Elektrische Komponenten und Beleuchtungstechnologien: Ein umfassender Leitfaden

Schrittrelais und Automatische Treppenlichtschalter

Schrittrelais

Ein Schrittrelais ist ein elektromechanisches Gerät, das die Position seiner internen Kontakte bei jedem empfangenen Stromimpuls ändert und in dieser neuen Position verbleibt, bis der nächste Impuls eintrifft. Es besteht aus einem oder mehreren elektrischen Kontakten, die zusammen durch einen Elektromagneten betätigt werden, sowie Anschlussklemmen (Ein- und Ausgang). Alle Komponenten sind in einem Gehäuse aus Isoliermaterial untergebracht. Die Stromimpulse werden von der Spule des Elektromagneten über einen Taster gesendet, sodass ein Lichtpunkt von beliebig vielen Stellen aus über Taster ferngesteuert geschaltet werden kann.

Automatische Treppenlichtschalter

Automatische Treppenlichtschalter sind eine Gruppe elektromechanischer Elemente, die die Betriebszeit einer beleuchteten Anlage regulieren. Sie werden über Schalter an verschiedenen Punkten ausgelöst. Ein Stromimpuls an den Leistungsschalter schaltet das Licht der Anlage ein und hält es für eine einstellbare Zeitdauer eingeschaltet. Nach Ablauf dieser Zeit, die innerhalb bestimmter Grenzen festgelegt werden kann, wird die Stromzufuhr zur Schaltung unterbrochen und die Lampen schalten sich automatisch ab.

Diese Systeme bestehen aus zwei Stromkreisen:

• Leistungskreis: Zur Stromversorgung der Lichtpunkte.
• Steuerkreis: Für die Auslösung der Schaltmechanismen.

Automatische Treppenlichtschalter verfügen an der Vorderseite über einen Regler zur Anpassung der Betriebsdauer an die Installationsanforderungen und eine manuelle Drei-Stellungs-Steuerung für Dauerbetrieb, Aus- und Automatikbetrieb.

Überspannungsschutzgeräte

Überspannungsschutzgeräte werden verwendet, um transiente Überspannungen zu begrenzen und unerwünschte sowie gefährliche Überspannungsströme sicher zur Erde abzuleiten, ohne die angeschlossenen Geräte zu beschädigen.

Arten von Überspannungen

• Transiente Überspannungen (Spannungsspitzen): Diese sind sehr hoch und nur von kurzer Dauer. Sie können angeschlossene Geräte beschädigen.
• Permanente Überspannungen: Dies sind Anstiege von über 10% der Nennspannung, die länger als 1 Sekunde andauern, oft verursacht durch Trennung oder Bruch des Neutralleiters.

Komponenten zur Begrenzung von Überspannungen

Diese bestehen im Wesentlichen aus einem Varistor, der für den elektrischen Schutz zuständig ist, und einem Signalisierungselement. Der Varistor besteht aus Zinkoxid. Bei Spannungen von Hunderten von Volt ist seine Impedanz hoch; bei höheren Werten wird sie sehr niedrig. Bei korrekter Installation schützt er zuverlässig.

Eine Gasentladungsröhre umfasst ein Rohr aus Keramik oder Glas, in dem sich zwei Elektroden befinden. Das Rohr ist mit einem Edelgas wie Argon oder Neon unter einem bestimmten Druck gefüllt. Erreicht die Spannung 700V, variiert der Entladungswiderstand von hoch zu niedrig und kehrt nach dem Abbau der Spannung wieder zu einem hohen Widerstand zurück.

Elektrische Leistungsmessung

Gleichstrom-Leistungsmessung

Die Messung der elektrischen Leistung bei Gleichstrom erfolgt direkt mit einem Gerät namens Wattmeter, das den Zusammenhang zwischen der angelegten Spannung und dem Stromfluss anzeigt. Es besteht aus einer festen Stromspule und einer beweglichen Spannungspule. Es ist äußerste Vorsicht geboten, um die Messgrenzen für Spannung und insbesondere für den Strom nicht zu überschreiten und so eine Beschädigung zu vermeiden.

Wechselstrom-Leistungsmessung

• Einphasige Wechselstrom-Wirkleistung: Wird mit einem Leistungsmesser gemessen.
• Dreiphasige Wirkleistung: In einem dreiphasigen System, bei dem alle Phasen die gleiche Stromstärke verbrauchen, kann die gesamte Wirkleistung durch Messung einer einzelnen Phase mit einem Leistungsmesser ermittelt und anschließend verdreifacht werden.

Lampen und Beleuchtungstechnologien

Halogenlampen

Halogenlampen sind Glühlampen, die in der Regel einen Wolframfaden in einem Glaskolben enthalten, der mit einem inerten Gas und einem Halogen (Jod, Chlor oder Brom) gefüllt ist. Das Halogen kann den Verlust von Wolframpartikeln automatisch reparieren und ermöglicht so:

• Erreichen höherer Temperaturen bei kleineren Abmessungen.
• Erhöhte Lichtausbeute.
• Verlängerung der Lebensdauer der Lampe.

Es gibt zwei Haupttypen:

• Keramische Halogenlampen: Bestehen aus einer zylindrischen Quarz- oder Gasampulle, die einen inerten Wolframfaden umschließt.
• Doppelkolbenlampen: Das Quarzrohr sitzt in einem äußeren Glaskolben, der Schutz und thermisches Gleichgewicht bietet.

Diese Art von Glühlampen ist in der Regel kleiner, kann in kleineren Leuchten verwendet werden und emittiert mehr Licht, das hell und weiß ist, was sie ideal für die Dekoration von Geschäften und Wohnungen macht.

Glühlampen (Aufbau und Eigenschaften)

Komponenten einer Glühlampe

• Glühfaden: Ein dünner Wolframdraht, der einen hohen Widerstand und eine sehr hohe Schmelztemperatur aufweist. Zur Verbesserung der Effizienz ist der Glühfaden oft als Doppelhelix gewickelt.
• Glasstab: Bietet eine ausgezeichnete elektrische Isolierung für die Zuleitungen des Glühfadens.
• Zuleitungsdrähte: Leiten den Strom von der Fassung zum Glühfaden.
• Molybdän-Stützstäbe: Widerstehen hohen Temperaturen und reagieren nicht chemisch mit dem Glühfadenmaterial.
• Gasgefüllter Kolben: Ein Glaskolben, der mit Stickstoff und hauptsächlich Argongas gefüllt ist, um die Verdampfung des Glühfadens zu reduzieren, die Lebensdauer der Lampe zu verlängern und ihre Lichtleistung zu verbessern.
• Sockel: Dient hauptsächlich zur Befestigung der Lampe und zur elektrischen Verbindung des Glühfadens mit dem Stromnetz. Er besteht aus Materialien wie Messing, Aluminium und Nickel. Die bekanntesten Sockel sind das Edison-Gewinde und der Bajonettsockel.

Eigenschaften von Glühlampen

• Hohe Wärmeentwicklung.
• Sehr niedrige Lichtausbeute.
• Kurze Lebensdauer (ca. 1000 Stunden).

Leuchtstofflampen (Gasentladungslampen)

Leuchtstofflampen sind Lichtquellen, bei denen Licht durch die Anregung eines Gases mittels elektrischer Entladung zwischen zwei Elektroden erzeugt wird.

Komponenten einer Leuchtstofflampe

• Äußerer Glaskolben: Bei allen Leuchtstofflampen vorhanden. Er dient als Schutz und enthält ein Inertgas. In einigen Fällen kann er UV-Licht in sichtbares Licht umwandeln.
• Entladungsrohr: Ein Hohlzylinder, in dem die Entladung zwischen den Elektroden stattfindet. Die Gasfüllung bestimmt die Eigenschaften der Entladung.
• Elektroden: Im Inneren des Rohres platziert und bestehen aus Wolfram. Sie erzeugen die elektrische Entladung. Die Verbindung zum Stromnetz erfolgt über den Lampensockel.
• Entladungsgas: Eine Mischung aus Natrium- oder Quecksilberdampf und einem Schutzgas, das neben den Lichteigenschaften auch zur Verbesserung der Lampenfunktion beiträgt.
• Sockel: Hat die gleichen Funktionen wie bei anderen Lampenarten. Zusätzlich zu Edison-Gewinde und Bajonettsockel haben Leuchtstoffröhren zwei Stifte.
• Starter: Besteht im Wesentlichen aus zwei Elektroden in einem Glaskolben mit Neon-Gas bei niedrigem Druck. Er ist so geschaltet, dass er einen Spannungsimpuls zwischen den Elektroden erzeugt, um die Entladung zu starten. Der Kondensator im Starter absorbiert die Energie des Schaltvorgangs. Mittlerweile gibt es sehr zuverlässige elektronische Starter, die die Startzeit verkürzen und die Lebensdauer der Lampe deutlich erhöhen.
• Vorschaltgerät (Reaktanz): Liefert den Startstrom für die Elektronenemission und begrenzt den Betriebsstrom der Lampe auf die korrekten Werte.

Typen von Entladungslampen

Konventionelle Leuchtstofflampen

Diese Lampen (ohne äußeren Glaskolben) sind zylindrische Glasröhren, deren Durchmesser und Länge von der Leistung abhängen. Das Rohr ist mit Schutzgas und Quecksilberdampf unter niedrigem Druck gefüllt. Sie zeichnen sich durch eine hohe Lichtausbeute und lange Lebensdauer aus und eignen sich für Orte, die eine hohe Lichtqualität erfordern, wie Büros, Hallen, Schulen usw. Die emittierten Lichtfarben sind: Tageslicht, Warmweiß, Kaltweiß und Neutralweiß. Es gibt universelle Modelle mit verschiedenen Leistungen wie 18W, 36W und 58W und einem Durchmesser von 26mm. Die Effizienz dieser Lampen hängt ab von: Stromstärke, Gasart und -druck, Röhreneigenschaften, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Die Lichtausbeute liegt zwischen 40-90 lm/W und die Lebensdauer bei 5000-7000 Stunden.

Kompaktleuchtstofflampen

Kompaktleuchtstofflampen haben ähnliche Eigenschaften wie konventionelle Leuchtstofflampen. Sie sind in Leistungen von 5W, 7W, 9W und 11W erhältlich, erreichen 45-79 lm/W und haben eine hohe Lichtausbeute sowie eine Lebensdauer von 6000 Stunden. Sie sind sehr effektiv als Ersatz für herkömmliche Glühlampen, insbesondere an Orten mit langer Betriebsdauer wie Hotels, Restaurants usw. Ein Nachteil ist, dass sie erst nach etwa drei Minuten ihre volle Helligkeit erreichen.

Quecksilber-Hochdrucklampen

Bei Quecksilber-Hochdrucklampen befindet sich Quecksilber in einem Entladungsrohr zusammen mit einem inerten Gas. Mit steigendem Druck reduziert der Quecksilberdampf die UV-Strahlung und erhöht das sichtbare Licht, das blau, grün, gelb usw. emittiert. Es können fluoreszierende Substanzen hinzugefügt werden, um die Eigenschaften zu verbessern. Sie werden hauptsächlich in Industriegebäuden und zur Straßenbeleuchtung eingesetzt. Die Zündung ist sehr langsam und dauert etwa 5 Minuten, da der Quecksilberdampf erst erwärmt werden muss. Sie benötigen ein externes Vorschaltgerät zur Stabilisierung des Lampenstroms. Ihre Effizienz liegt bei 40-60 lm/W und ihre Lebensdauer bei 8000 Stunden.

Mischlichtlampen

Mischlichtlampen kombinieren Hochdruck-Quecksilberdampf mit einem Glühfaden. Sie benötigen kein externes Vorschaltgerät. Dank dieser Kombination erreichen sie eine Lichtausbeute von 20-60 lm/W und eine Lebensdauer von 6000 Stunden. Einsatzgebiete sind z.B. Parkhäuser.

Metallhalogenidlampen

Metallhalogenidlampen sind Hochdruck-Quecksilberdampflampen, deren Entladungsrohr zusätzlich zu Quecksilber auch Halogenide von Metallen wie Lithium oder Thallium enthält, die für die Lichtemission verantwortlich sind. Sie unterscheiden sich je nach Art der enthaltenen Metalle. Sie haben eine Effizienz von 80-100 lm/W und eine Lebensdauer von 10.000 Stunden. Sie eignen sich gut für Fußballstadien und Studios. Ihre Installation erfordert ein Vorschaltgerät und einen Zünder, und es dauert etwa 10 Minuten, bis sie vollständig gezündet und stabilisiert sind.

Niederdruck-Natriumdampflampen

Bei Niederdruck-Natriumdampflampen erfolgt die Lichterzeugung durch ein fluoreszierendes Pulver. Der Startvorgang ist langsam und dauert etwa 10 Minuten. Die Strahlung hat eine gelbe Farbe, und ihr Hauptnachteil ist, dass sie Farben stark verfälscht. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe Lichtausbeute von 160-180 lm/W und eine lange Lebensdauer von 15.000 Stunden aus. Sie werden hauptsächlich zur Straßenbeleuchtung eingesetzt.

Hochdruck-Natriumdampflampen

Hochdruck-Natriumdampflampen bieten eine gute Balance zwischen Farbwiedergabe und Lichtausbeute. Ihre Effizienz liegt bei 100-130 lm/W und ihre Lebensdauer bei 20.000 Stunden. Sie sind nützlich für Innen-, Außen- und Dekorationsbeleuchtung. Die erforderliche Zündspannung ist sehr hoch.