Lichttechnik (Lichterzeugung)

Wirkungen des Stromes

  1. Wärmewirkung
  2. Lichtwirkung
  3. Magnetische Wirkung (Induktion)

Andere Wirkungen sind hier nicht wichtig.

Anwendung zur Lichterzeugung

LT_21 (113K)

Kriterien für verwendete Lampen

  1. Leistungsaufnahme
  2. Lichtausbeute
  3. Lichtstrom und Lichtverteilung
  4. Lichtfarbe
  5. Lebensdauer
  6. Anschaffungs- und Betriebskosten

Temperaturstrahler

Alle Glühlampen erzeugen Licht durch Wämewirkung (Wolframwendel über 2500°C - Schmelzpunkt = 3410°C).

Austauschbarkeit

  1. ermöglicht durch folgende Edisongewinde
    • E10 für Taschenlampe
    • E14 für Zierlampe
    • E27 Normalgewinde
    • E40 Goliathsockel über 300W
  2. ermöglicht durch Stecksockel oder
  3. Bajonetsockel ("Drück + 90°-Dreh")

Gasfüllung

vakuumiert

bis max. 25W

mit Argon, Krypton oder Stickstoff (Edelgas)

Für höhere Lebensdauer (ca. 1000 Brennstunden)

mit Halogen - Verbindungen

Durch den Halogenkreislauf kann sich das verdampfte Wolfram nicht am Glaskolben ablagern. Das abgegebene Licht ist heller (es hat mehr Weißanteil).

Die Lebensdauer ist länger (2000h) und die Lampe kleiner.

Gasentladungslampen

Entladungslampen erzeugen Licht durch Ionisation von Gasstrecken. Der Effekt ist von Gewitterblitzen bekannt.

Ionisation von Gasen bedeuted: Gasstrecken leitend machen. Damit dieser Vorgang gestartet wird, werden spezielle Zündschaltungen benötigt, die notwendige Spannungen erzeugen können.

Gasfüllung und Lichtfarbe

Quecksilberdampf

bläuliches Licht

Natriumdampf

gelbliches Licht

Neon

rötliches Licht

Leuchtschicht und Lichtfarbe

Durch die Zusammensetzung der Leuchtschicht aus unterschiedlichen Seltenen Erden kann die Leuchtfarbe in Zusammenwirkung mit dem Leuchtgas verändert werden.

Lichtstärke und Gasdruck

Die Lichtabgabe von Hochdrucklampen in eine bestimmte Richtung ist größer als jene von Niederdrucklampen. Für die Lichtausbeute muß das nicht gelten.

Kompakt-Leuchtstofflampen

Sie enthalten Leuchtstoffröhren im Kleinformat. Die Wirkungsweise ist die aller Niederdrucklampen. Es werden Starterelemente und Vorschaltgeräte benötigt.

Die Bauformen unterscheiden sich hauptsächlich durch die Anordnung der Komponenten. Muß bei Lampenwechsel die Lampe mit Starter und Vorschaltgerät gewechselt werden, oder sind die Komponenten separat tauschbar?

Grundschaltung von Entladungslampen

LT_12 (65K)

Für das Vorschaltgerät gibt es verschiedene Varianten. So muß das Zündgerät nicht im Vorschaltgerät sein.

Es hat zwei Aufgaben

  1. Erzeugen einer Z&uunml;ndspannung
  2. b) Einstellen des Lampenstromes (ionisierte Gasstrecken haben keinen Widerstand)

Der größte Vorteil der Entladungslampen ist ihre hohe Lebensdauer (8000h).

Prinzip der Gasentladung (=Stoßionisation)

Funktion-sparlampe (20K)

Die Quecksilberdampf Niederdrucklampe entspricht im Prinzip auch der Energiesparöampe und die Funktion kann schrittweise erklärt werden:

  1. Aus der Glühkathode treten Elektronen aus.
  2. Sie stoßen mit Elektronen der Gasatome zusammen.
  3. Dadurch werden die Schalen der Atome gestört, es kommt zur Ionisation.
  4. Bewegen sich Elektronen zwischen Schalen hin und her werden elektromagnetische Wellen (UV-Strahlung) abgegeben.
  5. Das abgestrahlte UV-Licht wird erst durch die Leuchtschicht in eine für den Menschen sichtbare Farbe umgewandelt.

Leuchtdiode (LED)

Das LED-Funktionsprinzip

LEDs sind winzige, ca. ein Millimeter große Elektronik-Chips aus speziellen Halbleiter- Kristallen (pn-Halbleiterdiode).

  • Unter Strom gesetzt, beginnt der Chip zu leuchten – er „emittiert“ Licht nahezu punktförmig (Fachbegriff = Elektrolumineszenz).
  • Anders als Glühlampen entwickeln LEDs keine Wärmestrahlung. Das ausgestrahlte Licht bleibt „kalt“.
  • LEDs erzeugen eine farbig-schmalbandige (monochromatische) Strahlung.

Aufbau einer LED

  • Der LED-Chip wird durch eine Kunststoffhülle geschützt und liegt auf einem Wärmeleit-Element.
  • Linsen übernehmen die primäre Lichtlenkung.
  • Integrierte Reflektoren erlauben Ausstrahlungswinkel bis 180 Grad.
Schnitt_LED (57K)

Lampen mit höherer Lichtausbeute

Das sind Lampen mit speziellem Entladungsgefäß (=Brenner).

Natriumdampflampe

Wir unterscheiden zwischen:

Niederdrucklampe und Hochdrucklampe
  • Lichtfarbe: rein gelb
  • LAB = 183lm/W
    (die höchste aller Lampen)
  • kleinerer Brenner
  • breiteres Farbspektrum
  • " LAB = 130lm/W

Aufbau

LT_16 (58K)

Das Entladungsrohr ist hoch hitzebeständig (Brenntemperatur 1200°C) und enthält Neon- oder Natriumdampf.

Der Außenkolben ist ein doppelwandiges Glasgefäß zur thermischen Isolierung. Damit wird die Einbrennzeit (5min bei der Hochdrucklampe) so kurz als möglich gehalten.

Nach dem Ausschalten muß die Lampe auskühlen. Erst dann kann sie neu gezündet werden.

Als Vorschaltgerät dient ein Streufeldtrafo, der mindestens 600V Zündspannung erzeugen muß.

LT_17 (13K)

Lebensdauer

Sie ist 8.000 bis 10.000h.

Leistungsfaktor

Der "Cosinus PHI" (cosφ) = 0,3 bis 0,4 (das bedeutet: 30 bis 40% der Leistung ist Wirkleistung, 60 bis 70% ist Blindleistung).

Verwendung

  • Verkehrsbeleuchtung
  • Hafenanlagen

Quecksilberdampflampen

Wie die Leuchtstofflampe enthält das Entladungsgefäß giftiges Quecksilber, aber mit höherem Druck.

LT_18 (50K)

Der Brenner ist aber eine kugelförmige Lichtquelle. Darum kann das Licht gebündelt werden (Strahler).

Startvorgang

Nach dem Einschalten entsteht Glimmentladung des Grundgases Argon. Dadurch verdampft das Quecksilber.

Der Druck im Brenner steigt bis nach 3 bis 5min der Betriebsdruck erreicht wird.

Nach 10ms Stromunterbrechung erlischt die Lampe. Erst nach dem Abkühlen (5 bis 10min) kann sie wieder gezündet werden.

Lichtfarbe

bläulich weiß

LAB

30 bis 57 lm/W

Lebensdauer

8.000 bis 15.000h

Leistungsfaktor

cosφ = 0,5 bis 0,7

Verwendung

  • hohe Hallen
  • Sportstätten