LED's richtig anschliesen

Hallo zusammen,
ich weiß nicht ob das von großem Interesse ist. Meine Erfahrung ist, daß sich viele, die mit Elektronik nicht viel am Hut haben, sehr ungern LED's einsetzen. Deshalb meine Idee, das einmal kompakter darzustellen. Hoffe es ist verständlich. Vollständig noch nicht wirklich, da gibt es noch Nachschlag.
Leider etwas Textlastig
Zu Beginn eine Bitte an die Admins.
Falls ein solcher Artikel in den Tiefen des Forums schon existiert, bitte den Beitrag löschen und sollte der Beitrag im falschen Bereich sein, bitte verschieben. So richtig den Überblick habe ich da  (noch) nicht.

Im Folgenden konzentriere ich mich (vorerst) auf eine LED plus Vorwiderstand. Die Reihenschaltung von LED’s kommt (wenn gewünscht) später.

Vorwiderstand bei LED’s berechnen.
Leuchtdioden sind aus dem Modellbau nicht mehr wegzudenken. Sei es für Beleuchtung von Häusern, Lampen bei allen möglichen Fahrzeugen oder auf der Modelleisenbahn. Oft stellt sich dann die Frage, wie schließe ich die eigentlich richtig an, oder wie groß muß der Vorwiderstand werden.



Wie sagte das Lehrer Bömmel (Feuerzangenbowle) so nett: „Da stellen wir uns mal ganz dumm“.

Leuchtdioden, meist kurz LED’s genannt sind Halbleiterbauteile, wie „normale“ Dioden auch. Wird eine gewisse Spannung an die LED gelegt und ein Strom fließt fängt die LED an zu leuchten.
Leuchtdioden sind zweipolig. Die Anode (+ ) und die Kathode (- ).  Die Anode erkennt man an einem etwas längerem Anschlußdraht. Die Kathode an dem größeren inneren Teil der LED und an der abgeflachten Seite des Gehäuses. Die Anode wird mit dem Pluspol der Batterie, Akkus oder Netzteil verbunden. Die Kathode mit dem Minuspol bzw. der Masse.
Ganz so simpel ist der Anschluß aber dann doch nicht.
LED’s „vertragen“ nicht wirklich viel Strom, deshalb muß dieser begrenzt werden. Das erreicht man mit einem Vorwiderstand. Ob dieser Widerstand nun „vor“ oder „nach“ der LED eingebaut wird, ist egal.

Wieviel Strom „vertragen“ nun LED’s? Die maximal zulässige Stromstärke die durch eine LED fließen darf beträgt 20 mA. Dies gilt im Grunde für alle Farben. Allerdings gibt es (natürlich) auch LED’s die mehr Strom aushalten (z.B. Blaue und UV). Man sollte aber auch nicht unbedingt die maximale Stromstärke ausnutzen. Meist sind die LED’s schon bei weit weniger Strom hell genug.
Hier muß dann auch etwas experimentiert werden. Wie hell brauche ich eigentlich die LED? Immerhin laufen die meisten Modelle oder auch Dioramen mit Akkus. Wenn nun eine größere Anzahl an LED’s verwendet werden, kann eine z.B. Halbierung der maximal möglichen Stromstärke die Akkulaufzeit durchaus verlängern.
Wie schon erwähnt, dient der Vorwiderstand als „Bremse“ für die Stromstärke die durch die LED fließt. Aber wie berechne ich den? Hier kommt das „Ohmsche Gesetz“ zu Einsatz. Das vergessen wir auch gleich wieder und merken uns den Namen eines Schweizer Kantons mit drei Buchstaben (typische Frage bei Kreuzworträtsel   ).
Die Antwort ist „URI“.
U steht für die Spannung, R für den Widerstand und I für die Stromstärke .
Wenn man das nun wie folgt schreibt,...

  U
-------
R x I

... haben wir eine kleine mathematische Formel, mit der man nun „kreuz und quer“ die notwendigen Werte berechnen kann.
Die Spannung ergibt sich aus der Multiplikation von Widerstandswert und der Stromstärke.
U = R x I
Den Widerstandswert ergibt sich aus der Division von Spannung und Stromstärke.
R = U / I
Die Stromstärke ergibt sich aus der Division Spannung und Widerstandswert.
I = U / R

Um nun den Widerstandswert des Vorwiderstandes berechnen zu können, brauchen wir zwei Werte. Die gewünschte Stromstärke und die Spannung, die am Widerstand „abfallen“ soll. Die Stromstärke legen wir nach unserem Wunsch fest (kleiner als maximal erlaubt, z.B. 10 mA). Für den Spannungswert brauchen wir noch einen Zwischenschritt.
Damit die LED anfängt zu leuchten, benötigt sie einen bestimmten Spannungswert (Schwellenspannung). Die findet man im Datenblatt der verwendeten LED.
Hier mal ein paar typische Daten für verschiedene LED’s ( sicherer ist es, im Datenblatt nachzuschauen).

Farbe	Schwellenspannung	max. Stromstärke
rot	1,6 V	20 mA
gelb	2,1 V	20 mA
grün	2,2 V	20 mA
blau	3,0 V	50 mA
weiß	3,5 V	20 mA

Diese Schwellenspannung zieht man nun von der anliegenden Batteriespannung ab. Der erhaltene Wert ist der Spannungswert, der am Vorwiderstand „abfallen“ muß.
Zum Beispiel: rote LED, 5 V Batteriespannung
5 V – 1,6 V = 3,4 V
Bei diesem Beispiel müssen am Vorwiderstand demnach 3,4 V abfallen.

Den Widerstandwert bekommen wir dann mit der Formel von weiter oben
R = U / I
R = 3,4 V / 10 mA
R = 3,4 V / 0,01 A
R = 340 Ohm

Als „endgültigen Wert, nimmt man üblicherweise den nächst höheren Normwert. Hier z.B. 360 Ohm. (Oder den höheren, den man in der Krabbelkiste findet )

(Anmerkung; Diese „URI“ Formel wird mit den Grundeinheiten gerechnet. Volt für die Spannung, Ampere für die Stromstärke und Ohm für den Widerstandswert.)

Noch Ein Hinweis, Vorsicht vor Verpolung der LED. Die vertragen nur etwa 6 -7 V in die „falsche“ Richtung (Sperrrichtung) und können dann schon kaputt sein.

Soweit mal das Grundlegende. Mal schauen was ich im nächsten Teil behandle – wenn Interesse besteht. Wenn jemand Fehler findet bitte melden, habe es zwar mehrmals durchgelesen, aber über die eigenen Fehler liest man immer drüber weg

Hallo Heimo,

ein solcher gut erklärter Beitrag ist für mich als Elektro-Dummie genau das Richtige. Herzlichen Dank dafür! Und bitte führe ihn fort.

Schöne Grüße
Andreas

Klasse, das ist bei mir auch ein Stiefkind


danke für die Infos

Danke ! !

HÄÄÄÄÄHHHHHHHHHHHHHHHH, kannst du das mal für normale Leute übersetzen ???????????
Ist doch ganz einfach, 2 Kabel dran, Strom drauf....leuchtet.
Bei mir klappt das immer !!!!!

Gruß
Alex

glück gehabt
mfg Günther

Danke Heimo,

für mich ist der Bericht nützlich.
Und wen das nicht interessiert,
braucht es ja nicht zu lesen.

Der Bericht ist sehr nützlich und verständlich
Mit LEDs Habe ich als gelernter Starkstrom Elektriker auch Probleme
Wenn's geht nehme ich LEDs mit eingebautem Vorwiderstand
Dankeschön für die ausführlichen Erläuterungen
Mfg Günther

....."Und wen das nicht interessiert,
braucht es ja nicht zu lesen."
                                                                                                                       
Hallo Rainer.                                                                                                                              
Klar muss ich das lesen und es steht mir wohl zu, es auch zu schreiben, wenn ich damit nicht klarkomme.
Ich bin kein Elektriker und bislang hat das mit den LED´s immer so geklappt, wie ich es gemacht habe.

