rigo
Startphase von Energiesparlampen
X-TremeBass
Hallo!I
ch bin im Moment in einer Elektro-Ausbildungsabteilung undsoll etwas über die Startphase von Energiesparlampen bzw.
Leuchtstofflampen generell herausfinden. Also warum solcheine Lampe nach dem Einschalten eine gewisse Zeit braucht,um auf volle Leuchtkraft zu kommen, und welche physikalischenVorgänge genau dahinter stecken.
Ich weiß das das Gas in der Lampeeine Zeit braucht um warm zu werden und um besser zu leiten, dann fließtmehr Strom und die Lampe leuchtet heller. Ich bräuchte eben noch genauereAngaben / Hintergründe.
Für weitere Informationen wäre ich sehr dankbar! Als kleines Projekt sollen Vor- und Nachteile von Energiesparlampen dargestellt werden.Dazu werden wir einen Versuchsaufbau entwickeln, wo die Helligkeit einer normale Glühlampemit der einer Energiesparlampe entsprechender Helligkeit verglichen wird. Mit einem Luxmeter soll herausgefunden werden, ob die Herstellerangaben richtig sind und z.b eine 11 wattEnergiesparlampe wirklich so hell brennt wie eine normale 60 Watt Lampe.
Die Abhängigkeit der Leuchtkraft von der Temperatur soll auch untersucht werden.Wird bestimmt interessant
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stefan
Also ich habe zu diesem Thema kein Fundamentalwissen und keinen Fachbuchauszug, den ich dir zur Verfügung stellen könnte. Nur soviel sei gesagt: Gegenüber einer Hochdruckentladung ist eine Niederdruckentladung sowieso äußeren Temperatureinflüssen ausgesetzt - soll heißen, dass die Entladung dabei nicht "heiß" aber zumindest warm werden muss, um volle Leistung (nach Herstellerangaben) zu bringen.
Dabei drückst du nach erfolgreichem Erwärmungsstart und nachfolgender starker Abkühlung den Lichtstrom auch wieder in die Knie. Der Aufwärmeffekt ist aber bei Energiesparlampen viel stärker zu erleben, als bei LSL. Das liegt auch zum Teil an der verwendeten Technik. Während die alten PHI*IPS-Prismen-Lampen, mit integriertem konventionellen VG und Starter, das gleiche Verhalten zeigen wie die LSL, sind ESpL mit elektronischem VG und spezieller Vorheizung viel langsamer im "Kommen" als ihre Artgenossen ohne Vorheizung.
Dafür leben Letztere nicht so lange - sind aber billiger! (ausgenommen die Vorgeheizten bei IKEA made in China, aber Technologie von Megaman(Kanada)) Vor- und Nachteile der ESpL liegen hierdurch auf der Hand, sind aber nicht eindeutig in Größen bestimmbar, da technikabhängig. Was die Lichtstromabgabe anbelangt, ist diese herstellerabhängig. Die Leistungsaufnahme der ESpL spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle.
So unterscheiden sich hier die Angaben auch definitiv nach Lichtfarbe: Tageslichtweiß ist für das menschliche Auge nunmal dunkler als Warmweiß. Der Vergleich mit der Glühlampe hinkt etwas und dient nur als Richtwert für Lise Müller. Ich bin mal guter Hoffnung, dass sich der IngoZ zu diesem Thema noch äußern wird und meine fachlich schwachen Ausführungen durch Ingenieurwissen ergänzt!
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IngoZ
Hai nochmal, Stefan,
nixda mit "Licht unter Scheffel" und so !!! Die Niederdruckentladungen sind, wie Stefan schrieb, äußerst temperaturempfindlich.Hauptgrund ist die Tatsache, daß der Niederdruck-Lichtbogen im intensiven Kontakt zur Wandung des Entladungsgefäßes (Röhre) steht, erst beim Hochdruckbogen "löst" er sich von der Brennerwand "ab", sehr schön bei HQV-Lampen (Schwarzlicht-HQL) zu beobachten (Startphase vs. Normalbetriebsphase).
