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Fahrradrücklicht im Eigenbau

1. Einleitung
2. Konstantstromquelle für 8 LED's an zwei Lithiumionenakkus
2.1. Schaltung und Erklärung
2.2. Den maximalen Strom berechnen der durch die LEDs fließt
2.3. Den Basiswiderstand (R1) berechnen
3. Den Reflektor mit den LEDs herstellen
3.1. Den Reflektor herstellen
3.2. Die LEDs mit Wärmeleitkleber auf das Alublech aufkleben
3.3. Die LEDs verdraten und isolieren
3.4. Die Konstantstromquelle in Heißkleber einschmelzen und mit dem Refelektor verlöten
4. Die LED-Platine mit dem Laderegler und den Akkus verbinden
5. Das Lampengehäuse herstellen
5.1. Zeichnungen vom Gehäuse
5.2. Die Elektronik in das Gehäuse einbauen
5.3. Die Acylglasteile verkleben
5.4. Das Acylglas polieren
6. Das fertige Fahrradrücklicht
 
1) Einleitung:
Die Ziel des Projektes war es ein Fahrradrücklicht zu bauen, das mit handelsüblichen 18650 Lithiumionenakkus betrieben wird.
Da die 18650 Lithiumionenakkus zwar lange halten, aber gleichzeitig relatiev teuer und schwer sind, kommen diese in kommerziellen Fahradlampen zur Zeit nicht zum Einsatz.
Die fertige Lampe wird mit zwei Lithiumionenakkus berieben die zusammen 5600mA Kapazität haben. Geladen werden sie über einen käuflichen USB-Laderegler, wie er auch in Handys
und kleinen Ladegeräten zum Einsatz kommt. Die acht LEDs ziehen zusammen 300mA. Die daraus resultierende Helligkeit reicht aus um am Tag gut gesehen zu werden,
und um Nachts nicht zu blenden. Die Lampe leuchtet etwa 18 Stunden.


Das fertige Fahradrücklicht.
2) Konstantstromquelle für 8 LED's an zwei Lithiumionenakkus
Der erste Testaufbau  
   
   
2.1) Schaltung und Erklärung
   

 
UBE-Konstantstromquelle


Teileliste:

R1:  2 Ohm für 300 mA
R2: 1,6 K Ohm
T1:  BC547 45V 100mA
T2:  BD239 80V 2A 25W
LED:
1W High Power Led - Rot
Wellenlänge 620nm-630nm
Durchlassspannung 1.8V - 2.1V
Vorwärtsstrom (Gleichstrom) 350mA
Lichtstrom 40-50 Lm
Abstrahlwinkel 140º

 

 

 

 

Die fertige Konstantstromquelle:


 

Die auch als UBE-Konstantstromquelle bekannte Stromquelle funktioniert folgendermaßen:

Über R1 wird ein Strom in die Basis von T2 eingespeist, dadurch fließt in T2 ein Kollektorstrom, welcher gleichzeitig der Laststrom ist, welcher konstant gehalten werden soll.
Die Summe aus Kollektor- und Basisstrom von T2 fließt durch R2 und erzeugt über ihm einen Spannungsabfall.
Wenn die Spannung über R2 die Basis-Emitter-Flußspannung von T1 überschreitet (ca. 0,6V), beginnt ein Kollektorstrom durch T1 zu fließen.
Dadurch fließt ein Teil des Basisstroms von T2 in den Kollektor von T1 ab. Da der Basisstrom von T2 nun nicht weiter ansteigen kann,
weil jeder Zuwachs als Kollektorstrom von T1 abfließt, bleibt der Strom durch R2 und damit auch die Last konstant.
So stellt sich diese Schaltung auf eine konstante BE-Spannung von ca. 0,6V über R2 ein, je nach verwendetem Transistor.
2.2) Den maximalen Strom berechnen der durch die LEDs fließt:


Den Wert vom Widerstand (R2) berechnen.
Es sollen 300mA durch die 8 LEDs fließen.
 

