Wasserdichte USB-Steckdose am Fahrrad

Bei Verwendung eines Nabendynamos am Fahrrad stehen inzwischen viele Möglichkeiten offen, die erzeugte elektrische Energie zum Laden von diversen Geräten mit einer USB-Spannungsversorgung zu nutzen.

Hierfür bietet zum Beispiel die Firme Busch und Müller (B&M) das USB-Werk oder das E-Werk an. Da ich nur Niederspannungsgeräte mit USB-Anschluss an meinem Fahrrad laden möchte, habe ich mich für das USB-Werk entschieden, welches unter anderem mit Hilfe eines Pufferakkus eine konstante Spannung von 5 V abgeben kann, mit Hilfe der diverse elektronische Geräte wie ein Outdoornavi, ein Smartphone oder eine Digitalkamera während der Fahrt gut geladen werden können.

Eine Schwachstelle an diesem Gerät ist die USB-Buchse, in der diverse Ladeadapter oder gerätespezifische USB-Kabel eingesteckt werden können (USB-A-Buchse).

Das gesamte USB-Werk mit allen Steckverbindungen ist wasserdicht (abgedichtete Kabelverschraubungen) aber in die USB-Buchse kann Wasser eindringen und es handelt sich um ein Standardbauteil, welches nicht rostfrei ist.

Somit waren in meiner Buchse nach einem Jahr die Kontakte innen so verrostet, das ich auf Anfrage bei B&M ein kostenloses Ersatzkabel zugeschickt bekam.

Allerdings hatte diese ebenfalls die gleichen Eigenschaften wie das erste Kabel mit USB-Buchse, diese war hier ebenfalls nicht wasserfest.

Somit baute ich mir eine wasserdichte USB-Doppelsteckdose an mein Fahrrad an, welche ich über einen Deckel mit O-Ring luft-sowie wasserdicht verschließen konnte.

Diese USB-Steckdose war senkrecht am Lenker angebracht (siehe Abbildung nebenan das natureloxierte Aluminiumrohr) und um Geräte laden zu können, musste der Deckel abgezogen werden und dann konnte senkrecht ein oder zwei USB-Kabel eingesteckt werden (ebenfalls auf Foto erkennbar)

Leider hat sich bei meinem Radurlaub 2016 bei viel Regen die Schwachstelle dieses Aufbaus gezeigt.

Denn harte Umgebungsbedingungen zeigen schnell auf, was die Technik und das Material verträgt.

Da ich teilweise ganze Tage bei Regen unterwegs war und Geräte laden musste, lief die USB-Steckdose mit Wasser voll und das Wasser konnte nicht mehr herauslaufen. Durch die Spannung an den Kontakten, die unterschiedlichen Metallen sowie den Kontakten aus Stahl setzte eine starke Korrosion ein und nach nur kurzer Zeit (vier Tagen) waren die Kontakte an der USB-Buchse total zerfressen.

Somit entschied ich mich eine neue USB-Steckdose zu bauen, welche diese Schwachstellen nicht mehr hat.

Defekte USB-Steckdose

Die ausgebaute und beschädigte USB-Steckdose vom Fahrrad, gut zu erkennen ist der wasserdichte verschraubbare Stecker, welcher mit dem B&M USB-Werk verbunden wird.

Die korrodierten und zerfressene Kontakte an den beiden USB-Buchsen, welche sich in der USB-Steckdose an meinem Fahrrad befanden.

Die wesentliche wesentliche Änderung der neuen wasserdichten USB-Steckdose hierfür ist die waagrechte Position (sogar ein leichter Winkel nach unten)der USB-Buchsen und die Öffnung zeigt entgegen der Fahrtrichtung. Somit kann die Steckdose auch bei Regen zum laden geöffnet werden ohne dass diese mit Wasser voll läuft.

Befestigt wird die neue USB-Steckdose hierfür am Lenkerrohr mit einer Schelle.

Den Deckel mit O-Ring der alten USB-Steckdose konnte ich für die neue USB-Steckdose weiterverwenden, bezüglich Baugröße und Gewicht konnte ich hier sogar noch optimieren.

Wiederstände in USB-Ladebuchse

Für alle hier interessierten Personen, welche eine ähnliche wasserdichte USB-Steckdose am Fahrrad bauen möchten, ist es wichtig zu wissen, dass in einer USB-Buchse, welche lediglich zum Aufladen von Elektronikgeräten dient, Wiederstände enthalten sind, die dem Gerät signalisieren, dass es nun den Akku laden kann und kein Datenaustausch statt findet.

Diese Wiederstände habe ich beim Zerlegen des original USB-Steckers von B&M entdeckt (waren total vergossen und mussten mühselig freigelegt werden) und ich habe die Widerstandswerte mit Hilfe des Farbcodes sowie mit Hilfe eines Multimeters ermitteln können.

