Elektronik: Universelles Beleuchtungsmodul für Autos, Trucks, Feuerwehr, Schiffe und Flugzeuge

jo-loom

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Montag, 9. Mai 2011, 22:50

Universelles Beleuchtungsmodul für Autos, Trucks, Feuerwehr, Schiffe und Flugzeuge

Liebe Modellbauer, ganz gleich ob im Bereich Autos, Trucks, Feuerwehr, Schiffe, Flugzeuge,...

das Leben kann so einfach sein und zugleich viel Freude bereiten, vor allem, wenn es überall leuchtet, blinkt und funkelt. Und das Ganze für gleichermaßen wenig Geld und geringen Arbeitsaufwand!
Viele Modellbauer reizt es sehr, ihr Modell mit einer mehr- oder weniger aufwendigen Beleuchtung auszustatten. Sie scheuen jedoch den befürchteten Aufwand und mehr noch das unbekannte Terrain.
Hinter den Kulissen des Forums habe ich öfter versucht Einzelnen zu helfen. Sie alle haben ihre Vorhaben dann eigenständig umsetzen können und waren begeistert ob der erzielten Ergebnisse.

Irgendwann aber kam mir der Gedanke "wieso immer so kompliziert?" und "wieso jedesmal das Gleiche erzählen?".
Zuletzt angestoßen von Micha's (Hubra) Bericht zum "DLK 23/12 Umbau mit Beleuchtung" kam mir die Idee für ein universelles Beleuchtungsmodul welches (hoffentlich) unschlagbar einfach und günstig ist. Dabei ist dieses kleine Beleuchtungsgenie sagenhaft leistungsfähig.
Vor allem aber: Ihr könnt damit komplett selber ganz nach eigenem Wunsch Eure Bauprojekte realisieren. Und es wird Euch gelingen!

Der vorliegende Thread ist eine Mischung aus Baubericht, Anleitung zur Umsetzung eigener Beleuchtungsprojekte und Mini-Lehrbuch. Um es so übersichtlich wie nur möglich zu halten, ist der Thread ähnlich einem Handbuch aufgebaut. Ihr könnt Euch also in kleinen Schritten alles Wissenswerte aneignen und beim Start Eures eigenen Projektes immer wieder nachblättern. Die einzelnen Kapitel des Beitrags sind gegenüber dem Standard-Stil von Postings jeweils von der Schriftfarbe und dem Schriftstil geringfügig geändert. Zudem beginnt jedes Kapitel mit einer markanten Überschrift. Somit kann man beim späteren Lesen leicht die Ursprungsbeiträge identifizieren.

Ich hab mich mit Micha als "dem Urvater der Beleuchtungsspielereien" abgestimmt und wir werden das Thema gemeinsam betreuen. Voraussichtlich übernimmt Micha die Teileversorgung für Euch und wird auch in Wettringen Vorführmuster dabei haben.

Dies hier ist ein Forum und es lebt von regem Austausch. Daher ist jede Form von Beiträgen im Thread, egal ob kritisch, zustimmend oder lustig, herzlich willkommen. Habt den Mut Eure Erfahrungen zu schilden und dabei auch Rückschläge nicht auszulassen. So kann jeder von jedem lernen.

Und nun wünsche ich Euch ganz viel Freude beim Stöbern!

Mit einem herzlichen Gruß,
Johannes

Ein Dampfgenerator mit Füllstandüberwachung
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Woran ich sonst so bastele...

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Montag, 9. Mai 2011, 22:50

Inhaltsverzeichnis

Das Mini-Handbuch zum universellen Beleuchtungsmodul ist in die nachfolgend aufgelisteten Kapitel unterteilt. Um das Inhaltsverzeichnis auch später noch überarbeiten zu können, ist es als Bild-Link eingebunden. So brauche ich bei zukünftigen Ergänzungen oder Änderungen nur die verlinkte Bilddatei auszutauschen und Ihr habt zu Beginn des Threads immer die passende Übersicht inklusive der Verweise auf die einzelnen Einträge:

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Montag, 9. Mai 2011, 22:51

Änderungshistorie

Die folgende Übersicht informiert zu wesentlichen Änderungsständen des Projektes und der Projektdokumentation:

Ein Dampfgenerator mit Füllstandüberwachung
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Montag, 9. Mai 2011, 22:51

Kapitel 1: Abstrakt

Das Universelle Beleuchtungsmodul bietet Modellbauern die denkbar einfachste Möglichkeit ihre Modelle attraktiv zu beleuchten. Unter der Verwendung von Leuchtdioden beliebiger Farbe können dabei mannigfaltige animierte Beleuchtungsszenarien dargestellt werden. Ganz gleich ob bei Autos, Trucks, Feuerwehrfahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen - derartige Lichteffekte werten ein Modell beträchtlich auf und geben dem ansonsten statischen Eindruck eine beträchtliche Vitalität.
Das beste freilich an dem Universellen Beleuchtungsmodul ist seine konkurrenzlose Einfachheit. Statt dem Einsatz aufwendiger Leiterplatten gilt es einzig und allein nur noch die Leuchten über jeweils eine Leitung mit dem Modul zu verbinden. Hinzu kommen zwei Leitungen für die Spannungsversorgung - fertig. Jeder handwerklich geschickte Modellbauer kann dieses Modul innerhalb einer Stunde zu einer kompletten Beleuchtungsanlage verdrahten. Neben dem Arbeitsaufwand fallen auch die Kosten minimal aus.

Das Universelle Beleuchtungsmodul gestattet in seinen aktuelle 2 verfügbaren Versionen entweder bis zu 5 Leuchtdioden (bzw. Leuchtdiodengruppen) oder 11 Leuchtdioden (bzw. Leuchtdiodengruppen) individuell anzusteuern. Eine umfangreiche Bibliothek fertig gespeicherter Lichtmuster bietet für nahezu jede Anwendung die geeignete Darstellung. Neben dem gewünschten Lichtmuster kann der Modellbauer auch in enfachster Weise die gewünschte Ablaufgeschwindigkeit auswählen.

Als ein typisches Anwendungsbeispiel sei ein Polizeiwagen mit einem 5fach-Leuchtbalken genannt. In diesem Fall müssen lediglich insgesamt 8 Leitungen verdrahtet werden.
Ein weiteres häufiges Anwendungsbeispiel betrifft normale Modellautos mit Fahrtlicht, Aufblendlicht, Bremslicht und Blinkern. Auch diese können in attraktiver Weise zum Leben erweckt werden mit einem Verdrahtungsaufwand unter einer Stunde.

Das vorliegende Mini-Handbuch geht in allen Belangen auf sämtliche wissenswerte Details ein. Es ist so gehalten, dass Modellbauer gänzlich ohne Vorkenntnisse erfolgreich ihr Modell beleuchten können. Zur Arbeitserleichterung finden sich neben verschiedenen Aufbau- und Anwendungsbeispielen auch Tipps zum Löten, zur Installation sowie zu den eingesetzten Komponenten. Zudem erhaltet Ihr Empfehlungen zur Inbetriebnahme und zur möglichen Fehlersuche, damit Euer Projekt in jedem Fall gelingt.
Das Handbuch ist in einzelne Kapitel untergliedert, die sukzessive im Thread eingestellt werden. Zur Vermeidung von Enttäuschungen beim Bau empfehle ich in Ruhe das Mini-Handbuch durchzuarbeiten und erst dann mit dem Bau zu beginnen.

Selbstverständlich sind Präsentationen Eurer Modelle mit Einsatz des Universellen Beleuchtungsmoduls hier im Thread sehr willkommen. Auch könnt Ihr natürlich Eurerseits Tipps und Anregungen abgeben sowie Fragen stellen.
Wir hoffen Euch damit die Tür zu öffnen zu Euren ersten Modellen mit attraktiver Beleuchtung.

Johannes und Micha

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Montag, 9. Mai 2011, 22:52

Kapitel 2: Erforderliche Werkzeuge und Kenntnisse

Entgegen der Befürchtung vieler Modellbauer, die sich bislang nicht mit Themen der Elektrik oder Elektronik befasst haben, ist für den erfolgreichen Aufbau einer Modellbeleuchtung unter Verwendung des universellen Beleuchtungsmoduls nur ein geringes Maß an Werkzeugen und Kenntnissen erforderlich.

2.1. Erforderliche Werkzeuge:
Für den Aufbau einer Modellbeleuchtung sollte man zumindest über folgende oder vergleichbare Werkzeuge verfügen:

Guter Kleinlötkolben, besser Lötstation, mit hochwertiger Lötspitze (bei SMD-Arbeiten SMD-Lötkolben)
Geeignete Lötkolbenablage oder Lötkolbenständer
Feiner Elektronik-Seitenschneider
Feine Spitzzange
Pinzette
Cuttermesser / Skalpell
Lötschwämmchen zum Abstreifen der Lötspitze (Alternative: feuchtes Taschentuch)
Feines Elektronik-Lötzinn
Klebeband (z. B. Kreppklebeband)
Geeignete Arbeitsunterlage (z. B. Hartholzklotz)
Optional: Multimeter / Vielfachmessgerät (für den Anfang eignen sich einfahste Alternativen, siehe Tipps)
Geeignete Spannungsversorgung (Batterien, Akkus, Netzteil etc.)

