hqi:funktion
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hqi:funktion [2012/01/19 19:07] – sarina | hqi:funktion [2021/12/03 10:35] – [Lichtentstehung] sarina | ||
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- | {{menu> | + | ====== Funktion von Metallhalogeniddampflampen |
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- | ====== Funktion von Halogenmetalldampflampen | + | |
===== Aufbau ===== | ===== Aufbau ===== | ||
- | Halogenmetalldampflampen gehören wie die Leuchtstofflampen und Quecksilberdampfhochdrucklampen zu den Plasmalichtquellen. | + | Halogenmetalldampflampen gehören wie die Leuchtstofflampen und Quecksilberdampfhochdrucklampen zu den Plasmalichtquellen. Sie sind sehr effizient und erzeugen bei geringer Leistungsaufnahme eine große Helligkeit. |
- | Das Herz des Leuchtmittels ist das Entladungsgefäß in dem die Füllsubstanzen eingebracht sind. Daran die beiden zwei Wolframstiftelektroden angeschlosen. Das Entladungsgefäß mit den Elektroden befindet sich wiederum zur thermischen Abschirmung in einem Außenkolben, | + | Typische Helligkeitswerte: |
+ | | | 70 W || 150 W || | ||
+ | | |Quarz|Keramik|Quarz|Keramik| | ||
+ | |3.000 K|5.100 lm|6.900 lm|11.700 lm|14.800 lm| | ||
+ | |4.200 K|5.700 lm|6.700 lm|12.000 lm|14.200 lm| | ||
+ | |5.200 K|5.500 lm| |12.000 lm| | | ||
- | Das Entladungsgefäß ist wegen der hohen thermischen und chemischen Belastungen aus Kiselglas ("Quarzbrenner") oder Aluminiumoxidkeramik (" | + | [{{ : |
+ | Das Herz des Leuchtmittels ist das Entladungsgefäß in dem die Füllsubstanzen eingebracht sind. Daran die beiden zwei Wolframstiftelektroden angeschlosen. Das Entladungsgefäß | ||
- | ===== Lichtentstehung ===== | + | Das Entladungsgefäß ist wegen der hohen thermischen und chemischen Belastungen aus Kieselglas (" |
- | Das Gas im Inneren der Lampe wird durch Energiezufuhr in den Plasamzustand überführt, | ||
- | Halogenmetalldampflampen stellen eine Weiterentwicklung der Quecksilberdampflampen dar. Quecksilber kann nur sehr wenige sichtbare Wellenlängen erzeugen, und das Licht ist daher qualitativ schlecht. Metalle haben eine größere Vielfalt von Emissionslinien im sichtbaren Bereich, sind jedoch extrem agressiv (greifen die Wände an) und nur schwer zu verdampfen. Metall-Halogen-Verbindungen sind deutlich weniger agressiv und haben außerdem einen höheren Dampfdruck, so dass sie bereits bei niedrigeren Temperaturen verdampfen. Quecksilber (etwa 3 mg bis 10 mg bei 70 W und 8 mg bis 15 mg bei 150 W) ist in der Lampe als Puffergas trotzdem nötig. | ||
- | Der Vorteil z.B. der Metalljodide liegt darin, dass Metalljodid bereits bei einer sehr viel geringeren Temperatur verdampft, als das für das reine Metall der Fall wäre. Da die Wand des Entladungsgefäßes eine sehr viel geringere Temperatur hat, als das Zentrum ist das nötig, da das eigentliche Metall sonst nie verdampfen würde. Das Gasförmige Metalljodid dissoziiert dann bei den hohen Temperaturen im Zentrum des Entladungsgefäßes. | + | ===== Lichtentstehung ===== |
- | Die Energieniveaus | + | Das Gas im Inneren |
- | Da im Entladungsrohr ein sehr hoher Druck (15 bar bis 30 bar) und sehr hohe Temperaturen herrschen, bewegen sich die Atome mit hoher Geschwindigkeit. Das abgestrahlte Licht hat daher nicht nur genau die Wellenlänge, die durch die Höhe der Energieniveaus eigentlich festgelegt wäre, sondern ist durch den Doppler-Effekt verbreitert. Wegen der höheren Temperatur | + | Halogenmetalldampflampen stellen eine Weiterentwicklung der Quecksilberdampflampen dar. Quecksilber kann nur sehr wenige sichtbare Wellenlängen erzeugen, und das Licht ist daher qualitativ schlecht. Metalle haben eine größere Vielfalt von Emissionslinien im sichtbaren Bereich, sind jedoch extrem aggressiv |
