Apr 292013
 

Ende Mai werden wir eine Familien-Radtour von Limburg nach Rotterdam machen. Eine Gesamtstrecke von knapp 600km kann man natürlich nicht ganz ohne Navigations-Unterstützung zurücklegen. Eine konventionelle Papier-Karte empfinde ich aber für diesen Zweck als nicht mehr zeitgemäß – zu sperrig und zu wetterempfindlich. Schließlich bringt ein handelsübliches Smartphone heute schon alles mit, was man zur Fahrrad-Navigation benötigt: Eingebautes GPS, ein helles Display, ANT+-Unterstützung zur Kopplung der Fahrradsensoren und dann noch ein entsprechendes App zur Kartendarstellung. Einziger Haken bei der Verwendung von Smartphones: Nach ca. 4,5h GPS- und Display-Nutzung ist der Akku leer. Bei geplanten Tagesetappen von fünf bis sechs Stunden ist die Stromversorgung unterwegs also ein Problem.

Die meisten Reiseräder haben zur Stromversorgung der Lichtanlage einen Nabendynamo im Vorderrad – so auch mein Reiserad. Nach etwas Recherche im Internet fanden sich verschiedene verfügbare Produkte, die sich in Form einer Gleichspannungsquelle zwischen Nabendynamo und Lichtanlage schalten lassen, z.B. das E-Werk von Busch & Müller. Wenn die Lichtanlage angeschaltet ist, schaltet sich die Spannungsquelle ab. Wenn die Lichtanlage ausgeschaltet ist, kann die Spannungsquelle angeschlossene Verbraucher mit Strom versorgen. Zusätzlich lässt sich die Spannungsquelle um einen Pufferakku erweitern, sodass angeschlossene Verbraucher auch während Pausen bzw. während Einsatz der Lichtanlage versorgt werden können. Einzige Nachteile der bereits verfügbaren Produkte:

  • Nur bedingt zum versteckten Einbau geeignet
  • Kapazität der verfügbaren Pufferakkus überschaubar
  • Hoher Preis

Nach etwas weiterer Recherche im Internet bin ich auf das Projekt „Forumslader“ aufmerksam geworden. Hier wurde mit massivem privaten Einsatz eine Reihe unterschiedlicher Schaltungen entwickelt, die die oben genannten Nachteile kommerzieller Produkte beseitigen und zusätzlich noch eine höhere Energieausbeute und -effizienz aufweisen. Nach eingehender Analyse habe ich mich für den „4-Fach-Forumslader Automatik“ entschieden, dieser ist für den versteckten Einbau im Steuerrohr ausgelegt. Als Pufferakkus habe ich drei Zellen vom Typ 18650 LiMn von Sony ausgewählt, sodass ich auf eine Speicherkapazität von ca. 25 Wh komme – das sollte für einige Smartphone-Ladungen ausreichen. Der Forumslader erzeugt abhängig von der Fahrtgeschwindigkeit auf einer Fahrtstrecke von 100km zwischen 20 und 30 Wh – das Smartphone verbraucht während einer solchen Fahrtstrecke ca. 4,5 Wh, sodass ein deutlicher Energieüberschuss zur Ladung der Pufferakkus bzw. anderer Verbraucher verbleibt.

Nach meiner Bestellung des Bausatzes hatte ich zwei Tage später den Bausatz auf meinem Schreibtisch. Die Platine ist weitgehend vorbestückt, alle SMD-Bauelemente sind vorbestückt und verlötet. So blieb für mich nur noch übrig, einige Transistoren und die Kabel zu bestücken. Dazu konnte ich der gut bebilderten Schritt-für-Schritt Anleitung folgen, die keine Fragen offen ließ.

Laut der Internetseite des Forumslader-Projekts sind für den komplett versteckten Einbau im Steuerrohr nur Akkus vom Typ „18350“, die etwas mehr als halb so lang sind wie die von mir verwendeten Zellen vom Typ „18650“. Da mein Reiserad aufgrund der 26“-Laufräder ein sehr langes Steuerrohr hat, nahm ich mir die Zeit, um genau auszumessen, ob ich nicht doch die komplette Schaltung inklusive Pufferakku im Steuerrohr „verstecken“ kann. Und siehe da: Die Länge von Platine zuzüglich drei Zellen vom Typ 18650 zuzüglich eines Überstandes zum wasserdichten Versiegeln liegt bei 295 mm. Die Länge des Steuerrohrs, gemessen von der Unterseite der Ahead-Kralle bis zur Schraube durch die Gabel, an der das Schutzblech befestigt ist, liegt bei 297 mm – perfekt!

Die Kabel habe ich der guten Ordnung halber mit Tesafilm an den Akkus befestigt.

Hier das Bild der fertig aufgebauten Schaltung, mit Schrumpfschlauch überzogen und an den Enden mit Heißkleber versiegelt. Für den Aufbau habe ich soweit ca. 1,5h benötigt.

Damit die Schaltung im Steuerrohr noch etwas stärker gegen Schäden durch Stöße bzw. Vibrationen geschützt ist, habe ich von außen auf den Schrumpfschlauch Moosgummi-Streifen aufgeklebt.

Die komplette Schaltung inkl. Kabel wiegt 181 g.

Nun blieb noch zu erledigen, die vom Forumslader erzeugte Energie auch für Verbraucher zugänglich zu machen. Als eleganteste Lösung erschien es mir, eine USB-Buchse in einen Spacer einzubauen.

Also nahm ich einen handelsüblichen 20mm-Alu-Spacer…

und zeichnete im oberen Drittel ein „Einbaufenster“ von 14 x 5,5 mm ein.

Dieses Fenster habe ich mit zwei Bohrungen geöffnet…

und anschließend ausgefeilt.

Auf der gegenüberliegenden Seite habe ich noch ein Loch zum Einbau der Status-LED gebohrt.

Sowohl die LED als auch die USB-Buchse habe ich anschließend mit 2K-Epoxidharzkleber mit dem Spacer verklebt. Nun sollte der Spacer grundsätzlich abnehmbar sein, falls man mal die Gabel ausbauen muss. Daher konnte ich die notwendigen Kabel vom Forumslader nicht direkt an LED und USB-Buchse anlöten, sondern musste eine Steckverbindung im Spacer vorsehen. Dazu habe ich Pfosten-Steckverbinder verwendet, die man normalerweise zur Bestückung von Platinen verwendet. Diesen Steckverbinder habe ich mit Heißkleber am Spacer fixiert.

Da die USB-Buchse nur 2mm unterhalb der Oberkante des Spacers eingebaut ist, musste ich die Top Cap des Steuersatzes etwas nachbearbeiten.

Nun war noch die Verbindung zwischen Forumslader und Spacer herzustellen. Ich wollte keine spezielle Ahead-Kralle verwenden, sondern falls möglich meine bestehende Kralle verwenden. Zunächst habe ich zwei Kabel von oben nach unten durch die Kralle gesteckt.

Danach habe ich ein vieradriges Flachbandkabel, aufgeteilt in jeweils zwei Adern, vorbereitet und…

…an das untere Ende der durchgeschobenen Kabel gelötet.

Dann konnte ich das Flachbandkabel von oben durch die Ahead-Kralle ziehen…

…und die angelöteten Kabel wieder entfernen.

Am Kabelende zum Spacer hin habe ich eine Pfostenstecker-Buchse angebracht. So kann kein ungewollter Kurzschluss entstehen, wenn der Stecker vom Spacer getrennt ist.

Fertig angeschlossen sieht der Spacer dann so aus:

Am Kabelende zum Forumslader habe ich einen Pfostenstecker verwendet, wie er zum Anschluss von Lautsprechern an Computer-Mainboards verwendet wird.

Nun habe ich den Forumslader in das Steuerrohr geschoben.

Die Längenberechnung ging auf – nur noch die Verbindungskabel schauen heraus. Nun habe ich alle Steckverbinder miteinander verbunden.

Ich konnte ohne zu quetschen die Schraube zur Befestigung des Schutzbleches wieder anbringen. Nach dem Einbau ist nur noch ein kleines Kabelbündel vom Forumslader zu sehen.

Jetzt war es Zeit für einen Funktionstest. Ich habe wie in der Anleitung beschrieben das Vorderrad angedreht – die Status-LED im Spacer begann zu blinken, also alles ok.

Damit die USB-Buchse bei nicht-Benutzung besser gegen Oxidation, Wasser und Staub geschützt ist, habe ich noch eine Gummi-Staubkappe aufgesteckt.

Am nächsten Tag dann die erste etwas längere Testfahrt.

Losgefahren bin ich laut Status-LED mit einem Akkufüllstand zwischen 0 – 33%. Nach 40km Fahrt inkl. Ladung des Smartphones war der Akku laut LED bei einem Füllstand zwischen 66 – 100% angekommen. Wahrscheinlich lag der Ladestand also vor Abfahrt nahe an 30% und nach der Fahrt nahe bei der 70%.

In Summe hat der Forumslader bislang super funktioniert, die Gesamtkosten des Projekts lagen bei ca. 130 €. Der erste richtige Härtetest erfolgt dann bei unserer Tour nach Rotterdam – dann gibt es ein Update dieses Blogs. Einstweilen möchte ich mich herzlich bei Jens During für die Entwicklung und Fertigung des Forumsladers sowie den Support bedanken! Das ist wirklich ein tolles Projekt, um so bemerkenswerter, dass der aktuell erreichte Grad an Professionalität bislang „non-kommerziell“ ist.

 Posted by at 10:58

  13 Responses to “Reiserad goes Electric – Auf- und Einbau eines Ladegeräts”

  1. Hallo Frank,

    Das sieht ziemlich genau nach dem aus was ich auch vor habe. Kannst du schon was über die Korrosion in der USB Buchse sagen?
    Grüße und Glückwunsch zur tollen Umsetzung,
    Christian

  2. Hallo Frank,

    ich bin begeistert von deinem Aufbau.

    Frage zum Kabelende am Spacer mit Pfostenstecker-Buchse:
    Sind an der 4-adrigen Buchse LED (zur Betriebsanzeige), USB und Sicherung angeschlossen?

    Danke.
    Thomas

    • Hallo Thomas,

      von den vier Polen der Buchse sind zwei Pole für die Status-LED (Anode und Kathode) und zwei für den USB-Anschluss (Plus und Minus).

      Die Pole der USB-Buchse für die beiden Datenleitungen werden nicht benötigt. Die Sicherung ist auf der Platine aufgelötet.

      Viele Grüße, Frank

  3. Hallo Frank,

    ich finde deinen Aufbau spitze! Habe jedoch 2 Fragen dazu:

    1. Hast du keine Sorge ungesicherte Akkus zu benutzen? Auf deiner verlinkten Seite, steht zwar im Namen dass es LiMn Akkus wären, aber überall sonst steht, dass es LiNiMnCoO2 sind. Oder reicht die Schutzsicherung des Laders dafür aus?

    2. Wie hast du den Lader im Rohr befestigt, dass er nicht rausfällt? Hängt er an der Kralle? Oder liegt er irgendwo auf?

    Danke!

    Andi

    • Hallo Andi,

      Vielen Dank für Deine Nachricht! Zu Deinen Fragen:

      1) Meines Wissens sind die Sony-Zellen vom LiMn deutlich sicherer als normale LiIon-Zellen. Auch Jens During, der Entwickler des Forumsladers, bietet die Sony-Zellen zwischenzeitlich als Option für seine Bausätze an. Gegen Über- und Unterladung sind die Zellen durch die Ladeelektronik gesichert. Die Beschädigung durch zu hohe Entladeströme bzw. Kurzschluss sind durch die Sicherung auf der Platine ausgeschlossen. Lediglich wenn Du die 12V-Ausgänge nutzen würdest (was ich nicht tue) müsste noch eine separate Sicherung verwendet werden.

      2) Der Lader liegt im Gabelschaft auf der Schraube auf, an der Schutzblech und Frontscheinwerfer befestigt sind. Ich habe zu erst den Forumslader in den Gabelschaft geschoben und danach die Schraube durch den Gabelschaft gesteckt. Gegen Beschädigung durch Vibration habe ich Ladeelektronik und Zellen durch aufgeklebte Moosgummi-Streifen geschützt.

      Nach einigen tausend km auf dem Reiserad mit der eingebauten Elektronik habe ich bislang noch keine Ausfälle oder Schäden gehabt – daher kann ich den Aufbau wie dargestellt nur empfehlen.

      Liebe Grüße,

      Frank

  4. Hallo Frank,

    ich habe mein Steuerrohr vermessen und komme auf bestenfalls 25cm Länge… somit würde der hier vorgestellte Aufbau nicht in das Steuerrohr passen.

    Hast du eine Idee/Vorschlag, ob mit anderen Puffer-Akkus eine ausreichende Speicherkapazität erzielt werden kann bei gleichzeitiger Verringerung der Länger der Schaltung?

    Danke.

    • Hallo Thomas,

      die Zellen, die ich verwendet habe, tragen die Bezeichnung 18650. Die beiden ersten Ziffern, 18, bezeichnen den Durchmesser in Millimetern. Die Ziffern drei und vier, also im konkreten Fall 65, bezeichnen die Länge in Millimetern. Es gibt auch Zellen des Formats 18350, also einer Länge von 35 Millimetern. Damit würdest Du in Summe 90 Millimeter sparen und unter eine Gesamtlänge von 25cm kommen. Wichtig ist, dass die Zellen vom Typ LiMn sind. Der Hersteller des Forumsladers, Jens During, hat auch Komplettbausätze mit den kleineren Zellen im Angebot.

      Viele Grüße, Frank

  5. Hallo Frank, hast du einen Link wo man die Pfostenstecker und Pfostenstecker-Buchse kaufen kann? Danke Thomas

    • Hi Thomas,
      schau mal bei Conrad:

      Stiftleiste:
      Buchsenleiste:

      Die Versandkosten schlagen bei den kleinen Mengen ziemlich stark durch. Vielleicht hast Du eine Conrad-Filiale in Deiner Nähe. Ansonsten vielleicht mal bei eBay schauen, da gibt es solche Kleinartikel normalerweise für niedrigere Versandkosten.

      Viele Grüße, Frank

  6. Ha… mit diesen Stichwörter finde ich gleich was bei Conrad.

    Leider finde ich nichts was dem gleicht, das du als Schutzkappe für die USB-Buchse verwendest. Könntest du hierzu bitte auch einen Hinweis geben?

    Gruß
    Thomas

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