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10W LED-Scheinwerfer selbstgebaut

Die dunkle Jahreszeit ist mal wieder im vollen Gange und ich ärgere mich morgens und abends darüber, wie wenig Licht so eine Fahrradfunzel bei schlechtem Wetter auf die Straße bringt. Natürlich gibt es inzwischen ganz ordentliche LED-Scheinwerfer, aber die kosten auch entsprechend viel Geld. Ein paar hundert Euro sind schnell mal weg, und nichtmal eine StVZO-Zulassung ist mit dabei. Ordentliche Taschenlampen sind auch nicht billiger, zumal die allermeisten einen zu sehr gebündelten Strahl aufweisen und man außerdem noch eine Halterung braucht.

Scheinwerfer montiert, Ansicht von vorne

Also läuft wohl alles wieder auf Selbstbau hinaus, dachte ich mir :), und machte mich auf die Suche nach Bauvorschlägen im Internet. Ich wurde auch schnell fündig, aber das war alles nicht so ganz nach meinem Geschmack. Die Ergebnisse waren recht ordentlich, aber vielfach wurde mit halbierten Reflektoren von normalen Fahrradscheinwerfern und “ausgefeilten” Kühlkörpern gearbeitet. Nicht dass mir das zu viel Arbeit gewesen wäre, aber da die Funzel ja hauptsächlich bei Schietwetter ihren Dienst verrichten soll, muss so ein fragiles Konstrukt auch noch wasserdicht verpackt werden. Und das war mir dann wirklich zu viel Arbeit ;).

Nah-Ansicht von vorne

Kurzzeitig fiel meine Aufmerksamkeit dann auf LED-Spots von Osram und Philips. Die machten schon ein ordentliches Licht; zwei Stück davon und gut is’, aber leider waren auch die nicht ohne weiteres wetterfest. Die Richtung war allerdings nicht schlecht, bin ich doch schließlich bei einem LED-Strahler für den Außenbereich gelandet. Die Teile gibt es teilweise schon für unter 20 Euro zu holen und man hat einen 10W-Emitter inklusive wetterfestem Gehäuse! Die perfekte Ausgangssituation also. Ein Reflektor ist wohl auch mit dabei, aber das Strahlenprofil ist für den Alltag nicht wirklich zu gebrauchen. Für den Offroad-Gebrauch über unbeleuchtete Waldwege allerdings sind die 120° perfekt.
Als brauchbare Lösung hat sich ein FRAEN FRC-N1-OE2B-0 erwiesen. Nach ein wenig Feilen an der Unterseite und etwas Platz machen im vorhandenen Blech-Reflektor ließ sich das Ding mit reichlich Epoxy direkt auf den Emitter kleben. Ergibt natürlich auch kein StVZO-gerechtes Strahlenprofil, bringt aber schon reichlich Licht ins Dunkel :).

Innenansicht Treiber

Layout und Bestückungsplan

Genaue Angaben zur verbauten LED waren nicht zu kriegen, daher habe ich mich mal bei den großen Versendern umgesehen. Alles was ich so fand, bewegte sich im Bereich von 14V und 700mA. Sollte sich leicht und effizient mit einem Buck-Wandler machen lassen. Dachte ich mir. Als das Teil dann ankam, war nämlich etwas anderes drin: Ein Emitter mit 9 Chips in Serie! Also bummelig 27V bei nur 320mA. Das ist ein bisschen was anderes, also muss wohl ein Boost-Wandler her. Ich hatte nämlich nur 6 Lithiumzellen aus einem Laptop-Akku zur Verfügung, also gut 22V, und mehr wollte ich definitiv nicht besorgen.

Schaltplan 350mA-Treiber mit TL494

Ein spezielles, teures, schwer zu bekommendes IC sollte es auch nicht sein, also ist es einer der üblichen Verdächtigen geworden: Der TL494. Die Beschaltung ist Standard, ohne irgendwelche Finessen. Über zwei Spannungsteiler lassen sich Strom und Spannung einstellen. Die Spannung ist mit R2/R3 auf bummelig 34V festgelegt, mehr als genug für die benötigten 27V. Die Formel ist hierbei 5V * (1 + R2/R3). Der Ausgangsstrom ist mit R8/R9 einstellbar, zum genauen Abgleich ist Trimmer R12 vorgesehen. Der Regelbereich liegt bei ein paar dutzend Milliampere und hängt vom genauen Widerstand von R1 ab. Da ich mich aufgrund der Robustheit für zwei einzelne Büschelstecker entschieden habe, habe ich einen elektronischen Verpolungsschutz mit eingebaut. Die drei Teile sind natürlich optional, die Schaltung funktioniert auch ohne. Die Elko-Werte sind nicht kritisch, die Spannungsfestigkeit sollte allerdings möglichst hoch sein, 50V oder 63V sind okay. 35V reichen wohl aus, aber die “größeren” Elkos haben eine höhere Stromfestigkeit und halten somit länger. Ist jedenfalls meine Erfahrung. Die Spule darf natürlich auch gerne größer sein (Drahtstärke und Kern, nicht die Induktivität). Die Effizienz liegt mit 24V Eingangsspannung bei knapp 89%.
Nach 10 Minuten mit geschlossenem Deckel sind die Transistoren lediglich ein bisschen warm geworden, über erweiterte Kühlungsmaßnahmen muss man sich also keine Gedanken machen.

