Azərbaycan
Deutschland
Lietuva
Malta
ශ්රී ලංකාව
Türkmenistan
Türkiyə
Украина
Die Gasentladungsröhre manchmal auch nur Entladungsröhre genannt ist eine Anordnung von Kathode und Anode innerhalb eine
Gasentladungsröhre
Die Gasentladungsröhre – manchmal auch nur Entladungsröhre genannt – ist eine Anordnung von Kathode und Anode innerhalb einer gasgefüllten Glasröhre, in der es bei Anlegen einer bauartspezifischen Mindestspannung zu einer Gasentladung mit Aussendung von Licht kommt. Der physikalische Wirkungsmechanismus der Lichtaussendung nach äußerer Anregung wird als Lumineszenz bezeichnet, die technische Weiterentwicklung zu Lichtquellen im Allgemeinen als Gasentladungslampe.
Geschichte
Im 19. Jahrhundert entwickelte und baute Heinrich Geißler die nach ihm benannten Geißler’schen Röhren. Sie zeigen je nach Gasfüllung verschiedene spektrale Zusammensetzungen des emittierten Lichtes. Mit ihnen kann der druckabhängige Durchmesser und die Struktur der Gasentladung gut beobachtet werden.
Philipp Lenard experimentierte mit Entladungsröhren und trug damit wesentlich zur Weiterentwicklung der Atomphysik bei. Bei seinen Versuchen schloss er an der kolbenförmig aufgebauten Entladungsröhre eine Vakuumpumpe an, welche den Luftdruck in der Röhre stark reduziert. An der Seite der Röhre befand sich ein so genanntes Lenard-Fenster, welches aus einer Aluminium-Folie bestand (rund 0,5 Mikrometer dick). Dieses ist dick genug, um dem Druckunterschied standzuhalten, lässt aber dennoch Kathodenstrahlen (Elektronen) passieren, welche somit einer Untersuchung außerhalb der Röhre zugänglich sind. Dazu befand sich neben dem Fenster zum Beispiel ein Fluoreszenzschirm.
Aufbau
Gasentladungsröhren bestehen aus einem annähernd röhrenförmigen Entladungsgefäß aus Glas (Niederdrucklampen), aus Quarzglas (Hoch- und Höchstdrucklampen) oder aus Aluminiumoxid-Keramik (Hochdrucklampen). Im Gehäuse befinden sich zwei Elektroden, zwischen denen ein elektrisches Feld aufgebaut wird und eine Gasentladung stattfindet. Die elektrischen Anschlüsse werden durch einen Quetschfuß gasdicht nach außen geführt. Die Elektroden können „kalt“ oder glühend sein.
Alle Gasentladungslampen außer Blitzlampen benötigen zum Betrieb eine Strombegrenzung, da ansonsten die Ladungsträgerdichte und der Strom aufgrund der Stoßionisation schnell ansteigen, was bei Überspannungsableitern und Nulloden gewünscht ist, bei Lampen jedoch zu deren Zerstörung führt (siehe Kennlinie). Die Strombegrenzung wird durch einen Widerstand (Glimmlampen), eine Drossel oder ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG, engl. ballast) erreicht.
Blitzlampen arbeiten dagegen oft ohne Strombegrenzung aus einem Speicherkondensator. Der mittlere Leistungsumsatz ist dennoch durch die im Kondensator gespeicherte Energiemenge und die Blitzfrequenz begrenzt. Blitzlampen sind meistens mit Xenon (zum Pumpen von Festkörperlasern auch mit Krypton) gefüllt und erzeugen innerhalb etwa 0,1 bis 5 Millisekunden sehr hohe Lichtleistungen tageslichtähnlicher Qualität.
Es gibt Bauformen mit geheizten oder mit ungeheizten (kalten) Elektroden. Weiterhin gibt es auch Gasentladungsröhren ohne Elektroden, wie Nulloden und Mikrowellenlampen (etwa die Schwefellampe). Neuerdings gibt es auch elektrodenlose Energiesparlampen, die mit Hochfrequenz arbeiten.
Füllung
Der Entladungskolben ist grundlegend mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllt, kann aber auch Stoffe enthalten, die erst zu einem späteren Zeitpunkt durch Verdampfung aktiv werden.
Bei Zimmertemperatur weisen diese Gase im Kolben einen geringen Druck auf, der die Zündung der Entladung durch Stoßionisation und damit die Erzeugung des Plasmas begünstigt. Die Füllung mit Gasgemischen bestimmt gewisse Eigenschaften der Entladung oder dient alleine dem Zweck, genügend Wärme zur Verdampfung des für das eigentliche Plasma gedachten Stoffes zur Verfügung zu stellen. Durch die entstehenden Temperaturen wird ein im Kolben befindlicher Vorrat des plasmabildenden Materials verdampft und erhöht somit den Druck im Entladungsraum.
Bei den plasmabildenden Stoffen handelt es sich um Metalle, bzw. deren Dämpfe (Natrium, Quecksilber, siehe auch Metalldampflampe), wobei zur Zündung immer auch Edelgase enthalten sind, oder reine Edelgase (Xenon, Krypton, Neon) oder Gemische aus Halogenen und Metallen (Halogenmetalldampflampe). verwenden auch andere Gase.
Hochdruck-Gasentladungslampen werden auch als HID-Lampen bezeichnet (von englisch High Intensity Discharge); Strom- und Leuchtdichte sind hier wesentlich höher als bei Niederdruck-Plasmen, die Entladung arbeitet im Bereich eines Lichtbogens bzw. einer Bogenentladung.
