Strom auf dem Rad: Forumslader

Letzte Änderung: 22.02.2017 - 22:25 Uhr

Der Forumslader

Auf der Fahrradtour durch Südosteuropa im Sommer 2010 hatten wir ein Problem: Strom. Wir hatten jeder eine Digitalkamera und jeder ein Mobiltelefon dabei. Macht insgesamt 4 Akkus die unregelmäßig auf dem Weg auf irgendwelchen Zeltplätzen geladen wurden. Insbesondere die Handys waren relativ schnell leer. Da mein Fahrrad ein 6V3W Nabendynamo besitzt hatte ich nach der Tour hatte ich die Idee ein Ladegerät für mein Fahrrad zu bauen. Auf der Suche nach einer Lösung bin ich auf verschiedene Systeme gestoßen: zzing, E-Werk oder den Forumslader. Die ersten beiden Varianten kosten um die 100 EUR. Der Forumslader ist eine nichtkommerzielle Lösung, welche über viele Jahre im Radreise-Forum entwickelt und optimiert wurde. Somit hat dieser einen sehr hohen Wirkungsgrad von 94% und lädt bereits ab 4km/h. Auch in verschiedenen Tests hat der Forumslader sehr gut abgeschnitten. Der einzige Nachteil: Man muss selber zum Lötkolben greifen. Man ist dann aber mit etwa 25 EUR für die den Lader plus Akkus -- je nach Variante 5 EUR bis 30 EUR -- dabei.

Von dem Forumslader gibt es zwei aktuelle Versionen: Eine 12V-Version und eine 12V-Version mit USB. Ich habe mich für die 12-Version mit zwei USB-Anschlüssen und 10 Pufferakkus - 12 V - entschieden.

Ein, wie ich finde, sehr schönes Beispiel für einen Forumslader mit USB gibt es auf der Seite von Thomas und Valentin: goeast.cc

Von der Platine bis zum fertigen Gerät

Da ich (noch) keinen Account im Radreise-Forum habe, hatte ich mich mit Jens During von forumslader.de in Verbindung gesetzt. Die von ihm geätzten Platinen werden vorrangig nur an Mitglieder des Radreise-Forums verschickt. Jens war so freundlich und hat mit die Ätzvorlage zukommen lassen. Somit hat mein Freund Wolf Pietsch seine Ätzkenntnisse auf die Probe stellen können. Außerdem wurde wir die Platine verzinnt. Das Ergebnis sah wie folgt aus:

 

Basierend auf dem sehr erfolgreichen Ätzen habe ich anschließend bei Reichelt den auf der Webseite vorgeschlagen Warenkorb, ein 10er-Klemmhalter für die Batterien und zwei USB-Verlängerungen bestellt. Das Paket war zwei Tage später bei mir. Den 1 A-Schaltregler von Conrad habe ich mir von einem Freund aus Hamburg organiseren lassen und den "Pepi C"-Thermoschalter habe ich bei E-Bay (anstatt bei Pollin) gekauft.

Beim Löten haben wir mit den kleinsten Teilen, also den Wiederständen und Dioden, zuerst angefangen. Je nach Akku muss man für die Diode D8 anderes vorgehen. Da ich 10 Pufferakkus wollte, musste ich die ZDiode 2.7V 0.5W nehmen und den Bestückungsplan mit der Z-Diode wählen.

Danach haben wir Stück für Stück alle weiten Teile -- der Größe nach -- eingebaut. Zuerst alles was an Kabeln angeschlossen wurde. Also die LEDs, die Schalter, die USB-Verbindungen sowie das Anschlusskabel an den Dynamo. Zum Schluss haben wir dann die Regler und die Kondensatoren eingebaut. Das Löten war manchmal fummelig, aber lösbar.

Das Gehäuse für den Forumslader ist eine kleine Eisdose von Aldi. Das Gehäuse für den Klemmhalter mit den Batterien ist Marke Eigenbau. Somit habe ich den Lader und die Pufferakkus voneinander getrennt und habe dadurch etwas mehr Platz in meiner Lenkertasche -- im Vergleich zu einem Feriggehäuse.

Fragen und Probleme beim Löten

Frage 1: Wie muss die rot-grüne Duo-LED angeschlossen werden?

Auf dem Schaltplan ist zu sehen, dass die rot an R1 und grün an R2 anliegt.

Frage 2: Wie muss die Diode D5 angeschlossen werden?

Bislang kannte ich nur Ringe als Markierung an einer Diode. In der Regel kann man dies mit einer Einstellung auf dem Messgerät messen. Doch diese Diode hatte in beide Richtungen nichts angezeigt. Allerdings hatte die Diode einen Punkt an einer Seite. Diese Art von Markierung haben wir nach einer Recherche als Alternative zum Ring gefunden.

Update: Laut Jens ist es eine bidirektionale Diode, sodass die Einbaurichtung egal ist. Die Bedeutung des Punktes -- siehe durchgestrichenen text -- ist somit wohl eine Andere.

Frage 3: Einbaurichtung der grünen LED?

Die grüne LED hatte keine erkannbare Markierung; keine abgeflachte Seite, kein kürzeres Bein. Auch hier half nur Messen. In einer Richtung sperrte die LED, in die andere leuchtete sie sehr schwach.

Frage 4: Wie baut man die Regler ein?

Auf dem Bestückungsplan sieht man bei den Reglern rechts oben einen Punkt. Beide Regler hatten auch diesen Punkt, sodass die Einbaurichtung eindeutig war. Der 1A-Schaltwandler von Recom passte außerdem nur in eine Richtung.

Frage 5: Welche Adern des USB-Kabels muss ich benutzen?

Alle USB-Kabel haben eine rote, eine schwarze, eine grüne und eine weiße Ader. Grün und weiß sind für die Datenübertragung: Rot ist VCC (+5V) und schwarz ist GND (Ground).

Frage 6: Wie schließe ich den Lader am Dynamo an?

Wir haben das Kabel vom Dynamo zum vorderen Strahler durchgeschnitten und eine Steckverbindung gebaut. Somit kann ich im Alltagsbetrieb den Lader ausbauen. Außerdem kann ich die Beleuchtung am Fahrrad ausschalten und habe somit mehr Strom für den Lader.

(Links: Lampe mit Flachstecker; Mitte: Kabel vom Dymano; Rechts: Mit Anschluss des Forumsladers - schwarzes Kabel)

Frage 7: Wie funktionieren die beiden Schalter?

Der Schalter S3 schaltet USB ein und aus. Sollte man USB nicht brauchen, so sollte man es abschalten. So entlädt der Regler nicht unnötig den Akku.

Der Schalter S2 ist ein Geschwindigkeitswahlschalter und auch der Hauptschalter. In der mittleren Stellung ist der Lader vom Dynamo getrennt. Die beiden anderen Stellungen sind die zwei wählbaren Stufen:

  • Die niedrige Geschwindigkeitsstufe (28"-Rad bis 23km/h leistungsfähiger -- 4.5-5.5W) arbeitet mit einer Gleichrichterschaltung nach Delon,
  • die hohe Stufe/Sportlerstufe (über 23km/h leistungsstärker -- 7.5-8W bei etwa 30km/h) mit einer Graetz-Brücke.

Doch welche Schalterstellung ist welche Schaltung? Beim Schalter S2 wird ein Kontakt nicht benötigt. Diese Seite ist die Sportlerstufe.

Testen

Für den ersten Test hatte ich nur einige alte Akkus. Beim Drehen des Vorderrades fing die Status-LED an grün zu leuchten. Nach einigen Umdrehungen fing dann auch die USB-LED an zu leuchten, da die Pufferakkus "ein wenig" Ladung hatten.

Sony Ericsson - Ladekabel (FastPort)

Ich besitze das Mobiltelefon W595 von Sony Erricsson, welches die FastPort-Schnittstelle hat. Sobald ich dieses Telefon mit dem mitgelieferten USB-Datenkabel DCU-60 an den Forumslader angeschlossen habe, hat das Handy nur versucht eine Verbindung zum PC herzustellen und wurde nicht geladen. Warum dies so ist wird hier beschrieben:

  • "Das Handy erkennt, dass der Strom über ein USB-Kabel kommt, und erwartet nun eine Verbindung zu einem anderen Gerät. Nachdem aber das Ladegerät keinen USB-Controller hat, wartet das Handy sozusagen ewig. Nur wird das Laden über USB erst gestartet, wenn eine derartige Verbidnung aufgebaut wurde. So schreibt es nämlich der USB-Standard vor."

Sony Erricsson hat den USB-Standard soweit korrekt implementiert. Wie Sony Erricsson dies macht wird hier beschrieben:

  • "das USB-Protokoll schreibt vor, dass ein USB-Gerät erst dann Strom beziehen darf, wenn der Handshake mit dem Host erfolgreich war. [...] Ich persönlich nutze dafür ein spezielles USB-Kabel, welches den Strom nicht auf 1 und 9, sondern auf 9 und 12 liefert.."

Die Pinbelegung kann man hier nochmal nachschauen:

  • 1 - VBUS
  • 9 - GND
  • 12 - VCC Stromversorgung (DC+)

Das heißt, dass erkannt wird das es sich um ein USB-Datenkabel handelt, wenn die Pins 1 und 9 benutzt werden. Das DCU-60 besitzt den Pin 12 gar nicht. Dadurch wird der UBS-Standard benutzt und das Handy wird nicht geladen -- da der Handshake nicht erfolgreich war. Kommt der Strom über die Pins 9 und 12, dann wird dieser an den Akku weitergegeben. Somit habe ich ein altes CST-70 Netzteil genommen, welches nur die Pins 9 und 12 besitzt. Das Kabel bestand aus einer weißen und einer schwarzen Ader. Die weiße Ader war auf Pin 12 (VCC+) gepolt (mit dem Messgerät gemessen) und die Schwarze wie erwartet auf Pin 9 (Groud). Somit habe ich dieses Kabel mit einem Rest einer zerschnitten USB-Verlängerungen des Forumsladers verbunden. Wie oben schon einmal erwähnt ist beim USB-Kabel Schwarz VCC(+5V) und rot GND (Ground).

Das selbstgebaute Kabel verhält sich an dem Lader nun wie das CST-70 Netzteil und das Handy wird geladen. 

(Links: FastPost des DCU-60 ohne Pin 12; Mitte: FastPost des CST-70 mit Pin 9 und 12; Recht: Das selbstgebaute Kabel)


Ladegerät für Panasonic Lumix DMC-TZ4

Meine Digitalkamera ist eine Panasonic Lumix DMC-TZ4. Das mitgelieferte Ladegerät besitzt nur einen Anschluss für 230 V.Somit habe ich im Internet einen USB-Lader bestellt. Zu Meiner Überraschung stellte ich fest, dass auf dem Ladegerät das Folgende stand: INPUT: DC 12.5+-0.5V. Perfekt. Somit habe ich das zusätzliche Auto-Ladekabel zerschnitten. Das Kabel hatte eine rote und eine schwarze Ader, sodass ich es an den 12V-Anschluss (EX) auf der Platine gelötet habe (schwarz auf Minus und rot auf Plus). Eine erste Testfahrt ließ die LED am Ladegerät grün leuchten.

NOKIA - Ladekabel

Nokia-Handys werden i.d.R. durch ein proprietäres Ladegerät geladen, welche zwei verschiedene Arten von Anschlüssen verwenden (3,5mm und 2mm). Neuere Modelle verwenden mehr den Micro-USB-Anschluss (EU-Norm). Das Handy, welches uns auf der Tour begleitet, hat einen 2mm Anschluss. Von Nokia existiert das USB-Ladekabel CA-100. Da dies relativ teuer ist, habe ich das Kabel selber gebaut.

Dafür haben ich ein altes USB-Kabel und ein altes Nokia-Ladegerät (Output 5V DC 350mA, 2mm Anschluss) benutzt. Ich habe jeweils das Kabel nach etwa 20cm abgeschnitten. Das USB-Kabel bestand wie zuvor aus 4 Adern (rot, schwarz, gelb und weiß). Das Kabel vom Ladegerät hatte zwei Adern (schwarz und weiß-gelb). Ich habe die beiden schwarzen Adern (GND, Masse) verbunden und die rote Ader des USB-Kabels und die weiß-gelbe Ader des Ladekabels.

Das Laden des Nokia-Handys funktioniert mit dem selbsgebastelten CA-100 einwandfrei.

Ein letztes Problem...

Bis etwa 16 km/h leuchtet die Status-LED grün. Ab etwa 18km/h ist die Status-LED rot. Sobald ich (ab 18km/h) mein Handy als Verbraucher am USB hinzuschalte, ist die Status-LED wieder grün. Laut Jens tritt dieser Effekt tritt mit höherem Widerstand im Akkubereich auf. Dieses Problem muss ich noch beheben:

  • die alten Akkus durch neue ersetzen, da diese einen hohen Innenwiderstand haben können, und/oder
  • die Kontakte des Klemmhalters haben einen zu hohen Übergangswiderstand, und/oder
  • Verlöten der Akkus, und/oder
  • ...

Hinweis: Die rote LED zeigt nur an, dass nicht mehr der gesamte Dynamostrom in die Akkus geht, mehr nicht.

Die Lösung dieses Problems steht noch aus.

Der fertige Lader

(Links: Nahaufnahme; Mitte: Erste Erweiterung: USB-FastPort; Rechts: Zweite Erweiterung: 12V Akkuladegerät)

Danke

Ein erster Dank geht an Valentin Manthei von goeast.cc, mit welchem ich einige Mails ausgetausch habe. Ein besonderer Dank geht an Jens During von forumslader.de, welcher mit die Ätzvorlage zur Verfügung gestellt hat und alle meine Fragen beantwortet hat. Ein letzter Dank geht an Wolf Pietsch, welcher die Platine geätzt und das Löten in die Hände genommen hat.

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