LED Austausch 11 Volt

[flugsaurier]

Moin!
Ich möchte gerne Superflux LEDs, die an einem 11 Volt Strang hängen, austauschen. Die 11 Volt sind vorgegeben ud nicht änderbar.
Die alten LEDs sind rasant schnell hintereinander gestorben, liegt wohl an dem original Aufbau (ohne Widerstände),
der wie folgt aussieht:


https://pl.vc/1g23yj

Wenn ich folgende Anleitung Reihen + Parallelschaltung von LEDs korrekt verstanden habe, dann handelt es sich um eine Reihen/Parallel Schaltung. Die Reihe ist pro Platine mit 4 LED
abgebildet und die 2 Platinen sind die Parallelschaltung - korrekt? Das Original hat übrigens 5 Platinen mit insgesamt 20 LEDs (war nur zu faul zum zeichnen).
Der Plan ist die LEDs nicht auszulöten sondern mit einer Lochrasterplatine die 5 Platinen inkl. Widerstand neu aufzubauen.

Seltsamerweise hat die Stromquelle nur 11 Volt, daher würde ich gerne wissen wie vorzugehen ist.
Als neue Superflux möchte ich gerne folgende nehmen: Nichia 50mA 3.1 Volt
Nichia würde ich nehmen bzgl. Haltbarkeit, die alten LEDs hielten grade mal 3 Jahr bei ca. 1 Stunde Nutzung am Tag

Da mir nur 11 Volt zur Verfügung stehen würden 4 LEDs a 3.1 Volt diese Vorgabe schon sprengen bzw. die LEDs wären nicht mehr so leuchtstark.
Kann ich statt 5 Platinen 10 einsetzen, um die Voltzahl möglicht bei 3.1Volt zu belassen?
..oder müsste ich dann mit 2 Volt rechnen oder kann ich die 11 Volt inkl. Widerstand ausnutzen... aber wie?
Pro LED 2.5 Volt einplanen bedeutet das 1 Volt über ist und hier müsste ich dann einen ?? Ohm Widerstand nutzen. ?? da ich nicht sagen kann wieviel mA die LEDs bei 2.5 Volt ziehen ?!

Bin auf Antworten gespannt.

Gruss vom flugsaurier

[R.Kränzler]

Mit zwei LEDs in Reihe (auch 3 LEDs würden bei 11 V noch gehen) kannst Du für 50 mA und 3,1 V einen Vorwiderstand ausrechnen so wie hier beschrieben:
viewtopic.php?f=34&t=20303

[flugsaurier]

3 LEDs ist so eine Sache, es sind jetzt ja immer 4 verbaut pro Platine und die benötige ich auch.
Sonst muss ich es halt aufsplitten auf, da ich insgesamt 20 LEDs benötige.

3 LED a 3,1 Volt = 9,3 Volt bedeutet ich benötige einen 34 Ohm Widerstand mit 0,085 Watt !?

Da es sicherlich diese Spezifikation nicht gibt wäre es nett wenn mir jemand von euch sagen könnte was für einen Widerstand ich hier einsetzen kann.

Wenn ich 3 LEDs nutze, um die 50mA der LEDs nutzen zu können dann sähen meine Platinen wie folgt aus (Farblich habe ich die 3 Paare hervorgehoben):

Platine 1: 3 + 1 LED
Platine 2: 2 + 2 LED
Platine 3: 1 + 3 LED
Platine 4: 3 + 1 LED
Platine 5: 2 + 2 LED für 2 LEDs benötige ich dann noch einen Widerstand mit 96 Ohm und 0,24 Watt

Habe ich das jetzt korrekt berechnet?

[Achim H]

3 LED a 3,1 Volt = 9,3 Volt bedeutet ich benötige einen 34 Ohm Widerstand mit 0,085 Watt !?
Da es sicherlich diese Spezifikation nicht gibt wäre es nett wenn mir jemand von euch sagen könnte was für einen Widerstand ich hier einsetzen kann.

