Wagen beleuchten mit Elko, aber wie?

[Fahrdienstleiter]

Hallo zusammen,

ich versuche nun schon seid geraumer Zeit meine Elektronikkenntnisse zu verbessern. Das ist bei mir auch nicht weiter schwer, habe nämlich kaum welche.

Speziell verstehe ich nicht so recht wie ich die Wagenbeleuchtung aufziehen muss. Ich habe mir diverse Anleitungen durchgelesen und auch angeschaut. Immer sind sie aus meiner Sicht unterschiedlich, daher hier die Fragen an die Technikspezialisten.

Ich verstehe auch noch wofür die Elkos benötigt werden, als kurzfristigen Energiespeicher. In einer Anleitung habe ich gesehen das ein Gleichrichter eingebaut werden muss. Verstehe ich nicht, ich dachte ein Gleichrichter macht aus Wechselstrom Gleichstrom, hä?

Auch glaube ich noch zu verstehen und auch auszurechnen ob und in welcher Höhe ich eventuell einen Vorwiderstand benötige.

Mein Hauptproblem ist aber in welcher Reihenfolge ich welche Bauteile anbringen muss. Vielleicht könnt Ihr ja einen sauberen Schaltplan für mich skizzieren?

 

[azleipzig]

Den grundsätzlichen Aufbau einer Beleuchtungsleiste kannst Du etwa hier sehen.
Den Gleichrichter benötigst Du, um immer + und - an der richtigen Seite zu haben oder eben bei Digital dann Gleichspannung für die LEDs´. Den Kondensator kannst Du an die Anschlüsse + und - auf der Platine anschliessen.
Gruß
Andreas

 

[Der Schwarzwälder]

Hallo, eigentlich ist diese Thematik viel zu umfangreich um dies hier zu behandeln.
Wenn ich dir empfehlen darf, benutze lieber fertige Produkte, da brauchst du nur noch die Drähte an die Radkontakte an schließen.
Einen Gleichrichter benötigt man immer, wenn man mit LED arbeitet, weil die ja eine Anode und Kathode haben, also + und -, um das die LED in beide Fahrrichtung leuchten, wenn du deine Anlage analog betreibst. Auch der Elko ist polarisiert und hat einen + und einen - Anschluß.
Vorwiderstände kann man berechnen, aber als Faustformel kann man 1,2 kOhm bei roten LED verwenden und für Weise ab 2 kOhm und höher das hängt von der Helligkeit dann ab, die man haben will.
Zur Beschaltung der Bauteile, gibt es verschiedene Varianten.
Ich denke das du dir Literatur besorgt und dich belesen solltest, bevor du anfängst was zusammen zu löten.
Bitte nicht böse sein, aber ein gewisses Grundwissen sollte man schon haben.

 

[jörg62]

Zum grundlegenden Verständnis sollte beispielhaft vielleicht >das hier< dienen können

 

[amazist]

Einfachstes Beispiel
>https://abload.de/img/led_15xkg4.jpg<
Im Analogbetrieb - R1 ist nicht zwingend erforderlich. Er dient der Einschaltstrombegrenzung bei der Verwendung digitaler Stromversorgungsgeräte.
>Vorwiderstandsrechner< für Led gibt es im Internet.
Spannung eingeben, Led Strom eingeben, Farbe wählen - errechne klicken.
Gilt für Standard Leuchtdioden. Daten spezieller Led entnimmt man dem Datenblatt, welches jeder gute Händler passend zum Bauteil als Download zur Verfügung stellen sollte.

 

[Thorsten]

R1 ist nicht zwingend erforderlich. Er dient der Einschaltstrombegrenzung.

Kennst du die RCN-530? http://normen.railcommunity.de/RCN-530.pdf

Thorsten

 

[amazist]

Für mich als Analogfahrer ist er uninteressant - denn ich drehe den Fahrstromsteller langsam.
Da hat der Elko genug Zeit sich aufzuladen. Für Digitalbahner ist Dein Einwand sicherlich richtig, für andere nicht.
Ein Goldcap mit hoher Kapazität kann in der einfachen Schaltung nicht eingesetzt werden, da die meisten nur 5,5V vertragen.
Also bleiben Elkos - was man da mit 25 bzw. 35V Spannungsfestigkeit unterbringen kann dürfte um die 220 bis 470my liegen.