Kategorisierung
Ein wesentliches Unterscheidungskriterium der Gasentladungsröhren ist der Druck im Entladungsgefäß bzw. dem Brenner. Man unterscheidet:
- Niederdruck-Entladungslampen (Niederdruck-Plasma, Glimmentladung, beispielsweise Leuchtröhren, Leuchtstofflampen, Neonröhren),
- Mitteldruck-Entladungslampe (überwiegend Mitteldruck-Quecksilberdampflampen zur Desinfektion oder UV-Aushärtung von Lacken, Harzen u. ä.)
- Hochdruck-Entladungslampen (Drücke bis etwa 1 MPa, beispielsweise Quecksilberdampflampen, Krypton-Bogenlampen zur Laser-Anregung),
- Höchstdruck-Lampen (Drücke bis etwa 10 MPa, beispielsweise Quecksilberdampf-Höchstdrucklampen in der Fotolithografie, Xenon-Kurzbogenlampen zu Projektionszwecken).
Die typische Strom-Spannungs-Kennlinie einer Hochdruck Gasentladung (rechts) steht in engem Zusammenhang mit den Leuchterscheinungen. Im Bereich der unselbstständigen Entladung (1) fließt ein kleiner Strom (Zündung; Bruchteile einer Sekunde). Bei (2) setzt die Glimmentladung ein (Beginn der Entladung; Sekundenbruchteile). Die zur Aufrechterhaltung der Glimmentladung notwendige Betriebsspannung ist niedriger als die Zündspannung. Eine Steigerung des Stromes führt bei (3) 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 im Lichtbogensender oder zur Erzeugung von Kippschwingungen verwendet werden.
Niederdruckentladungslampen
Besonderheiten
Die Niederdruckentladungslampe zeichnet sich dadurch aus, dass die Elektronen- und Gastemperatur kaum gekoppelt sind. Es herrscht kein thermisches Gleichgewicht. Die Entladungsform wird auch als Glimmentladung bezeichnet. Eine typische Anwendung ist die Leuchtstofflampe, die eine Sonderform der Quecksilberdampflampe darstellt.
In einem teilevakuierten Glasrohr bildet sich an gegenüberliegenden Elektroden bei ausreichend hoher Spannung (Brennspannung etwa einhundert bis mehrere 100 V) eine Glimmentladung aus. In der Nähe der Kathode (−) tritt das negative Glimmlicht auf, in der Mitte bis zur Anode (+) die sogenannte positive Säule.
Niederdrucklampen arbeiten
- mit kalten Elektroden (Kaltkathoden-Leuchtröhre, Neonröhren, Glimmlampen)
oder
- mit direkt beheizten Glühkathoden (Heißkathoden-Leuchtstofflampe und Niederdruck-Natriumdampflampen). Die Glühkathoden werden vor dem Zünden meistens beheizt und behalten anschließend ihre Temperatur von selbst durch Rückheizung.
Beispiele
Überspannungsschutz
Gasgefüllte Überspannungsableiter isolieren, solange die Spannung unterhalb ihrer Zündspannung bleibt, und stören nicht wegen ihrer geringen Kapazität von nur etwa 2 pF. Wird die Zündspannung überschritten, fällt der Widerstand innerhalb von Mikrosekunden auf sehr geringe Werte, wobei Stromspitzen bis zu 20.000 A abgeleitet werden können. Bleibt der Strom bestehen, werden sie thermisch überlastet. Daher wird üblicherweise eine Überstromschutzeinrichtung (z. B. Schmelzsicherung) vorgesehen, die durch den abgeleiteten Strom anspricht.
Glimmlampen
Die Glimmlampe nutzt die Glimmentladung und dient meist zu Signalisierungsszwecken in verschiedenen Anwendungen. Das Glimmlicht entsteht an der Kathode, bei Betrieb mit Wechselspannung leuchten abwechselnd beide Elektroden. Da Glimmlampen meist mit dem Edelgas Neon gefüllt sind, zählen sie in dieser Bauform zu den Neonröhren.
Die Glimmlampe ist kostengünstig herstellbar, wird aber in ihrer Funktion als Signalisierungsanzeige zunehmend durch Leuchtdioden (LED) abgelöst.
Leuchtröhren
In Leuchtröhren als Kaltkathodenröhren und Neonröhren (dann mit rot emittierender Neonfüllung), liegen die Elektroden weit entfernt voneinander in einem Glasrohr. Hier leuchtet die positive Säule, wenn eine Spannung von mehreren 100 Volt anliegt. Andere Farben werden durch andere Füllungen und Leuchtstoffe erreicht. Leuchtröhren, Neonröhren und Kaltkathodenröhren haben kalte Kathoden und benötigen höhere Spannungen als Glimmlampen oder Leuchtstofflampen.
Leuchtstofflampen
Manchmal werden auch Leuchtröhren als Leuchtstofflampen bezeichnet, denn sie enthalten oft ebenso wie Leuchtstofflampen einen Leuchtstoff. Echte Leuchtstofflampen (auch Leuchtstoffröhren genannt) sowie Kompaktleuchtstofflampen und sogenannte Energiesparlampen haben jedoch Glühkathoden (direkt beheizte Oxidkathoden). Durch Glühemission sinkt die erforderliche Betriebsspannung auf Werte ab, die einen Betrieb über eine Vorschaltdrossel direkt an Netzspannung erlauben.
Der Punkt im Schaltzeichen der Röhre symbolisiert die Füllung mit einem Gas oder Dampf. Ohne den Punkt wäre es eine Vakuumröhre.
Natriumdampf-Niederdrucklampen
Diese werden auch als LS-, NA- oder SOX-Lampen bezeichnet. Sie gehören zu den effizientesten Leuchtmitteln, ermöglichen aber mit ihrem annähernd monochromatischen Orange nur eine sehr schlechte Farbwiedergabe. Sie finden daher überwiegend in der Straßenbeleuchtung Verwendung.
