Fahrradbeleuchtung zum X-ten Mal

[Sailor]

Welche Schaltung hast Du denn jetzt genommen, die von Dir abgeänderte von Eberhard Haug?

Wenn in dieser Schaltung keine 2 P4 in Reihe geschaltet werden können, sind die Widerstände für das Rücklicht zu klein: dann fließt dort zu viel Strom!

[_nabla]

Hi,
ich hab jetzt diesen Plan genommen:


allerdings mit einer Suflux pro 180Ohm Widerstand und einer P4, wie im Plan angegeben (sonst alles wie oben).
Was hab ich denn bei der Berechnung der Widerstände falsch gemacht? Das Problem ist, dass dort nur ca. 3V anliegen, weswegen LEDs in Reihe nicht leuchten. Ich werde nur noch mal testen ob es was bringt, einen Elko parallel zur P4 zu schalten, denn beim Anfahren hat man schon ne ziemliche Disko.

Da fällt mir ein, habt ihr vielleicht Tipps für mich wie ich Elkos testen kann, ob sie noch "ok" sind?

[Sailor]

Den Schaltplan musst Du neu hochladen, er wird bei mir nicht angezeigt (jedenfalls nicht auf diesem System).

Testen von Elkos: Ich lade sie mit einer Batterie (3 bis 6 Volt) über einen Widerstand auf und dann entlade ich sie über den gleichen Widerstand (100er Ohm Bereich). Dabei messe ich die Spannung über dem Widerstand. Wenn die Entladezeit nicht extrem viel kürzer ist als die Ladezeit, ist der Elko ok. Es gibt aber sicher auch andere Methoden.

Die 3 Volt kommen von der P4 vorne. Sie begrenzt die Spannung im System auf etwa 3,7 Volt. Die in Serie zu den hinteren LED´s geschaltete Diode führt dann zu einem Spannungsabfall zum Rücklicht, so dass dort nur noch etwa 3 Volt ankommen.

Es ist halt eine Strom- und keine Spannungsquelle. Mit 2 P4 in Reihe vorne hättest Du auch hinten die Reserve für 2 LED´s in Reihe.

[_nabla]

Okay Danke, soweit klar.
War ja jetzt auch nicht so das Problem, aus der Reihen- ne Parallelschaltung zu machen.
Was meintest du denn mit der Dimensionierung der Widerstände?
Nach meiner Rechnung (kann auch falsch sein ) sind 180Ohm bei 20mA okay?!

[Sailor]

Ich kannte gestern Deine konkrete Schaltung nicht. Deshalb mein Einwand.

Nach der Beschreibung jetzt sind sie OK.

Das Denken ist bei Stromquellen etwas anders als bei Spannungsquellen: hier geht es um die Vereilung des Stromes. Das bedeutet um das Ausbalancieren der Ströme durch den Frontscheinwerfer und das Rücklicht, die in ihrer Summe immer den von der Stromquelle gelieferten Strom ausmachen.

Die Betrachtung der Spannungsverhältnisse ist eher nebensächlich, solange die Spannungen zum Betrieb der LED´s ausreichen. Aber das hast Du ja selbst festgestellt.

[_nabla]

Okay, aber wie berechne ich das ganze?

Wenn mir der Dynamo bei mittlerer Geschw. sagen wir mal 400mA zur Verfügung stellt. Wie teilt sich da was wo auf?

Darf ich dich (Sailor) mal fragen, was du beruflich machst oder was du gelernt hast?
Ich finds grad irgendwie erschreckend, dass ich son Krams studiere um GENAU soetwas mal ohne dumme Fragen bauen zu können. Aber alles, was ich bisher gelernt hab is wie ich Magnetflüsse in Eisen berechne und dass Drahtbrücken nen Widerstand von ~ 0 Ohm haben...

[Sailor]

Das ist in diesem Fall nicht so einfach zu berechnen, weil Du mit der P4 einen Widerstand im Kreis hast, der nicht so einfach zu greifen ist.

