DTopLight+, Modifikationen

DTopLight-mod

Mitte September fuhr ich mit meinem Rad gegen 22:00 Uhr in einer klaren Mondnacht von Erfurt nach Weimar - auf der B7 die nach Linderbach etwa 4 km autobahnähnlich ausgebaut ist. Dort passierte es zwei mal kurz hintereinander, dass Autofahrer sich mir mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 100 km/h näherten, erst etwa 50 m hinter mir eine Gefahrenbremsung einleiteten und nach links auswichen, während ich parallel dazu auch das Manöver des vorletzten Augenblicks, Ausweichen nach rechts, einleitete. Als dann noch ein LKW-Fahrer auch erst sehr spät auf meine Anwesenheit auf der Fahrbahn reagierte, kam ich ins Grübeln, den die Autofahrer reagierten immer erst, wenn meine Konturen im Abblendlicht erkennbar wurden, also etwa 40-50 m hinter mir.

Sichtfahrgebot

Abgesehen davon, dass die Autofahrer mit ihren ca. 100 km/h bei Abblendlicht das Sichtfahrgebot mißachteten, gab es mir zu denken, dass sie auch mein Rücklicht nicht in der gewünschten Form wahrnahmen und reagierten. Das Rücklicht gehörte mit Kaufdatum in 1998 immerhin zu den besten und hellsten die es für Fahrräder gab.

Gucken

Ein paar Kilometer weiter, auf einer Kreisstraße, hielt ich an. Ich lies das Licht eingeschaltet und lief etwa 300 m achteraus und wieder zurück. Dabei guckte ich mir das Rad von hinten an.

Und was sah ich? Das Rücklicht, klein und punktförmig, aber dafür ganz schön hell.

Während ich aber auf das Rad zulief, veränderte sich das Licht nicht, es war immer ein kleiner greller roter Punkt. Erst etwa 20-30 m hinter dem Rad wurden Konturen von Lichtaustrittsöffnung und Rad vor dem dunklen Hintergrund der ansteigenden Straße sichtbar.

Auf dem Rest des Weges dachte ich nach, über die Frage:

Skizze WahrnehmungWie funktioniert die Wahrnehmung von Entfernungen bei beleuchteten Fahrzeugen in der Nacht?

Thesen:

Mängel herkömmlicher Fahrradbeleuchtungen

Bezogen auf die Beleuchtungseinrichtungen an Fahrrädern werden Mängel offensichtlich:

Im Vergleich: moderne KFZ-Rücklichter sind ausgedehnt, die Größe geht bei 10 cm x 8 cm los [b]. Sie verändern allerdings ihre Intensität mit der Entfernung auch nur wenig, bieten aber dafür die Möglichkeit über ihre Größe, und wenn die Beleuchtungseinrichtungen in Ordnung sind, den Abstand von 2 dieser Leuchten [b1] die Entfernung abzuschätzen. Es gibt die Rotlichtschleppe auf der Fahrbahn [h] und oft werden auch noch Konturen beleuchtet [c]. Und auch die Beleuchtungsstärke vor dem Fahrzeug ist durch das Abblendlicht oft groß genug, die Konturen des Fahrzeugs erkennen zu lassen.

Physische Grenzen des Auges: Auflösungsvermögen

Das Auge sieht nur ein einem kleinen Bereich von etwa 2° scharf. Deshalb focussiert das Auge immer andere Bereiche im Sehfeld und unser Gehirn setzt diese Einzelbilder (2-5 pro Sekunde) zu einem Gesamtbild zusammen. In diesem 2° Bereich erreicht ein junges gesundes Auge eine Auflösung von etwa 40 Linien/cm bei hell beleuchteten Strichen in 5 m Entfernung. Das entspricht etwa 0,05 mm auf 1 m.
Ich erreiche diese Auflösungen nicht (mehr). Ein Test mit schwarzweißen Liniengrafiken am hochwertigen, digital angesteuerten Bildschirm bei winterlich grauem Wetter in mäßig beleuchteter Umgebung zeigt, dass ich etwa 20 Linien/cm bei 1 m auflösen kann (neue Brille?). Das sind 0,5 mm auf 1 m, 5 mm auf 10 m oder 5 cm auf 100 m.

Eckert [Eckert93] recherchierte noch weitere Aspekte des Sehschärfe:

Das heist auch hier, die Ausdehnung einer 5 mm Leuchtdiode ist bei Dämmerung nur bis etwa 10 m Entfernung überhaupt wahrzunehmen, bei Dunkelheit wird die Entfernung noch kleiner.

Folgerung Auflösungsvermögen:

Um eine Entfernungsabschätzung über die Ausdehnung einer Leuchte zu gewährleisten, sollte die Größe der leuchtenden Fläche zumindest in einer Ausdehnung ein entfernungsabhängiges Mindestmaß nicht unterschreiten, etwa 1/1000 der Entfernung. Ein sinnvolles Maß für die Bemessungsentfernung ergibt sich aus Überlegungen zu Geschwindigkeitsniveaus, Reaktionszeiten und Anhaltewegen, 100 m für Landstraßen sind ein Anhaltspunkt.