2.2. Erforderliche Kenntnisse:
Zum Aufbau und zur Inbetriebnahme einer Modellbeleuchtung sollte der Modellbauer folgende Kenntnisse / Fertigkeiten besitzen:

Erstellen sauberer Lötverbindungen (Weichlöten) unter Verwendung von Elektroniklot mit integriertem Kolofonium
Gute Fertigkeit bei der Durchführung feinmechanischer Arbeiten
Allgemeines technisches Grundlagenverständnis
Kenntnisse des vorliegenden Mini-Handbuchs

Darüber hinaus sind keinerlei spezifischen Vorkenntnisse in den Themen Elektrik oder Elektronik erforderlich. Alles Notwendige wird in den einzelnen Kapiteln des Mini-Handbuchs vermittelt.

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Montag, 9. Mai 2011, 22:52

Kapitel 3: Gefahrenhinweise

Dieses Kapitel bitte ich nicht dahingehend misszuverstehen, dass hier irgendwer für dumm gehalten wird. Die Auflistung möglicher Gefahren und denkbarer Beschädigungen ist einfach Teil einer seriösen Dokumentation.

3.1. Gefahren:
Der unsachgemäße Umgang mit Werkzeugen und Materialien beim Aufbau von Modellbau-Beleuchtungen führt zu folgenden potenziellen Gefahren:

Verbrennungen durch Berührung der Lötkolbenspitze
Augenverletzungen aufgrund schnell wegfliegender Teilereste beim Abknipsen mit dem Seitenschneider
Brandgefahr aufgrund nicht sicher abgelegten Lötkolbens
Brandgefahr aufgrund von Kurzschlüssen oder Verpolung, insbesondere bei Lithium-basierenden Akkus
Brandgefahr aufgrund von Überladung bei spezifischen Akkus
Explosionsgefahr bei Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Akkus

Eine elektrische Gefahr ist aufgrund des ausschließlichen Einsatzes kleiner Niederspannungen nicht gegeben.

3.2. Mögliche Beschädigungen:
Durch unsachgemäße oder unvorsichtige Arbeitsweise können folgende typische Schäden entstehen:

Versehentliches Berühren von Kunststoffteilen des Modells mit dem Lötkolben
Thermische Verformung von Kunststoffteilen des Modells durch zu nahe / zu hohe Lötkolben-Hitze
Zerstörung des Chips durch Verpolung oder Überspannung
Zerstörung des Chips bei verdrehtem Einsetzen in einen möglicherweise verwendeten Sockel
Zerstörung von LEDs durch Überstrom, insbesondere bei Anschluss ohne Vorwiderstand
Thermische Zerstörung des Chips oder von LEDs durch Lötzeiten länger als 5 Sekunden
Thermische Beschädigung von Leitungen durch Kurzschlüsse
Mechanisch Beschädigung von Leitungen durch versehentliches Hängenbleiben / Abreißen oder häufiges Bewegen

Der Chip verfügt über interne Schutzschaltungen als Prävention gegen Kurzschlüsse und Überstrombelastung an den Schaltausgängen.

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Montag, 9. Mai 2011, 22:53

Kapitel 4: Varianten

Das Universelle Beleuchtungsmodul gibt es nach jetzigem Stand in zwei unterschiedlichen Ausfürungen, genannt MICRO und MINI.

Das Modell MICRO (im Bild links) bietet die Möglichkeit bis zu 5 Leuchtdioden (oder Leuchtdioden-Gruppen) anzusteuern. Dies reicht für den größten Teil aller Anwendungen vollkommen aus.
Das Modell MINI (im Bild rechts) bietet erweiternd Ausgänge zur Ansteuerung von bis zu 11 Leuchtdioden (oder Leuchtdioden-Gruppen). Es wird vorrangig im Bereich größerer Lauflichtanwendungen zum Einsatz kommen.
Im Bereich der Funktionalität und Bedienung folgen beide Modelle MICRO und MINI dem gleichen Konzept.

Die Modelle MICRO und MINI Ausführungen sind wiederum in jeweils zwei Gehäusen verfügbar.
Das größere DIL-Gehäuse, Dual inline (im Bild die beiden oberen), hat einen Abstand der einzelnen Anschlusspins von 2,54 mm und ist damit auch für den Anfänger gut lötbar.
Das deutlich kleineres SOIC-Genäuse (im Bild die beiden unteren) hat nur einen halb so großen Abstand der einzelnen Anschlusspins von 1,27 mm. Damit erfordert es einige Erfahrung im Löten. Ein SMD-Lötkolben ist unumgänglich.

Anfänger und Einsteiger in die Welt der Elektrik (und Elektronik) wird unbedingt zur Verwendung der großen Gehäuseversion geraten. Gleiches gilt für bekennende Grobmotoriker. Der Unterschied zwischen den Modellen MICRO und MINI betrifft bei der Installation im Modell lediglich den Arbeitsaufwand. Der Schwierigkeitsgrad bleibt vergleichbar.
Die kleinen Gehäusevarianten sind dort zu bervorzugen, wo der verfügbare Bauraum Grenzen aufzeigt (z. B. 1/87-Modelle) oder wenn der Wunsch nach einer vollkommen versteckten Installation gegeben ist.

Es ist gut vorstellbar auf Basis der vorhandenen Lösungen und der dafür entwickelten Programme zukünftig weitere Derivate mit weiter erhöhter Anzahl Steuerausgänge zu realisieren. Dies hängt im Grunde genommen einzig von Eurem Feedback und Bedarf ab.

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Montag, 9. Mai 2011, 22:54

Kapitel 5: Funktionsweise

Das Universelle Beleuchtungsmodul ist nichts anderes, als ein einzelner hoch integrierter Elektronikbaustein. Hierbei handelt es sich um einen sogenannten "Single Chip Microcontroller", welcher in seinem Inneren über eine beträchtliche Leistungsfähigkeit verfügt.

5.1. Funktionseinheiten des Chips (Hardware)
Im kleinen Gehäuse des Schaltkreises stecken u. a.:

Eine komplette Recheneinheit
Ein Taktgenerator, welcher 9,6 Millionen Mal pro Sekunde schlägt
Ein fester Programmspeicher
Ein beschreib- und lesbarer flüchtiger Datenspeicher (RAM)
Ein beschreib- und lesbarer nicht-flüchtiger Datenspeicher (EEPROM), der nach Abschalten seinen Inhalt behält
Diverse konfigurierbare Ein-/Ausgänge
Ein analoges Spannungsmessgerät zum Erafssen von Eingangssignalen
Eine leistungsfähige Stoppuhr
Ein Wachhund

5.2. Funktionseinheiten des Programms (Software)
Die eigentliche Funktionalität des Universellen Beleuchtungsmoduls entsteht jedoch durch das fest in dem Chip gespeicherte Programm. Dieses startet unmittelbar nach Anlegen der Versorgungsspannung und läuft unentwegt bis zum Abschalten des Chips. Anders als es PC-Benutzer gewohnt sind, ist es bei solchen Microcontrollern völlig normal, dass sie über Jahre fehlerfrei arbeiten, ohne einen einzigen Softwareabsturz zu zeigen.
Interessierte finden eine ausführliche Beschreibung des Programms unter Kapitel 9 / Software-Implementierung. An dieser Stelle sei nur das Grobprinzip aufgezeigt.

Schritt 1:
Das Programm fragt nach Einschalten des Moduls ab, ob der Benutzer Einstellungen für die Betriebsart und die Anzeigegeschwindigkeit vornehmen will. Erkennt es eine entsprechende Bedienung, so werden die Einstellungen für Betriebsart und Anzeigegeschwindigkeit erfasst und nicht-verlierbar gespeichert. Diese Einstellungen haben solange Fortbestand, bis der Benutzer aktiv Veränderungen vornimmt.

Schritt 2:
Entsprechend der gewählten Betriebsart und der gewünschten Anzeigegeschwindigkeit errechnet das Programm alle benötigten Werte und besorgt sich die Informationen zu dem gewählten Lichtmuster.

Schritt 3:
Nun werden zyklisch die einzelnen Licht-Bilder des Lichtmusters für die jeweils definierte Anzeigedauer aktiviert.
Jedes Lichtmuster besteht aus einer unterschiedlich langen Sequenz von Einzelschritten. In jedem dieser Schritte werden das im nächsten Augenblick zur Anzeige kommende Lichtmuster und die Anzeigedauer für dieses Lichtmuster definiert.
Ein typisches Beispiel für einen solchen Einzelschritt kann lauten: "Schalte LED 1 an, LED 2 aus, LED 3 an, LED 4 aus und LED 5 an. Warte dananch 50 Zeitintervalle."
Irgendwann erreicht das Programm in der Liste der Einzeschritte eine Markierung, die ihm mitteilt das Lichtmuster wieder von vorne zu beginnen. So läuft das Muster als Summe vieler Einzelschritte kontinuierlich zyklisch ab.
Während die Einträge für die jeweilige Anzeigedauer jedes Einzelschrittes feste vorgegeben sind, kann insgesamt der Benutzer wählen, wie schnell die Lichtmuster ablaufen sollen. Der Benutzer beschleunigt oder verlangsamt also die Gesamtanzeige, während das Verhältnis der einzelnen Schritte im Lichtmuster stets gleich bleibt.

