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Auf Langstrecken wie Paris-Brest-Paris sind batteriebetriebene Anlagen meist nur nach Aufrüstung mit mehreren oder besonders leistungsstarken Akkupacks brauchbar. Beispielsweise lassen sich alkalische oder NiMH Mignonzellen durch Lithiumzellen im selben Format ersetzen.

Ansonsten bietet sich hier eine Nabendynamoanlage mit zwei in Reihe geschalteten Scheinwerfern an. Als Rückfallebene und als Taschenlampe zum Kartenlesen oder bei Pannen und Pausen sind kleine Batteriescheinwerfer oder Stirnlampen mit LEDs geeignet.

Der folgende Text beschreibt einen experimentellen Aufbau, der sich an diesen Anforderungen orientiert.

Inhaltsverzeichnis 1 Die Idee 2 Die Anforderungen 3 Details der Konstruktion 4 Befestigung der Lampen 5 Wetterschutz 6 Die Streifenplatine 7 Meßwerte 8 Stromversorgung 9 Scheinwerfer 10 Eigenschaften 11 Fazit und weitere Entwicklungsmöglichkeiten 12 Unvollständige Materialliste 13 Weblinks

Die Idee

Ein abnehmbarer Halter, an dem sich mehrere Leuchten samt Akkus, Ansteuerung und Schaltern befestigen lassen. Alles soll mit einem Handgriff von einem zum anderen Fahrrad zu tauschen sein. Außerdem bin ich gewohnt, mit Karte auf der Lenkertasche zu fahren. Die Beleuchtung muß also mit einem Kartenhalter kombiniert werden.

Die Anforderungen

• leicht demontierbar
• an mehreren Fahrrädern zu verwenden
• Kombination von Dynamo- und Batteriescheinwerfern
• Kartenhalter und -Beleuchtung
• lange Laufzeit für Langstrecken
• einfacher Austausch von einzelnen Scheinwerfern, Akkus, LED-Treibern etc.

Da ohnehin ein Halter von Klickfix für eine Lenkertasche an mehreren Fahrrädern vorhanden ist, lag es nahe, diesen für die Leuchten zu verwenden. Von Klickfix wird eine universelle Halteplatte für den Halter angeboten, die für Körbchen gedacht ist. Diese gibt das Mindestmaß in der Breite vor. Da die Konstruktion auch zumindest gelegentlich am Obenlenker meines ZOX-Liegerades verwendet werden soll, darf diese Breite ingesamt nicht wesentlich überschritten werden, da es sonst mit den Knien zu knapp wird. Auch ist hier der Platz nach oben begrenzt, da sonst die Sicht eingeschränkt wird. Nach vorne und unten ist dagegen der Platz nicht eingeschränkt. Allerdings soll alles nicht größer als eine Lenkertasche werden.

Aus diesen Anforderungen ergibt sich die Konstruktion fast zwingend: Ein Stück Lenkerrohr nimmt die nach vorne und unten versetzten Leuchten auf, damit darüber Platz für die Karte bleibt. Der Raum vor dem Klickfix-Halter bietet sich für eine Platine mit den nötigen elektronischen Komponenten und elektrischen Anschlüssen an. Da die Scheinwerfer wegen des Kartenhalters nicht mehr während der Fahrt erreicht werden können, müssen alle Schalter und Kontrollelemente vor dem Kartenhalter angebracht werden. Ursprünglich sollte vor der Platine noch der Akku untergebracht werden. Der aus Kostengründen gewählte Camcorderakku ist allerdings dafür zu groß. Flache Lithiumpolymerakkus aus dem Modellbau hätten hier Platz, was elegantar und einfacher abzudichten wäre als die momentane Lösung mit dem unter dem Halter hängenden Akku.

Details der Konstruktion

Das Grundgerüst bilden zwei Winkel aus 2 mm Alublech, die mit der Klickfix-Platte verschraubt sind. An den nach vorne gebogenen Seitenteilen wird unten ein Stück Lenker und oben eine Platte aus glasklarem Polystyrol 2mm verschraubt. Polycarbonat wäre für diese Anwendung besser geeignet, ließ sich aber nicht so einfach beschaffen. Polyacryl (Plexiglas) ist dagegen wegen der Splittergefahr zu vermeiden.