Hierbei handelt es sich um drei Widerstände. Die Versorgungsspannung +5V wird mit der danebenliegenden negativen Datenleitung mit einem 39,0k-Ohm Wiederstand verbunden. Die negative sowie die positive Datenleitung (beide mittige Anschlüsse) werden über einen 15k-Ohm Wiederstand verbunden. Und letztendlich wird die positive Datenleitung mit der Masse (Minus-Pol) ebenfalls über einen 39,0k-Ohm Wiederstand miteinander verbunden. Auf dem Bild ist die wird die positive Versorgungsspannung links über das weiße Kabel zugeführt.

Von der Vorderseite sieht die USB-Buchse folgend aus. Die Kontaktfedern zeigen nach Oben und der Masseanschluss befindet sich auf der linken Bildseite, die 5V-Spannung wird am rechten Pin angelegt.

Zur Kontrolle kann man das Widerstandsnetzwerk nach anlöten des Kabels noch einmal überprüfen, die Summe der drei Widerstände ergibt 93,0k-Ohm, dieser Wert sollte von +5V-Versorgung zu Masse messbar sein.

Neue wasserdichte USB-Steckdose

Die wesentliche Änderung an der neuen wasserdichten USB-Steckdose für das Fahrrad ist die waagrechte Anbringung am Lenker mit Hilfe einer handelsüblichen Kunststoffschelle (wurde von einem alten batteriebetriebenen Anstecklicht wiederverwendet).

Zusätzlich konnte ich bezüglich der Baulänge noch etwas optimieren und da ich das gleiche Aluminiumrohr verwendete, passte auch der alte Deckel mit O-Ring auf der neuen Steckdose.

Hier der direkte Vergleich der alten USB-Steckdose und dem neuen Modell (unten). Das Aluminiumrohr ist ein handelsübliches Rohr aus dem Baumarkt mit einem Außendurchmesser von 25mm und einer Wandstärke von ca. 1,5 mm. Hierin lässt sich dann eine handelsübliche USB-Doppelbuchse unterbringen. Da die neue USB-Steckdose waagrecht angebracht wird, erfolgt die Befestigung radial über den am Ende angebrachten Bolzen, in dem sich ein Gewinde befindet. wo die Schraube der Befestigungsschelle eingeschraubt wird.

Blick in die Buchse, die Doppelbuchse hat gerade so Platz gefunden, die Wiederstände (eingeschrumpft) sind oben in der Buchse leicht zu erkennen. Die Buchse wurde mit dem Aluminiumrohr mit Hilfe von 2-K-Epoxidharz am Ende ca. 5 mm eingebettet, somit ist auch gleich das Anschlusskabel wasserdicht umschlossen.

Die wasserdichte USB-Steckdose am Lenkerrohr montiert. Die beide Schlüsselringe am Deckel und der Steckdose sind über einen O-Ring verbunden worden, somit kann der Deckel einfach abgezogen werden und geht dann nicht verloren. Das verlängerte Kabel verläuft rückseitig aus der Steckdose und ist mit dem USB-Werk verbunden.

Zum Laden wird der Deckel einfach abgezogen und das USB Kabel (auch zwei gleichzeitig) können eingesteckt werden. Hier ist gerade mein Falk-IBEX32 verbunden. Der Stecker zweigt auch leicht nach unten, somit kann sich bei dieser Anordnung auch bei Nutzung bei starkem Regen kein Wasser mehr in der USB-Steckdose ansammeln (besser ist hier natürlich der Verschluss mit Deckel, da die Kontakte auch schon bei starker Feuchtigkeit Rosten).

Gegenüberstellung USB-Werk / E-Werk

Das USB-Werk & E-Werk von Busch und Müller sind beides Ladegeräte, welche die elektrische Energie des Nabendynamos am Fahrrad ausnutzen, um elektronische Kleingeräte, wie Smartphones, GPS-Geräte oder Kompaktkameras, während der Fahrt mit dem Fahrrad zu betreiben oder deren Akku aufzuladen.

In diesem Video stelle ich beide Geräte von Busch und Müller, das USB-Werk & E-Werk, mit den jeweiligen technischen Daten sowie der gerätespezifischen Eigenheiten vor.
Das USB-Werk, welches einen integrierten Pufferakku besitzt sowie den USB-Ladestandard 5V und 1A als Kenndaten hat, hatte ich die letzten drei Jahren dauerhaft im Einsatzu, leider hatte ich in diesem Zeitraum schon einen zweimaligen Defekt und Ausfall des Geräts.
Daher versuche ich zukünftig mein Glück mit dem Busch und Müller E-Werk, welches mit einem seperaten Pufferakku betrieben werden kann und bezüglich der Spannung und Stromstärke sehr flexibel einsetzbar ist.
Im Laufe des Videos montiere ich das E-Werk an meinem Trekkingrad und mach Test mit sowie ohne Pufferakku unter einsatzes meines Outdoornavigationsgeräts Falk Ibex 32.