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Fahrradbeleuchtung: Nachbau Doppel-Fernscheinwerfer "Müller"

Diese Beschreibung zeigt den Aufbau eines Doppel-LED-Fernscheinwerfers, dessen ursprünglicher Entwurf von Ulli "Framstag" Horlacher stammt, daher habe ich auch den Namen "Müller" für diesen Scheinwerfer übernommen. Ulli hat bereits alle wesentlichen technischen Merkmale dokumentiert, so dass ich hier auf die Darstellung einiger Details verzichte und vornehmlich den Aufbau als solchen beschreibe.

1. Optik, LED

Als LED kommen Seoul P4 zum Einsatz, die vom mechanischen Aufbau den Luxeon-Star sehr ähnlich sind, jedoch bei gleichem Strom etwa doppelt so viel Licht liefern.

Um das Licht der LED zu bündeln werden "Mobdar" Kollimatoroptiken 8° von Gaggione verwendet.

Diese Optiken besitzen zur Aufnahme der LED einen kleinen Absatz, der mit 0,4 mm Tiefe (in der folgenden Grafik grün dargestellt) allerdings genau für die Luxeons ausgelegt ist. Dies führt dazu, dass das Licht der Seoul P4 in der Mitte zu stark punktförmig fokussiert wird. Michael Wandinger hat herausgefunden, dass die Ausleuchtung mit P4 LEDs wesentlich gleichmäßiger wird, wenn man diesen Absatz um weitere 0,4 mm (in der Grafik rot; nicht maßstabsgetreu) vertieft:

2. Gehäuse

Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen, der als Kühlkörper ausgelegten Rückwand und dem vorderen Teil, der die Optik trägt.

2.1 Kühlkörper

Aus einem 100 x 100 mm großen Strangkühlkörper lassen sich 4 runde Kühlkörper herstellen (mit etwas mehr Aufwand auch 5, aber engesichts des niedrigen Preises eines Strangkühlkörpers verzichte ich auf unnötig komplizierte Arbeitsschritte). Diese haben einen Außendurchmesser von 40 mm, auf der Frontseite wird zudem ein 1 mm tiefer und 2,5 mm breiter Absatz zur Aufnahme des Acrylglas-Rohres abgedreht. Quer in die Kühlrippen wird ein Gewindesackloch M5 x 23 geschnitten -- eine M5 x 25 Schraube kann so den Scheinwerfer ideal auf dem Halteblech fixieren.

Da mir ein Bekannter (gelernter Werkzeugmacher) die Drehteile angefertigt hat (er hat auch die Optiken heruntergedreht), gibt es davon leider keine Fotos. Ich habe ihm aber eine Konstruktionszeichnung (s. Downloads) mitgegeben, mit der er gut zurecht gekommen ist ...

... jedenfalls bin ich mit dem Ergebnis sehr zufrieden:

In den Kühlkörper werden zwei Löcher je 3 mm gebohrt, durch welche später die Anschlußdrähte herausgeführt werden. Um der Verklebung der Drähte guten Halt zu bieten, werden die Bohrungen jeweils angefast. Der Boden des Kühlkörpers wird mit 400er Schleifpapier leicht angerauht, um dem Kleber der LED besseren Halt zu bieten.

Nun können die durch's Drehen blank gewordenen Kühlrippen lackiert werden. Hierbei habe ich auf die sonst übliche Grundierung verzichtet, da sich vermutlich zu viele graue Sprenkel dorthin verteilt hätten, wo sie nicht zu gebrauchen sind ... der Absatz für das Acrylglas-Rohr wurde ebenfalls nicht lackiert.

2.2 Gehäuse

Der vordere Teil, der Optik-Halter des Gehäuses wird aus Acrylglas-Rohr gefertigt, welches 40 mm Außen- und 36 mm Innendurchmesser hat. Benötigt werden 22 mm lange Stücke des Rohres.

Mit einer Kappsäge oder einer Tischkreissäge (mit Anschlag) kann man das Rohr recht präzise auf die gewünschte Länge bringen. Es geht aber auch mit einer einfachen Metallsäge und einer Gehrungslehre (eckiges U-Profil mit Führungsschlitzen für das Sägeblatt). Die Gehrungslehre habe ich zwar auf dem Werktisch festgeschraubt, dennoch ist das Ergebnis selten ein genau gerader Schnitt ...

Mit einem Schleifteller auf der Bohrmaschine, zunehmend feinerer Körnung und etwas Geduld lassen sich Ungenauigkeiten jedoch beseitigen und die Rohrstücke exakt auf Mass kürzen. Der Schleifteller hat (im Vergleich zu z. B. einem Bandschleifer) den Vorteil, dass man die Rohrenden konzentrisch schleifen kann, was zu einem besonders attraktives Ergebnis führt. Spätestens bei 400er Körnung wird nass geschliffen. Die Seite welche auf den Kühlkörper geklebt wird, braucht nicht so fein geschliffen werden -- eine etwas rauhere Oberfläche ist hier sogar vorteilhaft, da die Klebeverbindung so besser hält.

2.3 Zusammenbau

Optik und Rohr werden leicht angefast, d. h. die aneinander stehenden Kanten, wo sie miteinander verklebt werden, werden abgeschrägt -- es entsteht eine V-förmige Lücke. Die Optik wird hierzu am Schleifteller mit 200er Körnung geschliffen, das Rohr mit einem Handgerät ("Dremelimitat") und einem Schleifband. Dass die so angeschliffenen Flächen etwas rauh bleiben ist von Vorteil, da so der Kleber besser mit dem Material verzahnen kann.

Tip: Um den Rand der Optik etwa drei Lagen klares Klebeband wickeln und anschließend auf passende Breite zurechtschneiden. So wird der Spalt zwischen Optik (35,5 mm) und Rohr (36 mm) geschlossen, die Optik besser im Rohr zentriert und beim Verkleben kann kaum noch Kleber zwischen Optik und Rohr verlaufen.

Auch wenn die LED (vor-)selektiert sind, wird jede vor dem Einbau einem Funktionstest unterzogen -- 2-Komponenten-Kleber hält nämlich so gut, dass man nicht versehentlich eine defekte LED verbauen möchte. Es genügt, die LED kurz mit Strom aus einer geregelten Stromquelle zu versorgen, ich nehme hierfür eine 350 mA Konstantstromquelle.

Die LED wird nun mittels Optik und Rohrstück provisorisch ausgerichtet, um die Lage (mit einem dünnen Bleistift) anzuzeichnen. Bei der Ausrichtung der LED darauf achten, dass der Emitter rechteckig ist und im fertigen Scheinwerfer nicht wie ein Karo ("Vorfahrtsschild") auf der Ecke stehen sollte -- seine Form wird nämlich durch die Optik 1:1 auf die Straße projeziert. Direkt neben den Bohrungen für die Anschlußdrähte liegt jeweils ein "+" und ein "-"-Kontakt der LED; dies sollte bei allen Einzelscheinwerfern gleich ausgerichtet werden.

Nun wird je ein kleiner Tropfen Binder und Härter des 2-Komponenten-Wärmeleitklebers in der Mitte des Kühlkörpers aufgebracht und verrührt. Die LED wird auf den Kleber aufgelegt und wieder mittels Optik und Rohr ausgerichtet und zentriert -- ist die endgültige Lage erreicht, wird mit etwas mehr Druck die Kleberschicht zwischen LED und Kühlkörper auf minimale Dicke reduziert.
Achtung! Dieser Kleber verteilt sich gerne mal dorthin, wo man ihn nicht gebrauchen kann und hinterlässt dort einen dauerhaften Farbklecks ...

Da der 2-K-Wärmeleitkleber nicht gerade die attraktivste Farbe hat, wird überstehender Kleber -und bei der Gelegenheit auch der viel zu helle Rand der LED- schwarz gefärbt. Hierzu eignet sich ein edding permanent marker sehr gut, auch wenn seine Farbe eher glänzend ist denn (seiden)matt ... ;-) (Beschriftungen und nicht benötigte Lötkontakte der LED habe ich dann auch noch geschwärzt.)

