Induktionsherd reparieren, Kondensatoren ersetzen

[audax]

Hallo zusammen,

bin gerade dabei einen Neff/BSH Induktionsherd zu reparieren. Eine Platte heizt nicht mehr richtig, Fehlercodes werden aber nicht angezeigt. Das Schaltnetzteil funktioniert einwandfrei (scheint ansonsten eine der häufigsten Fehlerursachen zu sein).

Typenbezeichnung der Platine lautet:
ELIN_LEFT_S
L_IH61_VECTOR
9000747389

Ein Blick ins Innenleben zeigt, dass die Schwingkreiskondensatoren der betroffenen Platte alle leicht ausgebeult sind, anders als bei der anderen Platte (identischer Schaltungsaufbau).
Hier hat jemand einen Schaltplan vom Leistungskreis gezeichnet, der grob mit meiner Platine übereinzustimmen scheint:
https://www.mikrocontroller.net/attachm ... _klein.jpg
Es geht um die parallelen Kondensatoren im Schwingkreis. In meinem Fall sind jeweils drei bestückt. Die Platine sieht Platz für jeweils einen weiteren (vierten) Kondensator vor.

Eine Messung der Kondensatorbank im eingebauten Zustand zeigt deutlich verminderte Kapazität (100nF vs. 680nF). Einen Kondensator ausgelötet (Nennwert 120nF), Messung ergibt 15pf (!). Vielleicht auch beim Auslöten kaputtgemacht, egal. Irgendwas stimmt jedenfalls nicht mit den Dingern.

Das Problem ist nun, passenden Ersatz zu finden. Die Kondensatoren sind lt. Logo wohl von Epcos und tragen die Beschriftung
Z110815318 P10
U12 J 900 CN

Zumindest die zweite Zeile konnte ich mit diesen Hinweisen:
https://www.elektrikforum.de/threads/ko ... eld.34207/
entschlüsseln: U12 = 120nF, J=5%, 900 = 900Vdc

Die Kondensatoren sind aber unter der Typenbezeichnung nicht zu finden. Sie haben eine Breite von 7mm und sind im Abstand von 11mm nebeneinander angeordnet.

Geeignete Kondensatoren mit passenden elektrischen Werten konnte ich nur mit einer Breite von min. 11mm finden, z.B.
Kemet R75RN312050H3J (1250VDC/600VAC) 11x20x26.5mm
Die würden sich gerade noch reinquetschen lassen, aber die Kühlung macht mir dabei etwas Sorgen, weil die Teile dann "auf Press" nebeneinander stehen.

Die Idee wäre nun, die 3x120nF durch 4x100nF zu ersetzen, welche in 7mm Breite zu bekommen sind. Die Kapazität wäre damit aber um 11% höher (360nF->400nF).

Meine Überlegung dazu ist folgende: Die Induktivität ist je nach Kochtopf sehr variabel. Die Resonanzfrequenz des Kreises wird damit keinen festen Wert haben. Die Leistungsregelung (siehe Schaltplan/Link) scheint nur den Strom im Schwingkreis zu messen. Auch auf der Platine habe ich keine Abgriffe zur Messung der Spannung gefunden. Eine höhere Kapazität sollte dann unter gleichen Bedingungen zu einer niedrigeren Spannung führen, also eher unkritisch sein. Die Schwingfrequenz wird etwas (5%?) niedriger sein, und somit wird geringfügig(?) weniger Wärme im Kochtopf produziert.

Habe ich hier einen Denkfehler gemacht? Fallen jemandem weitere mögliche Probleme ein? Bin für konstruktive Ideen und Anregungen dankbar. Danke fürs Lesen, ist leider doch etwas lang geworden.


