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Etwas über Kondensatoren - für Laien !! -

Edelnetzteil für 12V und 50Ampere - das sind immerhin 600 Watt
Elkos mit Hochstromanschlüssen für Profinetzteile
Tantalkondensatoren zur Koppelung der Verstärkerstufen
Die Grenze liegt hier bei 105 Grad
eine Stiege voller 4.7000er

Kondensatoren aller Art nutzt man prinzipiell für zwei (drei) Funktionen:

  1. zum Zwischenspeichern (glätten) von Gleichspannungen und
  2. zum Koppeln von Verstärkerstufen (früher sogar zum Ankoppeln von Lautsprechern)
  3. zum Abstimmen von Frequenz-Filter-Kurven in aktiven und passiven Frequenzweichen

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zu 1.) Das Glätten von Gleichspannungen braucht man nach dem Gleichrichten einer Wechselspannung mit Hilfe von 4 Dioden oder einem sogenannten Brückengleichrichter. Am Ausgang solcher Gleichrichter bekommt man erst mal eine fürchterlich bucklige (Gleich-) Spannung, die nur aus "Sinus-"bergen besteht und die nach jedem Berg wieder auf nahezu Null Volt abfällt. Mit solch einer Spannung kann man aber nicht viel anfangen.

Man benutzt daher Netzteil-Kondensatoren, um die Energie von einer Hallbwelle bis zur nächsten zu speichern, damit am Ausgang eine richtige, wirkliche saubere "glatte" Gleichspannung verfügbar ist.

zu 2.)
Aus technischen Gründen möchte man von Verstärkerstufe zu Verstärkerstufe (und somit auch von Verstärker zu Verstärker) nur die gewünschte Wechselspannung, die eigentliche Information, "weiterleiten", also übertragen. Die Gleichspannung soll abgeblockt bzw. gesperrt werden.

Der sogenannte Koppel-Kondensator sollte dazu (natürlich) den gewünschten Hifi-Frequenzbereich absolut frequenzlinear übertragen können.

zu 3.) Bei den Frequenzweichen aller Art spricht der Fachmann von den sogenannten RC oder LC Gliedern. "R" ist dabei das Kürzel für einen ohmschen Widerstand, "C" ist das Kürzel für einen Kondensator und "L" ist das Kürzel für eine Induktivität, also eine Spule.

Das sind also die vereinfachten Voraussetzungen für den Betrieb der Kondensatoren in elektronischen Gräten.
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Doch jetzt zum "Kleingedruckten"

Der Unterschied: dicke Reserven bei 2 x 22.000uF bei 63 Volt
und die billigtse und primitivste Version im Saba 8080

Beginnen wir mit der Funktion 1, dem sogenannten Siebkondensator.
Die Angabe der Spannung ist eigentlich selbsterklärend. Ein vernünftiger Ingenieur baut aber mindestens 20% Reserve zu der maximal vorkommenden Versorgungsspannung ein. Die Kapazität sagt etwas über die Speicherfähigkeit von Energie aus und wird nach der zu liefernden Leistung des Netzteiles berechnet. Somit könnte ein dicker Netzteil Kondensator zum Beispiel 63V und 5.000uF drauf stehen haben, wenn er an +50 Volt betrieben wird.

Diese Angaben garantiert der Hersteller
bis zu einer in unseren Breitengraden üblichen Umgebungstemperatur von ca. 70 bis 80 Grad Celsius (und natürlich nur für eine bestimmte Lebensdauer).

Eine Güteklasse höher vertragen professionelle Netzteil- Kondensatoren mit den gleichen Werten dann aber bis zu 105 Grad Celsius und die sind natürlich auch deutlich teurer. Darüber hinaus gibt es noch eine Güteklasse mehr (oder höher), die "military grade" Edelkondensatoren, die ganz wesentlich härter im Nehmen (bei der Strom-Impulsbelastung) sind, auch bei den Temperaturen und bei der mechanischen Rüttelfestigkeit (in Panzern oder Flugzeugen) und die dann nochmal das Doppelte kosten.
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Spezifikationen, die Sie suchen müssen !

