Mitteldruckentladung

Zusammenfassung der Funktionsabläufe einer Quecksilberdampf-Mitteldruckstrahlenquelle

Findet die Entladung von Metalldämpfen oder Gasen bei einem Druck zwischen etwa 10 und 20 bar statt, so spricht man von Mitteldruck-Entladungslampen (früher auch bezeichnet als Hg-Hochdruckstrahler).

Ein Quecksilberdampf-Mitteldruckstrahler besteht im wesentlichen aus den Baugruppen:

  • Leuchtrohr
  • Einschmelzung der Stromzuführung
  • Elektroden
  • Edelgas
  • Hg-Dosierung

In einem zylindrischen Leuchtrohr, je nach Verwendungszweck aus verschiedenen vorbehandelten Quarzmaterialien, befindet sich eine Edelgasfüllung. Meist handelt es sich aus Argon oder einem Gemisch aus verschiednen Edelgasen. Hinzudosiert ist eine genau vorausberechnete Quecksilbermenge, welche die Brennspannung der Strahlenquelle vorausbestimmt. Zusätzlich können noch Schwermetalljodide eingefüllt sein, um die Emissionsschwerpunkte zu verschieben oder Lücken im Hg-Spektrum aufzufüllen. Am Ende des zylindrischen Leuchtrohres werden die Elektroden eingesetzt, die mit der Folieneinschmelzung im direkten elektrischen Kontakt verbunden sind. Wird an diesen Elektroden eine elektrische Spannung gelegt, die meist aus einem induktiven, strombegrenzenden Vorschaltgerät hergeleitet wird, ionisiert das Edelgas, zieht einen Lichtbogen zwischen den Elektroden und erwärmt das Leuchtrohr etwas.

Die Zündspannung (ca. 1,7-fach der Brennspannung) sinkt im Zündmoment direkt ab auf ca. 10-50 Volt und steigt dann wieder an. Dabei werden Hg-Moleküle mitgerissen, die in Schwingung geraten und weitere Hg-Moleküle verdampfen. Dies geschieht so lange, bis die elektrischen Solldaten erreicht sind. Die ursprünglich, beim Anlegen der Spannung vorhandene Bogenspannung der Edelgasionisation geht langsam über in die Brennspannung und steigt bbis zu dem Punkt an, der von der eindosierten Hg-Menge und dem strombegrenzenden Vorschaltgerät als Kennparameter vorgegeben ist. Gleichzeitig sinkt der Brennstrom vom Kurzschlusswert (ca. 1,6-fach der Brennspannung), den er im Zündmoment inne hat, und erreicht mit der Nennspannung ebenfalls seinen vorgegebenen Betriebswert.

Dieses Verhalten, also das Sinken des Brennstroms und das Steigen der Brennspannung während der Einbrennphase, deutet bereits auf die besondere Charakteristik von Bogenentladungslampen hin. Am Anfang dieses zuvor beschriebenen Einbrennvorgangs ist kein kontrahierender Lichtbogen zu sehen, sondern nur eine diffuse Leuchterscheinung im ganzen Leuchtrohr. Der stark konzentrierte und eingeschnürte Lichtbogen steht erst bei Erreichen der Betriebsdaten optimal auf den beiden Elektroden.

Falls Verunreinigungen im Entladungsgefäß vorhanden sind oder die Nenndaten noch nicht erreicht wurden, steht der Lichtbogen noch unstabil und "tanzt" oft auf den Elektroden. Bei Unterkühlung einer derartigen Strahlenquelle verändert sich die Brennspannung nach unten hin, d.h. sie sinkt ab. Üblicherweise benutzt man diese Veränderung als Parameter, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Strahlers zu überwachen. Auch bei Teillastbetrieb (stand by) ist bereits ein leichtes Absinken der Brennspannung zu verzeichnen. Die untere Grenze des Teillastbetriebes ist dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen abreißt.

Eine sofortige Wiederzündung ist aufgrund der hohen Temperatur, d.h. einem ebenfalls "hohen Innendruck" im Leuchtrohr nicht möglich, da der Elektronenfluß die Strecke zwischen den Elektroden nicht überwinden kann. Erst bei Absinken des Dampfdrucks auf einen strahlerspezifischen Schwellenwert zündet die Strahlenquelle wieder.

Vorher muß jedoch sichergestellt sein, daß der notwendige Kurzschlußstrom sowie die Zündspannung zur Verfügung steht.