09.02.2016



   

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Hausbeleuchtung mit LED-Streifen

Lange Zeit waren weisse LED aufgrund ihrer Lichtfarbe wenig geeignet für die Beleuchtung von Modellbahnhäusern und Personenwagen. Zu grün- oder blaustichig war das abgegebene Licht. Reinweisse LED hingegen waren sehr teuer, so dass sich deren Einsatz nur in bestimmten Fällen - wie bei beschränkten Platzverhältnissen - anbot.

Dies hat sich in den letzten 10 Jahren entscheidend geändert. Weisse LED in allen gewünschten Farbtemperaturen (von kaltweiss bis warmweiss) sind für wenig Geld erhältlich. Die Vorteile der LED habe ich auf der Seite Licht mit LED beschrieben. Hier soll nun aufgezeigt werden, wie eine kostengünstige Hausbeleuchtung mit LED Lichtstreifen realisiert werden kann.

Um solche LED Streifen geht es in diesem Beitrag.
Geliefert werden diese in 5 m Länge auf Rollen. Die Streifen enthalten 60 weisse LED pro Meter und sind für eine Betriebsspannung von 12 VDC vorgesehen. Die flexiblen Streifen sind auf der Rückseite mit einem selbstklebenden Montageband versehen.
Die LED Streifen werden immer wieder in EBay angeboten und werden direkt von Singapur geliefert (Typ: EL-8Y60CW-35).

Jeweils drei LED sind in Serie mit einem 150 Ohm Widerstand zwischen den (+) und (-) Leitungen angeschlossen. Der Hersteller gibt eine Verlustleistung von 4.8 W pro Laufmeter an, was also einem LED Strom von 20 mA entspricht.
 

Die LED Streifen können alle 5 cm - was drei LED entspricht - mit der Schere getrennt werden. Hier sind auch entsprechende Lötaugen vorhanden. Der Abstand zwischen zwei LED beträgt also circa 16.7mm.

Und so sind die LED auf den Streifen verbunden: jeweils drei LED bilden zusammen mit einem Vorwiderstand von 150 Ω eine Einheit.

Beim Einsatz der Streifen stehen wir vor dem Problem, dass eine Spannung von 12 VDC im Modellbahnbereich unüblich ist. Hier sind 16 ... 18 VAC das Mass aller Dinge. Diese gilt es auf unsere LED Streifen anzupassen. Am einfachsten ist der Einsatz eines Brückengleichrichters und einer Zener-Diode (Z-Diode).

Und so sieht dann die Schaltung aus:
Die Wechselspannung wird über einen Brückengleichrichter in eine Gleichspannung umgewandelt. Die Z-Diode D1 begrenzt die Spannung auf 12 V, welche noch mit dem Elko C1 geglättet wird. R1 ist der Vorwiderstand für die Z-Diode. Mit dem Trimmer R2 lässt sich die Helligkeit der LED Streifen einstellen.

Die Werte für die oben gezeigte Schaltung hängen von den LED Streifen bzw. der Anzahl Dreiereinheiten ab, da mit jeder Dreiereinheit (3 LED und 1 Vorwiderstand) der Strom um 20 mA zunimmt.
Wird eine Dreiereinheit verwendet, können folgende Bauteile verwendet werden:

B1 Brückengleichrichter. Mind. 40V, 0.2 A  
C1 Elektrolytkondensator 16 V, ab 100 µF bis 1000 µF  
D1 Zenerdiode 12 V, ab 1 W  
R1 Widerstand 560 Ω, 0.5 W  
R2 Trimmer 0.25 W, 2 oder 5 kΩ  

Nachteil dieser Schaltung

Wenn man die Werte berechnet stellt man fest, dass die Verlustleistung schnell einmal relativ hoch wird, speziell beim Vorwiderstand R1 (welcher dann auch entsprechend heiss wird).
Aus den 18 VAC werden durch die Gleichrichtung etwa 24 VDC, wir benötigen für die LED Streifen aber bloss 12 VDC, folge dessen "verbraten" wird die Hälfte der Leistung in unerwünschte Wärme. In der oben gezeigten Schaltung beträgt die Verlustleistung in R1 immerhin über 250 mW.

