Bauanleitung Notlampe (Joule Thief)

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    • Bauanleitung Notlampe (Joule Thief)

      Hinweis: Diese Anleitung ist für Leute mit wenig bis gar keinen Vorkenntnissen geschrieben. Wer sich ein wenig auskennt sollte keine Probleme haben (und möge mir die ausschweifenden Erklärungen verzeihen. ;) )

      Joule Thief? Was ist das denn?
      Ein Joule Thief ist eine simple, elektronische Schaltung ("Sperrwandler") die es ermöglicht, eine weiße LED aus einer fast leeren AA bzw. AAA Batterie zu versorgen.
      Der Wirkungsgrad ist mäßig, aber die Schaltung läuft bereits ab einer Restspannung von 0.8V an, d.h. man kann im Notfall auch aus "toten" Batterien noch eine Weile etwas Licht erhalten.
      Das Schöne daran ist, dass die Schaltung relativ gutmütig ist, d.h. die Bauteile müssen nicht 100% exakt die unten angegebenen Werte haben und die Sache funktioniert trotzdem.

      Verbaut man die Schaltung in einem Batteriegehäuse für 2xAA Batterien dann erhält man eine kleine und sehr leichte Lampe für den BOB oder EDC.
      (Ich baue davon gerade nen Sack voll für Weihnachten, eignet sich prima als kleines Geschenk für Freunde und Verwandte die sonst bereits alles haben...)

      Es ist mit Sicherheit kein Ersatz für eine normale Taschenlampe. Es macht Licht, aber nicht taghell.


      OK, und was brauche ich dafür?

      Gar nicht mal viel:
      06_Alle_Bauteile.jpg

      An Werkzeug reicht ein einfacher Lötkolben mit Lötzinn sowie grundlegende Dinge wie z.B. Seitenschneider. Beim Löten ist eine "dritte Hand" sehr hilfreich.
      Zur Befestigung im Gehäuse empfiehlt sich eine Heißklebepistole.
      Ansonsten ist ein Durchgangsprüfer noch sehr hilfreich, noch besser ein Multimeter. Zur Not geht es aber auch ohne.

      Die Bauteile kann man entweder kaufen oder sie aus alten Elektronikgeräten ausschlachten.
      Das Ausschlachten lohnt sich allerdings monetär gesehen kaum, denn die Elektronik ist hier der geringste Kostenfaktor. Lediglich beim Kupferlackdraht kann es sinnvoll sein, einen alten Klingeltrafo zu schlachten da dieser Draht praktisch nur auf 100m Rollen verkauft wird die dann 6-10€ kosten - und für einen Joule Thief braucht man gerade mal 0.5-1m von dem Zeug. Im Abschnitt über die Spule zeige ich noch ein paar Alternativen auf.

      In der folgenden Tabelle findet ihr nochmal die benötigten Bauteile incl. Hinweisen wo man sie ggf. organisieren kann.
      Wichtig: Die Preise sind Anhaltspunkte und beziehen sich auf die angegebenen Lieferanten!
      Besonders bei Conrad muss man aber ein wenig schauen, teilweise kosten identische Bauteile von unterschiedlichen Herstellern heftig unterschiedlich.
      Im Prinzip könnt ihr das Billigste nehmen was ihr findet solange die Werte stimmen.