Hochdruck-Entladungslampen (HID-Lampen)
Hierbei handelt es sich in der Regel um Metalldampflampen, die weiter in Quecksilber-, Natrium- und Halogen-Metalldampflampen unterteilt werden können.
Besonderheiten
Die beiden Elektroden in dem Quarzglas- oder Keramik-Entladungsgefäß bestehen aus Wolfram (massiv oder Drahtwickel) und besitzen im neuen Zustand eine Spitze. Diese brennt während der Lebensdauer etwas zurück.
Die Stromdichte ist so hoch, dass die Niederdruck-Entladung beim Start sofort in eine Bogenentladung übergeht, so dass sich der Innendruck durch steigende Temperatur und verdampfende Füllbestandteile stark erhöht. Die Elektroden erreichen je nach Bauart Temperaturen von etwa 1000 Grad Celsius bis mehrere tausend Grad Celsius und werden nicht vorgeheizt. Bei Quecksilberdampflampen befinden sich neben den Hauptelektroden noch Zündelektroden, so dass ein Zündgerät, wie es bei anderen Hochdruck-Gasentladungslampen erforderlich ist, entfallen kann.
Aufgrund der höheren Dichte und der daraus resultierenden kleineren freien Weglänge der Teilchen befinden sich bei der Hochdruckentladungslampe (p > 0,1 bar) Elektronen- und Gastemperatur annähernd im Gleichgewicht. Im Gegensatz zu Leuchtröhren sind die Spannungen niedrig (50…200 V) und die Entladungsströme (typisch 1…10 Ampere) deutlich höher.
Hochdruck-Gasentladungslampen werden auch HID-Lampen (von engl. high intensity discharge) genannt.
Bei Hochdruck-Gasentladungslampen tritt bereits eine Linienverbreiterung aufgrund der thermischen Bewegung auf, weshalb diese Lampen auch ohne Leuchtstoff bereits eine etwas bessere Farbwiedergabe besitzen als Niederdruck-Entladungslampen ohne Leuchtstoff.
Hochdruck-Gasentladungslampen haben oft einen zusätzlichen Schutzglaskolben, der auch der thermischen Isolierung dient und teilweise einen Leuchtstoff trägt.
Beispiele
- Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, oft auch HM-Lampe genannt (Industrie- und Straßenbeleuchtung); Bild eines Entladungsgefäßes siehe bei Aufbau
- Natriumdampf-Hochdrucklampe, oft auch HS-Lampe genannt (Straßenbeleuchtung)
- Halogen-Metalldampflampe, oft auch HI-Lampe genannt (C-HI: Halogen-Metalldampflampe mit Keramikentladungsgefäß) (Geschäfts-Auslagen, Stadionbeleuchtung, Architektur, Beamer)
Höchstdruck-Gasentladungslampen
Bei diesen Lampen hat das Quecksilber-Edelgas-Gemisch (Argon, Xenon) bereits bei Raumtemperatur Überdruck. Im Betrieb steigt der Druck auf 100 bis 400 bar an. Die Lampen haben ein gedrungenes, dickwandiges Quarzglasgefäß und massive Wolfram-Elektroden. Üblich sind Lampen mit einer Aufnahmeleistung von 50 Watt bis 24 Kilowatt.
Diese Lampen werden als Projektionslichtquelle oder in Sonnenlicht-Simulatoren mit Xenonfüllung und zu Zwecken der Fotolithografie mit Quecksilberdampf-Füllung hergestellt.
Diese Lampen müssen vor ihrem kontinuierlichen Betrieb gezündet werden, da zwischen den beiden Elektroden eine nicht leitende Gasstrecke liegt. Das geschieht, indem ein Hochspannungsimpuls (bis zu 50 kV) angelegt wird, die die Durchschlagsspannung der Gasstrecke übersteigt. Der dadurch entstehende Überschlag ionisiert die Gasstrecke zwischen den Elektroden und macht sie leitend. Damit die ionisierte Strecke nicht sofort wieder abbricht, muss nun im kontinuierlichen Betrieb bei einer Spannung von 20 V bis 30 V ein geglätteter Gleichstrom zugeführt werden. Je besser die Betriebsspannung geglättet ist, desto höher ist die Lebensdauer der Lampe und desto höher ist die Qualität des abgegebenen Lichtes.
Höchstdruck-Gasentladungslampen haben ein Leuchtzentrum von nur wenigen Millimetern Ausdehnung, wobei der Punkt der höchsten Leuchtdichte (hot spot) direkt an der Kathode liegt; sie werden daher auch als Kurzbogenlampen bezeichnet. Die geringe Größe der Lichtquelle und ihre hohe Intensität erlaubt eine effektive Fokussierung oder Kollimation bei Leuchttürmen, Scheinwerfern und in Projektoren.
Höchstdruck-Gasentladungslampen weisen eine starke thermische Linienverbreiterung ihres Emissionsspektrums auf und geben im Falle von Xenon-Höchstdrucklampen ein fast kontinuierliches, tageslichtähnliches Spektrum ab.
Höchstdrucklampen müssen aufgrund der Explosionsgefahr mit Vorsicht gehandhabt (Handschuhe, Schutzbrille) und betrieben (keine freie Montage möglich, Betriebslage oft vorgeschrieben) werden.
Blitzröhren
Blitzröhren besitzen kalte Kathoden und arbeiten ausschließlich im Impulsbetrieb. Als Stromquelle dient ein Speicherkondensator, der eine elektrische Spitzenleistung bis in den Bereich von Megawatt (Fotoblitz) oder sogar Gigawatt (Pumpen von Pulslasern) abgeben kann. Die Gasfüllung ist Xenon für tageslichtähnliche Farbtemperatur, aber auch Krypton, insbesondere zur effektiven Anregung von Impuls-Festkörperlasern. Weitere Anwendungen sind Stroboskope und das kurzzeitige Erhitzen von Oberflächen.
