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Halogen-Metalldampflampe

Die Halogen-Metalldampflampe ist eine Form der Gasentladungslampe, und zwar eine Weiterentwicklung der Quecksilberdampflampe. Sie wird auch als Metalldampf-Halogenlampe oder Metallhalogenidlampe bezeichnet und darf nicht mit der Halogenlampe (einer Sonderform der Glühlampe) verwechselt werden. Ihr Entladungsgefäß (das Brennerrohr, ein sehr hitzebeständiger Glaskolben), welches aus Quarzglas oder einer hoch belastbaren Keramik besteht, enthält ein Gemisch verschiedener Substanzen, insbesondere von Metallen wie Quecksilber, Natrium, Rubidium, Calcium, Strontium und gewissen seltenen Erden, zusätzlich gewisse Halogenverbindungen und ein Edelgas wie Xenon oder Neon. Der elektrische Strom wird über zwei Elektroden zugeführt. Er regt diverse Atome in dem Gasgemisch (welches dabei zum Plasma wird) elektronisch an, so dass sie Licht verschiedener Farben aussenden, was insgesamt weißes Licht ergibt.

Sowohl die Gehäuseformen und Sockel als auch die internen Details einschließlich der Zusammensetzung des Stoffgemischs im Entladungsgefäß variieren bei den Halogen-Metalldampflampen sehr stark, je nach der Leistungsklasse und den jeweiligen Anforderungen bezüglich Energieeffizienz, Farbwiedergabe und Lebensdauer.

Aufgrund ihrer Eigenschaften, die im Folgenden beschrieben werden, werden Halogen-Metalldampflampen hauptsächlich dort eingesetzt, wo große Lichtmengen über längere Zeit benötigt werden und ein häufiges Schalten nicht nötig ist. Beispiele sind Flutlichtanlagen für Fußballstadien, die Beleuchtung von Straßen und Plätzen sowie Fassadenbeleuchtungen. Auch für große Innenräume (etwa Großraumbüros oder Hallen) sind sie geeignet, jedoch kaum für Wohnräume. Etwas andere Varianten dieser Technologie werden eingesetzt für besonders leuchtstarke Xenon-Autoscheinwerfer und diverse Projektoren.

Start- und Aufwärmvorgang; Vorschaltgerät

Zum Starten einer Halogen-Metalldampflampe muss zunächst eine hohe Zündspannung (etliche Kilovolt) angelegt werden, so dass ein Lichtbogen entsteht. Die Stromstärke muss dann begrenzt werden, d. h. die elektrische Spannung muss so absinken, dass die elektrische Stromstärke nicht unkontrolliert zunimmt. Durch die entstehende Hitze verdampft mehr von den anfangs vorwiegend festen Metallen, so dass der Metalldampf dichter wird. Erst wenn das Gasgemisch die endgültige Zusammensetzung erreicht (typischerweise nach einigen Minuten, manchmal schon nach einer Minute), erhält man die volle Helligkeit und das vorgesehene Lichtspektrum. Vorher ist das erzeugte Licht deutlich grünlich (insbesondere durch die noch dominierende Emission des Quecksilbers).

Für das Zünden und die Strombegrenzung benötigt eine Halogen-Metalldampflampe ein Vorschaltgerät. Im einfachsten Fall wird eine Drosselspule und ein kleines Zündgerät verwendet, jedoch sind sowohl die Energieeffizienz als auch die Lebensdauer der Lampe höher, wenn ein hochwertiges elektronisches Vorschaltgerät verwendet wird.

Manche Vorschaltgeräte erlauben auch das Dimmen, d. h. die Steuerung der Lichtintensität. Dies ist jedoch nur begrenzt möglich, z. B. nur bis 50 % der maximalen Leuchtstärke und nicht für alle Lampen. Durch das Dimmen wird die Lebensdauer tendenziell verkürzt, nicht etwa verlängert, und das Lichtspektrum kann sich ändern.

Nach dem Abschalten kann eine Halogen-Metalldampflampe in aller Regel nicht direkt wieder gezündet werden, sondern muss zunächst ein Stück weit abkühlen. Wie bald eine "Warmwiederzündung" möglich ist, hängt von der Lampengröße und dem Vorschaltgerät ab.

Häufiges Anschalten verkürzt die Lebensdauer (siehe unten) solcher Lampen. Zudem ist das erneute Starten kurz nach dem Ausschalten nicht möglich; die Lampe muss erst wieder abkühlen. Deswegen eignen sich Halogen-Metalldampflampen nicht für Anwendungen mit kurzen Brenndauern.

Energieeffizienz und Leistung

Halogen-Metalldampflampen gehören zu den effizientesten Leuchtmitteln. Die Lichtausbeute erreicht schon bei den kleineren Lampen Werte um 100 lm/W (rund 8 mal mehr als bei Glühlampen) und kann bei größeren noch höher sein (über 110 lm/W). Die Optimierung für einen hohen Farbwiedergabeindex (siehe unten) kann die Effizienz etwas reduzieren.

