Weihnachtsbeleuchtung ist ein großer Teil der Weihnachtszeit. Wenn Sie im November und Dezember unterwegs sind, können Sie überall LED Lichterketten außen sehen - an Weihnachtsbäumen, Häusern, Sträuchern, Büschen und sogar an einem gelegentlichen Auto! Haben Sie sich jemals gefragt, wie diese Lichter funktionieren? Warum geht dann, wenn man eine der Glühbirnen herauszieht oder zerbricht, die ganze LED Lichterkette mit Fernbedienung aus? Und wie entstehen die Lichter, die in verschiedenen Farbmustern aufeinander folgen?

Wenn Sie in die Zeit vor 30 oder 40 Jahren zurückgehen und sich ansehen würden, wie Menschen ihre Häuser und Bäume mit Licht dekorieren, würden Sie feststellen, dass die meisten Menschen kleine 120-Volt-Glühlampen verwendeten. Jede Glühbirne war eine 5- oder 10-Watt-Glühbirne, wie man sie in einem Nachtlicht findet. Man kann heute noch Stränge dieser Glühbirnen finden, aber sie sind aus drei Gründen nicht mehr sehr verbreitet:

l Sie verbrauchen viel Energie. Wenn Sie einen Strang von 50 5-Watt-Birnen haben, verbraucht der Strang 250 Watt! Bedenke, dass die meisten Menschen zwei oder drei Stränge brauchen, um einen Baum zu machen und fünf oder zehn Stränge, um ein Haus zu beleucgteb, und wir sprechen über eine Menge Energie!

l Weil die Glühbirnen so viel Strom verbrauchen, erzeugen sie viel Wärme. Beim Einsatz in Innenräumen erzeugen drei Stränge mit 250 Watt pro Strang so viel Wärme wie eine 750 Watt Raumheizung! Die Wärme der einzelnen Glühbirnen kann auch Dinge schmelzen lassen.l Sie sind teuer. Sie können ein 10er-Pack Miniatur-Lampen für etwa einen Dollar in diesem Jahr kaufen. Die großen Glühbirnen könnten fünf- bis zehnmal mehr kosten.Der einzige Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass ein Lampenausfall absolut keinen Einfluss auf den Rest der Glühlampen hat. Das liegt daran, dass ein 120-Volt-Glühlampensystem die Glühlampen parallel stellt, so wie hier:Sie können zwei, 20 oder 200 Glühbirnen in einem Strang haben, der parallel geschaltet ist. Die einzige Grenze ist die Strommenge, die die beiden Leitungen tragen können.In diesem Artikel werden wir uns mit Weihnachtsbeleuchtung beschäftigen, damit Sie alles darüber verstehen können, angefangen bei energiesparenden Weihnachts-Mini-Lampen.

Weihnachten Mini-Lichter

In den 1970er Jahren erlebte die dekorative Beleuchtung eine Revolution: Mini-Leuchten wurden eingeführt. Sie dominieren heute den Markt, wenn es um Lichtketten geht. Eine Mini-Leuchte ist eine kleine, 2,5-Volt-Glühlampe, die so aussieht:Diese Glühbirnen unterscheiden sich nicht wesentlich von einer Glühbirne (Details siehe unten).Da Sie diese 2,5-Volt-Mini-Leuchten an eine 120-Volt-Steckdose anschließen, ist die naheliegende Frage: "Wie kann das funktionieren?"Der Schlüssel zur Verwendung dieser kleinen Niedervoltglühlampen mit normalem Hausstrom liegt in der Reihenschaltung. Wenn man 2,5 Volt mit 48 multipliziert, erhält man 120 Volt, und das ist ursprünglich, wie viele Glühbirnen die Ketten hatten. Ein typischer Strang fügt heute zwei weitere Glühbirnen hinzu, so dass es 50 Lichter in dem Strang gibt - eine schöne runde Zahl. Das Hinzufügen der beiden Extra-Glühbirnen dimmt das Set unmerklich, so dass es keine Rolle spielt. Die Lichter in einem 50-Glühbirnen-Strang werden so geschaltet:

Sie können jetzt sehen, warum Mini-Lichterketten so empfindlich auf das Entfernen einer Glühbirne reagieren. Es unterbricht den Stromkreis, so dass keine der Glühbirnen leuchten kann! Bei der ersten Einführung von Mini-Leuchten würde jede ausbrennende Glühbirne den gesamten Strang verdunkeln. Heute können die Glühbirnen ausbrennen und die Kette bleibt beleuchtet, aber wenn man eine der Glühbirnen aus der Fassung zieht, wird der ganze Strang dunkel. Dieser Unterschied im Verhalten tritt auf, weil die neuen Glühlampen einen internen Shunt enthalten, wie hier gezeigt:

Wenn man sich eine Glühbirne genau ansieht, sieht man den Shuntdraht, der um die beiden Pfosten innerhalb der Birne gewickelt ist. Der Shuntdraht enthält eine Beschichtung, die ihm einen ziemlich hohen Widerstand verleiht, bis das Filament versagt. An diesem Punkt verbrennt die durch den Stromfluss durch den Shunt verursachte Wärme die Beschichtung und reduziert den Widerstand des Shunts. (Eine typische Glühbirne hat einen Widerstand von 7 bis 8 Ohm durch das Filament und 2 bis 3 Ohm durch den Shunt, sobald die Beschichtung abbrennt.)Obwohl Sie einfache 50-Glühlampen-Lichterketten wie die oben gezeigte kaufen können, ist es üblicher, 100- oder 150-Glühlampen-Stränge zu sehen. Diese Ketten sind einfach zwei oder drei 50-Glühbirnenständer parallel, so wie hier:

Wenn Sie eine der Glühbirnen entfernen, erlischt Ihre 50-Glühbirnen-Kette, aber die restlichen Stränge bleiben davon unberührt. Wenn Sie sich eine so verdrahtete Litze ansehen, werden Sie feststellen, dass ein dritter Draht entlang der Litze verläuft, entweder vom Stecker oder von der ersten Lampe. Dieser Draht stellt die Parallelschaltung über die Leitung sicher.

Die großen Vorteile der Mini-Glühlampenlitzen sind die geringe Leistung (ca. 25 Watt pro 50-Glühlampenlitze) und die niedrigen Kosten (die Glühlampen, Fassungen und Kabel sind alle viel günstiger als ein 120-Volt-Parallelsystem). Der große Nachteil ist das Problem der losen Glühbirnen. Wenn es keinen Shunt in der Fassung gibt, führt eine lose Glühbirne zum Ausfall der gesamten 50-Glühbirnen-Litze. Es ist nicht schwer, eine lose Glühbirne zu haben, da die Fassungen ziemlich schwach sind. Es gibt jetzt Tester auf dem Markt, die helfen können, lose Glühbirnen schneller zu finden, und sie kosten nur $3 bis $4. Sie richten den Tester auf jede Glühbirne und er sagt Ihnen, welche Glühbirne lose ist (siehe diese Frage des Tages für Details).

Im nächsten Abschnitt werden wir einen Blick darauf werfen, wie Blinklichter funktionieren.Es gibt zwei verschiedene Techniken, die verwendet werden, um blinkende Lichter zu erzeugen. Die eine ist grob und die andere anspruchsvoll.Die grobe Methode beinhaltet die Installation einer speziellen Blinkerlampe an jeder beliebigen Stelle im Strang. Eine typische Blinkerlampe ist hier abgebildet:

Das zusätzliche Metallstück an der Oberseite ist ein Bimetallstreifen (siehe Funktionsweise von Thermometern für Details zu Bimetallstreifen). Der Strom fließt vom Band zum Pfosten, um den Glühdraht zu beleuchten. Wenn der Glühdraht heiß wird, verbiegt sich das Band, unterbricht den Strom und löscht die Glühbirne. Wenn das Band abkühlt, biegt es sich zurück, schließt den Pfosten wieder an und beleuchtet das Filament wieder, so dass sich der Zyklus wiederholt. Wann immer diese Blinkleuchte nicht leuchtet, bekommt der Rest der Litze keine Leistung, so dass die gesamte Litze im Gleichtakt blinkt. Offensichtlich haben diese Glühbirnen keinen Shunt (wenn sie es täten, würde der Rest der Litze nicht blinken), so dass, wenn die Blinkerlampe ausbrennt, der Rest der Litze nicht leuchtet, bis die Blinkerlampe ersetzt ist.

Die anspruchsvolleren Lichtsets sind jetzt mit 16 Funktionssteuerungen ausgestattet, die das Licht in allen möglichen interessanten Mustern steuern können. In diesen Systemen finden Sie typischerweise eine Controllerbox, die vier separate Stränge von Mini-Birnen ansteuert. Die vier Stränge sind verschachtelt und nicht nacheinander angeordnet. Wenn Sie jemals eine der Controller-Boxen auseinander nehmen, werden Sie feststellen, dass es sehr einfach ist. Es enthält eine integrierte Schaltung und vier Transistoren oder Triacs - einen zum Antreiben jedes Strangs.

Minilampen-Taschenlampen

Wenn Sie eine Minilampe an eine normale AA-Batterie anschließen, leuchtet die Lampe wie eine Taschenlampenbirne. Sie wird jedoch schwach sein, da die Lampe 2,5 Volt und nicht die 1,5 Volt erwartet, die die LED Lichterkette Batterie erzeugt. Sie können zwei Outdoor Licherkette Batterien zusammensetzen, um 3 Volt zu erzeugen, oder Sie können die Lampe an eine 9-Volt-Batterie anschließen, wie hier gezeigt.Da Sie die Glühbirne mit einer deutlich höheren Spannung betreiben, als sie erwartet, brennt sie extrem hell und hält nicht sehr lange (vielleicht 30 Minuten oder eine Stunde).Für weitere Informationen über Weihnachtsbeleuchtung und alle Arten von verwandten Themen, besuchen Sie die Links auf der nächsten Seite.Zwei neue Entwicklungen im Bereich der Weihnachtsbeleuchtung sind LED-Leuchten und Weihnachtsprojektoren.

LED-Lichter

Henry Joseph Round wurde die Entdeckung der Leuchtdiode (LED) im Jahr 1907 zugeschrieben, aber erst in den 1960er Jahren wurden LEDs kommerziell eingesetzt. LED-Leuchten haben keine Glühwendel, die ausbrennen und erzeugen Licht, ohne Wärme zu erzeugen. LEDs werden durch Elektronen beleuchtet, die sich in einem Halbleitermaterial bewegen. Die ersten LED-Weihnachtsleuchten wurden 1998 verkauft, und bis Mitte der 20er Jahre wurden die Weihnachtsbäume sowohl im U.S. Capitol als auch im Rockefeller Center ausschließlich mit LED-Lampen beleuchtet [Quelle: Gardner]. Obwohl sie die Verbraucher im Voraus mehr kosten, verbrauchen LED-Leuchten 80 Prozent weniger Energie und halten viel länger als herkömmliche Glühlampen [Quelle: Wood and Gerrity]. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass diese Leuchten oft programmierbar sind, so dass der Benutzer die Farbe der Leuchten ändern und verschiedene Blinkmodi auswählen kann. Sie sind auch in einer Vielzahl von Formen und Stilen erhältlich.

LED-Feiertags-Projektoren

Laserprojektoren sind nicht mehr nur für Nachtclubs gedacht. Jetzt kann Ihr Haus den ganzen kaleidoskopischen Spaß miterleben! Holiday-Projektoren tauchten erstmals 2015 auf dem US-Markt auf [Quelle: Kavilanz]. Wenn diese Projektoren auf ein Haus gerichtet sind, erzeugen sie Spezialeffekte wie Schneefall oder ein fliegendes Rentier. So funktionieren sie: Das Licht wird durch eine Linse geleitet, die vergrößert und ein Bild darstellt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Projektoren, die Glühbirnen verwenden, verwenden Laserprojektoren LEDs zur Erzeugung des Lichts [Quelle: Poretsky]. Feiertags-Laserprojektoren sind beliebt, weil sie einfacher einzurichten sind als LED Lichterketten mit Fernbedienung, besonders bei der Dekoration von Dächern.

Diese Projektoren können jedoch den Flugverkehr stören, wenn sie nicht richtig eingesetzt werden. Zum 30. Juni 2017 gab es 2.933 Laserunfälle mit Flugzeugen, die der FAA gemeldet wurden, weniger Vorfälle als 2016, aber mehr als 2015 [Quelle: Patrick Murphy]. Wenn Laser auf Flugzeuge treffen, können der Pilot und andere Besatzungsmitglieder vorübergehende Blindheit, Kopfschmerzen und tränende Augen haben. Es ist wichtig, dass die Verbraucher diese Projektoren direkt auf ihr Zuhause richten, nicht auf den Himmel