Gasentladungslampe

Gasentladungslampen sind Lichtquellen, die zur Lichterzeugung eine Gasentladung verwenden und dabei die spontane Emission durch atomare oder molekulare elektronische Übergänge und die Rekombinationsstrahlung eines durch elektrische Entladung erzeugten Plasmas ausnutzen.

Bei dem das Plasma bildenden Gas handelt es sich um Metalldämpfe (Natrium, Quecksilber, siehe auch Metalldampflampe), wobei immer auch Edelgase enthalten sind, oder reine Edelgase (Xenon, Krypton, Neon) oder Gemische aus Halogenen und Metallen (Halogen-Metalldampflampe). Spektrallampen verwenden auch andere Gase.

Hochdruck-Gasentladungslampen werden auch als HID-Lampen bezeichnet (von engl. High Intensity Discharge); Stromdichte und Leuchtdichte sind hier wesentlich höher als bei Niederdruck-Plasmen, die Entladung arbeitet im Bereich eines Lichtbogens bzw. einer Bogenentladung.

Unterteilung

Ein wesentliches Unterscheidungskriterium der Gasentladungslampen ist der Druck im Entladungsgefäß bzw. dem Brenner. Man unterscheidet:

* Niederdruck-Entladungslampen (Niederdruck-Plasma, Glimmentladung, z. B. Leuchtröhren, Leuchtstofflampen, Neonröhren)

* Hochdruck-Entladungslampen (Drücke bis etwa 1 MPa, z. B. Quecksilberdampflampen, Krypton-Bogenlampen zur Laser-Anregung)

* Höchstdruck-Lampen (Drücke bis etwa 10 MPa, z. B. Quecksilberdampf-Höchstdrucklampen in der Fotolithografie, Xenon-Kurzbogenlampen zu Projektionszwecken)

Bei Quecksilberdampflampen unterscheidet man noch sogenannte Mitteldrucklampen; diese werden in großen Längen mit großen Leistungen gefertigt und dienen u. a. zur UV-Aushärtung von Lacken und Harzen.

Die typische Strom-Spannungs-Kennlinie einer Gasentladung (rechts) steht in engem Zusammenhang mit den Leuchterscheinungen. Im Bereich der unselbstständigen Entladung fließt ein kleiner Strom. Bei setzt die Glimmentladung ein. Die zur Aufrechterhaltung der Glimmentladung notwendige Betriebsspannung ist niedriger als die Zündspannung. Eine Steigerung des Stromes führt bei zur Lichtbogenentladung. Sie zeichnet sich durch niedrige Betriebsspannung und hohen Strom bzw. hohe Stromdichte aus; die Elektroden beginnen zu glühen.

In der Umgebung der gestrichelten Übergänge im nebenstehenden Bild wirken alle Gasentladungslampen wie negative differentielle Widerstände. Bei steigender Spannung sinkt die Stromstärke beziehungsweise die Stromstärke steigt bei sinkender Spannung. Um den Strom zu begrenzen, müssen Gasentladungslampen stets mit einem Vorwiderstand betrieben werden. Bei hohen Leistungen und Speisung mit Wechselstrom verwendet man meist Vorschaltdrosseln, um die Wärmeentwicklung gering zu halten.

Ein negativer differentieller Widerstand kann zum Anregen (Entdämpfen) von Schwingkreisen oder zur Erzeugung von Kippschwingungen verwendet werden.

Anwendungen

Zur Straßen- und Industriebeleuchtung werden oft Natriumdampflampen eingesetzt. Natrium hat eine Doppellinie bei 589,0 und 589,6 nm (Natrium-D-Linie), die die dominierende gelb-orange Farbwiedergabe bewirken. Das untere Niveau dieser Linien ist der Grundzustand, so dass die Strahlungsdichte dieser Resonanzlinien sehr hoch ist.

In Flutlichtanlagen werden Hochdruck-Gasentladungslampen mit Quecksilber-, Metall-Halogenid- oder Natriumdampffüllung eingesetzt. Die beste Farbwiedergabe haben Xenonlampen. Eine relativ gute Farbwiedergabe haben Metall-Halogenid-Gasentladungslampen (auch Halogen-Metalldampflampen, nicht Halogen-Glühlampen!), die auch Quecksilberdampf enthalten. Sie werden oft in Geschäftsauslagen eingesetzt.

Bei Kino- und Videoprojektoren werden Xenon-Gasentladungslampen im Leistungsbereich von 100 W bis 15 kW eingesetzt.

Bei Kraftfahrzeugen wird seit 1991 sog. Xenonlicht in den Scheinwerfern verwendet. Hierbei handelt es sich um Quecksilberdampflampen mit Xenon als Füll- bzw. Startgas. Sie haben gegenüber Glühlampen bei geringerer Leistungsaufnahme einen höheren Lichtstrom (Halogenglühlampe H7 ca. 1500lm vs. HID-Lampe ca. 3000lm).

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