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Für die Beleuchtung der Modellbahn setze ich wenn möglich überall LED ein. Dies bietet viele Vorteile: Man muss keine Glühlampen mehr tauschen, sie sparen Strom und bleiben kühl. Zur Stromversorgung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Einige einfach Schaltungen werden auf der Seite LED-Schaltungen beschrieben.
Grundlage der Schaltungen auf dieser Seite ist der MC34063A von ON Semiconductor. Der Aufbau ist etwas komplexer, dafür wird man mit größerer Effizienz belohnt: Die Elektronik wird nicht warm und der Strombedarf ist im Vergleich deutlich niedriger. Dies ist die überarbeitete Version, in der ich die Induktivität (endlich fachgerecht) mit einer Spule aufgebaut habe. Das axiale Bauteil, das ich in den bisherigen Versionen verwendet habe, wurde unter Last relativ warm und hat massiv die Effizienz verringert – kein Problem, wenn nur ein paar Wagen angehängt sind, aber bei einer kompletten Innenstadt merkt man es dann doch.
Sämtliche Vorlagen können mit 600 dpi ausgedruckt und dann direkt zur Belichtung verwendet werden. Falls keine Möglichkeit besteht, die Auflösung beim Druck auf 600dpi zu setzen, kann mit den angegebenen Maßen der Ausdruck passend skaliert werden. Die Maße beziehen sich dabei auf den roten Rahmen der Bestückungsseite bzw. den schwarzen Rahmen der Kupferseite. Beide Seiten sind im Großformat im gleichen Maßstab erstellt.
Der Aufbau auf Lochrasterplatinen ist nur bei der Schaltung mit Steckanschlüssen möglich, da bei den anderen Schaltungen teilweise vom 2,54 mm-Raster abgewichen wird und die Leitungen nicht rechtwinklig verlaufen. Die Platinen lassen sie sich gut platzsparend auf einer Euro-Platine (100x160 mm²) anordnen.
Damit die Platinen nicht versehentlich spiegelverkehrt belichtet werden, befindet sich auf allen Platinen Text. Die Anschlüsse der Schaltungen sind ebenfalls in die Kupferseite eingearbeitet: ~ sind die Eingänge, + und – die Ausgänge. Zusätzlich befinden sich bei allen Platinen (außer der Lichtleiste) Pfeile für Ein- und Ausgang.
Allgemeine Schaltung
Die allgemeine Schaltung ist geeignet, wenn der Schaltregler unabhängig von den LED eingesetzt werden soll. So kann er z. B. im Gepäckabteil untergebracht werden, während der Rest des Zuges über stromführende Kupplungen versorgt wird. Der Regler kann auch bei der Beleuchtung von Häusern und Straßen unter der Anlage verschwinden und ist damit vielseitig einsetzbar.
Gleichstromversion
Die Gleichstromversion ist ideal, um in Fahrzeugen an einem Decoder angeschlossen zu werden. Durch den Verzicht auf einen Gleichrichter ist sie besonders schmal. Die Schaltung darf nicht direkt am Wechselstrom-Lichttrafo verwendet werden.
Maße der Platine: 24x35 mm² (BxH)
Schaltung mit Schraubklemmen
Auf diesem Layout sind Schraubklemmen vorgesehen. Zusammen mit dem Brückengleichrichter ist es damit leicht unter der Anlage zu installieren, um Häuser und Straßenbeleuchtung anzuschließen.
Maße der Platine: 32x36 mm² (BxH)
Schaltung mit Steckanschlüssen
Die gesamte Schaltung einschließlich der Ein- und Ausgänge dieser Platine ist im 2,54-mm-Raster ausgeführt. Die Schaltung kann damit auch auf Lochrasterplatinen aufgebaut werden. Es können z. B. Stiftleisten eingelötet werden, um schnelles Verbinden und Trennen zu ermöglichen.
Maße der Platine: 31x28 mm² (BxH)
Schaltung mit Brückengleichrichter
Das vierte Layout ist wieder eine möglichst schmale Platine, um in H0-Wagen untergebracht zu werden. Im Gegensatz zur Gleichstromversion ist ein Brückengleichrichter eingeplant, so dass der Strom direkt aus der Schiene bezogen werden kann.
