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RE: Diverse LED-Wagen-Beleuchtungen mit Schaltungs-/Verdrahtungsschema

#1 von magnus , 24.04.2017 22:08

Eigentlich finde ich Güterwagen ja schöner und vielfältiger als Personenwagen. Da sich aber doch einige Personenwagen in meinem Bestand finden, ist das Thema Beleuchtung dann doch irgendwie hochgekommen.

Vor dem Hintergrund meiner völligen Ahnungslosigkeit - aber dem Kopf voller Ideen - musste ich mir das notwendige theoretische Wissen zusammen suchen.
Da ich aber auch ziemlich vergesslich bin, muss ich mir so etwas immer aufschreiben/aufzeichnen.

Warum das nicht aber auch der Allgemeinheit zur Verfügung stellen?
Darum dieser Thread und natürlich auch als Qualitätssicherung durch das Forum. wie gesagt es spricht der Laie.

Der Ausgangspunkt ist mein Märklin-Equipment und an LED ein buntes Sammelsurium bestehend aus Einzel-LED, LED-Streifen von Conrad, Märklin, Hufing und Tams.
Die „Liste“ der Lieferanten stellt keine Bewertung dar oder ist gar vollständig oder die beste. Ist halt das, was ich zurzeit zur Verfügung habe und stellt die mir bekannten Varianten dar.

Theorie ist ja gut und schön, aber Praxis ist schöner und heller, also werde/will ich die einzelnen Schaltungen natürlich auch verbauen.
Um diesen Thread aber übersichtlicher zu halten, gibt zur Umsetzung jeweils einen neuen Thread, den ich aber hier verlinken werde.

Ein weiterer Aspekt wird es sein, die Schaltungen auch auf ganze Züge auszudehnen, ohne dass jeder Wagen einen Schleifer bzw. Decoder bekommt. Hier muss dann jeweils überlegt werden, ob der Zugverband „immer“ in dieser Konstellation fährt oder jeder Wagen für sich beleuchtungstechnisch autark bleiben soll

Einen guten und verständlichen Überblick zum Thema LED-Schaltungen findet sich u. a. auch hier
http://www.ledhilfe.de/viewtopic.php?t=5556 (Basis),
http://www.stayathome.ch/licht_mit_led.htm (Modellbau) und
http://www.ingomoegling.de/ledbeleuchtung.html (Modellbau).

1. Einzel-LED bzw. LED-Streifen


Ich nutze Brückengleichrichter von Tams (B80C1500) die eine (gemessene) Gleichspannung von 20 V ergeben und einen Elko mit 470 µF/25 V.

Durch den Ladewiderstand wird der Strom begrenzt, damit die Zentrale ggf. keinen Kurzschluss bzw keine Überlastung erkennt.

Ein ungeladener Kondensator wirkt zum einen wie ein Kurzschluss (quasi kein Innenwiderstand), erst mit zunehmendem Ladestand steigt der Innenwiderstand. Zum anderen wäre der Einschaltstrom ziemlich hoch und belastet so auch die Spannungsversorgung entsprechend.

Der Ladewiderstand begrenzt nun den Ladestrom. Dadurch verlängert sich zwar die Ladezeit etwas, es gibt aber keine Stromspitzen, besser gesagt keine so hohen.

Der Wert des Widerstandes vor den LED muss aus den Werten der LED und der Eingangsspannung berechnet werden.

Z. B. für zwei LED (2 V, 20 mA) und der Eingangsspannung 20V:
20 V - 2 * 2 V = 16 V dann 16 V / 0,020 A = 800 Ohm
Damit wird ein Widerstand mit mindestens 800 Ohm benötigt

Widerstände gibt es nur in Standardwerten, so dass man zum nächst höheren Wert greifen sollte. Der Widerstand kann aber auch gerne einen höheren Wert haben, das schont die LED und dunkelt noch etwas ab. Es bietet sich an, dies vor dem Löten zu testen:

Hierzu mein „fliegender“ Testaufbau:



An der obigen Überschlagsrechnung ist zu erkennen, dass nur eine begrenzte Anzahl LED hintereinander (in Serie) geschaltet werden können, hier vereinfacht nur neun, da immer ein Widerstand vorgeschaltet werden muss!
Werden mehr LED benötigt muss eine entsprechende zweite Schaltung (ohne Brückengleichrichter) parallel angeschlossen werde (s. a. http://www.stayathome.ch/wagenbeleuchtung.htm# LED-Streifen mit Einbaubeispiel).