Analyse der Ausgangssituation

Die Autofahrer haben mein Rücklicht aufgrund von Größe, Geschwindigkeit und Intensität als viel weiter entfernt eingeschätzt als ich war. Auch als sie sich mir näherten, veränderte ich die Größe der Leuchtfläche nicht und auch die Helligkeit nahm nicht wahrnehmbar zu. Ein Beleuchtungsfleck auf der Fahrbahn wurde nicht sichtbar und die Konturen vor einem von Scheinwerfern beleuchteten Hintergrund ebenfalls nicht. Hinzu kommt, dass das DToplightPlus nach schräg oben auch nur wenig Licht emmitiert, dehalb ist es in der Nähe von höheren Sitzpositionen, z.B. LKW, auch nur schwer sichtbar.

Wahrscheinlich haben die Autofahrer, aufgrund Ihrer Wahrnehmungserfahrung, den roten Lichtpunkt wegen der Intensität, Größe und mangelnden Helligkeitsänderung für ein sehr viel weiter entferntes KFZ-Rücklicht gehalten. Vieleicht auch, weil sie zu selten Zweiradfahrer auf 4-streifigen autobahnähnlich ausgebauten Straßen sahen.
Das Letztere ist ein verkehrskulturelles Problem, welches sich mit der Steigerung des Radverkehrs lösen wird. Das erstere ist durch die Konstruktion der rückwertigen Beleuchtungseinrichtungen vermeidbar.

Lösungsansätze aufgrund ähnlicher Erfahrungen

Ulli Horlacher hat, aufgrund ähnlicher Erlebnisse, neben seinem DToplightPlus zwei rote Luxeon LEDs mit Kollominatoroptiken montiert die ein stark gebündeltes rotes Licht mit wahlweise 1 oder 3 W abgeben. Im 6° Abstrahlbereich zur Längsachse sind sie etwa so hell sind wie KFZ Nebelschlußleuchten. (http://tandem-fahren.de/Mitglieder/Framstag/LED/RRR/).

Hanno Hirsch, ein kreatives Urgestein der HPV Szene schreibt: "zum gesehenwerden ist weniger die leuchtstärke, als die Leuchtfläche entscheidend, viel leuchtende Fläche= viel Aufmerksamkeit".
Er hat ebenfalls ein flächig strahlendes Rücklicht gebaut, aus einem Reflektor.

...aufgeschraubtLösungsansatz: Beleuchtungsfläche und Rundstrahlen

Ich wollte keine zusätzlichen Leuchten hinten, keine Blendgranaten und auch die These der Leuchtfläche verifizieren.

Vorn hatte ich schon im Frühjahr 2007 die Mueller (http://tandem-fahren.de/Mitglieder/Framstag/LED/Mueller/, http://www.nueb.de/fahrrad/licht/mueller/) aktiviert - auch eine Idee von Ulli: weiße effiziente Hochleistungs LED (Seoul P4) in Mobdar Optiken schaffen endlich das Licht am Rad, mit dem man auch sehen kann - etwa das 5-20 fache von üblichen Halogenscheinwerfern bei etwa gleicher Leistungsaufnahme.

...LEDs eingeklebtVorgebilded durch Olaf Schultzs Fahradbeleuchtungs-Referenzwerk, die Gebetsmuehle [G10e], war die Idee, den Reflektor von hinten mit effizienten lichtstarken roten LED zu beleuchten schnell geboren - und wurde schon gelegentlich im usenet (de.rec.fahrad), der erwähnten Mailingliste rad-licht@tandem-fahren.de oder auf der hpv Mailingliste andiskutiert....
...ausnahmweise mal nicht lange drüber grübelnd, schritt ich zur Tat.

Bei LED-Tech, ein von den Mitgliedern der Rad-Licht-Bastler gern genutzte Quelle extremer LED-Technik kaufte ich 4 CREE XR 7900 in rot - ca. 50 Lumen bei ca. 2 V / 350 mA, also rund 70 Lumen/Watt.

...LeuchttestKonzept

Ich wollte die LED im Rahmen üblicher Rücklichtleistungen betreiben, also max. die Standard 0,6 W, 6 V / 100 mA. Nach ein paar Tests und zwei Gläsern Met war klar, 20 mA reichen an Strom, an den LED fallen dabei 1,85 V ab. Im Dauerbetrieb geht das sogar ohne Kühlüng. Mit Kühlung ginge deutlich mehr, die Option für ein Bremslicht drängte sich geradezu auf.
Schaltungstechnischer Entwurf: 2 Stränge aus 2 LEDs in Reihe mit einem 100 Ω Widerstand an meinem 6 V Bleigelakku. Zusammen mit den 15 mA der original LED sind das 61 mA an Gesamtstrom für das Rücklicht (bei etwa 6,3 V Akkuspannung).
Der Goldcap, normalerweise für das Standlicht zuständig, ist bei Akkubetrieb überflüssig und flog schon vor Jahren raus.