- | Je nach verwendetem Typ von Metallhalogeniden unterscheidet man drei Arten von Halogenmetalldampflampen: | + | Die Energieniveaus der Iodid-Ionen liegen sehr viel höher als die der Metallionen, |
- | Drei-Linie-Lampen senden ähnliches Licht wie die Dreibandenleuchtstofflampen aus. Sie enthalten Natriumiodid | + | Typische Metalle und ihre Emissionslinien sind {{wkx> |
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- | {{natrium.png? | + | Da im Entladungsrohr ein sehr hoher Druck (15 bar bis 30 bar) und sehr hohe Temperaturen herrschen, bewegen sich die Atome mit hoher Geschwindigkeit. Das abgestrahlte Licht hat daher nicht nur genau die Wellenlänge, |
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+ | Je nach verwendetem Typ von Metallhalogeniden unterscheidet man drei Arten von Halogenmetalldampflampen: | ||
Viellinienlampen enthalten z.B. die Metalle aus der Gruppe der seltenen Erden, Scandium, Yttrium oder Elemente aus der Gruppe der Lanthanaide (z.B. Holmium, Dysprosium, Cerium, Thulium). Diese Elemente sind schwer zu verdampfen, daher ist eine gute Wärmeisolierung nötig. Sie erzeugen ein sehr homogenes Spektrum. | Viellinienlampen enthalten z.B. die Metalle aus der Gruppe der seltenen Erden, Scandium, Yttrium oder Elemente aus der Gruppe der Lanthanaide (z.B. Holmium, Dysprosium, Cerium, Thulium). Diese Elemente sind schwer zu verdampfen, daher ist eine gute Wärmeisolierung nötig. Sie erzeugen ein sehr homogenes Spektrum. | ||
- | Die Metallhalogenide liegen im festen Zustand als Metall-Halogen-Verbindung vor. Nachdem sie verdampft sind, dissozieren sie allerdings aufgrund | + | Die Philips MasterColor HCI-Strahler mit 20W - 150W enthalten Natriumjodid (NaI), Calziumjodid (CaI< |
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Bei Molekülstrahlern werden Verbindungen eingesetzt die auch als Moleküle Licht abstrahlen, und somit ein noch gleichmäßigeres Spektrum ermöglichen. Eine Mischung von Zinnflourid und Zinnchlorid (Flourid und Chlorid alleine geht nicht, da beides alleine sehr aggressiv ist) wird beispielsweise eingesetzt. Durch Zusätze von Indium und Lithium wird das Spektrum weiter verbessert. | Bei Molekülstrahlern werden Verbindungen eingesetzt die auch als Moleküle Licht abstrahlen, und somit ein noch gleichmäßigeres Spektrum ermöglichen. Eine Mischung von Zinnflourid und Zinnchlorid (Flourid und Chlorid alleine geht nicht, da beides alleine sehr aggressiv ist) wird beispielsweise eingesetzt. Durch Zusätze von Indium und Lithium wird das Spektrum weiter verbessert. | ||
Eine Übersicht über verschiedene Lampen mit Spektrum und Füllung enthält [[http:// | Eine Übersicht über verschiedene Lampen mit Spektrum und Füllung enthält [[http:// | ||
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+ | ===== Alterung ===== | ||
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+ | | |Quarz|Keramik| | ||
+ | |mittlere Lebensdauer|9.000 h|12.000 h| | ||
+ | |Alter|Lichtstromrückgang|| | ||
+ | | |Quarz|Keramik| | ||
+ | |3.000 h|15 %|20 %| | ||
+ | |6.000 h|23 %|22 %| | ||
+ | |9.000 h|30 %|23 %| | ||
+ | |12.000 h| |26 %| | ||
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+ | |{{keramik-neu.jpg? | ||
+ | |{{quarz-neu.jpg? | ||
+ | |{{quarz-xh.jpg? | ||
+ | |{{keramik-wenige-h.jpg? | ||
+ | |{{keramik-300h.jpg? | ||
+ | |{{keramik-tausende-h.jpg? | ||
+ | |{{keramik-ende.jpg? | ||
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===== Vorschaltgerät ===== | ===== Vorschaltgerät ===== | ||
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+ | Zum Betrieb von Metallhalogeniddampflampen gibt es konventionelle (elektromagnetische) oder elektronische Vorschaltgeräte | ||
+ | | ^ KVG \\ konventionell / elektromagnetisch | ||
+ | |Betriebsfrequenz |50 Hz|130 Hz bis 200 Hz| | ||
+ | |Flimmern des Lichts|40%, 100 Hz|<5%, 260 Hz bis 400 Hz| | ||
+ | |Stromverbrauch des Vorschaltgeräts | ||
+ | |Lebensdauer des\\ Keramik-Leuchtmittels|12.000 h\\ 3,5 Jahre 10h/d |16.000 h\\ 4,5 Jahre 10h/d | | ||
+ | |Geräuschentwicklung|leises Surren bis\\ lautes Brummen | ||
+ | |Geräte / Gewicht|3 Geräte:\\ Drosselspule, | ||
+ | |Lebensdauer|? | ||
+ | |Empfindlichkeit gegenüber\\ Spannungsschwankungen und\\ -Verunreinigungen | ||
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+ | ==== Aufgabe des Vorschaltgeräts ==== | ||
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+ | Das Vorschaltgerät bei einer Metallhalogeniddampflampe hat zwei Aufgaben: | ||
+ | - Es liefert eine hohe Zündspannung | ||
+ | - Es begrenzt den Strom im Betrieb | ||
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+ | === Zündspannung === | ||
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In einer ausgeschalteten Lampe liegen die Füllsubstanzen Quecksilber und die Metallhalogenide größtenteils als fester Niederschlag auf den Wänden und müssen zuerst verdampfen. Das Leuchtmittel muss dazu erwärmt werden. Ohne Gas im Brenner kann aber kein Strom fließen, weswegen ein zusätzliches Puffergas (z.B. Argon) verwendet wird, das nicht zur Lichterzeugung beiträgt. Der Brenndruck der Füllsubstanzen baut sich nur sehr langsam auf und Halogenmetalldampflampen brauchen daher mehrere Minuten bis sie vollständig aufgeheizt sind, und ihre volle Helligkeit erreichen. | In einer ausgeschalteten Lampe liegen die Füllsubstanzen Quecksilber und die Metallhalogenide größtenteils als fester Niederschlag auf den Wänden und müssen zuerst verdampfen. Das Leuchtmittel muss dazu erwärmt werden. Ohne Gas im Brenner kann aber kein Strom fließen, weswegen ein zusätzliches Puffergas (z.B. Argon) verwendet wird, das nicht zur Lichterzeugung beiträgt. Der Brenndruck der Füllsubstanzen baut sich nur sehr langsam auf und Halogenmetalldampflampen brauchen daher mehrere Minuten bis sie vollständig aufgeheizt sind, und ihre volle Helligkeit erreichen. | ||
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Für die Zündung ist eine sehr hohe Spannung notwendig, damit das nicht leitende Gas leitend gemacht werden kann. Die Durchschlagspannung von Halogenmetalldampflampen ist höher als die von reinen Quecksilberdampflampen. Iodatome, die von Metalljodid-Verbindungen kommen, " | Für die Zündung ist eine sehr hohe Spannung notwendig, damit das nicht leitende Gas leitend gemacht werden kann. Die Durchschlagspannung von Halogenmetalldampflampen ist höher als die von reinen Quecksilberdampflampen. Iodatome, die von Metalljodid-Verbindungen kommen, " | ||
- | Ist die Lampe gezündet muss sofort der Strom begrenzt werden, da Plasmen | + | === Strombegrenzung === |
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+ | Alle Gasentladungslampen haben eine **negative Strom-Spannungs-Charakteristik**. Immer wieder liest man in Foren, hqi-Lampen würden nur "so viel soviel Strom ziehen, wie sie bräuchten" | ||
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+ | Bei einer normalen Glühbirne ist der elektrische | ||
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+ | Deswegen kann man Glühbirnen dimmen wenn man die angelegte Spannung ändert. Und es bedeutet auch, dass bei einer bestimmten Spannung immer ein fester - von der Lampe vorgegebener - Strom durch die Lampe fließt. | ||
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+ | Bei einer Gasentladungslampe ändert sich der Widerstand aber während des Betriebs. Je stärker der Stromfluss ist, desto geringer wird der Widerstand der Lampe, was (bei gleicher Spannung) zu einem noch höheren Strom und somit zu einem noch kleineren Widerstand führt. Betreibt man eine Gasentladungslampe an einer Quelle mit konstanter Spannung (=normale Steckdose) so steigt | ||
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==== Konventionelles Vorschaltgerät ==== | ==== Konventionelles Vorschaltgerät ==== | ||
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+ | Die Drosselspule (c), Zünder (b) und Kondensator (a)\\ | ||
+ | An der Lüsterklemme (e) werden die drei Leiter vom Netzkabel mit den Kabeln der Vorschaltgeräte verbunden.\\ | ||
+ | Wichtig ist auch die Schraube (d) an der der Schutzleiter (gelb-grün, | ||
Das konventionelle oder elektromagnetische Vorschaltgerät stellt die veraltete Technologie dar. Es besteht aus drei Teilen: Drosselspule, | Das konventionelle oder elektromagnetische Vorschaltgerät stellt die veraltete Technologie dar. Es besteht aus drei Teilen: Drosselspule, | ||
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=== Drosselspule === | === Drosselspule === | ||
- | Die Drosselspule begrenzt im Betrieb den Strom. Sie besteht als Spule aus einem aufgewickeltem Leiter und besitzt zur Verstärkung der Induktivität mit einem Metallkern. Diese besteht üblicherweise aus geblättertem Eisen. | + | [{{ : |
=== Zündgerät === | === Zündgerät === | ||
- | Das Zündgerät erzeugt die für die Zündung nötige Spannung. Hier gibt es drei Möglichkeiten {{wikindx>357}} | + | [{{ : |
- **Semi-Paralleles Zündgerät/ | - **Semi-Paralleles Zündgerät/ | ||
- **Paralleles Zündgerät**: | - **Paralleles Zündgerät**: | ||
- | - **Serielles Zündgerät/ | + | - **Serielles Zündgerät/ |
- | Für eine direkte Widerzündung im heißen Zustand ist eine Zündspannung von 25kV bis 30kV nötig. Zündgeräte für diese Spannungen beruhen au fdem Prinzip des LC-Schwinkreises mit Funkenstrecke und Teslatransformatior {{wikindx> | + | Für eine direkte Widerzündung im heißen Zustand ist eine Zündspannung von 25kV bis 30kV nötig. Zündgeräte für diese Spannungen beruhen au fdem Prinzip des LC-Schwinkreises mit Funkenstrecke und Teslatransformatior {{wkx> |
=== Kompensationskondensator === | === Kompensationskondensator === | ||
- | Der Kompensationskondensator ist für den Lampenbetrieb nicht nötig, und beeinflusst diesen auch nicht. Er dient nur dazu nach Außen die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung zu korrigieren und somit die Blindleistung zu reduzieren. Das ist nötig, da sonst die Ströme im Netz unnötig hoch werden. Für Privathaushalte ist die Blindleistungskompensation nicht vorgeschrieben und Blindleistung wird in der Stromrechnung auch nicht erfasst. | + | [{{ : |
Die Kolben erreichen im Betrieb einen Temperatur von bis zu 500 °C (70W) bzw. 650 °C (150W) | Die Kolben erreichen im Betrieb einen Temperatur von bis zu 500 °C (70W) bzw. 650 °C (150W) | ||
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+ | === Geräuschtentwicklung === | ||
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+ | In den Spulen von Drossel und Zündgerät können durch die elektromagnetischen Wechselfelder Schwingungen in dem geblätterten Eisenkern verursacht werden. Diese Schwingungen übertragen sich auf andere Bauteile und können zu einer starke Geräuschtenwicklung führen. Dieses Brummen ist einer der offensichtlichsten Nachteile von konventionellen Vorschaltgeräten, | ||
