Stefans Lichtparade

Glimmlampen

Eine Glimmentladung wurde erstmals 1907 in Paris von George Claude und Carl von Linde in Form eines Neonlichts vorgestellt. Bei den Glimmlampen wird durch kurze Entfernung der beiden Elektroden die positive Säule der Entladung unterdrückt, so dass nur das gesättigte orangefarbige Licht der Glimmentladung zur Geltung kommt. In einem mit Neon-Helium-Gemisch von etwa 10 Torr gefüllten Glaskolben befinden sich in geringem Abstand voneinander zwei Elektroden aus Eisendraht oder aus parallel zueinander angeordneten Platten. Je nach Lampentyp und Größe werden dem Gasgemisch noch geringe Mengen an Quecksilber beigefügt. Glimmlampen wurden lange Zeit für Gleich- und Wechselspannung von 100V bis 220 V gebaut. Inzwischen sind durch besondere Elektroden und Gasfüllungen auch kleinere Spannungen möglich. Bei Gleichstrombetrieb überzieht sich nur die mit dem negativen Pol verbundene Elektrode (Kathode) mit einem orangefarbenen Glimmlicht, während bei Wechselstrombetrieb beide Elektroden zum Aufleuchten kommen. Wie bei allen Gasentladungslampen ist auch hier eine Strombegrenzung erforderlich, die durch einen gewöhnlich in der Lampe eingebauten (oder im äußeren Stromkreis vorhandenen) Vorschaltwiderstand erfolgt. Die Zündung geschieht durch einfaches Anlegen der Netzspannung. Wegen ihres geringen Lichtstroms, der unter 1 lm liegt, kommen diese Lampen für allgemeine Beleuchtungszwecke nicht in Frage. Sie werden vornehmlich als Signallampen zur optischen Anzeige des Betriebszustands älterer elektrischer Geräte, für Schalt- und Stabilisationszwecke (Überspannungsschutz) und für Dekorations- und Notbeleuchtung verwendet und sind auch noch in Phasenprüfern zu finden. Die Stromaufnahme der Glimmlampen beträgt nur einige Milliampere.


Quecksilberdampflampen

Der Vorgänger der Quecksilberdampflampen war eine, um 1856 von J. T. Way konstruierte, Quecksilber-Bogenlampe. Am 17. August 1860 brennt bei einer Nachtfahrt auf der Strecke Portsmouth-Cowes-Osborne am Vordermast seiner Yacht eine dieser Quecksilberlampen. Way wurde bei späteren Versuchen mit seinen Lampen ein Opfer der Quecksilberdämpfe. Bei den Entladungslampen liegen die Quecksilberdampflampen am Anfang der Entwicklungsgeschichte. Erste Versuche mit geschlossenen Lampenbrennern begannen zu Ende des 19. Jahrhunderts. Die erste öffentliche Vorführung erfolgte 1901 durch Peter Cooper-Hewitt. Anfangs wurden die Lampen nur ohne Außenkolben für medizinische Zwecke, z.B. Höhensonnen gefertigt. Zu Beleuchtungszwecken erreichten sie erst Anfang der 30er Jahre ihre Serienreife in England. Das Funktionsprinzip ist bis zum heutigen Tag unverändert. Es gibt sie als Niederdrucklampen, bis 1963 als Mitteldrucklampen und dann noch als Hochdruck- und Höchstdrucklampen. Sie haben bis in die Gegenwart ihre Aufgaben in Industrie, Forschung, Medizin und Beleuchtung behalten. Für Beleuchtungszwecke erhalten die Quecksilberdampflampen auf der Innenseite des Außenkolbens eine Leuchtstoffschicht, welche die unsichtbare UV-Emission in sichtbares, überwiegend rotes Licht umwandelt. Somit wird das Lichtspektrum erweitert und die Farbwiedergabe verbessert. Übrigens, eine Leuchtstofflampe ist eigentlich eine Quecksilberdampf-Niederdrucklampe. Ohne Leuchtstoff und mit Quarzglaskolben sind es UV-C-Strahler, z.B. für Entkeimungsanlagen.


