Mittlerweile (Herbst 2010) werde ich mitleidig angesehen, wenn ich bei Fahrradtouren mit meiner alten Sigma Mirage Evo und Evo-X auftauche. Nachdem fast alle Freunde auf LED-Fahrradlampen umgestellt haben, konnte ich unmöglich weiter mit meinen alten Halogen Röhren rumfahren, eine eigene LED-Fahrradlampe musste dringend her! Dass ich eine derartige Lampe selber baue, ist Ehrensache, einfach so kaufen kommt bei mir nicht in Frage. Ausserdem wollte ich nicht nur eine Lampe haben, sondern direkt mehrere für die ganze Familie und für verschiedene Einsatzzwecke, wie Rennrad, Mountainbike, Speleo- und Untertageaktivitäten usw.. So ein Vorhaben geht schnell ins Geld und ich habe mir durch den Selbstbau einen gewissen Einspareffekt erhofft. Ein Ergebnis dieser Arbeiten ist die vorliegende, detaillierte Anleitung, die das Risiko von Fehlschlägen beim Eigenbau von LED-Lampen reduzieren kann.

Zunächst habe ich mich in den einschlägigen Fahrradläden, Foren und Internetshops schlau gemacht, um zu sehen was es gibt und was ich gerne hätte. Schnell war klar, welche Anforderungen meine zukünftige Lampe erfüllen soll:

1. Möglichst kleines Gehäuse.
2. Keine Schalter an der Lampe.
3. Keine Dimmstufen oder Blink-Modi.
4. Spritzwasserdicht.
5. So hell wie irgend möglich.
6. Der Lichtkegel sollte in 2-3m Entfernung einen Durchmesser von 1-2m auf dem Boden haben.
7. Keine scharfe Fokussierung, um den Lichtkegel herum soll genügend Streulicht fallen.
8. Die Lampe soll an verschiedenen Akkus mit unterschiedlicher Spannung (6-18V) funktionieren.
9. Die fertige Lampe darf nicht mehr als 25W aufnehmen.

Der Brenner (das Leuchtmittel) war schnell gefunden, eine Seoul P7 soll es werden. Die P7 wird in vielen, hochpreisigen Taschenlampen, Tauchlampen, Fahrradlampen und so weiter eingesetzt. Die angegebenen 900 Lumen sollten mehr als ausreichend sein. Mit einer Leistungsaufnahme von ca. 10 Watt wird die Lampe auch deutlich sparsamer ausfallen als meine antiquierten Halogen Brenner.

Als nächstes habe ich mich um passende Reflektoren für die P7 gekümmert. Dazu habe ich mir einen Haufen verschiedener Reflektoren bestellt und im Betrieb getestet. Die LED wurde dazu auf einen alten Prozessorkühler geschraubt und an einem regelbaren Netzgerät mit konstantem Strom von 2,8A versorgt. Anschließend konnte ich in Ruhe die verschiedenen Reflektoren durchprobieren. Der passende Reflektor war schnell gefunden, ich habe mich für ein Exemplar der Firma LEDIL mit einem Öffnungswinkel von 18° entschieden (Beispiel Bezugsquelle hier klicken). Stärkere Fokussierungen benötigen grössere Reflektordurchmesser, wodurch das Gehäuse zu groß geworden wäre. Der Reflektor bietet das Optimum an optisch Machbaren bei gefordertem minimalen Durchmesser. Das Streulicht ist perfekt, beim Mountainbiking im Wald werde ich fliegende Äste in Kopfhöhe rechtzeitig erkennen.

Einiges Kopfzerbrechen hat mir das Gehäuse bereitet. Alle Gehäuse aus Kunststoff scheiden schon im Vorfeld aus, sie können prinzipbedingt die Abwärme der LED's nicht schnell genug nach Außen ableiten. Nachdem ich mir etliche Gehäuse angesehen und ein paar ausgewählte bestellt habe, habe ich mich letztendlich für die Ansmann Action9 entschieden.

