Flexible LED-Streifen bequem anschließen

Lukas Muth, Produktmarketing Combicon, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg

Eine neue Generation von flexiblen LED-Streifen erreicht mittlerweile mit einem hohen Systemwirkungsgrad eine Lichtausbeute von 160 Lumen/Watt. Die Kataloge der Hersteller von vor zwei Jahren gaben noch eine Lichtausbeute von 100 Lumen/Watt an. Allein dieser Vergleich zeigt, dass die rasante Entwicklung dieser Leuchtmittel anhält. Nicht ganz so schnell vollzieht sich allerdings die Entwicklung bei der Anschlusstechnik für die LED-Streifen.

Betrachtet man den Siegeszug der Glühlampe seit ihrem Aufkommen gegen Ende des 19. Jahrhunderts, wird schnell deutlich, wie eine spektakuläre neue Beleuchtungstechnik die Welt verändern kann. Obwohl die ersten Glühlampen noch unzuverlässig waren und eine Lebensdauer von weit unter 1000 Stunden hatten, konnten sie sich auf breiter Front durchsetzen. Den Nachteil ihrer kurzen Lebensdauer kompensierten sie durch ihre einfache Austauschbarkeit. Denn die Anschlusstechnik der Glühlampe ist so einfach und durchdacht, dass auch Laien rasch einen Glühbirnenwechsel vornehmen können.

Am Beispiel der Glühlampe wird deutlich, wie wichtig bei neuen Leuchtmitteln die richtigen Anschlussverfahren sind. Flexible LED-Streifen werden mittlerweile in vielen unterschiedlichen Beleuchtungslösungen eingesetzt – etwa zur Fassaden-Akzentbeleuchtung oder zur indirekten Deckenbeleuchtung. Renommierte Hersteller haben die LED-Streifen inzwischen auf ein hohes technisches Niveau gehoben, das viele Ansprüche erfüllt. Die flexiblen LED-Streifen aus neueren Fertigungsserien sind farbkonstant und bieten einen einheitlichen und klaren Farbeindruck. Neben der hohen Lichtausbeute und der ausgewogenen Lichtverteilung sind die LED-Streifen robust und langlebig. Daher haben flexible LED-Streifen konventionelle Leuchtmittel in zahlreichen Anwendungsbereichen bereits ersetzt.

Bei den konventionellen Leuchtmitteln können Entwickler und Designer auf etablierte Fassungen und Halter zurückgreifen: etwa G1-Aufbaufassungen für T8- Leuchtstofflampen oder E27-Fassungen für Glühlampen mit E27-Sockel. Damit ist die mechanische und elektrische Anbindung an die Beleuchtungslösung problemlos möglich. Für die flexiblen LED-Streifen haben sich leider noch keine derartigen Fassungen und Halter etablieren können. Die empfindlichen flexiblen LED-Strips werden meist in Längen zwischen fünf und zehn Meter auf Spulen gewickelt ausgeliefert, qualitätsbewusste Hersteller achten noch zusätzlich auf eine ESD-gerechte Verpackung. Die Streifen sind auf der Unterseite mit einer selbstklebenden Schicht versehen und in mehrere Segmente aufgeteilt. Zwischen zwei Segmenten ist eine Markierung aufgebracht, so dass der LED-Streifen dort mit einem einfachen Schneidewerkzeug getrennt werden kann (Bild 2).

Vor dem Einbau wird die benötigte Länge von der Rolle abgewickelt, in den markierten Bereichen abgeschnitten und als Leuchtmittel in die Leuchte eingeklebt. Durch die Klebeschicht ist der Streifen mechanisch mit der Beleuchtungslösung verbunden. Bei der elektrischen Anbindung können die Anwender jedoch noch nicht auf gängige Anschlussverfahren und Systeme zurückgreifen – hier wünschen sich viele Leuchtenhersteller eine bessere Anschlusstechnik.

Mit der historischen Glühlampe haben die heutigen flexiblen LED-Streifen nur noch wenig gemein. Zudem unterliegt die Anschlusstechnik heutiger LED-Streifen ganz anderen Anforderungen. Durch die hohe Lebensdauer von mindestens 50.000 Stunden liegt der Fokus nicht mehr auf einer raschen Austauschbarkeit des Leuchtmittels, sondern auf der Sicherheit sowie auf dem bequemen Anschluss bei der Montage in der Leuchte.