Die benötigte elektrische Leistung liegt für die kleinsten Lampen in der Größenordnung von 20 W. Typische Werte sind jedoch einige hundert Watt oder mehrere Kilowatt. Es gibt sogar extrem helle Lampen mit Dutzenden von Kilowatt. Bei hohen Leistungen funktionieren die Lampen noch etwas besser, und die hohe Energieeffizienz kommt stärker zum Tragen, während der höhere Anschaffungspreis (z. B. gegenüber dem von einfachen Halogenlampen) dann weniger ins Gewicht fällt.

Gerichtete Abstrahlung

Halogen-Metalldampflampen strahlen das Licht zunächst ziemlich gleichmäßig in alle Richtungen ab. Da die Quelle jedoch relativ klein ist (fast eine Punktlichtquelle), ist es mit Reflektoren einfach, Scheinwerfer mit stark gerichteter Abstrahlung zu bauen – anders als beispielsweise mit Leuchtstoffröhren. Auch diese gezielte Lichtabgabe kann im Sinne der Effizienz sehr günstig sein, wenn beispielsweise eine Straßenbeleuchtung genau die Straße beleuchtet und nicht den Himmel.

Es gibt Lampentypen, die speziell für ein möglichst kleines, aber intensiv strahlendes Plasmavolumen optimiert sind und deswegen noch besser geeignet sind für Projektoren und Scheinwerfer. Beispielsweise enthalten viele Autoscheinwerfer (v. a. bei Oberklassefahrzeugen) Xenon-Lampen, die als eine Variante der Halogen-Metalldampflampen angesehen werden können, auch wenn dort der Metalldampf eine geringere Rolle für die Lichterzeugung spielt.

Spektrum des Lichts, Farbwiedergabe

Das Spektrum des Lichts von Halogen-Metalldampflampen ist nicht kontinuierlich, sondern strukturiert ähnlich wie bei Leuchtstofflampen: Gewisse Farbanteile wie grün und blau sind stärker vertreten als z. B. rot. Jedoch kann mit entsprechend optimierten Lampen ein stärker "ausgeschmiertes" Spektrum erreicht werden, so dass ein sehr hoher Farbwiedergabeindex (ca. 95) erreicht wird, Farben von damit beleuchteten Objekten also recht natürlich wahrgenommen werden. Ohne diese Optimierung kann der Farbwiedergabeindex tiefer sein, z. B. nur 70. Die Farbtemperatur kann je nach Zusammensetzung des Gasgemischs hoch sein (z. B. 6000 K, → Tageslichtlampe), manchmal auch extrem hoch (z. B. 20 000 K, sehr "kaltes" Licht), in anderen Fällen eher tief, z. B. unter 3000 K. Sie kann sich auch durch Alterung der Lampe etwas ändern.

Manche Halogen-Metalldampflampen (insbesondere solche basierend nur auf Quarzglaskolben) emittieren erhebliche Mengen ultravioletten Lichts, das oft mit einer zusätzlichen UV-absorbierenden Glasscheibe in der Leuchte herausgefiltert werden muss.

Lebensdauer und Entsorgung

Vor allem bei Verwendung eines hochwertigen elektronischen Vorschaltgeräts und langen Brenndauern (also mit wenigen Startvorgängen) können Halogen-Metalldampflampen sehr lange Lebensdauern von über 20 000 Stunden erreichen – unter weniger günstigen Umständen jedoch wesentlich weniger. Auch die Optimierung auf sehr hohe Leistungsdichten (z. B. für Filmscheinwerfer) kann die Lebensdauer auf weit unter 1000 Stunden reduzieren.

Im Laufe des Betriebs kann die Lichtausbeute durch eine allmähliche Verfärbung des Glaskolbens infolge von Ablagerungen abnehmen.

Da Halogen-Metalldampflampen Quecksilber enthalten (bereits bei kleineren Modellen grob geschätzt 10 mal mehr als Energiesparlampen), zusätzlich auch das giftige Schwermetall Thallium, müssen sie am Ende ihrer Lebensdauer ordnungsgemäß entsorgt werden, um die giftigen Bestandteile von der Umwelt fernzuhalten.

Diese Lampen enthalten oft auch radioaktive Substanzen wie Thorium und Krypton 85 zur Verbesserung der Zündfähigkeit. Es handelt sich allerdings um minimale Mengen, die keine wesentliche Strahlenbelastung verursachen können – weder im Normalbetrieb noch beim Bruch einer Lampe oder der Entsorgung.

Gefahr des Berstens

Da Halogen-Metalldampflampen eine sehr hohe Leistungsdichte aufweisen und ein Glasgehäuse haben, können sie unter Umständen bersten. Manche Lampen enthalten deswegen einen Berstschutz, der zumindest fliegende Glassplitter verhindert, unter Umständen auch den Austritt giftiger Substanzen vermindert, insbesondere des Quecksilbers.

Siehe auch: Halogenlampe, Beleuchtung, Gasentladungslampe