In der Gefahr mich zu wiederholen: Rotationssymmetrische Abstahlcharkaterisitken von Optiken haben an im Straßenverkehr bewegten Gefährten nicht's zu suchen PUNKT
Ich will hiermit versuchen, daß nicht allzuviele Leute beim Basteln von Fahrradlampen mit den Luxeon-LEDs die darauf zurechtgeschmiedeten rotationssymmetrischen Optiken verwenden. Außerdem soll im Gegensatz zu den aufwendigen und nur vorerst befriedigenden1 Implantationen von Side-Emittern in normale Fahrrad-Scheinwerfer (vergl. Lampentest0210) ein einfacheres Verfahren vorgestellt werden.
Dies hier vorausgegangenen Überlegungen sind ausrdrücklich keine Einzelleistung aus dem Elfenbeinturm oder der einsamen Hinterstube. Theorie, Ideen und Bau sind in regelmäßiger enger Absprache (auch stundenlangen Telephongesprächen) zwischen, im wesentlichen, Andreas Oehler (Tübingen), Martin Schröferl (München), Peter Schäfer (Berlin) und mir besprochen worden. Jeder von uns experimentiert auf seine Weise und befruchtet so die anderen.
Zu den rechtlichen Randbedingungen ist schon einiges im Beleuchtungstext enthalten. Ebenso ist da eigentlich schon einiges, die Optik betreffendes, enthalten:=)
Die ersten Prototypen, inkl. umgesägter SK85-Kühlkörper, beruhen auf dem Konstruktionsprinzip, zu Justage und Kühlung die LEDs auf einem Kupferpin mit 10 mm Durchmesser zu montieren. Auf den beiden folgenden Bildern sind die linken vier 3 W Lambertstrahler noch mit Acryldom, der rechte ist schon nacktisiert.
Elektrische Isolierung: Es ist unbedingt auf eine elektrische Isolierung von Anschlüssen und Kühlpin von der Rest des Fahrrades zu achten!
Die Optiken müssen ca. 3,3 mm unterhalb der Trennebene durchgesägt werden. Dies liegt an der Höhe von 3,3 mm der Emitterfläche über der Montageebene des Kühlpins. Man kann natürlich auch genau in der Ebene durchsägen, hat dann nur jede Menge Streulicht bei versenkter LED oder ein Taschenfräsen vor sich... Außerdem gibt es keine Sägeblätter mit einer Dicke von 0 mm, also ist eh eine Hälfte verloren. Diese Sägearbeit ist IMHO die einzige schwierige Tätigkeit. 3,3 mm außerhalb der Symmetrieebene sind technisch mit eine Bügelsäge im Schraubstock nicht ganz so einfach zu realisieren. Mit Geduld sollte es aber klappen. Gelobt sei die Hommel:-)
Die Basisfläche des Kühlbleches zur Montage beträgt beim FL mindestens 78x35 mm. Dann sind aber vorne der Ring abgedreht und hinten die PX13,5-Höhle weggearbeitet. Ich habe mich auf 80x40 mm eingeschossen und platziere die LED ca. 13 mm von der Hinterkante auf dem Blech. Je nach Ausführung halt auf Kupferpin, direkt aufgelötet oder mit Kaptonfolie aufgeklebt.
Die Kabelausführung geschieht entweder über den Kupferpin oder direkt nach hinten durch das alte Birnenloch.
Justage: LED unter Strom setzen, halbierten Reflektor auflegen und grob positionieren, so daß das Lichtfeld zufriedenstellend ist. Umriß mit Folienschreiber markieren. Fünf-Minuten-Epoxiharz anrühren, auf Schnittkante und Kühlblech streichen, ausrichten und aushärten lassen. Dann noch mit einem Stückchen Plastik hinten den Kabelaustritt bzw. das restliche Birnenloch dichtsetzen. Mit schwarzer (Fenstermal-) Farbe alle störenden Stellen abdecken.
Der Hauptscheinwerfer für den Baron wird ein DoppelhalbFL mit 2 LXHL-PW09 und senkrecht geteilten FLs. Die LEDs könnten wahlweise seriell oder parallel (Vorwiderstand je LED zur gleichmäßigeren Stromverteilung notwendig) geschaltet werden.