Reflektor geöffnetReflektor

Gespannt war ich auf die Durchlasseigenschaften des Reflektors. Mit meiner kleinen Bohrmaschine (Proxxon aus den '80ern) und einem Kreissägeblatt, sägte ich die Lichtaustritte in die schwarze Innenkappe des Reflektors. Die oberen LEDs erhielten ein Alukühlblech, um zumindest kurzzeitig die Wärme auch höherer Ströme abführen zu können, falls sie als Bremslicht genutzt werden. Kabel und Serienwiderstände 100 Ω angelötet, LEDs mit Epoxid-Kleber Freihand geklebt, zusammengelötet und Test. Funktioniert.

...fertig, von schräghintenoben....fertig, von hinten obenOptimierung

Die Lichtaustrittsöffnungen zeichnen sich deutlich ab, also müssen sie so groß wie möglich sein. Dann fällt auf, dass die Helligkeit von schräg, also so ungefähr 45°, größer ist, als direkt von hinten. Das liegt an der Struktur des Reflektors, ..., geholfen hat, die Spitzen der Polyeder an der Innenseite leicht anzuschleifen und zu polieren. Das erhöht die Duchlässigkeit nach hinten unter Inkaufnahme einer geringen Verschlechterung der Reflexionseigenschaften.

Das gesamte Rücklicht ist jetzt hell erleuchtet und von allen Seiten gut wahrnehmbar - der erste Test während einer sonntäglichen 7 h Nachtfahrt von Bad Königshofen (eigentlich Würzburg, aber dort war es noch hell) bis Weimar ergab keine Situation wie oben, ausserdem hatte ich den Eindruck, dass die Folgenden öfter und früher das Fernlicht abschalteten.

 

Vergleich mit Parklicht VW Caddy

Der Versuch anhand von Photos die Sichtbarkeit zu vergleichen.

...in ca. 50m
...in ca. 50 m, bis hier konnte ich die einzelnen LED auflösen.

...in ca. 20m
...in ca. 20 m

...in ca. 150m
...in ca. 150 m, bis hier nahm ich eine Ausdehnung des Dtoplight-mods war.

...in ca. 100m
...in ca. 100 m

...in ca. 250m
...in ca. 250 m

...in ca. 200m
...in ca. 200 m, bis hier eine Ausdehnung des PKW-Rücklichtes.

Vergleich mit Standlicht VW Caddy

...in ca. 50m
...in ca. 50 m

...in ca. 25m
...in ca. 25 m

...in ca. 150m
...in ca. 150 m

...in ca. 100m
...in ca. 100 m

...in ca. 300m
...in ca. 300 m

...in ca. 200m
...in ca. 200 m

Das K~~ Zeugs ist natürlich weggeschliffen, weil das KBA das Rücklicht *so* nicht geprüft hat.
(Ein Klick auf die Bilder öffnet das größere Original).

Busch und Müller: LineTec®

Busch und Müller hat im Sommer 2009 ein Rücklicht 'Toplight® Line plus' herausgebracht, in der das Licht einer LED über eine moderne Kunstofflinse auf eine Abstrahlfläche von etwa 10 cm Breite und 5 mm Höhe abgegeben wird. (http://www.bumm.de/innovationoriginal/linetec.html).

Andere Firmen ziehen nach und bauen Rücklichter mit mehreren LED, die über die Leuchtfläche verteilt sind, oder das Licht einer LED durch Reflektoren oder Optiken auffächern.

Ich habe nichts dagegen, wenn dieses Gedanken zur Gestaltung von Rücklichtern aufgegriffen und auch kommerziell zur Gestaltung sinnvollere Rücklichter genutzt werden.
Ich würde mich aber darüber freuen, wenn weitergehende Erkenntnisse und Entwicklungen auch online Verfügbar gemacht werden und verlinke dann auch gern auf diese Seiten:
D-Toplight XS gepimpt

Beleuchtungslinks

Uli Horlacher
LED Nah-, Fern- und Helm-Scheinwerfer
Marcus Endberg
LED Nah- und Fernscheinwerfer, Rücklichter
Andreas Hentze
Luxeon III Fernscheinwerfer, Bauart "Delgado" + Rücklicht Luxeon I, Abblendscheinwerfer auf Inoled-Basis und "Maxi"-Nachbau
Olaf Schultz
Fahrrad-Beleuchtungs-"Gebetsmühle" und Experimental- und Grundlagenforschung
Steffen Stein
Lampenbau
Bodo Eggert
Larry + Luxeon-Rücklicht im Z-Reflektor + Goldcap-Standlicht
Michael Wandinger
LED - Fahrradbeleuchtung - Theorie & Praxis
Hanno Hirsch
InoLuz - LED-Scheinwerfer mit Inolight-Reflektor

Literatur:

[Eckert93]
Eckert, Martin: "Lichttechnik und optische Wahrnehungssicherheit im Straßenverkehr", Verlag Technik GmbH, Berlin-München, 1993, ISBN 3-341-01072-6. Physische Grenzen
[G10e]
Schultz, Olaf: Fahrradbeleuchtung, 561 Seiten Online Informationen die in Fachkreisen unter Gebetsmuehle oder G10e bekannt ist.