Hier beweist du, dass -C7 der Fehler ist, und findest heraus, weshalb er so früh ausgefallen ist.

Schritt 3 von 5. Du erklärst das Ersatzschaltbild, wertest die Simulation aus, prüfst -C7 gegen das Datenblatt, schätzt die Lebensdauer und formulierst den Befund.

Danach: Rechenwege und Lösungen Teil 5

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Ein Verdacht wird erst zum Befund, wenn eine Messung am Bauteil und das Datenblatt dasselbe sagen.

Am Ende hast du: einen Befund mit Belegkette, Ursache und Folgerung für alle Anzeigen am Flugsteig J.

Karte „Vom Netzstecker bis zum Bild“: Die ganze Gate-Technik auf einer Seite: vom Netzstecker über die Netzteile bis zu Bild, Leseeinheit und Lichtschranke, mit Kennzeichen und Messpunkten. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“. Leg sie neben jede Aufgabe.

Links das Ersatzschaltbild: Kapazität C, Ersatzserienwiderstand ESR und Ersatzserieninduktivität ESL in Reihe. Rechts die Kennlinie des ESR über der Temperatur für den ausgebauten Kondensator -C7 aus J 07: 1,2 Ohm bei 14 Grad, 0,55 Ohm bei 38 Grad, 0,42 Ohm bei 52 Grad; ein neuer Kondensator liegt bei rund 0,02 Ohm.Der Kondensator -C7 von innenlinks Ersatzschaltbild eines Elektrolytkondensators · rechts ESR von -C7 über der Temperatur · UnterrichtswerteCESRESLErsatzschaltbildESR: ErsatzserienwiderstandESL: Ersatzserieninduktivität01020304050600,00,20,40,60,81,01,21,4ϑ in °CESR in Ω-C7 ausgebaut, J 07neuer KondensatorDatenblatt: höchstens 0,045 Ω bei 20 °C
Links das Ersatzschaltbild eines Elektrolytkondensators: Kapazität C, Ersatzserienwiderstand ESR und Ersatzserieninduktivität ESL in Reihe. Rechts der ESR des ausgebauten Kondensators -C7 aus J 07 über der Temperatur, gemessen mit 100 kHz, als glatte Kurve durch die Messpunkte (rot): 1,2 Ω bei 14 °C, 0,55 Ω bei 38 °C, 0,42 Ω bei 52 °C. Grün ein neuer Kondensator mit rund 0,02 Ω, blau gestrichelt der Höchstwert aus dem Datenblatt. Unterrichtswerte. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Erst du, dann die anderen

Die Leitstelle fragt: „Und wie wisst ihr, dass es nicht in drei Wochen wieder passiert?“ Was würdest du antworten, und was brauchst du dafür?

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Neues Bauteil messen. Nach dem Tausch ESR und Welligkeit prüfen. Zeigt, dass es jetzt stimmt, aber nicht, wie lange.
  • Ursache klären. Typ, Temperatur und Lebensdauer rechnen. Zeigt, ob es wiederkommt.
  • Beim Lieferanten nachfragen. Ob die Serie betroffen ist. Wichtig für die Gewährleistung, dauert aber.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.

Gegebene Werte: -C7 und Umgebung · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte: -C7 und Umgebung

-C7 ausgebaut
1.380 µF; ESR bei 100 kHz am Bauteilmessgerät: 1,2 Ω bei 14 °C, 1,0 Ω bei 20 °C, 0,55 Ω bei 38 °C, 0,42 Ω bei 52 °C
neuer Kondensator
ESR 0,018 Ω
Stromwelligkeit
2,0 A Spitze-Spitze im Kondensator
Temperatur am Bauteil
Westseite nachmittags rund 75 °C, Ostseite rund 55 °C
Betrieb
rund um die Uhr seit dem 22. April

Alle Werte sind Unterrichtswerte. Die Datenblätter stehen bei Aufgabe 10.3.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Befund -C7

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • dem Ersatzschaltbild und der Rechnung zur Welligkeit
  • der ausgewerteten Simulation mit ihren Grenzen
  • der Prüfung gegen das Datenblatt
  • der Lebensdauerabschätzung West und Ost
  • dem Befund mit Belegkette und Folgerung

Zur Dokumentation

Jeder Beleg mit Quelle: Messung (wann, womit), Datenblatt (welcher Abschnitt), Rechnung.

Mit dem Fehlersuchprotokoll ist das Meilenstein M3. Abgenommen im Kreuzreview.

Aufgabe 10.1

Uss ≈ ΔI · ESR

Erkläre das Ersatzschaltbild des Elektrolytkondensators:

  • Beschreibe die drei Bestandteile.
  • Erkläre, weshalb der ESR die Welligkeit am Ausgang bestimmt.
  • Berechne die Welligkeit bei 2,0 A Stromwelligkeit für den neuen und den ausgebauten Kondensator bei 14 °C.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Elektrolytkondensator · ESR · Ersatzschaltbild

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 10.2

Ergebnis eines Simulationsprogramms der Schule: Ausgangsstufe mit -C7 (2.200 µF, ESR veränderlich), Last 4,9 A, Stromwelligkeit 2,0 A, Regelung als ideal angenommen (Unterrichtswerte):

ESR in Ω 0,02 0,2 0,6 1,2
Welligkeit bei 65 kHz in V (ss) 0,04 0,40 1,20 2,40
kleinster Wert in V 23,98 23,80 23,40 22,80

Untersuche die Ausgangsstufe mit der Simulation:

  • Lies aus der Tabelle die simulierte Welligkeit für die vier ESR-Werte.
  • Vergleiche mit deiner Rechnung aus 10.1.
  • Bestimme, ab welchem ESR der kleinste Wert unter 21,0 V fällt.
  • Beurteile, was die Simulation erklärt und was nicht.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Simulation · ESR

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 10.3

Datasheets · capacitor -C7 · Unterrichtsmaterial

Fitted in J 07 (marking on the part)
Aluminium electrolytic capacitor, radial, 2200 µF, 35 V, 85 °C, 2000 h. ESR max. 0.045 Ω at 20 °C, 100 kHz. Ripple current 1.9 A rms.
Specified in the supplier’s parts list
Aluminium electrolytic capacitor, radial, low ESR, 2200 µF, 35 V, 105 °C, 5000 h. ESR max. 0.022 Ω at 20 °C, 100 kHz. Ripple current 2.8 A rms.
Endurance (both types)
After the rated time at maximum temperature: capacitance change within ±20 % of the initial value; ESR not more than 200 % of the initial specified value.
Lifetime estimate
Lifetime doubles for every 10 K below the maximum rated temperature.

Auszüge, für den Unterricht vereinfacht. Unterrichtswerte. Achtung: Das Datenblatt nennt Effektivwerte (rms). 2,0 A Spitze-Spitze in Dreieckform sind rund 0,58 A rms.

Prüfe -C7 gegen das Datenblatt:

  • Lies die Lebensdauerkriterien aus dem englischen Datenblatt.
  • Prüfe die Messwerte am ausgebauten -C7: 1.380 µF und ESR 1,0 Ω bei 20 °C und 100 kHz, 1,2 Ω bei 14 °C.
  • Vergleiche den eingebauten Typ mit dem Typ aus der Stückliste.
  • Formuliere, was das für die anderen Anzeigen bedeutet.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Datenblatt · Fachenglisch · Lebensdauer

Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.

Aufgabe 10.4

L = L0 · 2(ϑmax − ϑ) : 10 K

Schätze die Lebensdauer mit der 10-Kelvin-Regel ab:

  • Berechne die Lebensdauer des eingebauten Typs bei 75 °C am Bauteil (Westseite).
  • Rechne sie in Tage um und vergleiche mit dem Betrieb seit dem 22. April.
  • Berechne die Lebensdauer des vorgesehenen Typs bei 75 °C.
  • Berechne die Lebensdauer des eingebauten Typs bei 55 °C (Ostseite) und beurteile, was das für die Ostseite heißt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Lebensdauer · Elektrolytkondensator · Temperatur

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 10.5

Zurück zu deiner Vermutung auf der Startseite.

Formuliere den Befund mit Belegen:

  • Nenne Bauteil und Fehlerbild.
  • Ordne die Belege in eine Kette: Muster, Messung, Eingrenzung, Bauteilmessung, Datenblatt, Lebensdauer.
  • Nenne die Ursache.
  • Formuliere die Folgerung für alle 28 Anzeigen am Flugsteig J.
  • Gehe zurück zu deiner Vermutung auf der Startseite und schreib auf, was du damals übersehen hast.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Befund · Dokumentation

Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.

Die Lage ändert sich

Der Lieferant schreibt: „Die Kondensatoren entsprechen der Spezifikation. Die Ausfälle liegen an zu hoher Umgebungstemperatur durch Sonneneinstrahlung, das ist nicht Teil der Gewährleistung.“

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Prüfe die Aussage mit deinem Befund und Abschnitt 1.3 der Serviceanleitung.
  • Beurteile, welche Belege die Elektrowerkstatt hat.
  • Formuliere eine sachliche Antwort in drei Sätzen.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.

Für Lehrkräfte
Für Lehrkräfte: Lernangebot 10 · 4 h. Laborvorschlag: ESR-Messung an neuen und alten Elkos (Bauteilmessgerät), Elko kühlen und wärmen, ESR mitschreiben; eigene Kennlinie. Der veränderte Fall ist bewusst strittig: Abschnitt 1.3 verlangt Schutz vor direkter Sonne auf der Rückseite; die Anzeigen hängen aber hinter Glas, und ein 105-°C-Typ hätte das ausgehalten. Gute Antworten trennen beides.