Bau eines LED-Fahrradscheinwerfer auf Luxeon Basis


PROLOG

Diese Bauanleitung hat jetzt nach 10 Jahren nur noch historischen Charakter. Es gibt inzwischen kommerzielle LED-Fahrradscheinwerfer, die dem "Larry" in jedem Punkt (Lichtausbeute, Primärreizfaktor, Kosten, usw) überlegen sind.

Eigenbau lohnt sich nur noch bei bei den Fernscheinwerfern.


Einleitung

Angeregt vor allem von Olaf Schultz und Hanno Hirsch, die schon seit längerem mit Luxeon-LEDs am Fahrrad experimentieren, wollte ich nun selber mal einen LED-Fahrradscheinwerfer bauen.

Ich versprach mir folgende Vorteile gegenüber einem Standard-Halogen-Scheinwerfer:

Um es vorweg zu nehmen: alle meine Ziele wurden erfüllt oder sogar noch übertroffen.

Vorüberlegungen

Mein erster LED-Scheinwerfer sollte explizit einer werden, der nur für den Nahbereich geeignet ist. Hier hatte meine bisherige Fahrradscheinwerfer-Anlage, bestehend aus Bisy FL (Fernscheinwerfer, oben) und Lumotec oval (Nahscheinwerfer, unten), arge Defizite: der Bereich direkt vor dem Fahrrad war zu schmal ausgeleuchtet, von den Rändern der Feld- und Waldwege meines Arbeitsweges sah ich so gut wie nichts.

Es sollte also der Lumotec ersetzt werden, der Bisy sollte als (zuschaltbarer) Fernscheinwerfer bleiben.

Ein Fahrzeugscheinwerfer, egal ob an einem Auto oder Fahrrad, darf auf keinen Fall den Gegenverkehr blenden, die Optik muss also entsprechend angepasst sein.

Elektrisches

Die erst seit kurzem verfügbaren Hochleistungs-LEDs "Luxeon III Star 3 W" von Lumileds eignen sich recht gut für den Betrieb an einem Fahrrad(naben)dynamo: der Spannungsabfall beträgt ca 3.7 V und ein Dauerstrom von 700 mA ist erlaubt, im Gegensatz zu maximal 30 mA bei gewöhnlichen (5 mm) LEDs.

Mein SON Nabendynamo liefert 580 mA, das ist etwas unter dem Optimum für den Luxeon-Betrieb, aber nicht so schlimm, da hier im Gegensatz zu Glühbirnen mit fallendem Strom die Effizienz steigt.

Alles was man elektrisch noch braucht ist ein Gleichrichter und optional ein Kondensator zur Glättung. Irgendwelche Transformatoren, Strombegrenzer, Schaltregler, o.ä. sind überflüssig. Das vereinfacht den Aufbau und den Wirkungsgrad erheblich.

Das resultierende Schaltbild des eigentlichen Scheinwerfers ist daher ziemlich trivial.

Als Gleichrichter empfiehlt sich eine Graetzbrücke aufgebaut aus 4 Schottky-Dioden (1 A / 30 V), die im Gegensatz zu normalen Dioden einen viel geringeren Spannungsabfall aufweisen. So hat man dann mit dem Dynamo früher mehr Licht zur Verfügung .

Der Kondensator sollte bei niedriger Geschwindigkeit das Flackern unterbinden. Der von mir eingesetzte 4.7 mF Elko tut das aber nicht. Vermutlich ist er zu träge (zu hoher Innenwiderstand). Ist aber nicht so tragisch, da bereits ab 5 km/h die Frequenz so hoch wird, dass man kein Flackern mehr wahr nimmt. Andererseits ist beim Schieben das Flackern sehr hell und aufmerksamkeitsheischend :-)

Wie oben beschrieben, verwende ich als zuschaltbaren Fernscheinwerfer einen Bisy FL (3 W Halogen). Der sollte weiterhin benutzt werden. Als Rücklicht dient ein DToplight+ LED Rücklicht mit Standlichtfunktion. Bei nur-LED-Betrieb hängt das parallel zum Luxeon-Scheinwerfer, ansonsten parallel zum Bisy. Letzteres hat den Vorteil, dass dann der Dynamo optimal ausgenutzt wird.

Im Gesamt-Schaltbild sieht man dann noch den Hauptschalter (AN/AUS) und den Fernlicht-Zuschalter.

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

Optisches

Die Luxeon-LED alleine strahlt ihr Licht in einem Raum-Winkel von 140 Grad, was völlig unbrauchbar ist für einen Fahrradscheinwerfer. Also muss eine Optik her. Am besten geeignet erschien mir der "elliptical beam" Reflektor von Lumiled mit 30x15 Grad.