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==== Elektronisches Vorschaltgerät ==== | ==== Elektronisches Vorschaltgerät ==== | ||
- | Die ersten | + | [{{ : |
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+ | Ein 150W EVG liefert im Betrieb etwa 1,5A bei 110V. {{wkx> | ||
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+ | Gleichzeit überwacht das Vorschaltgerät ständig Strom und Spannung und kann auf veränderte Bedingungen reagieren. Am Ende der Lebensdauer, | ||
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+ | === Geräuschtentwicklung === | ||
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+ | Treten Störgeräusche bei einem EVG auf, kann das ein Hinweis auf mangelnde Qualität sein, der u.U. gefährlich werden kann. Ich verweise dazu auf diesen [[http:// | ||
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+ | ==== Einfluss des Vorschaltgerätes auf das Spektrum der Lampe ==== | ||
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+ | Im Betrieb führt die Begrenzung des Stroms zu einem stabilen Betriebsstrom bei einer festen Temperatur. Die Temperatur beeinflusst den Druck im Entladungsgefäß und damit das Spektrum der Lampe ([[http:// | ||
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+ | Spannung und Strom beeinflussen zudem wie stark die Elektroden der Lampe belastet werden. Eine stärkere Belastung wirkt sich durch eine stärkere Schwärzung des Brenners und eine verkürzte Lebensdauer der Lampe aus {{wkx> | ||
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+ | Zwar sind Metallhalogeniddampflampen grundsätzlich dimmbar. Allerdings sollten wegen der hohen Nebenwirkungen nur dimmbare einseitig gesockelte Keramikbrenner und nur mit einem speziellen dimmbaren EVG gedimmt werden. Dabei muss die Lampe bei jedem Anschalten die ersten 15 Minuten mit voller Leistung betrieben werden und sollte nicht mehr als auf 85%, auf keinen Fall um mehr als 50% gedimmt werden. Auch dann kommt es zu Änderungen in der Farbwiedergabe, | ||
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+ | Keinesfalls sollten hqi-Lampen mit Vorschaltgeräten für völlig andere Leistungststufen, | ||
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+ | === Einfluss auf das UV-Spektrum === | ||
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+ | Bei Metallhalogeniddampflampen mit UV-Strahlung (Lucky Reptile, Solar Raptor, MegaRay) ist es wichtig, dass die Lampen die erwartete VitaminD-wirksame UV-Strahlung abgeben. | ||
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+ | Spektrale Messungen von UV-Halogenmetalldampflampen zeigen, dass bei geringerer Leistung des EVGs und anzunehmender geringerer Temperatur im Entladungsgefäß{{wkx> | ||
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+ | [{{: | ||
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+ | [{{evgvergleich.png? | ||
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+ | Auch Messungen einer Solar Raptor mit Solarmter 6.2 (UVB) und Solarmeter 6.5 (UVI) zeigen, dass der VitaminD-wirksame UV-Anteil bei EVGs mit geringerer Leistung höher ist: | ||
+ | | | Verhältnis UVI/UVB | | ||
+ | | 70W Solar Raptor + 70W EVG | 2,97±0,15 | | ||
+ | | 70W Solar Raptor + 50W EVG | 3,21±0,36 | | ||
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+ | HQI-Lampen leuchten häufig auch bei ungeeigneten Vorschaltgeräten. Wie sich das jedoch auf den VitaminD-wirksamen UV-Anteil auswirkt ist nicht ohne weiteres ersichtlich. | ||
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+ | ====== Literatur ====== | ||
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hqi/funktion.txt · Last modified: 2021/12/03 10:43 by sarina