Kondensatoren in sehr alten Geräten
Ich hatte jetzt (März 2024) das Glück, ein Uralt- Radio auf den Tisch zu bekommen, bei dem außer dem Drehkondensator durchweg ALLE Kondensatoren schlechte und schlechteste Werte haben, die sich auch messen lassen- das ist nicht immer so einfach.
Da das Gerät etliche Schwingkreise enthaltende Bauteile/ Baugruppen enthält, konnte ich Messungen an den den Baugruppen und alten, und danach mit neuen Kondensatoren durchführen.
Hier wird sehr anschaulich deutlich, WELCHEN Einfluß die Alterung auf die Bauteile, sowie auf die Funktion der Baugruppen hat.
Da es ja mehrere solcher Baugruppen sind, sinkt die Leistung des Gerätes mit jedem gealterten Kondensator, mit jeder dieser mit solchen Kondensatoren bestückten Baugruppe.
Grundlagen Kondensator
Betrachten wir als erstes das Ersatzschaltbild eines Kondensators.
Die realen Kondensatoren in den alten Geräten hatten zur Zeit der Herstellung durchaus gute Werte, Hersteller- Angaben weisen 1 stellige GOhm- Werte aus, die ohmschen Reihenwiderstände werden nicht genannt, dürften aber äußerst gering gewesen sein. Parasitäre Induktivitäten wurden schon damals durch geeignete Gestaltung des Innenlebens immer geringer gemacht.
Es gab Kondensatoren mit dem Aufdruck "induktionsfrei"- was natürlich Quatsch ist- zumindest die Induktion des Zuleitungsdrahts ist immer vorhanden, die normalen Bauformen jener Zeit hatten aber schon relevante Induktivitätswerte durch die Form der Wickel, das mußte in einigen Schaltungen schon berücksichtigt werden, um z. B. "wilde Schwingungen", d. h. Selbsterregung infolge parasitärer Induktivitäten, oder auch unerwünschte Anhebungen bestimmter Frequenzen durch Resonanzen oder Drosselwirkungen zu vermeiden.
Mit einem einwandfreien Kondensator ist in einer Schaltung nur der "innere Kondensator" mit seiner Nennkapazität wirksam.
Einfluß der Zeit
Jedoch hat der Zahn der Zeit am Innenleben genagt.
So ist der Isolationswiderstand alter, früher einwandfreier Kondensatoren nicht mehr im Gigaohm- Bereich, sondern in Megohm- Bereich, manchmal sogar weit niedriger, bis... einstellige Kiloohm !
Die Kontaktwiderstände an den "Platten" (Folien, Beschichtungen), die ja äußerst gering sein sollen, können nun im Kilo- bis Megohm- Bereich liegen, was bei kleinen Kondensatoren manchmal nicht wirklich zu messen ist- der Kondensator wird, technisch gesehen, noch immer geladen, durch den höheren Innenwiderstand eben nur langsamer.
Bei kleinen Kapazitätswerten wird ein so defekter Kondensator immer noch mit seinem Nennwert angezeigt !
Wann ist ein Kondensator defekt ?
Niedriger Isolations- oder hoher Innenwiderstand- mit schlechten Werten ist ein Kondensator... unbrauchbar.
Grund: Es ist kein Kondensator, sondern eine RC- Kombination.
Und die kann die Funktion eines Gerätes grundlegend ändern.
Wie Defekte messen ?
1. Meßgeräte weisen defekte Uralt- Kondensatoren mit einer zu hohen Kapazität aus.
2. Eine Widerstandsmessung ergibt meßbare Widerstandswerte unterhalb der sehr hohen Hersteller- Angaben.
3. Ein spezielles Gütefaktormeßgerät weist den Kondensator als defekt aus.
Die angeblich hohe Kapazität ist durch den niedrig gewordenen Isolationswiderstand bedingt.
Meßgeräte bewerten den Blindstrom, also den Wechselstromwiderstand des Kondensators.
Der durch den niedrigen Isolationswiderstand fließende, parallele Strom wird vom Meßgerät zum kapazitiven Blindwiderstand, den der Kondensator haben muß, dazuaddiert, so wird eine höhere Kapazität angezeigt.
Die meisten Meßgeräte können die beiden Strom- Komponenten nicht trennen.
Es wäre auch sinnlos. Ein Meßgerät, welches bei einem defekten Kondensator den "inneren Kondensator" mit seiner Nennkapazität anzeigt... was hätte das für einen Nutzen ?