Zwischen den Winkeln sitzt als Aufnahme für eine Streifenplatine und die Schalter ein Elektronikgehäuse "Alubluebox ABB54" von Vielstedter, 72mm x 140 mm x 28mm, ohne Deckel. Als Schutz für den Inhalt ist sie hinten und oben mit schwarzem Kunstleder beklebt, das dann seitlich und vorne umgeschlagen und mit Klettband gesichert wird. Vier Schrauben M5 halten die Klickfix-Platte, Die Aluwinkel und Box und die Streifenplatine zusammen.

Leider ist der Lenkertaschenhalter nicht ganz klapperfrei. Die Geräusche und störende Nickbewegungen der Leuchten ließen sich durch etwas Filz (selbstklebende Stückchen für Stuhlbeine) vermindern, aber nicht ganz abstellen. Auf der Straße ist das nicht weiter schlimm, fürs Gelände wäre der Halter aber auch aus diesem Grund nicht geeignet. Dafür ist er aber ohnehin nicht vorgesehen. Diese Bedingungen erfordern außerdem freie Sicht auf das Vorderrad, die der Lampenhalter wie auch eine Lenkertasche zuverlässig verhindert.

Befestigung der Lampen

Die Eigenbauleuchten, ein Dynamoscheinwerfer, das Lenkerstück sowie der Akkuhalter sind mit Schellen HP-5 von Cateye befestigt. Diese Kunststoffschellen haben sich als sehr zuverlässig und stark bewährt. Die Leuchten werden mit gebastelten Winkeln aus 2 mm Alublech verschraubt. Der zweite Dynamoscheinwerfer hängt an einem Lenkerhalter von Riese und Müller, während die Leuchte von Cateye ihren Halter mitbringt.

Wetterschutz

Die Dynamoscheinwerfer sind von Hause aus einigermaßen wetterfest. Vor allem der Lumotec ist allerdings notorisch für Kontaktprobleme. Die Batterieleuchte HL-EL500G ist mit einem Ring aus Silikongummi abgedichtet. Der Schalter ist mit einem Reedkontakt ausgeführt und daher auch wasserdicht. Die Lampenköpfe für die Luxeon-LEDs sind mit Exoxidharz verklebt und sollten daher auch wetterfest sein. Der Halter für den Akku steckt momentan in einem Gefrierbeutel, aus dem die Zuleitung nach unten herausführt. Nicht schön und nicht sehr praktisch für das Laden, zu dem der Akku herausgenommen werden muß. Eine Möglichkeit wäre, das Kabel zu trennen und mit einem Stecker eine Lademöglichkeit ohne Demontage zu schaffen. Der zusätzliche Kontakt schafft aber eine weitere Schwachstelle, und zugleich wasserfeste und kleine Stecker sind schwer zu finden und teuer.

Die Kiste für die Platine ist nach vorne offen und mit einem Stück Kunstleder abgedeckt. Das bietet zumindest einen gewissen Spritzwasserschutz. Die Halterung für die Kontroll-LED ist abgedichtet. Es wird sich zeigen, inwieweit die beiden einfachen Kippschalter dem Betrieb bei schlechtem Wetter gewachsen sind. Sie lassen sich aber einfach austauschen.

Alle Zuleitungen von den Scheinwerfern, vom Dynamo und vom Akku werden zusammen von unten in die Box geführt. Auch hier muß sich zeigen, ob diese Öffnung ausreichend gegen vom Vorderrad aufspritzendes Wasser abgedeckt ist. Die Anschlußklemmen liegen dann gut geschützt seitlich auf der Platine.

Die Streifenplatine

Alle Anschlüsse und elektrischen Komponenten werden auf einer Streifenplatine zusammengefaßt. Eine chinesische Mauer trennt dabei den vom Dynamo versorgten Wechselstromteil links und den akkuversorgten Gleichstromteil rechts. Eine Ladeschaltung für den Akku vom Dynamo ist derzeit nicht vorgesehen und bei einem Fahrrad, das nicht im Alltag bewegt wird, auch nicht sinnvoll. Bei Tagfahrten, bei denen man den Akku laden könnte, bleibt das Licht zuhause. Sollte der Akku unterwegs schlapp machen, kann man mit dem Dynamolicht weiterfahren.