Zur Namensgebung: Die eiförmige Form und die beiden Lidschatten (oder Tränensäcke) zum Schutz der Zone 1 sowie das Erreichen der Lichtwerte für die TA24 (außer der Punkte L5/R5) legten diesen Namen einfach nur nahe.:-)
Das Kupferblech (40x83x5) wiegt trotz diverser Schlitzungen (1,7 mm dickes Kreissägenblatt) und Bohrungen (Kühlung und gewichtsbedingt) noch 113 g.
Ergänzung 19.12.05: Wer den Test von Andreas Oehler in der aktivRadfahren 11-12/2005 gelesen hat: Ja, es ist ein nichtkommerzielles Projekt. Ja, ich bastel die Dinger, aber nur meiner Eigenversorgung! Hinreichende Informationen für ambitionierte Selbstbastler sollten auf diesem Webseitenchaos auffindbar sein. Auch ist das Archiv der HPV-Mailingliste auf www.hpv.org sicherlich eine Fundgrube für den ein oder anderen Tip. Und falls jetzt jemand meckert, daß nackte LEDs Witterungseinflüssen gegenüber empfindlich reagieren könnten: Der Dauertest läuft seit zwei Wochen auf dem Dach (AKA RotverschiebungderHintergrundstrahlung
Der TouchdownW wurde allerdings Ende Sept. 2004 außer Dienst gestellt. Nach einem Sturz hatte sich das, inzwischen elastisch gewordene, 5-Minuten-Epoxi vom Alukörper gelöst. Es war innerhalb einer Woche deutlich Wasser in eine Hälfte eingedrungen und die LED drohte zu Ertrinken. Insofern sind die Messergebnisse auf dem Goniometer nicht allzu fair:-)
Dies ist eigentlich nur ein Abklatsch des Ur-Touchdowns. Verbaut sind zwei Cree XR-E (XR7090WT-U1-WH-P4-0-0001). Für die Reflektoren werden zwei Überbleibsel aus den TD-Bauten verwendet. Daher müssen die LEDs gegenüber der Aufflagefläche der Reflektoren fast 7 mm versenkt werden. Das ist der Grund für den ,,dicken'' Brocken. Allerdings ist der Scheinwerfer fertig nur 108 g schwer und die Zerspanung ist relativ schnell gemacht. Das Eintauchen mit dem Sägeblatt bei den herkömmlichen Bauweisen dauert gerade bei Kupfer ewig!
Aufgrund der nicht mehr vorhandenen Birnendurchführung ist das experimentieren mit Rückenspiegeln nicht möglich.
Die Ausrichtung der Reflektorhälften ist nicht so ganz glücklich und zusammen mit dem hohen Lichtstrom der Crees gibt es dann leichte Probleme in Zone 1.
Nach dem ersten vielversprechenden Anklang mit dem TD070204 ein Nachschlag mit einem (nahezu) mittig durchgesägten FL. Mit einer provisorischen Halterung wird die notwendige Versenkung der LEDs bestimmt: Die effektive Emitterfläche ist bei der nichtnackten Cree ca. 1,6 mm über der Montagefläche. Daher auch hier wieder Versenkungen von 1,6 bzw. 2,9 mm. Die Sägeblattdicke liegt bei 1,2 mm, der Angußnippel ist in der einen Reflektorhälfte genau mittig durchgesägt. Stimmt also auf's Zehntel:=)
Hier werden wieder Rückenspiegel eingesetzt. Aus einem 10er Alustab AlMgSi0.5 gefertigt werden erst 30 Grad nach unten angefräst und dann je 25 Grad zur Seite. Dann wird der Spiegelstab in der Mitte durchgesägt und man erhält je ein Teil für links bzw. rechts. Die Ausrichtung erfolgt dann manuell und im leuchtenden Scheinwerfer. Die Winkel sind stärker als gefertigt, zumindest der Winkel zur Seite muß wohl größer als 25 Grad sein.
Das Gewicht von TD070211 liegt bei ca. 97 g.
Bild: Rohteile TD070211 (links+mitte) TD070204 und TD070211
Neben dem Ausrichten der Reflektorhälften ist mal wieder die Herausführung der Kabel aus dem Reflektor der Knackpunkt. Das soll ja so passieren, daß kein Wasser eindringen kann. Und gerade an aufgeklebten LEDs läßt sich nur schwierig löten, die Keramik leitet die Wärme einfach zu gut weg. Kabel vorher angelötet: Kabel zerren während des Aushärtens der LED-Klebung an dieser. Kabel hinterher angelötet ist schwierig. Zudem müßten die schon bei der inwischen eingeführten Durchführung durch den Kühlkörper, siehe Bild von TD070211, mit 5-Minuten-Epoxi eingeschmiert werden und gleichzeitig angelötet. Fertigungstechnisch nicht das Optimum... Aber dafür sind das hier halt keine Reinkarnationen von LEDs in Thermoskannen:-)
Im Sommer 2007 wurde in der Beleuchtungsmailingliste eine Sammelbestellung von Inolight Reflektoren durchgeführt. Dieser Reflektor ist von Haus aus für Lambertstrahler und einfache Montage vorgesehen und muß nicht wie ein herkömmlicher Glühbirnen-Reflektor präzise zersägt werden.