So sieht man sofort: Kapazität höher als angegeben- Kondensator kaputt !
Ein Kondensator kann niemals eine höhere Kapazität bekommen, er kann sich nicht mal schnell "größere Platten wachsen lassen".
Eine zusätzliche Widerstandsmessung zeigt meist einen meßbaren Widerstand, im MOhm- Bereich oder weniger.
Bei Kondensatoren geringer Kapazität kann der Widerstand sogar noch sehr hoch sein, aber wenn der Kondensator mit zu hoher Kapazität angezeigt wird, ist sowieso jede weitere Messung unnötig.
Dieser Fehler -scheinbar zu hohe Kapazität- ist absolut typisch für Papierkondensatoren. Das Papier verliert durch Luftfeuchtigkeit im Laufe der Jahrzehnte seine Isolationsfähigkeit. Auch können organische Säuren eine Rolle spielen.
Ja, die Isolationswiderstände sind oft noch hoch.
Und damit kann ein Gerät oft noch funktionieren.
Nur... sind in einem alten Gerät ja eine Anzahl Kondensatoren verbaut, jeder "nur ein bißchen defekt...", so addieren sich die einzelnen Isolationsmängel, und da der Signalverlauf ja Verstärkerstufen beinhaltet, geht der EInfluß der Verstärkung mit ein, und so hat ein altes Gerät dann nur noch Bruchteile der Leistung, die es haben könnte.
Gut gemessen, trotzdem defekt ?
Ja, das ist möglich. Wie beschrieben, wenn die Kapazität klein und der Widerstand an den inneren Kontaktierungen usw. zu hoch ist.
Eigentlich müßte man mit speziellen Güte- Meßgeräten messen, die werden jedoch nur selten vorhanden sein.
Immerhin kann man mit anderen Messungen, etwa der Resonanz- Höhe bei Filtern, diesen Bauteilen auf die Spur kommen.
Da dies nur bestimmte, sehr alte Bauteile betrifft, ist es eher ratsam, diese Teile von Vornherein prophylaktisch auszutauschen.
Reparaturmöglichkeit ?
Diese Kondensatoren kann man nur... gegen heutige Kondensatoren austauschen.
Kondensatoren reparieren/ regenerieren ?
Versuche, den Kondensatorwickel aus dem Kondensator- Röhrchen herauszunehmen, die Vergußmasse zu entfernen, und den Wickel im Backofen zu trocknen, funktionierten wohl, aber wegen der Vergußmassen, Teere oder Wachse, ist das eine elende Sauerei.
Davon abgesehen, daß man den Kondensator erst einmal schadlos zerlegt bekommen muß, das klappt selten, für eine "Regenerierung" waren diese Bauteile nicht gebaut worden, es waren Teile, die man einfach nur austauscht.
Außerdem muß ja ein "regenerierter" Kondensator auch absolut dicht wiederverschlossen werden.
Gebraucht- Teile ?
Diese haben oft ein hohes Alter, oft sind sie schon meßmäßig als unbrauchbar zu erkennen.
Es ist zu erwarten, daß auch diese Bauteile bald aufgeben.
Alte Neuteile ?
Ungebrauchte Kondensatoren, alte Lagerware ("NOS") sind im Laufe der Jahrzehnte auch mies geworden, durch dünnste Risse im Vergußmaterial konnte oft Luftfeuchtigkeit eindringen, organische Säuren im Papier konnten wirken- es ist selten sinnvoll, solche Antik- Bauteile zu verwenden.
Eine Messung erweist es oft.
Ist das Meßergebnis aber einwandfrei, kann man selbstverständlich alte Teile, gebraucht oder unbeutzte Lagerware, verwenden, hier ist der Reparateur in der Verantwortung.
Einwandfreie Uralt- Kondensatoren ?
Die gibt es aber selten- ich fand in Duroplast ("Bakelit") eingegossene Glimmerkondensatoren der 20er Jahre noch toleranzhaltig. Eine solche Bauart der 70er Jahre, gleicher Aufbau, aber kleiner, waren dagegen Schrott. Durch welche Einflüsse diese modernen Bauarten mies werden konnten, ist mir nicht bekannt, in einem Gerät mit diesen Kondensatoren waren jedenfalls so viele Kondensatoren defekt, daß ich dann ALLE tauschte.
Verwendung im Audio- Bereich ?
Manchmal werden uralte Ölpapier- Kondensatoren, Blockkondensatoren im Metallbecher oder Blechkasten unter Audio- Enthusiasten angeboten, und mit süßen Worten und schönsten Klangbeschreibungen beschrieben.
Nun ja... wer mit "Goldohren" hört... hört eben goldige Klänge.
:-)
In niederohmigen Schaltungen mit niedrigen Spannungen, etwa in Lautsprecherweichen, können Uralt- Kondensatoren ja tatsächlich noch sehr lange Dienst tun.
Als Koppelkondensatoren in Röhrenschaltungen, zwischen Anode Vorröhre und Gitter Endröhre, würde ich die betagten Oldies aber nicht einsetzen- selbst sehr hochohmige Isolationswiderstände können in hochohmigen Röhreneingängen am Steuergitter der Röhre das negative Potential verringern, oder sogar positives Potential zulassen- und die Röhre geht mehr oder weniger schnell in die ewigen Stromkreise ein.
Ein Fall in der Realität- ein Tiefpaß.
Kommen wir zum Ernstfall.
Dies ist die Eingangsschaltung eines Schaub "Kongreß Super W" von 1938.
Der Schaub ist ein "Einbereichs- Superhet", und hat im Eingang keinen im Glaichlauf mitgehenden Eingangsschwingkreis, sondern im MW- Bereich einen Tiefpaß, der dann auf einen Schwingkreis weiterleitet, der in gewissem Maße abstimmbar ist, oder im LW- Bereich einen einzelnen, festen Schwingkreis, der durch eine LC- Kombination gespeist wird.
Interessant ist erst einmal der blau markierte Tiefpaß im MW- Zweig, und zwar im ausgebauten Zustand, so daß seine Beschaltung nicht in die Messung mit eingeht.
Der Tiefpaß enthält 3 gleiche Spulen, und 3 Papierkondensatoren, einen 100pF, Marke "Electrica", zwei 200pF, Marke "ERO".
Messung der Tiefpaß- Kondensatoren
Hierzu bemühe ich meine normale Werkstatt- Ausrüstung, für Kapazitätsmessung eine transistorisierte Meßbrücke aus den 70er Jahren, sowie für Widerstandsmessung ein Röhrenvoltmeter aus den 60er JAhren. Beide Geräte im Normalfall ausreichend.
Widerstandswerte, die bei Kondensatoren- Überprüfung angezeigt werden, sind oft an der oberen Grenze des höchsten Meßbereichs, aber wenn dort überhaupt auch nur ein kleiner Ausschlag angezeigt wird, ist das Beweis für einen Defekt, denn bei guten Kondensatoren ist gar kein Ausschlag nachweisbar, weil die Isolationswiderstände im GOhm- Bereich liegen sollten. Die Kapazitätsmessung, die zu hohe Kapazitätswerte anzeigte, erwies ja bereits die Unbrauchbarkeit.
Alle 3 Kondensatoren haben (Schein-) Kapazitätswerte weit über der Toleranz, die Kapazitätsmeßbrücke zeigt 320- 420pF !
Die Isolationswiderstands- Werte sind hoch, aber eigentlich sollten sie im Bereich höher als 4 GOhm sein !
Mit diesen Werten sind die Kondensatoren eindeutig unbrauchbar.
Nein, die Meßbrücke ist in Ordnung.
Zum Beweis eine Messung modernerer Kondensatoren.
So sollte eine Messung ausfallen- ein Styroflex- Kondensator 100pF wird auch mit 100 pF angezeigt, ein 220 pF mit 225 pF (es sind immer 5pF vom Anzeigewert abzuziehen, steht an den Klemmen des Meßgeräts).
Das sind DDR- Kondensatoren aus den 80ern, aber die Kunststoff- Kondensatoren sind absolut top, Niederohmigwerden infolge Alterung wie Papier kennt Kunststoff- Dielektrikum nicht.
Eine Ohm- Messung habe ich nicht durchgeführt, weil der Kapazitätswert 1a ist, und bei Kunststoff- Kondensatoren ist sie sowieso unnötig, weil diese immer Isolationswiderstände im Gigaohm- Bereich haben.
Ok- es gibt immer Ausnahmen- ich selbst kenne sonst nur Probleme mit diesen Kondensatoren durch schlechte Kontaktierung der Metallfolien -Aussetzen bei Berührung- oder Kurzschluß infolge mechanische Beschädigung.
Ermittlung der Spulen- Induktivitäten
Ich habe die Spulenwerte mit der Meßbrücke zu je 400µH gemessen, da die Anzeige der Meßbrücke aber nur ein sehr schwaches Minimum zeigte, habe ich zusätzlich eine andere Methode angewandt, so habe ich erst einmal versucht, die Windungen zu zählen.
Die Zählerei ist nicht einfach bei Kreuzwickelspulen, weil ja Lagen übereinander liegen, und man sieht nicht wirklich, wie viele, weil diese sich überlappen.
Ich kam auf 60- 80 Wdg. pro Spule).
Diese Windungszahl, Durchmesser, Außendurchmesser und Spulenlänge (geschätzt) in ein "Berechnungsprogramm für eine mehrlagige Zylinderspule" eingegeben, aber das kam mit mit der Berechnung nicht hin, es mußten mehr Windungen sein.
Bei genauerer Betrachtung fand ich, daß da wahrscheinlich mehr Windungen oder sogar Lagen verborgen sind, und schätzte dann auf 125 Wdg.
Das ergab schon mal eine Ausgabe von 196µH .
Dann habe ich eine der Spulen mit Kondensatoren 33 und 100pF zum Parallelschwingkreis geschaltet, und mit dem Wobbelsichtgerät die Resonanzfrequenz (1,6MHz und 1 MHz) ermittelt.
Sodann einfach aus Frequenz und Kapazität die notwendige Induktivität zurückgerechnet, diese lag bei etwa 300µH.
Ich gehe also von einer Induktivität um 200-400µH aus. Zumindest entspricht es ja der Größenordnung der Anzeige der Meßbrücke.
Durchgangskurven- Vorherbetrachtung
Dazu habe eine Simulation des Tiefpasses mit dem Tiefpaß- Simulator- Program "RFSim99" erstellt.
Mit den Werten der Kondensatoren, sowie der Meßbrückenanzeige 400µH als Spulenwert. 
Tiefpaß mit angenommenen Werten
Das ist dann die Durchgangskurve, die RFSim99 dazu ausgibt.
Tiefpaß mit neuen Kondensatoren
Tiefpaß mit "Edi- Kondensatoren" neu bestückt. Das sind Stilnachbauten
im Stil der damaligen Bauformen und Gestaltung, Papierröllchen mit
modernen Kondensatoren drin, drumherum Label aus dem Drucker,
seitlich mit Heißkleber vergossen.
Test- Durchgangskurven- Aufnahme mit neuen Kondensatoren
Dann habe ich die Gesamt- Durchlaßkurve des Tiefpasses mit dem Wobbelsichtgerät aufgenommen.
Mit den neuen Kondensatoren, deren Werte natürlich genau in der Toleranz liegen.
Der Tiefpaß arbeitet auf die Anzapfung eines Schwingkreises, da ich dessen Impedanz nur schätzen konnte, habe ich 2 Messungen durchgeführt: Messungen wurden mit einmal dem dafür vorgesehenen Abschluß (60 Ohm, frequenzkompensiert) des Wobbelsichtgeräts vorgenommen, und einmal mit hochohmigerem Abschluß des Ausgangs mit einem Widerstand (10 kOhm), sowie einem dafür gedachten, zum Wobbelsichtgerät gehörenden Detektor- Tastkopf.
Die Messungen unterschieden sich dabei nur im Pegel.
Meßanschlüsse am Tiefpaß
Mit den gegebenen Kondensatoren und angenommenen 400µH ergaben sich nahezu gleiche Kurven auf dem Bildschirm und im Simulatorprogramm !
Die Anhebung unterhalb 500 kHz ist übrigens auch da, aber sehr klein, und zwar deshalb, weil der Wobbler erst ab 500k Hz eine konstante Ausgangsspannung liefert, unterhalb 500 kHz ist die Amplitude zu gering, also auch die Ausgangsspannung.
Die Anhebungen bei 800kHz und etwas über 1 MHz stimmen in Frequenz und Größenverhältnis jedoch genau überein.
Hier bestätigt sich, daß Simulatorprogramme recht genau arbeiten...
...wenn die Eingaben mit der Realität übereinstimmen.
Dennoch- sind Simulatorprogramme nur ein Hilfsmittel.