Aber auch hier kann ein nackter Brenner durch Außentemperatur-Einflüsse sogar in den Niederdruckbereich gezwungen werden (NAH-Brenner). Bei Leuchtstofflampen kommt erschwerend die große Oberfläche hinzu (Energiebilanz) ! Das macht zB bei Na-Niederuck-Lampen (SOX) auch spezielle, teure Konstruktionen mit Wärmeschutz nötig.
Bei Leuchtstofflampen beobachtet man nun vielfältigste Abhängigkeiten des Lichtstomes von der Temperatur. Vielfältig deshalb, weil auch der Leuchtstoff selbst noch ein Wörtchen mitzureden hat.Grundsätzlich gibt es bei Standardlampen ein Optimum an Lichtausbeute, das so ca. bei .... °C liegt. Ich weiß die Temperatur jetzt nicht, deshalb schätze ich vorerst 30...40°C.
Bei höheren Temperaturen nimmt der Lichtstrom wieder deutlich ab: Test: 26mm-Leuchtstofflampe im Betrieb vorsichtig an einer Stelle mit Fön erwärmen, aber nicht zu stark !!! Bei kalten Temperaturen ist nicht nur der Lichtstrom äußerst bescheiden, die Zündwilligkeit der Lampen ist oft katastrophal, weswegen man eigentlich Leuchtstofflampen nicht für die Außenbeleuchtung nehmen sollte!! Daß das trotzdem gemacht wird, hängt mit dem Wahnsinn zusammen, der sich um das Thema "Energiesparlampe" rankt... Je dünner die Röhren, desto schlimmer der Temp.-Effekt !!! Schon der Übergang auf 26mm bei Langstab-Leuchtstofflampen zeigt die viel stärkere Temp.-Abhängigkeit gegenüber den alten 38mm-Röhren. Allerdings waren mit den neuen Röhren viele andere Verbesserungen verbunden, die dieses Konzept im Ganzen rechtfertigen.
Die 40W-Baumarktröhre in der Garage zündet bei -5°C nicht mehr vernünftig. Ganz schlimm ist aber das Thema Kompaktleuchtstofflampen "Energiespar..."!Ich bin wirklich mal gespannt auf die Meßergebnisse, ich vermute, die Lichtausbeute...Lichtstrom ist viel geringer, als man grob vermutet ! Der Lichtstrom wird sogar abhängig von der Brennlage (ebenfalls Temp.-Problem) und nicht zuletzt schlucken die "zusammengefalteten" Röhren gegenseitig das Licht weg, so daß die Herstellerverspechungen zur Farce mutieren.
Thema Lebensdauer: ebenfalls katastrophal! Vielleicht noch erträglich bei OS*AM u.a. sauteurer Markenware, ganz schlimm bei Baumarkt-Wühlkistenware (zum Teil weniger als gewöhnliche Glühlampe, aber dafür mit Elektronikschrott). Die MEGAMAN-Teile sehen zumindest interessant aus, fast wie ein Wettbewerb "Wer baut die kleinste...dünnste Kompakt-LS-Lampe" . @Xtremebass:Je nachdem, was Du genau in welcher "Tiefe" brauchst, könnte ich nächste Woche mal schauen, was sich zu dem Thema findet, zumindest kann ich schonmal neben dem besagten SIEMENS-Buch als Literaturquelle das Buch "Lichttechnik" (Teil 1 Grundlagen) von Baer/Eckert empfehlen, die Licht-"Bibel" schlechthin in der damal. DDR., auch heute noch aufgelegt (Blaues Buch).
Bei Dr. Eckert hatte ich sogar seinerzeit Vorlesungen zum Thema Lichttechnik.In diesem Buch findet man auch Anmerkungen zu den sog. kältefesten Leuchtstofflampen, einem Konzept, das wohl von GE stammt, hier wird auf Kosten anderer Eigenschaften das Optimum des höchsten Lichtstromes ziemlich weit nach unten verschoben (durch bestimmte Amalgam-Zusätze). Zu DDR-Zeiten hießen die Teile zB. LSK-40 anstelle von LS-40, ich hab so eine alte LSK-40-Lampe (38mm) noch da, falls mal irgendwann für Versuche benötigt. Leuchten für LS-Lampen müssen also immer auch sorgfältig in Sachen "Wand-Temperatur der Röhre im Betrieb" untersucht...dimensioniert werden, bei Außenleuchten ist eine Wärmeisolation Pflicht! Allerdings muß die das Problem Jahreszeit beherrschen, eine schwer zu lösende Aufgabe.