Grüße
Jan

[Finger]

Haben die Kondensatoren 2 oder 4 Anschlüsse? In aller Regel sind das kundenspezifische Bezeichnungen, die finden sich nirgends
Wichtiger parameter ist hier die Stromtragfähigkeit über der Frequenz, die sollte spezifiziert sein. Alkon oder AVX sind für Schwingkreiskondensatoren gängige Lieferanten. Wima spezifiziert die Dinger oft nicht mehr im notwendigen Frequenzbereich um die 30 KHz herum. Da muss man dann mal Datenblätter wälzen.
Wenn das alles mechanisch nicht reinpasst kannst du dir auch überlegen, die jeweils durch einen (amtlichen) Kondensator zu ersetzen. Wenn du die Kapazität raufsetzt kann es sein, das die Schwingkreisfrequenz zu stark absinkt und die Steuerung zzu weit oben "kleben" bleibt -> Nicht mehr genug Leistung. In Resonanz laufen die übrigens nie. Wenn du willst schaue ich mal in die Kochdinger, die hier noch im Schrank rumkullern. Ich kann mich nicht mehr erinnern, was da drin verbaut war.

[Bastelbruder]

Die Kondensatoren wurden mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit kundenspezifisch gefertigt. Wie auch viele Kondensatoren die bei Maxens verschleudert werden und die mit solchen Werten "nie hergestellt wurden".
Die Kondensatorfamilie muß es aber trotzdem geben, etwas Improvisation ist angesagt.
Es gibt mehrere Alterungsmechanismen in diesen Kondensatoren, das fängt an mit der (degenerativen) Selbstheilung nach Schulbuch und hört nicht auf mit chemisch hochwirksamen Plasmaentladungen in den eben doch vorhandenen Hohlräumen zwischen den Folien.
Und immer noch nicht zuletzt ist die Hystereseschleife des Dielektrikums multipliziert mit der im Alter zunehmenden Frequenz ein weiterer Faktor destruktiver Erwärmung ...

[audax]

Die Kondensatoren haben 2 Anschlüsse. RM 22.5, Baugröße 26x7x16mm.

Die Stromtragfähigkeit hätte ich in der Tat gerne verglichen, aber es ist kein Datenblatt zu finden, vermutlich wirklich Kundenspezifisch. Leider habe ich keine Ahnung, mit welchen Strömen in der Schaltung zu rechnen ist, und im Betrieb Messen mag (kann) ich da auch nicht so richtig.

Für die erwähnten Kondensatoren von Kemet würde ich 5-6A(rms) bei 30kHz aus dem Datenblatt herauslesen (für 120nF/1250VDC).
https://www.mouser.com/datasheet/2/212/ ... 879088.pdf -> Seite 10 oben rechts.

Mein (vielleicht naiver) Ansatz wäre, beim Ersatz einfach die "besten" Kondensatoren hinsichtlich Strombelastbarkeit einzubauen, die man in dem verfügbaren Platz reinbekommt. Ob das dann ein paar Cent mehr kostet als die Originalbestückung wäre mir dabei egal.
Oder gibt es noch andere Gründe, warum der Hersteller sich da seine eigenen Spezialteile herstellen lässt?

@Finger: Danke für die Hinweise auf die anderen Hersteller, werde ich mal nachschauen und vergleichen. Wenn Du an den Kochdingern noch etwas rausfinden kannst, bin ich für jede weitere Info dankbar.

@Bastelbruder: Hatte auch schon bei TDK/Epcos nach etwas vergleichbarem gesucht, bin aber bisher nicht wirklich fündig geworden. Der Herd ist aber auch schon ca. 8 Jahre alt, vielleicht gibt es die entsprechende Serie nicht mehr? Das mit den Alterungsmechanismen ist auch interessant; vielleicht sollte man bei Erfolg die Kondensatoren der anderen Platten auch noch prophylaktisch tauschen. Auffällig scheint allerdings, dass an der defekten Schaltung alle sechs Kondensatoren "dick" sind, während im anderen Fall nichts auffällt und die (in der Schaltung) gemessene Kapazität ganz gut mit der Theorie/Nennwert übereinstimmt (360nF + (360nF in Reihe mit 3.3uF) =~ 684nF). Die betroffene Kochplatte wird auch nicht besonders häufig benutzt. Für mich sieht das eher nach einem singulären Ereignis (Überspannung) aus?