R2 =  0,6 VUBE T1  =  0,6 V  = 2 Ohm
ILED 0,3 A

 

2.3) Den Basiswiderstand (R1) berechnen:
Um den Transistor durchzuschalten, muss er mit einem Basisstrom angesteuert werden. Man begrenzt den Basisstrom durch einen Widerstand, den Basiswiderstand.
Der Widerstand darf weder zu groß, noch zu klein sein. Ist er zu groß, schaltet der Transistor nicht voll durch.
Um den Transistor möglichst gut durchzuschalten, kann man ihn in einem Bereich steuern, der Sättigung genannt wird.
In dem Bereich bewirkt eine weitere Erhöhung des Eingangssignals keine weitere nennenswerte Änderung des Ausgangssignals.

Den Basisstrom IB berechnen:

Ic:
Der Strom, der durch den Verbraucher fließen soll
hFE: Die Stromverstärkung vom Transistor
IB: Der Basisstrom, der benötigt wird um den Laststrom fließen zu lassen
 

IB =  Ic  =  0,3 A  = 0,003A
hFE 100



Basiswiderstand errechnet sich dann wie folgt:


 

RB =  UE - 0,6 V  =  3,7 V - 0,6 V  = 1033 Ohm
IB 0,003A


 

Es wird UE - 0,6 V verwendet, da von der Steuerspannung 0,6 V an der Basis-Emitter Strecke des Transistors abfallen.

 
3) Den Reflektor mit den LEDs herstellen:
Als Refelktor dient ein 1,5 mm starkes Aluminiumblech, auf das acht rote "1W High Power Led" mit einer Wellenlänge von 620nm geklebt wurden.

1W High Power Led
 
3.1) Den Reflektor herstellen:


 
3.2) Die LEDs mit Wärmeleitkleber auf das Alublech aufkleben:
Verwendet habe ich den "Silverbead Wärmeleitkleber SG100". Vertrieben wird der Kleber in 5g Tuben.
Das erscheint auf den ersten Blick wenig, die Menge reicht aber leicht für 100 LEDs.
Der Kleber bleibt nach dem Aushärten elastisch. So können sich die LEDs auch nicht durch Vibrationen vom Alublech ablösen.
Alle acht LEDs gemeinsam, nehmen nur 300 mA auf. Sie werden dabei nur handwarm und müssten nicht gekühlt werden.


Man muß lediglich darauf aufpassen, daß die Beine der LEDs mittig durch die Bohrungen ragen, und so keinen Kontakt zum Blech bekommen.




 

3.3) Die LEDs verdraten und isolieren:
Die LEDs habe ich auf der Rückseite mit 0,8 mm Silberdraht verbunden, der im Laufe der Arbeit mit Schrumpfschlauch isoliert wurde.
Fixiert und isoliert wurde alles mit "UHU Plus sofortfest". Dieser Kleber hat den Vorteil, daß er nach 5 Minuten trocken und fest ist und zusätzlich noch sehr gut isoliert.
So geht man sicher, daß auch starke Vibrationen keinen Kurzschluss verursachen.
 

  LEDs verdraten und isolieren

 

3.4) Die Konstantstromquelle in Heißkleber einschmelzen und mit dem Refelektor verlöten:
Um die Konstantstromquelle wasserdicht zu machen und zu isolieren, habe ich sie in Heißkleber eingeschmolzen.
Die einzellnen Bauteile werden im Betrieb noch nicht einmal handwarm. Von daher braucht man sich um die Kühlung der Bauteile keine Gedanken machen.
 

  In Heißkleber eingeschmolzene Konstantstromquelle 

 

4) Die LED-Platine mit dem Laderegler und den Akkus verbinden
Als Laderegler wird ein käufliches Modul verwendet, das auch in Handys und anderen Kleingeräten zum Einsatz kommt.
Man kann hiermit die beiden Lithiumionenakkus über einen herkömmlichen USB-Anschluß aufladen.
Das Lademodul hat einen integrierten Überlade und Tiefentladungsschutz.
 