Für knappe fünf Euro bekommt man ein kleines, sauber verarbeitetes Gehäuse aus Aluminium, das man sehr einfach in seine Bestandteile zerlegen kann. Die neun LED's werden im Lampenkopf über einen dünnen, scharfkantigen Aluminiumring fixiert, dieser verklemmt sich mit dem Gewinde in der Gehäuseinnenwand. Diesen Ring kann man mit Hilfe eines dünnen Schraubendrehers von der Gehäusewand weghebeln und anschließend mit einer Spitzzange entfernen. Der Schalter im Gehäuseboden kann mit Hilfe eines dünnen Holzstöckchens herausgedrückt werden.

Die 10 Watt Wärme der LED sollen zuverlässig über das Gehäuse an die Umgebung abgegeben werden. LED's mögen es gerne kühl, sonst leidet die Lebensdauer oder die LED stirbt sogar den Hitzetod. Zur Ableitung der Wärme habe ich mir kleine Zylinder aus Aluminium drehen lassen, sie haben einen Durchmesser von 22,9mm und eine Höhe von 20mm. Diese Tönnchen passen satt in das Gehäuse und können so die Wärme der LED gut an das Gehäuse ableiten. Zum Anschluss der LED habe ich zwei kleine Löcher mit einem Durchmesser von 2,5mm in den Zylinder gebohrt, die Position der Löcher wird durch die Star-Platine der P7 bestimmt. In Abbildung 7 ist eine solche Star-Platine ohne LED zu sehen, sie dient mir als Bohrschablone.

LED's wollen bei konstantem Strom betrieben werden. In billigen LED-Taschenlampen wird der Strom einfach über einen Vorwiderstand begrenzt, in einigen Fällen wird sogar ganz auf Schutzvorrichtungen verzichtet, beides kommt bei mir nicht in Frage. Meine Lampen werden hauptsächlich an Akkus mit einer Nennspannung von 12 Volt betrieben, ein direkter Anschluss ist daher nicht möglich und die Verluste an einem Vorwiderstand wären einfach zu hoch. Also musste eine effiziente elektronische Schaltung mit möglichst geringen Ausmaßen gefunden werden.
Üblicher Weise werden hierfür einfache Konstantstromquellen verwendet, passende Schaltungen und fertige Platinen gibt es wie Sand am Meer, und auch an Selbstbauanleitungen solcher Schaltungen mangelt es im Internet nicht. Die meisten Schaltungen arbeiten nach dem Prinzip der linearen Strombegrenzung, also einem variablen Vorwiderstand. Für den Betrieb einer LED an 230 V kann das durchaus sinnvoll sein, beim Betrieb der LED an einem Akku scheidet dieses Prinzip aber wegen des schlechten Wirkungsgrads aus.

Für den optimalen Betrieb der P7 an einem 12 V Akku kommt eigentlich nur ein Tiefsetzsteller mit entsprechend hohem Wirkungsgrad in Frage. Die Auswahl an passenden Selbstbauschaltungen reduziert sich damit drastisch, da die Schaltungen im Vergleich zu Linearreglern recht komplex sind. Um selbstgebaute Tiefsetzsteller optimal an die LED anzupassen, benötigt man in der Regel ein Oszilloskop, das ich leider (noch) nicht besitze, ich arbeite aber daran. Nach einigen erfolglosen Selbstbauversuchen habe ich mich letztendlich doch zum Kauf einer fertigen Lösung durch gerungen, obwohl es meinem Ehrgefühl als Selbstbauer und Hardwarehacker widerspricht.

Nach kurzer Suche im Internet bin ich über http://www.candlepowerforums.com auf die LED-Treiber von Yitao Ding gestoßen. Die Schaltungen entsprechen genau meinen Anforderungen, insbesondere was Wirkungsgrad, Abmessungen und die Ansteuerungsmöglichkeiten angeht. Wie schon zu Beginn erwähnt, brauche ich weder Dimm- noch Blinkfunktion, ich möchte schließlich nicht wie eine Diskokugel im Wald herumfahren und den Wildschweinen eine Lasershow liefern. Auch eine Ein-/Ausschaltung per Elektronik ist bei mir unerwünscht. Entweder die Lampe ist am Akku angeschlossen und die LED leuchtet oder die Lampe ist kaputt. Weitere Unterbrechungsmöglichkeiten sind nach meiner Erfahrung nur potentielle Störungsstellen und auf Dauer nervend.

Die Treiberschaltungen werden von Yitao fertig getestet in der gewünschten Stromstärke ausgeliefert und auch der Support bei Rückfragen und Problemen läßt keine Wünsche offen. Wer Interesse hat, kann sich einfach per Email an yitaoding@gmx.de wenden. Damit die Platine in das Gehäuse passt, muss ca. 1mm vom Rand abgefeilt werden. Beim Feilen muss man nur darauf achten, dass man rundherum gleichmäßig Platinenmaterial wegnimmt, der Bereich der Induktivität (Spule) wird dabei ausgespart.

Wenn Treiber und Kühlkörper in das Gehäuse passen, wird es Zeit den Anschluss zum Akku zu bauen. Ich habe mich für die 5,5mm Netzgerätestecker entschieden, wie sie auch von Sigma verwendet werden. Sowohl Stecker als auch die zugehörigen Einbaubuchsen sind leicht zu beschaffen, und ich kann problemlos die bisherigen Sigma Akkus weiter verwenden.

Für den Einbau des Netzgerätesteckers bieten sich M10 Unterlegscheiben aus Polyamid an. Damit die Scheiben in den Boden der Action 9 passen, muss der Außendurchmesser auf ca. 20mm reduziert werden. Dazu wird die Scheibe auf eine M10 Schraube geschraubt, die Schraube wird in eine Standbohrmaschine eingespannt und anschließend mit einer Feile zurechtgeschliffen. Zum Einbau des Netzgerätesteckers wird das Loch in der Scheibe mit einen Schälbohrer auf 11mm erweitert.

Wenn alles soweit passt, können die bisherigen Einzelteile zusammengebaut werden. Die Anschlussleitungen vom Tiefsetzsteller werden auf ca. 4 cm gekürzt und mit dem Netzgerätestecker verlötet. Plus ist dabei rot und kommt auf den inneren Kontakt des Steckers. Der Stecker wird mit einfachem Sanitärsilikon aus dem Baumarkt in den Boden des Ansmann Gehäuses geklebt. Abschließend wird der ganze Boden bis zu den Leitungen mit Silikon abgedichtet.

Im nächsten Schritt wird die LED angeschlossen. Dazu wird die LED zunächst mit Zweikomponenten Wärmeleitkleber, in diesem Fall Arctic Silver vom Hersteller innovatek OS GmbH auf den Kühlkörper geklebt und anschließend mit den Zuleitungen vom Tiefsetzsteller verlötet. Vor dem Verkleben sollte man unbedingt noch mal die Position und Polung von LED und Treiberschaltung kontrollieren, sonst muss die Verkabelung nachträglich noch mal umgefrickelt werden.

Die LED positioniere ich so zu den Anschlusslöchern, dass die ab isolierten Kabelenden des Treibers direkt mit den Anschlussbeinchen der LED verlötet werden können. Dieses Detail ist entscheidend für die optischen Eigenschaften der Lampe. Werden die Anschlüsse nicht an der richtigen Stelle auf die Star-Platine gelötet, passt der Reflektor später nicht mehr hundertprozentig und die Lampe kann nicht sauber fokussiert werden.

Nach dem Verlöten kann der Reflektor aufgeklebt werden. Die Bauteile Reflektor, LED und Kühlkörper bilden später eine feste Einheit, die in das Gehäuse eingeschoben und mit ein wenig Schaumstoff in Position gehalten wird. Den Reflektor klebe ich mit Uhu-Hart auf die Star-Platine der LED. Vorher die genaue Position ausprobieren und am Besten mit einem Stift markieren. Während des Aushärtens kann der Reflektor mit einem Stück Malerkreppband in der richtigen Position fixiert werden. Vor dem Zusammenbau der Lampe sollte der Kleber gut abgelüftet sein, die Lösungsmittel des Klebers könnten sonst in dem geschlossenen Gehäuse zu einer Trübung der LED-Linse führen.