Blitzröhren werden wie auch Höchstdrucklampen mit einem Hochspannungs-Zündimpuls (ca. 4 bis 20 kV) gezündet beziehungsweise getriggert. Dazu besitzen sie eine außen auf dem Glaskolben angebrachte Elektrode. Das ist möglich, da die Betriebstemperatur des Glaskolbens gering ist.
Einsatzgebiete
Gasentladungsröhren sind neben Demonstrationszwecken heute vor allem als Gasentladungslampe, bekannt als Leuchtstofflampen, Leuchtröhren. Glimmlampen dienen als Signallampe; Ziffernanzeigen nach diesem Prinzip (Nixie-Röhren) sind jedoch veraltet.
Im weiteren Sinne gehören zu Gasentladungsröhren auch Gasableiter, Gaslaser sowie die inzwischen veralteten Quecksilberdampfgleichrichter, Thyratrons oder Stabilisatorröhren.
Auch Plasmabildschirme arbeiten in jedem Pixel mit einer Niederdruck-Gasentladung, deren Ultraviolett-Emission zur Farbdarstellung mittels Fluoreszenzfarbstoffen genutzt wird.
Schnelle Schalter für hohe Leistungen im Radarbereich verwenden Gasentladungsröhren, um mit Hilfe eines Duplexers die Antenne entweder an den Sender oder an den Empfänger zu koppeln (Nullode).
Zur Straßen- und Industriebeleuchtung werden oft Natriumdampflampen eingesetzt. Natrium hat eine Doppellinie bei 589,0 und 589,6 Nanometer (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 Watt bis 15 Kilowatt eingesetzt.
Hersteller wie Osram bieten HMI Lampen bis 24 kW an, welche ebenso in Kinoprojektoren oder in Tageslicht-Scheinwerfern eingesetzt werden. Diese Lampen haben eine Lichtausbeute von 95 lm/W und erreichen einen Lichtstrom von bis zu 2.300.000 lm.
Bei Kraftfahrzeugen wird seit 1991 so genanntes Xenonlicht in den Scheinwerfern verwendet. Hierbei handelt es sich um Halogenmetalldampflampen mit Xenon als Füll- und Startgas. Die genaue Bezeichnung der Lampen ist jedoch schwierig, da hauptsächlich Xenon als Gas und zusätzlich in geringem Maße Quecksilber und Metallhalogenide vorhanden sind. Sie haben gegenüber Glühlampen bei geringerer Leistungsaufnahme einen höheren Lichtstrom (Halogenglühlampe H7 mit 1500 Lumen gegenüber HID-Lampe mit etwa 3000 Lumen).
Im Bereich der Metrologie wird die von Gasentladungslampen (Spektrallampen) ausgehende Strahlung als Längennormal benutzt. Dazu werden Vorkehrungen getroffen, damit die Spektrallinien möglichst schmalbandig sind. Als Beispiel sei die Krypton-86-Lampe genannt, die zwischen 1960 und 1983 zur Definition des Meters benutzt wurde.
Literatur
- Peter Flesch: Light and light sources. High-intensity discharge lamps. Springer, Berlin u. a. 2006, ISBN 3-540-32684-7.
- Wilhelm Gerster: Moderne Beleuchtungssysteme für drinnen und draussen. Das praktische Nachschlagewerk für Selbermacher. Compact, München 1997, ISBN 3-8174-2395-0.
- Hans R. Ris: Beleuchtungstechnik für Praktiker. Grundlagen – Lampen – Leuchten – Planung – Messung. 2., erweiterte Auflage. VDE-Verlag u. a., Berlin u. a. 1997, ISBN 3-8007-2163-5.
- Adolf Senner: Fachkunde Elektrotechnik. 4. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal-Barmen 1965.
- Günter Springer (Lektorat): Fachkunde Elektrotechnik. 18., völlig neubearbeitete und erweiterte Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1989, ISBN 3-8085-3018-9.
Weblinks
- Hochdruckentladungslampen (PDF-Datei)
- Glimmlampen und Glimmröhren, UV-Lampen, Laser-, Blitz- und Stroboskop-Röhren
- Elektronikgeschichte: Kaltkathoden-Röhren (die Kaltkathoden-Röhre funktioniert nach dem Prinzip der Gasentladungslampe)
- Lampenmuseum mit Anmeldung
- Aufbau von UHP Lampen, Uni Osnabrück (PDF-Datei; 961 kB)
Autor: www.NiNa.Az
Veröffentlichungsdatum:
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele, Mobiltelefon, Mobil, Telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, komputer, Informationen zu Gasentladungsröhre, Was ist Gasentladungsröhre? Was bedeutet Gasentladungsröhre?
Die Gasentladungsrohre manchmal auch nur Entladungsrohre genannt ist eine Anordnung von Kathode und Anode innerhalb einer gasgefullten Glasrohre in der es bei Anlegen einer bauartspezifischen Mindestspannung zu einer Gasentladung mit Aussendung von Licht kommt Der physikalische Wirkungsmechanismus der Lichtaussendung nach ausserer Anregung wird als Lumineszenz bezeichnet die technische Weiterentwicklung zu Lichtquellen im Allgemeinen als Gasentladungslampe Edelgase Helium Neon Argon Krypton und Xenon in GasentladungsrohrenWasserstoff Deuterium Stickstoff Sauerstoff und Quecksilber in GasentladungsrohrenGeschichteIm 19 Jahrhundert entwickelte und baute Heinrich Geissler die nach ihm benannten Geissler schen Rohren Sie zeigen je nach Gasfullung verschiedene spektrale Zusammensetzungen des emittierten Lichtes Mit ihnen kann der druckabhangige Durchmesser und die Struktur der Gasentladung gut beobachtet werden Philipp Lenard experimentierte mit Entladungsrohren und trug damit wesentlich zur Weiterentwicklung der Atomphysik bei Bei seinen Versuchen schloss er an der kolbenformig aufgebauten Entladungsrohre eine Vakuumpumpe an welche den Luftdruck in der Rohre stark reduziert An der Seite der Rohre befand sich ein so genanntes Lenard Fenster welches aus einer Aluminium Folie bestand rund 0 5 Mikrometer dick Dieses ist dick genug um dem Druckunterschied standzuhalten lasst aber dennoch Kathodenstrahlen Elektronen passieren welche somit einer Untersuchung ausserhalb der Rohre zuganglich sind Dazu befand sich neben dem Fenster zum Beispiel ein Fluoreszenzschirm AufbauEntladungsgefass einer Quecksilberdampf Hochdrucklampe NARVA NF80 80 Watt Schutzglaskolben entfernt siehe auch Gesamtansicht mit Schutzglaskolben Gasentladungsrohren bestehen aus einem annahernd rohrenformigen Entladungsgefass aus Glas Niederdrucklampen aus Quarzglas Hoch und Hochstdrucklampen oder aus Aluminiumoxid Keramik Hochdrucklampen Im Gehause befinden sich zwei Elektroden zwischen denen ein elektrisches Feld aufgebaut wird und eine Gasentladung stattfindet Die elektrischen Anschlusse werden durch einen Quetschfuss gasdicht nach aussen gefuhrt Die Elektroden konnen kalt oder gluhend sein Alle Gasentladungslampen ausser Blitzlampen benotigen zum Betrieb eine Strombegrenzung da ansonsten die Ladungstragerdichte und der Strom aufgrund der Stossionisation schnell ansteigen was bei Uberspannungsableitern und Nulloden gewunscht ist bei Lampen jedoch zu deren Zerstorung fuhrt siehe Kennlinie Die Strombegrenzung wird durch einen Widerstand Glimmlampen eine Drossel oder ein elektronisches Vorschaltgerat EVG engl ballast erreicht Blitzlampen arbeiten dagegen oft ohne Strombegrenzung aus einem Speicherkondensator Der mittlere Leistungsumsatz ist dennoch durch die im Kondensator gespeicherte Energiemenge und die Blitzfrequenz begrenzt Blitzlampen sind meistens mit Xenon zum Pumpen von Festkorperlasern auch mit Krypton gefullt und erzeugen innerhalb etwa 0 1 bis 5 Millisekunden sehr hohe Lichtleistungen tageslichtahnlicher Qualitat Siehe auch Blitzlicht und Blitzrohre Es gibt Bauformen mit geheizten oder mit ungeheizten kalten Elektroden Weiterhin gibt es auch Gasentladungsrohren ohne Elektroden wie Nulloden und Mikrowellenlampen etwa die Schwefellampe Neuerdings gibt es auch elektrodenlose Energiesparlampen die mit Hochfrequenz arbeiten FullungNiederdruckentladungslampen Spektrallampen Neon Quecksilber Natrium mit Spektren Der Entladungskolben ist grundlegend mit einem Gas oder Gasgemisch gefullt kann aber auch Stoffe enthalten die erst zu einem spateren Zeitpunkt durch Verdampfung aktiv werden Bei Zimmertemperatur weisen diese Gase im Kolben einen geringen Druck auf der die Zundung der Entladung durch Stossionisation und damit die Erzeugung des Plasmas begunstigt Die Fullung mit Gasgemischen bestimmt gewisse Eigenschaften der Entladung oder dient alleine dem Zweck genugend Warme zur Verdampfung des fur das eigentliche Plasma gedachten Stoffes zur Verfugung zu stellen Durch die entstehenden Temperaturen wird ein im Kolben befindlicher Vorrat des plasmabildenden Materials verdampft und erhoht somit den Druck im Entladungsraum Bei den plasmabildenden Stoffen handelt es sich um Metalle bzw deren Dampfe Natrium Quecksilber siehe auch Metalldampflampe wobei zur Zundung immer auch Edelgase enthalten sind oder reine Edelgase Xenon Krypton Neon oder Gemische aus Halogenen und Metallen Halogenmetalldampflampe verwenden auch andere Gase Hochdruck Gasentladungslampen werden auch als HID Lampen bezeichnet von englisch High Intensity Discharge Strom und Leuchtdichte sind hier wesentlich hoher als bei Niederdruck Plasmen die Entladung arbeitet im Bereich eines Lichtbogens bzw einer Bogenentladung KategorisierungStrom Spannungs Kennlinie einer Gasentladung Zahlen siehe Text Ein wesentliches Unterscheidungskriterium der Gasentladungsrohren ist der Druck im