 

[Fahrdienstleiter]

Einfachstes Beispiel
>https://abload.de/img/led_15xkg4.jpg<
Im Analogbetrieb - R1 ist nicht zwingend erforderlich. Er dient der Einschaltstrombegrenzung bei der Verwendung digitaler Stromversorgungsgeräte.
>Vorwiderstandsrechner< für Led gibt es im Internet.
Spannung eingeben, Led Strom eingeben, Farbe wählen - errechne klicken.
Gilt für Standard Leuchtdioden. Daten spezieller Led entnimmt man dem Datenblatt, welches jeder gute Händler passend zum Bauteil als Download zur Verfügung stellen sollte.

Vielen Dank für den Schaltplan.

Würde das aber nicht für mich als Digitalbahner heißen, dass ich den Gleichrichter direkt nach der Stromaufnahme einbaue, dann einen entsprechenden Vorwiderstand und dann, so wie ich mir das gedacht hatte, ein Stück eines LED Strips, dann noch den Elko parallel vor den LEDs. Was ich da an LED Strips gesehen hatte werden die meist mit 12 V betrieben. Der Vorwiderstand würde dann auf 12 V oder etwas mehr runter regeln. Das wär es doch, oder?

 

[ateshci]

Die Leuchtdioden haben eine viel geringere 'Brennspannung' als 12V. Käuflich erhältliche LED-Strips sind so abgestimmt, dass sie diese durch entsprechende Parallel/Serienschaltung und Vorwiderstand erreichen. Ein LED Strip für Digitalbetrieb ist anders aufgebaut als einer für Analogbetrieb (weil der schon bei ~5V leichten soll ). Mache Dich erst mal über die eingesetzten Bauteile und ihre Funktion /Verschaltung hier schlau.

 

[Der Schwarzwälder]

Die Strips haben Widerstände drauf, die aber ja nur für 12V ausgelegt sind, wenn du 14 oder gar 16 Volt Digital Spannung an der Schiene anliegen hast, dann muß da noch mals ein Wiederstand in Reihe zu den LED's rein. Wenn du mit den 12 Volt Strips arbeiten willst und du 16 Volt an der Schiene hast, muß der Elko für mindestens 25 Volt ausgelegt sein.
Ich hätte dir ja schon meine Beleuchtungsplatine angeboten, die man sich selbst löten kann und die Kürzbar ist, aber ich habe momentan keine mehr da. Diese Platine habe hier im Board schon einige verbaut. Wenn du die hättest, dann wären deine Sorgen auf einmal erledigt. Diese beinhaltet eine Spannungsregelung auf 5 Volt und man kann somit einen Goldcap Elko da anlöten, der dann auch mit einer Ladeschaltung versehen werden kann, neuste Variante und Rücklicht wäre auch noch möglich.
Die wurde schonmal von mir vorgestellt. Geliefert wird nur die Platine und eine Lötanleitung, die Bauteile muß man sich selbst kaufen. Sie ist Kürzbar bis zur länge von vierachsiger Rekowagen.
Im Bild ist die letzte Variante zu sehen, es gibt eine neue, aber die habe ich eben noch nicht fertigen lassen.

 

[amazist]

Genau - analog hat jede Led einen eigenen Vorwiderstand damit bereits bei geringen Betriebsspannungen eine ausreichende Beleuchtung vorhanden ist.
Das zu hell werden verhindert dann ein 5V Festspannungsregler oder eine andere geeignete Schaltung wie bei Deiner Leiste.

Bei Digital ist ja immer eine Spannung von z.B. 14 V am Gleis, somit können auch Led in Dreiergruppen in Reihenschaltung mit einem gemeinsamen Vorwiderstand verwendet werden - bei richtiger Berechnung / Ergänzung kann auf eine weitere Stabilisierung verzichtet werden. Somit kann man da auch "Meterware" verwenden, bei der aller 3/6/9 Led ein Schnitt gemacht werden kann. Das ganze mit einem Brückengleichrichter, Elko und 100 ohm Ladewiderstand ergänzen.