Wenn der Reflektor richtig sitzt, klebe ich einen Streifen selbstklebendes Schaumstoffdichtband um die Klebestelle am Reflektor. Das Band dämpft Erschütterungen, verhindert klappern und fixiert die LED-Reflektoreinheit im Gehäuse. Bevor die Lampe zusammengebaut wird, klebe ich die Plastik-Scheibe mit einer dünnen Schicht Silikon in den Deckel. Mit dem Finger kann man das Silikon ohne große Rumschmierereien an die Innenkante des Deckels streifen. Die Gewinde der Lampe bestreiche ich ebenfalls mit einer dünnen Silikonschicht, damit wird die Lampe spritzwasserdicht und übersteht auch den dicksten Regen, ohne dass Feuchtigkeit eindringt.

Die Lampe ist damit eigentlich fertig. Zur Montage der Lampe an Fahrrad oder Helm bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Sofort einsetzbar sind die Halterungen von Sigma für die PowerLED Black. Sowohl die Helmhalterung als auch die Klemmbefestigung für das Lenkrad passen super mit den Selbstbaulampen zusammen.

Da die Lenkradhalterungen von Sigma nicht so gut an meinen doppelt gepolsterten Rennradlenker passen, habe ich noch einen zusätzlichen Satz Halterungen gebaut. Grundlage ist eine Noname Klemmbefestigung, die ich im Fahrradladen um die Ecke gefunden habe. Der Durchmesser der Klemmung ist größer als bei der Sigma, somit passen sie auch auf meinen doppelt umwickelten Rennradlenker. In Abbildung 24 kann man sehr gut erkennen, wie ich die Lampen auf dem Lenker montiere. Ich finde diese Befestigung optimal, weil sie den Bereich der Hände am wenigsten einschränkt.
Die Auflagefläche der Noname-Halterung habe ich mit einer Feile an die Rundung meiner Lampen angepasst und zur Befestigung habe ich vier M3 Schrauben aus Polyamid mit Gewinden in die Halterung gebohrt, die Lampe wird mit zwei O-Ringen an diesen Schrauben eingeklemmt.

Eigentlich ist die die Lampe damit fertig. Allerdings hat mich ständig die Frage beschäftigt, wie warm die Lampen im laufenden Betrieb eigentlich werden? Um diese Frage zu klären, habe ich die Lampe auf eine Lenkerstange montiert und mit einem Temperatursensor versehen. Ein zweiter Sensor misst in einem Abstand von ca. 5cm neben der Lampe die Umgebungstemperatur.

Für den Test habe ich die Lampen zunächst bei einer Raumtemperatur von 19-20 °C eine Zeit lang brennen lassen und die Aufheizung beobachtet. Nach einer viertel Stunde habe ich dann einen Lüfter genommen, in ca. 1m Entfernung von der Lampe aufgestellt und auf die Lampe gerichtet, damit will ich einen geringen Fahrtwind beim Radfahren simulieren.

Die Lampen kühlen im Fahrtwind sehr schnell und deutlich ab. Nach weiteren fünfzehn Minuten habe ich den Lüfter dann wieder abgeschaltet und beobachtet, wie sich die Lampe wieder aufheizt bevor ich sie dann ganz ausgeschaltet habe. Das Ergebnis dieses Experiments schlägt sich in nachfolgender Temperaturkurve nieder.

Man sieht sehr schön den Anstieg der Gehäusetemperatur nach Einschalten der Lampe. Wenn man diesen Anstieg extrapoliert, wird man wahrscheinlich bei einer Endtemperatur von um die 50 °C landen, solange die Lampe nicht durch Fahrtwind gekühlt wird. Bereits bei dem leichten Luftstrom durch den Lüfter kühlt das Gehäuse rasant auf 32 °C ab. Das ist eine Temperatur, bei der die LED im Gehäuse niemals Schaden nehmen kann, zumal die Lampen hauptsächlich im Winter in der dunklen Jahreszeit eingesetzt werden und die Umgebungstemperatur um mindestens 10 °C tiefer als in dem Experiment liegt.

Mittlerweile kann ich auf weitere Praxiserfahrungen zurückgreifen. Wie in Abbildung 28 am Ende des Artikels zu sehen, waren die Lampen bereits im Dauereinsatz im Bergwerg in Sondershausen. Dort lag die Temperatur noch mal um 10 °C über der Umgebungstemperatur des Experiments und haben problemlos durchgehalten. Darüber hinaus habe ich die Lampe schon bei etlichen Gelegenheiten ohne viel kühlenden Wind betrieben, nicht zuletzt bei Befahrungen unter Tage wie im Sauerland (siehe Abbildung 27) oder beim Grillen im Sommer. Beide Extrembedingungen, hohe Umgebungstemperaturen und wenig Luftbewegung haben die Lampen bisher unbeschadet überstanden.