Im Original wird eine Luxeon LXHL-PW09 auf einem 0,5 mm hohen Podest verwendet. Wird eine Cree XR-E7090 verwendet, so ist die Podesthöhe anzupassen. Ein kurzer Test (LED auf einer CuNi-M10-Schraube aufgelötet) hatte etwa 3,5 mm als Optimum ergeben. Eine genauere Vermessung mit vielen Höhenschnitten dann 2 mm.
Warum eine XR-E und keine Seoul P4 oder Luxeon Rebel? Die Rebel ist mechanisch zu klein, fitzelig zu verarbeiten. Die SSC hat einen Hof (unscharfe Phosphorabgrenzung). Zudem sind beides Lambertstrahler, die Cree hat hingegen einen engeren Abstrahlwinkel, der Reflektor sammelt einen deutlich höheren Anteil des Lichtstromes der LED ein.
Bild: Verschiebungsmechanismus (Stichmaß für die horziontale, Unterlagen für die vertikale Positionierung)
Die Serienfertigung für die ersten sechs Exemplare wurde aufgrund zuerst mit 3,5 mm ermittelten Podesthöhe aus SK85-Kühlkörpern gefertigt.
Die SK85 haben den Vorteil einer Dicke von 10~mm, viele Platz zum Aluspanerzeugen und einer dicken Seitenwange um dort die Befestigung unterzubringen. Wer keine Fräse zur Verfügung hat: Ein kleinerer Kühlkörper und ein möglichst großflächiges 2 mm dickes Alublech, das aufgeklebt wird, sollte es auch tun. Dann reicht als Werkzeug Bohrmaschine, M6-Gewindebohrer (Befestigung), 3,3 mm Bohrer für das Schmidtkabel und ein 5 mm Bohrer für das Kernloch des M6-Gewindes, Bügelsäge, Feile.
Die hier abgebildeten Langlöcher sind einzufräsen. Zwei Löcher mit dem 3.3er tun es auch, die dann mit einer Schlüsselfeile verbunden werden. Allerdings bringt das nicht viel, da auf der Rückseite die Position der Kühlrippen etwas unglücklich ist, da ist dann mit einem Fräser in die Rippen einzutauchen.
Abmessungen: Die LED wird etwa auf Höhe der Befestigungsbohrungen angebracht. Der maximal notwendige Verschiebeweg für eine akzeptable Ausleuchtung beträgt +-1,5 mm (also zwei 3,3er Bohrungen direkt berührend reicht).
Der Abstand der Bohrungen beträgt 42 mm. Ja, wirklich 42 mm:-)
Bevor die Reflektoren aufgesetzt werden unbedingt Funktionsprüfung der LEDs machen. Beim Anlöten passieren zu schnell Fehler (Kurzschlüsse auf dem Keramikträger oder im Kabel, da Innenleiter durchgeschmolzen).
Ein Höhenreißer ist hier ein sinnvolles Werkzeug um die Markierung für die Ausrichtung aufzubringen. Ein dünner Filzstift und Lineal können es auch tun. Nur ist vor dem Kleben bei der Entfettung das angerissene noch zu sehen, der Strich des Filzstiftes wohl nicht.
Bild: Die Einzelteile der ersten sechs InXRE_x (Kühlkörper, Distanzfolie und Harz für die LED, Kabelanschluß)
Die Reflektoren werden hier mit einer Silikonwurst, unten auf dem Kühlkörper aufgetragen, gedichtet. Der Spalt ist wegen der 1,5 mm dicken Unterlagsstücke um das gefräste 3,5er Podest auf 2 mm zu erniedrigen zu groß für 5-Minuten-Expoxi.
Vorne bildet eine ca. 0,8 mm dicke Polycarbonat-Scheibe den Abschluß. Auf den Reflektor wird dazu 5-Minuten-Epoxidharz aufgetragen und dann auf die etwas größer ausgeschnittene Scheibe gelegt. Dann visuell auf Dichtheit überprüft. Hier wurde dann noch außen mit schwarzer Fenstermalfarbe nachgefrickelt.
Fertiger Doppelscheinwerfer hoffentlich mit etwas überdimensionierter Halterung. Bei genauerem Hingucken zu erkennen: Nicht nur im unteren Bereich der Frontscheibe ist Reflexfolie (www.pedalkraft.de) aufgeklebt, sondern beim oberen Scheinwerfer auch auf die flache untere Fläche im Reflektor. Ob und wie diese wirksam ist muß sich noch herausstellen (s.u.)
Bild: InXRE_x
Gut, die Kühlkörper sind derzeit sicherlich überdimensioniert. Aber dafür sind das auch keine Thermoskannen. Die Scheinwerfer wiegen so komplett 85 g. Davon entfallen ca. 14,5 g auf den Reflektor, 2,6 g auf die Frontscheibe, 0,6 auf die LED, etwas auf das Kabel und Kleber sowie Silikon und Schrauben, bleiben wohl etwas über 60 g für diese Reflektoren. Es geht aber auch leichter: 28 g (irgendein Kühlkörper für eine Gehäuserückwand aus einer Grabbelkiste eines Elektronikladens gebunkert) bzw. 22,7 g (Rest vom SK85).
Bild:Sichbarkeit der Reflexfolie im oberen Scheinwerfer (0 Grad, 20 Grad und 35 Grad seitlich)
Wenn der Acryldom abgezogen ist, mit einer spitzen Pinzette, z.B. Erem 5-SA, die restlichen Silikonpropfen vom Chip entfernen. Aber auf die empfindliche Phosphorschicht achten. Direkt auf dem Phosphor kann auch ein bißchen Silikon stehen bleiben, das verbreitert nur den Lichtfleck, vergrößert aber nicht die Emitterfläche in der optischen Achse des Reflektors; zerstört also nicht Zone 1.
Bild: (von links) 3 W-Emitter und zerstörter 5 W-Emitter
Ich habe auf inzwischen ca. 20 nacktisierten LEDs in der Anfangzeit zwei entphosporte erzeugt. Eine davon die 5 W:-(
Ein paar ungeklärte Fragen stehen noch im Raume:
Auf Punkt eins gibt ../LEDAlterung/ ansatzweise Antwort.
Auf Punkt zwei Ergänzung 06.11.2005: Der Lichtstrom geht durch nacktisieren um ca. 15 %
zurück. So an zwei PW09 gemessen. Allerdings äußert das sich nicht so drastisch im
Endergebnis, da die Leuchtdichte steigt. Grund ist die überproportinal sinkende visuelle
Chipfläche! Mit den Messungen an zwei gleichzeitig gebauten Scheinwerfern (A
nacktisiert, B normal) wird das folgende
Bild erzeugt. Dabei ist der unterschiedliche Lichtstrom der LEDs (gemessen
bei 100 mA) herausgerechnet. So bestehen unbekannter Einfluß allerdings noch
die vier halben FLs und die subjektiv optimale visuelle Ausrichtung beim
Kleben (Projektion auf eine ca. 2 m entfernte weiße Wand).
Wer nur einen Touchdown betreiben will: 1F/5,5V-Goldcap über der einen weißen LED parallel schalten. Reicht als Standlicht einigermaßen.
Meßwerte gibt's dan Goniometer inzwischen und sind ebenda zu finden.
Materialbeschaffung: Ich habe bisher gute Erfahrungen mit www.alu-verkauf.de und www.dianaelectronic.de gemacht.
Verbesserungsvorschläge:
HTML-Editor: joe, Bildbearbeitung: xv, HTML-Preview: Mozilla/5.0 (X11; U; Linux i686; de-AT; rv:1.4) Gecko/20030821
Historie:15.02.04 Start der Seite.
18.02.04 Meßergebnisse Touchdown und Nacktisieren
01.03.04 Touchdown L und LW hinzugefügt.02.03.04 TouchdownLW akutalisiert 30.03.04 Schaltbild, diverse Ergänzungen 05.04.04 Projektion und Gedanken zu TouchdownE 23.04.04 Ergänzungen beim Baron 29.09.04 Ergänzungen 06.11.05 Ergänzungen im Bereich Nacktisieren 26.11.05 geringe Ergänzungen, Formatierung ab.02.07 TD0702xy 16.09.07 InXRE Olaf Schultz