Diese beinhaltet eine Spannungsregelung auf 5 Volt und man kann somit einen Goldcap Elko da anlöten

Dazu beachtet bitte folgendes: Wenn man am Ausgang eines Festspannungsreglers einen Goldcap anlötet kann beim Ausschalten oder beim Ausgleisen und somit schlagartigem Betriebsspannungsverlust auf der Ausgangsseite mit 5V bereits eine höhere Spannung als am Eingang vorhanden sein.
>Bei sehr vielen angebotenen Schaltungen vermisse ich eine Diode D1 über dem Festspannungsregler von A zu E<, die diesen Fall unterbindet. Die (in dem Fall im Goldcap gespeicherte) Reglerausgangspannung darf nie höher als der Reglereingang sein!
>"Die überlebenswichtige Rückflussdiode"< Im Link etwas nach unten scrollen
Bei "Normalberieb" in einem Netzteil hat man vor dem Regler meist einen größeren Elko als danach. Dort tritt bei ausreichender Last dieser Fall selten bis kaum auf, wohl aber bei der Modellbahn wenn hinter dem Regler eine sehr hohe Kapazität angeschlossen wird und es zu plötzlichen Unterbrechungen in der Spannungszufuhr kommt.
Die Diode kostet wenige Cent und es macht weniger Arbeit diese gleich mit vorzusehen als irgendwann wieder einmal den ganzen Wagen demontieren zu müssen oder ein verformtes Dach zu haben.

Wenn man im Link noch weiter nach unten scrollt findet man auch noch ergänzende Hinweise zum Ensatz von Tantalelkos bzw. warum man diese eher nicht als Siebkondensatoren oder mit genügender Spannungsreserve verwenden sollte.

 

[Der Schwarzwälder]

Mir ist es ja egal, was ihr macht, aber die von mir gezeigte Platine kann man für Analog und Digital verwenden, nur einzig bei Verwendung eines Funktionsdecoders zum ein- und ausschalten der Beleuchtung, muß man ein Bauteil austauschen. Ich kann nur empfehlen LED nicht in Reihe zu schalten, rein aus Erfahrung heraus, ob ihr das macht, ist euer Ding, aber gewisse Dinge sollte man einfach beachten.

 

[amazist]

Da gebe ich Dir recht, aber solche Strips wo sich 3 Led in Reihe mit einem Vorwiderstand befinden werden zu Hauf angeboten. Auch fehlt bei diesen"Angeboten" oft der Gleichrichter und die Freude daran dauert deshalb meist nicht lange. Für Analogfahrer sind diese absolut ungeeignet da sich bei einer Reihenschaltung ja die Flussspannungen aufsummieren. Außerdem gehen bei Defekt einer Led in der Reihenschaltung gleich alle 3 in einem Strang nicht mehr.
Gegen den Digitalbetrieb spricht bei diesen "Schnäppchen" ebenfalls die fehlende Gleichrichtung die separat ergänzt werden muss.
Parallel mit eigenem Vorwiderstand je Led ist eindeutig die bessere Wahl und wird von den meisten Herstellern ja auch so angeboten. Die Edelmarken spendieren dem ganzen noch einen Festspannungsregler oder Konstantstromquelle.
Aber an die Schutzdiode über dem Spannungsregler sollte man schon denken.