Sollen mehrere Wagen innerhalb eines Zuges beleuchtet werden kann man sich die weiteren Schleifer sparen (und damit Geräusche und Rollwiderstand), in dem der „aufgenommene“ Mittelleiter über eine einpolige Kupplung an den nächsten Wagen „weitergegeben“ wird.
Es kann natürlich auch per zweipoliger Kupplung die Masse weitergegeben werden, falls nicht jeder Wagen mit einem Masseschleifer ausgestattet ist oder werden soll.

Insgesamt ist diese Schaltung die preiswerteste - alle Komponenten bewegen sich im Cent Bereich - aber auch die arbeitsaufwendigste, da gelötet werden muss.
Ein weiterer Vorteil ist aber auch die größere Flexibilität der Ausleuchtung, gerade bei Wageninneneinrichtungen die nicht symmetrisch sind.

In diese Klasse fallen auch LED-Streifen/-Bänder ohne jegliche „Vorschaltungen“. Hier müssen dann die Spannungen der verbauten LED pro Streifen addiert werden.

2. LED-Leisten von Hufing Electronic

Die Firma bietet LED-Leisten in den Längen vom 75mm bis 285mm (vier bis acht LED) in verschiedenen Farben
(Preise abhängig von Länge und Farbe 5 - 12€).

Die Leisten können direkt angeschlossenen werden und bieten die Möglichkeit die Helligkeit per Drehpoti auf der Leiste zu ändern.
Außerdem können Sie beliebig gekürzt werden (Nutzung der Reststücke analog 1.)

Für einen Zugverband kann der „aufgenommene“ Mittelleiter über eine einpolige Kupplung an den nächsten Wagen „weitergegeben“ werden.

3. Märklin 73400/73401

Die Leisten können direkt angeschlossen werden, bieten aber keine direkte Möglichkeit, die Helligkeit zu reduzieren.
Hier liegt die Länge bei ca. 120mm (mit vier LED). Der Streifen kann in zwei gleichwertige Teile halbiert werden. Über integrierte Steckverbindungen können mehrere Streifen mit einander verbunden werden. In Verbindung mit dem Schleifer-Set 73405 erhält man eine Installation ohne zu löten.
Der Listenpreis liegt bei 12€. Da man aber i. d. R. zwei Sets benötigt (außer für kurze Wagen), eine relativ teure Variante

Für einen Zugverband kann der „aufgenommene“ Mittelleiter über eine einpolige Kupplung an den nächsten Wagen „weitergegeben“ werden.

4. TAMS WIB-10er Serie (unterschiedliche LED-Typen)

Die Leisten können direkt angeschlossen werden und bieten verschiedene Möglichkeiten, sie zu kürzen.
Sie sind mit acht LED bestückt, die Länge liegt bei 238 mm, die Kosten bei ca. 12 €.
Außerdem haben die Leiste noch zusätzliche Anschlussmöglichkeiten für ELKO, Schlussbeleuchtung.
Die Bedienungsanleitung zeigt eine Reihe von Schaubildern bzgl. der Anschluss-/Teilungsmöglichkeiten.

Im Zugverband können sowohl beide Anschlüsse (zweipolige Kupplung) oder nur der Schleifer (einpolige Kupplung) an weitere Wagen durchgereicht werden.

5. TAMS WIB-30er Serie (unterschiedliche LED-Typen)

Die Leisten haben einen integrierten Multiprotokoll-Decoder und können somit direkt angeschlossen werden.
Sonst sind sie baugleich mit den WIB-10er. Die Kosten liegen bei ca. 22 €.
Bedingt durch den Decoder gibt es eine ganze Reihe von Einstellmöglichkeiten, die ich aber nicht näher erläutern möchte (s. a. Bedienungsanleitung)

Zum Thema Zugverband siehe Punkt 7.

6. LED in Verbindung mit Funktionsdecoder

Von der Grundidee her sind alle vorgeschalteten Komponenten für die LED (bis auf den individuellen Widerstand) auf dem Decoder enthalten. Somit können entsprechende LED/Widerstandskombinationen oder LED-Leisten (der Art unter 2., 3. und 4.) direkt angeschlossen und geschaltet werden.