Gruß
Ingo
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X-TremeBass
Prima, das hilft mir sehr gut weiter, vielen Dank @ stefan und IngoZ! Das ist an Informationen schonmal sehr gut. Gestern und heute habe ich den Versuch zusammen mit einem Kollegen durchgeführtund ausgewertet. Wir haben eine OS*AM 12 Watt Energiesparlampe mit einer entsprechenden 60 WattGlühlampe verglichen und eine 21 Watt Sparlampe mit einer 100 Watt Glühlampe.
So wie es auf der Verpackung steht Ich habe die genaue Auswertung noch in der Firma, kann sie dann nächste Woche posten.Wir haben eine Excel-Tabelle mit den Werten gemacht und diese grafisch dargestellt.Ist wirklich interessant geworden, aber nicht wirklich eine Überraschung
Man sieht Temperatur, Stromaufnahme, und Helligkeit nebeneinander. Die Glühlampen brannten wie erwartet sehr viel heller als die Energiesparlampen!Und selbst bei Zimmertemperatur brauchte die 12 Watt Lampe satte 6 Minuten um auf volle Helligkeit zu kommen! ~0 Wir haben eine 21 Watt Energiesparlampe dann für eine Stunde in den Kühlschrank gelegt.
Damit ist sie dann fast garnicht mehr klargekommen... Im Diagramm sieht man das sehr schön. Auch interessant, die Oberfläche einer 100 Watt Glühlampe wurde nach 3,5 min 91,3 °C heiß,die 21 Watt Energiesparlampe hingegen aber 105,9°C! Das hätte ich nicht erwartet.Nach erreichen einer gewissen höhe der Temperatur wurde die Lampe auch messbar wieder etwas dunkler. Dann hatten wir noch eine Vermutung.Könnte es sein, das unser Lux-Messgerät (Voltcraft Environment Meter) evtl unterschiedlicheEmpfindlichkeit für das abgestrahlte Spektrum von Glühlampe und Energiesparlampe besitzt,und das Messergebnis u.U nicht ganz korrekt ist? Unser Ausbilder meinte, die Glühlampekönnte evtl auch eine andere Abstrahlcharakteristik haben als die Energiesparlampe, alsoeine andere Lichtverteilung auf der angestrahlten Fläche. Aber ob sich das im Messergebnisso bemerkbar macht?
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IngoZ
Hallo Xtremebass,
ihr meßt also die Beleuchtungsstärke, die eine bestimmte Leuchte mit verschiedenen Lampen abgibt !Das ist für die Praxis natürlich o.k.
Wenn aber die "Energiesparlampe" eine andere Abstrahlungscharakteristik als die Glühlampe hat, ist der Leuchteneinfluß so groß, daß die Ergebnisse nicht mehr vergleichbar sind. Streng wissenschaftlich müßte man deshalb den LICHTSTROM messen, was mit aufwendiger Apparatetechnik verbunden wäre (Ulbrichtkugel zB.). Ausnahme: Wenn man an der Leuchte+Lampe nichts verändert, darf man das Verhältnis zwischen Beleuchtungsstärken direkt in das Lichtstrom-Verhältnis umrechnen !
Das scheitert natürlich beim Vergleich Glühlampe/Kompakt-Leuchtstofflampe, beim Temp.-vergleich wird das genauer. Dies könnte also ein Anhaltspunkt für die Frage "Abstrahlcharakteristik" sein, natürlich "sieht" der beleuchtungsstärkemesser anders als das Auge, aber gerade hier wird viel Gehirnschmalz investiert, die Helligkeits-Empfindungskurve möglichst genau nachzubilden, bei preisgünstigen Geräten kann es aber auch hier Fehler geben, dann kann es passieren, daß zB der Infrarotbereich der Glühlampe (die hat bei IR ihr Maximum!!!) viel zu hoch bewertet wird, obwohl er rein garnichts zum Licht beisteuert !!!Die "falsche" Bewertung beim IR kann man schln mit einer Digital-Kamera zeigen, die "sieht" nämlich die LED einer Fernbedienung und das Blinken kann man schln im Display sehen.
So hat mein Kamera-Händi sogar einen ernsthaften Sinn: Ich kann damit Fernbedienungen grob prüfen Die 100W-Glühlampe erreicht übrigens Kolbentemperaturen von über 260°C, ich weiß das, denn eine solche + mein Indianerzelt waren vor vielen Jahren mal die Ursache für einen Kellerbrand bei uns... das ist für einen 10-jährigen Jungen ein einschneidendes Erlebnis Ist aber nix schlimmes passiert, in diesem Ausnahmefall hätte ich mir sehnlichst eine Energiesparlampe anstelle der 100W-Lampe gewünscht, nur konnte ich von deren Existenz noch nichts ahnen (1979). ~_~
Gruß
Ingo
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X-TremeBass
Ok, so ungefähr hatten wir das ja schon erwartet, jetzt ist es amtlich! Uns stand eben nur dieses Voltcraft Environment Meter zur Luxmessung zurVerfügung, war klar das es nicht sonderlich genau messen würde.Am Versuchsaufbau haben wir während dem Lampenwechsel nichtsverändert, beide Lampentypen wurden an der gleichen Position betrieben, mit dem fixierten Lichtsensor 1 m entfernt.Aber auch der subjektive Endruck der Helligkeit der Glühlampen war höher,die Energiesparlampen schienen einfach dunkler zu brennen.
Den Effekt der IR-Sichtigkeit von CCD-Chips kenne ich von meiner Videokamera,sieht wirklich interressant aus. Da genaue Spektrum-Angaben des Lux-Sensors fehlen(angeblich sichtbarer Bereich) weiß man eben nicht wie genau das ganze wird. D.h. man kann mit unseren Messungen eigenlich nur genau nachweisen, wie langedie Sparlampen brauchen um nach dem Starten die auf volle Helligkeit zu kommen. Bei der Temperaturmessung berührten wir mit der Messspitze des Fühlersjeweils den Kolben der Lampen, klar kann es da unterschiedlich heiße Stellen geben,daher war die Glühlampe wohl "kälter".Trotzdem hätte ich nicht gedacht, das die Sparlampe so heiß wird, ich hätte erwartetdas sie so um die 50°C erreicht, aber 105,9°C ist doch eigentlich schon heftig?
Was nun noch interresant wäre zu wissen ist, warum bei Niederdrucklampen der Lichtbogen in Kontakt mit der Kolbenwand steht, und bei Hochdrucklampen nicht?Eine einfache Erklärung warum das Gas der Lampen bei kühleren Temperaturen noch nicht so gut Leuchtet könnte ich auch noch gebrauchen, das wäre von der Informationstiefe schon völlig ausreichend
Schonmal Danke im Vorraus! Ich würde gerne einzelne Textpassagen und Infos eurer Erklärungen in unserer Ausarbeitung verwendenDa die ja nicht auf unserem eigenen Mist gewachsen sind möchte ich in den Quellenangabennoch gerne dazuschreiben woher die stammen, was soll ich da schreiben, IngoZ und stefan?
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X-TremeBass
Hier unser Protokoll.
Ich habe Textauszüge, teilweise etwas umformuliert, aus den Posts hier verwendet weildas sehr gut gepasst hat! Dafür habe ich euch auch in den Quellen angegeben. Die Word-Datei mit komplettem Protokoll, Excel-Tabellen und Diagrammen: (Ziel speichern unter)
-> Gegenüberstellung Energiesparlampe - Glühlampe.doc
<- In den Diagrammen sieht man sehr schön die Aufwärmphase der Energiesparlampen:
Bilder weg
Der Vergleich zwischen Energiesparlampe bei Zimmertemperatur - Lampe aus dem Kühlschrank:
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IngoZ
Hai Xtreme,
erstmal Dank für Protokoll/Diagramme ! Die Sparlampen werden recht heiß, in der Tat ! Die Temperatur muß mit geringerem Durchmesser der Entladungsröhre steigen. Das zu erklären, erfordert aber einen tieferen Einstieg in die ->Plasmaphysik, Spezialgebiet -> Gasentladungen.
