Keramische Lichtquellen q

Halogenmetalldampflampe

13.05.2011

Alexander Bonk

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Inhalt   

Definition: Keramik Historisches Halogenmetalldampflampen ◦ Allgemeines ◦ Betriebsphasen ◦ Quarz vs. Keramik

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Eigenschaften g von Halogenmetalldampflampen g p p Anwendungen von Halogenmetalldampflampen Synthese y von transparenten p Keramiken Anwendungen von transparenten Keramiken Literatur 13.05.2011

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Einleitung Definition „Keramik Keramik“ Unter Keramik versteht man eine Gruppe anorganischer Rohstoffe. Die Bezeichnung Keramik stammt aus dem Altgriechischen. Keramos war die B i h Bezeichnung für fü Tonmineral T i l undd die di aus ihm ih durch d h Brennen B hergestellten h ll formbeständigen Erzeugnisse. [1]

T k Tonkeramik ik

L Laserkeramiken k ik

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Historisches 

Entdeckung der Nernstlampe (1897) ◦ „Nernststift“: ZrO2/Y2O3 Keramik  elektrisch leitfähig

◦ Betriebstemperatur ~1600 °C ◦ Kein Vakuum benötigt Walter H H. Nernst

◦ Lebensdauer ca. 700 Std.  

* 25.06.1864 † 8.11.1941

Ablösung der Kohlefadenlampe 1900 Ab lö d Abgelöst durchh Metallfadenlampen M llf d l 1910 Nernstlampe

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Historisches 

Erste Metall-Halogen-Lampe (1960er) ◦ Erste Ideen und Patente für keramische Brennergefäße





1981: weltweit erste keramische Metallhalogenlampe von Thorn Lightning (England) 1994: Philips vermarktet seine ersten „ceramic metall halide h lid llamps““ (CDM)

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High Density Discharge Metal halide lamps Allgemeines  

Füllung: Hg Hg, MeIx (Me = Na Na, Tl Tl, In In, Sn Sn, Dy Dy, Sc) Gas: Ar, Xe

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Schematischer Aufbau einer Halogen-Metalldampflampe

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High Density Discharge Metal halide lamps Allgemeines

[3]

Verlauf lichttechnischer Parameter (Osram HCI-T 150 W/NDL Lampe)

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High g Densityy Discharge g Metal halide lamps p Betriebsphasen 

Zündphase ◦ Erhitzung des Gemisches (Hg, MeI, Ar/Xe) ◦ Verringerung g g des Wiederstandes durch Stoßionisation ◦ Verringerung der Austrittsarbeit der Elektroden  Lampenspannung sinkt  Elektronisches Vorschaltgerät (EVG) benötigt



Hochbrennen ◦ Farbwechsel F b h l von bl blaugrün ü nach h weiß iß



Alterungsprozesse ◦ Abnutzung Ab t der d Wolfram-Elektroden W lf El kt d ◦ Korrosion des Brennergefäßes

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Brennergefäße g Quarz vs. Keramik Bekannte Probleme (Quarztechnik):  Diffusion von Metall(halogeniden) in das Brennergefäß  Inhomogene Lichtverteilung  Geringe Farbstabilität  Veränderung des Lichtstromverhaltens mit der Zeit

 

LLimitierung d des Drucks D k im Brennergefäß B fäß Limitierte Betriebstemperatur (Tm: 1703 °C)  Limitierung L der d Farbtemperatur F b

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Brennergefäße g Quarz vs. Keramik 

Al2O3-Keramiken K ik als l Lösung? Lö ? Tm: 2050 °C



Erhöhung der Wandtemperatur möglich  Verbesserung der Lichtausbeute und der Farbwiedergabe



Erhöhung der Lebensleistung



Hohe Bruchzähigkeit (2,18 MPa m1/2)



Geringere Wanddicken möglich  Bessere Lichtauskopplung



Erhöhung der MeI-Konzentration möglich  Nochmals verbesserte Farbwiedergabe

Hohe chemische Stabilität Problem: Geometrie



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Brennergefäße

Zylindrische Bauform

Runde Bauform

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Eigenschaften von CDMs Eigenschaft

Keramische CDMs

Betriebsleistung

20 - 24.000 W

Betriebsspannung

100 – 150 V

Farbtemperaturen

typ. 3000 – 7000 K

Farbwiedergabeindex

90

Lichtausbeute

80 – 150 lm/W

Lebensdauer

300 – 30.000 h

Kosten

5- 14.000 €

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Anwendungen      

Shopbeleuchtung Industriebeleuchtung Straßenbeleuchtung Stadienbeleuchtung Bürobeleuchtung Aquaristik

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Synthese von transparenten Keramiken Art der Reaktion Reactive sintering? Partikelgröße Dichte Härte Reinheit Kristallinität ...

Ausgangsmaterial Hochenergetisches Mahlen

Menge an Mahlkugeln Größe der Mahlkugeln Komposition der Mahlkugeln „Geschwindigkeit“ der Rollbank Dauer des Mahlvorgangs (Dispersionsmittel) ...

HIP – Hot isostatic pressing

Temperatur Druck Dauer P tik l öß Partikelgröße ...

Grünkörper

Temperatur Druck Dauer Flussmittel Fl i l Aufheizraten ...

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Vakuumsintern

99,9999..% transparente Keramik

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Synthese von transparenten Keramiken

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Weitere Anwendungen

Nachtsichtgeräte Laserkeramik

Durchsichtige Rüstung

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Literatur [1] de.wikipedia.org/wiki/Keramik [2] http://www.lamptech.co.uk/MBI%20Ceramic.htm [3]http://www.osram.com/osram_com/Professionals/General_Lighting/High_Intensity_Discharge_la mps/Technologies/index.html [3] http://www.osram.de/osram_de/Professionals/Allgemeinbeleuchtung/HochdruckEntladungslampen/pdf_HID-Literatur/106T020DE.pdf [4] http://www.osram.de/osram_de/Professionals/Allgemeinbeleuchtung/HochdruckEntladungslampen/Technologien/Halogen-Metalldampf mit Keramiktechnologie/index html Entladungslampen/Technologien/Halogen-Metalldampf_mit_Keramiktechnologie/index.html [5] http://www.lighting.philips.com/microsite/mastercolour/index_de.php?usehistoryforguess=false [6] http://www.konoshima.co.jp/en/ceramics/ceramain_e.html

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