Die Technik der Halogenmetall­dampflampe entstand in der The­orie parallel zur Quecksilber­dampf­lampe. Ende der 1960er begann die Ära der Halogenme­tall­dampflampen mit ersten Sta­dionbeleuch­tungen. Heute wer­den sie in großer Typenvielfalt in fast allen Anwendungsbereichen einge­setzt.

      

        

Während der Brenner der Queck­silberdampflampe als metalli­sches Füllungselement nur Queck­silber enthält, sind in Halo­genmetalldampflampen weitere Elemente zur direkten Erzeugung von Licht mit bestimmten spektra­len Eigenschaften zugesetzt. Sie verbessern die lichttechnischen Eigenschaften der Lampen erheblich.

Durch geschickte Auswahl bzw. Kombination der Füllungsele­mente kann somit Lichtfarbe, Farbwiedergabe und die Licht­ausbeute wesentlich beeinflusst werden. Sie werden in Form von Halogenid-Verbindun­gen in den Brenner eingebracht. Der Halo­gen­kreisprozess verhindert die Schwärzung und den Mate­rial­abtrag von den Wolfram-Elektroden.

Halogenmetalldampflampen zeich­nen sich also generell durch ho­he Lichtausbeute, gute Farb­wie­der­gabe und lange Lebens­dauer aus. Sie kommen punktför­migen Lichtquellen nahe, weil mit dem Entladungsbogen viel Licht auf engem Raum erzeugt wird. Dadurch lässt sich das Licht sehr gut lenken.

      

Lichterzeugung

Aufbau einer Halogenmetalldampflampe

     

Zwischen den Haupt- oder Haupt- und Hilfselektroden entsteht durch externe Zündung eine Glimm­entladung in der Argon-Gasfüllung. Sie ist zwar kaum sichtbar, aber dadurch verdampft Quecksilber, das bei weiter steigender Temperatur einen Entladungsbogen bildet. Damit steigt der Lichtstrom langsam an. Bei der weiteren Erwärmung der Füllung gehen immer mehr Elemente in den gasförmigen Zustand über und tragen ihre Spektralanteile zum ausgesand­ten Licht bei. So kommen die Farben nach und nach (blau-grün/ gelb-rot) bis die Lampe nach einigen Minuten in weißem Licht erstrahlt und ihren vollen Lichtstrom erreicht hat.

      

Funktion von Halogenmetalldampflampen

     

Halogenmetalldampflampen können je nach Auswahl der Füllungselemente in verschiede­nen Lichtfarben-Bereichen liegen. Am häufigsten werden die Ele­mente der seltenen Erden be­nutzt, um tageslichtähnliche Strahlung mit bester Farbwieder­gabe zu erhalten. Neutralweiße und warme Lichtfarben sind eben­falls weit verbreitet. Es besteht aber auch die Möglich­keit, farbiges Licht (v.a. blau und grün) direkt zu erzeugen und nicht erst aufwändig aus weißem Licht herauszufiltern. Damit ent­steht die Farbe sehr effizient – ohne Filterverluste.

Im Laufe der Lebensdauer kön­nen Füllungselemente „ver­schwinden“ (z.B. chemisch ge­bun­den werden, sich im Brenner­gefäß absetzen oder durch die Kolbenwand diffundieren). So sind Änderungen der Lichtfarbe und ein gewisser Lichtstrom-Rückgang unvermeidlich. Jeder Lampentyp hat deshalb seine eigene „Maintenance“, d.h. ein unter Laborbedingungen statis­tisch ermitteltes Verhalten im Laufe der Brenndauer.

Das Lichtstrom-/ Lebensdauer­verhalten kann im praktischen Einsatz der Lampe anders ausse­hen als die Maintenance, denn im La­bor brennt die Lampe unter de­fi­nierten Bedingungen, wie sie in den nationalen und internationa­len Normen festgelegt sind. Dazu gehören z.B. ein bestimm­ter, fes­ter Schaltrhyth­mus, die optimale Brennlage, definierte Temperatu­ren und keine Erschütterungen.

Folgende Kennzeichen stehen für das Le­bens­dauerende einer Halo­gen­metalldampflampe:

• Farbverände­rung
• Helligkeitsver­lust
• keine Zündung mehr
• perio­disches Zünden und Verlöschen

Ist das Lebensdauerende einer Lampe erreicht, sollte sie schnellst­mög­lich gewechselt werden, um Schäden an Zünd- und/ oder Vorschaltgerät zu vermeiden.

      

Technische Daten

Halogenmetalldampf­lampen brau­chen zum Betrieb Vor­schalt­geräte (VG) und Zündhilfen. Meist setzt man Drosselspulen als VG ein. Als Zündhilfe nimmt man externe Zündgeräte (ZG), interne Zünder oder spezielle Gasfüllun­gen und ZG mit geringerer Zündspannung. Alternativ zu Drosselspule und ZG können für Lampen bis max. 400W elektronische Vorschaltge­räte (EVG) verwendet werden. Die genauen Anforderungen einer bestimmten Lampe bzgl. der Be­triebsgeräte entnehmen Sie bitte den technischen Informationen zu dieser Lampe.

Für Halogenmetalldampf­lampen höherer Wattagen (ab 2.000W) sollten Beleuchtungsanlagen mit 400V (Drehstrom) als Versor­gungs­spannung geplant werden, da sonst die Betriebsströme sehr hoch werden. Dadurch entsteht dann größerer Aufwand: Der Kabelquerschnitt muss entsprechend gewählt werden.

Für ausgeschal­tete Lampen oder nach einem Stromausfall sind ca. 5 - 15 Minuten Abkühlzeit nötig, bevor eine Wiederzündung erfol­gen kann. Zweiseitig geso­ckelte Halogenmetalldampf­lam­pen (TS) sind sofort wieder zünd­bar, wenn die Füllung dafür geeignet ist. So ist die neutral­weiße Langbogen­lampe 2kW nicht wieder heiß zündbar. Alle anderen Lampen benötigen dazu spezielle Zünd­geräte, die Hochspannungs­impulse von 25 bis 60 kV liefern, je nach Lampentyp.

Halogenmetalldampflampen sind im Betrieb heiße Hoch­druck­ge­fäße, deren Strahlung außerdem einen hohen UV-Anteil besitzt. Da ein Zer­springen der Lampenkol­ben nicht vollständig ausge­schlos­sen wer­den kann, müssen die Leuchten dafür ausgelegt sein: Sie müssen vollständig ge­schlossen und mit einer tempe­raturwechselfesten und bruch­sicheren Abdeck­scheibe ausge­stattet sein. Ausnahme kann nur sein, wenn die Lampen explizit für den Betrieb in offenen Leuchten zugelassen sind. Für diese soge­nannten Protected-Lampen gibt es zwei Philosophien: Entweder wird der Außenkolben mit Silikon beschichtet, damit dieser im Falle eines Brennerplatzers die Form behält wie beim Sicherheitsglas und keine heißen Scherben he­run­terfallen können. Oder das Brennergefäß selbst wird mit ei­ner Art Schutzschild aus Quarz und/ oder Metall versehen, „Shroud“ genannt. Dieser verhin­dert eine Beschädigung des Außenkolbens schon im An­satz. Diese eingebaute Sicherheit wird durch geringeren Lichtstrom der Lampen (= geringere Effizienz) und bei jedem Lampenwechsel durch erhöhten Materialeinsatz erkauft.

Das Brennergefäß kann entweder aus hochtemperaturfestem, durch­sichtigem Quarz­glas oder aus einer milchig durchscheinen­den Spezialkeramik bestehen. Bei Quarzbrennerlampen ohne oder mit klarem Außenkolben kann der Lichtbogen direkt abge­bildet werden, kann also mit Hilfe von Reflektoren oder über Spie­gel­werfer­systeme gut fokussiert bzw. gelenkt werden. Damit sind eventuelle Streuverluste geringer und die Beleuchtung als Gesamtsystem wird effizienter.

Ist der Lichtbogen besonders kurz, also der Abstand zwischen den Elektroden gering, haben die Lampen besonders gute Licht­lenkungseigenschaften, weil die Lampe dann als punktförmige Lichtquelle betrachtet werden kann. Langbo­gen­lampen sind dagegen besser zur Flächenaus­leuchtung geeignet.

Hochwattige Halogenmetall­dampf­lampen mit Außenkolben z.B. für Anstrahlungen oder  Sta­dionbeleuchtung sind sehr groß und schwer. Sie brauchen des­halb auch große, schwere Leuch­ten, die an die hohen Masten dann eine entsprechend große Windlast bringen. Werden deut­lich kleinere Lampen ohne Außen­kolben eingesetzt, können auch wesentlich leichtere und kleinere Leuchten verwendet wer­den. Sie bieten nicht nur weniger Wind-Angriffsfläche, sondern sind auch noch effizienter: die Licht­aus­beute ist 15% höher.

