Stell mich ein!

Mit einer gewissen Regelmäßigkeit bekomme ich Mails, in denen über Probleme bei der Einstellung der Helligkeit von LEDs und Glühlampen im Bereich Modellbahn berichtet wird.

In fast allen Fällen liegt die Ursache beim Anschluss des einstellbaren Widerstandes, der fast ausschließlich von den Fragestellern in solchen Anwendungsfällen benutzt wird.

Natürlich gibt es auch ‚edlere‘ Lösungen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Die Frage ist eben, ob ein solcher Aufwand lohnt, um einen Wagen oder eine Lok oder sonst was zu beleuchten.

Die typischen Fragen:

Auf Platz 1:

Wenn ich die Helligkeit voll aufdrehe, werden die Leuchtdioden zerstört.

Auf Platz 2:

Mir brennt oft das Poti durch.

Auf Platz 3:

Immer noch zu hell.

Kurz zum Thema durchgebrannte LED:

Sie wird zerstört, weil einfach zu viel Strom geflossen ist. Ich habe an anderer Stelle schon etwas dazu geschrieben und verweise, der Vollständigkeit halber, noch einmal auf den Beitrag. Diese Grundregeln gelten natürlich auch dann, wenn der Widerstand veränderlich ist.

Dies & Das

Zuerst einige Informationen zum Aufbau gängiger Potis bzw. Trimmer.

Nebenbei ist in oder bei der Funktion eigentlich kein Unterschied, es sind eben einstellbare Widerstände. Geläufig ist die Bezeichnung Poti, wenn der Benutzer ständig Zugriff auf das Bauteil besitzt (z. B. mit einer Achse und Bedienknopf) oder einmalig justiert wird und anschließend in dieser Position verbleibt, hier spricht man vom Trimmer.

Es gibt neben der Belastbarkeit und den verwendeten Materialien noch die Charakteristik als Unterscheidungsmerkmal. In der Linearversion (lin,B) ist der Einstellwert gleichmäßig linear über die Schleiffläche verteilt, die lograrithmische (log,A) Variante stellt die Aufteilung eben logarithmisch (welch Wunder ) zur Verfügung.

Das Foto zeigt einen Trimmer in klassischer Bauform.

Hat er beispielsweise einen Wert von 1000 Ohm, sind diese fest zwischen den Beinen „A“ und „C“ zu messen. Dieser Wert wird sich nicht ändern, wenn der Einstellschlitz in der Mitte verdreht wird.

Anders sieht dies beim Anschluss „B“ aus. An ihm ist der Schleifer herausgeführt, der mechanisch verschiedene Positionen auf dem Festwiderstand abgreift. Steht der Regler in der Mitte, wird man also rund 500 Ohm zwischen den Punkten „A“/“B“ und auch „B“/“C“ messen.

Verstellt man nun den Winkel mehr in die eine oder andere Richtung, entstehen unterschiedliche Werte. Da sich die 1000 Ohm an sich nicht ändern, wird der Wert sich immer so ändern, dass in der Summe eben diese 1000 Ohm erscheinen. Weiter in Richtung „A“ gedreht, wird der Widerstand zwischen „A“ / „B“ kleiner, zeitgleich „B“/“C“ größer, umgekehrt in der Gegenrichtung.

In der schematischen Darstellung lässt sich das Verhalten recht gut erkennen. So wird natürlich auch klar, dass es bei maximaler Einstellung in die ‚falsche‘ Richtung möglich ist, einen Widerstand von annähernd 0 Ohm zu erzeugen, der Schleifer liegt direkt am Einspeisepunkt und die Wirkung ist die gleiche, als hätte man einen einfachen Draht verwendet.

Wird also der Trimmer als Vorwiderstand einer LED genutzt, ist in diesem Fall die Leuchtdiode unter Umständen direkt mit der Versorgungsspannung verbunden – sie wird zerstört. Natürlich kann dies auch passieren, wenn der Wert einfach zu gering eingestellt ist, der Strom zum Leuchtmittel ist zu hoch. Im ungünstigsten Fall kann auch der einstellbare Widerstand gleich mit ruiniert werden.

Ist der nun fließende Strom aus irgendeinem Grund sehr hoch, kann der Übergangspunkt Schleifer/Widerstandsbahn nicht mehr standhalten und wird, zumindest an dieser Stelle, zerstört. Hat es den Schleifer erwischt, kann er nicht mehr vernünftig über die Bahn gleiten und eine sensible Justierung wird nahezu unmöglich.

