Ratgeber
LEDs repräsentieren heute zwar den technischen Goldstandard in der Signal- und Beleuchtungstechnik, dennoch haben Lampen mit Edelgasfüllung nach wie vor ihre Daseinsberechtigung. Zum Beispiel als Ersatzteil im Kfz-Bereich, bei Beamern und lichtstarken Endoskopiegeräten. Das gilt vor allem für Leuchtmittel, die statt mit Halogen mit dem leistungsfähigerem Krypton- oder Xenongas gefüllt sind. In diesem Ratgeber informieren wir Sie über Aufbau und Funktion dieser Leuchtmittel.
Beide Gase gehören zur Gruppe der Elemente auf der rechten Seite des Periodensystems. Helium, Neon und Argon befinden sich direkt über ihnen. Darunter liegen Radon und Oganesson.
Xenongas wird in kleinem Maßstab durch die fraktionierte Destillation von flüssiger Luft hergestellt. Es ist das am wenigsten flüchtige der aus der Luft erhältlichen Edelgase.
Die britischen Chemiker Sir William Ramsay und Morris W. Travers isolierten das Element im Jahr 1898 durch wiederholte fraktionierte Destillation des Edelgases Krypton, das sie sechs Wochen zuvor entdeckt hatten.
Das Element Xenon wird beispielsweise in Lampen verwendet, die extrem kurze und intensive Lichtblitze erzeugen, wie zum Beispiel Blitzlichtgeräte, Stroboskope und Lampen für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen. Wenn eine elektrische Ladung bei niedrigem Druck durch das Gas geleitet wird, sendet es einen bläulich-weißen Lichtblitz aus. Bei höherem Druck wird weißes, tageslichtähnliches Licht dauerhaft ausgestrahlt.
Nahezu identische Eigenschaften und Einsatzbereiche besitzt Krypton. Es ist das leichteste jener Edelgase, die isolierbare chemische Verbindungen in makroskopischen Mengen bilden. Viele Jahre lang galt es als völlig unreaktiv. In den frühen 1960er Jahren wurde jedoch festgestellt, dass Krypton mit dem Element Fluor reagiert, wenn beide in einer elektrischen Entladungsröhre bei 183 Grad Celsius zusammengebracht werden. Die gebildete Verbindung ist Kryptondifluorid.
Die große Reaktionsträgheit von Xenon und Krypton wurde schon zu Zeiten klassischer Glühlampen genutzt: Statt nahezu luftleerer Glaskolben besaßen hochwertige Lampen kleinere, mit diesen Gasen gefüllte Kolben.
Leuchtmittel lassen sich nach der Art der Lichterzeugung unterscheiden. Die klassische, inzwischen vom Handel weitgehend ausgeschlossene Glühbirne zu Beleuchtungszwecken besitzt einen Wolfram-Glühfaden und einen mit Schutzgas gefüllten Glaskolben. Durch Stromzufuhr wird der Glühfaden erhitzt und emittiert neben Wärme sichtbares Licht. Durch das Schutzgas oxidiert der Faden in der Glühbirne sehr langsam und brennt erst nach nach durchschnittlich 1000 Stunden Betrieb durch.
Die deutlich kleineren Halogenlampen enthalten dagegen meist dickere Glühfäden oder Glühwendel, die sich stärker erhitzen lassen und somit mehr Licht abgeben. Außerdem besteht der Kolben aus relativ dickem Quarzglas, das der enormen Hitze des Glühfadens besser widersteht als normales Glas. Das Besondere ist die Füllung des Kolbens mit Halogen. Halogene sind sehr reaktive Elemente und gehen somit schnell Verbindungen mit anderen Stoffen ein. Diese Eigenschaft nutzen Halogenlampen: Die vom Glühdraht abgestoßene Partikel des Glühdrahts werden von der Halogenfüllung eingefangen und zum Glühdraht zurückgeführt. Das erhöht die Lebensdauer der Halogenlampe um etwa das Dreifache gegenüber einer konventionellen Glühlampe.
Glühfaden-Leuchtmittel mit Xenon- oder Kryptonfüllung unterscheiden sich nicht wesentlich von denen mit Halogenfüllung. Erheblich wird der Unterschied allerdings, wenn der Glühfaden ganz weggelassen wird.
