Eine DC-Buchse, oder Stromversorgungsbuchse, ist der Schnittpunkt für die Stromversorgung von Laptops. DC ist eine Abkürzung, kommt aus dem englischen und bedeutet Direct Current, übersetzt: Gleichstrom. Notebooks werden auch als Laptop bezeichnet.
DC-Buchsen sind der Anschlusspunkt eines Notebooks an die Stromversorgung. In der Praxis entstehen an dieser Schnittstelle häufig Probleme durch ihre mechanische Beanspruchung. Bevor ich mich etwas näher mit diesem Thema befasse: Bei welchen Symptomen sollte ich den PC-Doc, wegen eventueller Probleme an der DC-Buchse, aufsuchen?
Wenn bei angestecktem Netzteil
- am Notebook die Lade-LED unregelmäßig flackert oder ausgeschaltet bleibt.
- im laufenden Betrieb die Ladeanzeige zwischen Batterie- und Netzbetrieb hin und her schaltet.
- sich die Helligkeit des Displays sporadisch ändert, hin und her schaltet.
- der DC-Stecker am Notebook sehr heiß wird.
Sie können Ihre Diagnose noch erhärten indem Sie
- bei Notebook mit herausnehmbarem Akku, diesen entfernen. Lässt sich das Notebook jetzt nicht mehr einschalten oder geht es bei leichtem Wackeln am Zuleitungskabel sofort aus, gibt es ein Problem in der Stromversorgung.
- bei Notebooks mit fest verbautem Akku: Können Sie die Stromversorgung / Akkuaufladung nur stabil erreichen indem Sie das Zuleitungskabel in einem bestimmten Winkel halten oder gegen den Stromstecker drücken müssen, sollten Sie den PC-Doc aufsuchen.
- durch eine Sichtprüfung feststellen, ob ein früher vorhandener Mittel-Pin fehlt, dieser verbogen, auffällig beschädigt oder lose ist.
Natürlich kann jetzt immer noch ein Problem mit dem Netzteil vorliegen, allerdings sind diese vergleichsweise eher seltener der Fall, da Netzteile durch vergossene Kabelanschlüsse und Stecker mit Knickschutz recht gut gegen mechanische Überbeanspruchung geschützt sind. Im Zweifel hat der PC-Doc entsprechende Messtechnik um die Fehlerursache herauszufinden.
Der direkte Einbau eines Netzteils in ein Notebook würde zahlreiche Probleme bereiten. Unter anderem durch zusätzliche, nicht unerhebliche Erhitzung, wegen der dann hohen Spannung von 220 V im Gerät wären zusätzliche elektrische Schutzmaßnahmen nötig und natürlich würden Notebooks dann auch schwerer werden. Also braucht man ein externes Netzteil das bedarfsweise flexibel mit dem Notebook verbunden werden kann.
Der elektrische Kontaktschluss zwischen Netzteil und Notebook erfolgt über Metallkontakte die federnd gelagert sind und gegeneinander gedrückt werden. Diese sind in der Regel oberflächenveredelt um Übergangswiderstände (und damit Verluste in Form von Wärmeentwicklung) möglichst gering zu halten.
Die mechanische Verbindung erfolgt durch zwei Hauptformen. Zum einen durch magnetische Ankopplung und zum anderen durch einstecken eines Hohl- Steckers (mit oder ohne Mittel-Pin) in eine entsprechende Buchse. Letztere ist die preiswertere Bauform und daher die verbreitetste.
Gleichzeitig ist die Verbindung über einen Hohlstecker am anfälligsten für mechanische Beschädigungen. Da diese durchaus dramatische Auswirkungen haben können, will ich mich damit etwas näher beschäftigen. Ich möchte Ihnen ein Gefühl dafür geben, wodurch und wie leicht es zu mechanischen Beschädigungen an DC-Buchsen kommen kann.
Handskizze zum Aufbau einer Kombination aus Hohl- Stecker und –Buchse. Buchse links, Stecker rechts, Pluspol in Rot, Minuspol oder auch Masse in schwarz. Grün, Platinenmaterial.
Die mechanische Belastung in einer solchen Kombination erklärt sich durch einfache Physik. Die hier auftretenden Kräfte lassen sich sehr leicht über das Hebelgesetz erklären und näherungsweise gut kalkulieren. Das Hebelgesetz beschreibt ein System von Hebeln die sich im Gleichgewicht befinden und leitet daraus folgende Formel ab:
F1 * l1 = F2 * l2
Wobei F die Kraft und l die Länge des Hebels ist. Beide beziehen sich auf einen Drehpunkt, an welchem die Kräfte ein entsprechendes Drehmoment entwickeln. In der Skizze oben habe ich den Drehpunkt mit D bezeichnet. Er befindet sich an der hinteren, unteren Kante der eingelöteten DC-Buche. Den Punkt des Übergangs des Pluspoles aus dem DC-Buchsen
Gehäuse habe ich mit K (dem Knackpunkt) bezeichnet. Ich komme später noch darauf zurück. Insgesamt haben wir es hier mit einem System mehrerer Hebel und unterschiedlicher Kraftwirkungen zu tun.