Schauen wir uns mal 3 konkrete Beispiele an:

Ping-Pong Licht ohne Unterbrechung:

Beginnend mit Leuchtdiode 1 wird immer eine Leuchtdiode für eine Zehntelsekunde eingeschaltet und die zuletzt aktivierte ausgeschaltet.
Somit besteht das vollständige Lichtmuster insgesamt aus 8 gleichlangen Schritten und wiederholt sich alle 0,8 Sekunden.
Dieses Lichtmuster ist somit realtiv schnell.

Symmetrisches Fächerlicht vom Zentrum ausgehend mit Löschen:

Zunächst wird die mittlere Leuchtdiode 3 eingeschaltet. Im nächsten Schritt, nach 200 Millisekunden, kommen die beiden benachbarten Leuchtdioden 2 und 4 hinzu. Im dritten Schritt werden zusätzlich die äußersten Leuchtdioden 1 und 5 eingeschaltet. Im gleichen Rythmus werden nun von der Mitte beginnend wieder die LED's ausgeschaltet.
Damit umfasst das Lichtmuster 6 gleichlange Schritte und benötigt insgesamt 1,2 Sekunden, ist also mittelschnell.

Alternierender Doppel-Blitzer:

Der Doppel-Blitzer ist ein Beispiel für Lichtmuster mit unterschiedlich langen Einzelschritten.
Zunächst wird zweimalig die Leuchtdiode 1 sehr kurz für 60 Millisekunden eingeschaltet mit einer gleichlangen Pause dazwischen. Danach kommt eine deutlich längere Pause von 300 ms, in der alle LEDs aus sind. Anschließend blitzt zweimalig die Leuchtdiode 5.
Die gesamte Sequenz umfasst 8 Einzelschritte und benötigt 0,96hezu Sekunden. Sie wiederholt sich also nahezu im Rythmus von 1 Herz.

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Dominik

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9

Montag, 9. Mai 2011, 22:58

Uiuiui Johannes und Micha! Da trau ich mich fast nicht, etwas zu schreiben :rot:

Ihr habt da ein sehr großes und interessantes Thema am Start. Sauber strukturiert und umfassend - Respekt für die Arbeit, die Ihr Euch aufbürdet!
Hier sind sie:
:respekt:

für Dich, Johannes,
:respekt:

für Dich, Micha!

Viele Grüße - Dominik

Hilfsreiche Links findet Ihr auf meinem Portfolio

...

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Patrick_487

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10

Montag, 9. Mai 2011, 23:47

Nabend ihr beiden :wink:

also ich habe mir gerade das ganze mal so durchgelesen und bin schon sehr stark beeindruckt.
Ich kann wirklich nur sagen :respekt:

Johannes du hast es wirklich sehr gut erklärt bis jetzt. Jetzt klingt das ganze für mich auch viel einfacher und leichter.

Und es reizt mich jetzt auch fleißig weiter zu lesen und selber die Beleuchtungen in meinen Modellen dann realisieren.

Macht weiter so ich werde auf jedenfall dem großen Thema folgen und es auch gleich mal als Abo nehmen.

es grüßt patrick :wink:

Aktuell im Bau: HLF 20/16 Beleuchtet u. Mercedes Benz
Auf der Warteliste: Simba 8x8, TLF 16/25

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Graubaer

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11

Montag, 9. Mai 2011, 23:57

Ich wollt ja nix dazu sagen, sondern mich in Wettringen Samstagmorgen um 09:00 Uhr mit meiner Wünschlliste für die nächsten 43 Objektmöglichkeiten beim Hubra hinsetzen und mir jedes einzelne einmal vorlöten lassen :ok:

ABBA - beim Lesen bin ich jetzt grad mal bis Kapitel 2 gekommen und muss da gleich meckern :!!

Auf dem Bild ist die erwähnte Lötkolbenablage, alternativ der Lötkolbenhalter nicht abgebildet – wie soll ich Laie wissen, was denn da gemeint ist :nixweis:

Und was soll die Erwähnung von „geeigneten Spannungsversorgen“

hier im Text bei den Werkzeugen ? Das gehört doch besser dahin, wo du erzählst – erzählst du doch, oder? - das man neben den LED´s auch Käbbelchen, Widerstände, Leiterplatinen und eben diese Spannungsversorger braucht – odda :?:

In dem Sinne bitte ich um besondere rhetorische Berücksichtigung meines Alters, sprich :schrei:

sabbel nich drum rum, sondern sach mir wie dat geit und verwirr mich nich noch mit unrichtigen Angaben, wo ich doch eh nix begreifen tu.

Dieter

Mann kann über alles reden - nur nicht mit jeder

... einfach tief Luft holen...

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Hubra

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12

Dienstag, 10. Mai 2011, 00:06

Hallo Dieter.

Das ist jetzt erst einmal nur eine Übersicht der Möglichkeiten.
Der Baustein soll dann später so angeboten werden, daß jeder (auch Du ) den anschließen kann.
Dazu werde ich den in den kommenden Tagen ,wenn ich den von Johannes bekommen habe, ihn ausführlich Testen.
Anschließend werden wir dann eine Möglichkeit finden um jedem den Einbau zu ermöglichen.
Aber es wird noch ein paar Tage dauern.

Gruß Micha.

Ab sofort könnt ihr Euch für die Wettringer-Modellbautage 2011 anmelden

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jo-loom

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13

Dienstag, 10. Mai 2011, 00:40

Zitat von »Graubaer«

In dem Sinne bitte ich um besondere rhetorische Berücksichtigung meines Alters, sprich sabbel nich drum rum, sondern sach mir wie dat geit und verwirr mich nich noch mit unrichtigen Angaben, wo ich doch eh nix begreifen tu.

Lieber Dieter,

ich sach nur: et kütt, et kütt, et kütt!
Das ist so ähnlich wie im Aldi am Samstag morgen, wenn die Berufstätigen auch mal die Chance zum Shoppen haben. Da erlebte ich schon zahllose lebensgefährliche Crashes mit Rentnern, die vor lauter Panik sämtliche denkbaren Geschwindigkeitsrekorde im Ladeninneren brechen.
Ich weiß, dass Du einer der ganz Flotten bist - aber hab doch auch mal ein bisschen Nachsicht mit den lansameren Zeitgenossen. "Gut Ding will Weile haben..."
Was ich Dir aber immerhin anbieten kann, ist jedem Chip ein Tütchen Frischzellenkur beizulegen... Alternativ ist Micha auch sicherlich gerne bereit, den "älteren Herren" eine "Erklärung" zur Auflockerung zukommen zu lassen.

Du siehst - bei uns gilt noch: der Kunde ist König! Speziell der zickige...

Gruß,
Johannes

PS. Den Beitrag habe ich etwas Editiert.

Gruß Micha.

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jo-loom

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14

Dienstag, 10. Mai 2011, 02:26

Kapitel 6: Anwendungen

Um Euch ein besseres Gefühl zu geben für die Vielfältigkeit an Anwendungsmöglichkeiten sind im Weiteren einige typische Beispiele erläutert. Natürlich ist dies nur ein kleiner Auszug aus dem denkbaren Spektrum. Hoffentlich finden sich bald schon begeisternde Modellaufbauten von Euch, die zeigen, was alles mit dem Universellen Beleuchtungsmodul möglich ist.

6.1. Einfaches Polizeifahrzeug mit alternierendem Stroboskop-Blitzer:

Auf dem Dach des Fahrzeugs werden 2 blaue Leuchtdioden installiert. Diese blitzen wechselseitig jeweils zweimal. Bei Verwendung sehr kleiner bedrahteter Leuchtdioden (3 mm oder 1 mm) können diese bei kleinen Maßstäben direkt als eigentliche Lampe am Modell genutzt werden.

6.2. Feuerwehrfahrzeug mit 5-fach Lichtbalken:

Eine Aneinanderreihung von fünf beispielsweise orangen oder blauen LEDs bildet einen typischen Leuchtbalken, auf dem unterschiedliche Lichtmuster abgespielt werden können. Hierzu gehört beispielsweise das typische amerikanische Polizeilicht.

6.3. Feuerwehrfahrzeug mit 3 Dachlampen und zusätzlichem Wechselblinker:

Manche Einsatzfahrzeuge tragen 3 Lauchten auf dem Dach, zwei davon nebeneinander am vorderen Ende und eine mittig am hinteren. Das Leuchtmodul gestattet diese so anzusteuern, dass ein blitzender Lauflichteffekt entsteht. Zusätzlich können die Blinker des Fahrzeugs als Wechselblinker angesteuert werden.

6.4. Personenkraftwagen mit Abblendlicht, Fernlicht, Bremslicht und Blinkern:

Jeweils zwei weiße vordere und zwei rote hintere LEDs bilden das reguläre Fahrlicht als Lichtgruppe. Sie werden mit Ausgang 1 des Beleuchtungsmoduls verbunden.
Zwei helle weiße LEDs ergeben das Fernlicht. Sie gelangen an Ausgang 2.
Zwei weitere rote LEDs dienen für die Bremslichter an Ausgang 3.
2 orange LEDs für die beiden linken Blinker und 2 weitere für die beiden rechten Blinker werden an den Ausgängen 4 und 5 angeschlossen.
Nun läuft jeweils über etwa 20 Sekunden ein Beleuchtungsprogramm für einen normalen PKW ab, bei dem obige Lichter in unterschiedlichen Zeitabständen aktiviert werden.