In der ehemaligen DDR gab es ein fantastisches Buch dazu ! Bei allen Arten von Gasentladungslampen spielt der Einfluß der "Umgebung"=Brenner auf den Lichtbogen eine gewichtige Rolle. Bei kugligen Kurzbogenlampen sind es eher die Elektroden ("elektrodenstabilisierte Lichtbögen'') und bei zylindrischen Gefäßen natürlich die Wandung des Entladungsgefäßes ("wandstabilisierte Lichtbögen''). Lichtbögen haben generell das Bestreben, ihren Energiehaushalt so zu regeln, daß sie stabil funktionieren...brennen können.
Das ist philosophisch interessant, erinnert dies doch an Lebewesen
Natürlich gilt das nur für stromgespeiste Lichtbögen, was einmal mehr die Bedeutung des Vorschaltgerätes hervorhebt.An einer Spannungsquelle eskalieren die Prozesse im Plasma aufgrund der negativen Charaktersitik... Wenn also ein brennender Lichtbogen plötzlich von außen gekühlt wird, verringert er seinen Querschnitt, die Oberfläche, die über Strahlung/Konvektion für Wärmeverluste sorgt, wird kleiner, er brennt stabil weiter ! Gleichzeitig vergrößert er den Widerstand und damit die Energiedichte, der Hochdruck-Lichtbogen macht genau dieses, nur daß hier der steigende Druck im Entladungsgefäß primär die Ursache für den Feldstärkezuwachs im Plasma ist.
Da deswegen die Energiedichte je mm steigt, wird das Plasma immer heißer, der Querschnitt des Lichtbogens stellt sich dann so ein, daß die Verluste durch Strahlung/Konvektion (im Inneren des Brenners!!!)/Wandeinfluß (Stoßprozesse) kompensiert werden. Man kann sagen, daß mit dem Brennerdurchmesser der Durchmesser des Lichtbogens und damit die Leuchtdichte...Energiedichte eines Hochdrucklichtbogens bestimmt wird. Klare Sache, daß das bei den dünnen NA-Brennern viel ausgeprägter auftritt, als bei den HQL-Brennern. In diesem Zusammenhang würde mich mal interessieren, WARUM die NA-Brenner so dünn sind und es anfangs aber nicht so sehr waren (NA 175-"Vintage"-NA-Lampe im Vergleich zu NA150/250) ???Ich vermute, daß man deshalb die Brennerwand so dicht am Bogen anordnet, damit gezielt eine hohe Keramiktemperatur erreicht wird und das ganze dann erst wirklich lichtdurchlässig wird. Keramik ist ja bei NA Pflicht. Zurück zum Wandeinfluß allg.:Es ist also nicht ganz richtig zu sagen, der Wandeinfluß ist bei Hochdrucklampen nicht da, er ist aber nicht DIREKT da, denn bei Niederdrucklampen spielen Stoßprozesse der Gasionen im Plasma mit der Wandung des Gefäßes eine viel entscheidendere Rolle, hier greift der Wandeinfluß also unmittelbar in die Geschehnisse des Plasmas ein, während in der Hochdrucklampe dies mittelbar über die Temperatur...Wärmeaustausch passiert.
Das vielleicht mal ganz vereinfacht dargestellt, mehr Ahnung hab ich im Detail davon jetzt auch grad nicht. * Ich denke, das mit der Quellenangabe ist nicht so eng zu sehen, das ist eigentlich allgemein zugängliches (Halb-)Wissen und nicht "auf meinem Mist gewachsen".
Gruß
Ingo
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BrightMan
Hallo zusammen
Ich habe mich auch schon gefragt was genau in einer Leuchtstoffröhre/Energiesparlampe abläuft, wenn sie zu Beginn langsam heller wird. Ich habe eine Frage zu der Aussage: >Die Temperatur muß mit geringerem Durchmesser der Entladungsröhre steigen. Bedeutet das z.B. das eine T5 Röhre heißer wird als eine T12, obwohl beide den gleichen Druck haben? Wenn die Glasröhre noch kalt ist erhöht sich also der Widerstand des Lichtbogens, aber welche Rolle spielt eigentlich die Temperatur, wird dadurch die Ionosation der Quecksilberatome erschwert?