Wir nehmen als brandaktuelles Beispiel die im Moment modernen USB Sticks mit 16 oder 32 Gigabyte (wir haben Aug. 2012). Unbestritten haben die alle bezogen auf die Kapazität ihre 16 oder 32 Gigabyte netto netto.

Doch es gibt gewaltige Unterschiede bei der Geschwindigkeit, bei der Schreibrate und bei der Leserate. Das steht ganz versteckt irgendwo "ganz ganz" klein gedruckt in einer Ecke, die der "Ich bin doch nicht blöd und Geiz ist geil" Kunde hoffentlich NICHT !!! liest. Die Unterschiede gehen fast bis zum Faktor 10 !! bei der Schreibrate, also von absolut "stinklangsam" über attraktiv schnell bis richtig superflink.

Die Preise sind dann auch verständlich - von 9,90 Euro bis zu 38.- Euro für lahmen Gurken bis hin zu den schnellen Rennern, und alle mit völlig korrekten 16 oder 32 Gigabyte.
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Links der schwarze Gleichrichter und die beiden Siebkondensatoren für + und - 30 Volt.

Bei den sogenannten Elektrolyt-Kondensatoren ist es die Lade- und Entladezeit im Vollastbetrieb. Also wenn der Verstärker seine Nennleistung bereits erbringt und dann dazu noch einen Impuls abliefern soll. Schauen Sie einfach mal in einen Lowcost Consumer-Verstärker oder Receiver rein und dort sehen Sie die dünnen Lötösen und Drähtchen, die an den Kondensatoren im Netzteil verbaut sind. (Siehe 5. Bild von oben - der Saba 8080.) Dann wird klar, das begrenzt den möchtegern (Impuls-) Strom. In Accuphase Verstärkern (und anderen natürlich auch) sind diese Leitungen bis zu 4 Quadratmillimeter dick und da fließt dann auch dicker "Saft" zu den Leistungstransistoren und dann (hoffentlich) auch zu den Lautsprechern. Die Musik klingt bei solchen Verstärkern natürlich ganz anders ( - also allermeist besser).

Wir könnten hier zum Beispiel einen 2 x 70 Watt Sinus Edel-Receiver von WEGA (ca. 3000.- DM) mit einem 2 x 80 Watt Edel-Verstärker E210 von Accuphase (ca. 4800.- DM) vergleichen. Dennoch, dazwischen liegen immer noch Welten.
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Der Koppel-Kondensator in der Elektronik

Vorerst muß man etwas über Transistoren und Transistor- verstärker wissen oder erklärt bekommen, nämlich daß Transistoren eine Schwellen- oder auch Durchlass-Spannung haben, in deren Bereichen sie so gut wie "nichts" tun können (und werden).
Transistoren haben nämlich einen ziemlich genau spezifizierten linearen Verstärkungsbereich, der außerhalb dieses Bereiches sowohl nach oben wie auch nach unten ins "Unbrauchbare" absackt. Dazu die Erklärung:
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Nur in diesem linearen Verstärkungs- bereich (zwischen den grünen Pfeilen) ist ein hochqualitativer Betrieb machbar. Technisch macht man das etwa, indem man die Verstärkerstufe mit zum Beispiel +20 Volt versorgt und die Null-Linie der Signal-Wellen auf diesen Arbeitspunkt (AP) +10 Volt anhebt. Die Sinuswellen schwingen dann um die 10 Volt herum und am Ende der Verstärkerstufe wird dieses Signal mit einem Koppel-Kondensator "ausgekoppelt".

Deutlich sieht man, daß außerhalb der linearen Kennlienie (rote Kreise) das Signal erheblich verfälscht wird (rote Pfeile). Man kann "den Klirrfaktor" also auch sehen. Eine wirklich saubere klirrarme Verstärkung funktioniert nur zwischen den grünen Pfeilen mit der kleineren Eingangsspannung U(in1) und dem verstärkten sauberen Ausgangsstrom I(out1).
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Ein ganz simples (uraltes) Verstärker-Beispiel von 1970

Schaltplan eines ganz frühen Bastel- Endverstärkers etwa 1970


Ein 4 Watt Endverstärker (kein Hifi) von 1970 ist deshalb leicht zu verstehen:

Das hereinkommende Eingangssignal (von links) wird mit einem kleinen 100 nF (Nano-Farad) Koppel-Kondensator an die Eingangsstufe (den ersten Transistor) angekoppelt. - Also egal, was dort vorne vorher passiert, nur die Ton-Wechselspannung wird herein gelassen. -

Dann wird mit den 4 Transistoren das Signal verstärkt und am Ende (rechts im Bild) wird der Lautspecher über 470uF (Micro-Farad) angehängt (angekoppelt). Die Versorgungsspannung kann 12 bis 15 Volt DC (Gleichspannung) betragen und so liegt an der linken + Seite des 470uF Auskoppelkondensators etwa die Hälfte dieser Gleichspannung an. Der Kondensator blockiert diese Gleichspannung und leitet nur die Signal- / Wechselspannung zum Lautsprecher weiter.

Hinten darf nur das Nutz-Signal (die "Töne") rauskommen.

In der Regel ist der Koppel-Kondensator am Ausgang solch einer Verstärkerstufe in Verbindung mit einem Widerstand ein Hochpass- Filter, der möglichst alle hohen Frequenzen (über 20Hz zum Beispiel) "passieren" läßt bzw. übertragen sollte. Auf jeden Fall kommt hinten keine Gleichspannung mehr raus. Und das ist wichtig.

Etwas mehr über die gängigen und verständlichen Verstärkerkonzepte kommt noch bei den Verstärkern. Das hier sollte erst mal reichen, ein wenig Verständnis für unsere alten Hifi-Veteranen aufzubringen.

Der Kondensator ist äußerlich unsichtbar ausgelaufen
an dem mittleren Kondensator sieht man es ganz deutlich

Wo sind die Schwachstellen bei den Kondensatoren?

Das ist eigentlich ganz einfach. Solch ein Kondensator besteht in der Regel aus mit Aluminiumfolie beschichteten Papierwicklungen, deren Lagen mit einem Die-Elektrikum voneinander getrennt sind. Dieses Dieelektrikum ist eine gelierte Wassermischung ähnlich einem Quittengelee oder Apfelgelee.

Trocknet das nach ein paar Jahren aus, hat der Kondensator keine Kapazität mehr, er funktioniert einfach nicht mehr. Das ist schade, aber unkritisch. Berühren sich aber die Windungen von ganz außen und ganz innen, hat der Kondensator einen "Kurzen".

Ein Kurzschluß ist aber schon recht gefährlich, weil da ungeahnte Energien freigesetzt werden können. Solch einen Knall von einem 5000uF / 60Volt  Kondensator vergessen Sie so schnell nicht.
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Millionen von Kondensatoren sind in 2002 geplatzt

Die Alterung kann nach 20 Jahren einsetzen oder nach 5 Jahren schon. Manche Kondensatoren aus der Vorkriegszeit funktionieren heute noch (ein wenig). Verlassen können Sie sich auf gar nichts, es sind Massenartikel in Milliardenstückzahlen.

In 2002 hatte einer der größten Hersteller der Welt in Hongkong, von dem alle chinesischen Fabriken diese Teile kaufen, geglaubt, er könne den "Anti-Fäulniß-Zusatz" für dieses Dieelektrikum einsparen.

Es ging (nur) um Millionstel Cent pro Stück. Relativ schnell und dann ein Jahr später sind hunderttausende von Computer- Hauptplatinen komplett (und natürlich innerhalb der Garantie) ausgefallen, geplatzt - bei uns auch, und bei IBM, Compaq, Siemens und HP ebenso wie bei den Schraubern, Krautern und Bastlern. Der Schaden ging damals ebenfalls in die Milliarden.
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Finger weg von Kondensatoren älter als 15 oder sogar 20 Jahre.