6.5. Drehlicht / Rundumlicht mit Zusatzblinker:

Vier kleine SMD-Leuchtdioden werden mit Sekundenkleber um einen Vierkant-Kunststoffstab geklebt, so dass sie in 4 Himmelsrichtungen zeigen. Diese vier Leuchtdioden werden nun über vier Vorwiderstände mit dem Beleuchtungsmodul verbunden. Dieses generiert ein kontinuierliches Lauflicht, welches nun den Eindruck einer sich rundum drehenden Einzellichtquele ergibt.
Zusätzlich steht mit dem fünften Ausgangs des Moduls noch ein Blinklicht zur Verfügung.

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papa_von_prinzessin

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15

Dienstag, 10. Mai 2011, 12:27

Hallo Ihr zwo,

klasse fred, wurde gleich abonniert. <heftig nicken>
Oute mich auch mal als Zicke ;-) (<-meine smilies gehen gerade mal wieder nicht), bei Deinen Postingabstandszeiten Johannes, müßten wir eigentlich schon Kapitel 9 gelesen haben können :-)))) ;-))
Haut rein, ich bleib gespannt am Ball.

Gruß Andreas

keep basteling
:wink:

Gruß Andreas

Im Bau:
Fotodio "Landstrasse"
Nissan Micra WMF RS - Team Camel Nr.68
Ford Mustang das "Papa-Tochter Projekt"

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TF63

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16

Dienstag, 10. Mai 2011, 15:52

Genau was ich suche .(6.2) US-Lichtbalkensteuerung. :thumbup:

Da bin ich mal gespannt wann Ihr liefern könnt.

Wird es bei der 5V Eingangspannung bleiben? Dann muß ich mir noch was basteln um von 7,2 auf 5 zu kommen. Aber da wißt Ihr sicherlich auch Rat. :thumbsup:

Auf jeden fall eine Klasse Idee. :respekt:

Gruß

Thorsten

Micra Bilderalbum

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Hubra

Moderator

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17

Dienstag, 10. Mai 2011, 16:11

Hallo Thorsten.

Dafür gibt es passende Festspannungsregler, die kosten auch nur ein paar Cent.

Auf dieser Seite werden sie erklärt.

Ich hoffe das es dir weiter hilft.

Gruß Micha.

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TF63

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Realname: Thorsten

Wohnort: Hamburg

18

Dienstag, 10. Mai 2011, 16:33

Ein bisserl schon. :thumbsup:

Vielen Dank für die schnellen Infos. :respekt:

Gruß

Thorsten

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jo-loom

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19

Dienstag, 10. Mai 2011, 20:43

Kapitel 7: Installation

In diesem Kapitel wird anhand eines konkreten Beispiels Schritt für Schritt gezeigt, wie der Aufbau einer typischen Beleuchtungsanwendung abläuft. Hierzu habe ich bewusst ein etwas komplizierteres, dafür aber sicher weit verbreitetes Beispiel einer normalen PKW-Beleuchtung gewählt.

Schritt 1 - Beleuchtungsfunktion festlegen:
Das Fahrzeug - als Versuchsträger dient in diesem Fall ein Wartburg - wird mit folgenden Lampen ausgestattet:

2 Ablendleuchten vorne (weiße LEDs)
2 Rückleuchten hinten (rote LEDs)
2 Fernlichtleuchten vorne (weiße LEDs)
2 Bremsleuchten hinten (rote LEDs)
2 Blinker links (orange LEDs)
2 Blinker rechts (orange LEDs)

Schritt 2 - Schaltbild:

Als erstes gilt es das Schaltbild bzw. den Verdrahtungsplan zu verstehen. Die meisten Leitungen laufen jeweils von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt. Einige wenige Leitungen verzweigen. Der Plan ist extra so gezeichnet, dass der empfohlene Aufbau ersichtlich ist. In klassischen Schaltbildern gilt, dass ein dicker Punkt bei zwei sich berührenden oder kreuzenden Leitungen eine elektrische Verbindung darstellt.
Die Besonderheit an dem vorliegenden Beispiel liegt in der Zusammenschaltung relativ vieler Leuchtdioden. Man spricht hierbei von "Reihenschaltung" und "Parallelschaltung". Das Zusammenschalten von je einer weißen und einer roten Leuchtdiode in den Zweigen für das Abblendlicht führt zu einem erhöhten Spannungsbedarf. Deswegen wird die gesamte Schaltung mit 6 Volt aus einem Batterieblock mit 4 Zellen betrieben. Da unser Chip aber nur 5 Volt Versorgungsspannung verkraftet, wird 1 Volt über eine zusätzliche Diode an seinem Pin 8 "verbrannt".

Schritt 3 - Ermittlung Vorwiderstände:
Eine Messung der 3 Leuchtdioden (weiß, rot, orange) ergab folgende sogenannte Vorwärtsspannungen:
Weiß: 3.2 Volt, Rot: 2.1 Volt, Orange: 2.1 Volt
Dies ist sinngemäß in etwa vergleichbar mit der Spannungsangabe "12 Volt" bei einer KFZ-Glühlampe.

Die eingesetzte Batteriespannung beträgt 6 Volt. Jeder Ausgang unseres Universellen Beleuchtungsmoduls kann bis zu 10 mA Strom liefern.

Vorwiderstand Bremsleuchten: (6 V - 2.1 V - 2.1 V) / 10 mA = 1.8 V / 10 mA = 180 Ohm
Vorwiderstand Blinker: (6 V - 2.1 V - 2.1 V) / 10 mA = 1.8 V / 10 mA = 180 Ohm
Vorwiderstand Fernlicht: (6 V - 3.2 V) / 5 mA = 2.8 V / 5 mA = 560 Ohm
Vorwiderstand Fahrlicht: (6 V - 3.2 V - 2.1 V) / 5 mA = 0.7 V / 5 mA = 140 Ohm

Da es Widerstände immer nur in bestimmten Abstufungen gibt, wählen wir die nächstgelegenen Werte:
Vorwiderstand Bremsleuchten: 180 Ohm (verfügbar)
Vorwiderstand Blinker: 180 Ohm (verfügbar)
Vorwiderstand Fernlicht: 560 Ohm (verfügbar)
Vorwiderstand Fahrlicht: 140 Ohm => wir wählen 150 Ohm

Schritt 4 - Stückliste:
Jetzt legen wir uns alle benötigten Bauteile und Materialien zurecht:

2 Ablendleuchten vorne (weiße LEDs)
1 Universelles Beleuchtungsmodul MICRO (Chip in DIL8 Gehäuse)
1 DIL 8 IC-Sockel (optional)
4 Leuchtdioden weiß
4 Leuchtdioden rot
4 Leuchtdioden orange
2 Widerstand 150 Ohm, 1/4 Watt (Farbringe: braun / grün / braun)
3 Widerstand 180 Ohm, 1/4 Watt (Farbringe: braun / grau / braun)
2 Widerstand 560 Ohm, 1/4 Watt (Farbringe: grün / blau / braun)
1 Diode 1N4001
1 Batteriehalter für 4 Mignon oder Micro Batterien
1 Batteriehalter-Anschlussclip (je nach Ausführung des Batteriehalters)
1 Litze schwarz
1 Litze rot
1 Litze grau
1 Lötzinn

Schritt 5 - Einbau Leuchtdioden:
Zunächst ist das Modell mechanisch in geeigneter Weise für die Montage von Leuchtdioden vorzubereiten. In unserem Anschauungsbeispiel werden die LEDs in 5 mm große Löcher gesteckt.

Die Leuchtdioden werden entsprechend gewünschter Anordnung im Modell positioniert und beispielweise mit Sekundenkleber fixiert. Hierbei ist zu beachten, dass vergleichbar zu Klarsichtkanzeln der Kleber die Oberfläche angreifen und mattieren kann.

Beim Einbau der Leuchtdioden sind die Anschlusspins nach Möglichkeit so auszurichten, dass die später zu verbindenden Pins jeweils in die gleiche Richtung zeigen. Im gezeigten Beispiel zeigen die Anoden (lange Pins) alle nach oben.

Heckansicht:

Frontansicht:

Schritt 6 - Einbau Widerstände:
Beide Drahtenden der Widerstände werden ebenso wie die zugehörigen Anschlusspins der Leuchtdioden auf 3 bis 5 mm gekürzt und verzinnt. Anschließend werden die Widerstände an die richtigen LED-Pins gelötet.

Bei den Widerständen ist es gleichgültig wierum man sie einbaut. Die Leuchtdioden hingegen verfügen über eine Anode und eine Kathode, also praktisch einen Plus- und einen Minuspol.
Das lange Beinchen entspricht immer der Anode, somit also Plus und im Schaltbild dem Dreieck.
Das kurze Beinchen der Leuchtdiode ist die Kathode, somit also Minus und im Schaltbild der Querstrich am Symbol.

Schritt 7 - Einbau Chip:
Der Chip, somit das Universelle Beleuchtungsmodul, wird an geeigneter Stelle im Modell möglichst im Zentrum aller Leuchtdioden montiert. Hierzu gibt es mehrere Möglichkeiten:
Entweder man nutzt einen sogenannten IC-Sockel, welcher den späteren Tausch des Chips gestattet, dafür aber relativ hoch baut, oder man wählt den selbstbewussten Weg. Bei diesem biegt man vorsichtig mit einer kleinen Flachzange alle Anschlusspins in horizontale Position und schneidet dann die dünnen Enden der Beinchen mit einem Elektronikseitenschneider ab. Die Anschlussleitungen können nun direkt auf die verbliebenen Pins gelötet werden. Diese Variante baut sehr klein und übersichtlich, sollte aber nur gewählt werden, wenn man gut löten kann.

