ALADIN Architekturlicht GmbH | Beleuchtungssysteme - Lichtplanung - Leuchten - LED-Lichttechnik - Fassadenbeleuchtung
 

Ansteuerung

Das Thema Ansteuerung von Licht, Lichtsteuerung beinhaltet drei eigenständige Gebiete:

1. die Ansteuerung des Leuchtmittels in der Leuchte, damit das Leuchtmittel wie gewünscht funktioniert, z.B. mit Vorschaltgeräten o.ä.

2. die Farbsteuerung, also die Möglichkeit die Lichtfarbe einer Leuchte zu steuern.

3. die Steuerung der verschiedenen Leuchten um die gewünschte Lichtsituation zu erzeugen.



1. Zu der Ansteuerung des Leuchtmittels:

Leuchtstoffröhren:

Leuchtstoffröhren - im Alltag gerne „Neonröhre“ genannt - benötigen zum Starten des Brennvorgangs eine spezielle Ansteuerung. Früher wurde das mit einfachen Startern und Drosseln realisiert. Im Betrieb war dann die Stromnetzfrequenz von 50Hz als ein Flackern wahrzunehmen. Heute werden nahezu immer Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) verwendet. Vorteile sind die deutlich höhere Effektivität, die längere Lebensdauer der Leuchtstoffröhren, die deutlich höhere Frequenz des Flackerns (flimmerfrei) sowie die Möglichkeit die Helligkeit zu steuern. Die Ansteuerung zum Zwecke des Dimmens dieser EVGs erfolgt nahezu immer über ein Steuersystem, das Steuersystem DALI wurde eigens dafür entwickelt. Manche EVGs erlauben auch die Ansteuerung durch angeschlossene Taster, Lichtsensoren o.ä. um als Einzelinstallation verwendet werden zu können.

 

Kompaktleuchtstofflampen:

Für Kompaktleuchtstofflampen ohne Vorschaltgerät gilt das gleiche, wie für Leuchtstoffröhren. Eine Besonderheit sind Kompaktleuchtstofflampen mit integriertem Vorschaltgerät, auch Energiesparlampe genannt. Es handelt sich technisch gesehen ebenso um eine Leuchtstoffröhre mit EVG, jedoch sind diese EVGs nicht ausgelegt, um extern angesteuert zu werden, sondern als Einzelinstallation zu funktionieren. Um diese in der Helligkeit zu verändern, können wie für die Allgebrauchslampe Phasenab- / anschnittsdimmer verwendet werden, jedoch ist auch hier auf Kompatibilität zu achten.

 

Hochdruckentladungslampen:

Hochdruckentladungslampen gibt es in sehr verschiedenen Ausführungen. Sie werden in professionellen Beleuchtungsanlagen eingesetzt. Gemeinsam ist ihnen, dass sie zum einen Vorschaltgeräte zum Betrieb benötigen, welche die eigentliche Lampe mit der nötigen Zündung und Bestromung ansteuert, und zum anderen, das sie bauartbedingt eher nicht zum Dimmen geeignet sind. Es gibt zwar je nach Typ Möglichkeiten, die jedoch nahezu immer negative Auswirkungen auf Lichtfarbe und/oder Effektivität und/oder Lebensdauer haben. Insbesondere für die Hochdruck-Halogenmetalldampflampe, welche wegen ihrer vielen Vorteile häufig Verwendung findet, gibt es (noch) keine zufriedenstellende Möglichkeit der Helligkeitssteuerung.

 

LED

LEDs sind Halbleiter, also elektronische Komponenten, welche dementsprechende Regelungen brauchen. Eine LED braucht in erster Linie nicht eine bestimmte Arbeitsspannung, sondern einen gewissen Arbeitsstrom und zwar Gleichstrom. Dies gilt zwar z.T. auch für die anderen Leuchtmittel, jedoch ist das Einstellen des Arbeitsstroms bei der LED ungleich kritischer. Die Ansteuerung von LEDs mit dem richtigen Strom erfolgt im wesentlichen nach vier Prinzipien. Zunächst ist es schon möglich der LED genau die Spannung zur Verfügung zustellen, bei der sich der richtige Arbeitsstrom einstellt. Da jedoch keine LED exakt gleich einer anderen ist, ist dieses Verfahren nicht praktikabel und vor allem in der Praxis fehlerträchtig. Das zweite Prinzip ist daher vor die LED (oder mehrere LEDs in Reihe) Vorwiderstände zu setzen. Diese Widerstände sorgen dann für die Strombegrenzung. Bei geringen Leistungen wie z.B. Anzeigen, Warnleuchten o.ä. ist dies ohne Probleme möglich, insbesondere, da Abweichungen nicht allzu sehr ins Gewicht fallen. Bei Leistungen, die in der Beleuchtung jedoch benötigt werden, wird mit diesem Verfahren zu viel elektrische Leistung durch die Widerstände in Wärme umgesetzt. Das nächste Verfahren sind sogenannte Längsregler, die über elektronische Bauteile dafür sorgen, dass der Strom begrenzt wird. Längsregler erzeugen deutlich weniger Verluste als Vorwiderstände. Sie arbeiten jedoch nur in einem bestimmten engen Spannungsbereich von wenigen Volt optimal. Das vierte Prinzip ist ein Schaltregler. Dieser ist ebenfalls aus elektronischen Bauteilen aufgebaut, jedoch komplexer als der Längsregler. Der Schaltregler arbeitet nochmals effektiver und vor allem in einem größeren Spannungsbereich. Eine Baugruppe aus LEDs und Stromregelung benötigt zudem eine bestimmte (Gleich-)Spannung. Dafür ist wiederum ein elektronisches Vorschaltgerät nötig, das die Netzspannung in z.B. 24V Gleichspannung umsetzt. Da LEDs schlecht in ihrer Helligkeit regelbar, jedoch sehr gut an- und ausschaltbar sind, wird für die Dimmung ein Verfahren eingesetzt, das PWM - PulsWeitenModulierung - genannt wird. Die LED wird dabei sehr schnell an- und ausgeschaltet. Über das Verhältnis der An-Zeiten zu den Aus-Zeiten ergibt sich die wahrgenommene Helligkeit. Die Frequenz mit der LEDs zum Dimmen an-aus-geschaltet werden, also die PWM-Frequenz, liegt in der Regel bei 200Hz (leichtes Flackern wahrnehmbar) bis zu 2000Hz (Flimmerfrei, Studiotauglich). Der PWM-Signalgeber kann entweder alleine funktionieren (per Drehregler, Fernbedienung etc.), oder wiederum Signale von einem Steuersystem erhalten (Siehe unten Punkt 3). Um LEDs betreiben und ansteuern zu können wird also ein EVG benötigt, eine Stromregelung und ein PWM-Signalgeber. Die Konzepte wie diese drei Komponenten kombiniert, integriert und in Leuchten realisiert werden können sich unterscheiden.

 

2. Zur Farbsteuerung, also die Möglichkeit die Lichtfarbe einer Leuchte zu steuern.

Lichtfarbe zu steuern bedeutet immer, dass verschiedene bestehende Lichtfarben unterschiedlich hell gedimmt werden und über das Mischungsverhältnis damit die Farbe des Mischlichtes bestimmt wird. Es gibt hier zwei hauptsächliche Ziele: zum einen werden im Event-, Medien- und Architainmentbereich durch das Mischen von Rot, Grün und Blau sämtliche möglichen Farben nachgebildet. Um noch bessere Farben und eine bessere Farbwiedergabe zu erreichen wird z.T. bei höherwertigen Aufgaben noch Weiß und evtl. Amber hinzugenommen.
Das zweite Ziel ist durch das Mischen von verschiedenen Weißtönen - meist Kalt- und Warmweiß - auf Ort, Zeit und Aufgabe abgestimmte Weißtöne produzieren zu können, also verschiedene Farbtemperaturen nachbilden zu können. Manchmal wird hier noch etwas Rot hinzugemischt. Diese Form der Farbmischung wird auch „Kelvinshifting“ genannt und dient vor allem dazu, die Lichtfarbe von Beleuchtungen dem natürlichen Tagesverlauf nachzubilden.
Bei konventionellen Leuchtmitteln wird zunächst das weiße Licht durch Farbfilterung in farbiges Licht verwandelt, um dann mehrere verschieden gefilterte Lampen wiederum zu mischen. Bei Leuchtstoffröhren zum Zwecke des Kelvinshiftings werden auch zwei Lampen mit unterschiedlicher Farbtemperatur in einer Leuchte verbaut. LEDs bieten bauartbedingt eine deutlich effektivere Möglichkeit des Farbmischens. LEDs produzieren je nach Bauform immer nur eine spezielle Farbe. (Siehe LED-Technik) Man kann nun in sehr kleiner Bauform LEDs der Lichtfarben rot, grün, blau kombinieren und diese jeweils separat in ihrer Helligkeit Ansteuern. LEDs, welche alle drei Farben und evtl. weiß leuchten können, sind in Wahrheit bereits vom Hersteller in einem Gehäuse integrierte drei (oder vier) LEDs.

 

3. Zur Steuerung der verschiedenen Leuchten um die gewünschte Lichtsituation zu erzeugen.

Wenn eine größere Beleuchtungsinstallation mit mehreren Leuchten oder Leuchtpunkten zu steuern ist, wird eine Möglichkeit gebraucht, diese Leuchten oder Leuchtpunkte zentral zu steuern. Eine Aufgabe kann natürlich sein, in einem Gebäude die Leuchten zentral zu steuern. Eine andere Aufgabe kann jedoch sein an einer Fassade eine zeitlich und farblich veränderbare Szenerie abspielen zu lassen. Welches Steuersystem zum Einsatz kommt, hängt unter anderem davon ab, welche Leuchten mit welchem Schnittstellenstandard zu steuern sind und wie hoch die Datenmenge, der Datendurchsatz für die Bewältigung der Steuerungsaufgabe ist. In der Gebäudeautomation existieren einige Standards wie z.B. LON-BUS, das EIB, KNX u.a. welche meist deutlich mehr Aufgaben, als nur die Beleuchtungssteuerung übernehmen. Für die Beleuchtungssteuerung in Gebäuden hat sich das relativ einfache DALI durchgesetzt, häufig wiederum mit einem Up-/Down-Link zu einem übergeordneten System der Gebäudeautomation. Im Event- und Architainment, also der aufwendigen Inszenierung mit Licht ist das DMX immer noch Standard, oder höherwertige eigenständige Bussysteme der Hersteller aus dem Eventbereich. Das Steuerungssystem wie DALI oder DMX dient jedoch nur der Verteilung der Informationen. Am Anfang wird immer eine Benutzerschnittstelle, ein Gerät benötigt, das dem System sagt, was es tun soll. Kommen im Eventbereich meist Steuerpulte und Computer zum Einsatz, werden im Architainmentbereich, in der Architekturbeleuchtung robustere und kleinere Geräte benötigt, welche einfach zu bedienende und zu verstehende Schnittstellen für z.B. den Hausmeister bereitstellen, aber trotzdem selbstständig komplexere Kompositionen für Lichtszenerien sicher abspielen.