Die Schaltung für den Dynamoteil ist die übliche 12V-Schaltung, wie sie beispielsweise auf http://www.nabendynamo.de dokumentiert ist. Ein bipolarer Kondensator mit 330 uF (63V bipolar, rauh, das große Bauteil 36 mm x 21 mm ganz links) ist zur Überhöhung der Frequenz-Spannungs-Kurve in Reihe zum zweiten Scheinwerfer geschaltet. Ein EIN-AUS-EIN-Schalter schaltet einen (Schalter vorne) oder beide (Schalter hinten) Scheinwerfer zu. Dadurch geht natürlich das Licht beim Umschalten kurz aus, woraus evt. eine zusätzliche Belastung für den ersten Scheinwerfer entsteht. Es vereinfacht aber den mechanischen Aufbau mit nur einem Kippschalter. Ein Drehschalter kommt für mich an dieser Stelle nicht in Frage, da ein einfaches und rasches Umschalten auf Betrieb mit einem Scheinwerfer auch unter schwierigen Bedingungen, beispielsweise mit dicken Handschuhen, sicher möglich sein muß. Auch ein zweiter Schalter erhöht nur die Zahl der Kontaktstellen und verkompliziert die Bedienung. Das gilt noch mehr für den zweiten EIN-AUS-EIN-Schalter, der die LED-Scheinwerfern zwischen Abblend- und Fernlicht umschaltet. Bei diesem Doppelschalter sind beide Seiten belegt, wobei eine Seite die Verbindung zum Akku herstellt und die andere zwischen zwei unterschiedlichen Widerstandswerten zur Steuerung der LED-Treiberschaltung umschaltet.

Die LED-Scheinwerfern werden von einem linear arbeitenden Konstantstromregler von Jürgen Heidbreder versorgt. Bei einer Spannungsdifferenz von unter einem Volt zwischen Akku und LEDs erreicht diese Schaltung eine Effizienz von mehr als 90%. Mehr ist auch mit Schaltreglern kaum zu schaffen. Zumindest ein probeweise betriebener Buckpuck von Lux-Drive war hier nicht besser.

Zur Zeit werden zwei Stromstärken verwendet:

• R3 = 6,7 kOhm für 0,7 A
• R3 = 1,22 kOhm für 0,1 A

Der zweite Wert ist so gewählt, daß die Scheinwerfer subjektiv nicht stärker blenden als die für den Straßenverkehr zugelassene Cateye EL-HL500G. Auch eine Abschätzung mit Hilfe der Meßwerte von Olaf Schultz (1) für LED und Optik führt auf diesen Wert.

Auf der SMD-Platine ist ein Widerstand R3 = 10 kOhm fest verlötet und eine Litze parallel dazu herausgeführt. Die benötigen Widerstandswerte werden durch Zuschalten weiterer Widerstände auf Masse eingestellt:

• 22 kOhm und 270 kOhm für 0,7 A
• 22 kOhm, 270 kOhm und 1,5 kOhm für 0,1 A

Diese drei zusätzlichen Widerstände sind links oben auf der Platine zu sehen.

Der Regler verfügt über einen Tiefentladeschutz für den Akku. Zur Warnung bei leerem Akku ist außerdem eine einfache Spannungsüberwachung mit einer roten LED verbaut, die man preiswert bei Conrad kaufen kann. Der Schwellwert ist mit 6V angegeben, die LED beginnt aber schon bei 6,x V zu leuchten. Das paßt recht gut, da die LEDs bei Spannungen unter 7,0 V ohnhin nicht die volle Leistung bringen und auch der Akku bereits weitgehend erschöpft ist.

Außerdem ist unter dem schwarzen Kühlblech noch ein Linearregler LT1086C verbaut, der eine zusätzliche Schiene mit 5 V zur Verfügung stellt. Diese ist für eine USB-Buchse (Laden von MP3-Spielern, GPS oder Mobiltelefon), Tachobeleuchtung oder ein Rücklicht vorgesehen. Momentan ist eine Schwanenhalslampe zur Beleuchtung von Tacho und Karte montiert. Leider hat die USB-Buchse nach kurzer Zeit einen Wackelkontakt entwickelt, da die Steckverbindung offenbar den Vibrationen und dem großen Hebel der Leuchte trotz eines zweiten Befestigungspunkts nicht gewachsen ist.

