungsmethoden und einige elektrochemische Tricks haben bis heute eine echte Erweiterung des Temperaturbereiches auf bestenfalls -25 ... +70°C ermöglicht, da die durch stärker geätzte Folien erreichte Abmessungsverkleinerung mit all ihren Folgeproblemen zusätzlich beherrscht werden mußte.

Dessen ungeachtet gibt es heute kaum noch einen Hochvolt-Elektrolytkondensator, der in Aufdruck und Datenblatt eine niedrigere (obere) Grenztemperatur als +85°C angibt. Zu dieser Temperatur werden Lebensdauern von 1000 ... 2000 h genannt.

Oft werden solche (niedrigen) Werte dadurch schmackhafter gemacht, daß zwischen Begriffen wie der "Prüfbeanspruchung" und einer (meist merklich größeren) "Lebensdauererwartung" unterschieden wird. Dabei wird dann noch dieser zweite ohnehin nicht sehr aussagekräftige Begriff durch Verkoppelung mit einem z.B. "60% confidence level" völlig verwässert.

Vom Elektrolythaushalt bzw. den Diffusionsverlusten her müßten gerade solche Hochvoltkondensatoren ein Vielfaches der genannten Lebensdauern aufweisen. Der Grund für diese Diskrepanz liegt hier in der (berechtigten) Angst vor den schon oft erwähnten Sekundäreffekten.

Einige davon sind:

• Überdruck durch zu hohen Dampfdruck des Elektrolyten, Ventilbruch.
• Starke Veränderung der Elektrolytzusammensetzung, verbunden mit chemischen Angriffen auf die Oxydschicht, starker Reststromanstieg, Gasproduktion, Überdruck und Ventilbruch.
• Funkenbildung im Wickel wegen zu stark abgesunkener Maximalspannung des Elektrolyten, Elektrolytzersetzung.
• Erweichung oder Versprödung der zur Abdichtung verwendeten Materialien (Kunststoffe, Kautschuke).

Die obere Grenztemperatur als die Temperatur, bis zu der Sekundäreffekte (im weitesten Sinn) mit großer Sicherheit nicht auftreten, ist (auch für andere Bauelemente?) eine Wunschvorstellung, deren Realisierung offensichtlich in vielen Fällen mehr schlecht als recht erreicht wird.

Mehrfach-Elkos

Hochvolt Mehrfach-Elkos aus neuerer Produktion gibt es kaum noch. Bei den früheren Mehrfach-Elkos war die Kennzeichnung des äußeren Wickels nicht ganz einheitlich. Ein Beispiel aus einem Siemens Datenbuch aus ca. 1965 kann jedoch einen Anhaltspunkt dafür liefern.

Wenn keine Farbmarkierung vorliegt, kann man wohl davon ausgehen, daß die erstgenannte Kapazität den äußeren Wickel darstellt, der dann als Lade-Elko verwendet werden sollte.

Bei manchen Mehrfach-Elkos sind die Anschußfahnen nicht durch Zahlen 1., 2., sondern durch Symbole gekennzeichnet Δ, □, ○.

Lit:
Thiesbürger, K.H.: Der Elektrolyt-Kondensator, 3.A., Frako, 1982

MfG DR

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Ergänzend hier noch Bilder, die die Kennzeichnung des äußeren Wickels bei Doppelelkos markieren. Man sollte stets den äußeren Wickel als Lade-Elko beschalten, weil der die bessere Wärmeabfuhr ermöglicht.

Wie aus den Listen im vorausgehenden Post erkennbar ist, gibt es je nach Bauform Elkos, die eine Reduzierung der Lebensdauer um jeweils einen Faktor 2 bei einer Temperatur-Erhöhung zwischen 7,5°C und 15°C erleiden. Da i.a. nicht bekannt ist, wie ein aktueller Elko beschaffen ist, wird als "Daumenwert" 10°C Temperatur-Erhöhung für eine Halbierung der Lebensdauer angesetzt.

In der Praxis ist die Messung einer so geringen Temperatur-Erhöhung infolge der Verluste im Lade-Elko nur sehr schwer zu bewerkstelligen.

Unter diesem Aspekt ist eine Befüllung alter Elkos mit neuen, soweit es sich um den Lade-Elko handelt, sicher problematisch. Man muß sich dann eben im Klaren sein, daß diese Lösung auch nur eine endliche Lebensdauer haben wird.

Mein Dank gilt Hans Knoll für die Bereitstellung der Bilder.

MfG DR

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