Xenon-Gasentladungslampe

Xenon-Gasentladungslampe mit 15 kW aus einem IMAX-Filmprojektor

Oben: Xenonlampe 4000 Watt, defekt
Unten: Xenonlampe 2000 Watt, unbenutzt im Schutzgehäuse

Xenon-Gasentladungslampen sind Höchstdruck-Gasentladungslampen. Sie nutzen die Strahlungsemission eines Lichtbogens, besitzen besonders hohe Leuchtdichten und einen sehr hohen Farbwiedergabeindex. Üblich sind Lampen mit einer Aufnahmeleistung von 50 W bis 15 kW.

Aufbau

Xenon-Gasentladungslampen bestehen aus einem dickwandigen, mit Xenon gefüllten Quarzglaskolben, in dem zwei massive Wolfram-Elektroden eingeschmolzen sind. Die Kathode ist ein vergleichsweise kleiner Kegel, der auf einem dünneren Wolframstift festgeschweißt ist. Die Anode ist ein großer zylindrischer Wolframkörper, dessen Stirnfläche mit einer Fase versehen ist und die zur Kathode gerichtet ist. Die Kathode enthält bis zu 3% Thorium um die Austrittsarbeit für Elektronen und somit die Zündspannung zu reduzieren.

Betrieb und technische Besonderheiten

Xenon-Gasentladungslampen müssen mit einem oft hochfrequenten Hochspannungsimpuls von bis zu 50 kV gezündet werden, da sich im kalten Zustand eine nicht leitende Gasstrecke zwischen den Elektroden befindet. Einmal gezündet, entsteht zwischen den Elektroden der Xenon-Gasentladungslampe ein ionisierter Lichtbogen, der durch die kontinuierliche Zufuhr eines geglätteten Gleichstroms aufrechterhalten wird. Je besser die Betriebsspannung durch ein Vorsteuergerät geglättet ist, desto größer ist die Lebensdauer der Lampe und die Qualität des abgegebenen Lichtes.

Der Druck der Xenon-Edelgasfüllung steigt während des Betriebs von etwa 8 bar (0,8 MPa) im kalten Zustand auf bis zu 70 bar (7 MPa) an. Der große Druck verbreitert die Emissionslinien des Plasmas zu einem im sichtbaren Bereich nahezu kontinuierlichem Spektrum mit einer Farbtemperatur von etwa 6000 K, was der Farbe von Tageslicht entspricht. Große Wärmeverluste entstehen durch die starke Aufheizung der Anode. Diese wird durch die eintreffenden Elektronen im Betrieb rot glühend. Um die Wärme besser abstrahlen zu können, benötigt sie eine größere Außenfläche. Eine Heißwiederzündung der Lampe ist mit geeigneten Vorschaltgeräten möglich.

Die hohen Temperaturen und der Druck, unter dem eine handelsübliche Xenon-Gasentladungslampe steht, führen dazu, dass der Betrieb eines solchen Leuchtkörpers mit einem relativ großen Aufwand verbunden ist. Die meisten Lampentypen benötigen für den reibungslosen Betrieb Kühlungsvorrichtungen und ein explosionssicheres Gehäuse. Abhängig vom Verwendungszweck werden Xenon-Gasentladungslampen mit dotiertem beziehungsweise beschichtetem Quarzglas hergestellt, um die Ultraviolettstrahlung des erzeugten Strahlungsspektrums zurückzuhalten, welche sonst am heißen Glas Ozon erzeugen würde.

Xenon-Gasentladungslampen haben ein Leuchtzentrum von nur wenigen Millimetern Ausdehnung, wobei der Punkt der größten Leuchtdichte direkt an der Kathode liegt. Sie werden daher auch als Kurzbogenlampen bezeichnet. Die geringe Größe der Lichtquelle und ihre große Intensität erlaubt wirkungsvolle Bündelung.

Die Lichtausbeute ist deutlich höher als beispielsweise der von Glühlampen. Er ist jedoch mit ca. 50 lm/W niedriger als der von vielen anderen Gasentladungslampen.

Anwendung

Wegen ihres hohen Preises und des aufwendigen und nicht ganz ungefährlichen Betriebs wird die Xenon-Gasentladungslampe nur für spezielle Zwecke verwendet. Diese Faktoren fallen vor allem bei Kinoprojektoren, Festkörperlasern, Effekt- und Suchscheinwerfern, Lichtquellen für wissenschaftliche Anwendungen und Leuchttürmen ins Gewicht.

Spezielle Varianten der Xenon-Gasentladungslampen werden zur Herstellung von Platinen oder zur biologischen Reinigung von Trinkwasser verwendet. Bei Lampentypen, die für diese Anwendungsgebiete vorgesehen sind, wird undotiertes Glas verwendet.

Gefahren im Umgang

Durch den hohen Druck selbst im kalten Zustand besteht bei mechanischen Beschädigungen der Lampe ein Explosionsrisiko. Durch ein Zersplittern des Kolbens können schwere Verletzungen bei umstehenden Personen verursacht werden. Eine heiße Lampe ist infolge des höheren Drucks und der beanspruchten Materialien entsprechend gefährlicher.

Selbst die ozonfreien Lampen strahlen große Mengen längerwelliges UV-Licht ab. Ohne geeignete Schutzmaßnahmen führt die Strahlung auf unbedeckter Haut in Kürze zu Verbrennungen und steigert längerfristig das Krebsrisiko.

Die Leuchtdichte des Lichtbogens ist so hoch, dass der ungeschützte Blick auf diesen innerhalb kürzester Zeit schwere Schäden der Netzhaut bis hin zur Erblindung verursachen kann.

Im professionellen Bereich (Kinoprojektion, Medizintechnik, Messtechnik und Materialprüfung) sind daher eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen üblich, wie zum Beispiel

• Eingehende Schulung von Bedien- und Wartungspersonal
• Betrieb nur in geeigneten geschlossenen Gehäusen
• Augenschutz mit Spezialbrillen oder Absperrung der Lichtausbreitungswege
• Wechsel und Transport nur in speziellen Lexanbehältern
• Einsatz spezieller Schutzkleidung bei der Handhabung

Kosten

Xenon-Kurzbogenlampen-XBO mit Leistungen von 50 Watt bis 1000 Watt sind im Handel zu Preisen von 250 bis 600 Euro erhältlich (Stand Januar 2010).^[1]

Literatur

• August Scherl: Das große Buch der Technik. (Die große Bertelsmann-Lexikonbibliothek, Bd. 17), Bertelsmann-Lexikon-Verlag, Gütersloh, Wien 1970

Einzelnachweise

1. ↑ Mercateo