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Aug 03

LED-Leuchten und Dimmer

Elitepartner unter Beachtung einiger grundlegender Kriterien

LED-Lampen und Leuchtmittel sind auf dem besten Wege, den inzwischen verbotenen Glühbirnen sowie den Leuchtstofflampen den ersten Rang als Standard für Raumbeleuchtung abzulaufen. Das immer größer werdende Angebot moderner LED-Leuchten bietet mittlerweile Lösungen für alle Einsatzbereiche. Es gibt allerdings nicht das eine allein glücklich machende Produkt für jedes Beleuchtungskonzept. Gerade die Kooperation einiger mit Gleichstrom versorgter LEDs mit Dimmern gestaltet sich problematisch, wenn nicht einige grundlegende Kriterien berücksichtigt werden.

War die Kombination mit Dimmern bei herkömmlichen Leuchtmitteln noch relativ unkompliziert, sollten sich Architekten und Bauherren heute mit den Grenzen der Leuchtdiodentechnik beschäftigen, um überraschende Fehlfunktionen im praktischen Einsatz zu vermeiden. Einige LEDs lassen sich nämlich nur sehr eingeschränkt dimmen, andere tendieren zu unangenehmem Flackern oder lassen sich nicht vollständig abschalten. Selbstverständlich sind zahlreiche Qualitätsprodukte renommierter Hersteller erhältlich, die sich in den angesprochenen Problembereichen als tadellos erweisen, aber die Auswahl des jeweils am besten geeignteten Artikels aus dem vorhandenen Angebot ist kein Kinderspiel.

Um ärgerliche Mängel, die zu unzufriedenstellenden Ergebnissen führen, von vornherein zu vermeiden, ist es ratsam, sich mit den folgenden Aspekten von Dimmern gründlich zu befassen.

Technische Spezifikation von Dimmern für den Einsatz mit LEDs

In diesem Zusammenhang stellt sich grundsätzlich die Frage nach dem angewandten Protokoll. Die meisten Protokolle werden schon seit Jahrzehnten verwendet und fundieren auf bewährten Industriestandards. Das “Forward Phase Control”  ist das weltweit am meisten genutzte Steuersystem (mehr als 100 Mio. Einheiten verbaut) und wird üblicherweise im Zusammenspiel mit Glüh- oder Niedervolt-Lampen eingesetzt. Das Protokoll dient dazu, die Funktionssicherheit, also den erwartungsgemäßen Betrieb, zu unterstützen. Gerade wer herkömmliche Leuchtkörper nun gegen fortschrittliche LED-Leuchten austauschen möchte, dem wird häufig der Phasen-Anschnitt-Dimmer begegnen. Diese Dimmer weisen den Vorteil auf, ohne Erdungskabel in der Schalterdose auszukommen, erweisen sich allerdings oft als problematisch für die genaue und flackerfreie Helligkeitsregelung.

Eine Alternative stellen Phasen-Abschnitt-Dimmer dar, welche das Electronic Low Voltage Verfahren verwenden. Diese werden überwiegend in elektronischen Trafos zur Stromversorgung von Niedervolt-Halogenlampen eingesetzt, denn sie ermöglichen die Steuerung von kapazitiven Lasten. Da LED-Treiber vom Prinzip ganz ähnlich funktionieren, eignen sich Phasen-Abschnitt-Dimmer perfekt zur flackerfreien Helligkeitsregelung von LED-Leuchten. Sie sind eben nur viel seltener anzutreffen als die Phasen-Anschnittsdimmer.

Zum Dimmen von Leuchtstofflampen werden häufig, vor allem in anderen Ländern,
analoge 2- oder 3-Draht-Dimmer verwendet. Sie kommen oft in großen Büro- und Industriegebäuden zum Einsatz, wo umfangreiche Leuchstofflasten zu steuern sind. Diese Art von Dimmer ist daher vergleichsweise weit verbeitet. Man schätzt, dass sie weltweit in etwa zwei Millionen Schaltkreisen ihre Arbeit verrichten.