Batteriepack

Batteriepack offen

Der Akku ist wie gesagt aus 6 Sony US18650GR aus einem Laptop-Akku zusammengebastelt. An jede Zelle habe ich direkt zwei Strippen angelötet (Vorsicht, Explosionsgefahr!) und alles auf zwei solide Steckverbinder geführt. Damit habe ich die Möglichkeit, jede Zelle separat zu laden bzw. einen Balancer anzuschließen. Die Stecker sind jederzeit gut zugänglich, da der ganze Kram in einem Trinkbecher mit abgedichtetem, schraubbarem Deckel sitzt. Damit ist auch gleich die Wasserdichtigkeit gegeben. Ein weiteres Plus ist, dass es sich bei meinem Becher um einen Doppelwandigen handelt. Damit sind die Zellen gleich noch vor kalten Außentemperaturen geschützt. Allerdings muss ich den wohl noch mit Farbe oder Papier auslegen, weil das ganze Konstrukt auf den ersten Blick doch ziemlich wie ein IED aussieht ;).

Schaltplan Tiefentladeschutz-Anzeige

Bis jetzt ist noch kein Schutz gegen Tiefentladung vorhanden, der allerdings zwingend notwendig ist, da der Wandler auch mit 12V noch arbeiten sollte, wenn der Akku schon längst total platt ist. Hier ist eine einfache Schaltung mit zwei LEDs, die ich noch in den Akku mit einbauen werde. Bei voller Ladung leuchtet nur die grüne LED. Ab einer Akkuspannung von ca. 19.8V (oder 3.3V pro Zelle) leuchtet zusätzlich noch die Rote. Bei einer Zweifarb-LED also Orange. Ab 18.6V (3.1V pro Zelle) leuchtet dann nur noch die Rote, und man sollte langsam ans Ausschalten denken, bevor es an die Gesundheit der Batterie geht. Letztlich sind Lithiumzellen auch nur Menschen, die werden auch zur Diva wenn sie hungrig sind…

Und hier ein erster Beamshot:

Beamshot im Garten, f/6.3, 4s, ISO 100, 14mm

f/6.3, 4s, ISO 100, 14mm



6 Kommentare

  1. André S. sagt:

    Netter Ansatz mit dem Scheinwerfer.
    Von der Schaltung her kommt mir die etwas “Oversized” vor.
    Ich hab neulich für ne Stirnlampe und eine Display-Beleuchtung ein ähnliches Problem gehabt (3,x V aus zwei Mignon (AA) Akkus bzw. 16,x V aus 5 V (USB) rausholen).
    Der Regler dafür ist zwar leistungsmäßig für deine Anwendung nicht geeignet (mit internem Schalter) aber ich hab in diesen 2 unterschiedlichen Anwendungen gute Erfahrung damit gemacht, den Feedback-Spannungsteiler für den Booster aus der LED(-Reihenschaltung) plus Widerstand gegen Masse aufzubauen.
    Damit hat man mit dem Widerstand den Strom durch die LED gleich eingestellt und die sich ändernde Vorwärtsspannung der LED bei unterschiedlichen Temperaturen wird auch gleich ausgeregelt (bei 9 LEDs in Reihe addiert sich das schnell).
    Und bei den Kapazitäten bin ich dann auch gleich auf keramisch gegangen, komplett Elko-frei.

  2. Andy sagt:

    Hallo ich habe ein bishien anderes problem dabei kene ich mich damit ganicht aus,aber ich sehe das Sie fachman sind. Meine frage ist bei led strahlen zb. von CRRE haben elektronische teile wen man die auseinander nimt, wozu sind die da und ob man die diode direkt an battery anschlisen kan Ich wurde mich frehen auf antwort.
    MFG Andy

  3. mikka sagt:

    … schön und gut so ein Powerscheinwerfer für Egomanen. Ich wünsche niemandem von so einem Blender getroffen zu werden, wenn er nachts auf unbeleuchteten Wegen, auf denen auch Fußgänger unterwegs sind, mit einer normalen Fahrradbeleuchtung entgegenkommt. Bitte nur einschalten, wenn keiner entgegenkommt!

    • Lasse sagt:

      So schlimm wie man meinen könnte ist das gar nicht. Ohne den zusätzlichen Reflektor blendet so ein Ding wie sau, ja, bringt dann aber auch kein Licht auf die Fahrbahn. Der Reflektor sorgt für einen definierten Lichtkreis, der natürlich nur ein paar Meter vor dem Rad liegen und nicht einfach geradeaus scheinen soll. Mich kotzen immer schon die normalen Funzeln an, die von achtlosen Radfahrern einfach nur geradeaus oder gen Himmel strahlen und somit extrem blenden; deshalb habe ich schon darauf geachtet dass mein Entwurf eben _kein_ Egomanenscheinwerfer ist! Der “spill” blendet nicht mehr als jeder andere Scheinwerfer auch, ist allerdings etwas weiter gefächert und macht Verkehrsschilder dadurch recht gut sichtbar.

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