Und wenn die Temperatur zu hoch wird sinkt die Lichtausbeute auch wieder, was ist dann da der Grund? Für Hilfe wäre ich dankbar
Gruß
BrightMan
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IngoZ
Hallo !
"Ich habe mich auch schon gefragt was genau in einer Leuchtstoffröhre/Energiesparlampe abläuft, wenn sie zu Beginn langsam heller wird. " Naja, erst wenn die Wandung ihre Betriebstemperatur erreicht hat, funktionieren Entladung und Leuchtstoff so, daß ein Maximum an Lichtausbeute erreicht wird. "Bedeutet das z.B. das eine T5 Röhre heißer wird als eine T12, obwohl beide den gleichen Druck haben?"
Ja, ist so ! Je dichter das Glas am Lichtbogeninneren liegt, desto heißer wird das Glas. "Wenn die Glasröhre noch kalt ist erhöht sich also der Widerstand des Lichtbogens, aber welche Rolle spielt eigentlich die Temperatur, wird dadurch die Ionosation der Quecksilberatome erschwert?" Ja genau, es ist beides, die Ionisationsprozesse sind vielfältig, entscheidend ist, welche Anregestufen genutzt werden können, bei Leuchtstofflampen aller Art sind das (ich glaube hauptsächlich zwei) starke Linien im kurzwelligen UV-Bereich.Der Widerstand des Lichtbogens ändert sich aber nicht, es ist der "Spannungsbedarf" also die Feldstärke im Lichtbogen in der Haupt-Bogenphase, der ändert sich aber nur rel. wenig zwischen Warm und Kalt. "Den" Widerstand gibt es eigentlich gar nicht, er ändert sich während einer Stromhalbwelle um viele Größenordnungen.
Der "differentielle" Widerstand muß hier diskutiert werden, also z.B. wie ändern sich Strom und Spannung in einem bestimmten kleinen Aussteuerbereich in einer bestimmten Entladungs-Phase, z.B. der Bogenphase.Stellt man Strom und Spannung mit einem Oszi dar, wird man feststellen, daß sich bei eingeprägtem Strom die Spannung über der Lampe kaum ändert, ja sogar mit steigendem Strom kleiner wird, das entspricht sogar dann einem negativen differentiellen Widerstand ("Spannungsquelle") und tatsächlich, diese Erscheinung kann man zum Kompensieren des positiven Dämpfungswiderstand eines Schwingkreises nutzen... Bei LS-Lampen ist das nur der Hauptgrund, weswegen man die Lampe nur mit Strom speisen darf (Drossel-Vorschaltgerät ist eine Variante zur Realisierung dieser Stromquelle). "Und wenn die Temperatur zu hoch wird sinkt die Lichtausbeute auch wieder, was ist dann da der Grund? " Das liegt sowohl am Leuchtstoff (Wirkungsgrad, input: UV-Intensität, output: sichtbares Licht) als auch an der Entladung, die hauptsächlich genutzten UV-Linien werden halt schwächer, weil andere Stoßprozesse mit anderen Linien stärker werden, die aufgenommene Leistung des LIchtbogens kann sogar steigen, auch wenn das nutzbare...umgewandelte sichtbare Licht dunkler wird, man darf also nicht gleichsetzten: Dunker leuchtende Lampe=Leistungsumsatz....-aufnahme des Bogens geringer.
Man versucht, mit anderen Gasgemischen das Maximum an Lichtausbeute auf niedrige T-Bereiche zu verlagern ("Amalgam-Lampen"), z.B. bei LSK 65 (NARVA) oder ähnlichen "Kühlhauslampen", die auch im Freien ganz gut (aber nicht sehr gut, es gibt ja nicht nur Winter !) fuktionieren. Elektrophysikalisch ist das alles sehr kompliziert, kann ich auch grad nicht näher erklären, da müßte man tiefer in die Plasmaphysik einsteigen.
gruß
IngoZ.
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BrightMan
Hi Es gibt ja auch diese sehr kleinen Energiesparlampen von Megaman, wie wird da eigentlich erreicht das trotz der kleinen Abmessung die selbe Lichtleistung erzielt wird wie bei den Standardgrößen?
Gruß
Brightman
