A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz | Mediadaten
VDE Verlag Logo

LED zuverlässig schalten und dimmen

Bei einer Glühlampe beträgt der Einschaltstrom nur etwa das 10-Fache des Nennstroms

Bei einer Glühlampe beträgt der Einschaltstrom nur etwa das 10-Fache des Nennstroms

Der Einschaltstrom dieser 10-W-LED-Lampe beträgt das 56-Fache des Nennstroms

Der Einschaltstrom dieser 10-W-LED-Lampe beträgt das 56-Fache des Nennstroms

Ein Extremfall: Der Einschaltstrom einer 1,8-W-LED-Lampe beträgt das 1706-Fache des Nennstroms

Ein Extremfall: Der Einschaltstrom einer 1,8-W-LED-Lampe beträgt das 1706-Fache des Nennstroms

Beim Treppen ­licht-Zeitschalter Elpa 6 plus funktioniert die Abschaltvor ­warnung auch bei LED

Beim Treppen ­licht-Zeitschalter Elpa 6 plus funktioniert die Abschaltvor ­warnung auch bei LED

LED präsentieren sich dank großer Fortschritte bei Wirkungsgrad und Farbwiedergabeindex als das Leuchtmittel der Zukunft. Auch im Retrofit-Bereich laufen sie den Energiesparlampen allmählich den Rang ab. Übersehen werden dabei oft die zwar kurzen, aber sehr hohen Einschaltströme von LED-Leuchtmitteln. Diese können Störungen der Installation nach sich ziehen – überraschenderweise selbst beim einfachen Schalten. Die Theben AG hat Lösungen entwickelt, die sich für solche anspruchsvollen Leuchtmittel eignen.
Energiesparen ist Pflicht, auch bei der Beleuchtung. Dabei gehören vor allem die klassischen Glühlampen mit ihrem schlechten Wirkungsgrad zu den Verschwendern elektrischer Energie. Nicht umsonst sind in Gewerbeobjekten vom Büro bis zum Einkaufszentrum seit Jahrzehnten Leuchtstoffröhren die dominierenden Lichtquellen. Mit dem Inkrafttreten der Ökodesign-Richtlinie 2005/32/EG endet nun endgültig die Ära der Glühlampe. Retrofit-Alternativen gibt es schon länger: Kompaktleuchtstofflampen sind inzwischen in jeder nur gewünschten Gestalt erhältlich. Wichtige Bereiche bleiben ihnen jedoch verwehrt: Treppenhäuser und Flure, die per Schaltuhr nur vorübergehend beleuchtet werden und Anwendungen, in denen dimmbare Leuchtmittel gewünscht sind. LED scheinen hierfür der perfekte Ersatz zu sein. Dabei ist allerdings Vorsicht geboten. Dass nicht jede LED dimmbar ist, ist den meisten Anwendern klar. Überraschend ist jedoch, dass es selbst bei einer schlichten Treppenhausbeleuchtung Probleme geben kann.
Hohe Kontaktbelastung durch LED