      BauteilQuellePreisAnmerkungen
      Batteriegehäuse f. 2xAA m. SchalterAmazon~0.9€Die Dinger sind leider relativ teuer, aber sehr praktisch.
      90 Cent ist der Preis wenn man nen 10er Pack bestellt. Einzelne Halter kosten bis zu 2.50€.
      Alternativ besorgt man sich irgendwo nen kleinen Kipp- oder Schiebeschalter und bastelt sich ein eigenes Gehäuse.
      Ferrit-Ringkern 10x6x4mmConrad0.4€Ringkerne gibt es oft auf alten Mainboards zu finden.
      Theoretisch kann man die Spule auch auf einem Eisennagel wickeln, aber mit Ringkern geht es besser.
      Kupferlackdraht, ca. 50-100cmx0.2mm??????Aus altem Klingeltrafo ausschlachten, relativ teuer wenn man ihn neu kauft, ca. 5-10€ für ne 100m Rolle.
      Durchmesser ist fast egal, solange der Draht nicht gerade haarfein dünn ist...
      DiodeConrad0.10€Idealerweise nimmt man eine Schottky-Diode, es tut aber im Prinzip jede beliebige Diode,
      z.B. aus einem Gleichrichter.
      Finden sich in vielen alten Netzteilen.
      LED weiß, 5mmAmazon/EBay0.05€Conrad hat bei LEDs leider Mondpreise, ggf. mal bei eBay suchen.
      Meist findet man 100 Stück für <5€ incl. Versand.
      Können aus billigen LED-Lampen "gewonnen" werden.
      Widerstand 2.2kOhmConrad0.11€Auch hier ist der genaue Wert nicht 100% wichtig.
      Ggf. mehrere Widerstände von 1k bis 10k besorgen und testen welcher am Besten läuft.
      Elko 47µF/16VConrad0.05€Der genaue Wert ist unwichtig, ob 10 oder 100µF spielt kaum eine Rolle.
      Findet man auch in allem möglichen Zeug.
      BC337-40 NPN TransistorConrad0.04€Andere NPN tun es auch, findet man in allen möglichen älteren Geräten



      OK, dann legen wir mal mit der Spule los...

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    • Teil 1: Die Spule

      Wie mache ich die Spule?

      Die Spule muss leider per Hand hergestellt werden. Es gibt zwar theoretisch passende Spulen fertig zu kaufen, aber da ich die bisher noch nicht ausprobieren konnte (und sie auch gute 60-90 Cent das Stück kosten) bleiben wir mal lieber bei der Handarbeit.

      Man benötigt Kupferlackdraht und einen Ferritkern ("Toroid"). Ich hatte vor Jahren mal irgendwo ne Tüte sehr kleine Ferrite für nen schmalen Taler gekauft, die verwende ich seitdem.
      01_Spule_Material_1.jpg

      Mein Draht stammt auch aus einem früheren Projekt, aber man kann ihn wie erwähnt auch aus alten Trafos ausschlachten.
      Wichtig ist nur, dass der Draht isoliert ist! Beim Lackdraht geschieht das durch eine dünne Lackschicht die den Draht umschließt (daher der Name :-D).

      Wenn ihr den Ringkern aus alten Geräten habt und dieser große genug ist könnt ihr theoretisch auch altes Netzwerkkabel, Zwillingslitze oder was ihr sonst noch so findet benutzen. Wichtig ist nur, dass ihr genug Windungen auf dem Ringkern aufbringt. Dazu gleich mehr.

      02_Spule_Material_2.jpg

      Ich nehme nun ca. 50cm von meinem Draht und einen Ringkern und los geht's.
      Nehmt den Draht doppelt und wickelt ihn ordentlich um den Ringkern. Wenn ihr die Drähte dabei versehentlich verdreht ist das kein Problem, sieht aber hübscher aus wenn ihr das nicht tut.
      Wichtig ist nur, dass der Draht so eng wie möglich am Ringkern anliegt:
      03_Spule_wickeln.jpg

      Es ist einfacher, wenn man die Drahtschlaufe mit ner Zange zusammendrück und diese immer durch den Ringkern steckt beim Wickeln.
      Wickelt jetzt solange Windung um Windung bis ihr einmal um den Ringkern rum seid:
      04_Spule_fertig.jpg
      Auf diesem Bild sieht man auch schön, dass mein Draht eigentlich ne Nummer zu dick für den verwendeten Ringkern ist. Die Lücken zwischen den Windungen sind außen recht groß, es wird viel Platz verschenkt.
      Mit 0.2mm Draht hätte ich deutlich mehr Windungen auf dem Kern aufbringen können. Die Schaltung funktioniert zum Glück trotzdem, aber der Wirkungsgrad ist leider nicht so gut wie er sein könnte.
      Als Faustformel würde ich sagen, dass ihr mindestens 10, besser aber 20-30 Windungen aufbringen solltet.