Das war übrigens keine Kritik am Geschriebenen, ich versteh es eben nicht, und wie ich lese, bin ich nicht der einzige !!  

Belassen wir es dabei, aus sowas haben sich hier schon die schlimmsten Zerwürfnisse ergeben und heftigste Streitereien.

Gruß
Alex

Hallo Alex,
ich hatte es auch nicht als Kritik aufgefasst. Konnte es nur nicht so richtig einordnen, ob Du mein Geschriebenes nicht verstanden hast, oder ob es Deine Art von Humor ist. Es zeigt mir aber, daß ich vielleicht doch zu unverständlich war.

Mal eine Frage, ab wann sagst Du "ok, das war's, ich verstehe nur Bahnhof"? Ab der "URI" Geschichte, bei der Berechnung? Vielleicht geht es anderen genauso wie Dir , nur sie melden sich nicht. Hier auch mal Danke, daß Du Dich in der Hinsicht geäußert hast. Und wenn ich weiß, wo es unverständlich wird/ist, kann ich es ja nochmal mit anderen Worten erklären.

Danke für den Beitrag

Hallo Heimo.

Es ging nicht darum, das du es nach deinem Wissen beschreibst, sondern das nichtverstehen meinerseits.  
Hier fasst wieder der Begriff "Fachidiot" (... bitte nicht falsch verstehen, das ist ein allgemeiner Ausdruck !)

Eben jemand, der sein Fach und die Fachwörter und -beschreibungen genau kennt und sie völlig normal auch bei allgemeinen Unterhaltungen benutzt und dabei nicht bedenkt, dass es andere nicht verstehen.

Das passiert mir auch oft.
Ich war Bäcker und oft wurde ich irritiert angesehen, bis ich begriff, das mein Gegenüber gerade nicht mitkam, weil ich Fachdeutsch sprach.

Sollte ich mal ne Auskunft zum Thema brauchen, wende ich mich gerne an dich, wenn ich dir und anderen zu meinen Fachbereichen hier helfen kann, mache ich das selbstverständlich auch sehr gerne.
Das macht eben diese Homepage aus, "einer für alle, alle für einen".

Gruß
Alex

Hallo Alex,
danke für Deine Rückmeldung. Immerhin verstehe ich jetzt (glaube ich zumindest) wo das eigentliche Problem liegt. Das mit den Fachausdrücken ist wirklich schwierig. Du hast da vollkommen recht, man denkt sich nichts dabei. Nur, "wie sag ich es meinem Kind"? Werde den Denkanstoß auf jeden Fall bei weiteren (anderen) Themen (versuchen    ) zu berücksichtigen (Wenn ich denn Ideen dafür habe).
Hier werde ich aber bei dem aktuell angefangenen Niveau bleiben (sonst komme ich durcheinander   )

Du kannst mir gerne eine PN schreiben wenn Du Hilfe zu dem Thema brauchst oder direkte Fragen zu einem Teil der Beschreibung hast.
Wünsche Dir noch einen schönen Restsonntag.

Hallo Heimo.
Genauso habe ich mir das gedacht....

Ich habe mir mal die Homepage deines Wohnorts "Am Ende der Welt" angesehen, du wohnst da in einem sehr schönen Fleckchen Erde im Schwarzwald.
OK, an der Infrastruktur könnte man arbeiten, aber sonst ists doch OK bei euch.
Ich habe in Todtnau im Feldberggebiet meinen Beruf gelernt.

Bei uns in Mannheim brauchst du nur die Nase in den Wind zu stecken und am Geruch weißt du, woher er weht.
Dafür ist der nächste Supermarkt gleich um die Ecke....