Als weitere Bauelemente für eine einstellbare Spannungsversorgung nach den "Application Notes" für diesen Regler kommen die beiden gelben Kondensatoren mit je 10 uF an Eingang und Ausgang, ein fester Widerstand (220 Ohm und 270 Ohm = 121 Ohm) zwischen Einstellpin und Ausgang und ein kleiner Poti mit 500 Ohm zwischen Einstellpin und Masse hinzu. 385 Ohm an diesem Poti resultieren in 5,0 V Ausgangsspannung.

Meßwerte

t	V1	V2	I	P1	P2	n
(min.)	(V)	(V)	(A)	(W)	(W)
0	8.13	7.01	0.67	5.45	4.70	0.86
30	7.96	6.92	0.66	5.25	4.57	0.87
60	7.80	6.90	0.66	5.15	4.55	0.88
90	7.58	6.91	0.66	5.00	4.56	0.91
120	7.55	6.91	0.66	4.98	4.56	0.92
150	7.49	6.92	0.66	4.94	4.57	0.92
180	7.42	6.91	0.66	4.90	4.56	0.93
210	7.36	6.90	0.66	4.86	4.55	0.94
240	7.26	6.90	0.66	4.79	4.55	0.95
270	7.00	6.74	0.56	3.92	3.77	0.96
285	6.73	6.59	0.41	2.76	2.70	0.98
300	6.24	6.14	0.15	0.94	0.92	0.98

	Poti	Buckpuck	Jürgen
	1,5 Ohm
Laufzeit bis 0,6 A (Min.)	80	255	255
Laufzeit bis 0,5 A (Min.)	260	280	280
Ah	2,8	3,1	3,1
Wh Akku	20,9	23,7	23,6
eta	91	91	91

Stromversorgung

Die Dynamoscheinwerfer werden an dem abgebildeten Fahrrad von einem Schmidt SON-XS100 versorgt. Das Kabel wird mit Klett-Kabelbindern an der Gabel heruntergeführt und kann leicht abgenommen werden.

Für die Akkuscheinwerfer wird ein Camcorder-Akku für Canon verwendet. Er steckt in der Plastiktüte unten links. Ein provisorisch gebogenes Blech nimmt eine auswechselbare Ladeschale (Reichelt) auf, mit der der Akku kontaktiert wird. Die Kontruktion hat einen etwas provisorischen Charakter. Allerdings konnte ich so vermeiden, den Akku zu demontieren und die einzelnen Zellen zu einem neuen Akkupack zu verlöten. Außerdem bekommt man für diese Camcorderakkus recht preiswerte Ladegeräte.

Scheinwerfer

Dynamoteil: Momentan sind zwei kommerzielle Halogenscheinwerfer mit je einer 3 W Halogenbirne verbaut: ein runder Lumotec als Hauptscheinwerfer und ein BiSY als zuschaltbarer Fernscheinwerfer. Die beiden Optiken ergänzen sich ganz gut, da der Lumotec eine etwas breitere Ausleuchtung im Nahbereich und der BiSY eine schmaleren, aber weiter reichenden Lichtkegel hat. Bei langsamer Geschwindigkeit liefert die kleine Dynamonabe, die für kleine Laufräder konstruiert ist, nicht ausreichend Strom für den Betrieb beider Scheinwerfer. Bei Reisetempo ist das kombinierte Licht dann aber subjektiv heller und besser als der Lumotec alleine.

Akkuscheinwerfer:

• Cateye HL-EL500G als Ersatz und Taschenlampe für Pannen
• 2 x Maxi in Reihenschaltung nach Entwurf und mit Aludrehteilen von Ulli Horlacher. Zur Verbesserung der seitlichen Sichtbarkeit wurden je auf einer Seite drei Löcher gebohrt und mit kurzen Abschnitten aus einem klaren Acrylstab verklebt. In den Rückseiten steckt noch jeweils ein rot fluoreszierender Stab. Dieser war ursprünglich als zusätzliches Rücklicht gedacht. Für diesen Zweck ist das Licht zu schwach, als ausfallsichere Kontrolleuchte taugt es aber recht gut.
• Ein Hinweis zum Verkleben der Scheinwerfer: der Reflektor läßt sich mit minimalem Risiko von Kleberflecken auf der Frontscheibe und den empfindlichen Seitenflächen (Totalreflektion) in das Alurohr einkleben, wenn man ihn auf einem großzügig ausgeschnittenen Stück Klebefolie befestigt. Vorher sollte man ausprobieren, ob sich die gewählte Folie von Acryl wieder gut lösen läßt. Den Reflektor mit der Folie nach unten auf eine möglichst plane und feste Unterlage (umgedrehter Kochtopf) stellen. Dann den Epoxykleber auf den vorderen Rand der Optik aufbringen und das Alurohr darüberschieben. Nach dem Austrocknen kann die Folie von der Frontscheibe und der Kante des Alurohrs abgezogen werden. Bei sauberem Arbeiten ist die Klebefuge perfekt und ohne Löcher. Kleinste Luftbläschen, die beim Vermischen der beiden Komponenten des Klebstoffs entstehen, lassen sich allerdings kaum vermeiden. Eventuell überstehendes Material an der Außenseite ist nach dem Austrocknen einfach zu entfernen.

Eigenschaften

• kombinierte Dynamo- und Akku-Lichtanlage zur Montage an Lenkertaschenhalter
• Kartenhalter mit Beleuchtung
• Akkuscheinwerfer: 2 x 2,3 W LED, stark bündelnde Optik als Fernscheinwerfer, ca 4,5 h Laufzeit mit 4 Ah LiIon-Akku
• Dynamoscheinwerfer: 2 x 3W Halogen
• Zusatz- und Ersatzscheinwerfer: Cateye HL-EL500G
• Gewicht mit Scheinwerfern, aber ohne Akku und Cateye: ca 1100 g
• Cateye HL-EL500G: ca 200 g
• Akku ohne Halter: ca 200 g

Fazit und weitere Entwicklungsmöglichkeiten

Der Halter ist groß, häßlich und schwer. Eine Gewichtsoptimierung müßte bei den Aluwinkeln (Optimierung der Form und großzügige Ausschnitte vor allem auf der Rückseite, evt. Ersatz beider Bleche und der Alubox durch ein einziges, vergleichsweise kompliziert geformtes Bauteil aus Stahl- oder Alublech), dem Lenkerstück (kleinere Wandstärke oder Carbonfaser), Alu- statt Stahlschrauben und dem Kartenhalter (Carbonfaserplatte statt Polystyrol) ansetzen. Es ist schwer abzuschätzen, welche Gewicht so zu erreichen wäre. Durch Verzicht auf die Cateye, obwohl sie als Taschenlampe für Pannen oder als Ersatz beim Ausfall anderer Komponenten praktisch ist, und Ersatz der beiden Halogenlampen durch einen selbst zu bauenden Dynamo-LED-Scheinwerfer gleicher oder besserer Leistung, ließe sich die Stirnfläche mit drei statt sechs Scheinwerfern ungefähr halbieren.

Klappern und Vibrationen werden sich nur vermindern lassen, indem man die Leuchten und den Akku näher an den Lenker bringt. Ein zusätzliche Abstützung unten, z.B. am Vorbau wäre möglich, liefe aber dem Konzept einer leicht zu entfernenden Lichtanlage entgegen.

Unvollständige Materialliste

• Alublech 2 mm, Größe ca wie ein Blatt DIN A4
• Blechbox für Elektronikgehäuse
• 5 Plastikschellen von Cateye, Modell HP-5
• Lampenhalter von Riese & Müller
• Epoxykleber: UHU Plus schnellfest
• schwarzes Kunstleder aus der Restekiste
• doppelseitiges Teppichklebeband
• selbstklebendes Klettband
• Polystyrol
• metallverstärkter Kantenschutz aus Gummi

• diverse Klett-Kabelbinder
• Schrauben und Muttern: M5, rostfreier Stahl (M4 für die Maxi-Gehäuse)

Weblinks

• http://www.tandem-fahren.de/Mitglieder/Framstag/Luxeon/Maxi Bauanleitung Maxi
• http://www.dianaelectronic.de LEDs und Optiken
• http://www.modulor.de Plexiglas und Aluminium
• http://www.leddynamics.com/ kommerzielle LED-Treiber