Eine Lampe ist ein Energiewandler. Obwohl es sekundäre Funktionen erfüllen kann, ist sein Hauptzweck die Umwandlung elektrischer Energie in sichtbare elektromagnetische Strahlung. Es gibt viele Möglichkeiten, Licht zu erzeugen. Das Standardverfahren zur Erzeugung von Allgemeinbeleuchtung ist die Umwandlung elektrischer Energie in Licht.

Arten von Licht

Glühen

Wenn Festkörper und Flüssigkeiten erhitzt werden, geben sie bei Temperaturen über 1,000 K sichtbare Strahlung ab; dies wird als Glühen bezeichnet.

Eine solche Erwärmung ist die Grundlage der Lichterzeugung in Glühlampen: Ein elektrischer Strom fließt durch einen dünnen Wolframdraht, dessen Temperatur je nach Lampentyp und Anwendung auf etwa 2,500 bis 3,200 K ansteigt.

Dieser Methode ist eine Grenze gesetzt, die durch das Plancksche Gesetz für die Leistung eines schwarzen Strahlers beschrieben wird, wonach die spektrale Verteilung der abgestrahlten Energie mit der Temperatur zunimmt. Bei etwa 3,600 K und darüber gibt es eine deutliche Verstärkung der Emission sichtbarer Strahlung, und die Wellenlänge der maximalen Leistung verschiebt sich in den sichtbaren Bereich. Diese Temperatur liegt nahe am Schmelzpunkt von Wolfram, das für das Filament verwendet wird, sodass die praktische Temperaturgrenze bei etwa 2,700 K liegt, oberhalb derer die Filamentverdampfung übermäßig wird. Eine Folge dieser spektralen Verschiebungen ist, dass ein Großteil der emittierten Strahlung nicht als Licht, sondern als Wärme im Infrarotbereich abgegeben wird. Filamentlampen können daher effektive Heizgeräte sein und werden in Lampen verwendet, die zum Trocknen von Drucken, zur Lebensmittelzubereitung und zur Tieraufzucht bestimmt sind.

Elektrische Entladung

Elektrische Entladung ist eine Technik, die in modernen Lichtquellen für Gewerbe und Industrie wegen der effizienteren Lichterzeugung verwendet wird. Einige Lampentypen kombinieren die elektrische Entladung mit Photolumineszenz.

Ein durch ein Gas geleiteter elektrischer Strom regt die Atome und Moleküle an, Strahlung mit einem für die vorhandenen Elemente charakteristischen Spektrum auszusenden. Üblicherweise werden zwei Metalle verwendet, Natrium und Quecksilber, da ihre Eigenschaften nützliche Strahlungen innerhalb des sichtbaren Spektrums ergeben. Keines der Metalle emittiert ein kontinuierliches Spektrum und Entladungslampen haben selektive Spektren. Ihre Farbwiedergabe wird niemals mit kontinuierlichen Spektren identisch sein. Entladungslampen werden oft als Hochdruck oder Niederdruck klassifiziert, obwohl diese Begriffe nur relativ sind, und eine Hochdrucknatriumlampe bei unter einer Atmosphäre arbeitet.

Arten von Lumineszenz

Photolumineszenz tritt auf, wenn Strahlung von einem Festkörper absorbiert und dann mit einer anderen Wellenlänge wieder emittiert wird. Wenn die reemittierte Strahlung innerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, wird der Prozess aufgerufen Fluoreszenz or Phosphoreszenz.

Elektrolumineszenz tritt auf, wenn Licht durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch bestimmte Festkörper, wie z. B. Phosphormaterialien, geleitet wird. Es wird für selbstleuchtende Schilder und Instrumententafeln verwendet, hat sich jedoch nicht als praktische Lichtquelle für die Beleuchtung von Gebäuden oder Außenbereichen erwiesen.