Für Flure, Treppen und andere Bereiche, die nur vorübergehend „auf Knopfdruck“ beleuchtet werden müssen, scheinen LED ideal zu sein. Dabei brauchen sie nur einen Bruchteil der Energie von Glühlampen, um die gleiche Beleuchtungsstärke zu erzielen. Die Umrüstung scheint auch völlig unproblematisch, da die LED nur wenig Abwärme erzeugen. Im einfachsten Fall tauscht man – ohne jeden Eingriff in Installation – ein LED-Leuchtmittel mit E27-Fassung gegen eine Glühlampe. Die böse Überraschung kommt, wenn plötzlich die Zeitschaltuhr oder der Bewegungsmelder ausfällt, das heißt, das Licht nicht mehr erlischt. Verschweißte Kontakte heißt dann die Diagnose. Aber wie kann eine LED-Lampe mit wenigen Watt Nennleistung einen Schaltkontakt zerstören, der auf ein Vielfaches ausgelegt ist? Die Antwort findet man bei genauer Betrachtung der Einschaltströme: Bei Glühlampen verursacht die kalte Wendel typische Einschaltströme vom Zehnfachen des jeweiligen Nennstroms. Bei LED-Lampen und Energiesparlampen mit ihrer kapazitiven Charakteristik findet man Einschaltstrom ­impulse im µs-Bereich, die das 1000-fache des Nennstroms und mehr betragen können.
Hohe Ströme erfordern spezielle Kontakte. Theben hat sich mit diesem Thema bereits seit dem Aufkommen der Kompaktleuchtstofflampen befasst und eine Reihe von Produkten gegen hohe Einschaltströme gewappnet. Zwar weisen die LED-Leuchtmittel in gewisser Hinsicht ein noch extremeres Schaltverhalten als Leuchtstofflampen auf; die Kontakttechnik ist jedoch aufgrund der Erfahrungen mit kapazitiven Lasten perfektioniert. In Tests hat sich herausgestellt, dass sie sich sogar für die sehr kurzen aber auch extrem hohen Einschaltspitzen der LED-Technik eignet. Theben setzt dabei unterschiedliche Strategien ein:
Der Wolfram-Vorlaufkontakt
Das Schaltgerät ist hierbei mit zwei Kontakten ausgerüstet, die kurz nacheinander schließen. Beim Einschalten schließt zunächst ein voreilender Kontakt aus hoch ­ohmigen und sehr beständigen Wolfram. Er fängt den Einschaltstrom ab und begrenzt ihn zugleich. Erst danach schließt der niederohmige Hauptkontakt. Seine Beschichtung aus Silber-Zinnoxid bleibt so von Einschaltspitzen unbelastet. Theben setzt diese Relais bei den digitalen Zeitschaltuhren „TR 609 top2 S“ und „Selekta 175 top2“ sowie bei den Performance-Bewegungsmeldern „theLuxa P“ und dem Präsenzmelder „theRonda P“ ein.

Beim Universaldimmer Dimax 534 plus kann man bei LED mit kleinen Wattagen eine angepasste Mindesthelligkeit vorwählen

Beim Universaldimmer Dimax 534 plus kann man bei LED mit kleinen Wattagen eine angepasste Mindesthelligkeit vorwählen

Im KNX-Universaldimmaktor sind verschiedene Dimmkurven hinterlegt, die das Dimmverhalten in Abhängigkeit vom verwendeten Leuchtmittel korrigieren

Im KNX-Universaldimmaktor sind verschiedene Dimmkurven hinterlegt, die das Dimmverhalten in Abhängigkeit vom verwendeten Leuchtmittel korrigieren

Der KNX-Universaldimmaktor erlaubt ein Nachladen von Dimmkurven per ETS

Der KNX-Universaldimmaktor erlaubt ein Nachladen von Dimmkurven per ETS

Nulldurchgangsschaltung
Schaltgeräte, die für C-Last ausgelegt sind, kommen in der Regel besser mit den Einschaltströmen zurecht. Theben setzt hierbei auf besonders effiziente Lösungen, wie eine sogenannte Nulldurchgangsschaltung. Diese errechnet den Nulldurchgang der Sinuskurve einer Wechselspannung.
In diesem Moment ist der Einschaltstrom beim Schalten minimal. Dieses Schalten auf den Punkt genau schont den Relaiskontakt und verlängert seine Lebensdauer auch bei nominal hohen Schaltlasten. Nahezu alle Geräte der „top2“-Baureihe, die Bewegungsmelder „theLuxa S“ und der Präsenzmelder „Plano Centro“ sind damit ausgestattet.
Ausschaltvorwarnung mit LED
An dieser Stelle sei auch auf Probleme mit der Ausschaltvorwarnung (Doppelblinken nach DIN 18015-2) hingewiesen: Das Blinken ist nicht zuverlässig sichtbar, da das Ausschalten von der Vorschaltelektronik bzw. den Kondensatoren der LED gepuffert wird. Das mehrfache Schalten belastet die Standzeit des Geräts zusätzlich. Die Treppenlicht-Zeitschalter der Elpa-Reihe verfügen bereits seit über zehn Jahren eine Nulldurchgangsschaltung und der Elpa 6 plus bietet darüber hinaus auch besondere Voreinstellungen, um optimal auf das angeschlossene Leuchtmittel einzugehen.
Noch fehlen die Normen
Sind auf einem Produkt keine speziellen Schaltlasten für LED-Lampen und Entladungslampen angegeben, kann man davon ausgehen, dass das Produkt für diese nicht freigegeben ist. Allerdings sind auch Angaben für LED-Lasten nicht immer hilfreich. Von welchen Einschaltströmen geht der Gerätehersteller aus? Sie können sich von Lampe zu Lampe unterscheiden. Auch beim Addieren von Wattangaben ist Vorsicht geboten. Mehrere LED mit geringer Nennleistung können in der Summe höhere Einschaltströme haben als eine einzelne LED mit der entsprechenden Gesamtleistung. Um Lastangaben für Schaltgeräte und Dimmer angeben zu können, führt Theben laufend Messungen an gängigen Retrofitlampen durch. Bei diesen Tests durchlaufen die Schaltgeräte mindestens 40 000 Schaltzyklen. Damit lassen sich verlässliche Aussagen zu den schaltbaren Lasten treffen.
Dimmer für LED-Lampen
Nicht jedes LED-Leuchtmittel ist dimmbar. Selbst bei geeigneten Ver ­sionen ist die Dimm-Charakteristik sehr unterschiedlich und herstellerabhängig. Ein weiteres Problem verursachen die Entstörkondensatoren des Dimmers. Durch sie fließen ständig ­geringe Restströme. Diese reichen aus, um LED- ­Lampen mit einer Nennleistung von 1 W bis 2 W zu versorgen. Sie erlöschen dann nicht mehr vollständig. Einen ähnlichen Effekt können lange, parallel liegende Leitungen ­bewirken.
Doch selbst der Einsatz eines LED-tauglichen Dimmers schützt nicht hundertprozentig vor Problemen. Häufig flackern die LED und ­lassen sich nicht linear und harmonisch ­dimmen, weil die benötigte Vorschaltelektronik unterschiedlich auf den Phasenan- und abschnitt reagiert. Manche Hersteller lassen deshalb explizit nur eine Methode zu. Theben hat hierfür Produkte unterschiedlicher Herkunft ausgiebig getestet und auf ­dieser Basis Dimmer mit entsprechend umfangreichen Einstellungsmöglichkeiten entwickelt, zum Beispiel den Universaldimmer Dimax 534 plus. Bei ihm kann man über Potis und Drehschalter eine Mindesthelligkeit für LED-Leuchtmittel mit kleinen Wattagen einstellen. Auch die Art der Regelung, Phasenanschnitt oder Abschnitt-Steuerung, ist vorwählbar.
Der KNX-Universaldimmaktor geht noch einen Schritt ­ ­weiter: In der KNX-Programmiersoftware ETS sind ­verschiedene Dimmkurven hinterlegt, die das Dimmver ­halten in ­Abhängigkeit vom verwendeten Leuchtmittel ­korrigieren und so für eine harmonische, stufenlose Regelung sorgen. Ein weiterer Vorteil besteht in der Erweiterung der Dimmkurven. Über die ETS können neue Dimmkurven – zum ­Beispiel von zukünftigen Leuchtmitteln – importiert werden. Mit dieser Updatefähigkeit bieten die KNX-Dimmaktoren eine hohe Investitionssicherheit.
www.theben.de

Autor:
Dipl.-Phys. Martin Witzsch ist als freier Journalist für die Theben AG in Haigerloch tätig.