Test- Durchgangskurven- Aufnahme mit den alten Kondensatoren
Dann nochmal eine Messung- mit den Schrott- Kondensatoren.
Links die alten Kondensatoren, die dann nochmal provisorisch
angelötet wurden.
Einfach die neuen Kondensatoren abgelötet, die alten provisorisch nochmal an ihre Anschlüsse.
Und... siehe da- der Tiefpaß zeigt die gleichen Kurven, frequenzmäßig leicht nach niedrigeren Frequenzen hin versetzt, aber...
...nur noch die halbe Ausgangsspannung !
Tiefpaß mit den Uralt- Kondensatoren unbrauchbar.
Mit den Uralt- Kondensatoren ist also eine erhebliche Durchgangsdämpfung zu beobachten.
Damit ist eine beträchtliche Leistungseinbuße zu erwarten- und das ist ja nur das eine Tiefpaß- Filter !
Es folgen ja noch weitere (ZF-) Filter, sowie Kondensatoren an anderen Stellen, welche die Verstärkung beeinflussen.
Der hier sichtbare Frequenzversatz nach unten ergibt sich aus der Zeitkonstante des "RC- Gliedes", welches nun anstelle des Kondensators wirksam ist.
Das nun auch noch nachzurechnen, wäre jedoch müßig.
Die hohe Dämpfung erscheint logisch, wenn man die Isolationswiderstände zusammen als einen den Schwingkreisen parallelgeschalteten, "niederohmigen" Widerstand sieht, der die Schwingamplitude dämpft.
"niederohmig" kann dabei auch im hohen KOhm- oder MOhm-. Bereich bedeuten, solche Werte, und erst recht die schlechten Werte mehrerer Kondensatoren in einer Baugruppe oder einem Gerät, können sich bereits sehr stark auswirken, wie es hier eindeutig zu sehen ist.
Unbrauchbarkeit der als defekt gemessenen Uralt- Kondensatoren erwiesen
Ein einzelner, schlechter Kondensator bewirkt vielleicht noch sehr wenig Verlust, aber viele schlechte Kondensatoren in der Gesamtheit ziehen die Leistung des Gerätes bis zur Unbrauchbarkeit herunter.
Dabei können auch Kondensatoren an HF- technisch scheinbar unkritischen Stellen die Leistung beeinflussen- etwa die Abblock- Kondensatoren an Röhrenelektroden, Spannungszuführungen, usw.
Auch Abblock- Kondensatoren wurden von den Entwicklern berechnet !
Ein schlechter Kondensator bewirkt eine Verschiebung der Frequenzbereiche, für welche der Kondensator wirken sollte, sehr niedrige Isolationswerte eine "Überbrückung", und damit Unbrauchbarkeit des Kondensators an dieser Stelle.
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Neue Seiten- Geänderte Seiten
17.05.2025 In "Edi's Specials"/ "Antennen- Ideen" die Seite "Interessantes zu Rahmenantennen" erstellt.
05.04.2025 In "Edi's Specials"/ die Seite "Die vierte Empfänger- Grundschaltung: Der Octamonic" erstellt.
22.03.2025 In "Edi's Specials"/ die Seite "Special Vergessenes Wissen- Röhrensender- Gitterstrom- Modulation" erstellt.
16.03.2025: In Grundlagen die Seite Rückkopplung- dämpfungsarme Spulen- warum ? erstellt
16.03.2025: In Grundlagen die Seite "Kondensatoren in sehr alten Geräten erstellt".
6.12.2024: Update in "Oktober 2023-Der erste Sender von 1923 sendet wieder !" / Unterseite "Voxhaussender, nie wieder ?" (unten auf der Seite) erstellt.
02.12.2024 In "Restauration und Erhaltung" die Seite "Neuskale 2024" erstellt.
23.11.2024 In "Edi's Radios" die Seite "Tu' Gutes und schreib drüber- Radiospende Nov. 2024" erstellt.
27.04.2024: In "Wissenssammlung" die Seite "Messungen an alten Kondensatoren" hinzugefügt.
26.12.2023 Seite "Weihnachten 2023- Bauanleitung für ein von einem Funkpionier vor 100 Jahren entwickeltes Längst- und Langwellen- Radio" erstellt
26.11.2022 In "Edi's Specials"/ die Seite "Edi EM11 UG- Magisches Auge mit Uranglas" erstellt.