Die Anschlußdrähte (einzelne Leiter aus einer 3x 1,5 mm^2 Installationsleitung) werden so gebogen, dass sie durch die Bohrungen geführt genau auf den Lötpunkten der LED zu liegen kommen, das Anschlußende wird jeweils abisoliert und verzinnt. Im Bereich, wo der Draht in der Bohrungen sitzt, wird auf diesen rundum etwas (nicht zu viel!) 2K-Kleber aufgetragen, der Draht in die Bohrungen eingeführt und verlötet. Nachdem beide Drähte angeschlossen sind, läßt man den Kleber aushärten.

Auf den Rand des Kühlkörpers wird (wenig) 2K-Kleber aufgetragen, das Rohr aufgesetzt und mittels der lose eingesetzten Optik in der richtigen Position gehalten, bis der Kleber ausgehärtet ist.
Tip: der Kühlkörper läßt sich beim Auftragen des Klebers leichter handhaben, wenn man ihn so auf eine Pappröhre (z. B. vom Toilettenpapier) setzt, dass diese zwischen den äusseren Kühlrippen geklemmt wird.

Nun kann die Optik mit dem Rohr verklebt werden, kleine Mengen 2K-Kleber werden vorsichtig in den Spalt gegeben, dabei darf kein Kleber auf die Frontseite der Optik geraten.

Wenn der Kleber ausgehärtet ist, kann der Scheinwerfer in Betrieb genommen werden ...

3. Anschluss, Montage

Das Schaltbild ist denkbar einfach: zwei in Reihe geschaltete LED an einer Stromquelle mit Gleichspannung. Um den Fernscheinwerfer auszuschalten dient ein parallel geschalteter Kurzschlußschalter -- ist dieser geschlossen, fließt der Strom an den LED vorbei, aber weiterhin durch Nahscheinwerfer und Rücklicht.

Beide Einzelscheinwerfer werden mit M5 x 25 Schrauben auf einem Querträger befestigt, eine Schraube kann direkt mit Schraubensicherung gesichert werden. Die zweite wird vorerst nur handfest angezogen, da beide Scheinwerfer noch in der Parallaxe ausgerichtet werden müssen. Die Anschlußdrähte werden (der Eitelkeit halber) mit schwarzem Schrumpfschlauch ummantelt, die Enden abisoliert und verzinnt.

Die LED werden also in Reihe geschaltet, da beide gleich im Scheinwerfer ausgerichtet sind, werden nun die äußeren Anschlußdrähte miteinander verbunden -- mittels einer dünnen Litze (mittig im roten Schrumpfschlauch), welche als "Sollbruchstelle" dient: im Falle eines Unfalles soll diese reissen und die Anschlußdrähte hoffentlich weiter zu gebrauchen sein. Die mittleren Anschlußdrähte werden nach hinten gebogen, hier wird die Zuleitung vom Nabendynamo angebracht.

Der Querträger wird mittels eines Längsträgers und einer Kunststoff-Schelle am Lenker befestigt, die Zuleitung vom Nabendynamo angelötet (auf richtige Polung achten, "Müller" befindet sich hinter dem Gleichrichter) und die Kontakte mit Schrumpfschlauch ummantelt. Den Längsträger habe ich wegen der höheren Schwingungsbeslastung aus zwei miteinander veklebten Stahlblechen gefertigt. Beide Schrauben am Längsträger werden durch Sicherungsmuttern vor ungewolltem Lösen geschützt.

Bei einer Testfahrt wird der Doppelscheinwerfer horizontal, vertikal und in der Parallaxe ausgerichtet. Abschließend kann auch die Halteschraube des zweiten Einzelscheinwerfers mit Schraubensicherung gesichert werden.

3.1 Halter

Der Scheinwerferhalter aus Blechstreifen funktioniert absolut zufriedenstellend und ist schnell hergestellt ... deutlich ansehnlicher ist jedoch dieses Modell aus Aluminium, das ich für meine Speedmachine gefertigt habe.

4. Links

4.1 Quellen

Original-Dokumentation von Ulli "Framstag" Horlacher

4.2 Downloads

Konstruktionszeichnung Kühlkörper als edierbare Xfig-Grafik.

Konstruktionszeichnung Kühlkörper als (encapsulated) PostScript.



 

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