Bau eines LED-Fahrrad-Fernscheinwerfer auf Luxeon Basis

Einleitung

Nach dem erfolgreichen Bau und Betrieb meines Luxeon Nahscheinwerfers wollte ich auch noch den Bisy-Halogenfernscheinwerfer meines Flux S600 durch einen Luxeon-Scheinwerfer ersetzen.

In letzter Zeit hatte ich 3 der 5 Euro teuren 3-W-Halogenglühbirnen "verheizt" und war dies Leid. Ausserdem störte mich das gelbliche und schmale Licht.

Also musste ein LED-Scheinwerfer her, dessen Licht mindestens so hell wie die des Bisy war, aber breiter strahlen sollte. Eine konstant-hellweisse Lichtfarbe ist ja prinzipiell bei LED-Licht gegeben.

Der Lösungsansatz lautete deshalb: Doppelscheinwerfer mit zwei 3-W-Luxeons!

Elektrisches

Als Lichtquelle habe ich wieder die Hochleistungs-LEDs "Luxeon III Star 3 W LXHL-LW3C" von Lumileds gewählt, da sie sich in meinen anderen Fahrrad-LED-Scheinwerfern sehr gut bewährt haben.

Ebenso kam derselbe Gleichrichter zum Einsatz: Eine Graetzbrücke aufgebaut aus 4 Schottky-Dioden SB130 (1 A / 30 V). Ein normaler Silizium-Gleichrichter hat einen zu hohen Spannungsabfall und elektrische Energie ist das letzte was man am Fahrrad zu vergeuden hat.

Die LEDs müssen in Reihe geschaltet werden (nicht parallel!) und kommen auf die Gleichstromseite des Gleichrichters..

Zur Leistungssteigerung wurde noch ein 330 µF Bipolar-Kondensator vor den Gleichrichter in Reihe geschaltet (sogenannter "Serienkondensator" - zur Theorie siehe "Fahrradlicht-Gebetsmühle" Kapitel 2.1.1 Spannungsüberhöhung).

Mit dieser Beschaltung wird auf Primärseite des Gleichrichters bis zu 9 V erreicht. Kein Problem für den SON Nabendynamo, aber eines für das Rücklicht DToplight+, das parallel dazu hängt. Das hat eine Nennspannung von 6 V und bei mehr als 8 V Dauerbetrieb brennt es durch laut Hersteller. Also habe ich es noch durch einen 49 Ohm Vorwiderstand gesichert.

Den Fernscheinwerfer schalte ich aus, indem ich ihn auf Wechselstromseite mit einem Kurzschlussschalter überbrücke, der seitlich am Liegeradsitz angebracht ist. Der Dynamo passt seine Spannung automatisch an.

Alles zusammen zeigt das Gesamt-Schaltbild.

Beim Nachbau ist darauf zu achten, dass kein Bauteil Massekontakt über den Rahmen hat, was sonst zu einem Kurzschluss führen kann!

Diese Schaltung funktioniert so wie beschrieben nur am Nabendynamo und an anderen Klauenpol-Dynamos mit Konstanstrom-Charakteristik. Ein Betrieb mit Spannungsquellen wie Akkus, Batterien, Netzteilen und dergleichen funktioniert SO NICHT und führt zur sofortigen Zerstörung der Luxeons!

Optisches

Wo ich für den Luxeon Nahscheinwerfer eine "elliptical beam" Optik (30x15 Grad) verwendet habe, erschien mir jetzt für den Fernscheinwerfer eine "super narrow" Optik mit 5 Grad angebracht. Die gibt es unter dem Namen MOBDAR passend für Luxeons ebenfalls bei Diana Electronic.

Zwei Stück davon parallel mit leichter Parallaxe ergeben wiederum eine elliptische Ausleuchtung.

mechanischer Aufbau

Das Aluminium-Vierkantrohr als Gehäuse-Grundlage hatte sich bei meinem Luxeon-Nahscheinwerfer sehr gut bewährt und so nahm ich für den Fernscheinwerfer wieder ein Aluminium-Vierkantrohr, allerdings mit rechteckigem Querschnitt. Die Aussenmaße sind 80x40 mm bei 2 mm Wandstärke. Die MOBDAR-Optik hat einen Aussendurchmesser von 35.6 mm, passt also perfekt rein!

Als Montage- und Kühlblech habe ich wieder ein Aluminiumblech in L-Form genommen, allerdings mit nur einem Befestigungsloch (mit Gewinde), damit der einzelne Halbscheinwerfer drehbar bleibt und somit die Ausleuchtung beim Fahrbetrieb feinjustiert werden kann.

Ohne Kühlblech stirbt der Luxeon schnell den Hitzetod!

Um das Ganze regenfest zu bekommen wird das Rohr vorne und hinten mit Isomattenschaum abgedichtet. Vorne müssen latürnich noch zwei Löcher für die Optik gestanzt werden:

Die "Stanze" ist eine Pg 21 Messing-Verschraubung der Elektriker, welche am Gewinde unten scharf angeschliffen wurde (hat genau die richtige Größe mit 29 mm Durchmesser).

Als nächster Schritt müssen die Anschlusslitzen an die Luxeons gelöetet werden, weil das später mit aufgesetzter Optik sonst zu eng wird.