Der Chip kann beispielsweise mit Sekundenkleber aufgeklebt werden.
Wichtig an dieser Stelle ist noch die Zählweise der Anschlusspins: Man beginnt stets an dem Pin mit der kleinen Markierung ( 1 ) und zählt dann entgegen dem Uhrzeigersinn bis zum letzten Pin ( 8 ).

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jo-loom

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Realname: Johannes

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20

Dienstag, 10. Mai 2011, 20:43

(Fortsetzung)

Schritt 8 - Anschlussleitungen:
Zunächst werden die Verbindungsleitungen zwischen den LED-Pins mit gleichem Anschluss angelötet. Hierzu eignen sich sehr gut die abgeschnittenen Drahtenden der Widerstände.
Als nächstes erfolgt die Verdrahtung von Minus (schwarze Litze) und Plus (rote Litze). An den Punkten, an denen mehrere Litzen zusammentreffen, empfiehlt es sich die Litzen alle auf 5 mm abzuisolieren und dann zu verzwirbeln. Danach werden sie verzinnt und abschließend als Einheit an den Kontakt des Chips gelötet.

Im vorliegenden Aufbaubeispiel kommt ein IC-Sockel für den Chip zum Einsatz:

Es empfiehlt sich die übrigen Anschlussleitungen mit etwas Überlänge bereits am Chip oder am IC-Sockel anzulöten:

Als Letztes werden alle Einzelleitungen gelegt. Hierbei ist es ratsam jede installierte Leitung auf dem Plan abzuhaken.

Die Leitungen lassen sich leicht mit einem Tropfen Sekundenkleber auf Modelloberflächen fixieren.
Hier noch eine Detailaufnahme der Front-Verdrahtung:

Und zu guter Letzt auch noch die Detailansicht der Heck-Verdrahtung:

Wenn man sich ein wenig ran hält, dann ist der gezeigte Verdrahtungsumfang in einer Stunde zu bewältigen.

Schritt 9 - Endkontrolle:
Nach Abschluss aller Verdrahtungsarbeiten empfiehlt sich je nach Geschmack ein Kaffee-, Tee- oder Zigarettenpäuschen. Danach werden noch einmal genauestens alle Leitungsverbindungen gegenüber dem Schaltbild gechecked. Teil der Endkontrolle ist auch stets eine sogenannte Sichtkontrolle, bei der vor allem die Lötstellen inspiziert werden.

Schritt 10 - Batterieanschluss:
Ist die Endkontrolle zur Zufriedenheit ausgefallen, so können die Batterien eingelegt werden. Gegebenenfalls müssen nun die Einstellungen für die gewünschte Betriebsart und die erforderliche Ablaufgeschwindigkeit vorgenommen werden. Siehe hierzu Kapitel 8 (Bedienung). Weitere Tipps gibt es in Kapitel 14 (Inbetriebnahme) und 15 (Tipps zur Fehlersuche) sowie in Anhang 1 (Löt- und Montagetipps).

Wenn alle Arbeiten korrekt durchgeführt wurden, dann präsentiert sich das Automodell fortan in leuchtendem Glanz:

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Eumel

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Realname: Emanuel Berger

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21

Dienstag, 10. Mai 2011, 20:55

Hy

,
na dieses Forum ist ja mal echt interressant, haben bestimmt viele drauf gewartet :thumbsup:

Also ich bin begeistert, weil ich auch gerne meine Trucks beleuchten will, aber einfach nicht trau

Ist es möglich, eine komplette Bestelliste zu bekommen, was ich alles brauch ?
( was für Leuchtdioden, Widerstände, usw. )

Kontakt gern auch per Mail oder PN

Bastelgruß,

Emanuel :prost:

Fertig: Peterbilt 378

Fertig: Kenworth Dump Truck

Fertig: Canepa Kenworth T600A

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jo-loom

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Realname: Johannes

Wohnort: Gastarbeiter im Bajuwarischen Königsreich

22

Dienstag, 10. Mai 2011, 21:03

@ Thorsten und Emanuel,

vielen Dank für Euer Feedback!
Micha und ich werden alle Fragen beantworten - bei manchen Punkten wäre die Bitte noch ein wenig Geduld zu haben, da vorgesehene Kapitel eh noch drauf eingehen. Dies gilt beispielsweise für Bezugsquellen.
Es ist ein Haufen Arbeit - aber wir versuchen so rasch wie möglich das Mini-Handbuch hier zu komplettieren.

Im Übrigen ist es gerade wichtig von Euch Rückmeldung zu erhalten. So kann es beispielsweise Sinn machen, dass Euch Micha nicht nur den Baustein zur Verfügung stellt, sondern womöglich ganze Teilesätze zusammenstellt. Auf diese Weise hätte nicht jeder Einzelne das Theater mit diversen Bestellungen.

Deswegen: je mehr Ihr Eure Wünsche und Euren Bedarf mitteilt, umso besser können wir das passende Paket schnüren.

Gruß,
Johannes

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jo-loom

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Realname: Johannes

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23

Dienstag, 10. Mai 2011, 22:08

Kapitel 8: Bedienung

8.1. Bildmuster einstellen:

Zur Einstellung des gewünschten Bildmusters bitte wie folgt vorgehen:

Das Universelle Beleuchtungsmodul abschalten bzw. von der Versorgungsspannung trennen
Mit einer feinen Pinzette die Pins 4 (GND) und 3 (LED 4) des Chips überbrücken und verbunden halten
Nun die Versorgungsspannung einschalten bzw. anstecken
Das Modul bestätigt die Erkennung des Konfigurationswunsches durch Einschalten von LED 4 (pink) für 2 Sekunden (alle übrigen Ausgänge sind aus)
Nach 2 Sekunden blinken die LEDs 1 bis 3 rythmisch mit 1 Herz (0.2 Sekunden an / 0.8 Sekunden aus)
Nun laut mitzählen "Eins, Zwei, Drei, Vier,..." bis zum Erreichen der Nummer des gewünschten Bildmusters
Bei Erreichen der angestrebten Bildmusternummer die Überbrückung der Pins 4 (GND) und 3 (LED 4) aufheben - die Versorgungsspannung bleibt dabei an
Nun speichert das Modul die gewählte Einstellung und beginnt unmittelbar mit der Anzeige des konfigurierten Bildmusters

Fehlbedienung:
Wird versucht eine höhere Nummer als die maximal im Baustein hinterlegten Bildmuster anzuwählen, so bricht das Modul die Erfassung ab und speichert die im Programm hinterlegte Vorgabe-Bildmusternummer.

Die im Modul verfügbaren Bildmuster sind in Kapitel 20 aufgeführt.

8.2. Anzeigegeschwindigkeit einstellen:

Zur Einstellung der gewünschten Anzeigegeschwindigkeit bitte wie folgt vorgehen:

Das Universelle Beleuchtungsmodul abschalten bzw. von der Versorgungsspannung trennen
Mit einer feinen Pinzette die Pins 4 (GND) und 2 (LED 5) des Chips überbrücken und verbunden halten
Nun die Versorgungsspannung einschalten bzw. anstecken
Das Modul bestätigt die Erkennung des Konfigurationswunsches durch Einschalten von LED 5 (pink) für 2 Sekunden (alle übrigen Ausgänge sind aus)
Nach 2 Sekunden blinken die LEDs 1 bis 3 rythmisch mit 1 Herz (0.2 Sekunden an / 0.8 Sekunden aus)
Nun laut mitzählen "Eins, Zwei, Drei, Vier,..." bis zum Erreichen der Nummer der gewünschten Anzeigegeschwindigkeit
Bei Erreichen der angestrebten Anzeigegeschwindigkeit die Überbrückung der Pins 4 (GND) und 2 (LED 5) aufheben - die Versorgungsspannung bleibt dabei an
Nun speichert das Modul die gewählte Einstellung und beginnt unmittelbar mit der Anzeige des konfigurierten Bildmusters in der konfigurierten Anzeigegeschwindigkeit

Fehlbedienung:
Wird versucht eine höhere Nummer als die maximal im Baustein hinterlegten Anzeigegeschwindigkeiten anzuwählen, so bricht das Modul die Erfassung ab und speichert die im Programm hinterlegte Vorgabe-Anzeigegeschwindigkeit.

Die im Modul verfügbaren Anzeigegeschwindigkeiten sind in Kapitel 21 aufgeführt.

8.3. Bildmuster und Anzeigegeschwindigkeit einstellen:
Wird die Konfiguration von Bildmuster und Anzeigegeschwindigkeit gewünscht, so ist nacheinander gemäß 8.1. und 8.2. vorzugehen. Es ist dabei gleichgültig, mit welcher Einstellung begonnen wird.

8.4. Auslieferungszustand:
Nach Auslieferung sind die Universellen Beleuchtungsmodule auf die Standardwerte voreingestellt. Diese Einstellungen werden in den seltendsten Fällen dem vorliegenden konkreten Anwendungsfall des Modellbauers entsprechen und müssen somit aktualisiert werden.