Lithium Battery Charging Board
Modell: MP1405
Eingang: Micro-USB-Buchse
Input Spannung: 5V
Ladespannug: 4,2 V
Ladestrom: 1000mA (max)
Tiefentladeschutz: 2.5V
Überstromschutz: 3A
Temperatur beim Laden: bis 60°C
Größe: 28mm x 17mm x 4mm
Beschaltung des MP1405 Ladereglers

 
Die LED-Platine mit dem Laderegler und den Akkus verbinden:
5) Das Lampengehäuse herstellen
Als Gehäuse dient ein Aluminium U-Profil mit 50mm x 46 mm x 150mm Außenmaß und 3mm Wandstärke.
Das Glas besteht aus 5mm Plexiglas, dessen Seitenteile mit "ACRIFIX 1R 192 Acrylglaskleber" angeklebt wurden.
5.1) Zeichnungen vom Gehäuse
Das Gehäuse aus einem Aluprofil
Die Plexiglasabdeckung


 
Seitliche Halterung für die Plexiglasabdeckung
5.2) Die Elektronik in das Gehäuse einbauen

Die Löcher für den Einschalter, den Berührschutz und die Dose für das USB-Ladekabel sind schon gebohrt und bestückt.
Fertig verdratete Elektronik
Die Muttern sind mit "Loctite 270 (rot)" gegen Lösen gesichert.  

 
In das Aluminiumprofil eingebaute fertige Lampe.
5.3) Die Acylglasteile verkleben:

Als Plexiglaskleber habe ich den "ACRIFIX ® 1R 192 - 100g für Acrylglas" verwendet.
Das ACRIFIX 192 härtet nur unter UV-Licht aus. Normales Tageslicht hat hierfür einen ausreichend hohen UV-Anteil.
Wenn man allerdings Nachts, im Licht der Schreibtsichlampe seine Teile verklebt, sollte man nicht erwarten, daß der Kleber in der Früh um 6:00 schon ausgehärtet ist.
Der Kleber härtet glasklar aus und ist nach dem aushärten nicht mehr vom Plexiglas zu unterscheiden.
Wird der Kleber übermäßig seitlich belastet, bildet er nach einiger Zeit häßliche Sprünge.

Bevor man sich an Bauteile wagt, die schon einiges an  Arbeitszeit für die Herstellung benötigt haben, sollte man an einigen Reststücken das Kleben üben.
Es ist nicht ganz einfach, den Kleber gleichmäßig und vor allem blasenfrei aufzutragen!


Acylglasteile verkleben
 
5.4) Das Acylglas polieren:
Die gesägten und gefeilten Flächen an der Plexiglasadeckung werden mit einer sehr feinen Polierpaste und einer Schwabbelscheine durchsichtig poliert.
Das funktioniert trotz der feinen Polierpaste so gut, daß man aufpassen muß nicht zuviel Material abzutragen.
Ab besten macht man das im Freien, da sich die Polierpaste und Stofffetzen großflächig in der Landschaft verteilen.

Verwendet habe ich folgende Polierpaste:
"Meisterstück L915 Polierpaste ganz fein, Abklärpaste, Fertigpolitur"
Das Schleifmittel wird an die laufende Polierscheibe gedrückt, wobei das Schleiffett (Bindemittel) aufschmilzt und das Schleifkorn somit an der Polierscheibe fixiert.
 
  Acylglas polieren

 
6) Das fertige Fahrradrücklicht:

Dann noch alles zusammen schrauben, und fertig ist die Lampe.







