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LEDs richtig verbauen und Vorwiderstand berechnen

Hier einige wichtige Tipps und Bauanleitungen für den Einsatz von LEDs im Bereich Camping, Auto, Eigenbau von Lampen für Jogging oder Höhlenforscher usw.

Leuchtdioden dürfen keinesfalls ohne passenden Vorwiderstand betrieben werden, da sie sonst innerhalb Sekunden zerstört werden können! Wir übernehmen keine Garantie für die Funktion von Eigenbauten, Arbeiten am KFZ usw.

Wie Sie LEDs richtig anschließen und betreiben, lesen Sie hier:

1. Polarität und Anschluß

Eine Leuchtdiode ist, wie der Name ja schon sagt, eine Diode und somit gepolt. Es gibt an jeder LED eine Kathode (-) und Anode (+). LEDs sollten möglichst nur an einer sauberen Gleichspannung betrieben werden und müssen richtig gepolt sein, sonst leuchten sie nicht. Verpolt hält eine LED ca 25 -30 Volt aus, ohne zerstört zu werden. In der Regel ist der kürzere Anschluß die Kathode, zusätzlich ist das Gehäuse der LED an der Seite der Kathode abgeflacht.

Für den Einbau wird man die LED irgendwie anlöten müssen. Hierbei ist darauf zu achten, den Lötkolben keinesfalls länger als 4- 5 sec pro Anschlussbeinchen an die LED zu halten. Durch Überhitzung der LED mit dem Lötkolben geht diese kaputt oder verliert an Leistung, also möglichst zügig arbeiten. Klappt was nicht, LED erst abkühlen lassen, dann wieder weiter arbeiten.

2. Vorwiderstand berechnen

Bild: Widerstand, Wert bestimmen mit Farbcode.

Der Vorwiderstand ist für eine LED unbedingt erforderlich. Die LED alleine hat so gut wie keinen Innenwiderstand, was bedeutet, dass Strom wie bei einem Kurzschluss unbegrenzt hindurch fliesst, wenn man ihn anlegt. Um die LED richtig zu betreiben, muß man also den Strom-Durchfluß mit einem Widerstand begrenzen. Wichtig zu wissen: Bei LEDs wird die sogenannte Vorwärtsspannung angeben, was aber nicht bedeutet, dass es als Betriebsspannung zu sehen ist. Angebeben wird hier ein Arbeitspunkt, die Spannung ab der LED funktioniert und welche sich an der LED im Betrieb bildet. Sinkt die Spannung an der LED unter die Vorwärtsspannung, dann fliesst kein Strom mehr. Ist die Betriebsspannung höher, dann regelt sich die LED auf die Vorwärtsspannung ein, vorrausgesetzt ein Vorwiderstand ist vorhanden. Die restliche Spannung fällt am Widerstand ab, den man dann einfach mit dem Ohmschen Gesetz berechnen kann.

Praxis:
Die Versorgungsspannung sollte minimal höher gewählt werden als die Nennspannung der LED, damit diese in einem vernünftigen Bereich arbeiten kann.

Für die folgenden Formeln gelten:
U = Spannung in Volt
I = Strom in Ampere
R = Widerstand in Ohm
P = Leistung in Watt

Zunächst rechnet man den Spannungsabfall am Widerstand aus. Da der Widerstand in Reihe mit der LED geschaltet ist, teilt sich die Betriebsspannung zwischen Widerstand und LED auf. Man subtrahiert einfach von der Betriebsspannung die Vorwärtsspannung der LED und erhält so die genaue Spannung am Widerstand. Die Vorwärtsspannung ist die Spannung, welche an der LED abfällt. Diese Spannung ist abhängig von der LED, der Lichtfarbe usw. Jede LED hat also ihre eigene Vorwärtsspannung und diese müssen Sie den technischen Daten der LED entnehmen!

Kurz: Spannung der Stromquelle minus Spannung LED = Spannung am Widerstand. (U_Batt - U_LED = U_Widerstand)

Welche Spannung beispielsweise an den LED-Lenser LEDs (durchschnitlich bei einer Strombelastung von 70 - 100%) an der LED abfällt, entnehmen Sie bitte folgender Tabelle:

Weiß = 3,5 Volt
Blau = 3,7 Volt
Grün = 3,75 Volt
Rot = 2 Volt
(Tabelle gilt annähernd für handelsübliche 5mm LEDs)

Die Vorwärtsspannung sollten Sie den technischen Daten der LED entnehmen!

Als nächstes berechnet man den Widerstandswert in Ohm. Spannung am Widerstand geteilt durch Nennstrom LED = Widerstand in Ohm. (R = U/I)

Zuletzt rechnet man noch die Leistung des Widerstands aus, um sicher zugehen, dass der Widerstand nicht überlastet wird und verbrennt. Dazu einfach Strom mit Spannung am Widerstand multiplizieren und raus kommt die Leistung in Watt. (P = U x I)

Rechenbeispiel A:
Eine rote LED soll an einer 6 Volt-Batterie betrieben werden. Am Vorwiderstand fällt folgende Spannung ab: 6V (Batterie) - 2V (Spannungsabfall LED aus technischen Daten der LED) = 4 Volt. Jetzt entnehmen wir den technischen Daten der LED den Nennstrom: Bsp.: 25 mA (= 0,025A) Mit diesen Werten können wir den Widerstand leicht berechnen: 4 Volt geteilt durch 0,025 Ampere = 133,33 Ohm. Der nächst passende genormte Wert ist 120 oder 150 Ohm. Der Widerstand muß eine Leistung von 0,025 A x 4 V = 0,1 Watt verkraften können. Also reicht hier ein Widerstand mit 1/4 Watt.

Rechenbeispiel B:
Eine blaue LED soll an einer 12 Volt-Auto-Batterie betrieben werden. Im Auto treten allerdings Spannungen bis ca 13,5 Volt auf! Am Vorwiderstand fällt maximal folgende Spannung ab: 13,5 V - 3,7 V (Spannungsabfall LED aus technischen Daten der LED) = 9,8 Volt. Jetz entnehmen wir den technischen Daten der LED den Nennstrom: 30 mA (= 0,03A) Mit diesen Werten können wir den Widerstand leicht berechnen: 9,8 Volt geteilt durch 0,03 = 326,66 Ohm. Der nächst passende genormte Wert ist 330 Ohm. Der Widerstand muß eine Leistung von 0,03 A x 9,8 Volt = 0,294 Watt verkraften können. Zum Einsatz sollte also ein Widerstand mit mindestens 1/2 Watt kommen.

3. Aufbau

Für den Aufbau empfehlen wir Ihnen, mechanisch alles gut zu fixieren, und beispielsweise bei fliegender Verdrahtung alles gut zu isolieren, z.B. mit Schrumpfschlauch (hier im Shop erhältlich), damit keine Kurzschlüsse auftreten. Nur so erhalten Sie eine optimale Betriebssicherheit. Hochwertige LEDs leuchten bis zu 100.000 Stunden, also über 11 Jahre ununterbrochen Licht! Einmal alles gut eingebaut und Sie müssen in der Regel nie mehr an Ihre Leuchte ran, sie funktioniert immer!

4. Arbeiten am KFZ

Außer an der Zündanlage vom Motor oder Xenon-Scheinwerfern treten gewöhnlich im KFZ keine hohen und damit gefährlichen Spannungen auf. Wirklich gefährlich ist es hingegen im Auto einen Kurzschluß zu produzieren. Die Autobatterie kann im Kurzschlussfall mühelos über 100 Ampere Strom liefern und jedes gelegte Kabel in Flammen aufgehen lassen. Bei einem Kabelbrand kann schlimmstenfalls das ganze Auto ausbrennen. Die Isolierungen der Kabel verbrennen zu beißendem Rauch, dringt dieser während der Fahrt in den Innenraum und versperrt die Sicht, können schwere Unfälle die Folge sein. Hier soll keine Panik verbreitet werden, ich möchte nur die Einsteiger unter den Heimwerkern vor groben Fehlern bewahren. Zu beachten sind eigentlich nur zwei Dinge:

A: Sicherung einbauen
Wenn man selber im Auto zusätzlich Kabel verlegt, einfach kurz hinter der Batterie (oder an der Stelle, wo man den Strom abgreift) eine entsprechende Sicherung einbauen. Die Sicherungsstärke so wählen, dass sie im Falle eines Kurzschlusses auch anspricht. Da LEDs ja fast keinen Strom brauchen, empfehlen wir einen Wert von 500mAT für bis zu 15 LEDs oder 1AT für bis zu 30 LEDs. Legen Sie Kabel mit mindestens 0,75 mm² Querschnitt. Kabel vernünftig mit Kabelbindern so verlegen, dass es nicht in bewegliche Teile vom Motor kommen kann und sich nirgendwo durchscheuern kann.

B: Kurzschluss an der Batterie vermeiden
Falls Sie direkt an der Batterie arbeiten, achten Sie darauf mit dem Werkzeug keinen Kurzschluss zu machen. Besonders tückisch ist der Fall, mit einem Schraubenschlüssel am Pluspol der Batterie zu arbeiten. Rutscht der Schlüssel gegen die Fahrzeug-Karosserie (Masse = Minus) entsteht ein sehr gefährlicher Kurzschluss! Daher einfach vor Arbeiten am Pluspol und der elektrischen Anlage immer erst die Masse-Verbindung lösen und als letztes wieder anklemmen.

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Text: Volker Schulz - mehr zum Lernen über LEDs unter Fachwissen