Bewährte Industriestandards gewährleisten Funktionssicherheit

Auch 0-10-Volt-Steuersysteme eignen sich ausgezeichnet dafür, die Helligkeit von LED-Leuchten zu steuern. Sie basieren auf dem IEC 60929, einem bewährten Industriestandard für elektronische Vorschaltgeräte. Man gebraucht sie überwiegend in Energie-Management-Systemen, also wenn Bewegungsmelder und Tageslichtsensoren ins Spiel kommen. 0-10-Volt-Controller werden grundsätzlich von stromführenden Kabeln isoliert. Man kann sie also gefahrlos berühren und unkomplizert selbst anschliessen.

Ebenso gebräuchlich in größeren Gebäudekomplexen sind DALI-Systeme, die das digitale Regeln einzelner Leuchten ermöglichen und so einen hohen Feinheitsgrad bei der Steuerung bieten. Das Digital-Adressable-Lighting-Interface-Protokoll wurde zwar zuerst in Europa entwickelt und eingeführt, ist aber mittlerweile auch auf allen anderen Kontinenten zu finden.

In diesem Zusammenhang müssen noch DMX-Controller erwähnt werden. Sie unterstützen, wie der Name schon sagt, das Digital-Multiplex-Protokoll, und dienen in der Regel zur Lichtsteuerung im Rahmen der Bühnen- und Veranstaltungstechnik. DMX-Steuergeräte eignen sich ausgezeichnet dafür, RGB-LED-Beleuchtungssysteme zu regeln, weil dazu hohe Geschwindigkeit und viele Kanäle benötigt werden.

Beim Kauf gilt es demnach, unbedingtdie Hinweise auf der Verpackung sorgfältig zu prüfen, um sicherzustellen, dass das Produkt auch dem gewünschten Standard entspricht, denn es werden im Handel auch Systeme angeboten, die dem nicht gerecht werden.

Der Einsatzzweck der Leuchte bestimmt den Arbeitsbereich des Dimmers

Wie gesagt: Nicht jede LED ist geeignet, jedwede Beleuchtungsaufgabe zu lösen. Während sich alle Glühfadenlampen noch problemlos auf unter ein Prozent der wahrgenommenen Stärke des abgestrahlten Lichts regeln liessen, bewegen sich gedimmte LED-Lampen in unterschiedlichen Lichtstärkebereichen. Manche lassen sich beispielsweise nur auf die Hälfte der vollen Leistung heruntersteuern, was für einen Medienraum wohl kaum ausreicht, andere wieder können bis auf zehn Prozent des wahrgenommenen Lichts gedimmt werden.

Bei der Zusammenstellung geeigneter LED-Lampen ist es also hilfreich, auf den Dimmbereich der angebotenen Produkte zu achten. Viele Hersteller geben den Umfang des Regelbereichs ihrer Leuchtmittel nicht in der Stärke des wahrgenommenen Lichts an, sondern in der des gemessenen Lichts. Dieser Umstand ist insofern erheblich, als dass unser Seh-Sinn Lichtquellen in der Regel heller empfindet, als den Angaben auf der Produktverpackung zu entnehmen ist. Eine organische Pupille erweitert sich bei ungenügenden Lichtverhältnissen, damit das menschliche Auge mehr Licht aufnehmen kann, während das Messgerät sozusagen unbestechlich bleibt.

Gemessenes Licht von zwanzig Prozent ist von daher in etwa gleichzusetzen mit fünfundvierzig Prozent der wahrgenommenen Lichtstärke. Zur Vermeidung des Fehlers, LED-Lampen mit zu hohem Dimmbereich zu erwerben sowie zur exakten Berechnung des gewünschten Ergebnisses kann die Formel √0,2 = 0,45 herangezogen werden. Sie besagt, dass die wahrgenommene Lichtstärke eines Leuchtmittels der Quadratwurzel seiner gemessenen Lichtstärke entspricht.

