Lichttechnische Größen und Abstrahlcharakteristiken

[mwulf]

Hallo Leute

ich habe mit ein paar Komilitonen einen Prüfstand gebaut für Fahrradlampen und habe dabei viel über Fahrradlampen und lichttechnische Größen gelernt.
Da hier viele nicht viel anfangen können mit Lux, Lumen und Candela wollte ich hier ein kleines Tutorial schreiben und ein paar Lampen vorstellen.

Lichttechnische Größen:

Lichtstrom: Lumen (lm) - Gesamte Lichtmenge in einem bestimmten Bereich
Beleuchtungsstärke: Lux (lx) - Helligkeit an einem Punkt
Strahlstärke: Candela (cd) - Lichtstärke in eine Richtung

Zusammenhang:

Mit 1 Lumen kann man 1 qm mit 1 lx erhellen.

Mit 1000 cd kann man in 10 Meter entfernung einen Punkt mit 10 lx erhellen.

10 lx * (10m)^2 = 1000 cd

Angabe der Lux / Candela bei Lampen:

Die angabe von Lux ist nach StVZO auf 10 m Entfernung ausgelegt.

Von Lux oder Candela auf Lumen zu schließen ist leider nicht möglich, da der Lichtkegel unterschiedlich breit sein kann.

Als Beispiel habe ich zwei Leuchtbilder eingefügt

Sigma Sport - Karma (LED/LI-Ion akku/nicht StVZO zugelassen)

Busch und Müller - Lumotec Topal (Halogen/Dynamo/StVZO zugelassen)

Messung:
Karma: 2068 cd / 20,68 lx / 56,34 lm
Topal: 2060 cd / 20,60 lx / 27,21 lm

Messbereich waren jeweils 30° in die Breite und 20° in die Höhe

Diese Charakteristiken kann man auch auf die Straße projizieren und auf das Menschliche empfinden anpassen, denn wenn 10 mal so viel Lux erzeugt werden empfindet es das Auge für doppelt so hell.

Sigma Sport - Karma - Straßenausleuchtung

Busch und Müller - Topal - Straßenausleuchtung

Der Candela-Wert wird für die Reichweite benötigt, der Lumen-Wert, um viel Fläche auszuleuchten.

Angaben der Hersteller von z.B. 1000 Lumen:

Hier nehmen die Hersteller die Werte aus dem Datenblatt der LED und multiplizieren sie mit der Anzahl der verbauten LEDs, nutzbar ist davon vielleicht die Hälfte.
Dies liegt daran, dass Glasscheiben / Linsen Licht abschwächen. Z. B. kommt hinter der Fensterscheibe bei uns im Labor 32% des Sonnenlichtes nicht an ( und unsere Fenster sind nicht dreckig )
Ein weiterer Punkt ist, dass nicht das ganze Licht auf dem Trail landet, dass die Lampen warm werden und dass LEDs große Produktionstolleranzen haben von z.B. 20%.

Liste aller vermessenen Lampen in diesem Thread:

1. Busch und Müller - Topal #01 S1 2060 cd / 20,60 lx / 27,21 lm
2. Sigma Sport - Karma #01 S1 2068 cd / 20,68 lx / 56,34 lm
3. Busch und Müller - IQ Fly #06 S1 2211 cd / 22,11 lx / 56,74 lm
4. Cateye - HL-EL 500G #09 S1 1196 cd / 11,96 lx / 15,82 lm
5. Smart - 0,5 Watt White LED #11 S1 318 cd / 3,18 lx / 5,79 lm

 

[ralf]

Das ist jetzt mal eine wirlich brauchbare Darstellung der Ausleuchtung!

So etwas hat die Mountainbike (?, ich glaube die war es) schon mal vor 10 Jahren publiziert. Die Diagramme nannten sich Isolux-Diagramm. Daran kann man nun wirklich die Tauglichkeit von Bikelampen theoretisch/realistisch beurteilen.