Womit auch gleich der zweite Punkt zu nennen ist, der den Trimmer killen kann, die maximale Belastung.

Jetzt kann man fragen, wie man mit den paar Lämpchen ein doch recht solides Bauteil wie einen Widerstand kaputt bekommen soll. Nun ja, die Menge macht’s!

Der geschilderte Vorgang ist zwar eher nicht die Regel, kann aber doch vorkommen wie ich sehe. Beschrieben wurde ein Waggon, welcher mit Stromabnahme von den Gleisen versehen ist, welcher auch gleich den Rest des Zuges (also die Wagenbeleuchtung) mit Strom versorgt. Leider konnte nicht mehr sicher geklärt werden, auf welche Weise alles miteinander verschaltet war. Wahrscheinlich waren aber nur der Schleifabgriff und einer der Festanschlüsse eines 470 Ohm Trimmers angeschlossen, also ein einstellbarer Vorwiderstand von 0-470 Ohm.

In den insg. 4 Waggons saßen allerdings keine Leuchtdioden, sondern jeweils 4 Stück der altbekannten Glühlämpchen. Jede dieser Lampen hat wohl eine Stromaufnahme von rund 60 mA. 4 x 4 Lampen x 60 mA = 960 mA Maximalstromaufnahme. OK, der Strom sinkt, wenn der Widerstand steigt, leider liegen keine Messwerte vor. Aber wenn man einmal davon ausgeht, dass bei einem Spannungsabfall am Trimmer von geschätzt 3V und einem Strom von überschlagen 600 mA immer noch eine Leistung von rund 1,8 W  in Wärme umgesetzt werden will, ist das für einen gängigen Trimmer auf Dauer einfach zu viel. Selbst wenn jeder Wagen einen eigenen Einstellwiderstand hätte, kommt doch einiges Zusammen.

Fazit: Auch Kleinvieh macht Mist

Mit LEDs wäre die Gefahr zwar kleiner, aber immer noch gegeben. Gerade wenn aus Miniaturisierungsgründen SMD-Trimmer genutzt werden, würde ich nicht von 0,5 W Belastbarkeit ausgehen. Bei einer Spannung von 15V DC auf dem Gleis und rund 3V LED Spannung, müssen am Trimmer  12V abfallen. Angenommen durch die Einstellung fließen noch 10 mA/LED, sind das 40 mA x 12V = 480 mW Leistung bei Parallelschaltund der Leuchtdioden und diese dann in Reihe zum Einstellwiderstand. Hat man nun einen 1/4 Watt SMD Trimmer, also max. 250mW, kann man sich leicht ausrechnen, das dies schiefgehen wird. Wahrscheinlich nicht sofort, aber irgendwann…

Zu helles Licht in den Häusern und Wagen…

Tja, die modernen Leuchtdioden… In den meisten Fällen hatten die Schreiber der Mailbeiträge Vorwiderstände um etwa 1 kOhm vor ihren LEDs. Überschlagen sind dies bei 15V auf dem Gleis rund 12 mA, die durch die LED fließen. Bei den aktuellen LED-Typen reicht allerdings ein Bruchteil davon völlig aus. Ich würde, auch im Hinblick auf die Belastung, immer generell einen 2,2 kOhm Widerstand in Reihe zu JEDER LED schalten, dies sorgt auf jeden Fall dafür, dass auch bei voller Spannung keine Zerstörung erfolgen kann. Diese ‚LED+Widerstand‘-Schaltung(en) dann parallel schalten und anschließend in Reihe an einen 10 kOhm Trimmer gelegt, sollten einen brauchbaren Einstellbereich bieten. Noch günstiger ist es, mehrere LEDs in Reihe zu schalten, so wird der Spannungsabfall am Poti reduziert, eine reine Rechengeschichte

So, dieses zu vielen Worten um ein einfaches Bauteil Ich weiß, dass einige Beispiele am Maximum gewählt sind. Die an mich herangetragenen Nachrichten zeigen mir aber, dass so etwas durchaus vorkommt. Immerhin ist z. B. das ‚Modellbahnen‘ für die meisten Menschen eine Freizeitbeschäftiigung, keine Wissenschaft, dennoch aber sehr stark mit der Elektronik verbunden. Niemand kann aber von jedem Modellbahner verlangen, dass er sämtliche Schaltungskniffe und Bauteile kennt, weil er eben dieses Hobby hat. Nebenbei habe ich für den Interessierten hier noch einige Tipps zum Umgang mit Leuchtdioden.