Technik im Detail und Nachbau
Das Gerät besteht aus vier Baugruppen:
1.) Netzteil:
Im Netzteil wird die vom Dynamo kommende Wechselspannung
gleichgerichtet und gesiebt.
Am Ausgang haben wir dann je nach Belastung und Fahrsituation
eine Gleichspannung von 0-18 Volt (s. Diagramm) anliegen.
Die Netzteilplatine stammt von ELV:
Folgende Änderungen sind notwendig:
-Statt des Spannungsreglers wird eine kurze Drahtbrücke eingelötet,
die Pin1 mit Pin3 verbindet.
-Der Lade-Elko hinter dem Gleichrichter wird durch einen
470yF/35V Low-ESR-Elko (liegend) ersetzt.
-Hinter dem Gleichrichter werden 3 parallel geschaltete
22V/1.3W-Z-Dioden (alternativ 1 Z-Diode mit 22V/5W) eingelötet.
Das folgende Diagramm zeigt die Ausgangsspannung und -Leistung
am Ausgang des Netzeils in Abhängigkeit
von der Fahrtgeschwindigkeit bei maximaler Belastung
(Akku leer + Fahrtlicht 3 Watt)
bei Nutzung eines Buschmueller Dymotec S12-Dynamos:
2.) Laderegler
Aus dem Netzteil wird ein Step-Down-Wandler gespeist,
der ab einer Eingangsspannung von 14.5 Volt
(etwa 13 km/H bei Vollast bei Nutzung des Buschmueller Dymotec S12)
11.6 Volt liefert, die über eine Leistungs-Schottky-Diode MBR3015CT
einen 8-Zellen-NiMH Akku laden.
Der Step-Down-Regler ist auf 500 mA strombegrenzt,
so das der Akku zunächst mit Konstantstrom,
und dann mit Konstantspannung geladen wird.
Der Laderegler stammt ebenfalls von ELV:
3.) Ausgangsregler
Aus der Laderegler/Akku-Kombination wird ein zweiter
Step-Down-Wandler gespeist,
der 6 Volt für die Lampen und 5 Volt für externe Geräte bereitstellt.
Dieser Regler ist ebenfalls strombegrenzt auf 500 mA,
was den Spezifikationen der Fahrradbeleuchtung (6V/500mA)
und des USB(5V/500mA) entspricht.
Der Ausgangsregler entspricht dem Laderegler.
4.) Akku
Der Akku reicht aus, um etwa 105 Min. Licht zu liefern.
Aufgrund der Charakteristik des Ausgangsreglers wird das Licht
zunächst dunkler, wenn der Akku zur Neige geht;
Bei ca 5.5V Akkuspannung schaltet der Regler dann komplett ab.
Der Akku besteht aus 2 Akkupacks mit je 4 AAA-Zellen.
Das komplette Gerät ist in einem witterungsbeständigen
BOPLA-Gehäuse Modell G205 untergebracht,
das am Rahmen befestigt wird:
Zum Aufbau:
Der komplette Aufbau erfordert lediglich ein wenig Erfahrung
im Umgang mit dem Lötkolben.
Es wird folgendes Werkzeug benötigt:
-Lötkolben mit 1mm-Spitze
-Lötzinn
-Schraubendreher (Kreuzschlitz) M2,5
-Seitenschneider
- Zange o.ä. zum Muttern anziehen.
-Handbohrer o.ä. zur Bearbeitung des Gehäuses
Zusätzlich zu den Bausätzen und zum Gehäuse werden
noch folgende Kleinteile benötigt:
-1*Schalter 2*um, Spritzwassergeschützt
-1*Schottkydiode MBR3015CT o.ä.
-1*Diode 1N4004 o.ä.
-1*Spritzwasser feste Chinchbuchse o.ä. für die Anbindung externer Geräte
-2*Lüsterklemmen o.ä. für Verbindung zum Fahrrad
-Draht (mind 0.5 mm Durchmesser) für die Verkabelung
-6*Kreuzschraube M 2,5 * 15 mm + Kontermutter
Die Spannungswandler sind einseitig bestückt (SMD-Technik),
und werden mit hitzebeständigem Kleber direkt auf den Gehäuseboden
geklebt.
Das Netzteil ist so ausgelegt,
das es mit 4 Schrauben (M 2,5 * 15 mm) + Kontermuttern am Gehäuse
verschraubt werden kann.
Dabei sollten kleine Gummitüllen als Abstandshalter untergelegt werden,
da sich die Platine sonst beim Verschrauben durchbiegen kann.
Die 2 Akkupacks werden zu einem Pack zusammengelötet,
und anschließend z.B. mit Schrumpfschlauch umhüllt,
um sie zu schützen.
Der ganze Akkupack wird dann im Gehäusedeckel verklebt.
Um ihn zu halten, habe ich ihn zusätzlich mit Haltedrähten
am Gehäusedeckel fixiert.
Je nach eigenen Vorstellungen kann die Kapazität des Akkus
auch variiert werden.
Zu bedenken ist dabei allerdings, das derzeit nur NiCd- und
NiMh-Akkus mit 8 Zellen (9.6V Nennspannung) unterstützt werden.
Darüber hinaus muss noch bedacht werden, das der Akku ins
Gehäuse passen muss, und einen Ladestrom von 500mA vertragen können
muss.
Die Verbindungen zum Fahrrad nehme ich im Gehäuse
über Lüsterklemmen vor, die mit 2 Schrauben M2,5 * 15mm
+Kontermuttern am Gehäuse verschraubt sind.
Den Anschluss externer Verbraucher nehme ich über eine Chinchbuchse
und passende Adapterkabel vor.
Damit sind die Verbindungen witterungsgeschützt.
Sämtliche Durchbrüche am Gehäuse müssen
(z.B. mit Silikon oder wasserabweisendem Kleber)
gut abgedichtet werden, um Wassereintritt zu vermeiden.
Ich habe für sämtliche Verklebungen einen Kleber verwendet,
der wasser- sowie hitzebeständig ist, und gleichzeitig flexibel bleibt.
Sämtliche Kontermuttern habe ich mit einem Tropfen Kleber
fixiert, um ein Lösen im Betrieb zu vermeiden.
Zu guter Letzt werden noch die Chinchbuchse, der Schalter, sowie die
beiden Dioden (Polung beachten!) eingebaut, und die Verdrahtung
vorgenommen. Es kann hier nicht schaden, die Verbindungen
am Schalter und an der Chinchbuchse mit Schrumpfschlauch zu stabilisieren.
Um Problemen vorzubeugen, ist es sinnvoll, jetzt folgende Punkte zu prüfen:
-Ist die Verkabelung korrekt(Polung beachten!)?
-Sind alle Lötungen sauber und ordentlich ausgeführt?
-Sind alle Bauteile richtig herum eingesetzt?
Ein erster Funktionstest kann jetzt erfolgen.
Dabei sollte der Akku zunächst noch abgeklemmt bleiben.
Das Gerät sollte dazu an ein Labornetzeil angeschlossen werden,
das auf 18V und 500mA eingestellt ist.
Wenn kein Labornetzteil verfügbar ist, tun es auch 2 in Reihe
geschaltete 9V-Blockbatterien.
Der erste Wandler wird jetzt auf 11,6 Volt Ausgangsspannung justiert.
Dann wird der zweite Wandler auf 6V Ausgangsspannung justiert.
Ist bis hierhin alles fehlerfrei gelaufen, wird der Akku angesteckt, und
das Gerät mit der Lichtanlage des Fahrrads verbunden.
Nun sollte noch getestet werden, ob die Lichtanlage funktioniert.
Also:
-Einschalten
-Spannung am Ausgang messen (sollte 6V betragen)
Nach der Montage am Fahrrad ist das Gerät einsatzbereit!
Sollte es bei der Inbetriebnahme zu Problemen kommen, sind folgende
Dinge zu prüfen:
-Ist die Verkabelung korrekt(Polung beachten!)?
-Sind alle Lötungen sauber und ordentlich ausgeführt?
-Sind alle Bauteile richtig herum eingesetzt?
-Sind die Spannungen der beiden Wandler korrekt justiert?
-Ist der Akku korrekt angeschlossen(Polung beachten!)?
Fragen etc. können gerne im Forum gestellt werden.
Dort können auch Probleme, z.B. mit dem Aufbau oder der
Inbetriebnahme diskutiert werden.
Ein Hinweis:
Aus rechtlichen Gründen darf ich die Unterlagen zu den Bausätzen
(Schalt- und Aufbaupläne etc.) an dieser Stelle nicht veröffentlichen;
Diese liegen den Bausätzen jedoch bei!
Foto vom Innenaufbau des Prototypen:
Foto vom Akku des Prototypen:
Blockschaltbild:
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