Die Wirkungsweise induktiver Vorschaltgeräte

Bild 2.1
Bild 2.1: Herkömmliche Glimmstarter

Legt man gewöhnliche Netzspannung, 230 V 50 Hz oder dergleichen, an eine Leuchtstofflampe, so geschieht wahrscheinlich erst einmal gar nichts. Die Durchschlags-Festigkeit der Gasfüllung, gewöhnlich Quecksilberdampf, 1,3 mg in einer 58-W-Lampe, ist höher. Werden die Elektroden beheizt, so emittieren sie zusätzliche Elektronen, doch auch dies reicht gewöhnlich nicht aus, um die Durchschlagspannung unter die sich regelmäßig wiederholenden Scheitelwerte der Netzspannung fallen zu lassen. An einer kalten T5-Lampe von 8 W Nennleistung wurde bei Raumtemperatur Selbstzündung ohne irgendwelche Startvorrichtung ab einer Effektivspannung von 480 V (≈680 V Scheitelwert) beobachtet.

Bild 2.2
Bild 2.2: Elektronische Starter sind für alle Einbausituationen verfügbar

Dieser Wert ließ sich durch Beheizen der Glühwendeln über einen separaten Transformator auf 380 V senken. Eine 58-W-Röhre startete kalt bei 1300 V Sinus von selbst, mit vorgeheizten Wendeln bei 550 V. Eine weitere Reduktion lässt sich durch schlagartiges Aufschalten der Spannung erreichen, statt sie langsam mittels eines Stelltransformators zu steigern, doch eine Durchzündung bei 230 V und 50 Hz erfolgt noch immer nicht.

Der Startvorgang steht und fällt mit dem richtigen Starter

Parallel zur Lampe liegt deshalb ein Starter, zumeist der herkömmliche Glimmstarter (Bild 2.1), mit viel Glück ein elektronischer Starter (Bild 2.2).

Die Grundschaltung ist in Bild 2.3 dargestellt. Wird die Netzspannung eingeschaltet, so bildet sich im Glimmstarter eine Glimm-Entladung (Bild 2.4), die einen Bimetall-Kontakt erwärmt und zum Schließen bewegt (Bild 2.5). Nun fließt Strom vom Netz über das KVG oder VVG, die Glühwendel der Kathode, den Starter und die zweite Kathode. So werden die Kathoden vorgeheizt. Da aber die Glimm-Entladung im Starter nun durch das Bimetall kurzgeschlossen ist, kühlt sich dieses wieder ab und öffnet wenige Sekunden nach dem Schließen den Kontakt wieder. Durch das Unterbrechen des Stroms in der (recht großen) Induktivität des Vorschaltgeräts wird durch Selbst-Induktion in der Spule ein erheblicher Spannungs-Impuls zwischen den Enden der Leuchtstoffröhre induziert, wodurch ein Stromfluss durch die Gasfüllung der Röhre einsetzt (Bild 2.6).

Bild 2.3
Bild 2.3: Schaltung einer Leuchtstofflampe mit induktivem Vorschaltgerät und Glimmstarter
Bild 2.5
Bild 2.5: … Kontakt schließt Glimm-Entladung kurz; zugleich fließt Strom, durch das Vorschaltgerät begrenzt, über die Wendel …

Nach oben

Bild 2.4
Bild 2.4: Glimm-Entladung erwärmt die beiden Bimetall-Kontakte …
Bild 2.6
Bild 2.6: … Kontakt kühlt sich wieder ab und öffnet, Selbst-Induktionsstoß zündet die Lampe – hoffentlich!

Der Startvorgang mit dem suboptimalen üblichen Glimmstarter

Bild 2.7
Bild 2.7: Glimm-Entladung erwärmt Bimetall-Kontakte, Kontakt schließt Glimm-Entladung kurz, kühlt sich wieder ab und öffnet …

Das jedenfalls hofft man. Tatsächlich wird die Leuchte mit Wechselstrom gespeist, und ob der Augenblickswert des Stroms im Moment der Zündung, also des Öffnens des Bimetall-Kontakts, gerade groß genug ist, um einen hinreichend hohen Spannungs-Impuls zu induzieren, steht in den Sternen. Aber was nicht ist, kann ja noch werden. Neues Spiel, neues Glück. Da jetzt, wenn die Zündung misslingt, wieder die volle Netzspannung am Starter anliegt, kommt es erneut zur Glimm-Entladung, und einige Sekunden später erfolgt der nächste Versuch und so fort, bis einmal durch Zufall ein hinreichend großer Augenblickswert des Stroms getroffen wird. Dann erst setzt ein kleiner Stromfluss durch die Lampe ein, der sofort weitere Ladungsträger erzeugt, so dass die Leitfähigkeit der Gasfüllung mit zunehmendem Strom gemäß Bild 1.1 lawinenartig zunimmt. Der induktive Widerstand des Vorschaltgeräts verhindert jetzt, dass hierdurch auch der Strom lawinenartig anwächst bis zum großen Knall. Die Spannung am Starter, die zu jedem Zeitpunkt identisch ist mit dem Spannungsfall an der Lampe, ist nun so klein, dass keine Glimm-Entladung mehr einsetzt. Jedenfalls vorerst. Wenn die Lampe altert, steigt die Brennspannung, und irgendwann ist diese so hoch, dass es doch wieder zum Glimmen reicht (Wiederschließ-Spannung): Der Starter wird ausgelöst, obwohl die Lampe noch brennt, und schließt sie kurz. Damit ist sie aus – und wird natürlich gleich wieder gezündet. Fertig ist das Blitzlicht-Gewitter.

Bild 2.8
Bild 2.8: … und wenn das Spiel lange genug gelaufen ist, sieht man das dem Starter an (links; rechts ein ungebrauchtes Exemplar mit Entstör-Kondensator)

Statistisch ersetzt diese primitive, unsägliche Technik, die sich Glimmstarter nennt, also jeweils einen Startvorgang durch mehrere Startversuche, während gerade die Anzahl der Zündungen als Ausschlag gebender Alterungsfaktor gilt. Selbst in den Reihen der Beleuchtungs-Industrie hört der Glimmstarter daher auch auf den Spitznamen »industrieller Wackelkontakt«. Nichtsdestoweniger wendet man genau diese in Lebensdauer-Prüfungen von Leuchtstofflampen an und präsentiert dann stolz der Öffentlichkeit ein Ergebnis, das mit EVG (und Vorheizung, die beim EVG nicht selbstverständlich ist – s. Abschnitt 1.3) eine um 30% bis 40% längere Lampen-Lebensdauer vorweist. Das hätte man mit VVG und elektronischem Starter auch haben können.

Der Strom liegt während des Vorheiz-Vorgangs um etwa 35% über seinem Nennwert, da er nur durch die Drossel fließt (Bild 2.9, unten rechts) – und durch die beiden Glühdrähte, um sie vorzuheizen. Deren Spannungsfall ist aber gering, nur im Bereich um 10 V, während der große Spannungsfall durch die Gas-Entladungsstrecke noch kurzgeschlossen ist.

Bei einem alten, minderwertigen Vorschaltgerät, das offensichtlich zu nahe an der Eisensättigung arbeitete, wenn nicht sogar schon mitten darin, steigt der Vorheizstrom um deutlich mehr als die erwähnten 35% über den Nennstrom von 0,67 A, nämlich bis auf 1,15 A. Die Heizleistung jeder der beiden schon hellweiß leuchtenden Wendeln, hierbei – beim Vorheizen – in Reihe geschaltet, steigt auf 13,5 W. Dies verspricht deutlich mehr Hoffnung auf einen erfolgreichen Start, da die Wahrscheinlichkeit, beim Unterbrechen des Stroms einen ausreichend hohen Augenblickswert zu treffen, höher ist, während dieser Mindestwert gleichzeitig wegen der verstärkten Elektronen-Emission niedriger liegt.

Bild 2.9
Bild 2.9: Am Ende verschweißen die Kontakte, die Lampe verharrt im Dauer-Vorheiz-Betrieb, und selbst mit einem VVG der Klasse B1 verbraucht eine 58-W-Lampe in diesem nutzlosen Betriebszustand noch 33 W; mit einem noch für 220 V bemessenen KVG der Klasse D, das nun an 230 V betrieben wird, sogar 65 W!

Nach oben

Der Startvorgang mit dem optimalen elektronischen Starter

Leider trägt eine starke Überhöhung des Vorheizstroms auch zur vorzeitigen Alterung der Lampe bei, während die richtige Vorheizung eigentlich für einen möglichst geringen Einfluss der Anzahl Zündungen auf die Lampen-Lebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. Die weitaus bessere Wahl besteht in einem verbesserten induktiven Vorschaltgerät (VVG) mit reduzierten Verlusten, das systembedingt auch im Vorglüh-Betrieb mehr oder weniger im linearen Bereich des Eisens arbeitet, und einem elektronischen Starter, da elektronische Starter

  • genau nach der für die Lampen-Lebensdauer optimalen Zeit zünden,
  • an einem definierten Punkt der Phase (Stromscheitel) und somit immer erfolgreich ohne Flackern zünden,
  • nicht ersetzt werden müssen, wie es für Glimmstarter bei jedem Lampenwechsel empfohlen wird bzw. erforderlich ist, weil der Starter nach unentwegten Start-Versuchen ausgefallen ist (Bild 2.10),
  • keinen Reststrom durch irgendwelche Entstörkondensatoren führen, wie sie im Glimmstarter enthalten sind.
Bild 2.10
Bild 2.10: Start-Spannungsstoß (unten links), Einschalt- und Vorheizstrom einer 58-W-Lampe, Reihen 1 und 2 mit minderwertigem KVG, Reihen 3 und 4 mit VVG, Reihen 1 und 3 ohne und Reihen 2 und 4 mit serieller Kompensation, so genannter Duo-Schaltung

Auch verbesserte Glimmstarter bieten bereits eine um 20% verbesserte Lampenlebensdauer, doch über alle anderen Vorzüge der elektronischen Starter verfügt die Glimmtechnik natürlich nicht. Umso erstaunlicher, dass deren aufgepeppte Version ausgerechnet von einem weltweiten Lampen- und Elektronik-Konzern angeboten wird, der elektronische Starter aber nicht. Der Lebensdauer-Vorteil mit EVG jedenfalls schrumpft so auf 10% bis 20% (O-Ton des Anbieters: »Fast wie ein EVG!«).

Eine Vertiefung der Wirkungsweise eines solchen elektronischen Starters würde an dieser Stelle zu weit führen. Das Prinzip ist jedenfalls das gleiche wie bei den konventionellen (Bild 2.11): Ein Ruhekontakt, der eine bestimmte Zeit nach dem Anlegen der Spannung öffnet. Bild 2.9 zeigt den Strom beim Vorheizen und Zünden. In Reihe 2 und 4 liegt ein Kondensator in Reihe zu Lampe und Vorschaltgerät und mindert so den Vorheizstrom erheblich, was häufig als Nachteil angesehen wird. Wenn dies jedoch ein Nachteil ist, so liegt dies an der schlechten Auslegung vor allem des Vorschaltgeräts und ist nicht dem an sich hervorragenden Prinzip der Reihen-Kompensation (so genannte Duo-Schaltung, siehe Abschnitt »Kompensation«) anzulasten. Zwar fällt der erwähnte hohe Vorheizstrom eines schlechten KVG mit Reihen-Kompensation tatsächlich auf 0,676 A, was nur noch 60% des Werts ohne Serien-Kondensator entspricht. Dieselben Messungen jedoch, an einem VVG durchgeführt, ergeben Werte von 0,994 A im induktiven (unkompensierten) und 0,698 A im kapazitiven (kompensierten) Zweig, also liegt das Verhältnis immer noch bei 70%.

Zum Vergleich wurde nachfolgend mit einem Netzanalysator der Startvorgang aufgezeichnet, genauer gesagt die Spannung zwischen den Enden der Leuchtstofflampe. Der Spannungs-Eingang des Messgeräts wurde also an die beiden Pole des Starters gelegt, die mit denen der Röhre in Verbindung stehen. In Bild 2.13 ist mehr als deutlich zu erkennen, wie unstet der Startvorgang verläuft und wie viele nicht zum Erfolg führende Teil-Impulse erfolgen, ehe es endlich zur Zündung reicht.

In Bild 2.14 ist dagegen zu sehen, wie sauber ein solcher Start-Vorgang mit elektronischem Starter verlaufen kann und stets verlaufen wird. Diese Aufnahme kann man beliebig oft machen, und sie wird immer gleich aussehen: Es ergibt sich ein scharfer, hoher Impuls zu einem genau definierten Zeitpunkt.

Bild 2.11
Bild 2.11: Schaltung einer Leuchtstofflampe mit induktivem Vorschaltgerät und elektronischem Starter

Nach oben

Bild 2.12
Bild 2.12: Versuchsschaltung zur Aufzeichnung des Zünd-Impulses

Zum Vergleich wurde nachfolgend mit einem Netzanalysator der Startvorgang aufgezeichnet, genauer gesagt die Spannung zwischen den Enden der Leuchtstofflampe. Der Spannungs-Eingang des Messgeräts wurde also an die beiden Pole des Starters gelegt, die mit denen der Röhre in Verbindung stehen. In Bild 2.13 ist mehr als deutlich zu erkennen, wie unstet der Startvorgang verläuft und wie viele nicht zum Erfolg führende Teil-Impulse erfolgen, ehe es endlich zur Zündung reicht.

Bild 2.13
Bild 2.13: Starten einer T8-Lampe 58 W mit konventionellem Starter

In Bild 2.14 ist dagegen zu sehen, wie sauber ein solcher Start-Vorgang mit elektronischem Starter verlaufen kann und stets verlaufen wird. Diese Aufnahme kann man beliebig oft machen, und sie wird immer gleich aussehen: Es ergibt sich ein scharfer, hoher Impuls zu einem genau definierten Zeitpunkt.

Bild 2.14
Bild 2.14: Starten einer T8-Lampe 58 W mit elektronischem Starter

Nach oben

Die Startvorgänge und die Lebensdauer

Bild 2.15
Bild 2.15: Leuchtstofflampen in der Waschküche eines Wohnhauses mit induktiven Vorschaltgeräten und elektronischen Startern: Nur ein Lampenwechsel in über 30 Jahren

In der Waschküche eines Einfamilienhauses wurden um 1970 neue Leuchten installiert (Bild 2.15). Sie wurden gleich zu Anfang mit elektronischen Startern ausgestattet. Die erste Leuchtstoffröhre musste um das Jahr 2003 ausgewechselt worden und die zweite erst 2010. Die Starter natürlich auch nicht. Man erkennt, dass noch immer eine der alten 38 mm dicken T12-Lampen, die bereits 1980 durch die 28 mm dicken T8-Lampen abgelöst wurden, im Einsatz ist und funktioniert (Bild 2.16). Dabei dient die Waschküche gleichzeitig als Durchgang zu einem weiteren Kellerraum, so dass das Licht relativ häufig geschaltet wird, im Schnitt etwa 5 Mal am Tag, während die mittlere Betriebszeit mit etwa einer Stunde täglich relativ gering ist. Somit hat diese Lampe bislang etwa 10.000 Betriebsstunden und 50.000 Zündungen hinter sich.

Die Lebensdauer von Leuchtstofflampen wird in der Regel mit dem in der IEC 60081 angegebenen Prüfzyklus bestimmt, nach dem die Systeme jeweils für 2:45 h ein- und für 15 min ausgeschaltet werden. Die dabei verwendeten Starter, so heißt es dort, müssten der Norm IEC 60155 entsprechen. Diese wiederum bezieht sich auf Glimmstarter, und somit bezieht sich der für den Betrieb an VVG angegebene Wert der Lampen-Lebensdauer auf Zündung durch Glimmstarter.

Entscheidend für die praktische Lebensdauer der Lampe bzw. für den Einfluss der Start-Vorgänge aber ist die optimale Vorheizung. Für den Betrieb derselben Lampe an einem Warmstart-EVG wird ein Lebensdauer-Vorteil von manchmal 30%, manchmal 50% angegeben. Angaben für den Betrieb an Sofortstart-EVG findet man dagegen nicht, obwohl diese die Standard-Anwendung darstellen. Beim VVG wählt man den umgekehrten Weg und setzt den – leider sehr niedrigen – Standard des Glimmstarters als die Messlatte der Norm.

Bild 2.16
Bild 2.16: Abnehmen der Abdeckung bringt es an den Tag: Eine der zwei Lampen ist im Jahr 2004 noch von alter T12-Bauart, brennt aber noch immer

Allerdings wird von einigen Fachleuten der Vorglüh-Vorgang auch am Warmstart-EVG nur als lauwarm angesehen. Zur optimalen Lampenschonung, heißt es dort, müssten die Kathoden schon 2 s lang vorgeheizt werden, und der Vorglühstrom sei auch nicht immer das, was er sein sollte, doch eine derart lange Vorwärmzeit scheint dem Nutzer heute wohl nicht mehr zumutbar zu sein.

Dem Hersteller der Lampen auch nicht, denn nach Angaben von Philips hält eine Dreibanden-Leuchtstofflampe im Dauerbetrieb ohne Schalten um 60.000 h und im Norm-Zyklus, also mit 8 Schaltungen täglich, um 15.000 h. Eine Einbanden-Lampe schafft etwa die Hälfte dieser Werte, spezielle Longlife-Typen können es auf mehr als das Doppelte bringen – mit allem Vorbehalt, denn ehe eine mehrjährige Erfahrung vorliegt, müssen zwangsläufig mehrere Jahre vergehen. Ob die gerade eben erst vervollständigte Erfahrung bis dahin noch aktuell ist, die betroffenen Typen also in dieser Ausführung überhaupt noch lieferbar sind, ist eine andere Frage.

Die dritte Frage ist, wie lange eine Leuchtstofflampe denn nun hält, wenn sie wirklich optimal vorgeglüht wird. Keine Frage ist es dagegen, dass der herkömmliche Glimmstarter weit hinter dieses Optimum zurück fällt, da er, wie ausgeführt, einen Start-Vorgang durch mehrere Start-Versuche ersetzt und so die Zahl der Start-Vorgänge vervielfacht. Auch derjenige Versuch, der letztendlich zum Erfolg führt, kann nur in seltenen Glücksfällen optimal verlaufen sein. Vielmehr wird oftmals der Augenblickswert des Stroms im Moment der Zündung nur gerade eben statt mit Glanz ausreichen, was den Glühwendeln wiederum zusetzt. Der unvermeidliche Entstör-Kondensator im Starter dämpft den Impuls, rundet ihn ab, nimmt ihm also die Spitze und mindert so die Wirksamkeit. Wie groß ist folglich das Verbesserungs-Potenzial »anderer als Glimmstarter« gemäß IEC 60927, etwa elektronischer Starter, die, abhängig u. a. von der Umgebungstemperatur, immer nach optimaler Vorglühzeit und immer am Stromscheitel und daher immer im ersten Versuch erfolgreich und mit größtmöglicher Impulshöhe zünden? Auch hierzu fehlen Angaben der Industrie. Selbst die Hersteller solcher Starter haben keine, weil diese Firmen klein und entsprechende normgemäße Untersuchungen dem Aufwand gemäß teuer sind.

Wenn aber die gängigsten Lampentypen im Dauerbetrieb 4 Mal so lange halten wie im Norm-Zyklus, dann erlaubt dies den Schluss, dass bei der o. g. Norm-Schalthäufigkeit von 1 Mal je 3 h nur 1/4 des Lampen-Verschleißes auf die eigentliche Erzeugung von Licht, aber 3/4 auf das Konto der Schaltungen gehen. Darüber hinaus gibt es immerhin einige Hinweise und Erfahrungen zur weitaus überlegenen Lampenschonung durch elektronische Starter.

Bild 2.17
Bild 2.17: Messe-Demo – unten rechts wurden sowohl Lampe als auch Starter schon 12 bis 14 Mal ersetzt, oben links noch nie

So muss an der regelmäßig auf Fachmessen ausgestellten Demonstrationstafel eines Herstellers die am Glimmstarter betriebene Lampe (Bild 2.17 unten rechts) – samt dem Starter – nach jeweils zwei Messen ausgewechselt werden. Die Lampen werden hier in dem extrem schnellen, nach IEC 60155 zur Prüfung von Startern vorgesehenen Schaltrhythmus betrieben, also 40 s ein und 20 s aus. Die Lampe hat dadurch etwa 6.000 Zündungen hinter sich. Dann ist regelmäßig entweder eine der Glühwendeln durchgebrannt, oder die Starterkontakte sind verschweißt, so dass die Sicherung des Sicherungsstarters anspricht, oder die Lampe flackert nur noch statt durchgehend zu brennen, was ebenfalls die Startersicherung auslöst und die Lampe still setzt.

