Touch-Lampe selber bauen und mit dem DIY-Sensor komfortabel schalten

Aktualisiert: 22.08.2024 | Lesedauer: 5 Minuten

Klassische Schreibtischleuchten sind im Büro, in der Werkstatt oder auch zu Hause sehr beliebt. Denn sie entfalten ihr Licht genau dort, wo es im Moment gebraucht wird.

Allerdings ist die Bedienung manchmal etwas umständlich. Besonders dann, wenn der Schalter in der Zuleitung integriert und hinter der Tischkante nur schlecht erreichbar ist. Da wäre es doch eine tolle Sache, die Schreibtischleuchte einfach nur durch Antippen ein- und wieder ausschalten zu können.

Unser Technikheld Simon hat sich genau darüber Gedanken gemacht und eine praxisgerechte Lösung für das Problem gefunden. Wie der Umbau zu machen ist, welche Teile dafür erforderlich sind und dass ein wenig handwerkliches Geschick ausreicht, erklären wir Ihnen gerne.

Wie funktionieren Touch-Sensor-Lampen?
Wie wird eine Lampe zur Touch-Lampe umgebaut?
Stromlaufplan und Funktionsbeschreibung der Schaltplatine
Welche Bauteile werden für die Touch-Lampe benötigt?

Schreibtischleuchte zur Touch-Lampe umbauen

Wie funktionieren Touch-Sensor-Lampen?

Damit eine Lampe per Fingerberührung geschaltet werden kann, muss die Lampe zunächst registrieren, dass sie berührt wurde. Dafür wird die Brummspannung des menschlichen Körpers genutzt.

Was ist eine Brummspannung?

Jeder elektrische Leiter erzeugt ein elektromagnetisches Feld, wenn Strom durch den Leiter fließt. Demzufolge baut sich auch bei den 230 V Stromleitungen, die in der Elektroinstallation genutzt werden, ein elektromagnetisches Feld auf. Aufgrund der verwendeten Wechselspannung (230 V/50 Hz) ändert das Magnetfeld 50 Mal pro Sekunde die Richtung, was einer Frequenz von 50 Hertz (Hz) entspricht.

Ein Audioverstärker, dessen Eingang nicht ordentlich abgeschirmt ist, empfängt die 50 Hz-Schwingungen des elektromagnetischen Feldes, verstärkt sie und erzeugt dann über die Lautsprecher einen deutlich hörbaren Brummton.

Aber auch der menschliche Körper erzeugt eine Brummspannung mit 50 Hz. Diese Spannung kann sogar gemessen werden. Dazu ist es ausreichend, mit der Fingerspitze den Eingang eines Oszilloskops zu berühren. Bei der Verwendung eines 10:1 Tastkopfes können dabei leicht Spannungen von rund 60 V_ss gemessen werden.

Allerdings ist der menschliche Körper ein sehr schlechter Stromleiter. Darum bricht die Brummspannung schnell zusammen, wenn beispielsweise mit der anderen Hand die Masseklemme des Tastkopfes berührt wird. Unabhängig davon ist die Spannung aber immer noch ausreichend, wenn der Eingang der Sensorelektronik entsprechend hochohmig ausgelegt ist.

Brummspannung am Oszilloskop sichtbar gemacht

Hinweis: Die Brummspannung des menschlichen Körpers ist im Umfeld von Stromleitungen ständig vorhanden und unabhängig von der statischen Aufladung. Darum kann die Touch-Lampe auch problemlos mehrfach hintereinander umgeschaltet werden. Im Gegensatz dazu wird eine eventuell vorhandene statische Aufladung beim ersten Kontakt zu einem geerdeten Körper nahezu vollständig abgebaut.

Unser Praxistipp: Brummspannung auch bei Netzteilen

Der Begriff Brummspannung wird auch bei Netzteilen verwendet. Fachleute bezeichnen damit die Restwelligkeit der Gleichspannung nach der Gleichrichtung und Glättung durch Kondensatoren. Um die Brummspannung auch bei hohem Strombedarf so gering wie möglich zu halten, werden bei leistungsstarken Netzteilen vorzugsweise große Elektrolyt-Kondensatoren mit hohen Kapazitätswerten verwendet.

Wie wird eine Lampe zur Touch-Lampe umgebaut?

Bei einem Umbau einer 230 V Lampe zur Touch-Lampe muss eine galvanische Trennung (Entkopplung) vom Stromnetz erfolgen. Das bedeutet, dass der Stromkreis der Lampe durch eine elektrisch nicht leitfähige Kopplung, wie beispielsweise duch einen Trafo, vom Stromnetz getrennt wird. Aus diesem Grund wird ein externes Netzteil verwendet. Die Energieversorgung der Touch-Lampe erfolgt dann mit einer Gleichspannung von 12 V.