8.5. Undefiniertes Verhalten des Universellen Beleuchtungsmoduls:
Zeigt das Universelle Beleuchtungsmodul an seinen Schaltausgängen merkwürdige oder undefinierte Bildmuster, so ist dies fast immer ein Zeichen für das Fehlen korrekter Einstellungen für Bildmuster- und Anzeigegeschwindigkeitsnummer.
In diesem Fall sind beide Einstellungen gemäß 8.1. und 8.2. vorzunehmen.

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Kammerfeger

unregistriert

24

Dienstag, 10. Mai 2011, 22:50

,

,und nochmals :respekt:

Euch beiden.

Endlich mal ein ausführlich erklärter Bildband. :ok:

Persönlich werde ich wohl die nächsten Jahre noch zur Sockel-Variante greifen, bis ich zum Löt-Gesellen aufgestiegen bin.
So erspar ich mir letztlich die ständige Neuanschaffung ausgebrannter Module. Zudem müsste es sich machen lassen, dass 1 Modul für mehrere Fahrzeuge einsatzfähig wäre?!

Könnte mir vorstellen, das Modul z.B. hinter dem Kennzeichen zu verstecken. Und so die Lichter in Betrieb zu nehmen.

Sehnsüchtig das Kapitel 20 erwartend ........

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jo-loom

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25

Dienstag, 10. Mai 2011, 23:14

@ Kammerfeger:

1) Danke auch Dir für Deine netten Worte!
2) Ob Du mit oder ohne Sockel arbeitest, ob Du große oder kleine Gehäuse verwendest - das alles ist reine Geschmacksache und primär eine Frage Deiner Löt-Fitness und Deines Löt-Equipments.
3) So ein Sockel kostet unter 1 Euro - natürlich könnte man den Chip wechseln und nur den Sockel in den Modellen belassen. Wenn das Modul nicht so grauselig güstig wäre...
4) Das kleinste Gehäuse (5-fach Modul in SMD) misst etwa 5 x 5 mm bei 1,5 mm Höhe. Je nach Modellmaßstab lässt sich dass sogar unter der Tankklappe anbringen...
5) Die Übersicht bereits implementierter Bildmuster kommt in Bälde. Aber es gibt ja auch das Kapitel zu den Sonderwünschen!

Gruß,
Johannes

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jo-loom

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26

Mittwoch, 11. Mai 2011, 00:00

Betrieb des Universellen Beleuchtungsmoduls an 7,2 Volt (LiPo 2S Akku)

@ Thorsten (TF63)

Es gibt eine sehr einfache Möglicheit das Modul auch mit etwas höheren Versorgungsspannungen zu betreiben. Ein typischer Fall dürfte der Einsatz eines Lithium-Polymer-Akkus mit 2 Zellen, also 7,2 Volt Spannung sein.

Hierzu wird einfach in die Versorgungsspannungsleitung des Beleuchtungsmoduls eine sogenannte Zener-Diode geschaltet. In unserem Fall wählen wir eine mit 2,7 Volt Sperrspannung.
Damit gelangen 7,2 Volt - 2,7 Volt, also 4,5 Volt zum Chip. Auf die richtige Polarität der Zener-Diode ist zu achten!

Achtung: Das Ganze funktioniert nur, wenn die Leuchtdioden eine Vorwärtsspannung von zumindest eben diesen 2,7 Volt haben. Andernfalls glimmen sie stets leicht, auch wenn die Lichter gerade ausgeschaltet sind.
Aber auch dieses Problem ließe sich leicht lösen, indem man zu jeder Leuchtdiode eine weitere Diode in Reiihe schaltet.

Am besten schauen wir uns Deine konkrete Anwendung an, sobald das Mini-Handbuch komplett ist und die Bausteine verfügbar sind.

Gruß,
Johannes

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jo-loom

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27

Mittwoch, 11. Mai 2011, 17:34

Kapitel 9: Software-Implementierung

Während sich alle übrigen Kapitel des Mini-Handbuchs speziell am Modellbau-Anwender orientieren, ist der vorliegende Abschnitt gezielt für die unter Euch gedacht, die gerne mehr in die Tiefen des Projektes einsteigen wollen oder womöglich sogar über zukünftige eigene Entwicklungen für den Modellbau nachdenken. An alle Modellbauer ohne derartige Ambitionen die Bitte um Nachsicht und rasches Weiterblättern.

9.1. Mikrocontroller:
Das Universelle Beleuchtungsmodul ist nichts anderes, als ein applizierter Single Chip Mikrocontroller mit einer spezifischen Software. Die verwendeten Mikrocontroller stammen vom Hersteller ATMEL und gehören zu der ATTiny-Familie kleinster Typen. In gleicher Weise hätten Produkte der Wettbewerber, z. B. PIC-Controller, eingesetzt werden können.
Die gewählten Typen zählen zu den einfachsten und kostengünstigsten Derivate der umfangreichen Produktfamilie.

9.2. Entwicklungsumgebung:
Bei der Entwicklung wurde das seitens des Chip-Herstellers kostenfrei angebotene Entwicklungspaket AVR Studio 4 eingesetzt. Dieses bietet umfassende Funktionalität inkl. Software-Simulator.

Auf einen Hardware-Simulator wurde ebenso verzichtet, wie auf die Nutzung des im Chip integrierten Debug-Interfaces. Gemessen an der geringen Komplexität der Anwendung wäre hierbei das Aufwands-/Nutzenverhältnis nicht vorteilhaft gewesen.
Das Debugging der Software erfolgte zweiphasig, zunächst unter Nutzung des Software-Simulators mit Debug-Features und anschließend klassisch auf Hardware-Ebene im Chip.

9.3. Programmierwerkzeug:
Nach Fertigstellung des Programms wird dieses über ein Programmierwerkzeug in den Chip gebrannt (geflashed). Danach ist es bis zu einer möglichen Neuprogrammierung fest gespeichert. Als Programmieradapter diente der AVR-ISP-Programmer von myAVR, ein USB-Interface. Dieses ist konkurrenzloc einfach in der Handhabung und mit 16 Euro die im Markt günstigste Option. Auch hier gibt es zahllose High-End-Geräte, die aber bei der vorliegenden Anwendung keinerlei Vorteile gebracht hätten.

9.4. Programmiersprache:
Die Software des Universellen Beleuchtungsmoduls ist in Assembler, also Maschinensprache geschrieben. Dies ist die tiefste mögliche Abstraktionsebene bei der Programmierung. Sie erlaubt die konsequenteste Optimierung des Programm-Codes in Hinblick auf Echtzeitfähigkeit, Ausführungszeiten und Programmspeicherbedarf. Gerade in Anbetracht des sehr kleinen vorhandenen Speichers im Chip ist diese Wahl zu favorisieren.
Alternativ können Hochsprachen wie C, BASCOM (BASIC-Dialekt) oder PASCAL etc. genutzt werden. Erfahrungsgemäß ist der generierte Code jedoch leicht doppelt so umfangreich wie bei geschickter Assembler-Programmierung.

9.5. Chip-Konfiguration:
Der Mikrocontroller verfügt über diverse programmierbare Einheiten. Neben dem eigentlichen Programmspeicher und dem nichtflüchtigen EEPROM-Speicher umfasst dieses sogenannte Fuses (Sicherungen). Letztere bestimmen die elementaren hardwarenahen Funktionen vor Start des Programms. Zudem erlauben sie den Programmspeicher dahingehend zu schützen, dass er nicht mehr ausgelesen werden kann.
Beim Universellen Beleuchtungsmodul wird der integrierte RC-Generator mit 9.6 MHz ohne Vorteiler benutzt. Die Sicherung zum Schutz des Programmspeichers wird vor Auslieferung der Bausteine aktiviert.

9.6. Deklaration:
Zu Beginn des Programms erfolgt in klassischer Weise die Definition aller zum Einsatz kommenden Namen, Konstanten und Variablen.

9.7. Initialisierung:
Nach Einschalten der Versorgungsspannung durchläuft das Programm die Initialisierungen. Zunächst werden dabei die Interrupt-Handler definiert. Anschließend erfolgt die Konfiguration der Chip-internen Hardware: Watchdog, I/O-Ports und Timer. Als Letztes werden dann noch die relevanten Programm-Variablen auf einen definierten Anfangswert gesetzt.