Evolution der elektrischen Lampen

Obwohl der technologische Fortschritt die Herstellung verschiedener Lampen ermöglicht hat, waren die Hauptfaktoren, die ihre Entwicklung beeinflussten, externe Marktkräfte. Beispielsweise war die Herstellung von Glühlampen, die zu Beginn dieses Jahrhunderts verwendet wurden, erst möglich, nachdem gute Vakuumpumpen und das Ziehen von Wolframdraht verfügbar waren. Es war jedoch die groß angelegte Erzeugung und Verteilung von Strom zur Deckung der Nachfrage nach elektrischer Beleuchtung, die das Marktwachstum bestimmte. Elektrische Beleuchtung bot viele Vorteile gegenüber gas- oder ölerzeugtem Licht, wie z. B. Dauerlicht, das nur selten gewartet werden muss, sowie die erhöhte Sicherheit, dass keine offene Flamme und keine lokalen Nebenprodukte der Verbrennung vorhanden sind.

In der Zeit des Aufschwungs nach dem Zweiten Weltkrieg stand die Produktivität im Vordergrund. Die Leuchtstoffröhre wurde zur dominierenden Lichtquelle, weil sie eine schattenfreie und vergleichsweise wärmefreie Beleuchtung von Fabriken und Büros bei maximaler Raumnutzung ermöglichte. Die Anforderungen an Lichtleistung und Wattleistung für eine typische 1,500-mm-Leuchtstoffröhre sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1. Verbesserte Lichtleistung und Leistungsanforderungen einiger typischer 1,500-mm-Leuchtstoffröhrenlampen

In den 1970er Jahren stiegen die Ölpreise und die Energiekosten wurden zu einem erheblichen Teil der Betriebskosten. Der Markt forderte Leuchtstofflampen, die bei geringerem Stromverbrauch die gleiche Lichtmenge erzeugen. Das Lampendesign wurde in mehrfacher Hinsicht verfeinert. Mit dem Ende des Jahrhunderts wächst das Bewusstsein für globale Umweltprobleme. Die bessere Nutzung knapper werdender Rohstoffe, das Recycling oder die sichere Entsorgung von Produkten und die anhaltende Sorge um den Energieverbrauch (insbesondere aus fossilen Brennstoffen gewonnene Energie) wirken sich auf aktuelle Lampendesigns aus.

Leistungskriterien

Die Leistungskriterien variieren je nach Anwendung. Im Allgemeinen gibt es keine besondere Wichtigkeitshierarchie dieser Kriterien.

Lichtleistung: Die Lumenleistung einer Lampe bestimmt ihre Eignung in Bezug auf den Umfang der Installation und die erforderliche Beleuchtungsmenge.

Farbeindruck und Farbwiedergabe: Für Farbeindruck und Farbwiedergabe gelten separate Skalen und Zahlenwerte. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Zahlen nur Richtwerte darstellen und einige nur Annäherungen sind. Eignungsbewertungen sollten nach Möglichkeit mit tatsächlichen Lampen und mit den für die Situation zutreffenden Farben oder Materialien vorgenommen werden.

Lebensdauer der Lampe: Die meisten Lampen müssen während der Lebensdauer der Beleuchtungsanlage mehrmals ausgetauscht werden, und Designer sollten die Unannehmlichkeiten für die Bewohner durch ungewöhnliche Ausfälle und Wartungsarbeiten minimieren. Lampen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Die erwartete durchschnittliche Lebensdauer ist oft ein Kompromiss zwischen Kosten und Leistung. Beispielsweise hat die Lampe eines Diaprojektors eine Lebensdauer von einigen hundert Stunden, da die maximale Lichtleistung für die Bildqualität wichtig ist. Im Gegensatz dazu dürfen einige Straßenbeleuchtungslampen alle zwei Jahre ausgetauscht werden, was etwa 8,000 Brennstunden entspricht.

Außerdem wird die Lampenlebensdauer von den Betriebsbedingungen beeinflusst, und daher gibt es keine einfache Zahl, die unter allen Bedingungen zutrifft. Außerdem kann die effektive Lampenlebensdauer durch unterschiedliche Fehlermodi bestimmt werden. Einem physikalischen Versagen, wie z. B. einem Glühfaden- oder Lampenbruch, kann eine Verringerung der Lichtleistung oder eine Veränderung des Farberscheinungsbildes vorausgehen. Die Lampenlebensdauer wird durch äußere Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Vibration, Starthäufigkeit, Schwankungen der Versorgungsspannung, Ausrichtung usw. beeinflusst.

Es sollte beachtet werden, dass die für einen Lampentyp angegebene durchschnittliche Lebensdauer die Zeit für 50 % Ausfall einer Charge von Testlampen ist. Diese Definition des Lebens ist wahrscheinlich nicht auf viele gewerbliche oder industrielle Anlagen anwendbar; Daher ist die praktische Lampenlebensdauer normalerweise geringer als die veröffentlichten Werte, die nur zum Vergleich verwendet werden sollten.

Effizienz: Als allgemeine Regel gilt, dass sich die Effizienz eines bestimmten Lampentyps mit zunehmender Nennleistung verbessert, da die meisten Lampen einen festen Verlust haben. Unterschiedliche Arten von Lampen weisen jedoch deutliche Unterschiede in der Effizienz auf. Es sollten Lampen mit der höchsten Effizienz verwendet werden, sofern die Kriterien Größe, Farbe und Lebensdauer ebenfalls erfüllt werden. Energieeinsparungen sollten nicht zu Lasten des Sehkomforts oder der Leistungsfähigkeit der Bewohner gehen. Einige typische Wirksamkeiten sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2. Typische Lampenwirkungsgrade

Hauptlampentypen

Im Laufe der Jahre wurden mehrere Nomenklatursysteme durch nationale und internationale Standards und Register entwickelt.

1993 veröffentlichte die International Electrotechnical Commission (IEC) ein neues Internationales Lampencodierungssystem (ILCOS), das bestehende nationale und regionale Codierungssysteme ersetzen soll. Eine Liste einiger ILCOS-Kurzformcodes für verschiedene Lampen ist in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3. International Lamp Coding System (ILCOS) Kurzform-Codierungssystem für einige Lampentypen

Glühlampen

Diese Lampen verwenden einen Wolframfaden in einem Inertgas oder Vakuum mit einer Glashülle. Das Inertgas unterdrückt die Wolframverdampfung und verringert die Hüllschwärzung. Es gibt eine große Vielfalt an Lampenformen, die überwiegend dekorativ wirken. Der Aufbau einer typischen Lampe des General Lighting Service (GLS) ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Aufbau einer GLS-Lampe

Glühlampen sind auch in einer großen Auswahl an Farben und Oberflächen erhältlich. Die ILCOS-Codes und einige typische Formen sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4. Gängige Farben und Formen von Glühlampen mit ihren ILCOS-Codes

Glühlampen sind aufgrund ihrer geringen Kosten und kompakten Größe immer noch beliebt für die Haushaltsbeleuchtung. Bei kommerzieller und industrieller Beleuchtung verursacht die geringe Effizienz jedoch sehr hohe Betriebskosten, sodass Entladungslampen die normale Wahl sind. Eine 100-W-Lampe hat eine typische Effizienz von 14 Lumen/Watt im Vergleich zu 96 Lumen/Watt für eine 36-W-Leuchtstofflampe.

Glühlampen lassen sich einfach durch Reduzierung der Versorgungsspannung dimmen und werden immer noch dort eingesetzt, wo Dimmen ein gewünschtes Steuerungsmerkmal ist.

Der Wolframfaden ist eine kompakte Lichtquelle, die durch Reflektoren oder Linsen leicht fokussiert werden kann. Glühlampen sind nützlich für die Beleuchtung von Displays, bei denen eine Richtungssteuerung erforderlich ist.

Wolfram-Halogenlampen

Diese ähneln Glühlampen und erzeugen Licht auf die gleiche Weise aus einem Wolframfaden. Der Kolben enthält jedoch Halogengas (Brom oder Jod), das bei der Kontrolle der Wolframverdampfung aktiv ist. Siehe Abbildung 2.

Abbildung 2. Der Halogenkreislauf

Grundlegend für den Halogenkreislauf ist eine Kolbenwandtemperatur von mindestens 250 °C, damit das Wolframhalogenid gasförmig bleibt und nicht an der Kolbenwand kondensiert. Diese Temperatur bedeutet Kolben aus Quarz anstelle von Glas. Mit Quarz ist es möglich, die Kolbengröße zu reduzieren.

Die meisten Wolfram-Halogenlampen haben eine längere Lebensdauer als vergleichbare Glühlampen, und der Glühfaden hat eine höhere Temperatur, wodurch mehr Licht und eine weißere Farbe erzeugt werden.

Wolfram-Halogenlampen sind dort populär geworden, wo geringe Größe und hohe Leistung die Hauptanforderung sind. Typische Beispiele sind Bühnenbeleuchtung, einschließlich Film und Fernsehen, wo Richtungssteuerung und Dimmen übliche Anforderungen sind.

Niedervolt-Halogen-Wolframlampen

Diese wurden ursprünglich für Dia- und Filmprojektoren entwickelt. Bei 12 V wird das Filament für die gleiche Wattzahl wie 230 V kleiner und dicker. Diese lässt sich effizienter fokussieren, und die größere Filamentmasse ermöglicht eine höhere Betriebstemperatur, wodurch die Lichtausbeute steigt. Das dicke Filament ist robuster. Diese Vorteile wurden als nützlich für den kommerziellen Displaymarkt erkannt, und obwohl ein Abwärtstransformator erforderlich ist, dominieren diese Lampen jetzt die Schaufensterbeleuchtung. Siehe Abbildung 3.

Abbildung 3. Dichroitische Niedervolt-Reflektorlampe

Nutzer von Filmprojektoren wollen zwar möglichst viel Licht, aber zu viel Hitze schadet dem Dia-Medium. Es wurde ein spezieller Reflektortyp entwickelt, der nur die sichtbare Strahlung reflektiert und Infrarotstrahlung (Wärme) durch die Rückseite der Lampe passieren lässt. Dieses Feature ist mittlerweile Bestandteil vieler Niedervolt-Reflektorlampen für die Displaybeleuchtung sowie Projektorausrüstung.

Spannungsempfindlichkeit: Alle Glühlampen reagieren empfindlich auf Spannungsschwankungen, wodurch Lichtleistung und Lebensdauer beeinträchtigt werden. Die europaweite „Harmonisierung“ der Versorgungsspannung bei 230 V wird durch eine Erweiterung der Toleranzen erreicht, mit denen die Erzeugungsbehörden operieren können. Die Bewegung geht in Richtung ±10 %, was einem Spannungsbereich von 207 bis 253 V entspricht. Glüh- und Halogenlampen können in diesem Bereich nicht sinnvoll betrieben werden, daher muss die tatsächliche Versorgungsspannung an die Lampenleistung angepasst werden. Siehe Abbildung 4.

Abbildung 4. GLS-Glühlampen und Versorgungsspannung

Entladungslampen werden ebenfalls von dieser großen Spannungsschwankung beeinflusst, daher wird die richtige Spezifikation der Betriebsgeräte wichtig.

Röhrenförmige Leuchtstofflampen

Dies sind Niederdruck-Quecksilberlampen und als „Heißkathoden“- und „Kaltkathoden“-Versionen erhältlich. Ersteres ist die herkömmliche Leuchtstoffröhre für Büros und Fabriken; „Heißkathode“ bezieht sich auf das Starten der Lampe durch Vorheizen der Elektroden, um eine ausreichende Ionisierung des Gases und des Quecksilberdampfes zum Aufbau der Entladung zu erzeugen.

Kaltkathodenlampen werden hauptsächlich für Schilder und Werbung verwendet. Siehe Abbildung 5.

Abbildung 5. Prinzip einer Leuchtstofflampe

Leuchtstofflampen benötigen externe Vorschaltgeräte zum Starten und zur Steuerung des Lampenstroms. Neben der geringen Menge Quecksilberdampf gibt es ein Startgas (Argon oder Krypton).

Der niedrige Quecksilberdruck erzeugt eine Entladung von blassblauem Licht. Der Großteil der Strahlung liegt im UV-Bereich bei 254 nm, einer für Quecksilber charakteristischen Strahlungsfrequenz. Innerhalb der Röhrenwand befindet sich eine dünne Phosphorbeschichtung, die das UV absorbiert und die Energie als sichtbares Licht abstrahlt. Die Farbqualität des Lichts wird durch die Phosphorbeschichtung bestimmt. Es ist eine Reihe von Leuchtstoffen mit unterschiedlichem Farberscheinungsbild und Farbwiedergabe erhältlich.

