Udladningslamper

Opbygning

Der er mange fællestræk i opbygningen af højtryksdamplamper.

Materialerne i lyskilden skal både kunne modstå høje temperaturer og aggressive gasser og samtidig være i stand til at indgå sammen i en gastæt konstruktion.

 

kl-50-30-10-silla-herbst-metalhalogen-med-kvartsbrænder-opbygning-low.jpg

Opbygning af metalhalogenlampe.

 

Brænderen
Brænderen udgør hjertet i en højtryksudladningslampe/en højtryksdamplampe og skal have en meget præcis temperatur for at lyset kan opnå de korrekte egenskaber. Derfor er det anbragt inden i en form for termoflaske, hvor den er fuldstændig isoleret fra omgivelserne. Der må ikke være "kolde" punkter (cold spots) på udladningsrøret, som skal holde en temperatur omkring 850 °C. For at sikre ensartede temperaturforhold i hele røret, kan en varmereflektor af zirkondioxid være monteret omkring elektroderne i udladningsrøret.

Afhængig af temperaturen, smelter de forskellige metaller helt eller delvist. Ændring af temperaturen forandrer derfor gassens sammensætning og dermed lysets farvetemperatur.

Udladningsrøret kan være fremstillet af kvarts eller det keramiske materiale PCA (polykrystallinsk aluminium). PCA er mere varmebestandigt end kvarts. Det giver mulighed for mindre brændere, der tåler højere temperaturer, og dermed sikrer højere grad af fordampning af metallerne, hvilket medfører øget effektivitet og bedre farvegengivelse.

Mindre dimensioner af brænderen vil resultere i en mere ensartet lysfordeling. Samtidig kan PCA fremstilles med større nøjagtighed end kvarts, hvilket forbedrer de elektriske og mekaniske egenskaber. Endvidere er PCA mere resistent overfor kemisk angreb fra de aggressive gasser, og levetiden er således også forbedret.

kl-50-30-50-metalhalogen-eletrode-tværsnit-high.jpg

Tværsnit af elektrode.

zoom

Elektroder
To elektroder er placeret i udladningsrøret. Elektroderne består af metal, som både er varmebestandigt og modstandsdygtigt over for metaldampene i brænderen. For at være gastæt, skal elektrodematerialet have samme termiske udvidelseskoefficient som det materiale, brænderens kolbe består af.

Elektroderne består af et stykke wolfram, hvorom en tynd wolframtråd er snoet. Denne elektrodekonstruktion har en stor overflade, som kan optage store mængder emitterstof. Emitterstoffets funktion er at øge elektrodernes udsendelse af elektroner i forbindelse med start af lyskilden.

Under driften slides emitterstoffet, hvilket reducerer lyskildens levetid. Emitterstoffet på elektroder i metalhalogenlamper består af en oxidtype, som afhænger af de anvendte metaljodider i udladningsrøret. I højtryksnatriumlamper består emitterstoffet af en blanding af yttrium-, barium- og kalciumoxider. I kviksølvlamper anvendes typisk yttriumoxid som emitterstoffet.

For at sikre en gastæt gennemføring af tilledningerne gennem yderkolben anvendes enten molybdænfolie (for kvartsbrændere) eller nikkel/niobium (for keramiske PCA brændere). Keramiske brændere er afsluttet i begge ender af kapillarrør, som wolframelektroderne er indført i. Wolframelektroderne er her svejset på et kort stykke spiraliseret molybdæn, der i den anden ende er svejset på en tråd af nikkel eller niobium. Nikkel og niobium udvider sig med temperaturen i samme takt som PCA og giver derved mulighed for en gastæt gennemføring af tråden gennem kapillarrøret. Lavtryksnatriumlamper har dog tilledninger af krom/jern/nikkel, der ikke reagerer kemisk med natrium. 

Kolbe
Yderkolben udgør en mekanisk og termisk beskyttelse af brænderen. Kolben kan indeholde en gas som f.eks. nitrogen, der dels hindrer iltning (oxidering) af lyskildens indre dele og dels sikrer mod kortslutning. Den fungerer desuden som filter for UV-B og UV-C stråling.

Kolbens facon er typisk rør- eller ellipseformet. Den ellipseformede kolbe belægges undertiden med fosfor, der omdanner en del af lyskildens UV-stråling til rødligt lys. Denne metode er dog ikke meget anvendt, da resultatet kun giver få procent mere lys i den røde ende af lysets spektralfordeling.

Kolbens glastype bestemmes af kolbens temperatur. Derfor har metalhalogenlyskilder med effekter under 100 W oftest en kolbe fremstillet af blødt glas, mens øvrige typer benytter kolber af kvartsglas.

Gasfyldning
Gassen har flere funktioner. Den skal først og fremmest kunne lyse og sikre tænding af lampen. Fordampede metaller i ren form lyser, når de tilføres energi fra elektroderne. Mens metalhalogenlamper indeholder en sammensætning af flere metaller, der overgår til dampform under driften, indeholder de øvrige typer udladningslamper blot et enkelt eller få metaller. Sammensætningen af gassen bestemmer lampens effektivitet, tændspænding og driftsspænding samt lysets farvetemperatur og farvegengivelse. 

