Treppenlichtsteuerung im LED-Zeitalter

Mit dem Inkrafttreten der Ökodesign-Richtlinie 2005/32/EG endet 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. LEDs scheinen hierfür der perfekte Ersatz zu sein. Allerdings ist Vorsicht geboten. Dass nicht jede LED dimmbar ist, ist den meisten Anwendern klar. Überraschend ist jedoch, dass selbst eine schlichte Treppenhausbeleuchtung Probleme machen kann.

Kontaktkiller LED?

Nach dem Wechsel auf LED-Leuchtmittel fallen plötzlich zuverlässige Treppenlicht-Zeitschalter aus, obwohl die Leistungsaufnahme der Anlage auf einen Bruchteil reduziert wurde. „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 (Bild 1). Bei LED-Lampen und Energiesparlampen mit ihrer kapazitiven Charakteristik findet man Einschaltstromimpulse im µs-Bereich, die das 1000-fache des Nennstromes und mehr betragen können (Bilder 2 und 3).

Hohe Einschaltstöme mit der richtigen Technik bändigen

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. Die so entwickelte Kontakttechnik ist so robust, dass ihr selbst die noch extremeren Schaltspitzen von LED-Leuchtmitteln nichts anhaben kann. 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 hochohmigen und sehr beständigen Wolfram. Er fängt den Einschaltstrom ab und begrenzt ihn zugleich. Erst danach schließt der niederohmige Hauptkontakt. Seine Beschichtung aus Silber-Zinnoxid(AgSnO2) bleibt so von Einschaltspitzen unbelastet.

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 so genannte 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. Die elektronischen Treppenlicht-Automaten der Elpa-Reihe nutzen diese Technik.

Es steckt also viel Theorie und Entwicklungsarbeit selbst in so altgedienten Produkten, wie Treppenlicht-Zeitschaltern; aber wie macht sich dies im Alltag des Installateurs bemerkbar? Das Kundeninteresse an sparsamen LED-Leuchten steigt. Das können Vater und Sohn Winter von der Firma Elektro Winter aus Fürth bestätigen. Der Wunsch nach einer stromsparenden Beleuchtung im Treppenhaus ist aber keinesfalls neu.

Strom sparen beim Treppenlicht, schon immer ein Thema

Wenn der Senior, Elektromeister Hugo Winter, aus dem Nähkästchen plaudert, kann man nicht nur viel über die neueste Technik, sondern auch über die Geschichte der Treppenhausbeleuchtung lernen: Bis Mitte der sechziger Jahre sorgten mechanische Schaltuhren mit astronomischen Scheiben für einen sparsamen Umgang mit Energie. Früh und abends gab es für wenige Stunden Dauerlicht. Nachts konnte man sich per Tastendruck für einige Minuten Helligkeit verschaffen. Tagsüber war das Licht ganz abgeschaltet. Das hielt die Kosten in Grenzen, denn abgerechnet wurde nicht per Zähler, sondern pauschal per Brennstelle. Spezielle Lampensockel verhinderten dabei, dass man Lampen mit ungebührlich hoher Wattage nutzte.

Diese Zeiten sind natürlich lang vorbei; geblieben sind jedoch oftmals Bestandsanlagen mit einer alten Verdrahtung. Hugo Winter erläutert: „Von diesen Uhren kommt die Schaltung mit dem so genannten Lampentasterdraht. In solchen Anlagen muss man noch mit mechanischen Schaltuhren arbeiten, wenn man nicht die gesamte Installation erneuern will.“ Aber gerade diese Bestandinstallationen sind anfällig gegen die Lastspitzen der LED-Technik, auch wenn die Originaluhren längst durch Einbaugeräte für DIN-Schiene ersetzt wurden. Wenn dort die Hausverwaltung „zum Antesten“ Retrofit-Leuchtmittel aus dem Sonderangebot bei Discounter kauft, kommt es rasch zu den erwähnten Mikroverschweißungen. Beim ersten Anruf bittet Hugo Winter seinen Kunden, einmal gegen den Automaten zu klopfen. Oft löst sich dann der Kontakt. Hugo Winter: „Wenn man nichts von dem Einschaltstrom weiß, sucht man lange nach dem Phänomen. Gibt der Kunde jedoch an, dass er LED-Leuchtmittel eingesetzt hat, ist unsere Ferndiagnose meist zutreffend. Das Klopfen ist dann eine schnelle Maßnahme, die unter Umständen eine erste, kurzfristig angesetzte Anfahrt spart.“ ((„junior“)) Winter ((bitte Vornamen und gewünschte Bezeichnung, Elektromeister o. Ä. ergänzen)) ergänzt: „Für solche Bestandsanlagen habe wir auch immer einen “Elpa 9“ von Theben im Auto. Das ist ein typisches Gerät für den Notdienst, einer der letzten mechanischen Automaten, die wir noch einsetzen. Mit dem kann man solche Anlagen bei einem Totalausfall der Schaltuhr schnell wieder funktionsfähig machen. Mittelfristig sollte man natürlich auf neue Technik umrüsten.“

LEDs im Treppenhaus: Mehr Komfort, weniger Verbrauch

Die Winters sind keine Elektro-Nostalgiker. Das Unternehmen war schon immer offen für Neuerungen. So ließ sich Hugo Winter bereits Anfang der neunziger Jahre für KNX schulen und zertifizieren. Entsprechend groß ist auch sein Interesse an der LED-Technik und sein Engagement bei der Beratung. „Wir müssen zunächst den Kunden informieren. Er sieht ja nur den Taster, nicht was dahintersteckt“, so Hugo Winter. „Viele kennen noch nicht einmal die Ausschaltvorwarnung, wie sie inzwischen in Mietshäusern Pflicht ist. Die rufen uns dann an, weil sie denken, der Automat ist defekt. Mit LEDs könnte man sogar dimmen. Das versteht jeder.“

Bei Treppenlicht-Automaten setzt die Firma Winter auf ein kleines, aber zuverlässiges Sortiment. Hugo Winter: „Außer dem erwähnten, mechanischen Elpa 9 für Altanlagen, haben wir praktisch nur Elpa 1, Elpa 3 und Elpa 6 auf Lager – alles elektronische Geräte mit Nulldurchgangsschaltung. Mit diesen wenigen Typen decken wir jede Anwendung ab und haben keine Probleme mit Kompaktleuchtstofflampen und LEDs.“ Die Belastbarkeit der Automaten ist wichtig, besonders wenn der Kunde freien Zugriff auf das Leuchtmittel hat. ((“Junior“)) Winter beschreibt ein spezielles Problem: „Bei Neuinstallationen kann man Qualitätsleuchten mit fest verbauten LEDs verwenden. Manchmal haben wir jedoch spezielle Schmuckleuchten. Bei Altbau-Sanierungen oder besonderen Bauten, wie Kirchen oder einem historischen Rathaus spielt sogar der Denkmalschutz eine Rolle. Dann müssen wir mit E14 oder E27-Fassungen leben.“ Für die Erstausstattung nutzt Winter natürlich nur Markenprodukte. Es ist aber nicht auszuschließen, dass der Anwender zukünftig No-Name-Produkte nachkauft. Dann ist die Qualität des Treppenlicht-Automaten umso wichtiger. Hugo Winter: „Wir sind das letzte Glied in der Kette. Wenn der Kunde unzufrieden ist, fragt er nicht nach dem Produkt, sondern macht uns verantwortlich.“ Er spricht damit ein Problem an, das noch ungelöst ist: einheitliche Standards.

Uneinheitliche Standards

Die Hersteller-Angaben sind nicht immer hilfreich. Sie geben Auskunft über die Nennleistung, jedoch nicht über die Einschaltströme. Sie können sich von Lampe zu Lampe unterscheiden, selbst bei der dimmbaren und nicht dimmbaren Variante einer Grundform. Auch beim Addieren von Wattangaben ist Vorsicht geboten. Mehrere LEDs 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. ((junior)) Winter: „Verlässliche Zahlen gibt es kaum, zumal der Markt ständig in Bewegung ist. Die Ausbeute Lumen pro Watt verbessert sich ständig. In der Regel belassen die Hersteller das Lumenpaket, senken aber die Systemleistung. Das bedeutet, das Leuchtmittel amortisiert sich schneller.“ Das ist natürlich ein gutes Argument gegenüber dem Kunden, andererseits muss Winter ständig neu kalkulieren. Bei diesen rasanten Neuerungen vertraut die Firma auf zuverlässige Automaten. Hugo Winter: „Egal ob Retrofit oder neue LED-Leuchte, die Thematik des hohen Einschaltstroms bleibt. Wir empfehlen deshalb Treppenlicht-Automaten mit Nulldurchgangsschaltung.“