Offenbar war damals der doch recht aufwendige Test bei den Lesern nicht besonders angekommen, was zur Folge hatte, daß das in dieser Form nie wiederholt wurde. Leider ...

Gruß Ralf

PS: Den Test aus dem Jahre '99 habe ich hier noch fein säuberlich abgeheftet im Schrank stehen ... (im Leitz-Ordner)

 

[mwulf]

Dann kannst du dich freuen, in einer der nächsten Mountainbike sind weitere dieser Diagramme von richtig netten Lampen.

Lupine - Wilma 5,
Hope - Vision 4,
Knog - Gator 605,
Blackburn - System X 4SL
Busch und Müller - Big Bang
Cateye - HL-EL 820 RC
Sigma Sport - Evo + EvoX
Marwi - Nightpro Aurora (oder Elite)
Supernova - E33 oder ner Dynamolampe

Leider darf ich natürlich diese Ergebnisse nicht posten, aber ich kann noch meine Nightpro - Extreme (HID) vermessen und ne Smart 0,5 Watt LED Funzel.

 

[blaues_Kopftuch]

yeah, sag bitte bescheid sobald du weist in welcher Ausgabe das drin sein wird.

Und wieso die Bumm Big Bang aber keine Lupine Betty?
Wieso die Stärkste von Hersteller A gegen die Zweitstärkste von Hersteller B antreten lassen?

 

[ralf]

Dann kannst du dich freuen, in einer der nächsten Mountainbike sind weitere dieser Diagramme von richtig netten Lampen.

Klasse! Dann werde ich mir diese Ausgabe der Bravo dann doch noch mal kaufen.
Hoffentlich ist diese wahre Ingenieursarbeit am Ende aus Gründen der "Allgemeinverständlichkeit" nicht verwässert ...

Die Auswahl der Lampen ist aber nicht so der Brüller ...
Ich vermisse noch IRC (als Vertreterin einer leuchtstarken Selbstbaulampe - natürlich mit Überspannung), Fenix (damit endlich mal klar wird, daß die für's biken nur auf dem Helm taugt), div. Lupines, Bumms, Billigkram etc.

Gruß Ralf

 

[mwulf]

Die Lampen waren eine Auswahl von der Eurobike, die Wilma 5 hat z. B. den Schalter integriert, warscheinlich hatte sie die Betty nicht umgebaut. Wenn du eine hast kannste dir mir ja mal schicken zum ausmessen .

Und der Vergleich zwischen ner Big bang und ner Wilma 5 finde ich nicht ganz falsch, immerhin sind die ungefähr gleich teuer und die Big Bang hat Straßenzulassung.

Und ne Bumm - IQ Fly hätte ich auch noch als vergleich, leistungsmäßig ähnlich einer Bumm Ixon und scheint auch den selben Spiegel zu haben. Ist aber bis jetzt Spekulation, weil ich die Ixon noch nicht in die Finger gekriegt habe.

Busch und Müller - IQ Fly Abstrahlcharakteristik

Busch und Müller - IQ Fly Straßenausleuchtung

2211 cd / 22,11 lx / 56,74 lm

 

[siq]

Wieso denn nicht die neue Lupine Tesla? Die anderen Lupines ken man ja schon (mehr oder weniger).

 

[ralf]

Wenn du eine hast kannste dir mir ja mal schicken zum ausmessen .
...und die Big Bang hat Straßenzulassung.

... gerne, aber erst nach der Lichtsaison.
... im Übrigen wurde meine Lieblingslampe bereits in '99 von der MTB vermessen ...

Big Bang? Na ja, irgendwie wirkt das schwere '68er-Demomegaphon nicht wirklich geländetauglich ... ..., ist aber eher 'ne subjektive Einschätzung, bedingt durch die Haptik der Lampe.

Gruß Ralf

 

[mwulf]

Für die Auswahl war ich nicht verantwortlich und warscheinlich hätte der Reporter auch gerne noch andere mitgenommen, aber Testmodelle zu kriegen hängt bestimmt auch von den Herstellern ab.

