Das Wettringer Modellbauforum

Hiho,

da ich in letzter Zeit hier viel über die Beleuchtung von Modellen gelesen
habe und hier auch sehr viel Unfung und Abenteuerliches gepostet wurde,
habe ich mich entschlossen ein genaue und einfache Beschreibung zu erstellen.

Im Prinzip ist es ganz einfach und man braucht kein Mathegenie zu sein, 5. Klasse sollte reichen

Doch zu erst möchte ich ein paar Begriffe erklären, da sie hier
schon häufig durcheinander geworfen wurden.

LED - Light Emitting Diode - zu Deutsch "Lumineszenz Diode" oder "Leuchtdiode"

SMD - Sufrace Mounted Device - zu Deutsch "auf der Oberfläche befestigtes Bauteil"


SMD's sind NICHT immer grundsätzlich LED's. SMD gibt nur an, wie das Bauteil
elektrisch auf der Platine aufgebracht wird. Die Bezeichnung gibt auch nicht unbedingt die Bauform wieder,
ledigtlich die Lötbefestigung.

Hier ist ein Bild von herkömmlichen bedrahteten Bauteilen, die durch die Platine gesteckt und gelötet werden.



Und hier zwei Bilder von SMD-Widerständen und SMD-LED'S. Wie man sieht sehr klein und eignen sich sehr gut für den Modellbau.





Was braucht man aber jetzt genau für Bauteile für den Modellbau?
Wir brauchen eine Spannungsquelle, z.B. Batterien oder
Stecker-Netzteile. Ich bevorzuge die Stecker-Netzteile, da sie mehr Leistung bieten
und sich nicht "entleeren" wie Battereien. Muss die Spannungsquelle im Modell untergebracht werden, so muss man auf Batterien
oder Akkus zurückgreifen.
Bei der Spannungsquelle sollte man drauf achten, dass sie eine entprechend große Spannung haben, bei den Batterien sollte es schon ein 9V-Block für ein paar Dioden sein.

Als nächstes braucht man LED's. Welche Bauform ist einem selbst überlassen. Bedrahtete lassen sich für Anfänger leichter löten, sind dafür auch größer. SMD'S sind halt kleiner und etwas kniffliger zu löten,
aber wenn man geschickt ist, sollte auch das kein Problem sein.

Dann braucht man noch ein paar Widerstände. Hier gibt es ebenfalls bedrahtet und SMD's.
Welche man nimmt ist ebenfalls egal, kommt auf den Platz an und wie geschickt man ist.

Als Leitungen nehme ich Kupferlackdraht. Der ist günstig, dünn und durch den Lack ist er isoliert,
sodass die Drähte sich auch ruhig berühren können, außer an den Lötstellen natürlich.

Und als letztes braucht man einen Lötkolben oder Station mit etwas Lötzinn.
Temperatur könnt ihr auf gut 350°C-380C° stellen, damit das Flussmittel nicht so schnell verdampft.


Jetzt kann es mit der Umsetzung losgehen. Dazu müsst ihr euch als erstes die LED's aussuchen mit der Farbe die ihr braucht.
Das kann man sehr gut hier:

LED Shop

Nachdem ihr euch eine Farbe ausgesucht habt, braucht ihr 2 wichtige Werte der LED. Einmal den Nennstrom und die Vorwärtspannung.

Die bekommt ihr, wenn ihr auf das Bild klickt. Bei der weißen LED z.B.

Nennstrom: 20mA
Vorwärtsspannung : 3,2 V

Mit diesen Werten muss nämlich der Vorwiderstand der LED berechnet werden. LED's sollte man nicht ohne Vorwiderstand betreiben.
Man sieht hier häufig wie LED's einfach an 12V geklemmt werden. Klar leuchten die auch, manchmal aber nur einmal oder lutschen die Batterie schneller leer als man schauen kann.
Daher sollte man immer einen Vorwiderstand benutzen.
Für das Beispiel nehme ich einen 9V Batterie-Block
Hier ist der prinzipielle Aufbau für den Anschluss einer Leuchtdiode mit Vorwiderstand:



Wir kennen jetzt noch nicht den Wert des Vorwiderstandes, aber den errechnen wir jetzt.
Dafür brauchen wir nämlich die Werte der Diode.
Das Ohmsche Gesetz lautet wie folgt:

U = R * I

Dabei entspricht:

U = Spannung
R = Widerstand
I = Strom

Um den Widerstand zu berechnen muss man die Formel nach R umstellen:

R = U / I

Jetzt haben wir ja schon mal unsere Formel, aber welche Wert kommen jetzt wo rein?

Das geht so:

Unsere Batterie hat 9V und die Diode braucht 3,2V (laut Datenblatt), also muss der Rest ja am Widerstand abfallen.