Die Annahme, dass Du einen 0,085W Widerstand brauchst, ist falsch. Diese Leistung würde aufgrund von überschüssiger Spannung x Strom über den Widerstand vernichtet werden, der Widerstand sollte aber mehr Leistung haben. Je höher die Leistung, die der Widerstand maximal verkraften kann, desto kühler bleibt dieser, wenn er mit geringerer Leistung betrieben wird. Standard Kohleschichtwiderstände (Bauform: 0207) können typisch mit max. 0,25W belastet werden, Metallschichtwiderstände (gleiche Bauform) sogar bis 0,6W.

Einen 34 Ohm Widerstand gibt es nur in der E96-Reihe --> bedeutet: Metallschichtwiderstand und eventuell einen Shop suchen, der dieser Wert auch anbietet.
Der nächst höhere, aber gängige Widerstandswert sind 36 Ohm (E24-Reihe). Widerstände aus der E12- und E24-Reihe sind so ziemlich in jedem Elektronikshop erhältlich.

Typisch sollte der Widerstandswert stets auf einen gängigen Wert aufgerundet werden. Bei einem etwas höheren Widerstandswert wird der Strom durch die Leds etwas geringer ausfallen.
Im Gegenzug: bei einem etwas niedrigeren Widerstandswert wird der Strom durch die Leds etwas höher ausfallen. Ohne Rückrechnung auf den neuen Strom kann die Led überbestromt werden. Dadurch verringert sich in erster Linie nur die Lebenserwartung, kann aber soweit gehen, dass die Led innerhalb kürzester Zeit stirbt.

Rückrechnung auf den neuen Led-Strom
(11V - (3 x 3,1V)) / 36R =
11V - 9,3V = 1,7V
1,7V / 36R = 0,04722A --> 47,2mA.

Alternative:
Man kann 2 Widerstände parallel schalten.
Aus der E12-Reihe: 68R + 68R parallel = 34R.

Formel zum Berechnen von 2 (oder mehr) Widerständen parallel:
1/((1/R1)+(1/R2)+...)

[flugsaurier]

Super, vielen Dank für die exakte Erklärung, dann kann ich mir jetzt die emTeile raussuchen und anfangen zu basteln.

Eine letzte Frage, woran kann es gelegen haben das die alten LEDs allesamt sehr zeitnah gestorben sind?
Fehlende Widerstände, billig LEDs mit geringer Lebenserwartung? ...?

Soll ich das Thema als [gelöst] im Betreff abändern?

[Achim H]

Eine letzte Frage, woran kann es gelegen haben das die alten LEDs allesamt sehr zeitnah gestorben sind?

Herstellungsbedingt ist nicht jede Led gleich. Es ist somit nicht gesagt, dass eine Led bei einem gewissen Strom auch soviel Spannung benötigt. Die Werte aus einem Datenblatt sind nur für die vermessene Led gültig. In der Realität kann dieser Wert gleich, kleiner oder größer sein.
Wenn man sicher gehen möchte, müsste man die Led mit einer Konstantstromquelle betreiben und dessen Vorwärtsspannung messen.

Das Gleiche gilt auch für Widerstände, auch diese haben Toleranzen:
Link zu Elektronik-Kompendium: Werte der Widerstandsreihen E3 bis E96 und deren Toleranzen
Die in den Spalten dargestellten Widerstandswerte darfst Du mit dem Faktor 10, 100, 1.000, 10.000, usw. erweitern.

Nur als Beispiel:
Ein 100 Ohm Widerstand aus der E12-Reihe hat eine Toleranz von +/-10%.
Der Wert dieses Widerstandes darf zwischen 90 Ohm (-10%) und 110 Ohm (+10%) liegen.
Ende des Beispiels

Möchte man genauer arbeiten, dann sollte der Widerstand eine geringe Toleranz haben --> höhere E-Reihe.
Ich verwende sehr gerne Metallschichtwiderstände mit 1% (E96-Reihe) und 2% Toleranz (E48-Reihe). Metallschichtwiderstände sind etwas teuer als Kohleschichtwiderstände, dafür aber genauer und höher belastbar.
Preise @ Reichelt für jeweils 100 Stück: Kohleschicht (max. 0,25W) 1,90 EUR; Metallschicht (max. 0,6W) 2,50 EUR.
Messwiderstände mit 0,5% oder 0,1% oder noch geringer sind aber nicht nötig. Diese kosten ein vielfaches mehr.