Der schwarze Plastikrand auf der Luxeon wird vorsichtig mit Sekundenkleber (siehe unten, Hinweise!) bestrichen und die MOBDAR-Optik ebenso vorsichtig draufgesetzt. Der Luxeon-Acryldom darf dabei nicht benetzt werden!

Achtung: der schwarze Plastikrand ist nur aufgepresst und kann leicht abgerissen werden mitsamt der filigranen Anschlussdrähte, die direkt darunter liegen!

Am besten jetzt 1 Stunde warten, bis es ausgehärtet ist.

Damit die Optik nachher gut im Gehäuse sitzt und kein Spiel hat, wird am inneren Gehäuserand Gewebeband angebracht. Um den Einbau der Optik zu erleichtern wird eine provisorische Spreizschraube eingesetzt und dazu ein Loch mit Gewinde ins Gehäuse gebohrt. Die Montagebleche werden eingeschraubt und die Luxeon-MOBDAR-Einheiten lose draufgesetzt:

Wenn alles passt wird die Rückseite des Luxeons mit Sekundenkleber bestrichen und die Luxeon-MOBDAR-Einheiten auf den Montageblechen fixiert. Es empfiehlt sich vorher alle Klebestellen mit 500 Schleifpapier aufzurauhen und mit Ethanol oder Isopropanol zu reinigen.

Am besten wieder 1 Stunde warten, bis es ausgehärtet ist.

Nach dem Wiederausbau kommt der schwierigste Schritt des gesamten Projekts:
Kühlblech, Luxeon und Optik müssen mit Zweikomponenten-Epoxidkleber dauerhaft verbunden werden. Der Sekundenkleber diente nur zur Fixierung.

Dazu geht man am besten folgendermassen vor: Der Kleber wird auf den Rand Luxeon/Montageblech gegeben und mittels Zahnstocher extrem vorsichtig in den Spalt zwischen Luxeon und Optik gestrichen, wobei zu achten ist, dass der MOBDAR nur am untersten Ende Kontakt zum Kleber bekommt. Die MOBDAR-Optik funktioniert aufgrund von Totalreflexion an der Grenzschicht Acrylglas/Luft. Wird die Luft durch Kleber ersetzt, hat man an der Stelle Nullreflexion statt Totalreflexion.

Ebenso sollten Fingerabdrücke, Staub oder Kratzer auf den Optiken vermieden werden, die sind da sehr empfindlich! Am besten also mit Seiden- oder Baumwollhandschuhen anfassen.

Wieder warten, bis alles ausgehärtet ist.

Wie bekommt man nun den vorderen Abdichtschaumstoff mit den ausgestanzten Löchern über die Optik? Lösung: mit Schere jeweils einmal in den Kreis einschneiden (siehe auch Bild weiter oben "Hier Schnitt"). Der Schaumstoff wird später dann vom Gehäuse wieder zusammengepresst.

Nun das Ganze vorne reinschieben und verschrauben; die provisorische Spreizschraube wieder entfernen.

Auf der Rückseite wird die Elektronik (Gleichrichter+Kondensator) in Schaumstoff verpackt eingelegt und angelötet. Eine Zugentlastung des Anschlusskabels ist empfehlenswert (im Bild als weißer Kunststoffwinkel erkennbar)!

Die hintere Isomatten-Abdeckung wird eingeklemmt und schon sind wir fertig! :-)

Und das Resultat fertig montiert am Fahrrad

Erfahrungen

Vor der ersten Testfahrt werden die Reflektoren grob ausgerichtet, so mit 2-3 Grad Parallaxe. Beim Fahren (bei Dunkelheit latürnich! :-) ) kann dann noch die Feinjustage vorgenommen werden.

Die Ausleuchtung ist phänomenal! Etwa doppelt so hell und breit wie beim Bisy aber ohne harte Hell/Dunkel-Grenzen. Wieder wurden meine Erwartungen übertroffen!

Die Blendwirkung ist allerdings auch phänomenal :-)

Bei Gegenverkehr sollte daher der Fernscheinwerfer ausgeschaltet werden - wie man es beim KFZ auch gewohnt ist. Ein alleiniger Betrieb ohne Abblendscheinwerfer sollte nicht erfolgen!!

Mit SON-Nabendynnamo kann ich bereits ab 8 km/h sowohl den Luxeon-Nahscheinwerfer als auch den neuen Luxeon-Fernscheinwerfer (insgesamt 3 Luxeons!) betreiben. Sie leuchten zwar schon im Schiebebetrieb gemeinsam, aber unter 8 km/h gibt der Nahscheinwerfer alleine mehr Licht. Im Alltagsbetrieb bedeutet das also, dass ich alle Scheinwerfer durchgehend an habe. Nur bei (Radfahrer-)Gegenverkehr schalte ich den Delgado aus.

Aufwand

An Materialkosten hatte ich 50 Euro, der Zeitaufwand war ein Samstag.

Verbesserungen und wichtige Hinweise

Nachbau

Meine Bauanleitung ist "Open Source": jeder darf sie nachbauen und verbessern. An Feedback bin ich immer interessiert, ich nehme aber keine "Bestellungen" entgegen. Dafür hab ich keine Zeit. In meiner wenigen Freizeit will ich Radfahren und nicht im Keller hocken und langweilige Scheinwerfer-Klone herstellen :-)

Mir bekannt sind Nachbauten von:

Danksagung

Mein besonderer Dank gilt:
2005-01-10
Ulli 'Framstag' Horlacher