Da das Layout natürlich vom Decoder-Hersteller abhängt, habe ich nur zwei Ausgänge (A1, A2) schematisch dargestellt. Hier muss man dann die jeweilige Anleitung beachten, hierbei besonders die verfügbare Leistung!

In der Regel sollte man ohne ELKO auskommen. Wird doch einer benötigt, muss die skizzierte ELKO-Schaltung gemäß der relevanten Anleitung angeschlossen werden. Die Diode sollte eine möglichst geringe Sperrspannung (Uf)haben. Wenn der Elko sagen wir mit 20V geladen wurde, dann speist der Elko im Falle eines Wacklers den Decoder mit U= 20V - Uf

Während der Elko entlädt fällt auch die Spannung ab. Ab einer bestimmten Spannung schaltet der Decoder ab. Mit einer optimalen Diode (z. B. Schottky-Diode) steht also länger die notwendige Spannung am Decoder an und die Kapazität des Elkos wird effektiver genutzt.

Bei angeschlossenem ELKO besteht das Risiko, dass die Programmierfähigkeit des Decoders beeinträchtigt wird. Also ggf. vorher die Programmierarbeiten erledigen.


7. Zugbeleuchtung mit Decoder


Grundsätzlich lässt sich natürlich die geschaltete Spannung auch über zweipolige Kupplungen durch einen Zugverband leiten. Kommt es aber an den Kupplungen (z. B. bei Entgleisungen) zu einem Kurzschluss, besteht das große Risiko der Schädigung des Decoders.

Als Lösung dieses Risikos werden die LED nicht direkt über den Decoderausgang geschaltet sondern durch ein zwischengeschaltetes Relais.

Dies sieht dann schematisch wie folgt aus:

Folgt noch, da ich noch kein Relais habe und erst die einfache Umbauten anstehen.


Gruß
Magnus
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RE: Diverse LED-Wagen-Beleuchtungen mit Schaltungs-/Verdrahtungsschema

#2 von JeanLuc7 , 28.04.2017 13:36

Hallo,

danke für die gute und ausführliche Zusammenstellung. Ein paar Anmerkungen habe ich dazu:

1) Ich nutze für die Wagenbeleuchtung meistens selbstklebende LED-Streifen, die bereits für 12V ausgelegt sind. Direkt am Gleisstrom betrieben neigt die einfache Schaltung mit dem Brückengleichrichter und dem Elko, in der Helligkeit zu variieren, je nachdem, wie viele Loks gerade am Gleis hängen. Ich baue daher zusätzlich einen Spannungsregler 78L12 ein, der bei Digitalanlagen für absolut konstante Helligkeit sorgt. Auf analogen Anlagen steigt die Helligkeit bis etwa 9V an, danach bleibt sie (dank Gleichrichtung und Kondensator) ebenfalls konstant.

2) Eben gesagtes gilt durchaus auch am Betrieb an Decodern - auch deren Ausgangsspannung ist nicht zu 100% konstant. Mit einem 78L05-Spannunsgregler (max. Ausgangsstrom 100mA!) kann man diesem Effekt entgegenwirken.

3) Der erhöhte Einschaltstrom von Elkos im Zusammenspiel mit LEDs wird nach meiner Einschätzung überschätzt. Es stimmt - da fließt mehr Strom. Aber es handelt sich um einen einzigen Sigma-Impuls beim Einschalten, den die digitalen Versorger durchaus abkönnen; sie sind nicht so flink, dass sie deswegen gleich abschalten. Zudem: auch Glühlampen haben einen hohen Einschaltstrom. Schaden kann der Widerstand vor dem Kondensator aber nicht, zudem entsteht dabei ein angenehmer, kurzer Dimm-Effekt, der dem Verhalten von echten Glühlampen folgt. Ich nutze hier allerdings auch keine 470µF, sondern lediglich 100µF, was bei dem geringen Strom der LED's für meine Ansprüche völlig ausreichend ist.

4) Nochmal zur Frage der Spannung: Gleichgerichtete Wechselspannung mit einem nachgeschalteten Kondensator ist höher als das, was man an der Schiene misst, also am besten am Gleichrichter oder Kondensator nochmal kontrollieren - Magnus spricht richtigerweise von "gemessener" Gleichspannung. Tatsächlich führen 16V Gleichspannung zu (16V - 2x0,7V) x 1,414 = 20,6V Gleichspannung. Hintergrund: Der Brückengleichrichter besteht aus vier Dioden, von denen immer zwei leiten, an denen aber je 0,7V abfallen. Außerdem wird die pulsierende Gleichspannung durch den Kondensator geglättet, und zwar bis fast zum Scheitelwert. Und der ist bei sinusförmigen Spannungen 1,414 (=Wurzel aus 2) mal größer als der Mittelwert, den man an der Schiene misst.