Maße der Platine: 27x36 mm² (BxH)
Schaltung zum Einbau im Wagendach
Diese Schaltung ist zum Einbau im Wagendach geeignet. Sie enthält neben dem Schaltregler bereits bis zu fünf LED, außerdem kann sie im „Bussystem“ weitere Wagen und Beleuchtungsplatinen versorgen: links und rechts können über Drahtbrücken weitere Platinen angedockt werden. Über die äußeren Kontakte können stromführende Kupplungen, Schleifer oder Radkontakte angebracht werden.
Zu beachten ist, dass der Schaltregler hier auf eine Spannung unter der Nennspannung der LED eingestellt werden muss, da diese parallel angeschlossen sind. Wird die Nennspannung auch nur minimal überschritten, nehmen die LED Schaden.
Mittlerweile gibt es flexible LED-Streifen für kleines Geld im Baumarkt zu kaufen. Damit ist dieses Layout eigentlich überflüssig – man kann stattdessen eines der vorherigen Layouts zur Stromversorgung verwenden und LED-Streifen direkt ins Wagendach kleben. Da ist deutlich weniger Arbeit.
Maße der Platine: 99x18 mm² (BxH)
Maße der Platine: 158x13mm² (BxH)
Maße der Platine: 99x13 mm² (BxH)
Maße der Platine: 59x13 mm² (BxH)
Berechnung von R1 und R2
Wenn die LED bei diesen Schaltungen direkt parallel an der Ausgangsspannung des Schaltreglers hängen, gibt es noch etwas zu beachten: Die Spannung muss sehr genau auf den jeweiligen LED-Typ eingestellt werden. Zudem muss die Spannung etwa 0,1V unter der angegebenen Nennspannung der LED liegen, da aufgrund von Fertigungstoleranzen diese Durchlassspannung nicht immer konstant ist und selbst eine minimal zu hohe Spannung sehr schnell zum Hitzetod der LED führt.
Die Berechnung von R1 und R2 erfolgt nach der folgenden Formel:
Daraus ergibt sich diese Tabelle:
Die Tabelle dient nur als grober Ansatz, mit welchen Werten die Schaltung zunächst aufgebaut werden kann. Ich empfehle dringend, zum Testen eine oder mehrere LED anzuhängen und die Stromaufnahme zu messen. Anderenfalls besteht die Gefahr, dass die LED sich verfärben oder die gesamte Beleuchtung irgendwann ausfällt.
Für weiße LED mit 3,5V Nennspannung habe ich gute Erfahrungen mit 3,37V Ausgangsspannung gemacht, diese entspricht R1 = 3,3 kOhm, R2 = 5,6 kOhm. Bei gelben LED mit 2,1V Nennspannung lasse ich den Regler mit 1,94V Ausgangsspannung laufen, R1 = 2,7 kOhm, R2 = 1,5 kOhm.
Bauteil-Liste
In der Liste sind die Bezeichnungen aus den obigen Bestückungsplänen und ihre Bedeutung aufgeführt, außerdem die Bezeichnung bei Conrad. Selbstverständlich können die Bauteile auch woanders beschafft werden, aber falls bei einem Teil Unklarheit besteht, kann man über die Suchfunktion bei Conrad weitere Informationen finden. Einige Bauteile, insbesondere LED und Widerstände, müssen individuell ausgewählt werden.
| Bezeichnung in der Schaltung | Bestellnummer bei Conrad | Bauteil |
|---|---|---|
| 1N4148 (4x) oder 1N4001 (4x) | 162280 oder 162213 | Diode (100mA) oder Diode (1A) |
| 1N5819 | 155460 | Diode |
| R1 R2 |
z. B. 403253 | Widerstände |
| 1 | 409510 | Widerstand 1 Ohm |
| 100µ | 443974 | Elektrolytkondensator 100µF 35V |
| 470µ | 468347 | Elektrolyt-Kondensator 470µF 16V |
| 471 | 457302 | Keramik-Kondensator 470pF |
| 220µH | 447212 | Drossel 220µH |
| MC34063A | 156908 | Schaltregler |
| LED | z. B. 185877 | LED |