9.8. Hauptprogramm:
Das Hauptprogramm besteht aus einer einmalig durchlaufenden Sektion und einer Endlosschleife.
Zu Beginn übernimmt das Hauptprogramm einmalig folgende Aufgaben:
- Auslesen des nichtflüchtigen EEPROM-Speichers im Chip für Bildmuster- und Geschwindigkeitseinstellung
- Änderung der zwei Einstellungs-Pins am Chip auf Eingangserfassung
- Überprüfung ob der Benutzer eine Konfigurationseinstellung vornehmen möchte
- Gegebenenfalls Erfassung der Konfiguration für die Ablaufgeschwindigkeit
- Gegebenenfalls Erfassung der Konfiguration für die Bildmusternummer
- Überwachung, ob der Anwender eine zu hohe Nummer wählt - im Fehlerfall Verwendung der Default-Einstellung
- Rückstellen der zwei Einstellungs-Pins am Chip auf Ausgänge
- Laden der Speicheradresse der hinterlegten Bildmusterdaten entsprechend Bildmusternummer
- Laden der Zeitkonstante aus der hinterlegten Tabelle entsprechend Ablaufgeschwindigkeitsnummer

9.9. Endlosschleife:
Nach Abarbeitung der Einstiegssequenz started das Hauptprogramm eine endlos laufende Schleife.
In dieser Schleife werden kontinuierlich folgende Operationen abgewickelt:
- Setzen des Datenzeigers auf den Anfang der Bildmuster-Datentabelle
- Lesen des hinterlegten fixen Zeitfaktors für den nächsten Anzeigeschritt
- Lesen des hinterlegten fixen Bildmusters für den nächsten Anzeigeschritt
- Setzen der Chip-Ausgänge entsprechend den aktuellen Bildmusterdaten
- Verzögerungszeit entsprechend der errechneten aktuellen Anzeigedauer
- Überprüfung auf Ende der Datentabelle - entweder nächster Anzeigeschritt oder Neustart des Bildmusters

9.10. Interrupt:
Die Softwarestruktur entspricht typischen Echtzeit-Applikationen. Das Programm nutzt einen Timer, der so konfiguriert ist, dass kontinuierlich alle 100 Mikrosekunden ein Timer-Interrupt ausgelöst wird. Im Rahmen der Interruptroutine wird lediglich die laufende Anzeigeschrittdauer getaktet. Somit zeigt der Anzeigeablauf stets die maximal mögliche Genauigkeit, einzig limitiert von dem internen Chip-Oscillator.

9.11. Daten-Tabellen:
Alle Informationen zu Bildmustern und Ausführungsgeschwindigkeiten sind in Form von Tabellen als binär kodierte Datenfelder hinterlegt.

9.12. Zeitberechnung:
Die Dauer eines jeden Bildmuster-Anzeigeschritts berechnet sich zu:
Verzögerungs-Faktor x Verzögerungs-Basis x 100 us
Der Verzögerungsfaktor im Bereich [0..255] ist fest in den Datentabellen hinterlegt und Teil der Bildmusterdefinitionen.
Der Wert für die Verzögerungs-Basis ergibt sich aus einer Tabelle in Abhängigkeit der Benutzereinstellung für die Anzeigegeschwindigkeit.

9.13. Programmumfang und Speichernutzung:
Die Software für das Universelle Beleuchtungsmodul Typ MICRO umfasst aktuell 667 Zeilen Programm-Code.
Hieraus generiert der Assembler 434 Bytes Code plus 472 Bytes Daten. Dieses ergibt eine 88,5% Nutzung des 1024 Byte großen Speichers im Chip.
Aktuell sind 20 unterschiedlich komplexe Bildmuster und 15 Ausführungs-Zeitkonstanten fest hinterlegt.
Der verbliebene Speicherplatz wird aktuell bewusst freigehalten, um rasch Sonderwünsche einzelner Modellbauer umsetzen zu können.
Mit einigen Tricks (z. B. Nutzen von Speicherplatz für Register und Stack) lassen sich noch weitere kleine Reserven herauskitzeln.
Der Zeitaufwand zur Programmerstellung betrug zwei Feierabende.

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jo-loom

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Mittwoch, 11. Mai 2011, 17:34

Kapitel 10: Spannungsversorgung

Das Universelle Beleuchtungsmodul erfordert eine Gleichstrom-Spannungsversorgung im Bereich von 3,7 bis 5 Volt. Mit kleinen Ergänzungen sind auch höhere Spannungen wie z. B. 6 V (Blei-Gel-Akkus) oder 7,2 V (Lithium-Polymer-Akkus) nutzbar.
Im Folgenden finden sich typische, für den Modellbauer in Frage kommende, Lösungen zur Spannungsversorgung:

10.1. Batterien:

Handelsübliche Batterien haben pro Zelle eine Spannung von 1,5 Volt. Somit ergeben 3 in Reihe geschaltete Batterien zusammen 4,5 Volt und können damit ideal zur Speisung des Universellen Beleuchtungsmoduls eingesetzt werden.
Die am häufigsten verwendeten Batteriegrößen werden wohl AA (Mignon) und AAA (Micro) sein.
Impliziert die Anwendung die Notwendigkeit zur Ansteuerung von LED-Reihenschaltungen, beispielweise wenn über einzelne Ausgänge Gruppen von bis zu 4 LEDs geschaltet werden, so ist eine höhere Versorgungsspannung der Gesamtschaltung erforderlich. In diesem Fall können beispielsweise 4 in Reihe geschaltete Batterien mit zusammen 6 Volt zum Einsatz kommen.

10.2. NiMH (Nickel-Metallhydrid) Akkus:

Gegenüber Batterien weisen Nickel-Metallhydrid-Akkus (ebenso wie die älteren Nickel-Cadmium Akkus) nur 1,2 Volt pro Zelle auf. Schaltet man 4 dieser Zellen in Reihe, so kommt man auf perfekt passende 4,8 Volt zur Speisung des Universellen Beleuchtungsmoduls.
Vergleichbar zur Erläuterung unter 10.1. ergibt die Reihenschaltung von 5 NiMH-Zellen in Summe 6 Volt und ist somit für bestimmte Sonderanwendungen geeignet.
NiMH Akkus sind in Gehäusen der Standard-Batteriegrößen erhältlich. Der Vorteil gegenüber Batterien liegt auf der Hand: Die Wiederaufladbarkeit zur Kosteneinsparung im Langzeitbetrieb.

10.3. Lithium-Ionen / Lithium-Polymer Akkus:

In jüngerer Zeit setzen sich immer mehr Lithium-Polymer-Akkus durch. Gegenüber älteren Batterietechnologien verfügen sie über ein gravierend besseres Leistungsgewicht. Ein wesentlicher Unterschied gegenüber Batterien und klassischen Akkus liegt in der Zellenspannung von 3,7 Volt.
LiPo-Akkus sind speziell bei sehr kleinen Modellen eine attraktive Alternative. Sie können als eine einzelne Zelle mit 3,7 Volt direkt zur Speisung des Beleuchtungsmoduls eingesetzt werden. Bei Nutzung sogenannter LiPo 2S Akkus mit 2 in Reihe geschalteten Zellen und einer Spannung von 7,2 Volt können auch umfangreichere Beleuchtungsanlagen versorgt werden. In diesem Fall ist dem Beleuchtungsmodul eine kleine Zenerdiode vorzuschalten.
WARNUNG: Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Akkus können bei grober Fehlbedienung in Flammen aufgehen oder sogar explodieren.

10.4. Steckernetzteile:
Für viele Modellbauanwendungen ist vermutlich die Energieversorgung der Beleuchtungsanlagen über ein Steckernetzteil die attraktivste Variante. Insbesondere bei mehreren Modellen an einem Ausstellungsplatz (Vitrinen-Sammlung) ergibt diese Lösung eine hohe Effizienz.
Prinzipiell ist für die Versorgung jedes beliebige Netzteil oder Steckernetzteil zu verwenden, solange es eine saubere Gleichspannung von nicht mehr als 5 Volt liefert.
ACHTUNG: Sehr viele Billig-Steckernetzteile (meist mit Spannungswahlschalter) liefern bei geringer Strombelastung eine weitaus höhere Spannung, als namentlich angegeben. Es ist darauf zu achten, dass nur sogenannte "stabilisierte" Netzteile zum Einsatz kommen.

10.5. Induktive Energieeinkopplung:
Eine sehr interessante Möglichkeit zur Energieversorgung beleuchteter Modelle besteht in der indukktiven magnetischen Einkopplung. Dieses sehr komplex klingende Lösung wird im Alltag in diversen Ladeschalen für elektrische Zahnbürsten, Mobiltelefone oder Elektrorasierer verwendet.
Bei dem Verfahren sitzen die zwei Hälften eines Transformators, also der Primär- und der Sekundärkreis, an zwei räumlich nahe zueinander liegenden Stellen, allerdings in unterschiedlichen Gehäusen. Die Energieübertragung erfolgt durch ein elektromagnetisches Wechselfeld. Dementsprechend gibt es keinerlei Steckkontakte oder Leitungsverbindungen mehr am Modell.
Da dieses Verfahren in der Umsetzung nicht gerade trivial ist und es den Rahmen dieses Mini-Handbuchs sprengt, wird an dieser Stelle nicht näher drauf eingegangen.

10.6. Batterieboxen:

Im Handel, speziell im Online-Handel, gibt es sehr günstig Kunststoff-Batterieboxen, die gleichermaßen für Batterien, oder für NiMH-Akkus verwendet werden können.
Zumeist verfügen diese Boxen entweder über bereits angelötete Anschlussleitungen, oder über Steckkontakte wie bei 9 Volt Batterieblöcken. In letzterem Fall kann Die Batteriebox über einen passenden Gegenstecker trennbar angesteckt werden.
Weiterhin gibt es für etwa 2,50 Euro kleine Batterieböxchen für 3 Mignon-Zellen, die bereits einen integrierten Schalter enthalten und zudem ansprechend mit geschlossenem Gehäusedeckel versehen sind.