Gruß
Alex

Hallo Alex,
Du sagst es es ist ein schönes Fleckchen Erde. Und wenn man aus einem Großraum (Stuttgart) hier her zieht um so mehr.
Klar Infrastruktur ist auf einem anderen Niveau . Es gibt eine Buslinie, aber nur alle Stunde, Sonntags nur alle 2 Stunden. Ohne Auto ist man verloren. Internet, na ja, mit Glück, unheimliche 4MBbs (in Worten: vier). Es lebt sich "entschleunigt".
Das Dorf ist auch ziemlich verstreut, waren ganz früher mal zwei Dörfer. Ich wohne in einem Weiler am Ende de Tales. Hier mal ein Bild von dem Ortsteil



Gut, der nächste Supermarkt ist nicht "ums Eck" aber etwa 20 Min. Fahrzeit. Wenn ich das mit Stuttgart vergleiche, zum wöchentlichen Großeinkauf fahren die länger
Übrigens, Todtnau und das Feldberggebiet ist auch erste Sahne. Bist Du aus der Ecke, daß Du dort gelernt hast?

So, das war jetzt mal etwas "Off Topic".

Echt ,ne wunderschöne Gegend, das reinste Urlaubsparadies.

Nein, ich stamme aus Ludwigshafen a. RH. der Stadt gegenüber von Mannheim.
Das ich da oben lernte, war nur zufällig, mein Dad arbeitete damals für einige Jahre auf dem Feldberg.

Direkt nach der Lehre zog ich wieder nach Mannheim und lebe seitdem hier.
Ich kam mir in Todtnau als Rheinländer etwas verloren vor, vor allem wegen dem, für mich schwer verständlichen, Dialekt dort, und mein Lehrmeister war auch kein liebenswürdiger Mann .

Meine ganze Verwandtschaft lebt hier im Bereich Mannheim- Worms.

Gruß
Alex

Nach dem kurzen Ausflug in den Schwarzwald nun der zweite Teil zum Thema „Vorwiderstand bei LED’s“

Berechnung der notwendigen Verlustleistung des Vorwiderstands
Mit der Berechnung der Widerstandsgröße, ist eigentlich das meiste erledigt. Man hat den Widerstandswert und einen (vielleicht) etwas größeren in der Krabbelkiste gefunden. Nun stellt sich aber die Frage, kann ich den jetzt einfach einlöten und alles ist gut?
Die Antwort ist, wie üblich, ja und nein. Was wir noch nicht wissen , ist die maximal möglich Leistungsaufnahme  die dieser gefundene Widerstand hat bzw. wie groß diese Leistungsaufnahme sein muß.
Wenn ein Strom durch einen Widerstand fließt, wird Energie verbraucht, der Widerstand wird warm. Denkt nur einmal an einen elektrischen Heizofen. Das ist das gleiche Prinzip, nur in einem etwas größeren Maßstab.
Nun darf aber der Widerstand nicht zu heiß werden, da er sonst kaputt geht.  Oder im Modellbau den verwendeten Kunststoff verformen kann.

Diese Leistungsaufnahme nennt man auch Verlustleistung (P). Das ist der Wert, den unser Widerstand aushalten muß. Er berechnet sich aus der Spannung die an diesem Widerstand abfällt und der durch ihn fließenden Stromstärke. Das Ergebnis ist die Verlustleistung in Watt.

Verlustleistung = Spannung am Widerstand multipliziert mit der tatsächlicher Stromstärke
P = U x I

Bleiben wir bei unserem Beispiel:
Wir hatten berechnet, dass wir einen Vorwiderstand von 340 Ohm brauchen. An diesem gibt es einen Spannungsabfall von 3,4 V bei 10 mA.

Die Verlustleistung wäre demnach
P = 3,4 V x 10 mA
P = 3,4 V x 0,01 A
P = 0,034 W

Unser Vorwiderstand muß in diesem Fall „nur“ 0,034Watt aushalten.  Aber, ich hatte ja geschrieben, dass die tatsächliche Stromstärke zur Berechnung herangezogen werden muß. Da wir aber einen Widerstand mit 360 Ohm „gefunden“ haben, stimmt dieser angenommene Wert der Stromstärke nicht mehr. Was tun?
Kein Problem, man kann die notwendige Verlustleistung auch mit Hilfe des Widerstandswertes und der Spannung berechnen.

