Udladningslamper

Udvikling og historie

Udviklingen af de forskellige typer udladningslamper er sket i første halvdel af det 20. århundrede.

Kviksølvlampens princip har været kendt allerede fra starten af dette århundrede. Udviklingen stagnerede imidlertid, og først omkring 1930 kunne en stabil kviksølvlampe fremstilles.

I 1923 så den første natriumlyskilde dagens lys, men først 10 år senere blev en egentlig masseproduktion praktisk mulig.

Omkring 1950 lykkedes det at konstruere et udladningsrør med keramiske egenskaber, der ikke bliver ødelagt af det kemisk aggressive natrium.

En gennemgang de specifikke typer udladningslampers udvikling og historie findes i det følgende.

Metalhalogen
Omkring 1930 udførtes et antal forsøg med kviksølvlamper, hvor forskellige metaller blev tilsat kviksølvet i brænderen for at øge antallet af farver i lysets spektralfordeling. Gastrykket var imidlertid for lavt, og metallerne angreb brænderens glasvægge. Dette forhindrede, at man kunne fremstille en holdbar lyskilde.

Først omkring 1960 fandt man ud af, at metallet ikke skulle anvendes i ren form, men kemisk bundet til et halogen, dvs. forbindelser med jod, fluor, brom eller klor. Den høje temperatur i nærheden af elektroderne spalter de kemiske forbindelser, så der på dette sted forekommer metaller i ren form. Temperaturen falder med afstanden fra elektroderne, og på overfladen af brænderen er temperaturen så lav, at metallerne igen indgår i en stabil forbindelse med halogenerne. Denne metalhalogenforbindelse er langt mindre skadelig for glasset i brænderen.

Der findes over 50 forskellige metalforbindelser (betegnet metaIhalogener), som alle resulterer i forskellige spektrallinier og -fordelinger. De mest avancerede forbindelser benytter en del af metallerne, som hører til de sjældne jordarter, dvs. holmium, dysposium, thulium og cæsium. Det er således muligt at opnå lysudbytter op til 100 lm/W for 100 W typer, farvetemperaturer på mellem 2600K og 6000K og et farvegengivelsesindeks Ra der spænder fra 60 til 95.

I slutningen af 1990'erne fremkom brændere af en keramisk mat materiale kaldet PCA (polykrystallinsk aluminium). PCA blev opfundet i allerede i 1955 af Robert Coble, men er svært at håndtere i en produktion, og hermetisk forsegling af brænderen var også vanskelig. PCA kan modstå højere temperaturer end kvartsglas, er mere korrosionsbestandigt og kan fremstilles med finere produktionstolerancer. Den højere temperatur i brænderen medførte en mere effektiv kemisk proces med bedre lysmæssige egenskaber.

Højtryksnatriumlamper
Det har været kendt i en årrække, at natrium under tryk i udladningslamper forbedrede de lystekniske egenskaber. Først omkring 1950 lykkedes det imidlertid at konstruere et udladningsrør med keramiske egenskaber, der ikke bliver ødelagt af det kemisk aggressive natrium. Natriums aggressivitet er i øvrigt stigende med damptrykket.

Efter yderligere 10 års udvikling af det relativt skrøbelige udladningsrør kom de første typer af højtryksnatriumlamper på markedet.

I modsætning til lavtryksnatriumlampens monokromatiske lys udmærkede højtrykstypen sig ved en spektralfordeling med spektrallinjer fordelt i hele det synlige spektrum. Man kunne således opnå en forbedring af farvegengivelsen og samtidig få en varm farvetemperatur fra 2000-2500K. Konsekvensen var dog et noget lavere lysudbytte end lavtryksnatriumlampens. 

De fortsatte kvalitetsforbedringer af lyskilden har medført et farvegengivelsesindeks over 80 samt en farvetemperatur, der kan nå op omkring 2900 K. Det (for højtryksnatrium) høje farvegengivelsesindeks på 80 sænker dog effektiviteten til ca. 50 lm/W, samtidig med at levetiden reduceres til ca. 10.000 timer. En af de få kommercielt tilgængelige udgaver af denne lampetype stammer fra 1986 og er White SON fra Philips, der har en farvetemperatur på 2500 K.

Lavtryksnatriumlampen
I 1920 lykkedes det at fremstille glas, der kunne modstå det kemiske angreb fra metallet natrium. Det førte i 1923 til konstruktion af den første natriumlyskilde.

Først 10 år senere blev en egentlig masseproduktion praktisk mulig. Lyskilden var oprindelig fremstillet for jævnspændingsdrift og havde et lysudbytte på 50 lm/W. De følgende år udvikledes udladningsrørets form, og der kom vakuum imellem røret og yderkolben.

Disse landvindinger bragte i 1950 lysudbyttet op omkring 70 lm/W. Senere blev der til udladningsrøret udviklet en coating (belægning), der virker varmereflekterende. Lysudbyttet kunne herved forbedres til 160 Im/W. Dermed er lavtryks-natriumlampen den mest effektive elektriske lyskilde, der findes.

Kviksølvlamper
Kviksølvlampens princip har været kendt allerede fra starten af dette århundrede. Undersøgelser viste, at lysudbyttet steg kraftigt ved et tilstrækkeligt højt kviksølvtryk i kolben, fordi en stor mængde UV-stråling nu blev til stråling i den synlige del af spektret.

Udviklingen stagnerede imidlertid, og først omkring 1930 kunne en stabil kviksølvlampe fremstilles. På dette tidspunkt lykkedes det at producere dels wolframelektroder med emitterstof, dels at få kolbeglasset til at slutte tæt omkring tilledningerne og dels at dosere kviksølvmængden korrekt. Kviksølvtrykket i lampen var omkring 105 Pa svarende til 1 atmosfæres tryk, hvorved det resulterende lysudbytte blev 60 lm/W. Imidlertid voldte lyskilden stadig problemer, da en vandret brændestilling forudsatte anbringelse af et par magneter i selve brænderen. I modsat fald smeltede glasset på udladningsrøret under drift.

Et andet problem var lysfarven. Det blågrønne, hvide lys uden indhold af orangerødt, fik folk til at se ud som om de var "mere døde end levende". I begyndelsen af 1950'erne blev det muligt at fremstille udladningsrøret i kvartsglas. Næsten samtidig kunne man belægge glaskolbens inderside med et fosforpulver, som ændrede UV-strålingen til rødt lys. Herved blev det muligt at komme fra den klare kolbes farvetemperatur på 6000 K ned på en varm hvid farve på 3000K.

I dag er tiden ved at rinde ud for disse højtrykskviksølvlamper, fordi effektiviteten af dem er meget ringe i forhold til metalhalogen-alternativerne. I 2009 kom dødsstødet i form af EU kommisionens forordning 245/2009. Den angiver en plan for udfasning af lamper. Efter år 2015 er produktion og import af disse lamper i EU forbudt. Teknologien lever dog videre i forbedret form i UHP (ultra high pressure) lamperne, der fremkom i 1998. Gastrykket under drift er ca. 200 gange atmosfærisk tryk og lysbuen kun ca. 1mm. Det høje gastryk giver et næsten kontinuert spektrum af det udsendte lys. Denne punktformede lyskilde er kun beregnet til LCD videoprojektorer, hvor den udmærker sig ved en ekstrem høj luminans (1 GCd/m²). UHP lamper har erstattet tidligere anvendte laveffekt xenon- og metalhalogenlamper, der ikke havde så høj en luminans.

 

Relaterede emner: