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Leuchtdioden Fahrradlicht

Dieses Licht entspricht nicht der StVZO.

Frontlicht

Normalerweise ist an den meisten Fahrrädern vorne ein 2,4Watt Glühlampen- oder Halogenscheinwerfer angeschlossen. Der Halogenscheinwerfer ist zwar heller als der normale Glühlampenscheinwerfer, aber er ist immer noch nicht ausreichend um gut zu sehen. Die meisten Scheinwerfer reichen um gesehen zu werden, nicht aber um richtig zu sehen, da sie nur einen schmalen Lichtkegel erzeugen.

Mit einem normalen Dynamo ist es leider nicht möglich Lampen mit mehr Leistung zu betreiben, da die Leistung bei den 6 Volt Dynamo auf 3 Watt und bei den 12 Volt Dynamos auf 6 Watt begrenzt ist. Naja ein wenig mehr Leistung kann schon entnommen werden, allerdings ist der Wirkungsgrad der Dynamos so gering, dass man es mit viel Muskelkraft bezahlen müsste.

Um nun für mehr Licht nicht mit riesigen Akkus herum zu fahren, habe ich mich für eine LED-Lampe entschieden. Vor ca. einem Jahr hat Ralf Nolde einige Versuche mit LED-Lampen gemacht. Er verwendete die sehr starken 1Watt LEDs von LUXEON. Später kam ich auf die Seite von www.led-treiber.de(externer Link), dort bin ich wieder auf das Thema gestoßen.

Es gibt von LUXEON LEDs mit verschiedenen Leistungen:

Bei Conrad konnte ich nur die 1 Watt oder die 5Watt LEDs bekommen, ich habe mich für die 1 Watt Variante entschieden. Um die 2,4 Watt aber besser auszunutzen verwende ich zwei 1 Watt LEDs. Diese sind in Reihe geschaltet und benötigen so nach Datenblatt ca. 6,84 Volt bei 350mA. Um diese Spannung zu erzeugen wird eine Schaltung von www.led-treiber.de verwendet. Diese Schaltung besteht aus einem Spannungsverdoppler. Ein Spannungsverdoppler hat die Eigenschaft nicht nur die Spannung zu verdoppeln, sondern den Strom zu halbieren.

Ein 6V Dynamo, der für das Fahrrad zugelassen ist, darf nicht mehr als 500mA liefern. Wenn von diesen 500mA ca. 100mA für das Rücklicht abgezogen werden bleiben für Vorne noch 400mA über. Der Spannungsverdoppler halbiert diesen Strom und so fließt durch die LEDs ein Strom von 200mA. Die meisten Dynamos liefern etwas mehr Strom. So lieferte meiner (AXA-HR-Traction) ca. 650mA Kurzschluss-Strom bei ca. 25 km/h. Das wären 275mA Leuchtdiodenstrom ( ( 650mA - 100mA ) / 2 = 275mA ).

Der ältere Schaltplan, es wird der neuere weiter unten empfohlen.

Die Schaltung, die Du hier sehen kannst stammt von www.led-treiber.de(externer Link). Ich habe sie noch um ein Standlicht erweitert. Dieses ist wie das Rücklicht aufgebaut. Über einen Spannungsverdoppler und einen Festspannungsregler werden 5,5 Volt erzeugt, mit denen ein Doppelschichtkondensator (manchen auch bekannt unter der Bezeichnung »Goldcap«) geladen wird. Dieser versorgt eine der beiden LEDs mit einem kleinen Strom. Der Widerstand ist so, dass ein Strom von ca. 10mA fließt, das ist nicht viel, es reicht aber als Standlicht aus.

Um genug Platz für die Bauteile zu haben wurde eine große Chrom-Lampe verwendet. Diese kann man heute aus nostalgischen Gründen wieder kaufen. Ich fand, dass sie von der Größe ausreichte.

Nachdem ich die Frontscheibe vom Reflektor getrennt hatte, habe ich diese mit Zweikomponentenkleber in den vorderen Teil eingeklebt. Für die LEDs wurde ein Aluleiste so gebogen, dass sie mit zwei schrauben in der Lampe fest geschraubt werden kann. Auf ihr wurden zwei Alu-U-Profile angeschraubt. Auf diesen Profilen waren die LEDs montiert (Wärmeleitpaste nicht vergessen). Der Spannungsverdoppler wird zusammen gelötet und - ebenfalls mit Zweikomponentenkleber - an der Aluleite festgeklebt. Die Standlicht-Elektronik wird auf eine kleine Platine gelötet und über den Festspannungsregler an einem der Alu-U-Profile fest geschraubt.

Diese Foto zeigt die Lampe von vorne ohne die Abdeckscheibe mit Sicht auf die LEDs

Da so eine Lampe nicht im öffentlichen Straßenverkehr erlaubt ist, habe ich mich dazu entschieden mit dem normalen Scheinwerfer weiter zu fahren und den LED-Scheinwerfer nur zu benutzen, wenn ich abseits der Straßen fahre. Bei der Lampe die ich gekauft hatte war oben ein Schalter eingebaut. Dieser war zwar nur als Zierde, man konnte ihn aber mit etwas Geduld zu einem richtigen Schalter umbauen. Nun kann ich über diesen Schalter zwischen meinem Halogenscheinwerfer und meinem LED-Scheinwerfer wählen. Neben dem Gesetzlichen hat der Halogenscheinwerfer noch die Begründung, dass man einen Rückstrahler (Katzenauge) benötigt. Dieser ist in den alten Scheinwerfern oft nicht drinnen und müsste extern angebracht werden. Die Halogenscheinwerfern haben oft einen Rückstrahler integriert und sind nicht viel größer als ein externen.

Im Allgemeinen kann man sagen, dass der LED-Scheinwerfer nicht heller leuchtet als ein normaler Halogenscheinwerfer. Aber er hat nicht nur eine kleine helle Fläche, sondern leuchtet großflächig in der Helligkeit wie der Halogenscheinwerfer. Auf Straßen nützt das nichts, zumal dadurch die Entgegenkommenden geblendet werden könnten, aber auf dunklen Wanderwegen oder am Deich sieht man damit viel besser den Verlauf des Weges.

Zum Schluss sollte ich noch darauf hinweisen, dass mit dem LED-Scheinwerfer das normale Rücklicht nicht mehr ganz so hell ist. Der LED-Scheinwerfer sorgt dafür, dass die Spannung auf ca. 4 Volt zusammenbricht.

Nachtrag zur Haltbarkeit

Das Standlicht ist nach etwa 5 Jahren Nutzung ausgefallen, als ich nachschaute fiel mir der Speicherkondensator entgegen, da sich erst der Kleber und dann die Beinchen gelöst haben. Nach einem weiteren Jahr war es so weit und auch die Schaltung für den normalen Fahrbetrieb fiel auseinander. Es waren alles rein mechanische Fehler, deshalb habe ich die bewährte Schaltung mechanisch stabiler wieder aufgebaut. Darüber hier nun eine kurze Zusammenfassung.

Bilde der Vorder- und der Rückseite der Fahradlichplatine.

Zeigt das komplette Modul des LED-Lichtes, fertig für den Einbau in das Gehäuse

Diesmal wurde eine Leiterplatte mit 35µ Kupfer ohne Photolack verwendet. Sie wurde mit einem Lackstift und Eisen-III-Chlorid strukturiert. Wie auf den Bilder zu sehnen wurden die beiden Diode und der Festspannungsregler auf die Leiterbahnseite gelötet. Dazu wurde die Kühlfahne direkt mit aufgelötet. Die Kondensatoren (C1, C2) wurden in zwei 1000µ Kapazitäten aufgespalten. Diese sind wesentlich kürzer und die Schaltung wird dadurch flacher.

Der aktuelle Schaltplan des LED-Frontlichtes

Als kleine Änderung an der Schaltung wurde die Spannung für das Standlicht nicht mehr mit einem eigenen Gleichrichter erzeugt (warum auch?) und einfach über den beiden LEDs abgegriffen. Um den Ladestrom des Doppelschichtkondensators trotzdem zu begrenzen wurde ein 20Ω Widerstand vorgeschaltet. So wird die Lampe hoffentlich nochmal viele Jahre funktionieren.

Nachtrag mit Nabendynamo

Hmm.. habe nun den Seitenläuferdynamo gegen einen Nabendynamo ersetzt. Ist nicht so toll, viel Geflacker bis ca. 15km/h. Bald geht es auf einer neuen Seite weiter, aber dann flackerfrei.

Rücklicht

Ich beschreibe hier den Bau meines zweiten Fahrradrücklichtes. Ich muss vorher aber noch darauf hinweisen, dass dieses Lich nicht der StVZO entspricht. Ich weise darauf hin, dass ich jede Haftung ablehne.

Durch die Verwendung von LEDs soll das Rücklicht möglichst viel Licht bei normalem Verbrauch produzieren.

Ich verwende 6 superhelle LEDs von Luxeon, die bei Conrad unter der Bestellnummer 176050 zu bekommen sind (Stand: Mai 2005, mittlerweile kann ich die LEDs im Conradkatalog leider nicht mehr finden, es können ersatzweise normale 5mm LEDs verwendet werden.). Diese haben, wie ich finde, einen Vorteil und einen Nachteil. Sie können 50mA vertragen und machen dabei sehr viel Licht. Wenn man alle 6 LEDs parallel schaltet und diese mit dem zulässigen Strom betreibt machen sie ein extrem helles Licht, welches für ein Rücklicht schon viel zu viel ist. Leider ist der Farbton aber nicht so günstig, das Rot ist sehr schwach und geht ins Orangene. Ich fand das Licht von der Helligkeit und dem Farbton am besten, wenn man jede LED mit 8mA betreibt

Der Kondensator für das Standlicht soll möglichst lange halten, deshalb wird im Stand der Strom auf 25mA halbiert. Leider sind die LEDs bei 25mA (4mA pro LED) schon sehr dunkel. Aus diesem Grund werden vier der sechs LEDs nur während der Fahrt benutzt. Die zwei weiteren werden auch für die Fahrt benutzt, aber sie dienen hauptsächlich für das Standlicht.

Die Skizze für die Leuchtdioden-Anordnung.

Da das Rücklicht auch von der Seite sichtbar sein soll, habe ich die sechs LEDs so wie auf der Zeichnung angeordnet. Die LEDs sind natürlich alle rot. Die, die für das Standlicht und das Fahrlicht sind, sind blau gemalt. Jede LED sollte einen kleinen Ausgleichwiderstand von ca. 1 Ohm bekommen. Dieser dient nicht zur Strombegrenzung, sondern er sorgt dafür, dass sich der Strom gleichmäßig auf die Dioden verteilt, weil diese geringe Unterschiede bei den Halbleiterübergängen haben können.

Mein Favorit ist das "Rücklicht Basta RAY 501". Es ist normalerweise mit einer Glühbirne, aber wie Du auf den Bildern erkennen kannst, eignet es sich sehr gut für den LED-Einbau. Wenn man den LED-Cluster an einen Kupferstreifen lötet, kann man diesen sehr leicht an der Lampe befestigen, weil man den Streifen mit einem Lötkolben gut in das Plastik einschmelzen kann. Es bleibt auch noch genug Platz für den Rest. Was mir an dem Licht besonders gut gefällt ist das rote Plastik, durch dass das Licht fällt. Es ist im Gegensatz zu anderen Rücklichtern besonders kräftig gefärbt, so dass der Orange-Stich der LEDs gut ausgebügelt wird.

Foto von der geöffneten Lampe.

Foto mit dem vergrößerten Ausschnitt für die LEDs.