5) Nach meiner Erfahrung sind gerade die weißen und warmweißen LEDs für Wagenbeleuchtungen immer noch zu hell, wenn man sie spezifikationskonform betreibt - 5mA sind meistens bereist ausreichend. Ich habe hier bspw. einen VT95 mit weiß-roten Duo-LED's für Vor- und Rücklicht ausgestattet, bei denen ich satte 10 kOhm-Widerstände nutzen musste, damit man keinen Blendschock bekommt. Ausprobieren ist angesagt, Die Werte gehen aber eher in Richtung kleinerer Ströme und höherer Widerstandswerte.

6) Es ist auch möglich, ganz ohne Brückengleichrichter zu arbeiten - insbesondere, wenn Wechselspannung am Gleis liegt oder man Hausbeleuchtungen in Angriff nimmt. Dann sollte man aber immer eine Schutzdiode (1N4001) in umgekehrter Richtung um alle LEDs herum legen, damit die zulässige Sperrspannung nicht überschritten wird - die beträgt bei LEDs meist 5-10V. Wenn man die Wechselspannung optimal ausnutzen will, kann man auch je zwei LED's antiparallel schalten, so dass sie jeweils abwechselnd leuchten. Dann kann man auf die Schutzdiode verzichten, und man bemerkt auch beim Danebenschauen kein Flackern mehr.

7) Nicht ganz klar ist mir die Decoderschaltung mit dem zustätzlichen Kondensator, der vermutlich eine Art Puffer sein soll. Man darf hier nicht vergessen, dass einerseits "Masse" am Decoder nicht als dauerhafter Ausgang zur Verfügung steht und zum anderen der blaue Draht (hier mit M bezeichnet) einen gemeinsamen Pluspol darstellt, an den die Anoden der LED's angeschlossen werden müssen. Wenn der Pfeil der Diode am Pufferkondensator deren Flussrichtung darstellen soll, dann müsste sie folglich genau umgekehrt eingebaut werden.

8 ) LED's und Lampen mischen - will man bei Loks das rote Schlusslicht per LED nachrüsten, dann kann man dafür natürlich die Kabel nutzen, die die Lampen an beiden Enden der Lok bedienen. Oftmals sind diese Lampen aber nicht an die blaue Leitung angeschlossen, sondern an Fahrzeugmasse. Das geht - aber man muss dann die LED's ebenso (also mit Anode an Fahrzeugmasse) anschließen und auch hier wieder die Schutzdiode nicht vergessen. Ansonsten bekommt man überraschend rotes Licht an beiden Seiten der Lok - ohne dass sich beim Richtungswechsel irgendwas tut, weil nämlich die Lampen dann als Zuleitung funktionieren und die LED's mit ausreichend Strom versorgen. Der Königsweg ist natürlich, die Lampen durch warmweiße LED's zu ersetzen und diese an den blauen Rückleiter anzuschließen.

Viele Grüße

Frank/JL7


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RE: Diverse LED-Wagen-Beleuchtungen mit Schaltungs-/Verdrahtungsschema

#3 von hu.ms , 29.04.2017 18:06

Und zwei anmerkungen von mir:

Dass die led-strips mit der schaltung wie unter 1) bei last im stromkreis in der helligkeit variieren kann ich nicht bestätigen.
Auch nicht wenn 5 beleuchtete personenzüge (5 loks und ca. 30 wagen) auf einem booster-abschnitt unterwegs sind.
Lt. meiner cs2-anzeige werden dann rd. 1,8A verbraucht. Die endstufe der cs2 bzw. die booster liefern bsi zu 2,8A.
Allerdings flackert die beleuchtung etwas wenn magnetartikel im gleichen stromkreis geschaltet werden.
Deshalb habe ich für diese einen separaten stromkreis mit delta4F-booster für kaum 30 euronen.

Der gemessene stromverbrauch pro beleuchteten personenwagen mit 15 led auf streifen liegt bei 15-18 mA.
Ich weiss, rechnerisch kommt ein höherer stromverbrauch heraus - messt einfach selbst.

Als led-vorwiderstand baue ich den niedrigst möglichen wert ein = max. helligkeit - meist 1K. Zusätzlich ein trimmpoti 25k für 28ct.
Damit kann die helligkeit in jedem wagen individuell eingestellt werden.

Die stromversorgungsvariante mit puko-pol über stromführende kupplungen (z.b. rts) und gleis-pol bei jedem wagen von den achsen ( bei mir mittels anderendhülsen = geringster rollwiderstand) hat den für mich wichtigen vorteil, dass alle wagen untereinander kompatibel sind.

Hubert

PS: habe noch ein foto gefunden:


Mein anlagenneubau: https://stummiforum.de/viewtopic.php?f=15&t=140152
Meine fahrzeugverbesserungen: https://stummiforum.de/viewtopic.php?f=27&t=132888


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RE: Diverse LED-Wagen-Beleuchtungen mit Schaltungs-/Verdrahtungsschema

#4 von RainerO , 29.04.2017 22:20

Zitat
7) Nicht ganz klar ist mir die Decoderschaltung mit dem zustätzlichen Kondensator, der vermutlich eine Art Puffer sein soll. Man darf hier nicht vergessen, dass einerseits "Masse" am Decoder nicht als dauerhafter Ausgang zur Verfügung steht und zum anderen der blaue Draht (hier mit M bezeichnet) einen gemeinsamen Pluspol darstellt, an den die Anoden der LED's angeschlossen werden müssen. Wenn der Pfeil der Diode am Pufferkondensator deren Flussrichtung darstellen soll, dann müsste sie folglich genau umgekehrt eingebaut werden.



Hallo Frank,

der Kondensator dient offenbar als Puffer für den Decoder. Die fragliche Diode überbrückt den Ladewiderstand, wenn der Kondensator entladen wird, also wenn er die Stromversorgung des Decoders übernehmen muss. Sie ist richtig herum eingezeichnet (Anode zum Kondensator, Kathode zum Pluspol des Decoders).

Grüße
Rainer


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RE: Diverse LED-Wagen-Beleuchtungen mit Schaltungs-/Verdrahtungsschema

#5 von JeanLuc7 , 30.04.2017 23:11

Salut Rainer,

danke für die Erläuterung. Mir ist nun nur noch nicht klar, wie man an die Masse des Decoders kommt. Sie ist natürlich vorhanden, aber doch nicht nach außen geführt?

Grüße, Frank


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RE: Diverse LED-Wagen-Beleuchtungen mit Schaltungs-/Verdrahtungsschema

#6 von magnus , 30.04.2017 23:36

Das hängt vom Decoder ab.
Ich hatte ein Beispiel hier im Forum als Vorlage genutzt,
finde es aber im Moment nicht mehr

Sonst danke für die konstruktiven Ergänzungen


Gruß
Magnus
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RE: Diverse LED-Wagen-Beleuchtungen mit Schaltungs-/Verdrahtungsschema

#7 von nielsen_uwe , 21.03.2018 20:24

Verehrte Beleuchtungssysteme-Gurus,

aktuell habe ich mal eine simple Frage,
in der notwendigen Tütchen von MÄ sind für meinen Bedarf nicht genügend Käbelchen, diese mit den Micro oder Mini Steckerchen oder Buchsen:

kann diese Miniaturstecker und -Buchsen auch im Hanel beziehen ?

Ich hab jetzt fast 3 Stunden im Netz und hier gesucht, nur 72021 gefunden....

Könnte in diesem Fall ein Leser zufällig und netterweise weiterhelfen ?


Gekabelte Grüße
Uwe


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kein El-Fachm...


 
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RE: Diverse LED-Wagen-Beleuchtungen mit Schaltungs-/Verdrahtungsschema

#8 von drum58 , 21.03.2018 20:41


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RE: Diverse LED-Wagen-Beleuchtungen mit Schaltungs-/Verdrahtungsschema

#9 von nielsen_uwe , 21.03.2018 20:52

Hey Werner,

ziemlich genau !

ich bin überrascht, da werde ich dann mal „zuschlagen“

brauche zwar nur einpolig, aber egal, wird verbaut

hoffentlich bekomme ich die Drähte auch daran fest....

Schö‘n Abend noch,
herzlichsten Dank und
viele Grüße aus der Kalkstadt
Uwe


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