Alle ausgetauscht, hier die alten Kondensatoren von vor 30 Jahren.
hier schon die neuen Kondensatoren in diesem R3000

Es ist sehr schwierig, einem Kondensator anzusehen, wie viel er bereits "gelitten" hat. Man kann den Innenwiderstand messen und die Kapazität bestimmen und das ganze unter der Nennspannung auch noch ausprobieren. Doch - wie lange er das "ab dann" noch weiter mitmacht, weiß niemand.

In Geräten, die sowieso schon offen sind
zur Fehlersuche bzw. Reparatur, sollte man die Netzteilkondensatoren und ähnliche Elkos auf den einzelnen Platinen, die der Stabilisierung der Versorgungsspannung dienen, vorsorglich austauschen. Kondensatoren sind Massenartikel und kosten heute nicht mehr viel. Neue Elkos gibt es bei Conrad, ELV und Reichelt und den Industrie- Distributoren. Pollin hat fast nur alte gebrauchte Ware - da also aufpassen.

Bei uns im Museums-Labor ist das nicht so kritisch, da wir ja wissen wollen, wie lange der zweite (alte) Kondensator von einem +/- 50 Volt Pärchen überlebt, wenn der defekte Kondensator gerade erneuert wurde. Wenn "Sie" selbst aber tauschen müssen oder (gegen Entgeld) tauschen lassen, dann immer gegen neue Ware.

Für Sie zuhause ist es nämlich sehr ärgerlich, wenn nach einer kürzlichen Reparatur - wenige Tage später - wieder der weiße beißende Qualm aufsteigt und Sie Ihr tolles Hobby der besseren Hälfte - aber jetzt wirklich - nicht mehr nahe bringen können.
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Ein besonders prägnantes Beispiel der Nutzung von Kondensatoren ist der Lösch-Magnet:

Banken und Versicherungen müssen Datensicherungsbänder vor der Entsorgung absolut sicher löschen. Das macht man in einem richtig starken Magnetfeld, welches die Magnetbandwickel wirklich gänzlich "durchdringt" und die Aufzeichnung auf dem Magnetband elemeniert, aber richtig und unwiderruflich. Das ist die offene Kammer rechts im Bild.

Dazu wird eine sogenante Kondensatoren- Batterie mit zum Beispiel 400 Volt Drehstrom und 3 x 25 Ampere (bei den kleinen Modellen - bei den größeren Modellen sind es 3 x 65 bis 3 x 120 Ampere !! und das ist eine Menge Energie) ca. 10 Sekunden aufgeladen und dann diese geballte Lade-Energie mit einem speziellen ganz extremen Hochlastschalter auf die große Kupfer-Spule "losgelassen". Die Kondensatoren- Batterien sind im Unterschrank des Schrankes eingebaut.
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Eine kleine 3 x 25 Ampere Anlage erzeugt dabei Schläge, als wenn ein VW Golf aus dem 4.Stock neben Ihnen runter kracht. Eine große 3 x 85 Ampere Anlage erzeugt akustische Schläge ähnlich einer Panzerhaubitze vom Truppenübungsplatz, die man in 1 km Entfernung noch so laut hört, daß umliegende Bewohner sofort die Polizei rufen. Das gab es in einem Industriegebiet nahe Frankfurt. (Das lukrative Geschäftsmodell wurde von dieser Entsorgungsfirma ganz schnell wieder fallen gelassen und ich habe damit im historischen Ortskern eines Vorortes von Wiesbaden gar nicht erst angefangen. - Es ging dabei sogar um richtg viel Geld - (besser gesagt : um richtig lukrative Einnahmen.)
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Es geht in Kürze weiter mit einer Einführung in die Frequenzweiche.

Dort werden auch Kondensatoren und deren technische Eigenarten gebraucht.

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