Spektrallampen

Die Geburtsstunde der Spektrallampen wurde mit der Glimmentladung eingeleitet. Dort verwendete man verschieden Gase, Edelgase und Metallzusätze, deren unterschiedliche Farben anfangs jedoch nur für Werbezwecke genutzt wurden. Spektrallampen sind in ihrem Aufbau den Quecksilber-Hoch- und Niederdrucklampen sehr ähnlich. Sie benötigen etwa 5 Minuten Anlaufzeit, um ihr spezielles Spektrum auszustrahlen. Eine Ausnahme bilden hierbei die reinen Edelgaslampen. Zusätzlich gibt es Typen, die wie Trioden in der Röhrentechnik arbeiten (zu sehen in der Galerie als L2D2-Lampe). Spektrallampen sind Entladungslampen, die nicht der allgemeinen Beleuchtung dienen, sondern in der Spektroskopie, in der Strahlungsphysik, in der analytischen Chemie und in der Optik verwendet werden. Sie haben einen Brenner aus Quarz- oder Spezialglas, der die Metalle oder Edelgase enthält, deren Spektrum ausgestrahlt werden soll (z.B. Kadmium, Kalium, Natrium, Zink, Neon, Helium). Diese Spektren sind Linienspektren. Die Leistungen der Spektrallampen bewegen sich im Allgemeinen zwischen 10 und 90 W.


Metallhalogenlampen

Um die in der Farbwiedergabe nicht befriedigenden Quecksilberdampf-Hochdrucklampen zu verbessern und deren Lichtausbeute noch weiter zu erhöhen, wurden 1961 von G. H. Reiling Metallhalogenlampen entwickelt, denen im Quecksilberdampf-Entladungsgefäß Halogenverbindungen (vorwiegend Jodide) zufügt wurden. Die Quecksilber-Hochdruckentladung ist eine gute Trägerentladung, in der Atome anderer Metalle (insbesondere Natrium, Indium, Thallium u. a.) angeregt werden können. Das Linienspektrum der Quecksilberentladung wird zurückgedrängt und durch die Linien der Halogenidspektren aufgefüllt. Bei diesen abgewandelten Hochdruck-Entladungslampen wirkt ein Kreisprozess mit, der verhindert, dass freie Metallatome die Quarzwand und die Metalldurchführungen zerstören. Die Entladung wird in einer Edelgasfüllung gezündet. Zunächst verdampft das Quecksilber, und dann, wenn die Brennerwand genügend aufgeheizt ist, die Jodide. Im Entladungszentrum zerfallen die Jodide in Jod und das Metall, das zur Lichterzeugung angeregt wird und dann wieder aus dem Entladungskanal herausdiffundiert. Bevor es jedoch an die Brennerwand gelangt, verbindet es sich wieder mit dem Jod, und der Kreislauf beginnt von neuem.


Natriumdampflampen

Auch hier gibt es, wie bei den Quecksilberdampflampen, Niederdruck- und Hochdrucklampen. Die Entladungsgefäße bei den Niederdrucklampen sind aus natriumfestem Hartglas und bei den Hochdrucklampen aus gesintertem Aluminiumoxid, welches eine Lichtdurchlässigkeit von über 90% besitzt. Beide Lampentypen arbeiten, was das Erreichen des Lichtstroms betrifft, am energieeffizientesten von allen Entladungslampen. Die Lampen werden fast ausschließlich in der Außenbeleuchtung und Industrie eingesetzt, da ihre Farbwiedergabeeigenschaften für Innenräume unzureichend sind. Ausnahmen sind nur speziell entwickelte, dem Glühlampenlicht ähnlich leuchtende, Hochdrucklampen niederer Lichtstromabgabe. Die ersten Natriumdampflampen strahlten im August 1931 in der Berliner Ehrenbergstraße vor dem OSRAM-Verwaltungsgebäude ihr gelbes Licht aus. Die Niederdrucklampen wurden 1932, die Hochdrucklampen 1967 zur Serienreife gebracht. Die Pioniere der Natriumlampenentwicklung waren die Amerikaner A. Compton, C. C. van Voorhis und die Deutschen E. Lax und M. Pirani um 1920.