 

kl-50-30-60-metalhalogen-bestanddele-af-gas-low.jpg

Sammensætningen af gassen i en udladningslampe er bl.a. bestemmende for udladningslampens farvetemperatur.

 

Gassen i metalhalogenlamper er stærkt korroderende. Dette gælder specielt den del af gassen, som befinder sig i midten af brænderen mellem elektroderne, hvor temperaturen er højest. Gassen cirkulerer hele tiden i brænderen, og vil i den forbindelse komme i kontakt med brænderens vægge, hvor temperaturen og trykket er lavere. Den lavere temperatur og tryk bevirker, at gassen kan indgå i en kemisk forbindelse med jod, hvorved den bliver langt mindre korroderende og dermed ikke skader brænderens vægge. Gassen cirkulerer videre, og når den igen passerer mellemrummet mellem elektroderne, vil den på ny opvarmes, hvorved den kemiske forbindelse med jod splittes, så gassen udelukkende består af ren metaldamp og igen er velegnet til lysudsendelse.

Gassen skal som nævnt sikre tænding af lampen. I kold tilstand er metallerne bundet til metalsalte i fast form eller som kondenseret kviksølv, og kan derfor ikke lede strømmen mellem de to elektroder. Højtryksnatriumdamplamper benytter en tændgas bestående af xenon, hvorimod de øvrige typer udladningslamper benytter en gas bestående af enten argon i kombination med kviksølvdamp eller neon tilsat 1 % argon. Sidstnævnte blanding kaldes en "penning" tændgas.

Tændgassens sammensætning er bestemmende for, hvor høj tændspænding, der er behov for. Tændspændingen er normalt enten 800 V eller 3.500 V. Efter tænding vil gassen opvarmes til ca. 5.000 K, og der vil ske en fordampning af de faste metaller som kviksølv og metalhalogener. Først herefter opnås korrekt gastryk og gassammensætning.

Visse udladningslamper tillader en del af gassen at passere gennem udladningsrøret og gassen bruges i så fald som fyldning mellem udladningsrør og yderkolbe. Yderkolben er enten gasfyldt, fyldt med normalt kvælstof, eller lufttom. Eventuelle brintforekomster (vand) i yderkolben bindes kemisk ved brug af et såkaldt getterstof.

Udladningslampens driftsspænding bestemmes ligeledes af gassens sammensætning. I metalhalogenlamper bruges en kombination af natrium-jod og scandium-jod sammen med kviksølv for at opnå en driftsspænding på 90-100 V.

Sokkel
Metalhalogenlamper fås med forskellige sokkeltyper, herunder skruesokkel, bajonetsokkel, stiftsokkel, dobbeltsokkel (sokkel i begge ender). Nogle typer er blot forsynet med kabelender.

Små typer højtryks-natriumlamper (under 100 W) fremstilles med E27-sokkel, mens større typer har E40-sokkel. De mest almindelige sokler til højtryksnatriumlamper er BY22d, E27, E40, Fc2, G12 og RX7s. Notationen for sokler er beskrevet under halogenlamper.

Lavtryks-natriumlampen er typisk forsynet med enten bajonetsokkel (BY22) eller stiftsokkel (G13).

Kviksølvlamper er forsynet med skrue- eller bajonetsokkel. For wattager til og med 125 W anvendes E27 eller B22d, mens wattager herover benytter en E40 sokkel.

Man skal altså være opmærksom på, at mange udladningslamper har samme sokkel, som lyskilder beregnet til netspænding (f.eks. E27), men ikke ikke kan tåle dette.

 

kl-50-30-70-osram-sokler-højtryksdamplamper-01-high.jpg

Sokler til udladningslamper. Fra Osram "Indoor and Outdoor" 2008-2009.

 

Getter
Opretholdelse af vakuum i udladningslampens yderkolbe er afgørende for at sikre en korrekt temperatur af brænderen. Samtidig er det vigtigt at hindre ilten i kolben i at korrodere dele af den nikkel, som tilledningerne ofte består af.

En såkaldt getter bestående af zirkonium indfanger de få iltmolekyler og brintforekomster, som måtte være i kolben. 

 

kl-50-30-40-osram-metalhalogen-med-kvarsbrænder-fremstillingsproces-high.jpg

Fremstilling af metalhalogenlampe med kvartsbrænder. 1. Afskæring af kvartsrør i passende længde. 2. Formning af brænder ud fra kvartsrør. Montage af pumperør på brænder. Påsvejsnings af elektroder på fortrådning 3. Forsegling af elektrodesystem. 4. Luftudtømning af brænder, påfyldning af gas og metalsalte. Forsegling af brænder. 5. Montage af pumperør på kvarts kolbe. Påsvejsning af ydre fortrådning til eksisterende fortrådning 6. Forsegling af fortrådning i begge ender af kolben. 7. Luftudtømning og forsegling af kolbe. 8 færdige lamper med effekterne 70 W, 150 W og 250 W.

 

 

Relaterede emner: