Wolframhalogenlampen

Im Jahr 1958 entwickelten E.G. Fridrich und E.H. Wiley die Wolfram-Halogenlampe, indem sie ein Halogen (hauptsächlich Jod) in die Glühbirne einführten. Ohne Halogen verliert die Glühfadenleuchte nach und nach ihre Leistungsfähigkeit, da der Glühfaden bei höheren Betriebstemperaturen verdampft. Das verdampfte Wolfram vom Glühfaden einer normalen Glühbirne wird allmählich an der Innenseite der Birne abgesetzt. Dadurch werden die Lumen auf ihrem Weg aus der Birne heraus behindert. Die Wirkungsgrad, also die Lumen/Watt-Leistung, der Glühbirne sinkt daher allmählich. Durch das Einführen von Halogen in die Glühbirne wird dieses Problem überwunden und bietet zusätzlich verschiedene Vorteile. Das eingeführte Halogen hilft dabei, das verdampfte Wolfram zu einem Wolframhalid umzuwandeln, das sich nicht an der Innenseite der Birne absetzt, wenn die Temperatur zwischen 500K und 1500K liegt. So werden die Lumen nicht behindert. Der Lumen/Watt-Wert der Lampe verschlechtert sich daher nicht. Zudem verringert sich durch das Einführen von druckbeaufschlagtem Halogen das Verdunstungstempo des Glühfadens.

Arbeitsprinzip der Halogenlampe

Das Arbeitsprinzip der Halogenlampe basiert auf dem regenerativen Zyklus des Halogens.

In der Glühbirne verdampft der Wolframglühfaden aufgrund der hohen Temperatur während des Betriebs. Aufgrund des konvektiven Gasflusses im Inneren der Birne wird das verdampfte Wolfram vom Glühfaden wegtransportiert. Die Wand der Birne ist relativ kalt. Daher haftet das verdampfte Wolfram an der Innenwand der Birne. Dies ist nicht der Fall, wenn in der Birne Halogen wie Jod verwendet wird. Die Temperatur des Glühfadens der Halogenlampe wird auf etwa 3300K gehalten. Auch hier wird Wolfram vom Glühfaden verdampft. Aufgrund des konvektiven Gasflusses im Inneren der Birne werden die verdampften Wolframatome in eine Zone mit niedrigerer Temperatur transportiert, wo sie mit dem Joddampf reagieren und Wolframjodid bilden. Die erforderliche Temperatur für die Reaktion von Wolfram und Jod beträgt 2000K.

Dann trägt derselbe konvektive Gasfluss im Inneren der Birne das Wolframjodid zur Wand mit niedrigerer Temperatur. Die Birne ist jedoch so gestaltet, dass die Temperatur der Glaswand zwischen 500K und 1500K bleibt und bei dieser Temperatur das Wolframjodid nicht an der Wand der Birne haftet. Es kehrt zum Glühfaden zurück, aufgrund des gleichen konvektiven Gasflusses im Inneren der Birne. Wiederum in der Nähe des Glühfadens, wo die Temperatur mehr als 2800K beträgt, spaltet sich das Wolframjodid in Wolfram und Joddampf auf. Da dies die erforderliche Temperatur für die Spaltung von Wolframjodid in Wolfram und Jodatome ist, die >2800K beträgt.

Diese Wolframatome werden dann weitergeführt und auf dem Glühfaden wieder abgesetzt, um das vorher verdampfte Wolfram auszugleichen. Danach werden sie erneut aufgrund der hohen Glühfadentemperatur verdampft und können Jod binden, um Jodide zu bilden. Dieser Zyklus wiederholt sich ständig. Daher verdampft der Glühfaden nicht dauerhaft, so dass die Temperatur des Glühfadens im Vergleich zu einer normalen Glühbirne sehr hoch gehalten werden kann, was sie effizienter macht, also einen höheren Lumen/Watt-Wert. Da es keine dauerhafte Verdampfung des Glühfadens gibt, ist die Lebensdauer der Wolfram-Halogenlampen viel länger mit klarerer Beleuchtung. Die chemische Gleichung lautet