Noch ein abschließender Hinweis. Für die Straße ist die beschriebene Lampe mit der P7 als Brenner gänzlich ungeeignet. Neben der fehlenden StVO Zulassung blendet die Lampe durch das gewollte Streulicht extrem stark. Es wirkt für den Entgegenkommenden wie ein Autoscheinwerfer mit Fernlicht.

Diese Lampen sind eben primär für den Einsatz beim Mountainbiking im stockdunklen Wald und nicht für die Straße ausgelegt. Besser geeignet für die Straße ist dieselbe Lampe mit der kleineren Schwester P4 anstelle der P7 als Leuchtmittel, sowie einer Optik mit einem möglichst schmalen Öffnungswinkel von maximal 8°. Der 2,8A Tiefsetzsteller von Yitao kann dabei mit einer kleinen Modifikation weiter verwendet werden. Er wird auf den kleineren Strom von 900mA für die P4 durch auslöten von zwei der drei 220Ω Widerstände R3 bis R5 angepasst. Beim Auslöten bitte aufpassen, R6 ist lediglich ein 2Ω Widerstand und sollte nicht mit den anderen Widerständen verwechselt werden.

Das Auslöten ist etwas frickelig, wenn man im Umgang mit SMD-Schaltungen ungeübt ist. Es besteht die Gefahr, dass man zu lange auf der Schaltung "rumbrutzelt" und am Ende die ganze Schaltung zerstört ist. Bei mir hat es mit einer dünnen Lötkolbenspitze bei mittleren Temperatur, etwas Entlötsauglitze sowie einer Portion Geduld am Ende ohne weitere Probleme funktioniert. Noch ein Hinweis zu dieser Modifikation! Mit der P4 als Brenner wird die Lampe zwar optisch straßentauglich, sie hat aber natürlich immer noch keine Zulassung für den Straßenverkehr gemäß StVO und darf daher auf deutschen Straßen nicht betrieben werden!

Mittlerweile (Dezember 2012) sind meine Lampen in verschiedenen Versionen seit über zwei Jahren im Einsatz. Bisher hat mich noch keine im Stich gelassen, alle funktionieren einwandfrei, es gab noch keinerlei Ausfälle. Seoul hat in der Zwischenzeit leider den Vertrieb der P7 eingestellt. Wer die Lampen heute (Januar 2013) nachbauen will, muss auf andere Brenner zurückgreifen. Eine gute Alternative ist die CREE XM-L T6 Star, diese LED hat sehr ähnliche technische Werte wie die Seoul P7. Sie kann daher problemlos an dem 2,8A Treiber von Yitao betrieben werden und es ist ebenfalls eine große Auswahl an unterschiedlichen Reflektoren verfügbar. Doch lohnt sich der Selbstbau? Hier eine grobe Übersicht zu den Kosten:


Hochwertige Fahrradlampen mit einer P7 z.B. von Lupine kosten bis zu 350,- € incl. Akku, chinesische Billigimporte kommen dagegen nur auf gute 80,- € incl. Akku. Ob sich der Selbstbau lohnt, hängt daher primär von den eigenen Ansprüchen und Einsatzswecken ab. Meine Gehäuse habe ich bewusst so gewählt, dass ich sie für verschiedene Zwecke montieren kann. Ob das mit gekauften Lampen ähnlich gut funktioniert, kann ich nicht sagen. Insgesamt bin ich mit meinen Lampen zufrieden und ich verspüre keine Wunsch, noch zusätzlich kommerzielle Lampen zu kaufen.

Wie man aus alten Laptops einen vernünftigen Lithium-Ionen Akku für die Lampen bauen kann, werde ich bei Gelegenheit erläutern. Rückfragen zu dieser Anleitung beantworte ich gerne unter der unten angegebenen Kontaktadresse. Ansonsten wünsche ich viel Spaß und Erfolg beim Nachbauen.