Entladungsgefass bzw dem Brenner Man unterscheidet Niederdruck Entladungslampen Niederdruck Plasma Glimmentladung beispielsweise Leuchtrohren Leuchtstofflampen Neonrohren Mitteldruck Entladungslampe uberwiegend Mitteldruck Quecksilberdampflampen zur Desinfektion oder UV Aushartung von Lacken Harzen u a Hochdruck Entladungslampen Drucke bis etwa 1 MPa beispielsweise Quecksilberdampflampen Krypton Bogenlampen zur Laser Anregung Hochstdruck Lampen Drucke bis etwa 10 MPa beispielsweise Quecksilberdampf Hochstdrucklampen in der Fotolithografie Xenon Kurzbogenlampen zu Projektionszwecken Die typische Strom Spannungs Kennlinie einer Hochdruck Gasentladung rechts steht in engem Zusammenhang mit den Leuchterscheinungen Im Bereich der unselbststandigen Entladung 1 fliesst ein kleiner Strom Zundung Bruchteile einer Sekunde Bei 2 setzt die Glimmentladung ein Beginn der Entladung Sekundenbruchteile Die zur Aufrechterhaltung der Glimmentladung notwendige Betriebsspannung ist niedriger als die Zundspannung Eine Steigerung des Stromes fuhrt bei 3 zur Lichtbogenentladung Sie zeichnet sich durch niedrige Betriebsspannung und hohen Strom bzw hohe Stromdichte aus die Elektroden beginnen zu gluhen In der Umgebung der gestrichelten Ubergange im nebenstehenden Bild wirken alle Gasentladungslampen wie negative differentielle Widerstande Bei steigender Spannung sinkt die Stromstarke beziehungsweise die Stromstarke steigt bei sinkender Spannung Um den Strom zu begrenzen mussen Gasentladungslampen stets mit einem Vorwiderstand betrieben werden Bei hohen Leistungen und Speisung mit Wechselstrom verwendet man meist Vorschaltdrosseln um die Warmeentwicklung gering zu halten Ein negativer differentieller Widerstand kann zum Anregen Entdampfen von Schwingkreisen im Lichtbogensender oder zur Erzeugung von Kippschwingungen verwendet werden Niederdruckentladungslampen Besonderheiten Hell und Dunkelraume einer Niederdruck Gasentladung mit kalten Kathoden Unten Spannungsverteilung Die Niederdruckentladungslampe zeichnet sich dadurch aus dass die Elektronen und Gastemperatur kaum gekoppelt sind Es herrscht kein thermisches Gleichgewicht Die Entladungsform wird auch als Glimmentladung bezeichnet Eine typische Anwendung ist die Leuchtstofflampe die eine Sonderform der Quecksilberdampflampe darstellt In einem teilevakuierten Glasrohr bildet sich an gegenuberliegenden Elektroden bei ausreichend hoher Spannung Brennspannung etwa einhundert bis mehrere 100 V eine Glimmentladung aus In der Nahe der Kathode tritt das negative Glimmlicht auf in der Mitte bis zur Anode die sogenannte positive Saule Niederdrucklampen arbeiten mit kalten Elektroden Kaltkathoden Leuchtrohre Neonrohren Glimmlampen oder mit direkt beheizten Gluhkathoden Heisskathoden Leuchtstofflampe und Niederdruck Natriumdampflampen Die Gluhkathoden werden vor dem Zunden meistens beheizt und behalten anschliessend ihre Temperatur von selbst durch Ruckheizung Beispiele Uberspannungsschutz Gasgefullte Uberspannungsableiter Durchmesser etwa 8 mm Gasgefullte Uberspannungsableiter isolieren solange die Spannung unterhalb ihrer Zundspannung bleibt und storen nicht wegen ihrer geringen Kapazitat von nur etwa 2 pF Wird die Zundspannung uberschritten fallt der Widerstand innerhalb von Mikrosekunden auf sehr geringe Werte wobei Stromspitzen bis zu 20 000 A abgeleitet werden konnen Bleibt der Strom bestehen werden sie thermisch uberlastet Daher wird ublicherweise eine Uberstromschutzeinrichtung z B Schmelzsicherung vorgesehen die durch den abgeleiteten Strom anspricht Glimmlampen Hauptartikel Glimmlampe Die Glimmlampe nutzt die Glimmentladung und dient meist zu Signalisierungsszwecken in verschiedenen Anwendungen Das Glimmlicht entsteht an der Kathode bei Betrieb mit Wechselspannung leuchten abwechselnd beide Elektroden Da Glimmlampen meist mit dem Edelgas Neon gefullt sind zahlen sie in dieser Bauform zu den Neonrohren Die Glimmlampe ist kostengunstig herstellbar wird aber in ihrer Funktion als Signalisierungsanzeige zunehmend durch Leuchtdioden LED abgelost Leuchtrohren Hauptartikel Leuchtrohre In Leuchtrohren als Kaltkathodenrohren und Neonrohren dann mit rot emittierender Neonfullung liegen die Elektroden weit entfernt voneinander in einem Glasrohr Hier leuchtet die positive Saule wenn eine Spannung von mehreren 100 Volt anliegt Andere Farben werden durch andere Fullungen und Leuchtstoffe erreicht Leuchtrohren Neonrohren und Kaltkathodenrohren haben kalte Kathoden und benotigen hohere Spannungen als Glimmlampen oder Leuchtstofflampen Leuchtstofflampen Hauptartikel Leuchtstofflampe Hauptartikel Thermionische Entladung Schaltzeichen einer Leuchtstofflampe mit den vier Anschlussen fur die Gluhkathoden Manchmal werden auch Leuchtrohren als Leuchtstofflampen bezeichnet denn sie enthalten oft ebenso wie Leuchtstofflampen einen Leuchtstoff Echte Leuchtstofflampen auch Leuchtstoffrohren genannt