Defekte Elkos im PC austauschen

Ausgetrocknete Elkos, die durch ihren gewölbten Deckel oder einer braunen Masse auf dem Deckel auffallen, sind Schuld für einen instabilen Betrieb des PC, plötzlichen Abstürzen und wiederholten Bootvorgängen. Hier wird erklärt, wie man diese Elkos auf dem Motherboard erkennt und austauscht. Für die Arbeiten sollte man allerdings kein Anfänger im Umgang mit dem Lötkolben sein.

Wie erkenne ich defekte Elkos? Defekte Elkos sind leicht zu erkennen. Sie haben einen gewölbten Deckel und im fortgeschrittenen Stadium befindet sich eine braune Masse auf den Deckeln. Es ist das ausgelaufene und dann ausgetrocknete Elekrolyt, welches durch Bildung von Wasserstoff entstanden ist. Meistens sind nur die Elkos größer als 1000 μF betroffen. Die braun-gelbe Masse ist nicht mit dem Klebstoff zu verwechseln, mit denen größere Elkos manchmal auf der Leiterplatte fixiert werden. Das Elektrolyt läuft immer oben aus, weil oben das Überdruckventil in Form von Einstanzungen im Blech sitzt.

Schon aus der Entfernung lassen sich auf dem Motherboard die dicken Elkos mit ihrem "Blumenkohl" auf den Deckeln ausmachen, die auf jeden Fall getauscht werden müssen.

 
Besonders die Elkos in der Nähe von Kühlkörpern sind einer besonders schnellen Alterung ausgesetzt.

Wie verändert sich das elektrische Verhalten eines Elektrolytkondensators? Die altersbedingte und schleichende Folge sind eine herabgesetzte Kapazität und ein höheres ESR. Das ESR ist im Ersatzschild des Elektrolytkondensators ein Widerstand, der in Serie zum eigentlichen Kondensator liegt. Wird der Kondensator bei hohen Frequenzen - z.B. in einem Schaltnetzteil oder Motherboard - betrieben, ist der Blindwiderstand der Kapazität niedriger als das ESR. Damit begrenzt dann das ESR den maximalen Strom, der von dem Kondensator abgegeben werden kann. Um diesen Innenwiderstand herabsetzen zu können, werden die Kondensatoren parallel betrieben. Eine CPU benötigt kurzzeitige Stromimpulse von bis zu 100 A. Ist das ESR zu hoch, kann diese Leistung nicht erbracht werden, die Spannung bricht zusammen und der Rechner läuft von Woche zu Woche instabiler oder versucht mehrmals zu Booten, bis das Betriebssystem endlich geladen ist. Besonders bei Kälte will der Computer "nicht so richtig in die Gänge" kommen.

Welche Elkos wähle ich als Ersatz? Die aufgedruckte Kapazität sollte gleich oder größer als die des Originals sein. Dasselbe gilt für die zulässige Spannung. Außerdem kommen nur Typen für 105° C in Frage, die zudem ein niedriges ESR besitzen müssen (LOW-ESR-Typen). Entscheidend sind auch die geometrischen Abmessungen, damit die Elkos auf das Board passen. Der Pin-Abstand (Rastermaß, RM) liegt meist bei 5 mm. Der Durchmesser liegt in der Regel bei 10 mm in stehender Ausführung (radiale Ausführung). Bei Reichelt und ELFA bin ich zum Beispiel fündig geworden. In meinem Fall konnte ich keine passenden Exemplare für 1500 μF beschaffen. Ich konnte aber statt 3 x 1500 μF 4 x 1200 μF einsetzen, da auf dem Board noch Platz für einen zusätzlichen Elko frei war. Zur Not kann man auch gebrauchte Elkos von einem ausgeschlachteten Board verwenden. Doch bei einem Preis von unter einem Euro pro Stück würde ich in Anbetracht des Aufwands zu neuen Exemplaren greifen.

Der Deckel des linken großen Elkos ist schon gewölbt und ebenfalls für einen Austausch fällig. Auf der Platine war noch Platz für einen vierten Elko, den ich nutzte, um mindestens auf die passende Gesamtkapazität zu kommen.

