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LEDs
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Die "richtige" LED für Ihr ProjektLeuchtdioden sind - wenn es um das Beleuchten von Modellen geht, wahre Allround-Genies. Im Vergleich zu Glühlampen haben LEDs diverse Vorteile:
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Einige LED-Bauformen im Größenvergleich:
oben: bedrahtete LED 3 mm
unten (von links nach rechts): SMD-Bauformen 0402, 0603, 0805, PLCC2
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Leuchtdioden sind - wenn es um das Beleuchten von Fahrzeugmodellen oder Szenerien auf der Modellbahn geht, wahre Allround-Genies: Es gibt sie in unzähligen Formen, Größen, Farben und Helligkeiten. Im Vergleich zu Glühlampen haben LEDs diverse Vorteile:
- Sie verbrauchen weniger Strom.
- Sie erzeugen im Betrieb kaum Wärme.
- Sie sind langlebiger.
Wenn Sie sich jetzt fragen, warum Sie auf Ihrer (älteren) Anlage und in vielen Fahrzeugmodellen noch häufig Glühlämpchen finden und LEDs nicht standardmäßig für die Modellbahn eingesetzt werden, so liegt das vor allem daran, dass LEDs eine recht junge Erfindung sind. Sie sind erst seit den 1970er Jahren ein Massenprodukt und ihre Verwendung in Alltagsgegenständen wurde sogar erst in den 1990er Jahren üblich. Die Vielfarbigkeit von LEDs, die wir heute kennen, ist eine noch jüngere Entwicklung: Noch zu Anfang des Jahrtausends waren blaue und weiße LEDs zwar verfügbar, jedoch teuer. Bei den ersten weißen LEDs, die lieferbar waren, kam ein weiteres Manko hinzu: kaltweiße LEDs hatten häufig einen blauen Farbstich, warmweiße einen grün-gelben.
Diese Probleme sind gelöst. Heute überwiegen daher oft die Vorteile von LEDs gegenüber Glühlämpchen, wenn Umbauten an Modellen anstehen oder defekte Leuchtmittel ersetzt werden müssen.
Wo Licht ist, ist jedoch bekanntlich auch Schatten: Bei der Auswahl der "richtigen" LED und beim Anschluss ist deutlich mehr Know How erforderlich als bei der Verwendung von Glühlampen. Im folgenden haben wir die wesentlichen optischen und elektrischen Eigenschaften von LEDs erläutert, die Sie auch in den LED-Tabellen finden - als Hilfe für die Auswahl der "richtigen" LED für Ihr Projekt:
- Gehäuse und optische Eigenschaften
- Lichtstärke [mcd]
- Abstrahl- oder Öffnungswinkel [°]
- Farbtemperatur [K]
- Wellenlänge λ [nm]
- Durchlass-Spannung Uf [V]
- LEDs für besondere Anwendungen
LED-Know How zum Download
Gehäuse und optische Eigenschaften
Die Gehäuseausführung einer LED ist keine optische Eigenschaft im eigentlichen Sinne, beeinflusst sie jedoch wesentlich. Üblich sind folgende Ausführungen:
- klar (auch als wasserklar bezeichnet): Der Lichtkegel entspricht dem Öffnungswinkel der LED.
- diffus (milchig oder eingefärbt in der Leuchtfarbe der LED): Die Wirkung ist vergleichbar mit der von Lichtleitern in Modellbahn-Loks. Das Licht wird gestreut, so dass es gleichmäßig verteilt aus dem Gehäuse austritt. Der tatsächliche Öffnungswinkel ist bei diffusen LEDs nicht zu erkennen (und spielt nur in Bezug auf die Helligkeit eine Rolle).
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Typische Öffnungswinkel einer 3 mm-LED: rechts eine LED mit diffus rotem Gehäuse, bei der das Licht gestreut austritt.
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Lichtstärke [mcd]
Die Abkürzung mcd steht für "Milli-Candela" und ist der Indikator für die Helligkeit einer LED - bezogen auf den Öffnungswinkel der LED. Um den Helligkeitseindruck einer LED beurteilen zu können, ist daher die Lichtstärke [mcd] nicht das alleinige Merkmal, sondern Öffnungswinkel der LED und Einsatzort müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Abstrahl- oder Öffnungswinkel [°]
Anders als Glühlampen haben LEDs einen begrenzten Öffnungswinkel (auch als Abstrahlwinkel bezeichnet) und bestrahlen daher nur eine Teilfläche (bezogen auf die Oberfläche einer Kugel um die Strahlungsquelle im Zentrum). Typische Öffnungswinkel von bedrahteten 3 mm-LEDs sind 20, 30 oder 40°, von SMD-LEDs ca. 120 °.
Wellenlänge λ [nm]Die Leuchtfarbe einer LED entspricht direkt einer bestimmten Wellenlänge λ, angegeben in der Einheit nm (Nanometer). Je deutlicher die für eine LED angegebene Wellenlänge in der Mitte des zugeordneten Bereichs liegt, desto eindeutiger ist die Farbe. Bei einer Wellenlänge "am Rand" eines Bereichs ist die Einordnung der Farbe schwierig: Eine LED mit einer Wellenlänge von z.B. 608 nm ist laut Definition orange, erscheint jedoch hellrot. |
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Wellenlängen von LEDs:
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Durchlass-Spannung Uf [V]Die Durchlass-Spannung (auch als Schwellenspannung bezeichnet) gibt an, welche Spannung sich einstellt, sobald der Strom fließt. Ist die anliegende Versorgungs-Spannung niedriger als die Durchlass-Spannung der LED, fließt kein Strom und die LED leuchtet nicht. Wenn der Strom auf einen Wert von deutlich unter 20 mA begrenzt wird (z.B. 10 mA), reicht es aus, die Werte der Vorwiderstände mit Hilfe der ca.-Werte für die Durchlass-Spannung überschläglich zu berechnen. Wenn jedoch eine maximale Helligkeit erzielt werden soll, d.h. die LED mit dem maximalen Strom betrieben wird, ist es empfehlenswert, die exakten Werte der Durchlass-Spannung für die Berechnung zu Grunde zu legen. |
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Durchlass-Spannungen von LEDs:
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LEDs für besondere Anwendungen: Duo-LEDs
Für den Einsatz auf der Modellbahn werden z.B. verwendet:
- rot-grüne Duo-LEDs als Anzeige- oder Kontroll-Leuchten (aus/an, belegt/frei, usw.)
- rot-gelbe Duo-LEDs als Anzeigeleuchten, auch mit Verwendung der Mischfarbe "orange" als 3. Farbe
- rot-gelbe oder seit einiger Zeit auch rot-weiße Duo-LEDs als Beleuchtung von Loks und Steuerwagen
3-Bein-LEDs mit gemeinsamer Kathode (-):
Je nachdem, an welcher Anode die Spannung anliegt, leuchtet die LED in der einen oder anderen Farbe. Sind beide Anoden gleichzeitig mit der Spannungsquelle verbunden, entsteht ein Mischlicht. Bei dieser Bauform ist das längste Beinchen übrigens die Kathode!
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Diese "Ur-Form" der Duo-LED kann nicht direkt an einen Fahrzeugdecoder angeschlossen werden, da sie in Bezug auf die Decoderausgänge "falsch" gepolt ist. Für den Anschluss ist daher ein Funktionsinverter FI-1 nötig, der die Polung intern "umdreht". |
3-Bein-LEDs mit gemeinsamer Anode (+):
Je nachdem, an welcher Kathode die Spannung anliegt, leuchtet die LED in der einen oder anderen Farbe. Sind beide Kathoden gleichzeitig mit der Spannungsquelle verbunden, entsteht ein Mischlicht. Bei dieser Bauform ist das längste Beinchen die Anode.
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Diese seit einiger Zeit erhältliche LED-Form kann direkt an die Funktionsausgänge eines Fahrzeugdecoders angeschlossen werden. |
2-Bein-LEDs (bipolar):
Je nach Polung leuchtet die LED entweder in der einen oder der anderen Farbe. Um ein Mischlicht zu erzeugen, muss die LED mit Wechselspannung angesteuert werden. Durch die verschieden langen Anschlüsse wird gekennzeichnet, welche Farbe bei der einen oder anderen Durchflussrichtung leuchtet.
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Der Anschluss an die Ausgänge eines Fahrzeugdecoders ist etwas trickreich, da die LED ja nur zwei Anschlüsse hat, die mit drei Decoderanschlüssen verbunden werden müssen. |
Duo-LEDs Ausführung "SMD"
Duo-LEDs sind auch als SMD-LEDs erhältlich. Rein technisch handelt es sich bei diesen LEDs um zwei verschiedenfarbige LEDs in einem Gehäuse. Sie haben pro LED-Farbe je zwei Anschlüsse. Gebräuchlich sind z.B.
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| Bauform 0605 | Bauform PLCC4 |
LEDs für besondere Anwendungen: BLINK-LEDs
Blink-LEDs haben eine kleine Steuerungs-Elektronik an Bord, die dafür sorgt, dass die LED abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Die Frequenz kann nicht beeinflusst werden. Auf Grund von Toleranzen ist die Frequenz auch bei LEDs des gleichen Typs nicht immer gleich. Wie alle LEDs müssen sie über einen Vorwiderstand betrieben werden, der von der Höhe der Versorgungsspannung und der Zahl der in Reihe geschalteten LEDs abhängt.
Blink-LEDs sind in verschiedenen Bauformen erhältlich, z.B.
- als bedrahtete 1,8 mm- oder 3 mm-LEDs
- als SMD LEDs Bauform 0805
Sie eignen sich z.B. als Warnleuchten in Fahrzeugen oder als Einfach-Blinker, jedoch nicht als Wechselblinker.
Vorwiderstandsrechner für LEDs in Reihenschaltung
| Anzahl der in Reihe geschalteten LEDs (maximal 5): |
| Durchlass-Spannung LED1: |
mV
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LED2:
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mV
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LED3:
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mV
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LED4:
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mV
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LED5:
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mV
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| Versorgungs-Spannung: |
V
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| Strom: |
mA
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| berechneter Vorwiderstand: |
Ohm
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| empfohlener Widerstand aus Widerstandsreihe E12: |
Ohm
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| Strom durch LED: |
mA
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