Die Big Bang ist die optimale Helmlampe da bin ich mir gaaanz sicher.

und hier ist noch mal ne Cateye HL - EL 500

Cateye - HL-EL 500 G Abstrahlcharakteristik

Cateye - HL-EL 500 G Straßenausleuchtung

1196 cd / 11,96 lx / 15,82 lm

 

[blaues_Kopftuch]

Cool cool ... bei der Straßenausleuchtung ... bis 14m ... reicht das für ne Big Bang oder Wilma oder ähnliche? Ich hoffe doch mal das eure Straße da dann bis 50m geht

 

[mwulf]

Die 15 Meter sind aus den Zeiten in denen der Prüfstand nur 3 Watt funzeln zur Verfügung hatte, bei den geposteten Lampen habe ich es deswegen beibehalten.
Für die anderen kann ich die Skala auf beliebige weiten verändern und bei Wilma und Vision und co. ist der erste bereich fast weiß.

Wenn man aber ne 50 Meter Straße hat und dann sowas misst:

Smart - 0,5 Watt White LED Abstrahlcharakteristik

Smart - 0,5 Watt White LED Straßenausleuchtung

mit gewaltigen
318 cd / 3,18 lx / 5,79 lm

müsste man den hellen Punkt suchen (n Freund hatte es mal als Grablicht bezeichnet). Die Funzel ist um gesehen zu werden (evtl. Ordnungsamt zufrieden zu stellen) und mit 20 km/h über bekannte Wege zu fahren, mehr ned.

 

[Barus]

Ich kann mir nicht vorstellen, dass die Bumm Topal nicht StVZO zugelassen ist...

 

[mwulf]

ups, danke für den Hinweis, hab des "nicht" ausversehen bei der falschen dazugeschrieben, die Karma ist nicht zugelassen, die Topal schon.

 

[blaues_Kopftuch]

Mal Scherz bei Seite, wenn man dir Lampen zuschicken würde und auch für die Rücksendung aufkommen würde, würdest du die dann ausmessen? (Interessante Lampen, nicht so Baumarkt-Produkte)

Könnte mir sogar Vorstellen das gewisse Läden dir dafür ihre Vorführlampen ausleihen würden und sogar noch bisl was für zahlen würden wenn du ihre Lampen ausmisst.

Nur mal so als Beispiel: www.veloplus.ch steckt ziemlich viel Geld in Test und teilweise sogar Entwicklung von Produkten (haben ne eigene Jacke entwickelt weil se mim Angebot aufm Markt nicht zufrieden waren, die haben auch in jedem ihrer Läden ein "Lichtlabor" wo Kunden die Lampen in nem dunklen Gang ausprobieren können, erst vor Kurzem haben se ziemlich viel Geld in die entwicklung einer Kettenöl-Testmaschine gesteckt)

 

[mwulf]

Vor ca. 2 Monaten hatten wir vom Optiklabor, in dem ich zur Zeit mein Diplom schreibe mehrere Magazine angeschrieben und angeboten Lampen zu vermessen. Das Mountainbike Magazin war das erste, das Interesse gezeigt hatte. Zur Zeit ist noch eine Dynamolampe in Vermessung.
Das Optiklabor währe natürlich über Aufträge zur Vermessung interessiert.

Da es ja auch mein Hobby ist habe ich alle Lampen vermessen, sie ich in die Finger gekriegt habe. Von daher würde ich im begrenzten Maßen auch weiter welche vermessen, kostenlos aber nur für Privatleute.

Das einzige Problem ist, dass ich bin fast fertig bin mit meinem Diplom, wie es danach weiter läuft kann ich leider nicht sagen.

Das Vermessen für Fimen kann ich mir interessant vorstellen, da man warscheinlich die Ergebnisse als Werbung auch hier posten kann und damit die Sammlung größer werden würde. Bei Magazinen kann ich das natürlich nicht machen.

Welche Lampen hättest du denn?

 

[nikolauzi]

Tolle Arbeit
Bilder vom Meßaufbau und dem Equipment wären noch echt schön!