[Finger]

Das ist in einem 2kW-Generator für eine Kochplatte. Das Schaltungsprinzip ist das gleiche wie bei deiner, die 6 Kondesatoren bilden den Kapazitiven Spannungsteiler und sind damit Teil des Schwingkreises. Der Kasten ist aktiv belüftet. Bei der 5kW-Variante werden weitere Kondensatoren bestückt.

[audax]

Danke, das ist noch mal ein Anhaltspunkt.

Die FKP 1 würden bei mir zwar mechanisch nicht reinpassen (viel zu groß), aber die Stromtragfähigkeit ist angegeben:
https://www.wima.de/en/our-product-rang ... ors/fkp-1/
Da lese ich grob 6A (rms) bei 30kHz für 0.15uF/ 1250VDC ab.

Das scheint also vergleichbar mit den vorgenannten Typen.

Wima MKP4 würde mechanisch/vom Wert her passen, aber keine Angaben zur Strombelastbarkeit.

Bei Avx hatte ich noch geschaut (FM-Serie würde wohl am ehesten passen), leider keine passende Kombination von Spannungsfestigkeit/Kapazität und Bauform dabei. Aber auch hier ist die Stromtragfähigkeit (für den zu breiten 1600V-Typen) ähnlich.

Alkon scheint wohl eher größere Kaliber (mit Schraubklemmen) anzubieten, das passt mechanisch eher nicht.

Fazit: Werde es wohl mit den Kemet-Typen
R75RN310050H3J (100nF) -> 3x
R75RN282050H3J (82nF) -> 1x
probieren. Beide Typen sind 10mm breit, damit bleibt noch 1mm Luftspalt zwischen den Kondensatoren. Die Kapazität liegt dann dicht beim Ursprungswert (382nF vs. 360nF) und die Verluste verteilen sich auf vier statt drei Kondensatoren.

[Bastelbruder]

Wie schon angedeutet: die Stromtragfähigkeit ist nicht alles. Die dielektrischen Verluste müssen auch im Rahmen bleiben, da ist noch eine Kurvenschar der Kapazität im Diagramm VPPmax vs Frequenz.

[audax]

Ok, das ergibt Sinn. Demnach dürfen die ausgewählten Kondensatoren nur etwa 300Vrms bei 30kHz.

Die Wima FKP1 aus Fingers Kochding erreichen lt. Datenblatt ähnliche Werte trotz größerer Bauform (150nF -> ca. 120V, 33nF->ca. 420V, also würde ich hier für 100nF auch nicht mehr als 300V herauslesen).

Die tatsächlich auftretende Spannung in der Schaltung kenne ich leider nicht, von daher hilft mir das auch nicht richtig weiter. Ich würde aber davon ausgehen, dass die verbauten Spezialteile auch keine Wunder vollbringen können und somit innerhalb eines kleineren Bauvolumens auch keine besseren Parameter erreichen als alle betrachteten "marktüblichen" Teile (deren Parameter sich zwischen unterschiedlichen Herstellern stark ähneln). Alles natürlich unter der Voraussetzung, dass die gleiche Technologie verwendet wird (hier wohl jeweils metallisierte Polypropylen-Folie, oder gibt es was besseres für die Anwendung?).

Von daher werde ich das mal ausprobieren und über die Ergebnisse berichten.
Danke Euch soweit für die Hinweise!

[Flip]

Als referenz könnten solche dienen (MKPH -Resonanzcap) :

https://usermanual.wiki/m/4073479fe0942 ... d7e662.pdf

Die können die volle Ur bis 30kHz, dabei beispielsweise 18A strom tragen im falle vom 0,1uF Modell

[audax]

dabei beispielsweise 18A strom tragen im falle vom 0,1uF Modell

Interessant, hast Du da noch weitergehende Infos oder bin ich zu blöd, den Wert im Datenblatt zu finden?