Muenchner1968 hat das Problem gelöst, indem er mit 2 getrennten Schaltungen definierte Ströme fließen lässt. Was ich nicht so günstig finde ist die Ableitung nicht benötigten Stromes durch die D1. Dadurch wird mit teurer Beinarbeit erzeugte Energie weggeworfen.

Das wird auch in den in Deutschland zugelassenen Dynamos gemacht: da werden auch Zenerdioden eingesetzt, um eine Spannungsbegrenzung im Stromkreis zu erreichen, wenn der Widerstand im Kreis zu hoch wird (z.B. durch Ausfall eines Birnchens) oder wenn bei Schussfahrt mehr Energie erzeugt wird, als die Beleuchtungsanlage vertragen kann. Grundsätzlich hält sich das System aber im "normalen" Fahrbetrieb durch die Wahl der Birnchen im Gleichgewicht, die Zenerdioden haben keine Arbeit.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der Fahrradschaltung kannst Du mit einer Konstanstromquelle nachvollziehen (um bei deinen 400 mA zu bleiben, nehmen wir hier mal so eine an):

Solange die Konstanstromquelle die Spannung nachregeln kann, drückt sie 400 mA in die nachfolgende Schaltung, egal wie diese Schaltung aussieht.

Der nachfolgenden Schaltung steht genau dieser Strom zur Verfügung - nicht mehr, aber auch nicht weniger.

Die Verteilung dieser 400 mA in der nachfolgenden Schaltung erfolgt nach dem Verhältnis dort parallel geschalteter (Ersatz-) Widerstände.

Kommen wir zur Fahrradschaltung zurück

Die P4 soll von den zur Verfügung stehenden 400 mA 350 mA abbekommen, das Hecklicht 50 mA.

Dazu berechnen wir zunächst den Innenwiderstand der P4 (das mache ich jetzt aus dem Gedächnis, das Datenblatt liegt im Büro zu Hause -> die P4 soll bei 350 mA 3,7 Volt haben).

Damit ist der Widerstand der P4 in diesem Betriebszustand (R=U/I): R = 3,7V / 0,35 Volt = 10,6 Ohm

Um den Strom im Gesamtsystem bei 400 mA zu halten und der P4 die 350 mA zu gönnen, muss das Verhältnis des Ersatzwiderstandes der P4 zu dem des Rücklichtes dem umgekehrten Verhältnis der Ströme entsprechen.

(Großer Widerstand - kleiner Strom, kleiner Widerstand großer Strom)

Die Berechnung des Ersatzwiderstandes für das Rücklicht ist damit:

RRück= Widerstand P4 * Strom P4 / Strom Rücklicht = 10,6 Ohm * 350 mA / 50 mA = 74,2 Ohm

Damit steht für die Schaltung fest: 400 mA Gesamtstrom, 350 mA bei 10,6 Ohm Frontlicht und 50 mA bei 74,2 Ohm im Hecklicht.

Jetzt betrachten wir noch den "worst case", den Ausfall der P4 durch Unterbrechung im Kabel (Zwischrechnungen können wir aber auch noch machen, falls gewünscht):

Mit dem Ausfall der P4 wird der gesamte Strom durch die Heckleuchte gedrückt. Das wären ohne Spannungsbegrenzung in der Konstanstromquelle 400 mA.

Die Zenerdioden im Dynamo begrenzen die Spannung auf 6 bis 7,5 Volt. Der Einfachheit halber rechnen wir mit den 6 Volt. Und jetzt kippt die Betrachtung von der Konstantstromquelle zur Spannungsquelle. Jetzt wird der Strom nämlich von Spannung und Ersatzwiderstand des Hecklichtes bestimmt, wenn diese Kombination keinen Strom von 400 mA mehr zulässt.

Die Prüfung (I=U/R): I = 6 V / 74,2 Ohm = 0,081 A

Damit haben wir jetzt eine Spannungsquelle, der Strom durch die Heckleuchte hat sich zwar erheblich erhöht, aber nicht mehr auf die zu erwartenden 400 mA. Der Reststrom wird über die Zenerdioden abgeleitet (solange sie das Überleben).

Ohne die Spannungsbegrenzung durch die Zenerdioden steigt die Spannung bis zur durch die Bauart des Dynamos vorgegebenen Höchstwert an und es werden 400 mA fließen, wenn der Dynamo groß genug ist.

So, das war jetzt relativ viel. Wenn ich mich unverständlich ausgedrückt oder etwas weggelassen habe: bitte nachhaken!

Ich habe 1968 den Gesellenbrief als Elektromechaniker von der Handwerkskammer bekommen. Das ist mein wichtigstes Dokument - alles danach war nur Pippifax, was das Verständnis der Vorgänge in elektrischen und elektronischen Schaltungen angeht! Da habe ich aber auch noch einige schöne Papierchen zum "an die Wand hängen" - wenn ich sie mal finde.

[_nabla]

auch wenn ich dir grad dazwischenschreib, muss das mal eben loswerden.

habs grad mal durchgerechnet...komme auf 75 Ohm Ersatzwiderstand des Rücklichtes. Das ist schonmal schön.
Allerdings gehen mir zum Frontlicht langsam die Ideen aus. Da es beim anfahren sehr flackert dachte ich, dass man dies mim Elko verbessern könnte. Allerdings reichen noch nicht mal 4400µF aus, um 0,5s zu überbrücken

EDIT: Wenn ich mich nicht irre brauche ich bei ner Spannung von 3V, einem Strom von 300mA und 0,5s einen Kondensator mit 0,05F

[Sailor]

Beim Kondensator musst Du mit der Spannungsdifferenz rechnen (habe ich jetzt aber nicht kontrolliert). Wenn das Rücklicht also mindestens 2 Volt benötigt, damit die LED´s noch leuchten, mit 3 Volt - 2 Volt. Das folgt daraus, dass Dir ja nicht die gesamte Kapazität bis zur kompletten Entladung auf 0 Volt zur Verfügung steht. Die meisten LED´s gehen bei einer Spannung zwischen 1,5 Volt und 2 Volt komplett aus.

[_nabla]

Erstmal: DANKE FÜR DIESES AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG!!!

Okay, das hatte ich gar nicht berücksichtigt. Mir würds allerdings auch schon reichen, wenn die P4 nicht blinken, sondern ein bisschen flackern würde. Ich werds mal mit nem dicken Elko parallel zur P4 testen. Denn wenn der sich dann beim anfahren auflädt würde die P4 ja wahrscheinlich nicht ganz so hell leuchten, was den Effekt verringert...

So langsam sehe ich immer deutlicher, dass die weitläufige Meinung stimmt - dass Studieren ohne Berufserfahrung eigentlich sinnlos is. Wenn ich so weitermache, habe ich in 3 Jahren meinen Dipl.-Ing. an der Wand hängen und kann grade mal nen Widerstand berechnen, irgendwelche Kennlinien mit DDR-Messgeräten bestimmen und nen 8086 mit Assembler programmieren...
Daher finde ich es echt absolute Spitzenklasse, dass es noch Leute gibt, die sich Zeit nehmen um mir (und anderen) dann mal Sachen ANSCHAULICH zu erklären, die man "tagtäglich" braucht...
Auch wenn wir mal eine Stromquelle in ELT behandelt haben...kommts auch auf die Art und Weise an, WIE man es erklärt bekommt.

PS: Zum Schutze der Rückbeleuchtung ist der die Schutzschaltung mit dem BD136 da...

[Muenchner1968]

Hallo

Eine kurze Information zu meiner Schaltung weiter oben:
Im Frontlicht sitzen 3 Seoul P4-Led´s in Reihenschaltung an einem fast verlustfreien Mosfetgleichrichter.
(Infos zum Mosfetgleichrichter gibts bei http://www.mtb-news.de/forum/forumdisplay.php?f=92 , einfach nach Mosfetgleichrichter suchen lassen)
Im normalen Fahrbetrieb ergibt diese Reihenschaltung einen Spannungsabfall von etwa 10V.
Da das Rücklicht/Standlicht parallel dazu angeschlossen wird, ist folglich auch die Eingangsspannung dort bei etwa 10V.
Nun zur Diode D1:
Diese Diode ist eine bidirektionale Überspannungsschutzdiode Typ P6KE15CA, sie beginnt ab etwa 15V sehr niederohmig zu werden.
Im normalen Betrieb wird diese Spannung jedoch nie erreicht.
Die Diode dient nur zum Schutz, da bei einem Ausfall oder einem Wackelkontakt des Frontlichts die Eingangsspannung so weit ansteigen kann, das die Elektronik des Rücklichtes/Standlichtes Schaden nehmen kann bzw. teilweise über die zulässigen Grenzen der Bauteile hinaus belastet wird. (Stichwort Stromquelle !)
In diesem Fall klemmt die Diode die Eingangsspannung auf einen Wert, der für die Elektronik verträglich ist.
Man sollte beachten, das in diesem Fehlerfall fast die gesamte Leistung des Dynamos in dieser Diode verbraten wird, also ist ein Dauerbetrieb nur mit Rücklicht alleine zu vermeiden.
In normalen Betrieb wird keine Leistung verschwendet, die Diode ist nur ein Schutz vor Zerstörung des Rücklichtes beim kurzfristigen Ausfall des Frontlichtes.

[Sailor]

Es kommt bei meiner Erklärung oben wohl falsch ´rüber. Mir gefällt diese Diode vom Grundsatz her nicht. Da mir aber auch noch keine bessere Lösung eingefallen ist, ist sie auch in meiner Schaltung, wenn auch etwas mehr unsichtbar im Dynamo.

Welche Aufgabe sie hat und warum sie wichtig ist, habe ich dann in der Folge beschrieben. Auch dass sie im Fehlerfall aus der Stromquelle eine Spannungsquelle macht.

Es sollte eigentlich kein Angriff auf Deine Schaltung sein. Im Gegenteil: ich finde sie gut, auch die Ideen zum Energiemanagement.

Im Gegensatz zu Dir habe ich versucht, die Verhältnisse im Stromquellenbereich ohne aktive Bauelemente beherrschbar zu halten. Dafür musste ich dann auch Kompromisse machen. Aber das ist halt das Schicksal der Elektroniker: einen Vorteil hier erkauft man sich mit einem Nachteil dort. Ohne die Zenerdiode(n) bekomme ich aber auch keine beherrschbare Schaltung hin.

[Muenchner1968]

Hallo Sailor

Ich habe mich nicht angegriffen gefühlt, sorry falls das so rübergekommen ist.
Ich wollte (auch für die anderen Leser hier) nur die Funktion der Diode genauer beschreiben.
Eine Klemmdiode ist der einfachste und günstigste Weg.
Ich habe vorher viele Schaltungen auf diversen Internetseiten gesehen, die mir jedoch alle nicht so optimal gefallen haben oder zu uneffizient waren.
Schliesslich blieb nur die Eigeninitiative übrig (als Elektroniker ist das ja ein lösbares Problem)
Wichtig war mir bei meiner Eigenentwicklung , die schwer ersprampelte Energie des Dynamos so effizient wie möglich in Licht umzusetzen.
Das beinhaltet die gesamte Fahrradlichtanlage, sowohl das Frontlicht, als auch das Rücklicht.
Ein Standlicht sollte auf jeden Fall mit dabei sein, sowohl vorne als auch hinten.
Das Ergebnis ist nun eine Schaltung aus vielen Bauteilen geworden, aber dafür mit einer hohen Effizienz.
Sicher geht es einfacher, aber dann nicht so effizient.
Welchen Weg man gehen möchte muss jeder für sich entscheiden.

P.S.: An Dynamos, die Zenerdioden eingebaut haben (meistens 7,5V), wird meine Lichtanlage nicht ausreichend funktionieren, da sie eine höhere Spannung benötigt.

[Sailor]

Hast Du schon Erfahrungen mit der Spannungsfestigkeit der Gold-Caps gemacht?
Bei unserer Schaltung ist es ja interessant, die Spannung möglichst hoch zu fahren, damit eine möglichst hohe Energiereserve für den Standlichtbereich zur Verfügung steht. Und da zählt jedes zehntel Volt.

[_nabla]

Sagt einmal...wenn die Spannung bei der von mir verwendeten Schaltung bei < 4V liegt, könnte man doch hier auch ein GoldCap verwenden?!
Okay klar, wenn die P4 ausfällt und die Schutzschaltung nicht funktioniert wäre auch dieser hinüber, aber das Risiko ist ja kalkulierbar. Wäre nämlich viel Platzsparender als nen Array mit x dicken Elkos...

[UnregisteredGuest]

Vorsicht bei Goldcaps. Bereits eine geringe Überspannung (ab etwa 0,2V) führt zu dauerhaften Schäden.

[Sailor]

Vorsicht bei Goldcaps. Bereits eine geringe Überspannung (ab etwa 0,2V) führt zu dauerhaften Schäden.

Erkenntnis aus eigener Erfahrung oder angelesen (die Panasonic-Datenblätter kenn ich mittlerweise, andere besorge ich mir noch).

@ -skunk-

Für das Rücklicht kannst Du ihn bedenkenlos einsetzen. Da bleibst Du sicher unter den 5,5 Volt, wenn nicht mehrere Fehler im Betrieb auftreten.

[Solarki]

Warum eigentlich dieser ganze Aufwand?
1 Brückengleichrichter und 5 Mignonzellen je 1,2V 2,7Ah oder
größer und einen Schalter, das ist der ganze Aufwand.
keine LED leidet mehr an Überspannung.
Das Licht leuchtet auch wenn das Fahrrad steht.
Das mache ich seit 40 Jahren so.
Ladereglung für den Akku nicht nötig.
Wenn man merkt das Licht wird dunkler
Dynamo einschalten.

Die Akkus halten 4..5 Jahre dann sollten die
gewechselt werden. Kosten für 5 Zellen
etwa 15EUR.

[_nabla]

@ -skunk-

Für das Rücklicht kannst Du ihn bedenkenlos einsetzen. Da bleibst Du sicher unter den 5,5 Volt, wenn nicht mehrere Fehler im Betrieb auftreten.

vorne doch dann aber auch, oder nicht? die spannung die über die Widerstände und SuFlux abfällt ist doch die gleiche, die über die P4 abfällt. und solange das ganze belastet ist, kommen ja eh nur 6V bei rum...minus 0,6V für die dioden...sollte das doch passen

[Sailor]

Ich dachte an das Rücklicht, weil er dort mehr bringt. Im Frotlichtbereich hast Du aufgrund des relativ hohen Stromes und der geringen Spannungsdifferenz keine so große Nachleuchtdauer im Stand.
Inwieweit die Ladung ausreicht, das Flackern bei Langsamfahrt zu vermindern, kann ich (noch) nicht so recht einschätzen. Ist aber ein Versuch wert.

[_nabla]

Bin grad dabei, GoldCaps zu kaufen.
Dann teste ich bis zum Umfallen...

[_nabla]

soooo....habe einen Goldcap mit 1 Farad angeschlossen. Funktioniert teilweise. Beim Anfahren mit leeren Kondensator ists fast wie vorher...Disco hurra. Sobald man aber einmal schneller (~15 km/h für 10s) gefahren ist, hat man vorne und hinten für gut 30s ein gut sichtbares Standlicht. Ich könnte jetzt hier bis 18F weitertesten, aber ich denke, ich werde es so lassen...

[Sailor]

Solange noch keine Energie gespeichert werden konnte, war die Dico ja auch zu erwarten.

Mit 30 Sekunden hast Du schon eine gute Zeit fürs Standlicht gewonnen.

[gil]

Hallo,
hat eigentlich einer mal diese Schaltung von Muenchner1968 aufgebaut und eingesetzt?

Ich stehe nämlich vor der Aufgabe bei meinem neuen Bike sowas, am Nabendynamo, zu realisieren.
Den Mosfetgleichrichter fürs Vorderlicht(3x CREE XR-E) habe ich schon geordert.