Der Nikolauzi

 

[Siam]

Das sind durchaus sehr interessante Messungen! Im Gegensatz zu unseren Lumen-Messungen ist hier natürlich schon eine Beurteilung der Ausleuchtung möglich. Mal eine Idee: Sollte es nicht möglich sein durch ein Foto des Lichtkegels einer Lampe auf einer Mattweißen Leinwand mit bekannten Kameraeinstellungen hinterher solche Auswertungen zu machen (jedenfalls als relation zu einer Referenzlampe). Im Prinzip sollte sich das Ganze auch halbwegs (gaaaanz grob) kalibrieren lassen (Glühlampe, also Rundstrahler, mit bekannter Lumenzahl im bestimmten Abstand ergibt x Candela; über den Lichtkegel integriert (könnte man das mit Software machen???) gibt das die Lumen). Theoretisch müsste sich aus einer Kameraaufnahme mit fixem Weißabgleich doch sogar die Lichtfarbe errechnen lassen (jetzt bin ich aber am Ende, denn mit solchen Softwarespielereien kenne ich mich nicht aus)?

Jedenfalls Kompliment an mwulf, das ist mal eine für jeden interessante Diplomarbeit! Es wäre echt schade, wenn dieses Projekt einschlafen würde.


Gruß
Thomas

 

[ralf]

Das sind durchaus sehr interessante Messungen! Im Gegensatz zu unseren Lumen-Messungen ist hier natürlich schon eine Beurteilung der Ausleuchtung möglich.

... und auf die kommt es an! Ein paar Lumen sind natürlich auch hilfreich ...


Ralf


Edit:

...Mal eine Idee: Sollte es nicht möglich sein durch ein Foto des Lichtkegels einer Lampe auf einer Mattweißen Leinwand mit bekannten Kameraeinstellungen hinterher solche Auswertungen zu machen (jedenfalls als relation zu einer Referenzlampe). Im Prinzip sollte sich das Ganze auch halbwegs (gaaaanz grob) kalibrieren lassen (Glühlampe, also Rundstrahler, mit bekannter Lumenzahl im bestimmten Abstand ergibt x Candela; über den Lichtkegel integriert ...

Da hast Du mich doch glatt mal auf eine Idee gebracht, die ich dann mal eben so empirisch umgesetzt habe:
2x Lupine, Halogen mit Leuchtmitteln identischer elektrischer Leistung.

• 16 W HP-Charakteristik mit 18°-Spot
• 16 W SR-Charakteristik mit 12°-Spot

Man sieht hier deutlich, daß der 12°-Spot zwar enger ist, aber mehr Streulicht abgibt. Der 18°-Spot ist sehr präsent, mit mäßigem Streulicht.
Beide Lampen zusammen, Streuer am Lenker Spotter auf dem Kopf, ergeben eine recht gute trailfähige Kombination.

Lupine HP:

Lupine SR:


Gruß Ralf

 

[mwulf]

Hier mal eine Beschreibung zum Aufbau:

Semesterarbeit Wulf Und Müller

 

[blaues_Kopftuch]

Wie lange gibts noch die Möglichkeit ne Lampe von dir ausmessen zu lassen?
Am Freitag versuch ich mal mim Geschäftsführer vom Veloplus in Basel zu reden und mein Vater steht schon auf der Warteliste für die Edelux (zur Zeit lieferfrist von 27 Wochen, mein Vater hat sich allerdings schon deutlich früher drauf setzen lassen)

 

[nikolauzi]

Das sind durchaus sehr interessante Messungen! Im Gegensatz zu unseren Lumen-Messungen ist hier natürlich schon eine Beurteilung der Ausleuchtung möglich. Mal eine Idee: Sollte es nicht möglich sein durch ein Foto des Lichtkegels einer Lampe auf einer Mattweißen Leinwand mit bekannten Kameraeinstellungen hinterher solche Auswertungen zu machen (jedenfalls als relation zu einer Referenzlampe). Im Prinzip sollte sich das Ganze auch halbwegs (gaaaanz grob) kalibrieren lassen (Glühlampe, also Rundstrahler, mit bekannter Lumenzahl im bestimmten Abstand ergibt x Candela; über den Lichtkegel integriert (könnte man das mit Software machen???) gibt das die Lumen). Theoretisch müsste sich aus einer Kameraaufnahme mit fixem Weißabgleich doch sogar die Lichtfarbe errechnen lassen (jetzt bin ich aber am Ende, denn mit solchen Softwarespielereien kenne ich mich nicht aus)?...

Die Idee hatte ich auch schonmal, aber wegen Zeitmangels hinten an gestellt
Als Referenz z.B. eine schonmal vermessene Lampe aus dem Wahrheit Thread mit X Lumen nehmen, ev. besser einen Spot als einen Rundstrahler, denn dann hat man nahezu alles Licht für die Integration auf dem Bild und kann bei fremden Lampen leichter auf die Lumen schließen. Ev. wäre ein Korrekturfaktor für die äußeren Bereiche des Bildes nötig, da die Distanz ja auch größer ist?!?
Schwierig sind nur die reproduzierbaren Bedingungen, aber mit einer "Normlampe" und einer selbstkalibrierenden SW würde das ev. gehen.
Um Unabhängigkeit von der Lichtfarbe zu bekommen, wäre eine schwarzweiß Aufnahme eigentlich am Besten, da der Weißabgleich ja eh macht, was er will, will heißen, genormt ist der nicht so ganz. Weitere Ideen?

Habe heute Abend ein wenig "Auslauf", schau'n mer mal, was ich im SW Nähkästchen so finde Hat schon seinen Reiz...

Der Nikolauzi

@mwulf: schöne Arbeit

Edit: Habe gerade mal die SW angepackt, geht soweit, Bilder werden schon skaliert, normiert und auf Überbelichtung getestet
Werde heute Abend mal ein paar Versuche machen, wenn es dunkel ist, bin gespannt, was da raus kommt und was man damit machen kann.
Leider bietet meine Kamera nicht alle Möglichkeiten. Also muß ev. eine Korrektur der Belichtungszeit und Blende mit rein. Hat einer eine Ahnung, wie der Zusammenhang bei der Blende ist?
Eine Hauptfrage ist auch, ob ich da irgendwie eine Transformierung von der Ebene auf eine Kugel machen muß, oder ob das durch die Referenzlampe ausgeglichen wird?!?

 

[nikolauzi]

So, jetzt wird's interessant
Habe gestern Abend noch ein "wenig" programmiert...

Ergebnis:
Die SW findet aus dem Bild selbstständig den Spot Center, berechnet die Hauptverteilung auf der X und Y Achse, die 50% Verteilung (also: wo habe ich nur noch 50% Lichtstärke) und die relative Helligkeit.

Hatte keine Lust, meine Cam auszukramen und habe einfach zwei (denkbar ungeeignete, s.u.) Bilder von Siam genommen, einmal 2*P4 und einmal CDM-R mit 70Watt.
Das ganze ein wenig mit Meßwerten aus dem "Stunde der Wahrheit" Thread vermischt.
Ergebnis:
Für die P4s habe ich einen Korrekturfahtor von 3914 erhalten, für die CDM-R einen von 3599 zu den Meßwerten! (jeweils relative Helligkeit zu gemessenen Lumen)
Anhand des unpassenden Hintergrunds eigendlich weitaus besser, als man erwarten könnte!

Bei den Screenshots habe ich mal einen rotationssymmetrischen LED Strahler gewählt, man sieht die Erkennung des Spots mit den Hauptachsen, die Lichtverteilung und die 50% Verteilung schon ganz gut

Ich glaube, ich werde mich da noch ein wenig weiter einarbeiten unter Einbeziehung der Blende, Verschlußzeit, ISO und Brennweite, damit man das ganze besser vergleichen kann. Könnte ev. was draus werden

Frage an die Photospezialisten: wer hat Ahnung über einen Formelzusammenhang, speziell zum Thema Blende und Brennweite?!?