Wichtig dabei ist, dass bei der noch aufzubauenden Schaltplatine (siehe nachfolgenden Abschnitt) die Polung der Gleichspannung beachtet wird. Zudem müssen die Stromversorgungskabel eine ausreichende Isolierung zu den Metallteilen der Lampe aufweisen.

Der wohl größte Arbeitsaufwand fällt beim Austausch des Leuchtmittels bzw. der Leuchtmittelfassung an. Denn die E27 Schraubfassung des 230 V Leuchtmittels muss durch eine geeignete Fassung für das verwendete LED-Leuchtmittel ersetzt werden.

Die Schaltfunktion des 12 V-Leuchtmittels übernimmt dann eine kleine Schaltplatine, die nur wenige Bauteile aufweist. Übrigens: Wer nicht in der Lage ist, Platinen selber zu ätzen, kann die relativ einfache Schaltung auch problemlos auf einer Lochrasterplatine aufbauen.

Lampenfassung für das neue LED-Leuchtmittel

Der mechanische Umbau der Lampe und der Austausch der Leuchtmittelfassung werden in dem oben verlinkten Video sehr ausführlich erklärt und gezeigt.

Stromlaufplan und Funktionsbeschreibung der Schaltplatine

Um die Arbeitsweise einer Touch-Lampe anschaulich erklären zu können, haben wir nachfolgend den Stromlaufplan der Schaltplatine sowie eine kurze Schaltungsbeschreibung mit angegeben.

Stromlaufplan der Schaltplatine für die Touch-Steuerung

Auch wenn der Schaltplan im ersten Moment etwas umfangreich erscheint, ist die Funktion doch relativ simpel, was einen problemlosen Nachbau ermöglicht.

Funktionsbeschreibung der Touch-Steuerung

Am Steckverbinder JP1 wird die vom externen Netzteil kommende Spannungsversorgung angeschlossen. Auch wenn die Schaltung in einem Spannungsbereich von 5 – 12 V arbeitet, eignet sich ein 12 V Netzteil ideal, um das Leuchtmittel über die Steuerplatine mit versorgen zu können.

Der Steckverbinder JP2 dient als Sensor-Eingang. An diesen Steckverbinder bzw. Lötpunkt wird ein Kabel angeschlossen, das mit dem Metallgehäuse der Lampe eine elektrische Verbindung herstellt. Die beiden Transistoren T1 und T2 arbeiten als Darlington-Schaltung. Der Vorteil dieser Transistor-Kombination liegt im hohen Eingangswiderstand von Transistor T1, wodurch die Brummspannung nicht zu stark belastet wird. Zudem agiert der Transistor T2 als Leistungsverstärker, der den Trigger-Eingang am Pin 2 des nachgeschalteten IC1 problemlos schalten kann.

Um aus der 50 Hz-Brummspannung einen klar definierten Schaltimpuls zu erzeugen, wird das Timer-IC (NE555) als monostabile Kippstufe betrieben. Die grundsätzliche Funktion des Timer-ICs NE555 haben wir in unserem Bauteil-Ratgeber ausführlich erklärt.

Mit dem vom IC1 an Pin 3 generierten Schaltimpuls wird das IC2 (4027) angesteuert. Das IC 4027 fungiert als Flip-Flop-Schaltung und hat demzufolge zwei stabile Zustände. Bei jedem Impuls, der vom IC1 generiert und an den Clock-Eingang (CLK) von IC2 weitergeleitet wird, ändert sich an den beiden Ausgängen (Pin 1 und 2) die Spannungslage. Zu diesem Zweck sind die Eingänge von IC2 (Pin 4 bis 7) entweder mit der Versorgungsspannung oder mit Masse bzw. Ground (GND) verbunden.
Hinweis: Da das IC 4027 zwei Flip-Flops beinhaltet, werden nicht alle vorhandenen Anschluss-Pins des Bauteils benötigt.

Durch die Flip-Flop-Funktion bleibt die Lampe dann immer so lange aus- oder eingeschaltet, bis sie wieder per Fingertipp umgeschaltet wird. Der Transistor T3 dient als elektronischer Schalter für das Relais RL1, das mit seinem Arbeitskontakt die Stromversorgung des Leuchtmittels schaltet. Die Diode D1 arbeitet als Freilaufdiode und schließt bei abfallenden Relais die Induktionsspannung kurz. An dem Stecker JP3 kann dann ein 12 V LED-Leuchtmittel direkt angeschlossen werden.

Welche Bauteile werden für die Touch-Lampe benötigt?

Für den erfolgreichen Nachbau werden lediglich grundlegende Kenntnisse in Elektronik und Löten sowie ein wenig handwerkliches Geschick benötigt. Zudem haben wir eine kurze Liste mit den benötigten Bauteilen für Sie zusammengestellt.

Bauteilliste: