Kurzschluss an LED Lichterkette - Fehleranalyse

[hashishin]

Hallo ihr Guten,

meine letzten Kontakte zur Theorie liegen in der Schulzeit, dass ist knapp 15 Jahre her... Also entschuldigt bitte die vermutlich recht einfache Frage:

Ich habe eine LED-Lichterkette gekauft, die mit 2 CR2032 Batterien betrieben wird. Die waren jetzt aber nach 2 Tagen schon leer, was die Freude am kleinen Weihnachtsbaum irgendwie vergehen lässt. Ich habe also einen Batteriehalter für 4 AA Batterien gekauft und angeschlossen. Ich habe die CR2032 Batterien durch AA Akkus ersetzt. Das heißt 2*3V -> 4*1,2V.¹ Ich ging davon aus, dass die LEDs im schlimmsten Fall bei zu niedriger Spannung einfach nicht leuchten...

Es kam dann scheinbar zu einem Kurzschluss. Jedenfalls stank es plötzlich sehr und ich habe dann schnell die Batterien rausgemacht. Jetzt ist meine Frage allerdings, was das Problem verursacht hat...
Folgendes könnte ich mir vorstellen:

* Vielleicht waren aber die CR2032 Batterien gar nicht in Reihe geschaltet, sondern parallel? Dann wäre jetzt natürlich eine größere Spannung und damit auch Stromstärke vorhanden... So sieht es mMn. aber nicht aus (siehe Fotos)
* Kann es ein Problem geben, weil die Kabel von Batteriehalter und Lichterkette einen unterschiedlichen Durchmesser/Material haben und sich daher der Widerstand verändert?
* ???

¹ Akkus haben meist 1,2V statt 1,5V - wieso eigentlich?

 

[Pumukel]

Hier war der Hersteller wieder mal Geizig und hat die Widerstände zur Strombegrenzung eingespart . Deine AA Zellen können im Gegensatz zu den CR Batterien deutlich größere Ströme liefern und der höhere Strom hat da deine LED gekillt ! Nebenbei 2 CR2032 in Reihe haben 6 V und 4 AA-Zellen in Reihe auch 6 V !

 

[Www]

Da kann man sehen, dass selbst solche einfache billige Niedrigvolt-Lichterkette auch Brände auslösen kann. Nicht auszudenken, wenn die LED`s sich nicht gleich mit Knall verabschiedet hätten, sondern erst einmal dein Weihnachtsbaum auf Temperatur gebracht hätten.
Ja nicht nur Corona ist ein erfolgreicher chinesischer Exportschlager, sondern auch Ramsch-Lichterketten in diversen Ausführungen!

 

[hashishin]

Danke schon mal!

Ob man den Hersteller dafür kritisieren muss, kann ich nicht einschätzen. Die Lichterkette war ja sicher nicht dafür gedacht, eine andere Stromquelle dranzuhängen.

Das mit der Stromstärke würde mich dann aber doch noch mal genauer Interessieren. Die Batterien sind ja alle nur mit mAh und V ausgezeichnet - darauf hin hatte ich etwas gelesen und dann gesehen: "Die tatsächliche Stromstärke wird dann durch den Verbraucher bestimmt". Ergibt nach dem ohmschen Gesetz durchaus Sinn.

Das Problem war dann in meinem Fall, dass die LEDs einfach mehr Strom fließen lassen könnten, als die CR2032 Batterien liefern. Die AA Akkus konnten es dann aber, und damit floss auch mehr Strom - wofür diese LEDs wiederum nicht ausgelegt sind?

Das hätte man auch nirgendwo ablesen/errechnen können, oder? Zumindest gab es in dem Beipackzettel keine weiteren technischen Hinweise. Wie würde man dieses Problem angehen? Einfach mit weniger Batterien anfangen und testen, ab wann es leuchtet? Ich habe keine Tabelle gefunden, die die max. Stromstärke von verschiedenen Batterietypen auflistet...

VG, Patrick

 

[bigdie]

Das mit der Stromstärke würde mich dann aber doch noch mal genauer Interessieren. Die Batterien sind ja alle nur mit mAh und V ausgezeichnet - darauf hin hatte ich etwas gelesen und dann gesehen: "Die tatsächliche Stromstärke wird dann durch den Verbraucher bestimmt". Ergibt nach dem ohmschen Gesetz durchaus Sinn.

Jede Batterie hat aber auch einen Innenwiderstand und der hängt sozusagen in Reihe mit dem Verbraucher. Der Innenwiderstand begrenzt auch den kurzschlussstrom. Eine Autobatterie 12V kann da durchaus 1000A liefern, 4 in Reihe geschaltene CR2032 bringen evtl 100mA und 12V haben die ohne Last auch.
Normale AA Zellen haben schon einen geringeren Innenwiderstand wie die CR2032 und der von Ni Akkus ist noch viel kleiner.

 

[patois]

Dann wäre jetzt natürlich eine größere Spannung und damit auch Stromstärke vorhanden...

Wenn man solche "Überlegungen" und "Folgerungen" liest, fällt einem unwillkürlich eine Passage aus einem Gedicht ein:

"Da wendet sich der Gast voll Grausen ..."

und das sollte man in diesem Thread dann auch tun

 

[PeterVDK]

moin

Das Problem war dann in meinem Fall, dass die LEDs einfach mehr Strom fließen lassen könnten, als die CR2032 Batterien liefern. Die AA Akkus konnten es dann aber, und damit floss auch mehr Strom - wofür diese LEDs wiederum nicht ausgelegt sind?

Grundsätzlich ist jede LED ja auch eine Diode, die in Durchlassrichtung einen vernachlässigbaren Innenwiderstand besitzt, sprich wenn man diese parallel an die Spannungsversorgung anlegt entsteht ein Kurzschluss. Um das zu verhindern wird entweder, wie @Pumukel andeutete, ein Vorwiderstand eingesetzt der den Strom begrenzt, oder wie @bigdie schrieb mit dem Innenwiderstand der Spannungsquelle "gearbeitet". DIe Leuchtstärke einer LED wird, ganz vereinfacht gesagt, durch die Stromstärke bestimmt, bis zu dem Moment wo der Halbleiter im Inneren wärmebedingt den Geist aufgibt.

Das hätte man auch nirgendwo ablesen/errechnen können, oder? Zumindest gab es in dem Beipackzettel keine weiteren technischen Hinweise. Wie würde man dieses Problem angehen? Einfach mit weniger Batterien anfangen und testen, ab wann es leuchtet? Ich habe keine Tabelle gefunden, die die max. Stromstärke von verschiedenen Batterietypen auflistet...

Meiner Meinung nach gehören solche batteriebetriebenen Weihnachtsbeleuchtungen generell verboten, nicht aus der Tatsache heraus das sie "unsicher" sind, sondern weil es ein absurde Verschwendung von Ressourcen ist. Es gibt heutzutage schon in den "günstigsten" Bereichen mit Netzteilen betriebene Beleuchtungen, wo selbst die Netzteile nicht viel größer sind als die Batteriefächer. Ja, ich weiss, man hat nicht immer eine Steckdose gerade da parat wo man sie braucht, aber dann sollte man zumindest darauf schauen, dass man Akkus verwenden kann.
Soviel zum Thema "erhobener Finger"

Mit ein bissle handwerklichen Geschick kann man sich beim Elektronikhändler des geringsten Missvertrauens für kleines Geld Bauteile zusammen kaufen, wo man dann entsprechende Lichterketten verschiedenster Arten betreiben kann. Befriedigt neben dem Basteldrang auch doch den Geldbeutel und, sofern man nicht gerade mit einer dicken Autobatterie rumexperimentiert, ist das ganze auch relativ sicher.

btw

Akkus haben meist 1,2V statt 1,5V - wieso eigentlich?

Das hat was mit der elektrochemischen Spannungsreihe zu tun, jedoch gibt es mittlerweile auch ein breit gestreutes Feld an Akkus mit 1,5V ^^

 

[leerbua]

Nebenbei 2 CR2032 in Reihe haben 6 V und 4 AA-Zellen in Reihe auch 6 V !

Tatsächlich?

Ich habe die CR2032 Batterien durch AA Akkus ersetzt. Das heißt 2*3V -> 4*1,2V.¹

Daß der TE von Akkus, schreibt ist wohl entgangen.

 

[Pumukel]

nöö wer lesen kann ist klar im Vorteil AA Zelle = 1,5V AA-Akkuzelle = 1,2 V

 

[leerbua]

nöö wer lesen kann ist klar im Vorteil

man könnte es auch derart interpretieren als daß der TE AKKU verwenden will!

 

[Stromberger]

@leerbua, erspare Dir die Diskussion mit dem schlechtlesenden, beratungsresistenten und allbesserwisserischen Kobold.
Es gibt halt Leute, bei denen man froh ist, wenn man ihnen im Privatleben niemals begegnet ob ihrer Penetranz und Ignoranz.
Hier kann man es sich halt nicht aussuchen....

(Zur Sache: der TE hat ganz klar AA Akkus und 4*1,2 V geschrieben. Was es also da noch seitens des Kobolds zu rechtfertigen gibt ob seiner Leseschwäche, erschließt sich mir auch nicht.)

 

[hashishin]

Ihr Guten,

Dass eine Batterie einen Innenwiderstand hat, war mir nicht bewusst. Ich habe mich jetzt ein bisschen über Spannungsquellen informiert und wie man mit einem Vorwiderstand Stromstärke bzw. Spannung am Verbraucher anpassen kann.

Zu den Innenwiderständen:
Es gibt auf pocketnavigation.de/2015/03/mignon-aa-akkus-test-vergleich/2/ eine Messung bzgl. der Innenwiderstände, bei AA Akkus so 25-35mΩ.

Gehe ich recht in der Annahme, dass der Kurzschlussstrom bei einem AA Akku mit 1.2V dann maximal (voll geladen) I = U/R -> I = 1.2V/~0.03Ω = 40A ist?
* Bei 4 Akkus in Reihe wäre der Kurzschlussstrom dann tatsächlich 160A? Da die LEDs praktisch keinen Widerstand haben (s.o.), ist dass dann auch der Strom der dort fließt.

Einen Vergleich für Knopfzellen habe ich nicht gefunden, daher aus reinem Interesse: Kennt jemand Durchschnittswerte?

Nach dieser Tabelle reichelt.de/reicheltpedia/index.php/LED vermute ich, dass man lediglich einen Entladestrom von 20mA braucht. Vermutlich reichen auch schon 2.4V aus zwei Akkus, das wären dann 80A Kurzschlussstrom. Dann bräuchte man also einen Vorwiderstand von ~120Ω.

Sehe ich das soweit richtig?

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@patois: Einfacher wäre es, einfach für ein paar Euro eine neue Lichterkette zu kaufen... Aber schöner ist es, ungelöste Probleme und Fragen nicht ungelöst zu lassen Wenn du das so siehst wie oben beschrieben... Dann wende dich gerne. Allen anderen danke ich herzlichst!
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[leerbua]

Gehe ich recht in der Annahme, dass der Kurzschlussstrom bei einem AA Akku mit 1.2V dann maximal (voll geladen) I = U/R -> I = 1.2V/~0.03Ω = 40A ist?
* Bei 4 Akkus in Reihe wäre der Kurzschlussstrom dann tatsächlich 160A? Da die LEDs praktisch keinen Widerstand haben (s.o.), ist dass dann auch der Strom der dort fließt.

Da hast du einen Denkfehler.
Bei Reihenschaltung addiert sich die Spannung, soweit richtig. Allerdings passiert dies genauso mit den Innenwiderständen.
Also kann der "neue" Kurzschlußstrom maximal so groß werden wie der kleinste "einzelne" Kurzschlußstrom da bei Reihenschaltung der Strom an allen Stellen gleich ist.

 

[Pumukel]

Und noch etwas ein Akku hat gegenüber einer Batterie einen deutlich kleineren Innenwiderstand .
Zum Vergleich eine AA Zelle liefert ca 10 bis max 15 A Kurzschlussstrom ein AA Akku dagegen deutlich höhere Kurzschlussströme bis hin zu ca 50 bis 100A !