Die Formel dazu lautet dann:
P = U² / R

Dann ergibt sich
P = 3,4² V / 360 Ohm
P = 11,56 / 360
P = 0,032 W

Man sieht, der Unterschied kann man eigentlich vernachlässigen. Und da wir ja (grundsätzlich) den nächst höheren Standard Widerstandswert nehmen ist die nötige Verlustleistung des Widerstandes immer kleiner als die mit Spannung und angenommenem Strom berechnete. Im Grunde muß man sich die zweite Formel nicht antun.

Wie oder woran erkenne ich nun die maximal mögliche Verlustleistung meines gefundenen Widerstands?
Das ist leider nicht so einfach. Dieser Wert ist in den seltensten Fällen auf dem Widerstand ablesbar.  Meistens nur bei den sehr „dicken“ Widerständen. Im Grunde hilft da nur ein Blick in ein Datenblatt.
Mit der Zeit kann man bei den Widerständen mit Anschlußdraht diesen Wert an der Größe erkennen. Diese Widerstände gibt es üblicherweise zwischen 0,1 W und 5 W.
Bei einer einfachen LED Beschaltung mit einem Vorwiderstand reicht in den meisten Fällen ein ¼ Watt Widerstand aus.
Muß eine LED an eine höhere Spannung (z.B. 24V oder 48V) angeschlossen werden, empfiehlt sich auf jeden Fall eine Berechnung der notwendigen Verlustleistung.
Es ist auch kaum möglich typische Abmessungen anzugeben, da es auch viel unterschiedliche Bauformen und Materialien gibt. Man kann auf den Webseiten der Anbieter von elektronischen Bauteilen meistens nachschauen welche Abmessungen einzelne Widerstandstypen haben. Die andere Variante wäre die „Fingerprobe“. Anschließen, und wenn der Widerstand warm wird lieber einen dickeren nehmen.
Für SMD Widerstände (das sind die gaaaanz kleinen Flachen) gibt es zum Glück Tabellen mit Größenbezeichnung, Abmessung und typ. Verlustleistung.

Code:

https://de.wikipedia.org/wiki/Widerstand_(Bauelement)

Dann nach unten scrollen.

Soweit das Thema Vorwiderstand. Nun gibt es auch die Möglichkeit LED’s unterschiedlich anzuschließen. Dazu mehr in der nächsten Fortsetzung.

Hallo Leute,

da ich bei meinen LEDs manchmal maximale Lichtausbeute wünsche, bestimme ich den Widerstandswert experimentell.
Dazu verwende ich ein Gleichstromnetzteil, ein Digitalmultimeter und ein Trimmpoti.
Als Netzteil gerne ein 5V Ladegerät, das mit 1A Stromleistung eine ausreichende Anzahl LEDs versorgen kann.
Das Trimmpoti ist ein mittels einer kleinen Schraube regelbarer Widerstand. Der von mir verwendete geht bis 1000 Ohm.

Die Messung geht dann folgendermaßen vonstatten:
den Widerstand des Trimmpotis an der LED so einstellen bis am Digitalmultimeter 20mA Strom abgelesen werden.
Anschließend mit dem Digitalmultimeter den Widerstandswert am Trimmpoti messen.

Für ein Stellwerk wollte ich ganz wenig Licht im Schaltraum haben und habe mit dem Trimmpoti 2mA für die LED eingestellt.
An einem Güterschuppen habe ich dessen Laderampe so mit 5mA je LED beleuchtet.

Hallo Uwe,
Dieses Vorgehen finde ich auch ganz gut. Es ist vor allem die Variante für die Praktiker.

Ich "benutze" sie auch ab und zu, in einer leicht abgewandelten Variante. Zusätzlich zum Potentiometer kommt doch noch ein Widerstand rein. Damit begrenze ich die maximale Stromstärke bzw. die maximale Helligkeit der LED. Ich kann dann auch nach Fertigstellung eines Dioramas die Helligkeit einer LED noch beeinflussen. Ohne daß ich ein Meßgerät zur Kontrolle brauche.