Warum die Leds vorzeitig gestorben sind, kann auch an einer schlechten Wärmeableitung oder an einem schlechten Wärmeaustausch gelegen haben.

Möglich wäre auch, dass die Betriebsspannung nicht konstant ist/war. Und schon stimmt die Vorwiderstandsberechnung nicht mehr.

Möglich wäre auch, dass die Leds bereits vorgeschädigt waren, zum Beispiel durch zu lange Lötzeiten.

... usw.

Soll ich das Thema als [gelöst] im Betreff abändern?

Nein.
Es ist immer möglich, dass weitere Fragen (auch von anderen Forum-Usern) auftauchen.

[flugsaurier]

Habe jetzt mal nach der besten Möglichkeit geschaut, wie ich die alten LEDs ersetzen kann.

Der beste Ansatz (meiner Meinung nach) wäre dies in 2'er Gruppen zu machen, also jeweils 2 LEDs mit Vorwiderstand,
damit der Aufbau von 4 LEDs auf einer Platine besser zu handhaben ist.

Die neuen LEDs haben 3,1 Volt, 50mA und werden an 11 Volt mit unbekannter mA/A Zahl betrieben.

Fragen:

1. Ist die mA/A Angabe der Spannungsquelle wichtig zu wissen für meinen Aufbau?

2. Wenn ich 2 LEDs mit Vorwiderstand betreiben möchte so müsste der Vorwiderstand 96 Ohm haben korrekt?
Da ich keinen 96 OHm Widerstand gefunden habe denke ich sollte ein 97,6 Ohm mit 0,6 Watt auch sauber funktionieren,
es sind hier ja lediglich 0,08 Volt die zusätzlich verloren gehen.

3. Sollte ich lieber Exoyd oder Hartpapier als Lochplatine verwenden?

Besten Dank!

[Achim H]

Zu 1:
Die mA Angabe ist eine Strombelastung, die Batterien und Akkus nicht haben. Diese sind Stromlieferanten und haben daher eine mAh Angabe. Die mAh Angabe ist die maximal mögliche Kapazität (Strombelastbarkeit pro Zeiteinheit, gemessen in 1 Stunde --> englisch h für hour). Zum Berechnen eines Vorwiderstandes ist die mAh Angabe uninteressant. Sie ist aber relevant, wenn die Zeit berechnet werden soll, die die Leds leuchten können:
Kapazität / Strombelastung = Zeit
mAh / mA = h


Zu 2:
Mit einem etwas höheren Widerstand wird nicht mehr Spannung vernichtet, sondern der Strom durch die Leds verringert.

Formel zum Berechnen eines Vorwiderstandes
benötigte Faktoren:
UB = Batteriespannung oder die Spannung eines Netzgerätes
Ud = Led Vorwärts-/Durchlassspannung (falls mehrere Leds in Reihe verwendet werden sollen, dann auch die Anzahl der Leds mit dazuschreiben)
Id = Led-Strom [gemessen in Ampere]

Formel:
(Betriebsspannung - Led-Vorwärtsspannung) / Led-Strom = Vorwiderstand [gemessen in Ohm]

UB - Ud
---------- = R [Ohm]
Id [A]

Mit Zahlen:
11V - 2x 3,1V --> Punktrechnung geht vor Strichrechnung, daher wird die Summe der beiden Leds in Reihe zuerst ausgerechnet
----------------- =
0,05A

11V - 6,2V
-------------- =
0,05A

4,8V
-------- = 96R --> nächst erreichbarer Widerstandswert = 97,6R
0,05A

Rückrechnung auf den neuen Ledstrom
4,8V
-------- = 0,04918A --> 49,18mA
97,6R


Zu 3:
Hartpapier lässt sich einfacher bearbeiten (bohren, sägen, usw.).
Epoxyd ist ein Werkzeugkiller, aber stabiler als Hartpapier, dadurch auch teurer.

Den Bauteilen auf der Platine ist es egal wie sie ihren Strom erhalten. Der Strom wird über das Kupfer geleitet, welches sich auf dem Basisträger befindet.

[flugsaurier]

Danke für die Infos, dann passt es ja so wie ich es mir vorgestellt habe.
Vielen Dank für die kompetente Hilfe hier!!