Spule

Wo Spulen stecken

Typische Defekte

Fällt eine Spule in der Stromversorgung aus, bekommt ein Teil des Geräts keinen Strom mehr. Je nachdem, welcher Bereich betroffen ist, startet das Gerät nicht, das Display bleibt schwarz oder eine Funktion fällt aus. Mit Spannungsmessung an den einzelnen Versorgungsleitungen lässt sich das schnell eingrenzen.

Spulenfiepen

Manche Geräte geben bei Last einen hohen, leisen Ton von sich. Das kommt von Spulen, deren Wicklungen im Takt der Spannungswandler minimal schwingen. Man nennt das Spulenfiepen, englisch Coil Whine. Es tritt häufig bei Grafikkarten, Laptops und Konsolen auf, manchmal auch bei Ladegeräten. In den meisten Fällen ist es harmlos und kein Zeichen für einen Defekt. Wird es plötzlich deutlich lauter oder kommen Funktionsstörungen dazu, sollte das Gerät geprüft werden.

So funktioniert eine Spule

Eine Spule ist im einfachsten Fall ein aufgewickelter Draht. Fließt Strom hindurch, entsteht ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld speichert Energie. Ändert sich der Strom, wirkt die Spule dieser Änderung entgegen. Sie bremst also schnelle Stromänderungen und glättet den Stromfluss. Diese Eigenschaft heißt Induktivität und wird in Henry gemessen.

In der Elektronik nutzt man vor allem kleine Werte, also Mikrohenry oder Nanohenry. Um mehr Induktivität auf kleinem Raum zu erreichen, wird der Draht oft um einen Kern aus Ferrit gewickelt. Ferrit ist ein keramisches Material mit magnetischen Eigenschaften, das das Magnetfeld verstärkt.

Auf modernen Platinen sehen Spulen meist aus wie kleine graue oder schwarze Quader. Leistungsspulen in der Stromversorgung sind deutlich größer als die anderen Bauteile drumherum. Daran erkennst du sie oft schon auf den ersten Blick.

Spulen in der Stromversorgung

Die wichtigste Aufgabe von Spulen in Smartphones und Laptops ist die Spannungsumwandlung. Der Akku liefert eine Spannung um 3,8 Volt, der Prozessor braucht aber deutlich weniger, andere Bauteile wiederum mehr. Diese Umwandlung übernehmen Schaltregler. Sie schalten sehr schnell ein und aus und nutzen die Spule als Zwischenspeicher für Energie.

Das Prinzip ist effizient, weil kaum Energie als Wärme verloren geht. Neben der Spule braucht ein Schaltregler einen Steuerchip, Schalttransistoren und Kondensatoren. In Smartphones übernimmt der Power-Management-Chip die Steuerung für viele Spannungen gleichzeitig. Rund um ihn sitzen deshalb besonders viele Spulen.

1. Schalter ein. Strom fließt durch die Spule und baut ein Magnetfeld auf.
2. Schalter aus. Die Spule gibt die gespeicherte Energie wieder ab.
3. Kondensator glättet. Aus den Pulsen wird eine gleichmäßige Spannung.
4. Regelung. Der Steuerchip passt das Schaltverhältnis an, damit die Spannung stimmt.

Weitere Spulen im Gerät

Spulen stecken nicht nur in der Stromversorgung. Die Ladespule für kabelloses Laden ist eine flache Spule auf der Rückseite des Geräts. Sie empfängt Energie aus dem Magnetfeld der Ladestation. Die NFC-Antenne ist ebenfalls eine flache Spule, oft im selben Bauteil untergebracht.

Auch Lautsprecher, Hörmuschel und Vibrationsmotor arbeiten mit Spulen. In einem Lautsprecher bewegt eine Spule im Feld eines Magneten die Membran. Im Vibrationsmotor oder in der Taptic Engine erzeugt eine Spule die Bewegung einer kleinen Masse. Daneben gibt es winzige Spulen und Ferritperlen, die Störungen auf Leitungen herausfiltern.

Abgerissene Spulen nach Stürzen

Leistungsspulen sind im Verhältnis zu ihrer Größe schwer. Bei einem harten Sturz wirken auf sie starke Kräfte. Manchmal reißen sie dabei regelrecht von der Platine ab oder lösen sich an einer Seite. Das Gerät startet dann nicht mehr oder eine bestimmte Funktion fällt aus, je nachdem, welche Spannung betroffen ist.

Eine abgerissene Spule lässt sich meist gut ersetzen, solange die Lötpads auf der Platine unbeschädigt sind. Sind auch die Pads abgerissen, müssen sie mit feinem Draht und Lötstopplack neu aufgebaut werden. Das ist aufwendiger, aber in vielen Fällen machbar.

Spulen messen

Eine Spule verhält sich bei Gleichstrom fast wie ein Stück Draht. Mit dem Multimeter misst du deshalb einen sehr kleinen Widerstand nahe null. Zeigt das Messgerät dagegen keinen Durchgang, ist die Spule unterbrochen. Die Induktivität selbst lässt sich nur mit speziellen Messgeräten bestimmen.

In der Reparaturpraxis ist die Spule oft ein guter Messpunkt. An ihr lässt sich die Ausgangsspannung eines Schaltreglers prüfen. Fehlt dort die Spannung oder ist sie gegen Masse kurzgeschlossen, weiß man, in welchem Bereich der Platine der Fehler zu suchen ist.

Warum Spulen Geräusche machen

Das hohe Fiepen, das manche Laptops oder Grafikkarten unter Last von sich geben, stammt meist von Spulen. Das Magnetfeld in der Spule ändert sich viele tausend Mal pro Sekunde. Dabei bewegen sich die Drahtwicklungen minimal. Liegt diese Bewegung im hörbaren Frequenzbereich, entsteht ein Ton.

Dieses Geräusch ist in den meisten Fällen harmlos und kein Zeichen für einen Defekt. Es tritt oft nur bei bestimmten Lastzuständen auf, etwa bei sehr hohen Bildraten in Spielen oder beim Laden. Hersteller vergießen Spulen deshalb oft mit Harz, um die Bewegung zu dämpfen. Ganz verhindern lässt sich das Fiepen aber nicht immer.

Wird das Geräusch plötzlich lauter oder tritt es zusammen mit Abstürzen, Wärmeentwicklung oder einem Brandgeruch auf, solltest du das Gerät prüfen lassen. Dann kann tatsächlich ein Bauteil in der Stromversorgung beschädigt sein.

Spulen und Wasserschäden

Nach einem Wasserschaden sind Spulen oft von Korrosion betroffen. Ihre Anschlüsse liegen direkt auf der Platine und führen teils hohe Ströme. Wo Feuchtigkeit und Spannung zusammenkommen, korrodieren die Kontakte besonders schnell. Die Spule selbst ist dabei meist noch intakt, aber die Verbindung zur Platine nicht mehr.

Bei der Reinigung im Ultraschallbad werden solche Rückstände entfernt. Danach prüft man, ob die Spannungen an den Spulen wieder stimmen. Sind Lötstellen angegriffen, werden sie nachgelötet oder die Spule wird ersetzt. Je schneller ein nasses Gerät in die Werkstatt kommt, desto besser stehen die Chancen.

Worauf es beim Ersatz ankommt

Eine Spule kann nicht durch eine beliebige andere ersetzt werden. Wichtig sind die Induktivität, der maximale Strom und die Baugröße. Ist der zulässige Strom zu niedrig, geht die Spule unter Last in die Sättigung. Dann verliert sie ihre Wirkung, und der Schaltregler arbeitet nicht mehr sauber. Im schlimmsten Fall wird die Spule heiß.

In der Reparatur nutzt man daher entweder Originalteile aus Spendergeräten oder Ersatzspulen mit passenden Kennwerten. Weil die Werte auf winzigen Spulen meist nicht aufgedruckt sind, braucht man dafür Schaltpläne oder Erfahrungswerte für das jeweilige Gerätemodell.

Spulen auf der Platine erkennen

Auf einer Smartphone-Platine findest du Spulen meist in Gruppen rund um die Stromversorgung. Leistungsspulen sind die größten passiven Bauteile auf der Platine, oft grau oder schwarz mit glatter Oberfläche. Manche tragen eine kurze Nummer, die auf die Induktivität hinweist. Kleine Signal-Spulen sehen dagegen aus wie winzige Kondensatoren und sind ohne Schaltplan kaum zu unterscheiden.

Ferritperlen sitzen oft direkt an Anschlüssen und Steckverbindern. Sie sind auf Schaltplänen meist mit FB oder FL bezeichnet, Spulen mit L. Diese Bezeichnungen helfen in der Fehlersuche, weil man so schnell erkennt, welche Leitung betroffen ist.

In Laptops sind die Spulen der Prozessor-Stromversorgung besonders auffällig. Sie stehen oft in einer Reihe neben dem Prozessor, weil jede Spule eine Phase des Spannungsreglers bildet. Mehr Phasen bedeuten eine gleichmäßigere Versorgung bei hoher Last.

Für dich als Nutzer bedeutet das: Spulen sind unauffällige, aber unverzichtbare Bauteile. Fallen sie aus, zeigt sich das meist als Gerät, das nicht mehr startet, nicht mehr lädt oder eine einzelne Funktion verliert. Mit gezielter Messung lässt sich der Fehler eingrenzen, und der Tausch einer Spule ist oft deutlich günstiger als eine neue Platine.

Wichtig ist dabei, dass die Ursache mitbehoben wird. Ist eine Spule nach einem Kurzschluss überhitzt, liegt der eigentliche Fehler häufig in einem Bauteil dahinter, etwa einem durchgeschlagenen Kondensator oder einem defekten Chip.

Häufige Fragen