sowie Kompaktleuchtstofflampen und sogenannte Energiesparlampen haben jedoch Gluhkathoden direkt beheizte Oxidkathoden Durch Gluhemission sinkt die erforderliche Betriebsspannung auf Werte ab die einen Betrieb uber eine Vorschaltdrossel direkt an Netzspannung erlauben Der Punkt im Schaltzeichen der Rohre symbolisiert die Fullung mit einem Gas oder Dampf Ohne den Punkt ware es eine Vakuumrohre Natriumdampf Niederdrucklampen Hauptartikel Natriumdampflampe Diese werden auch als LS NA oder SOX Lampen bezeichnet Sie gehoren zu den effizientesten Leuchtmitteln ermoglichen aber mit ihrem annahernd monochromatischen Orange nur eine sehr schlechte Farbwiedergabe Sie finden daher uberwiegend in der Strassenbeleuchtung Verwendung Hochdruck Entladungslampen HID Lampen Hierbei handelt es sich in der Regel um Metalldampflampen die weiter in Quecksilber Natrium und Halogen Metalldampflampen unterteilt werden konnen Besonderheiten Pumplampe eines Festkorperlasers Fullgas Krypton wassergekuhlt etwa 2 KilowattDetail Kathode von Bild obenQuecksilberdampf Hochdrucklampe 80 Watt mit Leuchtstoff beschichtetem Schutzglaskolben Entladungsgefass siehe oben bei Aufbau Zum Betrieb ist ein Vorschaltgerat erforderlich Die beiden Elektroden in dem Quarzglas oder Keramik Entladungsgefass bestehen aus Wolfram massiv oder Drahtwickel und besitzen im neuen Zustand eine Spitze Diese brennt wahrend der Lebensdauer etwas zuruck Die Stromdichte ist so hoch dass die Niederdruck Entladung beim Start sofort in eine Bogenentladung ubergeht so dass sich der Innendruck durch steigende Temperatur und verdampfende Fullbestandteile stark erhoht Die Elektroden erreichen je nach Bauart Temperaturen von etwa 1000 Grad Celsius bis mehrere tausend Grad Celsius und werden nicht vorgeheizt Bei Quecksilberdampflampen befinden sich neben den Hauptelektroden noch Zundelektroden so dass ein Zundgerat wie es bei anderen Hochdruck Gasentladungslampen erforderlich ist entfallen kann Aufgrund der hoheren Dichte und der daraus resultierenden kleineren freien Weglange der Teilchen befinden sich bei der Hochdruckentladungslampe p gt 0 1 bar Elektronen und Gastemperatur annahernd im Gleichgewicht Im Gegensatz zu Leuchtrohren sind die Spannungen niedrig 50 200 V und die Entladungsstrome typisch 1 10 Ampere deutlich hoher Hochdruck Gasentladungslampen werden auch HID Lampen von engl high intensity discharge genannt Bei Hochdruck Gasentladungslampen tritt bereits eine Linienverbreiterung aufgrund der thermischen Bewegung auf weshalb diese Lampen auch ohne Leuchtstoff bereits eine etwas bessere Farbwiedergabe besitzen als Niederdruck Entladungslampen ohne Leuchtstoff Hochdruck Gasentladungslampen haben oft einen zusatzlichen Schutzglaskolben der auch der thermischen Isolierung dient und teilweise einen Leuchtstoff tragt Beispiele Quecksilberdampf Hochdrucklampe oft auch HM Lampe genannt Industrie und Strassenbeleuchtung Bild eines Entladungsgefasses siehe bei Aufbau Natriumdampf Hochdrucklampe oft auch HS Lampe genannt Strassenbeleuchtung Halogen Metalldampflampe oft auch HI Lampe genannt C HI Halogen Metalldampflampe mit Keramikentladungsgefass Geschafts Auslagen Stadionbeleuchtung Architektur Beamer Hochstdruck Gasentladungslampen Xenon Gasentladungslampe fur KinoprojektorenOben Xenonlampe 4000 Watt defekt Unten Xenonlampe 2000 Watt unbenutzt im Schutzgehause Bei diesen Lampen hat das Quecksilber Edelgas Gemisch Argon Xenon bereits bei Raumtemperatur Uberdruck Im Betrieb steigt der Druck auf 100 bis 400 bar an Die Lampen haben ein gedrungenes dickwandiges Quarzglasgefass und massive Wolfram Elektroden Ublich sind Lampen mit einer Aufnahmeleistung von 50 Watt bis 24 Kilowatt Diese Lampen werden als Projektionslichtquelle oder in Sonnenlicht Simulatoren mit Xenonfullung und zu Zwecken der Fotolithografie mit Quecksilberdampf Fullung hergestellt Diese Lampen mussen vor ihrem kontinuierlichen Betrieb gezundet werden da zwischen den beiden Elektroden eine nicht leitende Gasstrecke liegt Das geschieht indem ein Hochspannungsimpuls bis zu 50 kV angelegt wird die die Durchschlagsspannung der Gasstrecke ubersteigt Der dadurch entstehende Uberschlag ionisiert die Gasstrecke zwischen den Elektroden und macht sie leitend Damit die ionisierte Strecke nicht sofort wieder abbricht muss nun im kontinuierlichen Betrieb bei einer Spannung von 20 V bis 30 V ein geglatteter Gleichstrom zugefuhrt werden Je besser die Betriebsspannung geglattet ist desto hoher ist die Lebensdauer der Lampe und desto hoher ist die Qualitat des abgegebenen Lichtes Hochstdruck Gasentladungslampen haben ein Leuchtzentrum von nur wenigen Millimetern Ausdehnung wobei der Punkt der hochsten Leuchtdichte hot spot direkt an der Kathode liegt sie werden daher auch als Kurzbogenlampen bezeichnet Die geringe Grosse der Lichtquelle und ihre hohe Intensitat erlaubt eine effektive Fokussierung oder Kollimation