Natriumdampflampe

Fürth-nacht.jpg Die Natriumdampflampe ist eine Gasentladungslampe, die ihr nahezu monochromatisches gelbes Licht aus einer Gasentladung in Natriumdampf gewinnt.

Anders als Leuchtstoffröhren benötigen Natriumdampflampen keinen fluoreszierenden Leuchtstoff. Bei diesen Lampen erzeugt die Gasentladung selbst schon sichtbares Licht, und muss nicht erst in dieses umgewandelt werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad deutlich erhöht, zumal das menschliche Auge in diesem Farbbereich auch besonders empfindlich ist.

Das weitgehend monochromatische Licht ermöglicht nahezu kein Farbsehen, allerdings ist das Kontrastsehen in diesem Farbspektrum beim Menschen besonders hoch, so dass diese Art der Beleuchtung vorzugsweise im Straßenverkehr, auf Parkplätzen, auf Eisenbahnlinien und Bahnhöfen, auf Industriegeländen usw. eingesetzt wird - also primär an Orten an denen es auf die sichere Erkennung von Objekten und Hindernissen ankommt. Weiterhin findet die Lampe Verwendung als Pflanzenwuchsleuchte sowie als Beleuchtung für Terrarien. Das gelbe Licht wirkt auch weniger anziehend auf Insekten und ist daher aus Wartungs- und Umweltschutzgründen erwünscht.

Natriumdampflampen können nicht direkt an Netzspannung betrieben werden , sondern benötigen ein Vorschaltgerät und ein Zündgerät.
Nach dem Zünden leuchten die Natrium-Hochdrucklampen zunächst nur schwach. Es dauert ca. 15 Minuten, bis das gesamte Natrium an der Entladung teilnimmt und sie ihre volle Helligkeit erreicht haben.
Nach dem Ausschalten müssen die Lampen auskühlen bis der Innendruck soweit abgesunken ist, dass sie sich mit Standard-Zündgeräten wiedereinschalten lassen. Sofortzündgeräte oder Heißzündgeräte sind jedoch in der Lage, Natriumdampflampen auch dann zu zünden, wenn die Lampe gerade zuvor ausgeschaltet wurde. Hierzu verwendet das Heißzündgerät Zündspannungen von über 30 kV, die auch die Entladungsstrecke einer heißen Natriumdampf-Hochdrucklampe ionisieren können. Dieses Verfahren ist jedoch nur bei zweiseitig gesockelten Lampen möglich.

Die beiden dominierenden Wellenlängen des ausgestrahlten Lichts betragen 589,00 nm und 589,59 nm. Diese werden ausgesandt beim Übergang von Elektronen aus dem $3P_{1/2}$ bzw. $3P_{3/2}$ in den $3S_{1/2}$ Zustand des Natrium-Atoms. Das $3P$ -Niveau ist durch Spin-Bahn-Kopplung in zwei Unterniveaus aufgespalten, was im Spektrum als die charakteristische Natrium-Dublette erkennbar ist.

Natrium ist sehr reaktionsfreudig. Tritt es durch Beschädigung aus der Lampe aus, kann es mit der Luft und dem enthaltenen Wasser (Luftfeuchtigkeit) reagieren und so Verpuffungen oder Explosionen verursachen. Die Lampen müssen nach Gebrauch daher sorgfältig entsorgt werden.

Es wird unterschieden zwischen der Natriumdampf-Niederdrucklampe und der Natriumdampf-Hochdrucklampe:

Natriumdampf-Hochdrucklampe

Natriumdampfhochdrucklampe-chtaube050404.jpg Die Natriumdampf-Hochdrucklampe besitzt mit 150 lm/W (Lumen pro Watt) eine außerordentlich hohe Lichtausbeute (Glühlampen: bis 20 lm/W; Leuchtstoffröhren: 80 lm/W) und ist in Leistungen von 35 Watt bis mehreren 1000 Watt erhältlich. Für die Straßenbeleuchtung sind Leistungen von 50 bis 150 Watt üblich. Durch Zugabe von bestimmten Gasen (z.B. Xenon) lässt sich bei dieser Lampenart auch ein gewisser Blau-Anteil erzielen und somit die Farbwiedergabe verbessern.

Natriumdampf-Hochdrucklampen bestehen aus einem mit Natrium und einem Edelgas gefüllten Entladungsgefäß (Brenner), das sich zur thermischen Isolation in einem evakuierten Glaskolben in Röhren- oder Ellipsoidform befindet. Die Gasfüllung steht beim Betrieb der Lampe unter hohem Druck. Der Brenner besteht aufgrund der hohen Betriebstemperatur (ca. 1000 °C) aus hochreiner transparenter Aluminiumoxid-Keramik, die Elektrodenanschlüsse bestehen aus Niob.
Der Brenner wird durch starke Metalldrähte im Glaskolben fixiert, welche gleichzeitig der Stromzuführung dienen. Die Kontaktierung der Lampe mit dem Leuchtensockel erfolgt meistens über ein Edison-Gewinde (gängige Größen: E27, E33 und E40). Der schützende Glaskolben erreicht im Betrieb Temperaturen von über 300°C. Zum Zünden wird eine Spannung von bis zu 5 kV benötigt.