Der Nikolauzi

 

[Baby Taxi]

Kannst du mal zum Vergleich zB. mal eine Osram Decostar 20W (Spot) zum Vergleich testen. Es wäre mal schön zu wissen was die Bastellampen im Vergleich so bringen

 

[Siam]

@nikolauzi:

Ich bin begeistert!
So gute Ergebnisse und das troz des inhomogenen Hintergrundes und der völlig unterschiedlichen Lichtfarbe! Und so schnell eine Idee in ein Programm (Lab View??) umgestzt. Bei den Fotos sollten -so denke ich- folgende Dinge berücksichtigt werden:

-immer gleiche Leinwand/Wand (oder bei anderer eine neukalibrierung)
-Reflexionen an anderen Flächen verhindern (mit dunklen Tüchern abhängen oder einfach einen sehr großen Raum nehmen bzw. draußen fotografieren)
-Am besten für jede Kamera (bei den gewählten Einstellungen) neu kalibrieren

Mittlerweile glaube ich, dass man so eventuell richtig gute Messungen hinbekommen kann.
Ich habe schon überlegt mal Fotos in unserer Halle zu machen (ca. 25 m x 20 m und 22m hoch, jedoch allerlei "Zeugs" drin)


Gruß
Thomas

 

[nikolauzi]

@nikolauzi:

Ich bin begeistert!
So gute Ergebnisse und das troz des inhomogenen Hintergrundes und der völlig unterschiedlichen Lichtfarbe! Und so schnell eine Idee in ein Programm (Lab View??) umgestzt. Bei den Fotos sollten -so denke ich- folgende Dinge berücksichtigt werden:

-immer gleiche Leinwand/Wand (oder bei anderer eine neukalibrierung)
-Reflexionen an anderen Flächen verhindern (mit dunklen Tüchern abhängen oder einfach einen sehr großen Raum nehmen bzw. draußen fotografieren)
-Am besten für jede Kamera (bei den gewählten Einstellungen) neu kalibrieren

Mittlerweile glaube ich, dass man so eventuell richtig gute Messungen hinbekommen kann.
Ich habe schon überlegt mal Fotos in unserer Halle zu machen (ca. 25 m x 20 m und 22m hoch, jedoch allerlei "Zeugs" drin)


Gruß
Thomas

Ja, ich bin bislang auch positiv überrascht, sieht soweit ganz gut aus. Bei Deinen Bildern kommt ja positiv hinzu, daß der helle Weg in der Mitte das meiste Licht abbekommt und der Wald drumrum eher nur das "Streulicht".
Auch mußte ich Deine Spnnungsanzeige ausblenden, die war bei den P4s zu hell
Ist so aber natürlich nur zum Schätzen geeignet!
Deine Bedingungen sind natürlich zwingend für gute Ergebnisse. Auch muß der Weißabgleich fix sein. Was man dann aus der Lichtfarbe rausholen kann, wird sich zeigen, ev. auch eine Analyse der farblichen Inhomogenitäten (ich denke da an die P7).
SW ist Labview, damit geht sowas am schnellsten
Zur Bildverarbeitung habe ich mir auch länger Gedanken gemacht, braucht zwar ein wenig Zeit aufgrund von ein paar Einschränkunden von Labview, beläuft sich aber auf bislang ca. 15sec/Bild.
Werde ev. heute oder morgen mal ein paar Testbilder machen, wenn ich die Korrektur der Kameraeinstellungen implementiert habe (meine kennt nur Automatik...).
Dann kommt eine 20W IRC mit 16V als Referenz ran, die ist ja ausreichend vermessen worden.
Bilder aus einer großen Halle wären natürlich auch prima!
Aber ich teste wohl erstmal, was sich bei "idealen" Bedingungen rausholen läßt. Habe noch Bedenken wegen der Nichtliniearität der Kamera.

Der Nikolauzi