Zur Veranschaulichung der Größenordnungen betrachte ich dieses System als das eines einseitigen Hebels. In diesem System wirken 2 Kräfte. Die eine ist diejenige die benötigt wird um die eingelötete DC-Buchse in Ihrer Position zu halten (F2) und die andere ist die, die Sie aufwenden müssten um diese aus der Verankerung zu reißen (F1). Für die Veranschaulichung ist es unerheblich ob ich als Maßeinheit der Kräfte Newton oder Kg verwende. Der Umrechnungsfaktor auf der Erde ist 9,8 und da ich auf beiden Seiten der Formel dieselben Einheiten verwende …
Ein Laptop wiegt durchschnittlich mit Akku etwa 4 Kg. Dies ist also mindestens die Kraft die ich aufwenden muss um dieses Laptop hoch zu heben (Actio – Reactio). Die Abstände werden für l1 mit etwa 4 cm und für l2 mit etwa 1 cm ermittelt. Wenn Sie über das Stromkabel stolpern, wird Ihr Laptop nicht einfach nur hoch gehoben, sondern es macht sicher einen kleinen Hüpfer. Unter Beachtung von Trägheit und Impuls darf davon ausgegangen werden, dass die dabei wirkenden Kräfte noch um ein Vielfaches höher sein dürften, als beim einfachen anheben. Im betrachteten Fall heben wir es einfach nur hoch. Mich interessiert Kraft F2, die dabei auf die DC-Buchse wirkt.
Also fix die Formel umgestellt:
F2 = (F1 * l1) / l2
F2 = (4 Kg * 4 cm) / 1 cm
F2 = 16 Kg
Ziehen Sie ein 4 Kilogramm schweres Laptop am Anschlusskabel, kurz hinter dem DC-Stecker nach oben, versuchen Sie die DC-Buchse mit etwa 16 Kg aus der Verankerung in der Leiterplatine zu reißen. Nun, das gelingt nicht gleich, aber DC-Buchse und Leiterplatte sind flexibel und so überträgt sich die Kraft auf den Knackpunkt K (Skizze oben). Und das Ergebnis sieht dann etwa so aus.
Das ist der Moment wo Sie durch drücken und biegen des Steckers den Laptop überreden können den Akku immer noch mal zu laden oder auch noch weiter in Betrieb zu bleiben. Luft ist allerdings ein sehr schlechter elektrischer Leiter und durch das zusammen drücken dieser Bruchstelle kommt es zu erheblichen Stromspitzen und zu Abrissfunken. Wenn Sie so weiterfahren kann es in der Folge zu erheblichen Beschädigungen am Laptop kommen. Denn die Stromspitzen können einzelne Bauelemente oder auch das Netzteil/Ladegerät zerstören. Abrissfunken und die damit verbundenen hohen Ströme führen zu einer beträchtlichen Erhitzung rund um die DC-Buchse.
Infolge nicht beachteter Defekte an DC-Buchsen sind diese Mainboards rund um den Pluspol so heiß geworden, dass die verschmolzenen Multilayer weitere Kurzschlüsse erzeugten. Im Ergebnis quittierten die Mainboards mit einem Totalausfall den Dienst. In diesen beiden Fällen wurde der Pluspol aus der Verlötung auf dem Mainboard gebrochen. So das durch die Abrissfunken an dieser Stelle Hitze wie normalerweise nur beim Schweißen entstand.
Dringend abzuraten ist auch von Lösungen mit der Heißklebepistole. Bei folgendem Modell hatte sich ein Hobbyelektroniker mit einem solchen Werkzeug versucht.
Künstlerisch wertvoll, praktisch nutzlos.
Eine Heißklebepistole ersetzt keinesfalls eine fachmännische Lötarbeit.
Zum Schluss noch ein ganz anderer Fall einer defekten Stromversorgung. Bei einigen Laptops ist die DC-Buchse in einem Scharnier verbaut. Durch das öffnen und schließen des Displays wurden die angelöteten Litzedrähte wieder und wieder, hin und her gebogen. Dadurch ist bei den Drähten Litze um Litze gebrochen. Der Strom floss entsprechend mehr und mehr durch einen immer kleiner werdenden Kabelquerschnitt. Dies führte dazu, dass im inneren des Laptops, an der Buchsen-Leiste der Stromversorgung auf dem Mainboard Verschmorungen auftraten.
Die im Laufe der Nutzung abgerissenen Litzedrähte an der DC-Buchse bewirken das der gesamte Strom durch immer weniger werdende Litzen fließt. Entsprechend heiß wird es auf dem Mainboard.
Zusammenfassung: Im täglichen Gebrauch sollten Sie beim anstecken des Stromkabels mit möglichst wenig Gewalt hantieren. Vermeiden Sie unbedingt das knicken oder schräg ziehen an Stromkabeln, sowie an Steckern und Buchsen. Sie leiten damit teilweise erhebliche Kräfte in das Innere Ihres Laptops. Beschädigungen an DC-Buchsen können zum Totalverlust des Notebook/Laptop führen. Rechtzeitig erkannt, können diese Defekte meist unkompliziert behoben werden.
Bei etwas Aufmerksamkeit (Helligkeitsänderungen im Display, flackernde oder erloschene Lade-LED, heiß werdende DC-Stecker) können Sie selbst einen drohenden DC-Buchsen Schaden erkennen.