Xenonlampen

Im Gegensatz zur Entladung im Metalldampf, beispielsweise Quecksilber, zeigen Gasentladungen in Edelgasen (technisch wichtig ist nur das Xenon geworden) eine ausgesprochene Kontinuumstrahlung, der freilich auch noch einige Linien - vor allem im nahen Infrarot - überlagert sind. Im sichtbaren Bereich zeigt es eine so gute Ähnlichkeit mit der Strahlung des mittleren Tageslichts, wie sie keine andere Gasentladung erreicht. Die Xenonlampen sind diesbezüglich die idealen Lichtquellen. Weitere Vorteile sind Farbstabilität bei geringfügigen Spannungsschwankungen sowie Abgabe des vollen Lichtstroms wenige Sekunden nach dem Einschalten. Auch das Wiedereinschalten kann, im Gegensatz zu anderen Hoch- oder Höchstdruck-Entladungslampen, unmittelbar nach dem Ausschalten erfolgen. Auch bei diesen Lampen kann die Entladung in mehreren Druckbereichen betrieben werden. Drei Lampentypen haben sich herausgebildet:

Xenon-Höchstdrucklampen: kurzer Bogen, annähernd kugelförmiges Entladungsgefäß, 50-80 bar Betriebsdruck

Xenon-Hochdrucklampen: längerer Bogen, Wasserkühlung, einige Bar Betriebsdruck

Xenon-Langbogenlampen: extrem langer Bogen, Betriebsdruck etwa 1 bar

Die Höchstdrucklampen arbeiten mit Gleichstrom. Die Leistungen liegen hierbei zwischen 50 W und 35 kW. Hochdruck- und Langbogenlampen werden mit Wechselstrom betrieben. Hochdrucklampen werden in Leistungen zwischen 50W und 10kW gebaut, während Langbogenlampen, z.B. in Japan, sogar schon bis zu 400kW Leistung gebaut worden sind. In den Leistungsklassen bis 2 kW erreichen sie allerdings nicht annähernd die Lichtströme der Natriumdampf- oder Metallhalogenlampen vergleichbarer elektrischer Leistungen. 1947 entstand die erste Xenonlampe mit langem Lichtbogen. Die erste Kurzbogen-Xenonlampe (XBO) wurde 1950 von Dr. Kurt Larche bei OSRAM entwickelt. Für diese revolutionäre Erfindung, von der in hohem Maße die Filmindustrie profitierte, erhielt er 1983 sogar einen "Oskar".

Die als Xenonlampen bezeichneten Entladungslampen für den Automobilbetrieb nutzen keine reine Xenongasentladung, sondern enthalten im Entladungsgefäß Zusätze an Quecksilber und Halogeniden. Das macht sie von ihrer Wirkungsweise mit den Metallhalogenlampen vergleichbar, weshalb sie auch in dieser Rubrik zu suchen sind.


Blitzröhren

Blitzröhren sind Gasentladungsröhren in denen eine Kondensatorentladung einen kurzen, Milli- bis Mikrosekunden dauernden Lichtblitz erzeugt. Xenongefüllte Röhren ergeben die höchste Lichtausbeute. Verwendet werden die Röhren in der Fototechnik, in Stroboskopen für Showeffekte, für Warnsignale in Einsatzfahrzeugen, Positionsbeleuchtung von Flugzeugen und Schiffen und nicht zuletzt in der Physik und Lasererzeugung. Blitzröhren für die Lasererzeugung können mit Xenon oder Krypton gefüllt sein und arbeiten mit hoher Impulsfolge als sogenannte Pumplampen. Erstmals eingesetzt wurden Xenon-Blitzröhren 1951 in der Fotografie.