Traditionell erfolgt die Einspeisung der LED-Streifen über das Anlöten von Leitern an die Löt-Pads, die sich an den Trennstellen befinden (vgl. Bild 2). Allerdings ist bei diesem Verfahren in der Serienfertigung einiges zu beachten. Eine wichtige Rolle spielen hier die ESD-Richtlinien. Denn elektrostatische Entladungen sind bei integrierten Schaltkreisen auf Halbleiterbasis – um solche handelt es sich bei den LED-Streifen – eine der häufigsten Ausfallursachen. Besonders empfindlich sind LEDs, die nur Sperrspannungen von 5 bis 30 V vertragen. Die Sperrspannung bezeichnet die maximale Spannung, die eine LED bei der Verpolung oder auch durch eine elektrostatische Entladung verkraftet. Daher ist bereits beim Anlöten von Leitern auf die Löt-Pads auf ESD-Schutz zu achten. Während des Lötprozesses müssen außerdem Lötdauer und Löttemperatur präzise eingehalten werden, um Schäden in den Schaltkreisen zu vermeiden. Zudem ist eine hohe Fingerfertigkeit erforderlich, um auch RGB-Streifen mit kleinen Lötspitzen zu verbinden. Denn die Löt-Pads sind oft nur eineinhalb Millimeter breit und liegen dicht nebeneinander (Bild 3). Hier muss bei manueller Fertigung gründlich und sorgfältig gearbeitet werden, um eine sichere Verbindung herzustellen, die mindestens 50.000 Stunden halten soll.

Helfen würde es den Leuchten-Herstellern, wenn sich – wie bei den konventionellen Leuchtmitteln – auch für die Flex-LED-Streifen eine Art System mit Sockel und Fassung etablieren würde. Ein derartiges System müsste – wie bereits beschrieben – bequem und sicher bedienbar sowie langlebig sein, und zudem beim Löten nur einen geringen Bauraum beanspruchen. Wie bei den konventionellen Leuchtmitteln sind dabei die geltenden Normen in Betracht zu ziehen. Gerade die flexible Beschaffenheit der LED-Streifen stellt an ein solches System hohe Anforderungen. Aus Sicht eines Anschlusstechnikers wäre es ideal, wenn sich an jeder potenziellen Trennstelle eine Anschlusslösung befände. Allerdings würde diese Anforderung die Streifen erheblich verteuern. Daher wird eine Lösung benötigt, die direkt an der gerade getrennten Stelle eine Verbindung herstellt.

Für diese Anforderung hat Phoenix Contact ein Direktstecksystem entwickelt, das sich so gut wie möglich an ein Sockel-/Fassung-System anlehnt. Als Sockel oder Anschlussfläche bei den LED-Streifen fungiert dabei der Bereich auf der Leiterplatte, der für die Löt-Pads vorgesehen ist (vgl. Bild 3).

In diesem Bereich definiert dann der Streifen-hersteller die Geometrie der Löt-Pads – in der Praxis finden sich hier je nach Streifentyp zahlreiche unterschiedliche Geometrien. Auch die Anzahl der Anschlüsse variiert. So genügen für Weißlicht meist schon zwei Anschluss-Pads für einen Plus-/Minus-Anschluss. Die RGB-Led-Streifen, die durch das Mischen der Grundfarben Rot, Grün und Blau im Prinzip jede Farbe erzeugen können, benötigen vier Anschluss-Pads (RGB+). Je nach Design und Auslegung des Leuchtstreifens unterscheiden sich auch die Streifenbreiten. Zur Zeit werden häufig acht und zehn Millimeter breite Streifen verwendet, für die jeweils vier mögliche Kontakt-Pads vorzusehen sind (vgl. Bild 3).

Nachdem die Sockelseite definiert ist, dient – um bei der Glühlampen-Analogie zu bleiben – ein Direktstecksystem als Fassung. Das Stecksystem, das kaum breiter ist als der Streifen selbst, ermöglicht den Anschluss des flexiblen LED-Streifens an seiner Sockel- oder Anschlussseite. Der Streifen wird einfach in den geöffneten Stecker eingeschoben. Beim Schließen des Steckers wirken die eingebauten Kontakte auf die Kontakt-Pads, und schon ist der LED-Streifen angeschlossen. An den Stecker sind zwei oder vier farblich codierte Schaltleitungen angeschlagen, die dann direkt an die Energieversorgung angeschlossen werden.

Mit diesem System erfolgt der Anschluss nun bequem und sicher. Hersteller flexibler LED-Streifen, die ihren Kunden eine hohe Anschlussqualität bieten möchten, achten deshalb bei ihren neuen Entwicklungen und Designs darauf, dass die Kontaktflächen für einen Steckverbinder geeignet sind. Diese Lösung wird die rasche Verbreitung der flexiblen LED-Streifen noch beschleunigen. I

Mit der PTF-Serie, dem neuen Direktstecksystem von Phoenix Contact, ist der flexible LED-Streifen rasch angeschlossen: Nach dem Abschneiden wird der Streifen mit der Anschlussseite in den Stecker eingelegt, dann wird der Stecker geschlossen. Der Streifen ist dann sicher mechanisch und elektrisch kontaktiert (l.). Durch die kompakte Bauweise kann der Stecker auch in schmalen Profilschienen (r.) gut verlegt werden.

Die technischen Daten des Direktstecksystems:

Spannung: 24 V/50 V (IEC/UL)

Strom: maximal 10 A pro Verbinder (Summenstrom)

Verbinder für 8,0 und 10,0 mm breite LED-Streifen verfügbar

2- und 4-polige Varianten sowie Einspeisungs- und Verbindungselemente