Denn Licht lässt sich nicht nur durch glühende Drähte erzeugen, sonder auch durch einen Lichtbogen. Die so funktionierenden Leuchtmittel werden als Gasentladungslampen bezeichnet. Ihr größter Vorteil ist ihre Lichtstärke.
Bei Gasentladungslampen handelt es sich um Lichtquellen, die auf einer elektrischen Entladung in einem ionisierten Gas oder Metalldampf beruhen. Entsprechende Lampen verfügen im Allgemeinen über zwei Elektroden aus Wolfram, an die eine hohe Zündspannung angelegt wird, häufig zwischen 20.000 und 25.000 Volt. Bereitgestellt wird der Spannungsimpuls durch Zündtransformatoren.
Die Gasatome werden bei der Zündung ionisiert: Positiv geladene Ionen und negativ geladene Elektronen rasen in entgegengesetzter Richtung durch den Glaskolben. Ionen prallen dabei auf neutrale Atome und auf die Elektroden. Dabei wird Energie in Form eines Lichtbogens freigesetzt, der den Spalt zwischen den Elektroden überspringt, ähnlich einem Blitzschlag. Dauerhaftes Licht erzeugen die Elektroden selbst, sie erreichen Temperaturen von über 3000 Grad Celsius und halten den Lichtbogen bei normaler Betriebsspannung aufrecht. Gasentladungslampen mit Xenon-Füllung werden daher umgangssprachlich auch als Xenon-Brenner bezeichnet.
Die Farbe des Lichts hängt von der atomaren Struktur des verwendeten Gases ab, Xenonlicht ist üblicherweise weiß bis leicht bläulich, es unterscheidet sich nicht sehr vom natürlichen Tageslicht.
Mit Xenon oder Krypton gefüllte Lampen sind in vielen Variationen erhältlich. Es gibt sie mit Glühfäden oder als Gasentladungslampe, mit Schraubsockeln im E27- oder E40-Format, mit Kontakten für Bajonettfassungen oder mit Stiftsockeln. Der Leistungsbereich umfasst sowohl Minilampen mit weniger als 1 Watt bis zu Xenon-Lampen mit mehreren 1000 Watt.
Besonders populär sind Xenon-Brenner im Automobilbereich. Sie sind vor allem in Autos der Oberklasse zu finden. Xenon-Scheinwerfer sind auch als HID-Lampen bekannt, HID steht für High-Intensity Discharge. Es handelt sich also um Gasentladungslampen mit hoher Intensität. Sie geben ein weiß-blaues Licht ab, das etwa zwei- bis dreimal heller ist als das von Halogenlampen und oft noch durch eine Optik gebündelt wird. Ihre Lebensdauer ist mit etwa 2500 Stunden mehr als doppelt so groß, außerdem punkten sie durch einen geringeren Energieverbrauch.
Was sind die Vorteile von Xenon- oder Kryptonlampen gegenüber herkömmlichen Halogenlampen?
- Mehr Helligkeit: Eine 35-Watt-Lampe mit Xenon- oder Kryptonfüllung erzeugt im Vergleich zu einer 55-Watt-Halogenbirne bis zum Dreifachen mehr Lumen an der Lichtquelle.
- Weißeres Licht: Während das Halogen-Licht gelblich erscheint, kommt das Xenon-Licht dem natürlichen Sonnenlichts sehr nah.
- Geringerer Stromverbrauch: Im Vergleich zu Halogenlampen verbrauchen Xenonlampen weniger Strom.
Ist der Austausch von normalen Scheinwerferlampen gegen einen Xenon-Brenner erlaubt?
Verboten ist er nicht, vorausgesetzt, es wurden die nötigen gesetzlichen Vorschriften eingehalten. Dazu zählt zunächst, dass die Lampe über ein ECE-Prüfsiegel verfügt. Nur dann ist sie für den Straßenverkehr zugelassen. Außerdem kann der Austausch die allgemeine Betriebserlaubnis, kurz ABE, außer Kraft setzen. Um sie zu erhalten, ist bei der Umrüstung eine automatische Leuchtweitenregulierung und eine Schweinwerferwaschanlage zu installieren.