      Wenn ihr die Spule fertig gewickelt habt knipst ihr die Schlaufe ab und nun müsst ihr noch rausfinden welche der vier Drahtenden nun zusammengehören.
      Das könnte man zwar theoretisch auch vorher markieren, aber: Edding wischt sich gern mal ab beim Wickeln und nen Knoten in den Draht zu machen ist auch doof weil man ihn dann nicht mehr gut durch den Ringkern ziehen kann.
      Zuerst mal müssen dafür die Drahtenden abisoliert werden. Dafür nehmt ihr entweder Schmirgelpapier oder einen scharfkantigen Schraubendreher oder sonstwas in der Richtung und schabt vorsichtig(!) den Lack vom Draht.
      Wenn euer Lötkolben genug Power hat könnt ihr auch einfach nen ordentlich Tropfen Lötzinn auf die Spitze nehmen und den Lack vom Drahtende an "runterbrennen". Hat den Vorteil, dass der Draht dann auch direkt verzinnt ist... ;)
      Aber Vorsicht: Das stinkt wie die Sau und die Dämpfe sind definitiv der Gesundheit abträglich auf die Dauer.

      Nun kommt der Durchgangsprüfer bzw. das Multimeter ins Spiel.
      Legt die Spule wie gezeigt auf dem Tisch aus und klingelt dann die zusammengehörigen Drahtenden aus.
      05_Spule_durchpiepen.jpg
      A1 und A2 gehören zusammen, ebenso B1 und B2. Je nachdem wie oft ihr den Draht beim Wickeln verdreht habt können A2 und B2 bei euch natürlich gegenüber dem Bild vertauscht sein!
      Für die Leute die kein Multimeter/Durchgangsprüfer besitzen und auch nicht anschaffen möchten (gibt es ab 10€ im Baumarkt oder beim großen A): Ihr könnt auch einen vollen 9V Block nehmen, ein Drahtende an den Minuspol halten und mit dem zu testenden Drahtende kurz über den Pluspol kratzen: Sehr ihr kleine Funken habt ihr den richtigen Draht.

      Nachdem ihr alle Drahtenden zugeordnet habt nehmt ihr die Enden
      A1 und B2, isoliert diese ab, verdreht sie miteinander und lötet sie zusammen:
      10_Spule_verzinnt.jpg
      Es ist absolut wichtig, dass ihr die richtigen Drahtenden miteinander verbindet, ansonsten wird das Ganze nicht funktionieren!!!
      Wer von A1, B2 usw. usf. verwirrt ist: Ihr sollt den Anfang des einen Drahtes mit dem Ende des anderen Drahtes verbinden.
      Wenn euer Lötkolben nicht stark genug ist müsst ihr auch hier vor dem Verdrillen und Verlöten nochmal die Isolation freikratzen.
      Ich habe übrigens relativ viel Draht stehen lassen damit man den Zusammenbau später besser erkennen kann, es reicht wenn der verdrillte Teil nen Zentimeter lang ist.


      Wenn ihr alles richtig gemacht habt dann solltet ihr nun mit eurem Durchgangsprüfer/Multimeter eine Verbindung zwischen den beiden einzelnen Drahtenden feststellen können. Wenn nicht müsst ihr die Verbindung wieder lösen und den Fehler korrigieren.

      Puh, so: Spule ist nun hoffentlich fertig, weiter geht es mit dem Gehäuse...

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    • Teil 2: Das Gehäuse

      Das Batteriegehäuse braucht auch noch ein wenig Liebe bevor die Schaltung darin untergebracht werden kann.

      Öffnet das Gehäuse (oft muss man erst ne kleine Schraube entfernen, die ist aber offensichtlich zu finden!) und schaut es euch an.
      08_Batteriekaste_offen.jpg

      Der breite Blechstreifen mit Feder (aber ohne Kabel!) muss raus und kann in den Müll, der kleine Blechstreifen mit dem roten Kabel wird ebenfalls gezogen und gegenüber der Feder beim Schalter wieder eingesetzt:
      09_Batteriekasten_umgebaut.jpg

      Hinweis: Die Gehäuse sehen innen oft ein wenig unterschiedlich aus, lasst euch also nicht verwirren.
      Im Prinzip ist der Schalter am Gehäuse (unten rechts im Bild) ein Fixpunkt, der lässt sich nicht umbauen. Der Schalter sitzt auch immer am Minuspol (Feder), also müssen wir den Pluspol gegenüber dem Minuspol einbauen.
      Im Grunde wird aus einem Gehäuse für zwei AA Batterien ein Gehäuse für eine AA Batterie und etwas Platz für Elektronik gemacht... ;)

      Falls der Pluspol an seine neuen Stelle etwas wackelig sitzt könnt ihr ihn gern vorsichtig mit etwas Sekundenkleber befestigen.
      Das Kabel wird später festgeklebt und eigentlich sollte das Metallplättchen sich dann nicht mehr aus dem Staub machen können.
      Hier müsst ihr selbst entscheiden...