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Mittwoch, 11. Mai 2011, 17:35

Kapitel 11: Leuchtdioden

Die Beleuchtung von Modellen basiert fast ausnahmslos auf dem Einsatz von Leuchtdioden (LED = Light emitting diode). Gegenüber konventionellen Glühbirnen haben diese den großen Vorteil einer nahezu endlosen Lebensdauer und zudem einen deutlich geringeren Energieverbrauch.
Im Folgenden findet sich eine Zusammenstellung an Basiswissen zu Leuchtidioden:

11.1. LED Farben:
LEDs sind heutzutage in zahllosen Farben verfügbar. Die gängigsten dabei sind rot, gelb, grün, orange, blau und weiß in verschiedenen Warmtönen.
Darüber hinaus gibt es mehrfarbige LEDs, bei denen mehrere Chips unterschiedlicher Farbe in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Schlussendlich existieren sogenannte RGB-LEDs, bei denen die Grundfarben Rot, Grün und Blau in einem Gehäuse integriert sind. Diese RGB-LEDs werden in Matrizen verwendet um einen einzelnen Bildpunkt eines gesamthaften Bildes darzustellen.

11.2. LED Bauformen:
Die Urväter der LEDs beschränkten sich auf zylindrische Gehäuse mit wahlweise 3 oder 5 mm Durchmesser und einem halbkugelförmigen Kopf.
Mittlerweile existiert eine schier unbegrenzte Flut an Gehöusevarianten unterschiedlichster Größe. Hierbei können auch mehrere LEDs in einem Gehäuse vereint oder im Sinne von LED-Zeilen miteinander verbunden sein.
Die wesentliche Unterscheidung findet zwischen bedrahteten LEDs, also Bauteile mit Draht-Beinchen und SMD-LEDs (SMD = Surface mounted device) statt. SMD LEDs sind in keiner Weise leuchtschwächer, obwohl sie deutlich kleiner ausfallen. SMD LEDs wiederum gibt es in einer Reihe unterschiedlicher SMD-Gehäusevarianten. Die kleinsten Vertreter sind mit bloßem Auge kaum noch zu erkennen.
Für Einsteiger in die Beleuchtung von Modellen empfiehlt sich in jedem Fall die Verwendung bedrahteter Bauteile. SMD-LEDs zeigen gravierende Vorteile im Bereich Mikromodellbau, bei Fahrzeugen also beispielweise im Bereich von 1/87-Modellen.

10.3. LED Leuchtstärke:
In den letzten Jahrzehnten haben sich LEDs von ehemaliger Funzelbeleuchtung hin zu gleißenden Lichtspendern entwickelt. So existieren mittlerweile LED-Laser-Dioden, die auf 10 Kilometer Entfernung präzise Messungen erlauben.
Die Leuchtstärke als charakteristischer Parameter wird üblicherweise in Milli-Candelar (mcad) angegeben. Je höher der Wert für die Leuchtstärke, umso greller das Licht. Speziell bei Einsatz in Tageslicht im Freien kann eine hohe Leuchtstärke hilfreich sein.
Die LED Leuchtstärke ist immer im Zusammenhang mit dem Abstrahlwinkel zu sehen. Eine sehr hohe Leuchtsärkse wird oftmals über einen extrem schmalen Abstrahlwinkel erkauft. Bei Betrachtung des Modells von der Seite sieht man dabei nur ein leichtes Schimmern.
ACHTUNG: LEDs mit sehr hoher Leuchtstärke oberhalb 3000 mcand können bei direktem Blick in die Linse zu Sehschäden führen.

10.4. LED Abstrahlwinkel:
Der LED Abstrahlwinkel gibt eine Aussage darüber, wie fokussiert oder wie diffus eine LED leuchtet. Für die meisten Anwendungen wird man sich einen möglichst großen Abstrahlwinkel wünschen. Hierzu existieren inzwischen sogar "Rundum-LEDs". Bei Modell-Fahrzeugscheinwerfern kann jedoch ein schmälerer Abstrahlwinkel durchaus attraktive Effekte bewirken.
Bei bedrahteten LEDs gilt in der Regel, dass das Licht am Kopfende des Gehöuses austritt, also exakt entgegengesetzt zur Richtung der Anschlussdrähte.
Bei SMD-LEDs liegen die beiden Kontakte seitlich vom Gehause, in dem der LED-Chip horizontal vergossen ist. Das Licht tritt rechtwinklig an der Oberseite und zumeist ebenso rechtwinklig an der Unterseite aus.

10.5. LED Betrieb:
LEDs verhalten sich entsprechend Namensgebung wie einfache Halbleiterdioden. Sie leuchten, wenn sie in Vorwärtsrichtung mit ausreichend Strom durchflossen werden.
Die zwei Anschlüsse einer LED heißen Anode und Kathode. Die Anode kann man umgangssprachlich als den Plus-Anschluss und die Kathode als den Minus-Anschluss verstehen.
Im Schaltsymbol kennzeichnet die Basis des Dreiecks die Anode und der Querstrich auf der Spitze des Dreiecks die Kathode.
Moderne LEDs leuchten ausreichend hell bei 5 mA Strom. 10 mA ist meist bereits die Obergrenze, oberhalb derer man kaum noch eine Helligkeitssteigerung wahrnimmt. Lediglich in sehr lichtintensiven Anwendungen kommen höhere Ströme zum Einsatz.
Aus früheren Zeiten kennt man häufig noch die Angabe von 20 bis 30 mA zum Betrieb einer LED. Diese Werte sind heutzutage deutlich überholt. Vielmehr gibt es verschiedenste Stromspar-LEDs (Low current LEDs), die beispielsweise mit nur 1,5 mA auskommen.

Jede LED hat eine sogenannte Vorwärtsspannung (grob vergleichbar zur Spannungsangabe einer Glühlampe). Diese Spannung fällt an der LED ab. Somit müssen Steuereinheit und Stromversorgung mindestens diese Spannung zur Verfügung stellen.
Der Strom für die LED muss durch den Anwender in Form einer entsprechenden Schaltungslösung auf den zulässigen Wert begrenzt werden. Üblicherweise geschieht dieses über einfache Vorwiderstände. In seltenen Fällen kommen Konstantstromquellen zum Einsatz. Ohne eine solche Strombegrenzung, insbesondere ohne Vorwiderstand, wird die LED augenblicklich zerstört!

10.6. LED Montage:
LEDs können in unterschiedlicher Weise im Modell montiert werden. Die zwei häufigsten Varianten sind formschlüssiger Einbau mit Presspassung (also ein rundes Bohrloch) oder das Einkleben über Sekundenkleber.
ACHTUNG: Sekundenkleber (ebenso wie andere scharfe Chemikalien) können die Kunststoffoberfläche der LED-Gehäuse angreifen und zu einem Mattierungseffekt führen.
Bedrahtete LEDs können ebenso gut rein über ihre Anschlussbeine montiert werden, indem diese an geeigneter Stelle verlötet werden.
LEDs liefern sehr helles punktuelles Licht. Die Leuchtstärke reicht dabei aus um durch normale Polystyrol-Bauteile diffus hindurchzuleuchten. Dies ist stets beim Modellaufbau zu berücksichtigen. Üblicherweise genügt es völlig das Umfeld der verbauten LED mit schwarzem Lack zu maskieren. Insbesondere beim Einsatz von SMD-LEDs empfiehlt es sich die Montagestelle vor Aufkleben der LED lokal schwarz abzudecken.
Beim Lackieren eines Modells ist es wesentlich effizienter die LEDs einfach mit überzulackieren. Nach Trocknung des Lacks kann dieser im Bereich der LED-Linse rasch mit einem Skalpell abgekratzt werden. Der für das LED-Gehäuse verwendete Kunststoff ist so hart und glatt, dass der Lack keine besonders gute Haftung hat und ein Abschaben leicht möglich ist.

10.7. LED Anschluss:
Das Verlöten von LED-Anschlüssen geschieht fast ausnahmslos im Weichlötverfahren mit handelsüblichem Elektroniklot. In diesem zylindrischen, auf Rollen gewickelten Blei-Zinn-Gemisch ist konzentrisch Flußmittel (Kolofonium) eingebracht. Dachrinnen-Lötverfahren mit Flamme oder separatem Flußmittel haben beim Verdrahten von LEDs nichts verloren.
LEDs sind Halbleiter und demgemäß hitzeempfindlich. Das Löten eines Anschlusses sollte nicht länger als 3 Sekunden dauern und ein Maximum von 5 Sekunden definitiv nicht überschreiten. Ein geübter Elektroniker erstellt eine saubere Lötstelle in deutlich unter einer Sekunde.

10.8. LED Gehäusebearbeitung:
Bei manchen Spezialanwendungen im Modellbau kann es wünschenswert sein die geometrische Form einer LED zu verändern. Dies kann beispielsweise Sinn machen, um aus der LED eine Positionslaterne für Schiffsmodelle zu fertigen oder die LED in ein vorgegebenes Gehäuseumfeld zu intergrieren.
Es ist absolut möglich das Gehäuse einer LED beliebig nach eigenen Wünschen zu bearbeiten. Hierbei kommen bevorzugt spanende Verfahren (Drehen, Fräsen) oder einfaches Schleifen zur Anwendung.
Die Grenze der LED Gehäusebearbeitung ist durch die gut sichtbaren Innereien gegeben, also durch die zwei Anschlussbeine und den auf ihnen montierten LED-Chip.

Ein Dampfgenerator mit Füllstandüberwachung
:ok:

Selbst gebaute Miniaturschiffschrauben
:bang:

Woran ich sonst so bastele...

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jo-loom

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Mittwoch, 11. Mai 2011, 17:35

Kapitel 12: Widerstände

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