Um diesen Nachteil zu eliminieren können wir bei der Verwendung einer geraden Anzahl "Dreiergruppen" diese in Serie schalten, und zwar zwei hintereinander. Damit teilt sich die Spannung von 24 VDC auf die zwei Gruppen auf und jede erhält die gewünschten 12 VDC.

Schliesst man jeweils 2 Dreiergruppen in Serie, benötigt man lediglich einen Brückengleichrichter. Der Vorwiderstand und die Zenerdiode können entfallen. Möchte man noch die Helligkeit einstellen, kann wie in der oberen Schaltung ein Trimmer von 2 oder 5 kΩ in Serie eingesetzt werden. Im Schema sind die beiden Dreiergruppen gut ersichtlich. Diese müssen für die Serieschaltung voreinander getrennt werden. Die beiden Elkos können direkt auf den LED Streifen angelötet werden (16 V) oder alternativ ein einziger Elko direkt am Gleichrichter (sollte dann eine 35 V Ausführung sein). Bei grösseren Kapazitätswerten sollte noch ein Ladewiderstand vorgeschaltet werden.

Einbau in Gebäude

Als erstes habe ich die LED Streifen in ein kleines Bahnhofsgebäude eingesetzt (Modell Kibri Paulinzella, Artikel 9491). Hier habe ich vier Dreiergruppen verwendet: drei für das Erdgeschoss jedes Gebäudeteils und eines für die oberen Stockwerke des Mittelteils. Jeweils zwei LED Gruppen sind zusammengefasst und mit den anderen beiden in Serie geschaltet.

 
Hier ist das teilweise zusammengebaute Gebäude zu sehen. Vier LED Dreiergruppen sollen hier eingesetzt werden.

Dazu wird ein Kunststoffstreifen zugeschnitten, an welchem die selbstklebenden LED Streifen montiert werden können. Zur besseren Positionierung werden alle Gruppen getrennt.
 

Drei der Streifen werden auf die untere Seite des Kunststoffträgers geklebt und strahlen nach unten in die drei Erdgeschossteile. Die vierte Dreiergruppe wird mittig auf der oberen Seite geklebt und strahlt nach oben in die oberen Stockwerke des mittleren Gebäudeteils.
 
Und so wird der Streifen eingesetzt.
Bei kleineren Gebäuden können die LED Streifen natürlich auch direkt angeklebt werden, beispielsweise und dem Dach.

Zur Probe wird die Einheit an den Trafo angeschlossen. Die Ausleuchtung ist sehr gleichmässig und hell. Mit dem verwendeten Trimmer kann die Helligkeit stufenlos reduziert werden. In der Bildmitte ist die Gleichrichterschaltung und Trimmer zu sehen, diese wird noch mit Montageband so befestigt, dass der Trimmer jederzeit zugänglich bleibt.
Die oberen drei LED wurden anschliessend mit einem wasserfesten, orangen Filzstift (Edding 3000) bemalt. Dadurch wirkt die Lichtfarbe wie Glühlampenlicht. Die unteren Räume sind Arbeitsräume und mit Leuchtstofflampen (Fluoreszenzröhren) beleuchtet.
 

Fazit

Für einen 5 m langen, selbstklebenden LED-Streifen mit 300 LED habe ich inklusive Transport 21.20 € bezahlt. Eine Dreiergruppe LED kostet demnach 21 Cent. Die gesamte Beleuchtung hat hier also zusammen mit den Gleichrichter, Elko und Trimmer keine 2 € gekostet. Das gleiche mit herkömmlichen Lampenfassungen und Glühlampen würde wesentlich mehr kosten. Zudem sollte die Lebensdauer der LED Beleuchtung erheblich höher sein. Der Stromverbrauch der gesamten Schaltung liegt hier bei maximal 40 mA, im gedimmten Zustand wie ich es eingestellt habe sogar bei weniger als 15 mA. Im Vergleich dazu benötigen drei Glühlampen je nach Typ zusammen etwa das zehnfache.

Man bekommt also mit den LED Streifen und etwas Bastelarbeit eine hervorragende Ausleuchtung der Gebäude, welche sowohl in der Helligkeit wie auch in der Lichtfarbe (durch bemalen der LED) den eigenen Bedürfnissen angepasst werden kann. Dabei kostet es wesentlich weniger als mit Glühlampen und lässt sich gut in fast jedem Gebäude ohne grossen Aufwand einsetzen.

     

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Letzte Änderung:

24.04.2011
09.02.2016

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