[Desinfector]

Als referenz könnten solche dienen (MKPH -Resonanzcap) :

Die können die volle Ur bis 30kHz, dabei beispielsweise 18A strom tragen im falle vom 0,1uF Modell

18A bei 0,5mm² Drahtdurchmesser?

[Finger]

Bei der Drahtlänge eher kein Problem.

[bastl_r]

Wo nimmst Du die 0,5mm her?
Sogar in dem chinesischen Datenblatt sind neben denen mit 1mm nur ein paar wenige Kondies mit 0,8mm angegeben.

[bastelheini]

Ich hab den gleichen Herd vor mir Bei mir ist die Sicherung der anderen Leistungsplatine durchgebrannt. Siehe hier: viewtopic.php?f=14&t=20201

Die Beschriftung auf meinen Kondensatoren ist folgende, keine Ahnung ob es dir weiterhilft. Auf der anderen Seite hatte ich nicht geschaut, der Herd ist jetzt auch erstmal wieder zusammengebaut.

[TDI]

Macht es in so einer Anwendung nicht eher Sinn, auf FKP- statt MKP-Typen zu setzen?

[E_Tobi]

In resonanten Schaltungen mit einigen kW und Frequenzen um die 80kHz hatte ich vor einigen Jahren die besten Ergebnisse mit Wima FKP1 und NP0-MLCC.
Ich meine es waren 12A in insgesamt 200nF, irgendwas in der Größenordnung.
Die beiden Typen waren als einzige tauglich, alle anderen Kandidaten hatten deutlich mehr Verluste und sind recht schnell zu warm geworden.

[Finger]

Meiner Erfahrunf nach ist FKP das einzige, was einigermaßen Standfest ist in solchen Anwendungen. In Leistungskondensatoren sind die Wickel übrigens rund und nicht zusammengedrückt, damit die elektrostatischen Kräfte den Wickel gleichmäßig belasten. Hat mir mal der Chefing. von Alcon verraten. Die fertigen auch für Celem und andere namhafte Hersteller.

[sirell]

Ich glaube die FKP1 sind auch eine der wenigen die bei den Teslaspulen zuverlässig laufen.
Außerdem sehr beliebt sind die Cornell Dubilier 942C Serie, da könnte man nochmal schauen. Die deklarieren ihren I-RMS bei 100 kHz@70Grad.
Ein altes Induktionsfeld hatte auch nen roten Wald von Wima verbaut.
Ich würde es damit versuchen selbst wenn die Bauform etwas Kreativität erfordert...

[audax]

Die Beschriftung auf meinen Kondensatoren ist folgende, keine Ahnung ob es dir weiterhilft.

Ja das hilft, Danke! Das könnten Arcotronics R74 zu sein. Arcotronics gehört nun scheinbar zu Kemet,
bei www.datasheetarchive.com findet man aber noch ein Datenblatt.
Interessant ist die Angabe 300 [Sinuswelle], also vermutlich 300Vac. Das beruhigt mich schon mal etwas.
Auch hier scheint es eine Spezialanfertigung zu sein, die Kombination aus Kapazität,Spannung und Rastermaß taucht im Datenblatt nicht auf.

Die bei mir verbaute Variante könnte eine Sonderform von Epcos B32643 sein
https://www.tdk-electronics.tdk.com/inf ... 32643B.pdf,
welche es von der Stange u.a. in 630Vdc und 1000Vdc gibt.
Die eingebauten Typen sind anscheinend mit 900Vdc gelabelt und liegen von den mechanischen Abmessungen her dazwischen.

Fazit:
In allen Fällen handelt es sich also um MKP (bzw. MMKP?) mit spezifizierter Strom-/Spannungsfestigkeit.
Dank Eurer Hinweise bin ich nun vorsichtig optimistisch, dass die gestern bestellten Kemet R75 zumindest nicht schlechter sein werden als die Originalbestückung.