Wie entlöte ich die Elkos? Das Board wird ausgebaut, nachdem man sich eine Skizze der angeschlossenen Kabel angefertigt hat. Die Steckkarten werden entfernt. Bei allen Arbeiten ist insbesondere bei trockener Winterluft eine elektrische Aufladung zu vermeiden und deshalb das Tragen eines ESD-Bandes empfehlenswert. Zum Entlöten setzte ich einen 100-Watt-Lötkolben ein. Nun werden manche den Kopf schütteln, warum man für so ein filigranes Board mit SMD-Bestückung so einen dicken "Klempner-Lötkolben" einsetzt. Das Problem ist, dass das Board mehrlagig aus großen Masseflächen bzw. Kupferflächen besteht, welche beim Löten Wärme entziehen. Deshalb wird ein Lötkolben mit hoher Leistung benötigt. Selbstverständlich habe ich vor dem Einsatz die Erdung des Lötkolbens geprüft. Die beiden Pins eines Elkos werden wechselseitig erhitzt, wobei gleichzeitig und ohne Gewalt der Elko durch Hin- und Herwackeln herausgezogen wird. Man kann noch Lötzinn hinzugeben, um die Wärmeleitfähigkeit zwischen Lötkolben und den Kondensatorbeinchen zu verbessern. Ungeübte sollten den Vorgang an einem ireparablen Board ausprobieren. Vom Entlöten mit einer Heißluftpistole bin ich abgekommen, da das Risiko zu groß ist die Platine durch Überhitzung zu beschädigen.

Mit der selbsgebauten Bohrmaschine und einem 0,7-mm-Bohrer lassen sich die Bohrungen von Lötzinn befreien. Die Drehzahl wird durch Reibung mit den Fingern gesteuert. Ein Lötzinnentsaugpumpe ist hilfreich, um eine Vertiefung zu schaffen, die den Bohrer zentriert und ein Weglaufen desselben verhindert.

Wie baue ich die neuen Elkos wieder ein? Selbstverständlich ist auf die richtige Polarität zu achten, da bei falscher Polarität der Elko mit einem lauten Knall sein Dasein beendet. Zudem besteht noch das Problem, wie sich das verbliebene Lötzinn aus den Bohrungen entfernen lässt. Mit einer Entlötpumpe funktioniert es leider nicht, da die Durchkontaktierungen der Bohrungen dem Lötzinn viel Wärme entziehen. Aus dem gleichen Grund hilft Entlötlitze auch nicht.

Das Board aud dem "Operationstisch". Hier bekommt man einen Einblick über die Werkezeuge, welche zum Einsatz kamen. Praktisch war auch eine auf einem Holzstück aufgespießte Stecknadel, mit der Kurzschlüsse zwischen den Leiterbahnen weggekratzt werden konnten.

Die beiden rechten Elkos sind neu. Ein bis zwei Stunden Arbeitsaufwand kostet es ein Board zu reparieren. Dazu kommt noch eine Stunde für den Einbau und Ausbau des Boards in den PC. 

Was mache ich, wenn das Board immer noch nicht richtig funktioniert? In meinem Fall war nach dem Wiedereinbau die Enttäuschung riesengroß, als der PC nicht anspringen wollte und die Festplatte nur ein periodisches Zirpen abgab. Die Ursache war ein defektes Netzteil, in dem ebenfalls Sieb-Elkos augetrocknet waren. Nach dem Austausch durch ein neues Netzteil, bootete der Rechner ohne Probleme. Man darf eben nicht so schnell aufgeben. Vorher lief das Board nur mit einer herabgesetzen Taktfrequenz stabil. Jetzt konnte ich die für den Prozessor vorgesehene Taktrate einstellen und ich hatte statt eines 1,1-GHz-Rechners einen zuverlässigen 1,7-GHz-Rechner.

Austausch von Elkos in Schaltnetzteilen: Dies sollte nur von jenen vorgenommen werden, die sich damit wirklich auskennen, denn die Elkos können nach dem Abschalten noch lebensgefährlich hohe Spannungen besitzen! Außerdem ist das Schaltnetzteil ohne galvanische Trennung mit dem Stromnetz verbunden, was tödlich enden kann.

Nachsatz und Ergänzungen: Hätte mir jemand vor ein paar Jahren erklärt, dass man für die Reparatur eines Motherboards einen dicken 100-Watt-Lötkolben benötigt, hätte ich wahrscheinlich darüber bestenfalls nur den Kopf geschüttelt.

Der reparierte Rechner, der immerhin schon 7 Jahre Büro-Alltag auf dem Buckel hat, läuft hier zur Probe als Web-TV im Wohnzimmer. Trotz 100% Auslastung der CPU über mehrere Stunden lief der Rechner absolut stabil - dank neuer Elkos.