Technik
Licht 2 | 2021

Norddeutsche Lichtgestalten

Anschlusstechnik für zuverlässige und funktionale LED-Beleuchtung

LED-Beleuchtung ist heute weit mehr als nur Licht. Je nach Einsatzbereich tragen die modernen Lichtquellen zu Sicherheit, Wohlbefinden und Komfort auf Straßen und in Gebäuden bei. Gleichzeitig sind sie nachhaltiger, da sie weniger CO2 ausstoßen und langlebiger sind. In intelligent automatisierten Städten, sogenannten Smart Cities, spielen intelligente Beleuchtungskonzepte eine große Rolle. Hier setzt der Leuchtenhersteller WE-EF auf Anschlusstechnik von Phoenix Contact.

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Abb.: Intelligente Kombination: LED-Beleuchtung, Controller und Sensorik sorgen in Bielefeld für die bedarfsgerechte Straßenbeleuchtung. Phoenix Contact

Seit den 1970er Jahren haben lichtemittierende Dioden (LED) einen technologischen Siegeszug angetreten. Aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften wurden die Halbleiter-Bauelemente zunächst vor allem in einfachen, farbigen Signal- oder Zustandsanzeigen verbaut. Inzwischen werden die lichtstarken Komponenten in nahezu allen Lebensbereichen eingesetzt: von Taschenlampen über die Architektur- und Straßenbeleuchtung bis hin zu Möbeln, Fernsehgeräten oder Pkw-Scheinwerfern.

Im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtmitteln oder Energiesparlampen sind LED kompakter, verbrauchen weniger Strom und können deutlich länger betrieben werden. Sie enthalten keine schädlichen Stoffe – wie Schwermetalle oder Gasgemische. Nach Lebensdauerende lassen sich alle wertvollen Inhaltstoffe wiedergewinnen. Der Leuchten­hersteller WE-EF Leuchten GmbH aus dem nieder­sächsischen Bispingen setzt daher bei der Entwicklung seiner Außenleuchten ausschließlich auf diese Technologie. »LED ist eben nicht nur Licht«, sagt Peter Oetjens, Leiter der elektro­technischen Entwicklung bei WE-EF. »Dank ihrer intelligenten Elektronik können LED heute zielgerichteter und vielseitiger eingesetzt werden als herkömmliche Leuchtmittel.«

Vorteil und Herausforderung

Der Vorteil der Halbleiter-Bauelemente ist gleichzeitig auch eine technische Herausforderung für den Hersteller: Um mit definierter Licht­stärke zu leuchten, werden LED über eine Konstantstromquelle betrieben. Sogenannte LED-Treiber sorgen für eine konstante Eingangs­leistung mit konstanten Strömen und gewährleisten damit letztlich den sicheren und langlebigen Betrieb der Leuchtdioden. In seine neuen Straßenleuchten integriert WE-EF neben dem Vorschaltgerät auch ein Kommunikations­modul zur Datenübertragung der integrierten Sensorik. »Für ein Projekt in Bielefeld haben wir den sogenannten Leuchten-Aufbau-Controller vollständig neu konzipiert«, erklärt Oetjens. »Die Elektronik sollte nicht wie bisher an den Mast, sondern direkt an das Leuchtengehäuse montiert werden.« Das elektronische Design folgt den Spezifikationen des ZHAGA Konsortiums nach Buch 18. So können Planer und Installateure sicher sein, dass der elektrische Aufbau und damit die Installation weltweit einheitlich funktioniert.

Seit Dezember 2019 sorgt diese Kombination aus LED-Beleuchtung, Vorschaltgerät, Sensorik und GPS-Kommunikationsmodul an der Brunnenstraße in Bielefeld für die bedarfsgerechte Ausleuchtung des Fußwegs zwischen Stadttheater und Parkhaus. Aus circa fünf Meter Höhe registrieren die Bewegungssensoren Bewegungen am Boden und die jeweiligen Leuchten regulieren ihre Lichtinten­sität nach Bedarf. Für Peter Oetjens ist die bedarfsgerechte Lichtsteuerung aber erst der Anfang intelligenter Beleuchtung. »Hardware können andere auch. Für uns liegt das Potenzial vor allem im Funktionsumfang und Service«, so der 52-jährige. »Meine Vision: Ich möchte, dass alle unsere Leuchten intelligent und netzwerkfähig sind.«

Komfortabel in Betrieb genommen

Die Leistungsverkabelung der Straßenleuchten haben die Konstrukteure bei WE-EF mit dem Schnellinstallationssystem QPD von Phoenix Contact realisiert. Der Vorteil des anwender­freundlichen Prinzips: Dank des bewährten IDC-Schnellanschlusses Quickon können die Instal­lateure vor Ort die Leitungen ohne Vorbehandlung oder Spezialwerkzeug anschließen.

Abb.: Peter Oetjens, Leiter der elektrotechnischen Entwicklung, zeigt eine WE-EF-Leuchte mit QPD-Anschluss. Phoenix Contact

Mit wenigen Handgriffen werden die Einzellitzen in die vorgefertigten Aderführungen der Steckverbindung eingezogen, die Isolierung dort automatisch durchtrennt und der elektrische Kontakt zuverlässig hergestellt. Wird die Überwurfmutter festgedreht, etabliert der Steckverbinder zudem automatisch eine Zugent­lastung. Das Prinzip verkürzt die Anschlusszeit um bis zu 80 Prozent und verhindert Anschluss­fehler zuverlässig. Kerngedanke sei, dass die Lösung einfach in Betrieb genommen werden könne, ohne die Leuchte oder die Elektrik für den Anschluss, öffnen zu müssen. »Für diese Funktionalität ist QPD heute nicht mehr wegzudenken«, so Oetjens.
Abb.: Angeschlossen in wenigen Handgriffen: Mit dem Schnellinstallationssystem QPD von Phoenix Contact sparen Installateure bis zu 80 Prozent Anschlusszeit. Phoenix Contact

Effizient verlötet

Einfach montiert und höchst zuverlässig – diese Kriterien waren auch für das elektrische Innenleben der Mastleuchten entscheidend. Zwar widerstehen die fertig montierten Produkte jahrzehntelang Wind und Wetter. Die integrierte Elektrik erfordert aber dennoch viel konstruk­tives Know-how und Fingerspitzengefühl. Immerhin liegen die LED auf der Leiterplatte – je nach Ausführung der Leuchte bis zu 144 Stück – zum Teil nur 0,2 mm auseinander. »Bei diesen geringen Abständen wirken schon Molekularkräfte, die die LED beim Lötvorgang zueinander ziehen«, erklärt Oetjens die Herausforderung. Der hohe Kostendruck bei der Herstellung von LED-Leiterplatten macht effizient automatisierte Lötprozesse dennoch alternativlos: »Aufwendige Handmontage war gestern.«

Als ideale Anschlusslösung haben sich daher schnell Leiterplattenklemmen und -Steckverbinder der Serie PTSM 0,5 herausgestellt. Die Serie ist speziell für den Einsatz in LED-Leuchten konzipiert und bringt drei enorme Vorteile mit: Die Grundleisten und Klemmen bleiben bei thermischer Belastung farbstabil und können daher gemeinsam mit den LED im SMT-Verfahren auf der Leiterplatte fixiert werden. Zudem bilden die weißen Bauteile keinen Farbkontrast zum ebenfalls weißen Lötstopplack und fallen daher hinter der transparenten Abdeckung nicht als sichtbares Bauteil auf.

SMT-Löten

Die Oberflächenmontage (Surface Mount Technology – SMT) erlaubt die besonders dichte Bestückung und beidseitige Nutzung der Leiterplatte. Die Bauteile werden mittels lötfähiger Kontaktflächen direkt auf die Ober- oder Unterseite der Leiterplatte gelötet, Bohrlöcher wie bei Durchsteckkomponenten sind nicht notwendig.

Je nach Ausführung der LED-Leuchte setzt WE-EF zwei-, vier- oder fünfpolige Ausführungen der Klemmen und Steckverbinder ein. »Die kompakte Bauart der Serie war ausschlaggebend«, bringt Oetjens den Vorteil auf den Punkt. Steckverbinder und Grundleisten sind zudem konstruktiv kodiert und können nicht in falscher Ausrichtung zueinander gesteckt werden. »Ein zusätzlicher Vorteil, da auf der dicht bestückten Leiterplatte kein Platz für zusätzliche Schutzdioden wäre.«

Abb.: Leiterplattenklemmen (im Bild links) und -Steckverbinder der Serie PTSM 0,5 sind kompakt, SMT-fähig und farbstabil. Phoenix Contact

Drei Gründe für das Schnellinstallationssystem

Aktive elektronische Komponenten wie LED-Treiber und Controller machen aus LED-Leuchten intel­ligente Beleuchtungskonzepte. Die passive Elektromechanik sorgt dafür, dass diese Beleuch­tungskonzepte effizient hergestellt, sicher verkabelt und zuverlässig betrieben werden können. Drei gute Gründe, warum der Bispinger Leuchtenhersteller WE-EF auf das Schnellinstalla­tionssystem QPD und Leiterplattenanschlüsse der Serie PTSM 0,5 setzt.

Weitere Informationen:

LED-Leuchten: WE-EF, Bispingen, www.we-ef.com

Text: Dipl.-Wirt.-Ing.(FH) Thorsten Friedrich, Produkt-Marketing Industrial Field Connectivity; Dipl.-Ing.(FH) Lukas Muth, Produkt-Marketing PCB Connectors; Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg, www.phoenixcontact.de

Fotos: Phoenix Contact

Dieser Artikel ist erschienen in

Licht 2 | 2021

Erschienen am 25. März 2021