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Beleuchtungstechnik: GU10-Sockel mit LEDs verwenden
LEDs problemlos dimmen

Auch nach dem EU-weiten Verbot der 230-Volt-Halogenlampen sind noch zahlreiche Beleuchtungssysteme mit GU10-Sockeln in Gebrauch. Sie können mit LED-Leuchtmitteln weiterverwendet werden – ep zeigt, wie’s geht.

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LED ist nicht gleich LED

Einfache und preiswerte LED-Leuchtmittel, sogenannte Retrofit-Leuchtmittel, reagieren empfindlich auf Strom- und Spannungsschwankungen.

Das zeigt sich unter anderem in Flackererscheinungen, uneinheitlichen Lichtfarben und unterschiedlichem Ein- und Ausschaltverhalten.

Insbesondere beim Dimmen der Beleuchtung treten diese Effekte verstärkt zu Tage. Grund: Jeder LED-Chip reagiert aufgrund der elektronischen Schaltung ein klein wenig anders. 

Die Kompatibilität aller Elemente ist wichtig

Bei herkömmlichen Glühlampen war es kein Problem, Leuchtmittel unterschiedlicher Anbieter zu verwenden. Der Verbraucher konnte in diesem Fall davon ausgehen, dass sich die Leuchte nach dem Wechsel des Leuchtmittels ebenso verhielt wie zuvor. Doch bei LEDs ist das nicht der Fall.

Nun gilt es, besonders darauf zu achten, dass alle Komponenten des LED-Beleuchtungssystems kompatibel sind: die Lampen und Dimmer (oder besser gesagt die Ansteuerung) und die Treiberkomponenten, kurz Trafos genannt, die eine LED mit Strom versorgen.

Doch keine Sorge. Diese Herausforderungen lassen sich meistern, wenn die folgenden Tipps berücksichtigt werden.

Treiber und Ansteuerung

Beachten Sie, dass alle LED-Systeme einen Treiberbaustein (Trafo) haben.

Diese Elektronikkomponente wandelt den 240-Volt-Wechselstrom aus der Steckdose in Niedervolt-Gleichstrom um, den die LED-Chips benötigen. Etabliert haben sich separate LED-Treiber mit 12 bis 48 Volt. Jedes LED-System kann für eine andere Spannung oder einen speziellen Strom ausgelegt sein.

Bei dimmbaren Retrofit-Leuchtmitteln, die mit 240 V arbeiten, sind die Treiber im Innern des Leuchtmittels versteckt, z. B. im Sockel oder auf einer Platine, die im Reflektor oder Gehäuse integriert ist.

Bei professionellen, größeren Deckenleuchten kommt eine separate Box mit einem sogenannten LED-Treiber zum Einsatz, von der Leitungen zum eigentlichen Lichtsystem führen. Die Kompatibilität von Treiber und Ansteuerung (digital-DALI oder Dimmer) ist das wichtigste Element im Rahmen eines LED-Projekts, um ein sanftes Dimmen ohne störendes Flimmern zu erreichen.

Das Kleingedruckte lesen

Nicht alle LED-Lampen sind gleich. Betrachten wir zuerst die LED-Leuchtmittel ohne separaten Treiber.

Einzelne LED-Leuchtmittel können sich auch dann auf höchst unterschiedliche Weise verhalten, wenn sie an denselben Dimmer angeschlossen werden. Das gilt ebenso für unterschiedliche Produktionschargen, die vom selben Hersteller stammen. Auch wenn solche Retrofit-Leuchtmittel äußerlich gleich aussehen, können sie erhebliche Unterschiede aufweisen, wenn sie mit einem normalen Dimmer kombiniert werden.

Hinzu kommt, dass sich nicht alle LED-Leuchtmittel für das Dimmen eignen. Der Hinweis darauf wird oft übersehen, weil ihn manche Hersteller nur in kleiner Schrift auf die Verpackung drucken.

Wichtig ist außerdem, dass nur getestete Leuchtmittel zum Einsatz kommen, die unter Beweis gestellt haben, dass sie mit einem bestimmten Dimmer zusammenarbeiten. Das Restrisiko bleibt, dass die Leuchten insbesondere im unteren Regelbereich von 20 Prozent oder weniger flackern, blinken und zu unterschiedlichen Zeitpunkten abschalten.

Minimale Last beachten

Viele ältere Dimmer benötigen für einen störungsfreien Betrieb eine Mindestlast von 20 bis 40 Watt. Neuere Modelle dagegen, die speziell für LEDs entwickelt wurden, weisen diese Beschränkung nicht auf.

Abhängig vom Aufbau einer LED-Lampe kann diese auch mit einem älteren Dimmer-Modell arbeiten. Um das zweifelsfrei herauszufinden, ist es unumgänglich, die Kombination Leuchtmittel – Dimmer zu testen.

Einige Hersteller bieten im Internet Listen mit getesteten Kombinationen an. Allerdings ist die LED-Technik sehr schnelllebig. Viele Tests sind überholt, wenn sie veröffentlicht werde, oder die nächste LED-Charge bzw. -Generation liegt schon beim Einzelhandel.

Beim Dimmer auf Low-End Trim achten

Hochwertige Dimmer verfügen über die Einstellmöglichkeit Low-End Trim. Gemeint ist der niedrigste Helligkeitswert, bei dem die Leuchte einschaltet.

Bei Lampen, die im unteren Dimmbereich Probleme mit Flimmern aufweisen, lässt sich mit Hilfe dieser Einstellung verhindern, dass sie in einen instabilen Zustand geraten. Das heißt, das lästige Flimmern tritt nicht auf.

Helligkeitsniveaus und die gemessene Leistung

Unbedingt zu berücksichtigen ist, dass das niedrigste Helligkeitsniveau bei Lampen höchst unterschiedlich ausfallen kann. Das heißt, bei einigen Lampen lässt sich die Helligkeit weiter herunterregeln als bei anderen.

Um die Einstellungen zu beschreiben, greift die Industrie auf die gemessene Leistung zurück. Sie wird beispielsweise mit ein Prozent, fünf Prozent oder zehn Prozent angegeben.

Allerdings sind die gemessene Helligkeit und die wahrgenommene Helligkeit zwei sehr unterschiedliche Dinge. Denn die Pupillen des menschlichen Auges weiten sich bei schwachem Licht stärker, damit mehr Licht auf die Netzhaut gelangt. Bei wenig Licht nehmen wir daher bereits leichte Änderungen der Helligkeit in stärkerem Maße wahr als bei sehr heller Beleuchtung.

Dieses Phänomen sollte auch bei der Wahl der Lampe und des Dimmers berücksichtigt werden. Aus Sicht eines Betrachters hat beispielsweise eine Lampe, die auf zehn Prozent gemessene Leistung heruntergedimmt wird, eine Helligkeit von 30 Prozent.

Um eine wahrgenommene Helligkeit von zehn Prozent zu erreichen, ist somit eine Kombination von Lampe und Dimmer erforderlich, bei der das gemessene Licht bis auf ein Prozent reduziert werden kann.

Diese Anforderung erfüllen bei weitem nicht alle Retrofit-LEDs. Lutron Electronics zum Beispiel führt daher in seinen LED Report Cards für alle getesteten Lampen die niedrigste gemessene Leistung und wahrgenommene Helligkeit auf, die sich erreichen lässt.

Eignung für Dimmertypen prüfen

Es sollte immer geprüft werden, für welchen Dimmertyp sich eine LED-Lampe eignet – für Phasenanschnitt- oder Phasenabschnitt-Dimmer.

Einige moderne Dimmer sind universell und bieten beide Techniken in einem Gerät an. Das hat den Vorteil, dass eine größere Zahl von kompatiblen Lampen zur Verfügung steht.

Welche der beiden Optionen die vorteilhaftere ist, lässt sich nur mithilfe von Tests ermitteln.

Es ist auch zu beachten, dass ein einzelnes Leuchtmittel in der Regel unkritisch zu dimmen ist. Zum Test sind daher mehrere Leuchtmittel zu verwenden, z. B. fünf bis zehn Stück, um eine verbindliche Aussage über das Zusammenspiel der Komponenten zu treffen.

Einschaltstrom berücksichtigen

Bei Lampen, die mit der Phasenanschnitt-Methode gedimmt werden, können hohe Einschaltstromspitzen auftreten. Dieser Effekt tritt insbesondere im Einschaltmoment auf. Durch die 50- bis 100-fache Stromüberhöhung können elektronische Komponenten im Dimmer und auch im Leuchtmittel beschädigt werden.

Die Höhe dieses Einschaltstroms bestimmt, wie viele Lampen an einen Dimmer angeschlossen werden können. Um herauszufinden, wie viele LED-Leuchten sich mit einem Dimmer steuern lassen, sollte das Datenblatt des jeweiligen Herstellers vorliegen.

Die Zahl der maximal zulässigen Lampen kann je nach Typ und Hersteller stark variieren. Teilweise verträgt ein Dimmer doppelt so viele Leuchten eines bestimmten Modells wie von anderen Lampenversionen.

Liegen keine Angaben vor, kann man als Faustregel die Glühlampenleistung eines Dimmers durch zehn teilen, um auf die Leistung für LEDs zu schließen. Beispielsweise entspricht ein 450-Watt-Dimmer für Glühlampen einem Dimmer für LED-Leuchten mit 45 Watt Anschlussleistung.

Steuerung per DALI/DMX

Das Dimmen der Netzspannung ist nicht der einzige Weg, um die Leuchtstärke zu reduzieren. Die Steuerung der Leuchtstärke mittels der Netzspannung ist bei Retrofit-Lampen die einzige Lösung und bedingt Einschränkungen insbesondere beim Dimmen. Es gibt jedoch auch andere Arten von LED-Treibern, die nicht mit 240-Volt-Phasendimmern arbeiten.

Für hochwertiges, garantiert flackerfreies Dimmen und gemeinsames Ein- und Abschalten beliebig vieler LED-Leuchten gibt es LED-Treiber, die mit analogen oder digitalen Steuersignalen auf separaten Leitungen angesteuert werden. Die gewünschte Ausgabehelligkeit wird dann bevorzugt als digitales Telegramm an den Treiber (Trafo und Ansteuermodul bzw. ein Kombigerät) übermittelt.

Diese Signale nutzen Protokolle wie DALI (Digital Addressable Lighting Interface) oder DMX (Digital Multiplex), auch 0-10 V ist noch verbreitet. Es ist insbesondere im professionellen Bereich und in kommerziellen Installationen sinnvoll, auf digitale Steuersysteme zurückzugreifen, um eine der Anwendung entsprechende langlebige Qualität garantieren zu können.

Die Steuergeräte dafür können im einfachsten Fall genauso aussehen wie der Standard-Tast-Dimmer an der Wand. Meist sind die Steuergeräte in der Elektroverteilung eingebaut und werden vom Nutzer durch verschieden designte Tasten im Zimmer, Funkbedienungen, iPhone- oder Android-Apps oder eine zentrale Steuerung am PC bedient.

Im einfachsten Fall wie beim DALI-Protokoll sind zwei zusätzliche Adern im normalen Stromkabel für die Steuerung vorzusehen. Der Elektriker spricht dann von einer fünfadrigen Zuleitung zur Leuchte – z.B. NYM 5x1,5 mm2. (Phase, Neutralleiter, Schutzleiter, DALI, DALI).

Warum überhaupt LED-Lampen dimmen?

Darauf gibt es zwei Antworten. Zum einen reduziert das Dimmen die Energie und damit die Temperatur an der Sperrschicht eines LED-Chips. Das wiederum erhöht die Lebensdauer einer LED, die Lampen müssen seltener ausgetauscht werden.

Zum anderen lässt sich durch das Dimmen der Beleuchtung mit der passenden Kombination von Beleuchtungssteuerung und Lampe eine angenehme Wohlfühl-Atmosphäre erzeugen. Das ist aus Expertensicht der Hauptgrund.

Quasi als Nebeneffekt benötigen die Beleuchtungssysteme dabei auch noch weniger Energie und sparen Geld.

Auf verfügbare Testergebnisse zurückgreifen

Seit 2009 testet ein Team von hoch qualifizierten Ingenieuren bei Lutron, welche LED-Lampen und Dimmer kompatibel sind. Mittlerweile wurden über 2.000 unterschiedliche Kombinationen überprüft. Die Resultate stehen frei zugänglich auf der Website von Lutron zur Verfügung.

Auf den LED-Report-Cards der Lampen, die ihre Tests erfolgreich absolvierten, sind wertvolle Hinweise zu finden. Aufgeführt ist beispielsweise, wie viele Lampen sich jeder Dimmerzone zuordnen lassen, wie hoch die minimale und maximale Ausgangsleistung sein darf und wie der Wert des niedrigsten, vom Auge wahrgenommenen Helligkeitsniveaus ausfällt.

Kunden nutzen in immer stärkerem Maße diese LED-Report-Cards. Dadurch haben sie die Gewähr, dass sie die passende Kombination von LED-Lampe und Dimmer finden und sich nicht über eine Beleuchtung mit Flimmereffekt ärgern müssen.

Über den Autor:
Dipl.-Ing Jan Ewald ist Vertriebsmanager Deutschland und Marine bei Lutron Electronics, Berlin.

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