Halogenlampe

Was ist eine Halogenlampe?

Halogenlampen sind eine Art Glühlampe, die neben Edelgasen wie Stickstoff und Argon auch eine geringe Menge an Halogenelementen (z. B. Jod, Brom) enthält.

Halogenlampen geben ihr Licht auf die gleiche Weise ab wie normale Glühlampen, indem sie Strom durch einen Glühfaden im Inneren des Kolbens leiten. Der Glühfaden ist ein dünner, fadenförmiger Metalldraht, der in den meisten Fällen aus Wolfram besteht, das den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle hat (3422 °C).

Anwendungen von Halogenlampen

1. Beleuchtung

Halogenlampen werden aufgrund ihrer kompakten Größe, ihrer hohen Leuchtkraft, ihrer leicht einstellbaren Lichtverteilung (Lichtstreuung) und ihrer guten Farbwiedergabeeigenschaften (die Farben kommen denen des Sonnenlichts nahe) für die Spotbeleuchtung verwendet. Zum Beispiel werden diese für Warenregale, die Flutlichtbeleuchtung, Autoscheinwerfer, Studio- und Bühnenbeleuchtung, etc. verwendet. Mit der Verbreitung von LED-Lichtquellen nehmen jedoch die Möglichkeiten für den Einsatz in Beleuchtungsanwendungen ab.

2. Projektoren

Halogenlampen wurden als Lichtquelle für Overheadprojektoren und Diaprojektoren in Schulen, etc. verwendet. Heute sind LED- und Laserlichtquellen auf dem Vormarsch.

3. Lichtquellen für die Spektralanalyse

Lichtquellen für die Spektralanalyse werden verwendet, weil sie eine konstante Helligkeit über einen breiten Wellenlängenbereich und geringe zeitliche Schwankungen der Intensität aufweisen.

4. Heizungen

Da der größte Teil der abgestrahlten Energie im Infrarotbereich liegt, sind Halogenlampen als Lichtquellen zwar ineffizient, aber ausgezeichnete Heizgeräte. Halogenlampen werden daher in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt, in denen eine lokale Erwärmung erforderlich ist, z. B. bei der Wärmespeicherung, Wärmebehandlung, Trocknung und Hochtemperaturformung von Lebensmitteln und Materialien sowie bei der lokalen Erwärmung von Innen- und Außenbereichen.

Funktionsweise der Halogenlampen

Die Glühfadentemperatur in normalen Glühlampen liegt bei 1500-3000 °C, während sie in Halogenlampen in der Regel 2500-3000 °C beträgt, bei speziellen Lampen sogar bis zu 3300 °C. Infolgedessen verdampfen ständig kleine Mengen Wolfram an der Oberfläche des Glühfadens.

Um das Phänomen der Schwärzung zu verringern, enthalten Halogenlampen Spuren von Halogenelementen zusammen mit Inertgas im Kolben. Auf diese Weise verhindert der in der Lampe stattfindende Halogenzyklus das Auftreten der Schwärzung, wenn die Bedingungen wie Temperatur und Materialien geeignet sind.

Der Halogenkreislauf ist ein Phänomen, das in folgender Reihenfolge abläuft:

1. Wolframatome verdampfen und diffundieren während der Beleuchtung aus dem heißen Glühfaden
2. Das Halogengas reagiert mit dem verdampften Wolfram und bildet Wolframhalogenid
3. Wenn die Glaswand heiß genug ist (>170 °C für Jodhalogen), bleibt das Wolframhalogenid nicht an der Glaswand haften
4. Das Wolframhalogenid zersetzt sich, wenn es sich in die Nähe des heißen Glühfaden bewegt, und die Wolframatome kehren in den Glühfaden zurück

Der Halogenkreislauf verhindert den Verschleiß des Glühfadens und die wolframbedingte Schwärzung der Glasinnenwand.

Aufbau von Halogenlampen

Um den Halogenkreislauf zu erreichen, muss das gekapselte Glas auf einer hohen Temperatur gehalten werden. Bei Verwendung von Jod als Halogengas muss die Glastemperatur über 170 °C liegen, bei Verwendung von Brom über 250 °C.

Aus diesem Grund wird in der Regel Quarzglas verwendet, das hohen Temperaturen standhält, und Molybdänfolie zur elektrischen Verbindung von Innen- und Außenseite des Halogenkolbens, damit das Innere auch bei hohen Temperaturen luftdicht bleibt.