Die mittlere Lebensdauer wird mit ca. 30.000 Betriebsstunden angegeben. Das entspricht 3,5 Jahren Dauerbetrieb. Die Hersteller geben zuweilen auch eine Lebensdauer von vier Jahren für ein definiertes Ein/Ausschaltregime entsprechend der Verwendung als Straßenbeleuchtung an.
Häufiges Ein- und Ausschalten wirken sich lebensdauervermindernd aus. Der Betriebsstrom muss durch die richtige Wahl des Vorschaltgerätes genau eingehalten werden.

Natriumdampf-Hochdrucklampen neigen am Ende ihrer Lebensdauer zum periodischen Verlöschen und Wiederzünden. Diesen Vorgang nennt man „Blinken“ oder „Cycling“. Hierbei steigt nach dem Zünden der Lampe deren Brennspannung langsam an und erreicht aufgrund der gealterten Gasfüllung einen Wert, der durch die Netzspannungsversorgung nicht mehr zur Verfügung gestellt werden kann, so dass die Lampe verlöscht. Nach Abkühlung der Lampe erfolgt eine erneute Zündung und der Prozess startet von vorn. Die Zeitdauer für einen solchen Zyklus liegt typischerweise im Bereich von ca. 10–15 Minuten. Um den daraus resultierenden Blinklichtbetrieb zu unterdrücken, verfügen spezielle Zündgeräte über eine automatische Cycling-Erkennung. So setzt beispielsweise nach dreimaligem Verlöschen der Lampe innerhalb von 2 Stunden aufgrund ansteigender Brennspannung die Abschaltautomatik ein und verhindert weitere Zündversuche.

Natriumdampf-Niederdrucklampe

Natrium_Niederdrucklampe.jpg Natriumdampf-Niederdrucklampen (auch NA, SOX) sind die effizientesten elektrischen Lichtquellen, die es derzeit gibt. Mit bis zu 200 lm/W ermöglichen sie eine effiziente und energiesparende Beleuchtung. Betriebstemperatur und Wärmeentwicklung sind deutlich geringer als bei der Natriumdampf-Hochdrucklampe. Zum Zünden reichen bereits Spannungen im Bereich von 1 kV, je nach Ausführung genügt auch die verfügbare Netzspannung. Im Gegensatz zur Natriumdampf-Hochdrucklampe ist die Niederdrucklampe sofort wieder zündbar.

Na-Niederdrucklampen haben ein deutlich größeres Entladungsgefäß als Na-Hochdrucklampen. Meist ist es in Gestalt eines U-Rohres ausgeführt, welches sich über die gesamte Länge des schützenden Glaskolbens erstreckt. Die äußeren Abmessungen der Natriumdampf-Niederdrucklampe entsprechen in etwa denen der Natriumdampf-Hochdrucklampe.

Natriumdampf-Niederdrucklampen gibt es auch in größeren Ausführungen (Format einer Leuchtstofflampe), man findet sie zuweilen als Straßenbeleuchtung und erkennt sie an der gelben Lichtfarbe sowie den langgestreckten Leuchten.

Die von Osram hergestellte SOX18 ist die kleinste käufliche Natriumdampflampe (25-30 Euro). In Reihe geschaltet mit zwei Standard-Vorschaltdrosseln von 58/65W Leuchtstofflampen ergibt sich an der europäischen Netzspannung von 230 V/50 Hz der richtige Betriebsstrom von ca. 330 mA. Somit kann man sich mit geringen Kosten Natriumdampflicht installieren (siehe auch den folgenden Abschnitt).
Nachteil dieser Lampe: Sie ist nur mit dem in Großbritannien üblichen Bajonettsockel und nicht mit der in Deutschland verbreiteten Edisonfassung (Schraubgewinde) erhältlich.

Verwendung im Theater

Die Natriumdampflampe wird im Theater häufig als Effektlicht benutzt. Das fast völlige Verschwinden aller Farbigkeit bei ausschließlicher Beleuchtung mit Natriumdampflampen ist hierbei ein beabsichtigtes Stilmittel. Auch das langsame Aufglühen aus der Dunkelheit mit seinem Farbverlauf ist gelegentlich als Stimmung nutzbar. Da das Natriumdampflicht nicht dimm- bzw. regelbar ist, gibt es für die Leuchten verschiedene Aufsätze, welche mit Lamellen einen Ein- und Ausblendeffekt ermöglichen.

Verwendung in der Dunkelkammer

Natrium-Niederdrucklampen eignen sich auch als Dunkelkammerbeleuchtung in der Schwarzweiß-Positiv Verarbeitung. Hier fällt das monochromatische gelbe Licht in das Empfindlichkeitsminimum der fotografischen Schicht des Fotopapiers. Damit ist eine besonders helle Dunkelkammer-Beleuchtung möglich.

Weblinks

http://www.strassenlicht.de/

Die Leuchtmittelarten und Farbwiedergabe (Das kleine Lichtlexikon)

Siehe auch

Lichttechnik