Die Leuchtdioden angelötet an die Platine mit dem Kupferblech.

Ansicht auf die eingebauten Leuchtdioden.

Nun kommen wir zu der Standlicht-Elektronik.

Schaltplan des Rücklichtes.

Der Doppelschichtkondensator, darf nur bis 5,5 Volt aufgeladen werden. Diese Spannung sollte man ausnutzen, aber auch nicht überschreiten, warum man die Spannung nutzen sollte zeigt diese Rechnung:

Ladespannung 5Volt:

( 1F * ( 5V - 3V ) ) / 1A = 2S

Bei einer Ladespannung von 5 Volt und einer Kapazität von 1F dauert es 2 Sekunden um den Kondensator mit 1A auf 3V zu entladen.

Ladespannung 5,5Volt:

( 1F * ( 5,5V - 3V ) ) / 1A = 2,5S

Bei einer Ladespannung von 5,5 Volt und ansonsten gleichen Bedingungen dauert es 2,5 Sekunden. Also ein Plus von 25%.

Um den 7805 um 0,5V nach oben zu regeln nimmt man normalerweise Dioden. Mit einer Diode würde man aber schon auf 5,7V kommen. Besser ist es mit einem Widerstand. Die Idee kam mir, als ich zwischen GND des Reglers und Minus der Schaltung den Strom gemessen habe. Sobald der Regler genügend Arbeitsspannung hat, bleibt der Strom bei 5mA. Ein 100 Ohm Widerstand sorgt bei 5mA dafür, dass genau 0,5V abfallen. Da der Regler die 5V zwischen seinem GND und dem Ausgang zu halten versucht, sind es so 5,5V. Messe bei Deinem Regler nach, ob es sich dort auch um 5mA handelt, und ob der Strom konstant bleibt.

Der Regler benötigt mindestens 2V mehr Eingang als er am Ausgang haben soll. Das heißt der Regler benötigt 7,5 Volt. Damit diese immer sicher erzeugt werden können wird eine Spannungsverdopplung eingesetzt. Mit der Spannung im Doppelschichtkondensator werden direkt über einen Widerstand die beiden Standlicht-LEDs versorgt.

Die restlichen vier LEDs werden über eine Diode und einen Widerstand versorgt.

Die 6V des Dynamos liegen an dem Widerstand, der Diode und den LEDs. Die LEDs und die Diode haben ca. 2,5V (1,8V + 0,7V = 2,5V) Spannungsabfall. Das heißt, dass noch ca. 3,5V an dem Widerstand sind. also Fließen 35mA. Diese fließen aber nur während der positiven Halbwelle, also sind es insgesamt nur 17,5mA.

Der Regler und die Standlicht-LEDs verbrauchen ca. 42mA ( ( ( 5,5V - 1,8V ) / 100 Ohm = 37mA ) + 5mA = 42mA). Der Spannugsverdoppler verbraucht einen doppelt so großen Strom, wie er am Ausgang bereitstellt. Also werden 84mA verbraucht.

Insgesamt verbraucht das Rücklicht also 101,5mA bei 6V~, es entspricht also einem normalen Rücklicht mit 0,6Watt und sollte so gegen jedes 6V Rücklicht austauschbar sein (Achtung: Verboten!).

Durch den Spannungsverdoppler wird der Stromverbrauch stark angehoben, aber dadurch kann das Rücklicht auch schon bei geringen Geschwindigkeiten hell leuchten.

Das Bild zeigt die geöffnete Lampe mit der eingeklebten Elektronik.

Wenn ein Fahrrad einsam an einem Bahnhof steht und das Rücklicht leuchte, dann zieht es die Aufmerksamkeit von bestimmten Personen auf sich, deshalb ist es empfehlenswert einen Schalter anzubringen, der das Standlicht ausschaltet. Dazu sollte einfach die Verbindung zum Doppelschichtkondensator unterbrochen werden, denn so leuchten die Beiden LEDs während der Fahrt trotzdem.

Erstellt im Mai 05