Leuchtende Augen im LEGO® MARVEL Iron Men Helm

Ein Freund von mir hat sich zum Zeitvertreib in kalten dunklen Abendstunden und zur Dekoration seines Arbeitszimmers den LEGO ® Marvel Iron Men Helm gekauft. Die Büste sieht ja toll aus - noch cooler sieht sie jedoch jetzt aus, nachdem wir die Augen vorbildgerecht zum Leuchten gebracht haben?

Leuchtende Augen im LEGO® MARVEL Iron Men Helm

Was der Lockdown im Winter 2020/2021 so alles für Beschäftigungen hervorbringt...

Mein Freund und ich haben uns also unterhalten und verschiedene Idee hin und her bewegt. Dann war beschlossen, dass wir die Augen der Figur gegen transparente Bauteile austauschen und in diese LED einbauen.

Augen sind die Tür zur Seele - welche Seele? :-)

Zunächst mussten die originalen Bauteile, die für die Augen vorgesehen waren, durch transparente Alternativen ersetzt werden. Der Ersatz wurde aus transparentem Resin mit meinem Elegoo Mars 2 Pro erzeugt. Die Teile passten nicht auf Anhieb in den Bausatz des Helms. Ich musste die gedruckten Teile an einigen Stellen nachschleifen. Außerdem habe ich die nach Außen sichtbaren Flächen von Innen und Außen angeschliffen um das später von Innen kommende Licht etwas zu diffundieren. Einige Bohrungen für die spätere Kabelführung waren außerdem notwendig.

Die richtige Lade-Elektronik wählen

Als Stromquelle sahen wir einen Lithium-Polymer-Akku (LiPo) mit einer Zelle (1S) und eine geeignete Lade-Elektronik vor.

Es kann nicht oft genug darauf hingewiesen werden, dass beim Umgang von LiPos auf einige Dinge geachtet werden muss:

  • Die Ladeschlussspannung des LiPo darf nicht überschritten werden. Dies lässt sich mit einer geeigneten Lade-Elektronik steuern.
  • LiPos dürfen nicht den Zustand der Tiefenentladung erreichen. Auch diese Gefahr lässt sich mit einem geeigneten Baustein, der oft in Verbindung mit der Lade-Elektronik verbaut wird, in den Griff bekommen.
  • Die langfristige Lagerung ohne Verwendung sollte mit halber Ladung (~3,85 Volt) erfolgen.
  • Sowohl für die Nutzung als auch die Lagerung sind die Temperatur-Angaben zum LiPo (Datenblatt) zu beachten.

Wenn LiPos mit mehreren Zellen (mehr als 1S) gearbeitet wird, dann sind weitere Maßnahmen zum balancierten Laden der Zellen notwendig. Hierfür werden spezielle Ladegeräte verwendet, welche die Spannungen zwischen den einzelnen Zellen eines LiPos überwachen und ausbalancieren.

Wie gesagt, LiPos müssen auf Grund ihrer Bauart beim Laden überwacht werden. Die Ladeschlussspannung darf nicht überschritten werden um den Akku nicht zu beschädigen. Details dazu lassen sich mit Hilfe einer Internet-Suchmaschine recherchieren. Hier sei nun aber der Aufbau eines Stromkreises mit einem LiPo Akku und passender Lade-Elektronik erklärt.

Am Markt sind Elektronik-Bausteine erhältlich, die sowohl den Ladevorgang entsprechend der Kapazität des Akkus steuern, als auch die Tiefenentladung bei Leistungsentnahme verhindern. Zur Anwendung kommen in aller Regel Bausteine mit den Chips TP4056 (Steuerung des Ladevorgangs) und DW01A (Schutz vor Tiefenentladung) eines chinesischen Herstellers (Surprise!). Beziehen lassen sich diese Module z.B. bei eBay. Man sollte sehr darauf achten, dass man wirklich Module findet, die beide Chips mitbringen. Es gibt auch Module, die nur zum Laden von LiPos dienen - aber das ist nicht der Anwendungsfall, denn wir uns hier wünschen.

Die Lade-Elektronik anpassen

Bausteine mit dem TP4056 müssen an die Kapazität des zu ladenden LiPo Akkus angepasst werden. Im Lieferzustand werden die Bausteine meist für Akkus mit einer Kapazität von 1000 mAh ausgeliefert. Entweder verwendet man dann also auch einen LiPo mit 1000 mAh, oder man passt den Baustein an. LiPos mit 1000 mAh können aber für manchen Anwendungsfall schon zu groß werden.

Die Anpassung des Ladestroms erfolgt indem man den Widerstand R3 auf den Modul gegen einen anderen Austausch. Nachfolgendes Bild zeigt die Anschlüsse auf dem Modul und den Widerstand R3.

Anschlüsse der Lade-Elektronik 

Der Widerstand R3 wird passend zur Lade-Kapazität des Akkus gewählt und aufgelötet. Folgende Tabelle zeigt die notwendigen Werte des Widerstands zur Kapazität, wie sie auch im Datenblatt des TP4056 zu finden sind.

Widerstand R3 Ladestrom am Akku
10 kΩ 130 mA
5 kΩ 250 mA
4 kΩ 300 mA
3 kΩ 400 mA
2 kΩ 580 mA
1,66 kΩ 690 mA
1,5 kΩ 780 mA
1,33 kΩ 900 mA
1,2 kΩ 1000 mA

In meinem Fall habe ich mich für einen Akku mit 600 mAh Kapazität entschieden. Der Ladestrom sollte in der Regel (außer der Akku ist explizit dafür geeignet) gleich der Kapazität gewählt werden. Dafür gibt es Gründe, aber uns soll hier reichen, dass es eben so ist. Der nächstliegende Wert laut Tabelle ist ein Ladestrom von 580 mA. Ich habe also einen SMD Widerstand von 2 kΩ  auf das Modul aufgelötet. SMD Widerstände lassen sich für Bruchteile eines Cent im Internet beziehen.

Die Feinheiten der verschiedenen erhältlichen Bausteine und der Umbau des Moduls ist auch in folgendem Video auf YouTube gut erklärt.

Aufbau der Schaltung

Jedes Auge hat jeweils 2 kalt-weiße SMD LED der Baugröße 0402 bekommen. Die LED sind für eine Spannung von 3 Volt bei max. 20 mA ausgelegt. Diese Baugröße legt 1 mm Länge und 0,5 mm Breite fest. An zwei Lötpads (Kathode und Anode) sind jeweils Lackdrähte angebracht. Entgegen der einen Schule der Elektronik habe ich jeweils 2 LED pro Auge auf einen Widerstand zusammen gefasst - normalerweise würde man für jede LED einen eigenen Widerstand verwenden. Jedes Auge hat also einen Widerstand erhalten, den ich mit jeweils 81 Ω auf die gewünschte Helligkeit festgelegt habe.

Schaltung-Aufbau.png 

Einbau im Modell

Im Modell selber ist gut Platz um Akku, Lade-Elektronik und die Kabel unterzubringen. Einige Impressionen der eingebauten leuchtenden Augen im Modell.