Keramikbrenner für Halogenme­talldampflampen halten höhere Wandtemperaturen aus. Damit steigt der Anteil der Füllungsele­mente im Plasma, also im Bren­ner­volumen. So ergeben sich höhere Lichtausbeuten und deut­lich bessere Farbwiedergabe, vor allem beim kritischen Rot (Test­farbe R9). Das keramische Bren­ner-Material lässt sich mit gerin­geren Maß-Toleranzen als Quarz herstellen, deshalb streuen die elektrischen und lichttechni­schen Daten dieser Lampen weniger. Außerdem ist die Keramik robuster gegen die chemisch aggressive Füllung, dadurch verbessert sich die Maintenance.

      

Farbstabilität von Halogenmetall­dampflampen mit Keramikbrenner im Laufe der Lebensdauer

Bei Keramikbrennern gibt es auf dem Markt ver­schiedene Baufor­men, wie das zylindrische Entla­dungs­gefäß und das kugelför­mige mit konstanter Wanddicke. Bei der runden Brennerform kann die Wandtemperatur noch höher liegen, damit steigen Lichtausbeute und Farbwiedergabe weiter. Da an den jeweiligen Enden keine dicken Stopfen wie bei den zy­lind­rischen Brennern nötig sind, kann bei schnellerem Anlauf insgesamt ein höherer Licht­strom erzeugt werden. Die gleich­mä­ßige Verteilung der Masse sorgt für einen gleichmäßigeren Temperaturverlauf im Lampenbe­trieb, dadurch fallen die Lampen nicht so früh aus.

      

Vergleich zylindrische und runde Bauform von Keramikbrennern bei Halogenmetalldampflampen

        nach 9.000h                   nach 16.000h
        Brenndauer                     Brenndauer

      

Halogenme­talldampflampen mit Keramikbrenner strah­len diffus. Dennoch können besonders die runde Brennerbau­formen auf­grund ihrer kleinen Abmessungen und ihrer gleichmäßigen Abstrahl­cha­rak­terisitik als punktförmige Lichtquelle betrachtet werden.

Ein leistungsreduzierter Betrieb wie dimmen ist für Halogenme­talldampflampen mit Quarzbren­ner oder zylindrischem Keramik­brenner nicht zulässig, denn hier können erhebliche Farbabwei­chungen, schlechtere Mainte­nance und Lebensdauerverkür­zung auftreten. Bei Glühlampen wird die Lichtfarbe beim Dimmen wärmer, aber sie bleibt weiß. Die Lichtfarbe von Halogenme­tall­dampflam­pen wandert häufig in kältere Bereiche und das wird bei schwachen Beleuchtungsstär­ken als unangenehm empfunden.

Die höhere thermische Belastbar­keit der runden Keramikbrenner ermöglicht ein verbessertes Dimm­verhalten in Lichtausbeute und Farbwiedergabe gegenüber Halogen-Metalldampflampen mit Quarzbrenner bzw. mit der üblichen zylindrischen Keramik. Bei Dimmung tritt aber nach wie vor eine Farbortwanderung auf. Gedimmt betriebene Lampen weisen einen stärkeren Licht­strom­rückgang und eine stärkere Farbortstreuung über die Lebens­dauer aus. Die Art der Dimmung hat dabei großen Einfluss auf die Ergebnisse. Empfohlen wird die Dimmung mittels regelbaren Rechteck-EVG bis maximal 50% der Lampenleistung, wenn der Anlauf bei 100% Leistung – mindestens 15 Minuten – erfolgt ist. Gänzlich abzura­ten ist von Dim­men durch Span­nungsabsen­kung oder durch Phasenan­schnitt. Für gedimmt be­triebene Lampen kann die Einhaltung der zuge­sicherten Produkt­eigen­schaften nicht garantiert werden.

      

Entsorgung

Halogenmetalldampflampen enthalten Quecksilber zur Lichterzeugung. Deshalb müssen sie als Sondermüll entsorgt werden. Aufgrund der WEEE-Verordnung der EU wurde ein Entsorgungssystem der Lampenhersteller gegründet. Alt-Lampen werden bei offiziellen Sammelstellen (z.B. Bauhof oder Großhändler) abgegeben. Weitere Information dazu finden Sie unter www.lightcycle.de.