9V - 3,2V = 5,8V

Somit müssen an unserem Widerstand 5,8V sein. Jetzt brauchen wir nur noch den Strom.
Und das ist in unserem Beispiel auch ganz einfach. Da wir eine Reihenschaltung haben, kann sich der Strom nicht aufteilen
und es gibt nur einen, und den gibt uns unsere Diode mit 20mA vor. Oder anders geschrieben mit 0,02A.

Die Werte in unsere Formel eingesetzt ergibt:

5,8V / 0,02A = 290 Ohm

Jetzt kommt noch eine kleine Hürde und unsere erste Schaltung ist fertig.
In der Realität gibt es nicht jeden Widerstandswert zu kaufen. Es gibt bestimmte Werte,
die man im Handel bekommt. Eine der gängigen Reihen ist die E12. Dort gibt es aber keinen 290Ohm Widerstand,
sondern einen 270 oder 330 Ohm, jetzt kann man sich das aussuchen,
welchen man nehmen möchte. Faustregel ist immer : den, der am nächsten ran kommt.

Somit hätten wir schon eine Schaltung für uns fertig.

Jetzt muss das ganze nur noch gelötet werden. Wer nicht weiß, wo an der Diode Plus (Anode) und Minus (kathode) ist,
hier die Auflöung.
Bei einer bedrahteten LED ist an der abgeflachte Seite des Leuchtkörpers der Draht für die Kathode, also Minus.
Der Draht müsste auch kürzer sein. Bei SMD-LED's ist das nicht ganz so einfach. Wenn es auf der Unterseite eine Makierung gibt, dann ist das oft die Kathode (Minus).
Oder man probiert die gerade berechnete Schaltung aus, wenn die SMD-LED nicht leuchtet, dann ist sie verkehrt herum.

Viel Spass beim probieren.

Wenn weiteres Interesse besteht, kann ich ja noch einen 2 Teil machen,
in dem erklärt wird, wie man mehrere Dioden betreibt und den unterschied
zwischen Reihenschaltung/Parallelschaltung und deren Vorteile.

Gruß
Gregor

Hi,

schön, dass es jemandem weiterhilft.

Um die Bauteile zubestimmen ohne Datenblatt, gibt es kleine Hilfen.

Bei bedrahteten Widerständen gibt es den Farbkode, das sind die kleinen Ringe um den Widerstand.
Der Hubra hat das hier sehr gut gezeigt:
Hubras Widerstands-Farbcode

Bei SMD-Widerständen stehen zahlen drauf. Auf dem Foto oben z.B. 1101.
Das heißt 110 * 10^1, also 110 * 10 = 1100 = also 1100Ohm oder 1k1.

Oder ganz leicht, man hat ein Messgerät, das auch Widerstände messen kann. Das kann eigentlich so gut wie jedes, auch das billige für 5€ vom Markt.

Bei LED's steht nix drauf, da geht man nach Erfahrungswerten. Ein guter Wert ist 2-3V bei 20mA, da kann man nichts kaputt machen.

SMD's Löten kann man so gut wie mit jeder Spitze. Ich löte sogar mit einer relativ großen Kelchlötspitze, da diese ein bessere Wärme an der vordesten Spitze haben. Zu kleine Lötspitzen können die Wärme nicht gut nach vorne leiten, ist also eine Übungssache. Mit etwas Übung kann das also jeder.

Die Leuchtstärke kann man über ein Potentiometer, oder kurz Poti, einstellen. Das ist ein einstellbarer Widerstand. Um die Diode aus dem Beispiel zu "dimmen", würde ich ein Poti zwischen den Vorwiderstand und die Diode schalten. z.B. 1k Ohm. So kann ich mit dem Vorwiderstand die Diode nicht kaputt machen und mit dem Poti die Helligkeit regeln.
Das geht aber nur bis zu einem gewissen Grad, ab einem bestimmten Punkt wird die LED einfach aus gehen, da der Strom zu klein wird.

Gruß
Gregor

Hier kommt der 2.Teil mit einem praktischen Beispiel bei einem Auto.

Ich gehe jetzt mal von einem Modell aus, das vorne 4 Scheinwerfer hat, hinten 2 Bremslichter und für den Innenraum 1 LED für Tacho und Konsole.

Also nehme ich:

4x weiße LED's a 3,2V / 0,02A
2x rote LED's a 1,9V / 0,02A
1x blaue LED 3,2 / 0,02A


Wie sollte man die LED's jetzt sinnvoll verdrahten? Parallel oder Reihe?

Das hängt ein wenig davon ab, welche Spannungsquelle man zur Verfügung hat. Ich gehe jetzt mal von einem 9V-Batterieblock aus, den man im Handel überall bekommt.
Da ich jetzt 9V als maximale Spannung habe, kann ich nicht alle LED's in eine Reihe schalten, da die Spannungen addiert schon knapp 24V sind.
Also müssen sie sinnvoll aufgeteilt werden.
Ich würde jetzt so vorgehen, dass ich mehrere Reihenschaltungen parallel schalten würde.
Und zwar so:



So können die 2 in Reihe geschalteten LED's die Betriebsspannung nicht mehr übersteigen.

Die Besonderheit der Parallelschaltung ist, dass in jedem Zweig die 9V zur Verfügung stehen und der Strom sich auf die einzelnen Zweige aufteilt.


Und damit gehts an die Berechnung der einzelnen Zweige.
Ich fange mal mit dem Zweig für die weißen LED's an.
Eine LED braucht laut Datenblatt 3,2V, also brauchen 2 in Reihe geschaltete LED's 6,4V. Somit muss an unserem Vorwiderstand R1 eine Spannung von:

9V - 6,4V = 2,6V

abfallen. Die weiße Diode braucht 20mA. Da in einer Reihenschaltung der Strom sich nicht teilt, fließt der Strom auch durch unseren Vorwiderstand und durch die beiden Dioden D1 und D2.

R1 = 2,6V / 0,02A = 130Ohm

Also schnell in der Widerstandstabelle E12 nachgeschaut und dort auch den passenden 130 Ohm Widerstand gefunden
R2 ist gleich dem R1, da wir ja die gleiche Reihenschaltung haben.

Jetzt kommt das Bremslicht dran. Eine rote LED braucht 1,9V, also brauchen 2 Dioden 2,8V.

9V - 2,8V = 6,2V

Soviel muss an unserem Vorwiderstand R3 abfallen.

R3 = 6,2V / 0,02A = 310Ohm

In der E12 Reihe gibt es einen 330 Ohm Widerstand den ich nehmen würde, damit das Bremslicht nicht ganz so grell wirkt (größerer Widerstand = kleinerer Strom = LED etwas dunkler).

Zu Letzt noch die blaue LED.

9V - 3,2V = 5,8V

R4 = 5,8V / 0,02A = 290Ohm

Wieder bei der E12 Reihe nachgeschaut und für 300 Ohm entschieden.

Somit haben wir unsere Widerstandswerte:

R1 = R2 = 130 Ohm
R3 = 330 Ohm
R4 = 300 Ohm

Und jetzt kann man die Schaltung problemlos aufbauen.

Viel Spass beim ausprobieren.


Gruß
Gregor

Hi Maxi,

also wenn du den maximalen Leistungswert der Widerstände einhälts, sollte nichts so heiß werden, dass es dem Modell schadet.
Die Standardwiderstände sind meistens für max. 1/4Watt ausgelegt, alles darüber könnte heiß werden.

Die Leistung berechnet sich wie folgt: Pmax = I * U
Also, Leistung = Strom durch den Widerstand * Spannung am Widerstand


Gruß
Gregor

Die Abmessungen stammen tatsächlich wieder mal aus dem amerikanischen und bedeuten 1/100Zoll bzw. 0.254mm. Das Heißt, dass ein Bauteil mit der Bezeichnung 0603 ca. 1,6mm lang und 0,8mm breit ist.

Der Strom der einzelnen Dioden in einer Reihenschaltung wird NICHT addiert. Er wird einzig durch den Vorwiderstand bestimmt, die Innenwiderstände der LED's brauchen wir in unseren Rechnungen nicht. Die LED's werden nicht heiß, wenn man sie mit der richtigen Stromstärke und Spannung betreibt. Also sollte man die Nennwerte schon einhalten. Was aber berücksichtigt werden sollte ist, dass die gängigen Widerstande 1/4 Watt Widerstände sind. Sollte die Leistung an dem Widerstand größer sein, so wird er schon sehr warm bis heiß.
Die Leistung berechnet sich wie folgt:

P = Leistung
I = Strom durch das Bauteil
U = Spannung am Bauteil

P = U * I

Bei Widerständen sollte der Wert 0,25Watt nicht übersteigen. Falls doch, kann man aus einem Vorwiderstand zwei machen, indem man den Widerstandswert halbiert und in Reihe schaltet. So hat man die Leistung auf zwei Widerstande aufgeteilt. Ich hoffe ihr wisst, was ich meine.

Gruß
Gregor

Zitat von »88CV«

Noch ein kleiner Verbesserungsvorschlag:
2*1,9V= 3,8V (hier mit 2,8V für R2 gerechnet).
Für R3 ergibt das:
9V - 3,8V = 5,2V
R3 = 5,2V / 0,02A = 260Ohm statt 310Ohm.

Du hast natürlich recht. Hab das erst jetzt gesehen. Danke für den Hinweis