Zahl der Lampen pro Dimmer bei LEDs sorgfältig kalkulieren und testen

Sachkundigen ist klar, dass die Frage nach der Mindest- oder Höchstanzahl von Leuchtkörpern, die mit einem Dimmer gesteuert werden, keineswegs trivial ist. Es ist nicht damit getan, einfach die Leistung eines Dimmers, beispielsweise 500 Watt, durch die Leistungsaufnahme einer einzusetzen gewünschten LED von- sagen wir einmal – 10 Watt zu teilen. Aus dem Ergebnis zu folgern, dass der Dimmer wohl in der Lage sein muss, eine Höchstanzahl von 50 LEDs problemlos zu steuern, gerät schnell ein Trugschluss, weil die Hersteller zur Leistungsaufnahme von Leuchtkörpern nur Durchschnittswerte liefern können. Es muss damit gerechnet werden, dass eine LED die angegebene Leistungsaufnahme von 10 Watt während eines Halbzyklus durch den Einschaltstrom schonmal kurzzeitig deutlich übertrifft. Wird das nicht mit einkalkuliert, besteht die Gefahr, den Dimmer zu überlasten und dauerhaft zu beschädigen.

Ebenso sinnvoll ist es, sich Gedanken über die Mindestanzahl von Leuchtkörpern pro Dimmer zu machen, denn die meisten Steuergeräte, die mit Glühlampen verwendet werden, brauchen eine Mindestlast, um zuverlässig Funktionssicherheit zu gewährleisten. Der Wert wird in den meisten Fällen im Bereich von 20 bis 60 Watt liegen. Das ist ein Wert, den man bei Glühlampen häufig schon mit der Steuerung eines einzelnen Exemplars erzielte. Licht emittierende Dioden haben jedoch einen wesentlich geringeren Energiebedarf und daher ist es möglicherweise notwendig, mindestens drei oder vier LEDs an den Dimmer zu hängen, damit dieser problemlos seine Arbeit verrichtet.

Im Zweifel mit dem Hersteller kommunizieren

Beschäftigt man sich mit der genauen Bedeutung von “Dimmen”, stellt man schnell fest, dass das anscheinend jeder Hersteller ein wenig anders definiert. Für den Anwender ist es hingegen ganz einfach. Er stellt sich darunter das stufenlose Steuern der Helligkeit einer Leuchte vor, wie er es aus den Zeiten der Glühlampe kennt. Man hat sich allgemein gewöhnt an das komfortable Drehen oder Schieben des Dimmerreglers und der damit unmittelbar einhergehenden Modifikation der Lichtverhältnisse im Raum. Eine stufenweise Veränderung der Lichtstärke in Rasterschritten würde als Rückschritt empfunden und ist heute sicher nicht mehr akzeptabel. Außerdem wird selbstverständlich erwartet, dass die Raumbeleuchtung immer und in jeder Dimmereinstellung flackerfrei erfolgt. Ein solch unangenehmer Flackereffekt kann zum Beispiel entstehen, wenn die Toleranzeinstellungen einzelner Komponenten des Schaltkreises nicht exakt aufeinander abgestimmt sind oder das Schaltkreis-Layout im LED-Treiber nicht den Anforderungen entspricht. Flackern kann aber auch durch Störungen in der Stromleitung auftreten oder durch Rauschen im Dimmer verursacht werden.

Für viele Beleuchtungskonzepte ist derzeit eine Lösung auf Basis der Leuchtdiodentechnik zweifelsfrei der beste Weg, allerdings sollte man ihn mit Umsicht angehen. Es hilft ungemein, Nachforschungen anzustellen, inwieweit der Hersteller seine Produkte vor der Markteinführung praktisch getestet hat, ob das auch mit verschiedenen Dimmern aus unterschiedlicher Produktion geschehen ist, ob die getesteten Dimmer auch auf flackerfreie Funktion geprüft wurden und ob diese Tests ausschließlich vom LED-Hersteller selbst oder in Zusammenarbeit mit dem Dimmer-Produzenten erfolgt sind. Bestehen Zweifel, wendet man sich am besten persönlich an den Hersteller. Werden Nachfragen ignoriert oder nur mangelhaft beantwortet, liegt es nahe, den Testergebnissen nicht blauäugig zu vertrauen und sich lieber einem anderen Produkt zuzuwenden.

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