Zwischendurch die Frage eines LED-Amateurs an die Experten hier:

kann ich eine LED-Lichterkette einfach kürzen?
D.h. funktioniert die Kette noch, wenn ich am Ende eine LED abschneide?

Hallo Rainer,

die LED Streifen (Metreware) sind dafür vorgesehen, daß man sie auf das gewünschte Maß ablängt.
Auf den Streifen befinden sich Markierungen an denen geschnitten werden kann.
So habe ich das schon einige Male gemacht und die LED Streifen haben danach tadellos funktioniert.
Bei einer LED Kette sollte dies ebenso funktionieren.

Danke für die schnelle Antwort, Uwe.

LED-Streifen habe ich schon verarbeitet und geschnitten.
Bevor ich das mit der Kette mache,
wollte ich sicherheitshalber mal die Fachleute fragen.

Hallo Rainer,
danke für die Beförderung zum Experten, nur weil ich eine LED anschließen kann .
Uwe hat es ja schon auf den Punkt (Kurzversion) gebracht.

Zu Deiner Frage, da muß ich wieder mal Radio Erewan zitieren: "Im Prinzip ja, aber....".
Vorab, ich habe diese LED-Bänder bzw. Ketten noch nie benutzt.
Es gibt LED-Bänder die kann man teilen und andere, die kann/sollte man nicht teilen. Das steht im Normalfall in der Beschreibung. Wenn teilbar, dann ist das auch beschrieben wie. Manche haben dann auch eingezeichnete Trennlinien mit Scherensymbol.
Wenn man solche Bänder auftrennt, muß man wissen wo. Die sind normalerweise in LED-Gruppen aufgebaut. Einige LED's sind in Reihe geschaltet und viele dieser Gruppen dann parallel. Da gehe ich davon aus, daß das bei Ketten auch so ist). Ist bei  einer Reihenschaltung von LED's eine LED kaputt, leuchten alle nicht mehr. Man muß deshalb an der Stelle auftrennen, wo eine LED-Gruppe beginnt. Es ist anzunehmen. wenn Du nur eine LED abtrennen willst,   daß dann mehrere am Ende der Kette nicht mehr leuchten. Du trennst dann ja eine solche Reihenschaltung auf. Und Du müßtest dann an dem neuen Ende die richtigen Leitungen wieder Zusammenlöten.

Soweit ich weiß, sind auch die LED-Bänder die man nicht trennen sollte im Prinzip teilbar, aber dann muß man auch hier am Ende der Kette Drähte freilegen und entsprechend verlöten. Und auch dann muß man an der Stelle trennen, wo eine LED-Seriengruppe anfängt. Dürfte eine ziemliche Frickelei sein und man muß genau wissen was man macht.
Für Ungeübte empfehle ich Bänder die "offiziell" teilbar sind. Eventuell ist dann auch der Garantieanspruch anders geregelt (?). Im Normalfall ist natürlich die Garantie weg, wenn an de Bändern geschnippelt wird.  
Noch ein Hinweis, ich gehe davon aus, daß bei einem Auftrennen der Bänder/Ketten  das neue Ende nicht mehr wasserdicht ist. Da muß man dann auch vorsorgen (z.B. bei Einsatz im Modellboot das ins Wasser darf).

Hoffe Dir etwas geholfen zu haben

Hallo Rainer und Heimo,

die LED-Ketten mit 10 LEDs, die ich im Hause habe, stammen aus dem sogenannten EURO-Shop und haben tatsächlich 1 € gekostet. Das finanzielle Risiko hält sich dabei in Grenzen verglichen mit anderen Objekten des Modellbaus.

zeppelin schrieb:Zwischendurch die Frage eines LED-Amateurs an die Experten hier:

kann ich eine LED-Lichterkette einfach kürzen?
D.h. funktioniert die Kette noch, wenn ich am Ende eine LED abschneide?

Ich würde sagen Nein!

Da in der Regel dort Widerstände eingebaut sind die genau auf die,
addierte Voltzahl der LED´s abgestimmt sind.
Es kann also gut passieren das nach dem abschneiden nichts mehr funktioniert.