Aufbau der Halogenlampe

Im Vergleich zur Halogenlampe kann die Glühbirne nur 80% ihrer Lumen am Ende ihres Lebenszyklus liefern, da die Klarheit der Glaswand aufgrund der Wolframablagerung nachlässt, während die Wolfram-Halogenlampe mehr als 95% ihrer Lumen am Ende ihres Lebenszyklus liefern kann. Früher wurde Borosilikat- oder Aluminosilikatglas verwendet, um die Birne der Halogenlampe herzustellen. Da sie eine höhere Temperaturbelastbarkeit haben und ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient sehr gering ist. Heutzutage wird jedoch weitgehend Quarz zur Herstellung der Halogenbirne verwendet. Quarz ist transparentes Siliciumdioxid und rein. Es ist sehr widerstandsfähiger und kann höhere Temperaturen als Borosilikat- oder Aluminasilikatglas aushalten. Quarzbirnen können bei Temperaturen über 1900K weich werden. Um den kontinuierlichen Halogenzyklus zu gewährleisten, muss um den Glühfaden herum eine Temperatur von etwa 2800K gehalten werden. Daher muss der Abstand zwischen dem Glühfaden und der Quarzwand der Birne so bemessen sein, dass die Quarzwand eine Temperatur unter 1900K hat. Die Birnenwand sollte widerstandsfähig und kleiner in Volumen sein, damit die Lampe bei einem inneren Druck von mehreren Atmosphären betrieben werden kann. Ein hoher Druck im Inneren der Birne reduziert das Verdunstungstempo des Wolframglühfadens. Eine bestimmte Menge Stickstoff und Argon wird zusätzlich zum Halogengas in der Birne gemischt, um diesen höheren Gasdruck im Inneren zu erhalten. So kann die Lampe bei höherer Temperatur und mit höherer Lichtausbeute für lange Zeit betrieben werden. Die meisten Lampen heutzutage verwenden Brom statt Jod. Brom ist farblos, während Jod eine lila Tönung hat.

Anwendung von Wolfram-Halogenlampen

Wolfram-Halogenlampen können verschiedene Formen haben, sind aber meist zylindrisch mit axial orientiertem Glühfaden. Sie sind sowohl in Doppelspitzen- als auch in Einzelanschluss-Ausführungen erhältlich. Zwei Typen sind unten gezeigt.
Zwei Typen sind unten gezeigt.

Wolfram-Halogenlampen bieten korrelierte Farbtemperatur, ausgezeichnete Lumenhaltbarkeit und angemessene Lebensdauer. Wolfram-Halogenlampen eignen sich gut für Außenbeleuchtungsanwendungen. Insbesondere können sie in Sportbeleuchtung, Theater, Studios und Fernsehbeleuchtung usw. verwendet werden. Ihre Glühfäden sind in der Regel mechanisch stabil und mit hoher Präzision positioniert. Wolfram-Halogenlampen werden weit verbreitet als Scheinwerfer, Filmprojektoren und wissenschaftliche Instrumente verwendet. Arten von Wolfram-Halogenlampen im Markt für Niederspannungswolfram-Glühfadenlampen sind ebenfalls verfügbar. Sie sind in 12, 20, 42, 50 und 75 Watt erhältlich und werden zwischen 3000K und 3300K betrieben. Ihre Lebensdauer reicht von 2000 bis 3500 Stunden.

Als optische Projektionsgeräte werden Halogenlampen in der Regel verwendet, und heutzutage werden sie auch in der Präsentationsbeleuchtung weit verbreitet eingesetzt.
Der Hauptteil der Wolfram-Halogenlampe ist das kleine Wolfram-Halogencapsel. Es wird in einem Stück verklebt, und alle Glasreflektoren dienen als Facetten zur optischen Strahlsteuerung. Die MR-16-Lampe hat einen multifacetten Reflektor mit 2-Zoll-Durchmesser. Sie hat einen leicht höheren Lichtausbeutewert als Standard-Spannungs-Glühbirnen. Ihre Größe ist auch kleiner und ermöglicht kompakte Anlagen.

Erklärung: Respektieren Sie das Original, gute Artikel sind es wert geteilt zu werden, falls es Verletzungen gibt, kontaktieren Sie uns bitte zum Löschen.