bei Leuchtturmen Scheinwerfern und in Projektoren Hochstdruck Gasentladungslampen weisen eine starke thermische Linienverbreiterung ihres Emissionsspektrums auf und geben im Falle von Xenon Hochstdrucklampen ein fast kontinuierliches tageslichtahnliches Spektrum ab Hochstdrucklampen mussen aufgrund der Explosionsgefahr mit Vorsicht gehandhabt Handschuhe Schutzbrille und betrieben keine freie Montage moglich Betriebslage oft vorgeschrieben werden Blitzrohren Blitzrohren besitzen kalte Kathoden und arbeiten ausschliesslich im Impulsbetrieb Als Stromquelle dient ein Speicherkondensator der eine elektrische Spitzenleistung bis in den Bereich von Megawatt Fotoblitz oder sogar Gigawatt Pumpen von Pulslasern abgeben kann Die Gasfullung ist Xenon fur tageslichtahnliche Farbtemperatur aber auch Krypton insbesondere zur effektiven Anregung von Impuls Festkorperlasern Weitere Anwendungen sind Stroboskope und das kurzzeitige Erhitzen von Oberflachen Blitzrohren werden wie auch Hochstdrucklampen mit einem Hochspannungs Zundimpuls ca 4 bis 20 kV gezundet beziehungsweise getriggert Dazu besitzen sie eine aussen auf dem Glaskolben angebrachte Elektrode Das ist moglich da die Betriebstemperatur des Glaskolbens gering ist EinsatzgebieteQuecksilberdampflampe fur PKW mit Xenon als Fullgas Gasentladungsrohren sind neben Demonstrationszwecken heute vor allem als Gasentladungslampe bekannt als Leuchtstofflampen Leuchtrohren Glimmlampen dienen als Signallampe Ziffernanzeigen nach diesem Prinzip Nixie Rohren sind jedoch veraltet Im weiteren Sinne gehoren zu Gasentladungsrohren auch Gasableiter Gaslaser sowie die inzwischen veralteten Quecksilberdampfgleichrichter Thyratrons oder Stabilisatorrohren Auch Plasmabildschirme arbeiten in jedem Pixel mit einer Niederdruck Gasentladung deren Ultraviolett Emission zur Farbdarstellung mittels Fluoreszenzfarbstoffen genutzt wird Schnelle Schalter fur hohe Leistungen im Radarbereich verwenden Gasentladungsrohren um mit Hilfe eines Duplexers die Antenne entweder an den Sender oder an den Empfanger zu koppeln Nullode Zur Strassen und Industriebeleuchtung werden oft Natriumdampflampen eingesetzt Natrium hat eine Doppellinie bei 589 0 und 589 6 Nanometer 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 Natriumdampffullung eingesetzt Die beste Farbwiedergabe haben Xenonlampen Eine relativ gute Farbwiedergabe haben Metall Halogenid Gasentladungslampen auch Halogen Metalldampflampen nicht Halogen Gluhlampen die auch Quecksilberdampf enthalten Sie werden oft in Geschaftsauslagen eingesetzt Bei Kino und Videoprojektoren werden Xenon Gasentladungslampen im Leistungsbereich von 100 Watt bis 15 Kilowatt eingesetzt Hersteller wie Osram bieten HMI Lampen bis 24 kW an welche ebenso in Kinoprojektoren oder in Tageslicht Scheinwerfern eingesetzt werden Diese Lampen haben eine Lichtausbeute von 95 lm W und erreichen einen Lichtstrom von bis zu 2 300 000 lm Bei Kraftfahrzeugen wird seit 1991 so genanntes Xenonlicht in den Scheinwerfern verwendet Hierbei handelt es sich um Halogenmetalldampflampen mit Xenon als Full und Startgas Die genaue Bezeichnung der Lampen ist jedoch schwierig da hauptsachlich Xenon als Gas und zusatzlich in geringem Masse Quecksilber und Metallhalogenide vorhanden sind Sie haben gegenuber Gluhlampen bei geringerer Leistungsaufnahme einen hoheren Lichtstrom Halogengluhlampe H7 mit 1500 Lumen gegenuber HID Lampe mit etwa 3000 Lumen Im Bereich der Metrologie wird die von Gasentladungslampen Spektrallampen ausgehende Strahlung als Langennormal benutzt Dazu werden Vorkehrungen getroffen damit die Spektrallinien moglichst schmalbandig sind Als Beispiel sei die Krypton 86 Lampe genannt die zwischen 1960 und 1983 zur Definition des Meters benutzt wurde LiteraturPeter Flesch Light and light sources High intensity discharge lamps Springer Berlin u a 2006 ISBN 3 540 32684 7 Wilhelm Gerster Moderne Beleuchtungssysteme fur drinnen und draussen Das praktische Nachschlagewerk fur Selbermacher Compact Munchen 1997 ISBN 3 8174 2395 0 Hans R Ris Beleuchtungstechnik fur Praktiker Grundlagen Lampen Leuchten Planung Messung 2 erweiterte Auflage VDE Verlag u a Berlin u a 1997 ISBN 3 8007 2163 5 Adolf Senner Fachkunde Elektrotechnik 4 Auflage Verlag Europa Lehrmittel Wuppertal Barmen 1965 Gunter Springer Lektorat Fachkunde Elektrotechnik 18 vollig neubearbeitete und erweiterte Auflage Verlag Europa Lehrmittel Wuppertal 1989 ISBN 3 8085 3018 9 WeblinksCommons Gas discharge lamps Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Hochdruckentladungslampen PDF Datei Glimmlampen und Glimmrohren UV Lampen Laser Blitz und Stroboskop Rohren Elektronikgeschichte Kaltkathoden Rohren die Kaltkathoden Rohre funktioniert nach dem Prinzip der Gasentladungslampe Lampenmuseum mit Anmeldung Aufbau von UHP Lampen Uni Osnabruck PDF Datei 961 kB Normdaten Sachbegriff GND 4156006 1 GND Explorer lobid OGND AKS