Neue Leuchtmittel für den Dioramenbau

Date: 15. April 2015 Posted by: owerner In: Physik, Zinnfiguren

Einleitung
Wer kennt nicht das Problem der Beleuchtung beim Dioramenbau: Beleuchtung ist in den meisten Fällen auch mit einer gewissen Wärmeentwicklung verbunden, die Bäume sich umbiegen lässt und unserer mühevoll aufgetragenen Bemalung auf lange Sicht schadet.
Als wir unsere ersten Dioramen zu planen begannen, machten wir uns also auf die Suche nach ”kalten” Lichtquellen
Bei der Durchsicht der Kataloge der Elektronik-Versandhäuser wurden wir bald fündig:
Seit einiger Zeit werden Leuchtdioden (kurz LED) mit einer Lichtstärke bis zu 6000 mcd (Millicandela) angeboten, dies entspricht einer Leuchtdichte von bis zu 1,4 cd/cm2. Im Vergleich dazu hat eine mattierte Wolframlampe eine Leuchtdichte zwischen 5 und 40 cd/cm2 (vgl. 1.). Demnach sind diese Hochleistungs-Leuchtdioden zwar etwas weniger lichtstark als herkömmliche Lampen, kommen mit ihrer Lichtstärke allerdings schon fast in den Größenordnungsbereich herkömmlicher Leuchtmittel. Man muss hier ebenfalls bedenken, dass das ausgesendete Licht der LED fokussiert ist und damit auf ein kleineres Volumen abgestrahlt wird, so dass sich der Vergleich wieder etwas zu Gunsten der LED verschiebt. Hierzu lässt sich zur Untermauerung des vorherigen Argumentes anführen, dass sich in den Katalogen Warnhinweise finden, man solle nicht direkt in den Strahl blicken.

LED als Leuchtmittel

Leiterplatine der Konstantstromquelle

Bild 1: Leiterplatine der Konstantstromquelle

LED (Light Emitting Diode) sind Dioden, also Halbleiter. Je nach Polung lässt ein Halbleiter Strom fließen oder bildet einen großen elektrischen Widerstand. Je nach Halbleitermaterial ergibt sich eine andere Farbe, in der die LED leuchtet. LED haben eine geringe Stromaufnahme von wenigen Milliampere und werden mit einer Gleichspannung zwischen 2 und 5 Volt betrieben. Daraus ergibt sich natürlich eine nur minimale Wärmentwicklung im Betrieb.
Es gibt die LED mittlerweile in allen Farben – insbesondere auch in Weiß mit einer Lichtstärke von 3000 mcd. Die Farbe des weißen Lichtes erscheint zunächst etwas bläulich, entspricht aber dem Tageslicht (vergleichbar mit dem Licht von Tageslichtlampen, die ich auch zur Beleuchtung meines Arbeitstisches verwende). Das Licht herkömmlicher Glühbirnen weist einen etwas höheren Rot- bzw. Gelbanteil auf, wodurch uns deren Licht etwas wärmer bzw. weicher erscheinen wird.
Ich verwende LED der gängigen 5 mm Größe (vgl. Bild 1). Dazu werden Fassungen mit integrierten Reflektoren angeboten. Damit erhalte ich einen Spot-Strahler von geringen Abmessungen. Damit lässt sich, wie im Theater, die Szenerie des Dioramas optimal ausleuchten – man kann sogar eine größere räumliche Tiefe erzeugen.
Dazu verwende ich LED der Farbe Rot-Orange – dadurch werden die Konturen der Figuren etwas verwaschener, sie erscheinen weiter vom Betrachter entfernt.

Ansteuerungselektronik:

Bild 2: Schaltung der Konstantstromquelle

Bild 2: Schaltung der Konstantstromquelle

Bei LED ist neben der richtigen Polung (langes Bein an Plus) darauf zu achten, dass die Stromstärke nicht zu groß wird, da hierdurch das Bauteil zerstört wird.
Ich betreibe mein Diorama mit einem stabilisierten Netzteil von 12 Volt. Ein Eisenbahn-Gleichstromtransformator sollte es aber auch tun. Ein entsprechendes Kleinnetzgerät kann auch verwendet werden, wenn dessen maximale Stromabgabe nicht zu klein ist (etwa 0,5 – 1 Ampere sollten genügen). Man muss hierbei nämlich bedenken, dass jede LED zwar nur einen Strom von wenigen Milliampere entnimmt, diese sich aber durch die Parallelschaltung der LED aufaddieren.
Um die LED großen Strömen zu schützen, verwende ich für jeden meiner „Mini-Strahler”
eine Konstantstromquelle (vgl. Bild 2 nach [2.]) Diese Konstantstromquellen gibt es entweder
als Bausatz zu kaufen (Preis ca. 3,-€), oder man baut sie aus den entsprechenden Bauteilen selber auf, was eine Ersparnis von ca. 0,5€  je Schaltung ergibt.
Die fertige Schaltung hat etwa die Größe einer Sonderbriefmarke. Ich habe die LED mit Fassung auf die Unterseiten der Platine mit Heißkleber aufgeklebt und alles mit 0,5 mm starkem Draht an der Decke bzw. den Seitenwänden des Dioramas befestigt. Die LED wurden nun alle parallel an die Versorgungsspannung angeklemmt (vgl. Bild 3).

Bild 3: Ausleuchtung der Szene

Bild 3: Ausleuchtung der Szene

Das Diorama
Der Dioramenkasten hat eine Größe von 33 cm x 43 cm bei einer Tiefe von 20 cm. Er wurde aus 15 mm starkem Buchen-Leimholz gefertigt, da sich dieses am einfachsten fräsen lässt. In die zugesägten Bretter ließ sich die Scheibe eines Photobilderrahmens in eine gefräste Nut einsetzen. Vor das Glas setzte ich einen Rahmen aus etwa 3 cm breiten Buchenholzleisten, um Platz für die Spots zu haben (Der Rahmen könnte möglicherweise etwas breiter gewählt werden.)

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