Wenn der Herd dann wieder 8 Jahre hält und mein Kumpel ihn noch mal repariert haben möchte, werde ich mal nach FKP Ausschau halten

[Desinfector]

Wo nimmst Du die 0,5mm her?
Sogar in dem chinesischen Datenblatt sind neben denen mit 1mm nur ein paar wenige Kondies mit 0,8mm angegeben.

hab ich mich verrechnet?

durchmesser 0,8mm,
Radius damit 0,4mm

Kreisfläche = pi x r²

0,502656 mm²

[Bastelbruder]

Nochmal:
Das Problem ist nicht die Strombelastung die bei klassischen Impuls-Teslas eindeutig FKP mit allerniedrigstem Widerstand und Stromspitzen bedingt. Die MKP-Beschichtung leidet bei extrem hohen Strömen.

Im Ofen ist die bei CW entstehende Wärmeentwicklung im Dielektrikum der relevante Faktor, Folie ist nicht zwingend - die vergrößert hauptsächlich das Volumen und trägt damit nebenbei geringfügig zur besseren Wärmeableitung bei.

[audax]

So, der Herd funktioniert nun wieder. Nochmal Vielen Dank für alle Hinweise!

Zum Abschluss noch ein paar Bilder.

Wechsel der Kondensatoren:

Es wurden nun die originalen 3x120nF durch 2x82nF+2x100nF ersetzt, womit sich wieder fast exakt die selbe Kapazität ergibt.
Die alten Kondensatoren haben 900V Spannungsfestigkeit (DC), die neuen 1250V.

Auf beiden Seiten der Platine befinden sich große Kupferflächen, welche viel Wärme von der Lötstelle ableiten. Zum Aus-/Einlöten war es daher hilfreich, die Platine mit Heißluft (350-400°C) vorzuwärmen und dann mit dem Lötkolben (400°C) den eigentlichen Auslötvorgang durchzuführen. Das geht am besten zu zweit. Auch beim Einlöten wurde mit Heißluft vorgewärmt, damit das Lot gut in die Durchkontaktierung hineinfließt.

Die alten Kondensatoren sind leicht angeschwollen, was mir erst bei günstigem Licht und beim dritten Mal ratlos draufglotzen aufgefallen war. Entsprechend schlecht ist das auch auf folgendem Bild zu erkennen:

Von den sechs Kondensatoren hatten 5 einen Messwert von <50pF (also quasi komplett unterbrochen), der sechste noch 95nF.

Die Kondensatorbank des zweiten (funktionsfähigen) Inverters auf der Platine zeigte den selben Messwert (im eingebauten Zustand) wie die neu bestückte Seite und wurden daher nicht ausgewechselt. Auch war hier keine Ausbeulung zu erkennen.

Einbau und Test:

Zur ersten Inbetriebnahme wurde ein Thermoelement mit reingefummelt und der Herd einige Minuten auf maximaler Leistung betrieben. Die gemessene Temperatur stieg dabei langsam auf 42°C. Nach dem anschließenden Öffnen des Gerätes fühlten sich die Kondensatoren erheblich kälter an als der Kühlkörper mit den IGBTs und auch die Platine.
Eine übermäßige Wärmeentwicklung in den Kondensatoren ist also nicht erkennbar.

Die Typenbezeichnungen der verwendeten Ersatzteile lauten:
R75RN310050H3J (100nF)
R75RN282050H3J (82nF)

Das alles nur zur Dokumentation. Nachmachen auf eigene Verantwortung.

[bastelheini]

Danke, ich muss ja nun meinen auch nochmal aufschrauben, da messe ich die C gleich nochmal nach. Bisher hab ich mich davor gedrückt :/

[Sir_Death]

Danke für die Reparatur - habe auch so ein Kochfeld. Noch ist es brav, aber den Link mal gut abspeichern....

[Finger]

Die hier sind mir gerade über den weg gelaufen: https://www.bm-cap.com/index.php/produc ... apacitors/