Weitere Informationen über Halogenlampen

1. Nachteile von Glühbirnen

Bei normalen Glühlampen kommt es zu einer Schwärzung, wenn verdampftes Wolfram an der inneren Glaswand des Kolbens haftet. Mit der Abnutzung des Glühfadens nimmt die Lichtausbeute unweigerlich ab.

Dieses Schwärzungsphänomen ist ein Hindernis, das es schwierig macht, die Größe von Glühlampen mit hohem Stromverbrauch zu verringern oder die Helligkeit und Farbtemperatur durch eine höhere Temperatur des Glühfadens zu erhöhen.

2. Eigenschaften des von Halogenlampen ausgestrahlten Lichts

Das von Halogenlampen abgestrahlte Lichtspektrum ist nahezu identisch mit dem Spektrum der Schwarzkörperstrahlung, das der Glühfadentemperatur entspricht. Aufgrund der im Vergleich zur Sonne niedrigeren Temperatur des Glühfadens enthält das emittierte Licht fast keine UV-Strahlung und sein sichtbarer Lichtanteil hat einen etwas höheren Rotanteil, was zu einem warmweißen Lichtbild führt.

Die Spitze der Strahlung liegt im nahen Infrarotbereich mit Wellenlängen zwischen 900 und 1000 nm, während der Großteil der Strahlung im sichtbaren bis nahen Infrarotbereich zwischen 500 und 3000 nm liegt.

3. Vorteile von Halogenlampen

Im Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen erlauben Halogenlampen einen geringeren Abstand zwischen dem Glühfaden und dem gekapselten Glas. Auch die Temperatur des Glühfadens kann höher sein, was verschiedene Vorteile bietet.

• Ihre geringe Größe reduziert die Transportkosten erheblich.
• Es tritt keine Schwärzung auf, so dass die Helligkeit bis zum Ende der Lebensdauer der Lampe fast nicht abnimmt.
• Bei gleicher Glühfadentemperatur kann die Lebensdauer mehr als verdoppelt werden.
• Die Helligkeit kann bei gleicher Lebensdauereinstellung um 30 % gesteigert werden.
• Die Verwendung von Quarzglas ermöglicht Oberflächentemperaturen von bis zu ca. 900 °C (doppelt).
• Quarzglas hat eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und zerbricht auch dann nicht, wenn es auf 900 °C erhitzt und in kaltes Wasser gelegt wird.

4. Vorteile von Halogenlampen

• Grundlegend strahlende Wärme
  Sie ist geeignet für die schnelle Erwärmung, da 90 % der verbrauchten Leistung Strahlungslicht ist, das die Energie direkt auf das zu erwärmende Objekt überträgt.
• Geringer Wärmeverlust
  Das Strahlungslicht erreicht das zu erwärmende Objekt unbeeinflusst von Luftströmungen und Lufttemperatur, und die Strahlungsquelle (Glühfaden) befindet sich im Inneren der Glasröhre, so dass sie von der Umgebung weitgehend unbeeinflusst ist.
• Schnelle Inbetriebnahme
  Die Wärmestrahlungsleistung erreicht innerhalb einer Sekunde nach dem Einschalten 90 % des Nennwerts.
• Hohe Energiedichte
  Die kleinen Halogenlampen können eine Wärmedichte von mehr als 100 w/cm2 erreichen, so dass das Objekt auf mehr als 1500 °C erhitzt werden kann.
• Hohe Temperaturwechselbeständigkeit
  Sie werden während des Gebrauchs nicht durch Wasser beschädigt.
• Erwärmung von Metall
  Wellenlängen von sichtbarem bis nahinfrarotem Licht werden von Metallen leicht absorbiert, so dass sie sich für die Erwärmung von Metallen eignen.
• Berührungslose Erwärmung
  Sie kontaminiert weder das zu erwärmende Objekt noch die Umgebung. Kann auch zur Erwärmung von Proben in einem separaten Raum, z. B. durch ein Glasfenster, verwendet werden.
• Optische Kontrolle
  Eine punktuelle Erwärmung kann durch die Verwendung eines Reflektors oder anderer Mittel zur präzisen punktuellen Erwärmung eines Zielbereichs erreicht werden.