      Das Loch, durch das die Kabel nach außen geführt sind, weitet ihr jetzt noch mit einer Schere (Schraubendreher, Teppichmesser, Feile, ...) gerade so weit auf, dass die LED bis zum Kragen hineinpasst.
      Einfach Schere in das Loch stecken und mit sanftem Druck drehen bis die LED möglichst ohne zu wackeln sitzt.
      Vorsicht: Das Plastik ist sehr weich und kann relativ leicht brechen.
      (Und ja, genau von dem Arbeitsschritt hab ich ein Foto vergessen. Ich denke aber, dass das jetzt kein Problem darstellen sollte... :) )

      Damit wäre das Gehäuse auch fertig, jetzt geht es endlich ans Eingemachte!

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    • Teil 3: Aufbau der Schaltung

      Es ist wichtig, dass ihr exakt auf die Ausrichtung der Bauteile wie gezeigt achtet, sonst geht das schief!

      LEDs haben eine Richtung, d.h. sie leuchten nicht wenn man sie verkehrt herum einbaut.
      Man erkennt die Anode (den "Pluspol") einer LED immer am langen Beinchen, die Kathode (der "Minuspol") am kurzen Beinchen.
      Weiterhin ist bei 5mm LEDs der Kragen an der LED an der Kathode (-) abgeflacht, auch daran kann man es erkennen.
      Zu guter Letzt kann man sich noch die "Fähnchen" in der LED ansehen: Das große Fähnchen ist die Kathode (-), das kleine Fähnchen ist die Anode (+). (Dieser Trick funktioniert übrigens bei allen LEDs!).

      Klemmt nun die LED in der dritten Hand wie auf dem Bild gezeigt fest, so dass die Anode links und die Kathode rechts ist.
      11_LED_Anode_Kathode.jpg
      Alternativ sucht ihr euch ein geduldiges Familienmitglied und bittet dieses, die LED mit einer Zange festzuhalten bis ihr fertig mit Löten seid.
      Oder ihr bohrt mit einem 5mm Holzbohrer ein kleines Loch in den Tisch (oder ein anderes Stück Holz) und steckt die LED dort hinein.
      Improvise! Adapt! Overcome! :D

      Nun schneidet ihr die Anode mit einer Zange ab:
      12_LED_Anode_gekürzt.jpg

      Jetzt wird der Elko an den Beinchen der LED angelötet:
      13_LED_Elko_verloetet.jpg
      Achtet unbedingt auf die richtige Polung (Minus vom Elko an Kathode (-) der LED), ansonsten wird der Elko nach kurzer Zeit seinen magischen Rauch in die Luft entlassen und danach nicht mehr funktionieren!

      Als nächstes kommt die kleine Diode an die Reihe.
      Bei dieser kürzt ihr ebenfalls den Draht am markierten Ende der Diode und lötet sie dann an der Anode (+) der LED fest:
      14_LED_Diode_verloetet.jpg
      Auch hier müsst ihr unbedingt auf den richtigen Einbau der Diode achten!
      Eine Seite ist bei Dioden immer mit einem Stricht markiert (hier ist der Strich schwarz, bei Dioden im schwarzen Plastikgehäuse ist es normal ein weißer Strich), diese Markierung muss zur LED zeigen!

      Wenn die Diode fest ist schneidet das zweite Beinchen auf gleicher Höhe mit dem Beinchen der LED ab (siehe übernächstes Bild weiter unten).

      Nehmt euch nun den Transistor vor.
      Eine Seite des Gehäuses ist abgeflacht, hier findet sich auch der Aufdruck mit der Typenbezeichnung (im Bild leider nicht mehr lesbar weil der Transistor aus der Grabbelkiste kam und mit Kleber verdreckt war).
      Biegt das mittlere Beinchen des Transistors nun über die abgeflachte Seite nach oben:
      15_Transistor_vorbereitet.jpg
      (Die anderen beiden Beinchen dürfen auch gern gerade bleiben, ich hatte nur mal wieder dicke Finger... ;) )

      Haltet den Transistor nun an dem hoch gebogenen Beinchen und lötet ihn mit der flachen Seite nach unten an der LED und der Diode fest:
      16_LED_Transistor_verloetet.jpg

      So, das sieht doch nun schon nach ner richtigen Schaltung aus... :D
      Und nur die Ruhe, es ist gleich geschafft.

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    • Teil 3: Aufbau der Schaltung (Fortsetzung)

      Endspurt...

      Lötet den Vorwiderstand am freien Beinchen des Transistors fest:
      17_Transistor_Vorwiderstand_verloetet.jpg

      Nun wird einer der beiden einzelnen Drähte der Spule an der Verbindung zwischen Transistor und Diode angelötet:
      18_Spule_verloetet_1.jpg
      (Welcher der beiden Drähte ihr hierbei egal, nur nicht die beiden Verzwirbelten nehmen sondern einen der beiden Einzeldrähte.)

      Der andere einzelne Spulendraht kommt nun an den Vorwiderstand:
      19_Spule_verloetet_2.jpg
      Ihr könnt den Draht wie gezeigt passend einkürzen, müsst ihr aber nicht. Kann auch einfach verlötet und dann beiseite gebogen werden.

      Die Schaltung ist nun im Prinzip fertig, es fehlt nur noch der Batterieanschluss.
      Das rote Käbelchen (+) kommt an die beiden verzwirbelten Spulendrähte, das Schwarze an die Verbindung zwischen Transistor und LED:
      20_Batteriekabel_verloetet.jpg

      Und nun wird es Zeit für einen ersten Test.
      Also Batterie einlegen, Schalter am Gehäuse auf "ON" und dann sollte das in etwa so aussehen:
      21_Test_erfolgreich.jpg

      Sollte die LED nicht leuchten müsst ihr leider auf Fehlersuche gehen:
      - Sind alle Bauteile richtig herum? Gerade die LED und die Diode sind schnell verpolt, auch der Transistor muss richtig herum sitzen.
      - Gibt es kalte Lötstellen?
      - Ist die Spule korrekt verlötet? (A1 und B2!!!!)

      Falls alles richtig zusammengebaut ist und es trotzdem nicht funktioniert könnt ihr noch versuchen den Vorwiderstand zu verkleinern.
      Unter 1000 Ohm würde ich aber nicht gehen.

      Bei korrektem Zusammenbau sollte das Ganze aber eigentlich auf Anhieb funktionieren - die Schaltung ist wie gesagt recht gutmütig was den Aufbau angeht.

      Nach erfolgreichem Test schiebt ihr die LED von innen durch das Loch im Gehäuse bis die LED am Anschlag sitzt.
      Jetzt wird die Schaltung einfach mit Heißkleber im Gehäuse eingegloddert. Die Stromkabel von der Batterie könnt ihr noch etwas einkürzen, ich war faul und habe sie einfach mit festgeklebt:
      22_alles_verklebt.jpg
      Beim Einkleben müsst ihr ein wenig aufpassen, dass ihr keine blanken Metallteile aneinanderdrückt und somit nen Kurzschluss produziert.
      Ich würde auch auf Heißkleber direkt vorn an der LED verzichten: LEDs mögen hohe Temperaturen so gar nicht und könnten Schaden nehmen. Ist zwar unwahrscheinlich, aber wenn der hintere Teil der Schaltung fest sitzt dann bewegt sich auch die LED vorne nicht.
      Alternativ könnt ihr die LED auch mit 2K-Epoxy oder Ähnlichem festkleben - notwendig ist das aber wie gesagt eher nicht.

      Jetzt ist alles fertig und ihr habt eure selbstgebaute Notlampe.

      Mit Batterie wiegt das Ganze übrigens unter 50g, davon entfallen knappe 25g schon auf die Batterie (und in meinem Fall vermutlich nochmal 10g auf den Heißkleber :-D):
      23_Gewicht.jpg


      Nun wünsche ich viel Spaß beim Nachbauen. Würde mich freuen, wenn ihr eure Erzeugnisse hier kurz bildlich vorstellt... :)


      Beste Grüße,

      Shuzz

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