 
(c) Juergen Schilling 08.01.2017














 

Ersatztypen für den BD239:
2N6043, 2N6043G, 2N6044, 2N6044G, 2N6045, 2N6045G, 2N6387, 2N6387G, 2N6388, 2N6388G, 2SC2078C, 2SC2078D, 2SC2078E, 2SC2331, 2SC2331K, 2SC2331L, 2SC2331M, 2SC2333K, 2SC2334, 2SC2334K, 2SC2334L, 2SC2334M, 2SC2335K, 2SC2562, 2SC2562O, 2SC2562Y, 2SC3179, 2SC3851, 2SC3851A, 2SC3852, 2SC3852A, 2SC4153, 2SC4381, 2SC4382, 2SC4495, 2SC4511, 2SC4511-O, 2SC4511-P, 2SC4511-Y, 2SC4881, 2SC4883, 2SC4883A, 2SC5171, 2SD1047, 2SD1047-D, 2SD1047-E, 2SD1133, 2SD1133-B, 2SD1133-C, 2SD1133-D, 2SD1134, 2SD1134-B, 2SD1134-C, 2SD1134-D, 2SD1138, 2SD1138B, 2SD1138C, 2SD1138D, 2SD1273, 2SD1273A, 2SD1273AO, 2SD1273AP, 2SD1273AQ, 2SD1273O, 2SD1273P, 2SD1273Q, 2SD1762, 2SD1762D, 2SD1762E, 2SD1762F, 2SD1913, 2SD1913Q, 2SD1913R, 2SD1913S, 2SD2012, 2SD2058, 2SD2058-O, 2SD2058-Y, 2SD2061, 2SD2061E, 2SD2061F, 2SD234, 2SD234O, 2SD234R, 2SD234Y, 2SD2394, 2SD2394-E, 2SD2394-F, 2SD2395, 2SD2395-E, 2SD2395-F, 2SD2396, 2SD2396-H, 2SD2396-H, 2SD2396-J, 2SD2396-J, 2SD2396-K, 2SD2396-K, 2SD313, 2SD313C, 2SD313D, 2SD313E, 2SD313F, 2SD313F, 2SD526, 2SD526-O, 2SD526-R, 2SD526-Y, 2SD856, 2SD856-P, 2SD856-Q, 2SD856-R, 2SD856A, 2SD856A-P, 2SD856A-Q, 2SD856A-R, 2SD857, 2SD857-P, 2SD857-Q, 2SD857-R, 2SD857A, 2SD857A-P, 2SD857A-Q, 2SD857A-R, 2SD880, 2SD880GR, 2SD880O, 2SD880Y, BD239A, BD239B, BD239C, BD535, BD535K, BD537, BD537K, BD645, BD647, BD649, BD651, BDT63, BDT63A, BDT63B, BDT63C, BDT65, BDT65A, BDT65B, BDT65C, BDW40, BDW41, BDW41G, BDW42, BDW42G, BDW43, BDX33A, BDX33B, BDX33BG, BDX33C, BDX33CG, BDX53A, BDX53B, BDX53BG, BDX53C, BDX53CG, FJP5200, FJP5200O, FJP5200R, FJPF5200, FJPF5200O, FJPF5200R, KSC2334, KSC2334O, KSC2334R, KSC2334Y, KSD1273, KSD1273O, KSD1273P, KSD1273Q, KTC2026, KTC2026GR, KTC2026Y, KTC2028, KTC2028O, KTC2028Y, KTD1351, KTD1351GR, KTD1351O, KTD1351Y, KTD2058, KTD2058O, KTD2058Y, MJE15028, MJE15028G, MJE15030, MJE15030G, MJE15032, MJE15032G, MJE15034, MJE15034G, MJE800T, MJE801T, MJE802T, MJE803T, MJF122, MJF122G, MJF15030, MJF15030G, MJF6388, MJF6388G, NTE152, TIP100, TIP100G, TIP101, TIP101G, TIP102, TIP102G, TIP110, TIP110G, TIP111, TIP111G, TIP120, TIP120G, TIP121, TIP121G, TIP122, TIP122G, TIP130, TIP130G, TIP131, TIP131G, TIP132, TIP132G