Wie funktionieren Lichterketten?

Ende November – mit Riesenschritten geht es auf Weihnachten zu. Also habe ich gestern mal die Lichterkette vom letzten Jahr aus dem Keller geholt, um zu sehen, ob sie noch funktioniert. Stecker rein – die Lämpchen leuchteten. Alle, bis auf eins. Komisch, dachte ich, wie kann das sein? Die Lichterkette ist doch eine Reihenschaltung. Und wenn ein Lämpchen kaputt ist, ist doch der Stromkreis unterbrochen und es kann gar kein Strom mehr fließen! Irgendetwas muss also an den Lämpchen der Lichterkette anders sein als an den kleinen Glühlämpchen, die ich normalerweise zum Experimentieren verwende.

Wenn beim Ausfall eines Lämpchens die gesamte Lichterkette dunkel bliebe, hätte man ja keine Chance, das defekte Lämpchen zu finden und auszutauschen. Deshalb haben sich die Lichterkettenhersteller etwas einfallen lassen. Sie bauen so genannte Strombrücken in die Lämpchen der Lichterketten ein. Diese Strombrücken sind parallel zum Glühfaden geschaltet. Bricht der Glühfaden, fließt der Strom stattdessen über die Strombrücke. Dadurch leuchten die anderen Lämpchen der Lichterkette nach dem Ausfall eines Lämpchens weiter.
Die Lichterkettenhersteller verbauen in ihren Produkten unterschiedliche Arten von Strombrücken.

Spannungsabhängige Widerstände – so genannte Varistoren – werden zum Beispiel erst leitfähig, wenn eine definierte Spannung überschritten wird. Ist das Lämpchen intakt, fließt fast der gesamte Strom über den Glühfaden. Die Spannung am Varistor ist dann so gering, dass er nicht elektrisch leitet. Sobald jedoch der Glühfaden bricht, liegt die volle Spannung am Varistor an. Dadurch wird er elektrisch leitfähig und überbrückt als Strombrücke den defekten Glühfaden.

So genannte Heißleiter (auch NTC-Widerstand) leiten elektrischen Strom bei hohen Temperaturen besser als bei tiefen Temperaturen. Als Strombrücke sind auch sie zunächst nicht leitfähig. Bricht jedoch der Glühfaden des Lämpchens, liegt die volle Spannung am Heißleiter an. Er wird warm, elektrisch leitfähig und überbrückt den gebrochenen Glühfaden.

Vielfach werden aber auch Aluminiumdrähte als Strombrücken verwendet, die mit einer dünnen, isolierenden Oxidschicht versehen sind. Die beschichteten Drähte sind um die Halterungen des Glühfadens gewickelt. Solange der Glühfaden intakt ist, trennt die Oxidschicht Aluminiumdraht und Glühfadenhalterung. Bricht der Glühfaden, wird die Spannung zwischen Aluminiumdraht und Glühfadenhalterung so groß, dass die isolierende Oxidschicht durchschlagen wird. Die bisher voneinander isolierten Metalle verschweißen und werden elektrisch leitfähig.

Unabhängig von der Art der verbauten Strombrücke, sollten defekte Lämpchen so schnell wie möglich ersetzt werden, um Brandgefahr durch Überhitzung vorzubeugen. Das gilt übrigens auch für Lichterketten mit LED-Kerzen statt Glühlämpchen-Kerzen.

Damit ist also geklärt, warum die Lichterkette leuchtet, obwohl ein Lämpchen defekt ist.
Im Unterricht werden Lichterketten ja häufig als Einstieg in die Themen „Stromkreis” oder „Reihenschaltung” herangezogen. Dabei sollte man als Lehrperson das Vorhandensein der Strombrücken stets im Hinterkopf haben. Denn anders als beim Experiment auf dem Schülertisch gelingt bei Lichterketten das Unterbrechen des Stromkreises nur durch Herausdrehen eines Lämpchens, nicht aber durch ein kaputtes Lämpchen.

Das Material und verständliche Anleitungskarten zum Aufbau einfacher Stromkreise, für Reihenschaltung, Parallelschaltung und weitere anschauliche Experimente zum elektrischen Strom enthält der → Experimentierkasten „Elektrizität & Magnetismus II” von → EMS Kraus.

Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Strombr%C3%BCcke (Stand 18.11.2018)
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0208032.htm (Stand 18.11.2018)
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0208031.htm (Stand 18.11.2018)