Hallo Rainer, hallo alle anderen Leser,
Rainer, ich vermute mal, Du wirst das weniger brauchen, aber eventuell ist das für die vielen Leser hier im Forum interessant. Meine Erfahrung ist, daß sich viele, die mit Elektronik nicht viel am Hut haben, sehr ungern LED's einsetzen. Deshalb meine Idee, das einmal kompakter darzustellen. Hoffe es ist verständlich. Vollständig noch nicht wirklich, da gibt es noch Nachschlag.

Vorwiderstand bei LED’s berechnen
Leuchtdioden sind aus dem Krippenbau nicht mehr wegzudenken. Sei es für Beleuchtung von Häusern, Lampen oder Lagerfeuer. Oft stellt sich dann die Frage, wie schließe ich die eigentlich richtig an, oder wie groß muß der Vorwiderstand werden.

Wie sagte das Lehrer Bömmel (Feuerzangenbowle) so nett: „Da stellen wir uns mal ganz dumm“.

Leuchtdioden, meist kurz LED’s genannt sind Halbleiterbauteile, wie „normale“ Dioden auch. Wird eine gewisse Spannung an die LED gelegt und ein Strom fließt fängt die LED an zu leuchten.
Leuchtdioden sind zweipolig. Die Anode (+ ) und die Kathode (- ). Die Anode erkennt man an einem etwas längerem Anschlußdraht. Die Kathode an dem größeren inneren Teil der LED und an der abgeflachten Seite des Gehäuses. Die Anode wird mit dem Pluspol der Batterie, Akkus oder Netzteil verbunden. Die Kathode mit dem Minuspol bzw. der Masse.
Ganz so simpel ist der Anschluß aber dann doch nicht.
LED’s „vertragen“ nicht wirklich viel Strom, deshalb muß dieser begrenzt werden. Das erreicht man mit einem Vorwiderstand. Ob dieser Widerstand nun „vor“ oder „nach“ der LED eingebaut wird, ist egal.
LED's richtig anschliesen Standa10
Wieviel Strom „vertragen“ nun LED’s? Die maximal zulässige Stromstärke die durch eine LED fließen darf beträgt 20 mA. Dies gilt im Grunde für alle Farben. Allerdings gibt es (natürlich) auch LED’s die mehr Strom aushalten (z.B. Blaue und UV). Man sollte aber auch nicht unbedingt die maximale Stromstärke ausnutzen. Meist sind die LED’s schon bei weit weniger Strom hell genug.
Hier muß dann auch etwas experimentiert werden. Wie hell brauche ich eigentlich die LED? Immerhin laufen die meisten Modelle oder auch Dioramen mit Akkus. Wenn nun eine größere Anzahl an LED’s verwendet werden, kann eine z.B. Halbierung der maximal möglichen Stromstärke die Akkulaufzeit durchaus verlängern.
Wie schon erwähnt, dient der Vorwiderstand als „Bremse“ für die Stromstärke die durch die LED fließt. Aber wie berechne ich den? Hier kommt das „Ohmsche Gesetz“ zu Einsatz. Das vergessen wir auch gleich wieder und merken uns den Namen eines Schweizer Kantons mit drei Buchstaben (typische Frage bei Kreuzworträtsel Wink ).
Die Antwort ist „URI“.
U steht für die Spannung, R für den Widerstand und I für die Stromstärke .
Wenn man das nun wie folgt schreibt,...

U
-------
R x I

... haben wir eine kleine mathematische Formel, mit der man nun „kreuz und quer“ die notwendigen Werte berechnen kann.
Die Spannung ergibt sich aus der Multiplikation von Widerstandswert und der Stromstärke.
U = R x I
Den Widerstandswert ergibt sich aus der Division von Spannung und Stromstärke.
R = U / I
Die Stromstärke ergibt sich aus der Division Spannung und Widerstandswert.
I = U / R

Um nun den Widerstandswert des Vorwiderstandes berechnen zu können, brauchen wir zwei Werte. Die gewünschte Stromstärke und die Spannung, die am Widerstand „abfallen“ soll. Die Stromstärke legen wir nach unserem Wunsch fest (kleiner als maximal erlaubt, z.B. 10 mA). Für den Spannungswert brauchen wir noch einen Zwischenschritt.
Damit die LED anfängt zu leuchten, benötigt sie einen bestimmten Spannungswert (Schwellenspannung). Die findet man im Datenblatt der verwendeten LED.
Hier mal ein paar typische Daten für verschiedene LED’s ( sicherer ist es, im Datenblatt nachzuschauen).

