Helligkeitssteuerung durch Dimmen

Argumente und Funktionsprinzipien

Durch Dimmen kann die Helligkeit von Lampen von hell zu dunkel oder von dunkel zu hell reguliert werden. Der Begriff ist vom englischen Verb „to dim“ abgeleitet, das sich mit „verdunkeln“ oder „abdunkeln“ übersetzen lässt. Andere Begriffe für das Steuern des Lichtstroms von Lampen sind: Lichtregelung, Lichtstromregulierung oder auch Helligkeitssteuerung durch Steuern der elektrischen Leistung.

Gallerie

Geräte zum Dimmen werden als Dimmer bezeichnet. Ein Dimmer dient dem stufenlosen, verlustfreien Einstellen (verändern) der Leistungsaufnahme von Lampen (Helligkeit) oder auch der Drehzahl von Motoren beispielsweise bei Staubsaugern. Je nach Art der Last – ohmsch (z.B. Glühlampe), induktiv (z.B. konventionelle 50 Hz/60 Hz-Transformatoren) oder kapazitiv (z.B. elektronische Transformatoren für Halogenglühlampen) – sind Dimmer für den jeweiligen Lasttyp R, L oder C zu verwenden. Dimmer arbeiten nach unterschiedlichen Funktionsprinzipien; lange bekannt sind Dimmer für Glüh- und Halogenlampen mit Phasenanschnitt- oder Phasenabschnittsteuerung (Abb. 3,4).

Gründe für das Dimmen
Erhöhter Beleuchtungskomfort

  • Lichtstimmungen passend zur Sehaufgabe, für Wohn- und Verkaufsräume, für Präsentationen und Veranstaltungen (Theater, Shows...)
  • unterschiedliche Helligkeiten als Teil von Lichtszenen und -inszenierungen
  • ein konstantes Beleuchtungsniveau im Zusammenwirken mit dem Tageslicht (tageslichtabhängige Regelung)

Ökonomische Gründe

  • Energie- und Kosteneinsparung
  • Erhöhung der Lampenlebensdauer
  • Verringerung der Kosten für Austausch und Wartung

Verbesserte Sicherheit

  • Anpassung an die Adaption des Auges durch langsames Absenken der Beleuchtungsstärke (Theater, Kinos etc.)

Technik zum Dimmen
Für das Steuern, d.h. zum Absenken oder Erhöhen der Lampenspannung bzw. des Stroms gibt es prinzipiell folgende Möglichkeiten:

  • Regeltransformatoren (groß und schwer)
  • Regelbare Vorwiderstände (Wandlung der Energie in Wärme, große Energieverluste)
  • Elektronische Betriebs- und Steuergeräte

Während die beiden erstgenannten Möglichkeiten kaum oder gar nicht zum Dimmen genutzt werden, hat sich bei den elektronischen Steuergeräten eine große Vielfalt herausgebildet:

  • Steuergeräte für eine Phasenanschnitts- oder -abschnittssteuerung, bisher meist für Glühlampen und Halogenglühlampen verwendet
  • Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) für den Dimmbetrieb von Leuchtstofflampen und Kompaktleuchtstofflampen und für Hochdruckentladungslampen
  • LED-Betriebsgeräte (elektronische Vorschaltgeräte für LED-Lampen), die mit den Dimmverfahren Amplitudenmodulation (AM) und Pulsweitenmodulation (PWM) bzw. deren Kombination arbeiten
  • Universaldimmer, die für alle Lampentypen verwendbar sind

Dimmen von Glühlampen und Halogenglühlampen
Mit Phasenanschnittdimmern können Glühlampen und 230-Volt-Halogenlampen gedimmt werden sowie Niedervolt-Halogenlampen, die an magnetischen Transformatoren betrieben werden. Phasenabschnittdimmer werden hauptsächlich zum Dimmen von Niedervolt-Halogenlampen an elektronischen Transformatoren verwendet.

Funktionsprinzip Phasenanschnitt-/ Phasenabschnittsteuerung:
Die sinusförmige 230-V-Netzspannung mit einer Frequenz von 50 Hz wechselt 100 Mal pro Sekunde ihre Polarität. Mit Hilfe des Drehknopfs an einem Dimmer kann der Nutzer den Zeitpunkt einstellen, wann das Gerät während des Anstiegs der Sinushalbwelle „zünden“, d.h. Strom durchlassen soll. Damit wird die Sinushalbwelle quasi „angeschnitten“, sodass im Mittelwert nur ein Teil der Spannung zum Betreiben der Lampe zur Verfügung steht. Diese Phasenanschnittsteuerung bewirkt, dass die Lampe weniger hell leuchtet. Wird die Sinushalbwelle zu einem früheren Zeitpunkt angeschnitten, ist der verfügbare Mittelwert der Spannung höher und die Lampe leuchtet heller. Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn die Sinushalbwelle während des Abstiegs „abgeschnitten“ wird. Dann spricht man von einer Phasenabschnittsteuerung. Letztere wird häufig für das Dimmen von Halogenlampen mit elektronischen Transformatoren verwendet.

Üblich sind Drehdimmer oder Tastdimmer, mit denen sich neben dem Ein- und Ausschalten des Lichtes auch dessen Helligkeit einstellen lässt. Es gibt auch Dimmer als Reiheneinbaugerät (REG). Ein Beispiel für andere Dimmer im Haushalt sind Staubsauger, mit deren Drehknopf sich die Saugleistung dimmen lässt.

Dimmen von Leuchtstofflampen und Kompaktleuchtstofflampen
Zum Dimmen von Leuchtstofflampen kann die Lampenspannung nicht einfach abgesenkt werden, weil die Lampen bei Unterschreiten eines Minimalwertes zu flimmern beginnen oder ganz verlöschen. Um Kompaktleuchtstoff- und stabförmige Leuchtstofflampen zuverlässig dimmen zu können, sind dimmbare elektronische Vorschaltgeräte (EVG) erforderlich, die mit Hochfrequenz betrieben werden. Diese elektronischen EVGs erzeugen mit einem internen Wechselrichter hochfrequente Wechselspannungen mit 25 kHz bis über 40 kHz, sodass störendes 50-Hz-Flimmern und Flackern beim Start ausgeschlossen werden und die Lampe auch im Dimmbetrieb immer zuverlässig zündet. Die Helligkeitsregulierung erfolgt durch Verändern der Frequenz über eine Steuerleitung/Schnittstelle (z.B. 1-10-Volt-Signal, DALI) am eingebauten Lichtregelmodul.

Dimmen von LEDs und OLEDs
Um die Helligkeit von LEDs und OLEDs zu variieren, wird der Betriebsstrom verändert: Dabei werden die beiden Dimmverfahren Amplitudenmodulation (AM) und Pulsweitenmodulation (PWM) bzw. deren Kombination angewandt.

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