Die mit elektronischem Starter betriebene Lampe hat hingegen nach inzwischen 25 Messe-Auftritten (in nur etwa 1300 Brennstunden) annähernd 120.000 Starts überstanden, ist noch immer intakt und kaum geschwärzt (Bild 2.17 oben links). Hiervon abweichend ist der Lampentest nach IEC 60081, wenn er mit Glimmstartern zu einer Lebensdauer von 15.000 h führt, bei einer Netto-Betriebszeit von 2:45 h je 3 h Brutto-Versuchsdauer mit einer Gesamtdauer von 16.364 h verbunden. In diesen Zeitraum fallen also 5.455 Starts, die, wie ausgeführt, für 3/4 der Alterung verantwortlich zeichnen. Noch 1/4 drauf, und die Leuchtstofflampe wäre also theoretisch nach 7.264 Glimmstarts schon »erledigt«, ohne überhaupt gebrannt zu haben. Einen Moment muss sie dazwischen natürlich immer gebrannt haben – wenigstens ausreichend lange, um die erfolgreiche Zündung nachzuweisen. Dies deckt sich recht genau mit der Beobachtung an der Messetafel. Waren es dort nicht »ungefähr 6.000 Starts«, sondern genau 7.264 Starts in 81 h Betrieb, so liegt dieser Punkt zusammen mit den beiden Punkten »5.455 Starts bei 15.000 h« und »60.000 h bei nur einem Start« genau auf der in Bild 2.18 dargestellten schwarzen Geraden.

Es lässt sich also – bei aller Vorsicht wegen fehlender Daten – aus den vorliegenden Beobachtungen folgern, dass im Normzyklus mit einer Ein- und einer Ausschaltung in jeweils 3 Stunden der größte Teil der Alterung handelsüblicher Leuchtstofflampen auf das Konto der Start-Vorgänge geht. Bei Verwendung derselben Lampe und desselben VVG jedoch trägt die Schalthäufigkeit ganz offensichtlich so gut wie überhaupt nicht zur Alterung bei, sobald der Glimmstarter durch einen elektronischen ersetzt wird! Dies gilt selbst dann noch, wenn die hier zu Grunde liegenden »unwissenschaftlichen« Ad-Hoc-Werte z. B. um den Faktor 4 »zu gut« liegen sollten – einschließlich der hier nur beispielhaft genannten Preise.

Der Vorteil bei der Lampen-Lebensdauer, den EVG üblicherweise für sich beanspruchen, nimmt sich im Vergleich hierzu äußerst marginal aus. Der Effekt der längeren Gebrauchsdauer der gleichen Lampe am EVG liege u. a. auch darin begründet – so wird argumentiert – dass die elektronische Regelung des EVG den Lampenlichtstrom konstant – oder zumindest doch »konstanter« – halte als das passive VVG. Dadurch bleibe die vorgeschriebene Mindest-Beleuchtungsstärke länger erhalten. Dies ignoriert zum Einen schon wieder den Umstand, dass, wenn man nachmisst, die Lampe am VVG anfangs heller ist als am EVG (siehe Abschnitt »VVG effizienter als EVG?«). Damit man das nicht merkt, werden die Diagramme immer in Prozent des Anfangs-Lichtstroms angegeben. Tatsächlich aber liegt der Anfangswert als normative Messlatte beim EVG niedriger.

Bild 2.18
Bild 2.18: Lebensdauer handelsüblicher Dreibanden-Leuchtstofflampen in Abhängigkeit von der Anzahl der Startvorgänge und der eingesetzten Betriebsgeräte

In einer Informationsbroschüre des Fachverbands Licht im ZVEI findet sich eine solche Gegenüberstellung der Lichtstromkurven von T8-Leuchtstofflampen an VVG und an EVG. Eigenartigerweise gleichen sich die beiden Diagramme weit mehr noch als ein Ei dem anderen, sondern sie sind vielmehr bis auf das i-Tüpfelchen bzw. jedes einzelne Pixel identisch. Man möchte an einen Druckfehler, eine Verwechslung, glauben, doch hat das denn seit 2005 niemand bemerkt? Die anderen Diagramme weisen immerhin ihre Unterschiede auf. Bei diesen wiederum hat man aber darauf geachtet, einen Mittelwert aus einer Duo-Schaltung von 50% induktiv und 50% kapazitiv betriebenen Lampen anzugeben. Während dessen jedoch drängte gerade eben dieser ZVEI zu gerade eben jener Zeit darauf, die Duo-Schaltung möglichst nicht mehr zu verwenden (statt die Kapazitäts-Vorgaben zeitgemäß anzupassen – etwa an 230 V statt 220 V Netzspannung, 58 W statt 65 W Lampenleistung sowie viel engere Toleranzen bei Lampen, VVG und Startern – vgl. Abschnitt zur Kompensation. So aber werden die neuen Lampen mit alten Kondensatoren im kapazitiven Zweig erheblich überlastet.

Hätte man jeweils getrennte Diagramme für den induktiven und den kapazitiven Zweig einer Duo-Schaltung aufgeführt, wie es korrekt gewesen wäre, wäre auch gleich deutlich geworden, warum die Duo-Schaltung abgeschafft werden sollte. Allerdings wäre auch in Erscheinung getreten, dass der induktive Zweig, optional parallel kompensiert wie von eben diesem ZVEI seither empfohlen, nahezu die gleiche Lebensdauer bietet wie das Warmstart-EVG.

In einem alten Bericht von 1995 aus dem Hause Philips jedoch, der zudem »nur zum internen Gebrauch bestimmt« war, wurden die Systeme noch getrennt protokolliert. Hier wurden für den Betrieb am Warmstart-EVG genau 16.000 Betriebsstunden – mit einer geringen Streuung von etwa ±10% – ermittelt. Die nicht kompensierte Gruppe mit KVG und Glimmstarter erreichte ziemlich genau 15.000 h. Das sind sage und schreibe 7% Vorteil für das Warmstart-EVG! Dafür erreichte die Gruppe mit Kaltstart-EVG nur 13.000 h, also sogar 15% weniger Lebensdauer als mit dem unsäglichen Glimmstarter zu erreichen war (Bild 2.18)! Die ungünstige kapazitive KVG-Schaltung mit dem zu großen Kondensator erreichte mit 12.000 h nur unwesentlich weniger.

Es darf mit ziemlicher Sicherheit davon ausgegangen werden, dass eine bessere Vorglühung als die gegenwärtig auf dem Markt angebotene auch beim EVG technisch möglich und mit Blick auf die gesamten Betriebskosten einer Anlage zudem wirtschaftlich vernünftig wäre. Ab wann nun genau das Ausschalten des Lichts sich wirklich lohnt, abhängig von Kaltstart- oder Warmstart-EVG bzw. elektronischem oder Glimmstarter, wird im Abschnitt »Gerücht« noch einmal genauer untersucht. Eine Industrie aber, die sowohl Lampen als auch EVG verkauft, mag noch eine positive Bilanz ziehen, wenn sie je Leuchte ein EVG für 30 € pro Stück verkauft und dafür 1/3 des Umsatzes mit Ersatzlampen zu je 3 € pro Stück verliert. Einen Wegwerf-Starter für 30 Cent jedoch durch einen elektronischen für 3 € zu ersetzen, der eine ähnliche Lebensdauer aufweist wie das zugehörige VVG für 12 €, nämlich näherungsweise so lange wie das ganze Gebäude steht, und dafür den EVG-Markt vollständig sowie etwa 70% des Lampen-Ersatzmarkts zu opfern, das rechnet sich zwar für den Anwender, nicht aber für die Lampen und EVG herstellende Industrie.

Nach oben

Betrieb

Bild 2.19
Bild 2.19: Spannung und Strom einer 58-W-Leuchtstofflampe theoretisch …

Angenommen, die Spannung sei von irgendwelchen verzerrten Stromkurven nicht betroffen und daher noch sinusförmig, was man heute kaum noch vorfindet, so sehen die aus Bild 1.1 und der zu Grunde liegenden Formel abgeleiteten Kurven so aus wie die in Bild 2.19:

Natürlich verzerrt das extrem unlineare Verhalten der Lampe den Verlauf der zwischen den beiden Wendeln anliegenden Spannung erheblich, da der Spannungsfall gerade beim Stromscheitel am niedrigsten ist. Dennoch vermag diese Spannung den Stromverlauf nicht nennenswert zu verformen, da die Lampenlast mit der erheblichen Induktivität des Vorschaltgeräts, hier ≈780 mH, in Reihe liegt, die die Verzerrung, also höhere Frequenz-Anteile des Stroms, unterdrückt. Somit sieht die Stromkurve nahezu sinusförmig aus, abgesehen von einem Knick in jedem Nulldurchgang. Natürlich beobachtet man einen großen zeitlichen Abstand zwischen Spannungsscheitel und Stromscheitel, was für einen großen Anteil an Grundschwingungs-Blindleistung steht, doch dies stellt bei Weitem das kleinere Problem dar. Wirkliche Netzqualitäts-Probleme treten erst auf, wenn die Ströme in einer Anlage erheblich verzerrt sind, also hohe Oberschwingungs-Anteile enthalten. Bild 2.20 zeigt, dass diese charakteristischen Kurvenformen an der Lampe nicht nur im theoretischen Rechenmodell auftreten, sondern sich auch praktisch messen lassen.

Bild 2.20
Bild 2.20: …und in der Praxis
Bild 2.21
Bild 2.21: Ein EVG ist nicht standardmäßig dimmbar

Nach oben

Dimmbarkeit und ihr Preis

Es hat diverse Techniken zum Dimmen von Leuchtstofflampen mit KVG gegeben, vom Phasen-Anschnitt bis hin zum Betrieb einer kompletten Beleuchtungs-Anlage mit variabler Frequenz mittels eines Umrichters. Die Probleme bestanden, vor allem im ersteren Falle, im beim Herunterdimmen zunehmenden Flackern und darin, die Lampe am vollständigen Verlöschen zu hindern. Methoden wie Längselektroden parallel zur Leuchtstoffröhre und permanente Elektrodenheizung waren die angewandten Lösungen, wovon die letztere den Wirkungsgrad herab setzt und Dimmbarkeit als Energiespartechnik daher fragwürdig erscheinen lässt. Die variable Frequenz unterschied sich nicht so sehr von heutigen Techniken, nur waren die Frequenzen wesentlich niedriger, und das KVG wurde zusätzlich immer noch benötigt. Bei 50 Hz wurde die volle Leistung in die Lampe gespeist, doch mit steigender Frequenz wurde die Impedanz der KVG höher, und die Lampenleistung fiel entsprechend, während die an der gesamten Leuchte anliegende Spannung weit gehend stabil blieb. Deshalb und wegen der bei geringer Leistung höheren Frequenz war der Lichtstrom auch stabiler als bei Phasen-Anschnitt, doch alles in allem war die Methode nicht so viel billiger als jede Leuchte für sich mit einem dimmbaren EVG auszustatten. Eine neue Technik zur Dimmung von Leuchtstofflampen mit KVG / VVG wird derzeit in Kanada entwickelt , die viel versprechend erscheint, jedoch noch nicht kommerziell verfügbar ist. Somit ist heutzutage, sofern Dimmbarkeit gewünscht wird, das EVG die Lösung der Wahl, obgleich hierbei auf den Bereitschafts-Verbrauch geachtet werden muss (Abschnitt 7.9)! Zudem ist ein EVG nicht selbstverständlich dimmbar (Bild 2.21), wie manchmal angenommen wird, sondern verdoppelt vielmehr noch einmal den im Vergleich zu einem guten VVG ohnehin schon recht hohen Preis (Tabelle 2.1). Die zitierten Stückpreise gelten für eine gewöhnlich um 20 Stück beinhaltende Verpackungs-Einheit, und für große Lieferlose lassen sich hierauf noch einmal Rabatte bis höchstens 50% erzielen. Für Erstausrüster-Ware, die in riesigen Stückzahlen an die Leuchten-Hersteller geht, werden mitunter noch wesentlich günstigere Preise berechnet. Leider führt dies dazu, dass die betreffenden Leuchten dann standardmäßig mit EVG ausgerüstet sind und an Kunden, die keine riesigen Stückzahlen abnehmen, auch auf noch so sehr berechtigten Wunsch (s. Abschnitt »Mögliche Störungen bei EVG«) nicht anders geliefert werden.

Tabelle 2.1
Tabelle 2.1: Katalogpreise für ein Vorschaltgerät 230 V, 50 Hz, 58 W

Die Preise gelten für Ausführungen mit Warmstart-Einrichtung und der so genannten Cut-Off-Technologie, die den Vorheizstrom im normalen Betrieb abschaltet. Ein Kaltstart-EVG ohne Cut-Off wird für 47,50 € angeboten. Warmstart- und Cut-Off-Fähigkeit werden beim EVG als Besonderheit hervorgehoben, während beides bei den hiermit verglichenen KVG und VVG systembedingt selbstverständlich ist, welchen Starter man auch immer wählt.