Ein Test des "narrow beam" erwies diesen als weniger geeignet für einen Nahscheinwerfer, er hatte zu wenig Ausleuchtung in der Breite. Als (einzigen) Hauptscheinwerfer ist er auch unbrauchbar: die Blendung des Gegenverkehrs ist nicht akzeptabel. Dagegen eignet er sich sehr gut für einen Helmscheinwerfer, was ein weiteres LED-Projekt darstellt.

Bestellt habe ich dann bei Conrad:

Eine günstigere Quelle für Lumiled-Artikel habe ich inzwischen bei Diana Electronic gefunden.

mechanischer Aufbau

Von Stefan Daniel von der DE-HPV-Mailingliste bekam ich den Tipp ein 40x40 mm Aluminium-Vierkantrohr als Gehäuse-Grundlage zu verwenden. Das hat genau die richtige Größe und dient zugleich als hervorragender Kühlkörper für den Luxeon, der ohne ausreichende Kühlung sonst schnell kaputt geht.

Schalter und Kabel und etwas Aluminium-Blech hatte ich noch in meiner Bastelkiste vorrätig.

Optik, Kühl- und Montageblech, Luxeon und Gehäuserohr:

Die Dioden und der Kondensator werden nach Schaltbild frei verlötet, der Luxeon aufs Kühlblech geschraubt, da drüber die Optik (auf Ausrichtung achten!) mit etwas Zweikomponenten-Epoxidkleber in die Halterungslöcher geklebt und das Ganze (nach dem Aushärten!) in das Gehäuserohr geschoben:

Zur Abdichtung wird vorne noch eine Plexiglasscheibe (oder Polycarbonat, zB CD-Hülle) draufgeklebt, hinten mit einem Stück Isomatte abgedichtet:

Ein Abdeckblech wird oben aufgeklebt (zusammen mit einer nach unten gekippten Montage wird so die oben angesprochene Blendung des Gegenverkehrs verhindert):

Die Schalter kommen an den Liegeradsitz (Bild ohne Sitzmatte):

Und das Resultat fertig montiert am Fahrrad

Erfahrungen

Die ersten Nachtfahrten, vor allem auf stockdunklen Waldwegen, brachte die erhoffte Erleuchtung: Zum Nahbereich ausleuchten ist mein neuer Luxeon-Scheinwerfer ausgezeichnet. Ich habe damit gut die dreifache Breite als zuvor mit dem Lumotec. Es gibt keinen scharfen Randbereich oder gar konfuse hell/dunkel Lichtbilder, hervorgerufen durch Projektionen der Glühwendel.

Zum Randbereich nimmt die Helligkeit langsam ab. Nach vorne hab ich etwa 5 m gutes und 10 m diffuses Licht. Für alles weitere hab ich ja noch meinen Bisy Halogen-Fernscheinwerfer, der ab 10 km/h zugeschaltet werden kann. Aber den plane ich auch schon zu ersetzen... (Geheimprojekt "Delgado" :-) )

Ein weiterer Pluspunkt ist das jetzt zur Verfügung stehende Tagfahrlicht. Mit den Halogen-Scheinwerfern zuvor war ich dazu zu geizig, denn deren Lampen haben eine Lebensdauer von nur 50-100 Stunden, der Luxeon dagegen hat 100000 Stunden! Beim LED-Rücklicht ist es ähnlich. Dank Nabendynamo merke ich sowieso keinen Unterschied beim Treten ob das Licht an oder aus ist, selbst bei zugeschaltetem Fernscheinwerfer.

Allerdings funktioniert beim Parallelbetrieb Luxeon/DToplight+ das Standlicht des Rücklicht nicht, weil dazu die Spannung nicht ausreicht. Im Fahrbetrieb brennt das Rücklicht aber normal.

Aufwand

An Materialkosten hatte ich 30 Euro. Zeitaufwand war ein Wochenende, wobei die meiste Zeit für die Planung drauf ging. Eine zweite Version sollte an einem Nachmittag zu schaffen sein.

Verbesserungen

Nachtrag

Der Scheinwerfer funktioniert ebenso gut an einem Shimano DH-3N70 Nabendynamo.

Inzwischen wuerde ich ihn mit einer moderneren LED wie einer SSC P4 oder Cree XRE, die bei gleichem Strom doppelt so viel Licht hergeben.

Danksagung

Mein besonderer Dank gilt:
2004-10-12
Ulli 'Framstag' Horlacher