Gasentladungslampen: Arten, Aufbau, wie Sie die besten richtig auswählen

Möchten Sie Gasentladungslampen erwerben, um im Raum eine besondere Atmosphäre zu schaffen? Oder suchen Sie Lampen zur Stimulierung des Pflanzenwachstums im Gewächshaus? Die Ausstattung mit energiesparenden Lichtquellen macht nicht nur das Interieur vorteilhafter und hilft im Pflanzenanbau, sondern spart auch Strom. Nicht wahr?

Wir helfen Ihnen, sich mit dem Sortiment an Gasentladungsleuchten vertraut zu machen. In diesem Artikel werden ihre Besonderheiten, Eigenschaften und der Anwendungsbereich von Hochdruck- und Niederdrucklampen behandelt. Es wurden Illustrationen und Videos zusammengestellt, die Ihnen helfen, die optimale Variante energiesparender Lampen zu finden.

Aufbau und Eigenschaften von Entladungslampen

Alle wesentlichen Teile der Lampe sind in einem Glaskolben eingeschlossen. Hier findet die Entladung elektrischer Teilchen statt. Im Inneren können sich sowohl Natrium- oder Quecksilberdämpfe als auch eines der Edelgase befinden.

Als Gasfüllung kommen Varianten wie Argon, Xenon, Neon, Krypton zum Einsatz. Beliebter sind Produkte, die mit Quecksilberdampf gefüllt sind.

Die Hauptkomponenten einer Gasentladungslampe sind: Kondensator (1), Stromstabilisator (2), Schalttransistoren (3), Entstörgerät (4), Transistor (5)

Der Kondensator sorgt für einen flackerfreien Betrieb. Der Transistor verfügt über einen positiven Temperaturkoeffizienten, der einen sofortigen Start der Gasentladungslampe ohne Flackern gewährleistet. Der Betrieb der inneren Konstruktion beginnt, nachdem im Gasentladungsrohr ein elektrisches Feld erzeugt wurde.

Im Prozess entstehen im Gas freie Elektronen. Beim Zusammenstoß mit Metallatomen ionisieren sie diese. Beim Übergang einzelner von ihnen entsteht überschüssige Energie, die Lichtquellen – Photonen – erzeugt. Die Elektrode, die die Lichtquelle darstellt, befindet sich in der Mitte der Gasentladungslampe. Das gesamte System wird durch den Sockel verbunden.

Die Lampe kann verschiedene Lichtnuancen ausstrahlen, die der Mensch sehen kann – von ultraviolett bis infrarot. Um dies zu ermöglichen, wird die Innenseite des Kolbens mit einer fluoreszierenden Lösung beschichtet.

Anwendungsbereiche von Gasentladungslampen

Gasentladungslampen werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Am häufigsten sind sie auf Stadtstraßen, in Produktionshallen, Geschäften, Büros, Bahnhöfen und großen Einkaufszentren zu finden. Sie werden auch zur Beleuchtung von Werbetafeln und Gebäudefassaden verwendet.

GRL werden auch in Autoscheinwerfern verwendet. Am häufigsten sind dies Lampen mit hoher Lichtausbeute — Neon-Modelle. Einige Autoscheinwerfer werden mit Metallhalogenidsalzen und Xenon gefüllt.

Die ersten Gasentladungsbeleuchtungsgeräte für Fahrzeuge trugen die Bezeichnung D1R, D1S. Die nächsten waren D2R und D2S, wobei S für die Scheinwerfer-Optik und R für die Reflektor-Optik steht. GR-Lampen werden auch bei Fotoshootings eingesetzt.

Auf dem Foto sind Impulsgasentladungslampen zu sehen, die bei Fotoshootings eingesetzt werden: IFK120 (a), IKS10 (b), IFK2000 (c), IFK500 (d), ISSch15 (e), IFP4000 (f)

Während des Fotografierens ermöglichen diese Lampen die Kontrolle des Lichtstroms. Sie sind kompakt, hell und wirtschaftlich. Ein Nachteil ist die Unfähigkeit, die vom Licht erzeugten Schatten visuell zu steuern.

Im landwirtschaftlichen Bereich werden GRL zur Bestrahlung von Tieren, Pflanzen, zur Sterilisation und Desinfektion von Produkten eingesetzt. Für diesen Zweck müssen die Lampen über eine Wellenlänge im entsprechenden Bereich verfügen.

Die Konzentration der Strahlungsleistung ist in diesem Fall ebenfalls von großer Bedeutung. Aus diesem Grund sind leistungsstarke Produkte am besten geeignet.

Arten von Gasentladungslampen

GRL werden nach der Art des Leuchtens, dem Parameter wie dem Druck und dem Verwendungszweck unterteilt. Alle erzeugen einen bestimmten Lichtstrom. Basierend auf diesem Merkmal werden sie unterteilt in:

• Leuchtstoffgeräte;
• Gasentladungsvarianten;
• Induktionsvarianten.

Bei den ersten sind die Lichtquellen Atome, Moleküle oder deren Kombinationen, die durch eine Entladung in einer Gasumgebung angeregt werden.

Bei den zweiten – Leuchtstoffe, die Gasentladung aktiviert die photolumineszierende Schicht, die die Glaskolben bedeckt, und die Lichtquelle beginnt, Licht abzugeben. Lampen des dritten Typs funktionieren durch das Glühen der Elektroden, die durch die Gasentladung erhitzt werden.

Xenonlampen für Autoscheinwerfer übertreffen Halogenlampen in Bezug auf Lichtausbeute und Helligkeit um mehr als das Doppelte.

In Abhängigkeit von der Füllung werden Bogenentladungsgeräte unterteilt in Quecksilber-, Natrium-, Xenon-, Metallhalogenlampen und andere. Ausgehend vom Druck im Kolben erfolgt ihre weitere Unterteilung.

Ausgehend von einem Druckwert von 3×10⁴ bis 10⁶ Pa werden sie zu den Hochdrucklampen gezählt. In die Niederdruckkategorie fallen die Geräte bei einem Parameterwert von 0,15 bis 10⁴ Pa. Mehr als 10⁶ Pa – Höchstdruck.

Typ #1 — Hochdrucklampen

Die RLVD unterscheiden sich dadurch, dass der Inhalt der Birne einem hohen Druck ausgesetzt ist. Sie zeichnen sich durch einen hohen Lichtstrom bei geringem Energieverbrauch aus. Meist handelt es sich um Quecksilberproben, weshalb sie am häufigsten für die Straßenbeleuchtung verwendet werden.

Solche Entladungslampen haben eine solide Lichtausbeute und arbeiten bei schlechtem Wetter effizient, aber niedrige Temperaturen vertragen sie nicht gut.

Es gibt einige Grundkategorien von Hochdrucklampen: DRT und DRL (Quecksilberdampf-Bogenlampen), DRI – dieselben wie DRL, jedoch mit Jodiden, und eine Reihe von darauf basierenden Modifikationen. Zu dieser Reihe gehören auch Natriumdampf-Bogenlampen (DNAt) und DKsT – Xenon-Bogenlampen.

Die erste Entwicklung – das Modell DRT. In der Kennzeichnung steht D für Bogen, der Buchstabe R für Quecksilber, und dass es sich um ein röhrenförmiges Modell handelt, zeigt der Buchstabe T in der Kennzeichnung. Optisch ist es eine gerade Röhre aus Quarzglas. An beiden Seiten befinden sich Wolframelektroden. Es wird in Bestrahlungsanlagen eingesetzt. Im Inneren befinden sich etwas Quecksilber und Argon.

An den Enden der DRT-Lampe befinden sich Klemmen mit Haltern. Sie werden durch einen Metallstreifen verbunden, der das leichtere Zünden der Lampe ermöglicht.

Der Anschluss der Lampe an das Netz erfolgt in Reihe mit einer Drossel unter Verwendung einer Resonanzschaltung. Der Lichtstrom der DRT-Lampe besteht zu 18% aus ultravioletter Strahlung und zu 15% aus infraroter Strahlung. Der gleiche Prozentsatz entfällt auf sichtbares Licht. Der Rest sind Verluste (52%). Hauptanwendung: als zuverlässige Quelle für ultraviolette Strahlung.

Zur Beleuchtung von Orten, wo die Farbwiedergabequalität nicht sehr wichtig ist, werden DRL-Beleuchtungsgeräte (Quecksilberdampf-Bogenlampen) eingesetzt. Hier gibt es praktisch keine ultraviolette Strahlung. Infrarot beträgt 14 %, sichtbares Licht 17 %. Auf Wärmeverluste entfallen 69 %.

Die Besonderheiten der Konstruktion von DRL-Lampen ermöglichen es, sie an 220 V ohne Verwendung eines Hochspannungs-Impulszündgeräts zu zünden. Dadurch, dass im Stromkreis eine Drossel und ein Kondensator vorhanden sind, werden die Schwankungen des Lichtstroms verringert und der Leistungsfaktor erhöht sich.

Wenn die Lampe in Reihe mit der Drossel geschaltet ist, entsteht eine Glimmentladung zwischen den zusätzlichen Elektroden und den benachbarten Hauptelektroden. Der Entladungsraum wird ionisiert, woraufhin eine Entladung zwischen den Haupt-Wolframelektroden auftritt. Die Arbeit der Zündelektroden wird eingestellt.

Zur DRL-Lampe gehören: Kolben (1), Hauptelektroden (2), Hilfselektroden (3), Widerstände (4), Brenner (Quarzrohr) (5), Sockel (6)

DRL-Brenner haben hauptsächlich vier Elektroden – zwei Arbeitselektroden, zwei Zündelektroden. Ihr Inneres ist mit inerten Gasen gefüllt, denen eine bestimmte Menge Quecksilber zugesetzt ist.

Metallhalogenlampen DRI gehören ebenfalls zu den Hochdrucklampen. Ihre Farbwiedergabe und Farbqualität sind besser als die der vorherigen. Die Zusammensetzung der Zusätze beeinflusst das Erscheinungsbild des Emissionsspektrums. Die Form des Kolbens, das Fehlen zusätzlicher Elektroden und einer Leuchtstoffbeschichtung sind die Hauptunterschiede zwischen DRI- und DRL-Lampen.

Der Schaltplan zum Anschluss von DRL an das Netz enthält ein Zündgerät (Impuls-Zündgerät). In den Lampenröhren sind Bestandteile der Halogengruppe enthalten. Sie verbessern die Qualität des sichtbaren Lichtspektrums.

Das Inertgas im Kolben der MGL dient als Puffer. Aus diesem Grund fließt der elektrische Strom durch den Brenner, selbst wenn dieser eine niedrige Temperatur hat.

Beim Aufheizen verdampfen sowohl das Quecksilber als auch die Zusätze, wodurch sich der Widerstand der Lampe, der Lichtstrom und das emittierte Spektrum ändern. Auf Basis dieser Lampen wurden DRIZ und DRISh entwickelt. Erstere werden in staubigen, feuchten Räumen sowie in trockenen eingesetzt. Letztere beleuchten Farbfernsehaufnahmen.

Am effektivsten sind Natriumdampflampen DNaT. Dies liegt an der Wellenlänge des emittierten Lichts – 589 – 589,5 nm. Natriumdampf-Hochdrucklampen arbeiten bei einem Druck von etwa 10 kPa.

Für die Entladungsröhren solcher Lampen wird ein spezielles Material verwendet – lichtdurchlässige Keramik. Silikatglas ist dafür ungeeignet, da Natriumdampf sehr gefährlich dafür ist. Der in die Lampe eingebrachte Natrium-Arbeitsdampf hat einen Druck zwischen 4 und 14 kPa. Er zeichnet sich durch niedrige Ionisations- und Anregungspotentiale aus.

Die elektrischen Eigenschaften von Natriumdampflampen sind abhängig von der Netzspannung und der Betriebsdauer. Für einen dauerhaften Betrieb ist ein Vorschaltgerät erforderlich.

Um die beim Betrieb unvermeidlichen Natriumverluste auszugleichen, ist ein gewisser Überschuss erforderlich. Dies führt zu einer proportionalen Abhängigkeit von Quecksilberdampfdruck, Natriumdampfdruck und der Temperatur des kältesten Punktes. An diesem kondensiert der überschüssige Amalgam.

Wenn die Lampe brennt, setzen sich Verdampfungsprodukte an ihren Enden ab, was zu einer Verdunkelung der Kolbenenden führt. Dieser Prozess wird von einem Anstieg der Kathodentemperatur, einem Anstieg des Natrium- und Quecksilberdrucks begleitet. Infolgedessen steigen das Potenzial und die Spannung der Lampe. Bei der Installation von Natriumlampen sind Vorschaltgeräte von DRL und DRI ungeeignet.

Typ #2 — Niederdrucklampen

In der inneren Kammer solcher Geräte befindet sich ein Gas mit einem niedrigeren Druck als außen. Sie werden in LL und KLL unterteilt und nicht nur zur Beleuchtung von Geschäften, sondern auch für den Heimgebrauch eingesetzt. Leuchtstofflampen sind in dieser Reihe am beliebtesten.

Die Umwandlung von elektrischer in Lichtenergie erfolgt in zwei Schritten. Der Strom zwischen den Elektroden löst eine Strahlung in Quecksilberdampf aus. Der Hauptbestandteil der dabei entstehenden Strahlungsenergie ist kurzwellige UV-Strahlung. Das sichtbare Licht beträgt etwa 2 %. Anschließend wird die Bogenstrahlung im Leuchtstoff in Licht umgewandelt.

Die Kennzeichnung von Leuchtstofflampen enthält sowohl Buchstaben als auch Zahlen. Das erste Zeichen ist die Charakteristik des Emissionsspektrums und die konstruktiven Merkmale, das zweite die Leistung in Watt.

Entschlüsselung der Buchstaben:

• LD – Leuchtstofflampe für Tageslicht;
• LB – für weißes Licht;
• LChB – ebenfalls weiß, aber kalt;
• LTBS – warmweiß.

Bei einigen Beleuchtungsgeräten ist die spektrale Zusammensetzung der Strahlung verbessert, um eine bessere Farbwiedergabe zu erzielen. In ihrer Kennzeichnung ist das Symbol «C» enthalten. Leuchtstofflampen versorgen Räume mit einem gleichmäßigen, weichen Licht.

Der Vorteil von LL-Lampen besteht darin, dass sie zur Erzeugung des gleichen Lichtstroms wie LN-Lampen eine um ein Vielfaches geringere Leistung benötigen. Sie haben auch eine längere Lebensdauer und ein wesentlich günstigeres Emissionsspektrum.

Die Strahlungsfläche von LL ist recht groß, daher ist es schwierig, die räumliche Lichtverteilung zu steuern. Unter nicht standardmäßigen Bedingungen, insbesondere bei starker Staubbelastung, werden Reflektorlampen eingesetzt. In diesem Fall bedeckt die diffuse reflektierende Schicht nicht die gesamte Innenfläche des Kolbens, sondern nur zwei Drittel davon.

100 % der Innenfläche sind mit Leuchtstoff bedeckt. Der Teil des Kolbens ohne Reflektorbeschichtung lässt einen viel größeren Lichtstrom durch als ein gleich großes Rohr einer gewöhnlichen Lampe – etwa 75 %. Solche Lampen erkennt man an der Kennzeichnung – sie enthält den Buchstaben „R“.

In einigen Fällen ist die Hauptkenngröße der LL die Farbtemperatur Tz. Sie wird mit der Temperatur des schwarzen Körpers gleichgesetzt, der die gleiche Farbart liefert. Nach der Form sind LL linear, U-förmig, in Form des Symbols W, ringförmig. In die Bezeichnung solcher Lampen ist der entsprechende Buchstabe enthalten.

Am beliebtesten sind Geräte mit einer Leistung von 15 – 80 W. Bei einer Lichtausbeute von 45 – 80 lm/W beträgt die Brenndauer von LL mindestens 10.000 Stunden. Die Arbeitsqualität von LL wird stark von der Umgebung beeinflusst. Als Betriebstemperatur gilt eine Außentemperatur von 18 bis 25 °C.

Bei Abweichungen verringern sich sowohl der Lichtstrom als auch die Lichtausbeute und die Zündspannung. Bei niedrigen Temperaturen nähert sich die Zündwahrscheinlichkeit dem Nullpunkt.

Vorschaltgerät von Kompaktleuchtstofflampen (KLL) ist viel kompakter als das von Leuchtstofflampen. Mit dem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) wurde das Leuchten gleichmäßiger und das Brummen verschwand.

Zu den Niederdrucklampen gehören auch die kompakten Leuchtstofflampen (KLL).

Ihr Aufbau ist ähnlich wie bei herkömmlichen Leuchtstofflampen (LL):

1. Zwischen den Elektroden wird eine hohe Spannung angelegt.
2. Die Quecksilberdämpfe zünden.
3. Es entsteht ultraviolette Strahlung.

Das Leuchtmittel im Inneren der Röhre macht die ultravioletten Strahlen für das menschliche Auge unsichtbar. Nur das sichtbare Licht bleibt wahrnehmbar. Die kompakte Bauform der Lampe wurde durch Veränderung der Zusammensetzung des Leuchtstoffs möglich. KLL haben, wie herkömmliche Glühlampen, verschiedene Leistungen, jedoch sind die Werte der ersteren deutlich niedriger.

Die Leistungsdaten der KLL sind in der Kennzeichnung der Leuchte enthalten. Dort finden sich auch Angaben zur Sockelart, Farbtemperatur, Art des EVG (integriert oder extern) und zum Farbwiedergabeindex.

Die Farbtemperatur wird in Kelvin gemessen. Ein Wert von 2700–3300 K zeigt eine warme gelbe Farbe an. 4200–5400 K bedeutet normales Weiß, 6000–6500 K kaltes Weiß mit Blaustich, 25000 K entspricht Lila. Die Farbtemperatur wird durch Änderung der Bestandteile des Leuchtstoffs geregelt.

Der Farbwiedergabeindex charakterisiert die Übereinstimmung der Farbechtheit mit einem Standard, der dem Sonnenlicht möglichst nahe kommt. Absolut schwarz entspricht 0 Ra, der höchste Wert ist 100 Ra. KLL-Leuchten liegen im Bereich von 60 bis 98 Ra.

Natriumdampflampen der Niederdruckgruppe haben eine hohe Temperatur des kältesten Punktes von 470 K. Eine niedrigere Temperatur würde nicht ausreichen, um die erforderliche Konzentration des Natriumdampfes aufrechtzuerhalten.

Die Resonanzstrahlung von Natrium erreicht ihren Höhepunkt bei einer Temperatur von 540–560 K. Dieser Wert ist vergleichbar mit dem Natriumdampfdruck von 0,5–1,2 Pa. Die Lichtausbeute von Lampen dieser Kategorie ist im Vergleich zu anderen allgemeinen Beleuchtungsgeräten am höchsten.

Positive und negative Seiten von Gasentladungslampen

Gasentladungslampen finden sich sowohl in professionellen Geräten als auch in Instrumenten für wissenschaftliche Forschung.

Als Hauptvorteile von Leuchten dieser Art werden üblicherweise die folgenden Eigenschaften genannt:

• Hohe Lichtausbeute. Selbst dickes Glas mindert diesen Wert nicht sehr.
• Praktikabilität, ausgedrückt in ihrer Langlebigkeit, die ihren Einsatz für die Außenbeleuchtung ermöglicht.
• Widerstandsfähigkeit unter schwierigen klimatischen Bedingungen. Bis zum ersten Temperaturabfall werden sie mit gewöhnlichen Leuchtenabdeckungen verwendet, im Winter mit speziellen Laternen und Scheinwerfern.
• Erschwinglicher Preis.

Nachteile dieser Lampen gibt es nicht allzu viele. Eine unangenehme Eigenschaft ist der relativ hohe Pulsationsgrad des Lichtstroms. Ein zweiter gewichtiger Nachteil ist die schwierige Zündung. Für stabiles Brennen und normalen Betrieb benötigen sie einfach ein Vorschaltgerät, das die Spannung auf die erforderlichen Grenzen begrenzt.

Der dritte Nachteil besteht in der Abhängigkeit der Brennparameter von der erreichten Temperatur, die indirekt den Druck des Arbeitsdampfes im Kolben beeinflusst.

Daher erreichen die meisten Gasentladungsgeräte erst nach einer gewissen Zeit nach dem Einschalten ihre Standard-Brenneigenschaften. Ihr Emissionsspektrum ist begrenzt, daher ist die Farbwiedergabe sowohl bei Hochdruck- als auch bei Niederdrucklampen nicht ideal.

Die Tabelle zeigt grundlegende Informationen über die beliebtesten DRL-Lampen (Quecksilberdampf-Leuchtstofflampen) und Natriumlampen. Die DRL mit vier Elektroden hat eine höhere Lichtausbeute als die mit zwei Elektroden.

Der Betrieb der Geräte ist nur mit Wechselstrom möglich. Sie werden mit einem Vorschaltdrossel aktiviert. Zum Aufheizen wird eine gewisse Zeit benötigt. Aufgrund des Quecksilberdampfgehalts sind sie nicht völlig ungefährlich.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Video #1. Informationen über GL. Was das ist, Funktionsprinzip, Vor- und Nachteile im folgenden Video:

Video #2. Allgemeinverständlich über Leuchtstofflampen:

Trotz des Aufkommens immer fortschrittlicherer Leuchten verlieren Gasentladungslampen nicht an Aktualität. In einigen Bereichen sind sie einfach unersetzlich. Mit der Zeit werden GRL sicherlich neue Anwendungsbereiche finden.

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