Der zweite Teil:

Berechnung der notwendigen Verlustleistung des Vorwiderstands
Mit der Berechnung der Widerstandsgröße, ist eigentlich das meiste erledigt. Man hat den Widerstandswert und einen (vielleicht) etwas größeren in der Krabbelkiste gefunden. Nun stellt sich aber die Frage, kann ich den jetzt einfach einlöten und alles ist gut?
Die Antwort ist, wie üblich, ja und nein. Was wir noch nicht wissen , ist die maximal möglich Leistungsaufnahme die dieser gefundene Widerstand hat bzw. wie groß diese Leistungaufnahme sein muß.
Wenn ein Strom durch einen Widerstand fließt, wird Energie verbraucht, der Widerstand wird warm. Denkt nur einmal an einen elektrischen Heizofen. Das ist das gleiche Prinzip, nur in einem etwas größeren Maßstab.
Nun darf aber der Widerstand nicht zu heiß werden, da er sonst kaputt geht. Oder im Modellbau den verwendeten Kunststoff verformen können.

Diese Leistungsaufnahme nennt man auch Verlustleistung (P). Das ist der Wert, den unser Widerstand aushalten muß. Er berechnet sich aus der Spannung die an diesem Widerstand abfällt und der durch ihn fließenden Stromstärke. Das Ergebnis ist die Verlustleistung in Watt.

Verlustleistung = Spannung am Widerstand multipliziert mit der tatsächlicher Stromstärke
P = U x I

Bleiben wir bei unserem Beispiel:
Wir hatten berechnet, dass wir einen Vorwiderstand von 340 Ohm brauchen. An diesem gibt es einen Spannungsabfall von 3,4 V bei 10 mA.

Die Verlustleistung wäre demnach
P = 3,4 V x 10 mA
P = 3,4 V x 0,01 A
P = 0,034 W

Unser Vorwiderstand muß in diesem Fall „nur“ 0,034Watt aushalten. Aber, ich hatte ja geschrieben, dass die tatsächliche Stromstärke zur Berechnung herangezogen werden muß. Da wir aber einen Widerstand mit 360 Ohm „gefunden“ haben, stimmt dieser vorgegebene Wert der Stromstärke nicht mehr. Was tun?
Kein Problem, man kann die notwendige Verlustleistung auch mit Hilfe des Widerstandswertes und der Spannung berechnen.

Die Formel dazu lautet dann:
G = U² / R

Dann ergibt sich
P = 3,4² V / 360 Ohm
P = 11,56 / 360
P = 0,032 W

Man sieht, der Unterschied kann man eigentlich vernachlässigen. Und da wir ja (grundsätzlich) den nächst höheren Standard Widerstandswert nehmen ist die nötige Verlustleistung des Widerstandes immer kleiner als die mit Spannung und angenommenem Strom berechnete. Im Grunde muß man sich die zweite Formel nicht antun.

Wie oder woran erkenne ich nun die maximal mögliche Verlustleistung meines gefundenen Widerstands?
Das ist leider nicht so einfach. Dieser Wert ist in den seltensten Fällen auf dem Widerstand ablesbar. Meistens bei den sehr „dicken“ Widerständen. Im Grunde hilft da nur ein Blick in ein Datenblatt.
Mit der Zeit kann man bei Drahtwiderständen diesen Wert an der Größe erkennen. Diese Drahtwiderstände gibt es zwischen 0,1 W und 5 W.
Bei einer einfachen LED Beschaltung mit einem Vorwiderstand reicht in den meisten Fällen ein ¼ Watt Widerstand aus.
Muß eine LED an eine höhere Spannung (z.B. 24V oder 48V) angeschlossen werden, empfiehlt sich auf jeden Fall eine Berechnung der notwendigen Verlustleistung.
Es ist auch kaum möglich typische Abmessungen anzugeben, da es auch viel unterschiedliche Bauformen und Materialien gibt. Man kann auf den Webseiten der Anbieter von elektronischen Bauteilen meistens nachschauen welche Abmessungen einzelne Widerstandstypen haben. Die andere Variante wäre die „Fingerprobe“. Anschließen, und wenn der Widerstand warm wird lieber einen dickeren nehmen.
Für SMD Widerstände (das sind die gaaaanz kleinen Flachen) gibt es zum Glück Tabellen mit Größenbezeichnung, Abmessung und typ. Verlustleistung.

Zum Beispiel auf Wikipedia : https://de.wikipedia.org/wiki/Widerstand_(Bauelement)
Dann nach unten scrollen.

Viele Grüße Heimo

Hallo Heimo,

ich ziehe den Hut für diesen Beitrag! Eine echte Bereicherung für das Forum! Denn nicht jeder kennt sich mit LED`s und der Berechnung von Widerstand, Spannung, Leistung usw so gut aus, das er gleich in die " Vollen " gehen kann... ich habe dieses ganze vor gut 40 Jahren einmal gelernt ( Elektriker ) und damit fast kein Problem . Wenn es welche gibt, dann hole ich das alte Fachbuch für " Fachrechnen " aus der Schublade..... Aber meistens kaufe ich fertige LED`s für eine Spannung von 3,5 - 4,5 Volt die keinen Vorwiderstand brauchen oder dieser schon mit verbaut ist. Damit habe ich in den vergangenen Jahren gute Erfahrungen gemacht.

Grüße aus Aichach

Rainer

Hallo Rainer,
danke für die Blumen .
Mal schauen, habe da noch die ein oder andere Idee für eine Fortsetzung.
Viele Grüße Heimo