In den 1950er Jahren boten die verfügbaren Leuchtstoffe eine Auswahl an angemessener Wirksamkeit (60 Lumen/Watt) mit Lichtmangel in Rot und Blau oder eine verbesserte Farbwiedergabe von „Deluxe“-Leuchtstoffen mit geringerer Effizienz (40 Lumen/Watt).

In den 1970er Jahren wurden neue, schmalbandige Leuchtstoffe entwickelt. Diese strahlten separat rotes, blaues und grünes Licht aus, erzeugten aber kombiniert weißes Licht. Die Anpassung der Proportionen ergab eine Reihe unterschiedlicher Farberscheinungen, alle mit einer ähnlich hervorragenden Farbwiedergabe. Diese drei Leuchtstoffe sind effizienter als die früheren Typen und stellen die beste wirtschaftliche Beleuchtungslösung dar, auch wenn die Lampen teurer sind. Verbesserte Wirksamkeit reduziert Betriebs- und Installationskosten.

Das Tri-Phosphor-Prinzip wurde durch Multi-Phosphor-Lampen erweitert, wo eine kritische Farbwiedergabe erforderlich ist, wie z. B. für Kunstgalerien und industrielle Farbabstimmung.

Die modernen Schmalband-Leuchtstoffe sind haltbarer, haben eine bessere Lichtstromerhaltung und verlängern die Lampenlebensdauer.

Kompaktleuchtstofflampen

Die Leuchtstoffröhre ist aufgrund ihrer linearen Form kein praktischer Ersatz für die Glühlampe. Kleine Röhren mit schmaler Bohrung können auf ungefähr die gleiche Größe wie die Glühlampe konfiguriert werden, aber dies erlegt dem Leuchtstoffmaterial eine viel höhere elektrische Belastung auf. Die Verwendung von Tri-Phosphoren ist wesentlich, um eine akzeptable Lampenlebensdauer zu erreichen. Siehe Abbildung 6.

Abbildung 6. Kompaktleuchtstofflampe mit vier Beinen

Alle Kompaktleuchtstofflampen verwenden Tri-Phosphores, wenn sie also zusammen mit linearen Leuchtstofflampen verwendet werden, sollten letztere ebenfalls Tri-Phosphor sein, um Farbkonsistenz zu gewährleisten.

Einige Kompaktlampen beinhalten das Betriebsgerät, um Nachrüstgeräte für Glühlampen zu bilden. Das Sortiment wächst und ermöglicht eine einfache Aufrüstung bestehender Installationen auf energieeffizientere Beleuchtung. Diese integrierten Einheiten sind nicht zum Dimmen geeignet, wo dies Teil der ursprünglichen Steuerung war.

Elektronisches Hochfrequenz-Vorschaltgerät: Wird die normale Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz auf 30 kHz erhöht, ergibt sich ein 10 %iger Wirkungsgradgewinn von Leuchtstoffröhren. Elektronische Schaltungen können einzelne Lampen mit solchen Frequenzen betreiben. Die elektronische Schaltung ist so ausgelegt, dass sie bei reduzierter Lampenleistung die gleiche Lichtleistung wie drahtgewickelte Vorschaltgeräte liefert. Dies bietet Kompatibilität des Lumenpakets mit dem Vorteil, dass eine reduzierte Lampenbelastung die Lampenlebensdauer erheblich verlängert. Elektronische Vorschaltgeräte können über einen Bereich von Versorgungsspannungen betrieben werden.

Es gibt keinen gemeinsamen Standard für elektronische Vorschaltgeräte, und die Lampenleistung kann von den veröffentlichten Informationen der Lampenhersteller abweichen.

Die Verwendung elektronischer Hochfrequenzgeräte beseitigt das normale Problem des Flimmerns, auf das einige Insassen möglicherweise empfindlich reagieren.

Induktionslampen

Lampen, die das Induktionsprinzip verwenden, sind kürzlich auf dem Markt erschienen. Sie sind Quecksilber-Niederdrucklampen mit Tri-Phosphor-Beschichtung und ähneln als Lichterzeuger Leuchtstofflampen. Die Energie wird durch hochfrequente Strahlung mit etwa 2.5 MHz von einer zentral in der Lampe positionierten Antenne auf die Lampe übertragen. Es gibt keine physische Verbindung zwischen dem Lampenkolben und der Spule. Ohne Elektroden oder andere Drahtverbindungen ist der Aufbau des Entladungsgefäßes einfacher und haltbarer. Die Lampenlebensdauer wird hauptsächlich durch die Zuverlässigkeit der elektronischen Komponenten und den Lichtstromerhalt der Phosphorbeschichtung bestimmt.

Hochdruck-Quecksilberlampen

Hochdruckentladungen sind kompakter und haben höhere elektrische Lasten; daher benötigen sie Quarzentladungsröhren, um dem Druck und der Temperatur standzuhalten. Die Lichtbogenröhre ist in einer äußeren Glashülle mit einer Stickstoff- oder Argon-Stickstoff-Atmosphäre enthalten, um Oxidation und Lichtbogenbildung zu reduzieren. Der Kolben filtert effektiv die UV-Strahlung von der Lichtbogenröhre. Siehe Abbildung 7.

Abbildung 7. Konstruktion der Quecksilberlampe

Bei hohem Druck ist die Quecksilberentladung hauptsächlich blaue und grüne Strahlung. Zur Verbesserung der Farbe fügt eine Phosphorbeschichtung des Außenkolbens rotes Licht hinzu. Es gibt Deluxe-Versionen mit erhöhtem Rotanteil, die eine höhere Lichtausbeute und eine verbesserte Farbwiedergabe bieten.

Alle Hochdruckentladungslampen brauchen Zeit, um ihre volle Leistung zu erreichen. Die anfängliche Entladung erfolgt über die leitende Gasfüllung, und das Metall verdampft, wenn die Lampentemperatur ansteigt.

Bei stabilem Druck startet die Lampe ohne spezielle Vorschaltgeräte nicht sofort neu. Es gibt eine Verzögerung, während der die Lampe ausreichend abkühlt und der Druck abfällt, so dass die normale Versorgungsspannung oder der Zündschaltkreis ausreichen, um den Lichtbogen wiederherzustellen.

Entladungslampen haben eine negative Widerstandscharakteristik, und daher ist das externe Vorschaltgerät erforderlich, um den Strom zu steuern. Aufgrund dieser Vorschaltgerätekomponenten treten Verluste auf, daher sollte der Benutzer die Gesamtwattzahl berücksichtigen, wenn er die Betriebskosten und die elektrische Installation berücksichtigt. Es gibt eine Ausnahme für Hochdruck-Quecksilberlampen, und ein Typ enthält einen Wolframfaden, der sowohl als Strombegrenzungsvorrichtung fungiert als auch der blau/grünen Entladung warme Farben hinzufügt. Dies ermöglicht den direkten Austausch von Glühlampen.

Obwohl Quecksilberlampen eine lange Lebensdauer von etwa 20,000 Stunden haben, fällt die Lichtleistung am Ende dieses Zeitraums auf etwa 55 % der Anfangsleistung ab, und daher kann die wirtschaftliche Lebensdauer kürzer sein.

Halogen-Metalldampflampen

Die Farbe und Lichtleistung von Quecksilberentladungslampen kann verbessert werden, indem dem Quecksilberbogen verschiedene Metalle hinzugefügt werden. Für jede Lampe ist die Dosis gering, und für eine genaue Anwendung ist es bequemer, die Metalle in Pulverform als Halogenide zu handhaben. Dieser zerfällt beim Aufwärmen der Lampe und gibt das Metall frei.

Eine Metallhalogenidlampe kann eine Reihe verschiedener Metalle verwenden, die jeweils eine bestimmte charakteristische Farbe abgeben. Diese beinhalten:

• Dysprosium – breites Blaugrün
• Indium – schmales Blau
• Lithium – schmal rot
• Scandium – breites Blaugrün
• Natrium – schmal gelb
• Thallium – schmales Grün
• Zinn – breites Orangerot

Es gibt keine Standardmischung von Metallen, daher sind Metallhalogenidlampen verschiedener Hersteller möglicherweise nicht in Aussehen oder Betriebsleistung kompatibel. Für Lampen mit niedrigeren Nennleistungen von 35 bis 150 W besteht eine engere physikalische und elektrische Kompatibilität mit einem gemeinsamen Standard.

Halogen-Metalldampflampen erfordern Vorschaltgeräte, aber die mangelnde Kompatibilität bedeutet, dass jede Kombination von Lampe und Vorschaltgerät aufeinander abgestimmt werden muss, um korrekte Start- und Betriebsbedingungen zu gewährleisten.

Niederdruck-Natriumdampflampen

Die Lichtbogenröhre hat eine ähnliche Größe wie die Leuchtstoffröhre, besteht jedoch aus speziellem Schichtglas mit einer natriumbeständigen Innenbeschichtung. Die Lichtbogenröhre hat eine schmale „U“-Form und ist in einem äußeren Vakuummantel enthalten, um die thermische Stabilität zu gewährleisten. Während des Startvorgangs leuchten die Lampen durch die Neongasfüllung stark rot.

Die charakteristische Strahlung von Niederdruck-Natriumdampf ist ein monochromatisches Gelb. Dies liegt nahe an der Spitzenempfindlichkeit des menschlichen Auges, und Niederdruck-Natriumlampen sind mit fast 200 Lumen/Watt die effizientesten Lampen, die es gibt. Die Anwendungen sind jedoch auf Orte beschränkt, an denen die Farbunterscheidung keine visuelle Bedeutung hat, wie Fernstraßen und Unterführungen sowie Wohnstraßen.

In vielen Situationen werden diese Lampen durch Natriumdampf-Hochdrucklampen ersetzt. Ihre kleinere Größe bietet eine bessere optische Kontrolle, insbesondere für die Straßenbeleuchtung, bei der die Besorgnis über übermäßiges Himmelslicht wächst.

Natriumdampf-Hochdrucklampen

Diese Lampen ähneln Hochdruck-Quecksilberlampen, bieten jedoch eine bessere Effizienz (über 100 Lumen/Watt) und eine hervorragende Lichtstromerhaltung. Die reaktive Natur von Natrium erfordert, dass die Lichtbogenröhre aus durchscheinendem polykristallinem Aluminiumoxid hergestellt wird, da Glas oder Quarz ungeeignet sind. Der äußere Glaskolben enthält ein Vakuum, um Lichtbögen und Oxidation zu verhindern. Es gibt keine UV-Strahlung von der Natriumentladung, daher sind Phosphorbeschichtungen wertlos. Einige Glühbirnen sind mattiert oder beschichtet, um die Lichtquelle zu streuen. Siehe Abbildung 8.

Abbildung 8. Aufbau einer Natriumdampf-Hochdrucklampe

Wenn der Natriumdruck erhöht wird, wird die Strahlung zu einem breiten Band um den gelben Peak herum, und das Erscheinungsbild ist goldweiß. Mit zunehmendem Druck sinkt jedoch der Wirkungsgrad. Derzeit sind drei verschiedene Arten von Natriumdampf-Hochdrucklampen erhältlich, wie in Tabelle 5 dargestellt.

Tabelle 5. Arten von Hochdrucknatriumlampen

Im Allgemeinen werden die Standardlampen für die Außenbeleuchtung, Luxuslampen für industrielle Innenräume und White SON für kommerzielle/Display-Anwendungen verwendet.

Dimmen von Entladungslampen

Die Hochdrucklampen können nicht zufriedenstellend gedimmt werden, da eine Veränderung der Lampenleistung den Druck und damit die grundsätzlichen Eigenschaften der Lampe verändert.

Leuchtstofflampen können unter Verwendung von Hochfrequenzversorgungen gedimmt werden, die typischerweise innerhalb der elektronischen Vorschaltgeräte erzeugt werden. Das Farbbild bleibt sehr konstant. Darüber hinaus ist die Lichtleistung ungefähr proportional zur Lampenleistung, was zu einer Einsparung an elektrischer Energie führt, wenn die Lichtleistung reduziert wird. Durch Integrieren der Lichtleistung der Lampe in das vorherrschende Niveau des natürlichen Tageslichts kann in einem Innenraum eine nahezu konstante Beleuchtungsstärke bereitgestellt werden.

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