 

[TT-Sheepy]

Hallo amazist,
die Schutzdiode über dem Spannungsregler habe ich noch nie eingebaut und sie ist m.E. bei Linearreglern mit 3..5V-Ausgang unnötig. Das Datenblatt des 7805 meint dazu:

"Application with high capacitance loads and an output voltage greater than 6 volts need an external diode [...] to protect the device against input short circuit. In this case the input voltage falls rapidly while the output voltage decrease slowly. The capacitance discharges by means of the base-emitter junction of the series pass transistor in the regulator. If the energy is sufficiently high, the transistor may be destroyed. The external diode by-passes the current from the IC to ground." (data sheet L78 von STMicroelectronics)

Ich habe aber auch immer ein C~10uF am Eingang des Reglers, so dass in Verbindung mit der Gleichrichtung kurze Spannungsdrops auf der Schiene nicht bis zum Regler durchkommen. Die Schutzdiode würde den (fast) perfekten Flackerschutz, den man mit einem Spannungsregler + Goldcap erreicht, zunichte machen. Und das beliebte minutenlange Nachleuchten der Waggonbeleuchtung, nachdem man die Anlage schon ausgeschaltet hat, wäre auch dahin

Gruß,
Tom

 

[framo]

@TT-Sheepy : so ist es.

 

[Der Schwarzwälder]

Sieht man auch auf meiner Platine, wie das aufgebaut ist.
Ich stimme Tom zu.

 

[amazist]

Mir ist es ja egal, was ihr macht, aber ....

Mir auch.
Ich mach es jedenfalls so. Was man zu DDR Zeiten bei Bauteilknappheit gelernt hat kann so falsch nicht sein.
Rückwirkungen ausgeschlossen + lange Nachleuchtzeit. (Gleichrichter und Led + R dazudenken)

Und wenn schon aus den Datenblättern zitiert wird - das geht auch in deutsch.

"Die Anwendung mit hohen Kapazitätslasten und einer Produktionsstromspannung größer als 6 Volt braucht eine Außendiode [...], um das Gerät gegen den Eingangskurzschluss zu schützen. In diesem Fall fällt die Eingangsstromspannung schnell während die Produktionsstromspannungsabnahme langsam. Die Kapazität entlädt sich mittels des Grundemitter-Verbindungspunkts des Reihe-Pass-Transistors im Gangregler. Wenn die Energie genug hoch ist, kann der Transistor zerstört werden. Die Außendiode umgeht den Strom vom IC, um sich zu gründen."
(heißt in etwa ...leitet diesen Strom am IC vorbei. Online Übersetzer sind auch nicht der Weisheit letzter Schluss.)

Unter 6 V schadet es aber auch nicht und man ist vor allen Eventualitäten geschützt. Die 10 Cent sind's mir wert.
Preiswerter als ein thermisch verformtes Dach.

 

[WolfgangTT]

Die Schutzdiode würde den (fast) perfekten Flackerschutz, den man mit einem Spannungsregler + Goldcap erreicht, zunichte machen. Und das beliebte minutenlange Nachleuchten der Waggonbeleuchtung, nachdem man die Anlage schon ausgeschaltet hat, wäre auch dahin

@TT-Sheepy : so ist es.

Würde und Wäre.
Habt ihr es auch schon mal mit dieser Schutzdiode praktisch probiert?
Diese Diode hat keinen Einfluß auf den Flackerschutz und auf das Nachleuchten.

Viele Grüße Wolfgang

 

[Der Schwarzwälder]

Hallo Wolfgang.
Ja ich habe meine Platine zu Versuchszwecken mit Lochstreifenplatinen aufgebaut und die Spannungsregelung separat, bevor ich mit SMD Bauteilen handierte. Der Spannungsregeler hat Masseverbindung, die Schutzdiode von Masse zum nicht geregelten Spannungseingang und die Wirkung des Elko wird schlagartig aufgehoben, wenn man die Spannung ausschaltet. Ich wusste Anfangs nicht warum dies passiert, da ja eigentlich die Sperrdiode am geregelten Ausgang dazwischen ist und Rückwärts nicht über den Regler fließen kann. Nach dem ich die Diode weg ließ, leuchteten die weisen LED gut 3 Minuten nach, rote sogar bis zu fast 10 Minuten. Seitdem bau ich diese Schutzdiode nicht mehr ein und einen Schaden hatte ich noch nie zu beklagen, die Züge sind auf Ausstellungen 8 Stunden unter Spannung gewesen und wenn der Elko mal aufgeladen ist, braucht meine Platine voll mit 13 LED bestückt, 10 bis 12 mA und beim Einschalten der Spannung mit aufladen des Elko, 24 mA.
Der Spannungsregeler kann 100 mA max und im dauer Betrieb wird der nicht mal Handwarm.
Also alles unter harten Modellbahn Einsatzbedingungen getestet.

Grüße Torsten.

 

[ateshci]

Wer trotzdem Schiss hat, kann ( unter Verlust von ca. 0,6..0,7V ) eine Diode in Serie zum Ausgang des 5V-Reglers schalten, Dann sind alle Reichsbedenkenträger zufriedengestellt.

 

[amazist]

Genau >https://www.tt-board.de/forum/threads/wagen-beleuchten-mit-elko-aber-wie.57432/#post-1149148

 

[WolfgangTT]

Ja ich habe meine Platine zu Versuchszwecken mit Lochstreifenplatinen aufgebaut

Ja Torsten, daß Du die praktische Erfahrung hast, weiß ich.
Habe bei meinen Ausführungen nicht bedacht, das manche ohne die von amazist angegebene zusätzliche Schutzdiode arbeiten.
Deine Schaltung ist gut für die Verwendung von Goldcaps.
Ich arbeite ohne Goldcaps, sondern mit Grätzgleichrichter, max. 500myF Elko, Konstantstromquelle BCR401U mit 10mA und 8... 10
parallelgeschalteten SMD- LEDs weis.
Hat den Vorteil, daß die LEDs schon ab 4,5V Gleisspannung leuchten.
Bin auch sehr zufrieden damit.

Viele Grüße Wolfgang

 

[TT-Sheepy]

Würde und Wäre.
Habt ihr es auch schon mal mit dieser Schutzdiode praktisch probiert?
Diese Diode hat keinen Einfluß auf den Flackerschutz und auf das Nachleuchten.

Hallo Kollegen,
ja, ich hab es mit der Schutzdiode probiert und den beschriebenen Effekt auf den Flackerschutz gesehen. Allerdings hab ich auch die zweite Diode nach dem Spanungsregler nicht drin, die die Rückspeisung verhindert. Ich verwende die hier schon oft beschriebenen Leisten von hufing, wo ich das Potentiometer einfach durch einen L78L33/05 oder LP2950 (3.3 oder 5V) ersetze. Bisher sind die im Betrieb noch nie kaputt gegangen.

Im Analogbetrieb haben die LP29 (low dropout-Regler) ja den Vorteil, dass die Beleuchtung bis zu einer sehr niedrigen Eingangsspannung herunter funktioniert. Da verliert man mit einer zusätzlichen Diode in Flußrichtung schon wieder 0.7V. Im Digitalbetrieb hat die oben gezeigte Schaltung dagegen sicher keinerlei Nachteile.

Gruß,
Tom

 

[ateshci]

Was nicht berücksichtigt wird, ist, dass der Gleichrichter einen Rückfluss aus dem Speicherelko der 5V-Seite bei Gleiskurzschluss verhindert. Im IC kann kein Schaden angerichtet werden, da der Eingangsfilterkondensator sofort die gleiche Spannung annimmt und deshalb über den NPN-Transistor kein schädlicher Strom in Gegenrichtung fließen kann. Also, wie war das mit dem Kaiser?

Nachtrag - mal 'eben schnell' nachgemessen(10:17h):
Selbst bei einer Diode über den IC bleibt die Nachleuchtdauer bei Kurzschluss der Einspeisung erhalten! Dabei spielt es keine Rolle, ob ein 7805 ( für Analog nicht wirklich brauchbar wegen der 3V Differenz) oder ein LM2940 (PNP-Längstransistor ) verwendet wird. Diese berichteten Flackereien können nur auf defekte Bauteile im Speisebereich oder Benutzerdummheit beim Verschalten zurückzuführen sein.
Zitat von Ebenezer Murphy (Vater des Begründers des M.-schen Gesetzes):"Kaum macht man's richtig. -schon geht's"

 

[WolfgangTT]

Heizer,
schade, daß man nur eine Bewertung vergeben kann.
Ich gebe Dir hiermit ein "volle Zustimmung" und ein "sehr Informativ".

Viele Grüße Wolfgang