- Einführung: Licht und das menschliche Auge
- Lichtschäden
- Lichtquellen
- Glühlampen, Halogenlampen
- Leuchtstofflampen, Kompaktleuchtstofflampen
- Entladungslampen, LEDs, Schwefellampen, Elektrolumineszenz
aus: www.nationalmuseum.se
Sonne, Kerze, Glühlampe, Halogenlampe: Die wichtigsten Lichtquellen dieser Welt sind Temperaturstrahler. Wie wir es vom Eisen her kennen, das zunächst rot glüht und bei zunehmender Temperatur gelb bis weiß leuchtet, hängt die Lichtfarbe eines heißen Gegenstands von seiner Temperatur ab.
Die menschliche Wahrnehmung kann nicht gut zwischen den verschiedenen Lichtfarben unterscheiden, da sie sich an die jeweilige Situation anpasst. So erscheint uns Sonnenlicht ebenso wie Glühlampenlicht als weißes Licht. Wird eine weiße Wand allerdings teilweise von Sonnenlicht und teilweise von Glühlampenlicht erhellt, so erscheint das Glühlampenlicht wesentlich gelblicher als das Sonnenlicht.
 |
Lichtfarbe eines glühenden Gegenstands ("schwarzer Strahler") bei von links nach rechts steigender Temperatur in °Kelvin |
|
Das Licht eines Temperaturstrahlers wird nicht nur in einer speziellen Wellenlänge abgestrahlt, sondern umfasst im Prinzip stets alle Farben des Regenbogens. Erst die Mischung der verschiedenen Wellenlängen ergibt dann die Lichtfarbe. Bei niedriger Temperatur enthält das Licht mehr Rotanteile, bei höherer Temperatur mehr Blauanteile. Die jeweiligen Lichtspektren sind im Prinzip typisch für die betreffende Temperatur. Streng genommen gilt dies nur für eine spezielle Lichtquelle, den "schwarzen Strahler", eines alle Lichtwellen gleichermaßen abstrahlenden und absorbierenden schwarzen Körpers (vorzustellen als ein Guckloch eines im Innern heiß glühenden Ofens), näherungsweise jedoch für alle Temperaturstrahler. |
|
 |
Um die Lichtfarbe einer Lichtquelle zu charakterisieren, hat es sich daher als zweckmäßig erwiesen, die Temperatur des schwarzen Strahlers anzugeben, bei der die beiden Lichtspektren am besten übereinstimmen. Diese Farbtemperatur wird in Kelvin (K) angegeben. So entsprechen 3000 K der Lichtfarbe "warmweiß", 4000 K "neutralweiß" und 6500 K tageslichtweiß. Die mittlere Farbtemperatur des Tageslichts liegt zwischen 5500 und 6500 K. Farbfilme sind stets auf eine bestimmte Farbtemperatur eingestellt (z.B. Kunstlichtfilme auf 3100 bis 3400 K, Tageslichtfilme auf 5500 K). Wird bei abweichenden Lichtverhältnissen (oder schlechter Farbwiedergabe der Lichtquelle) fotografiert, ergeben sich Farbstiche. |
| Die Temperatur auf der Oberfläche der Sonne beträgt rund 6000°C, in Kelvin ausgedrückt ca. 6273 K. Dies entspricht in etwa der Farbtemperatur des Sonnenlichts an einem schönen Sommertag, wenn die Sonne im Zenit steht. Gegen Abend oder morgens erscheint das Sonnenlicht rötlicher (Abendrot...), die Farbtemperatur liegt somit niedriger. Das von einem klarem Himmel ausgehende Licht enthält dagegen weniger Rotanteile. Seine Farbtemperatur kann 15000 - 30000 K betragen. Das Licht des blauen Himmels enthält im übrigen nicht nur relativ viel blaues sondern auch viel UV-Licht. Bei gleicher Luxzahl ist es somit erheblich schädlicher für Kunstwerke als direktes Sonnenlicht (auch bei jeweils ausgefiltertem UV-Licht). |  |
Die Beleuchtungsstärke des Sonnenlichts liegt in diesen Breiten im Sommer bei maximal 100 000 lx, im Winter etwa 20 000 lx, bei bedecktem Himmel bei maximal 20 000 lx (Sommer) bzw. 5000 lx (Winter).
Die wichtigsten Kunstlichtquellen im Museum sind Glühlampen, Leuchtstofflampen und Entladungslampen.
 |
Glühlampen sind typische Temperaturstrahler, in denen ein auf ca. 2600 - 3000 K erhitzter Wolframdraht unter Vakuum oder in einer inerten Gasatmosphäre zum Glühen gebracht wird, Der Hauptanteil der abgegebenen Strahlung liegt dabei im infraroten Bereich. |  |
 |
Die Lebensdauer ungedimmter Glühlampen liegt bei 1000 h. Bei höherer Wendeltemperatur verbessert sich die Lichtausbeute, verkürzt sich jedoch ist die Lebensdauer. Die Verkürzung der Lebensdauer ist eine Folge der mit der Temperatur steigenden Verdampfungsgeschwindigkeit der Wolframatome, die einerseits zur Kolbenschwärzung und andererseits letztendlich zum Bruch der Glühwendel führt (Osram). |
Ein hoher Fülldruck eines möglichst schweren Gases (Argon, Krypton, Xenon) vermindert die Verdampfungsgeschwindigkeit des Wolframs und damit die Kolbenschwärzung. Krypton-Lampen besitzen daher eine ca. 10% höhere Lichtausbeute als normale Glühlampen, deren Lichtausbeute mit 9-19 lm/W insgesamt sehr niedrig liegt.
Die hohen Oberflächentemperaturen führen zu Staubverschmorungen: oberhalb von Deckenspots sind häufig schwarze Verrußungen zu beobachten. Großkolbenlampen besitzen diese Eigenschaft weniger. Mattierte Glaskolben dämpfen die Schattenbildung und Blendung. Kuppenverspiegelte Lampen schützen vor Blendung und sorgen für ein indirektes Licht. Reflektorlampen sind als Spotlampen noch häufig in Museen anzutreffen. Aus Gründen der Energieersparnis sollten dauerbrennende Glühlampen sukzessive durch andere Lichtquellen ersetzt werden. .
Halogenlampen arbeiten mit etwas höherer Wendeltemperatur als Glühlampen. Die Halogengase im Inneren verhindern, dass sich die aus der Glühwendel verdampfenden Metallgase auf der Kolbeninnenfläche niederschlagen und diesen schwärzen.
 |
Der Halogenkreislauf
(Bild und Info: Osram) |
Das beim Lampenbetrieb von der Wendel abdampfende Wolfram gelangt durch Diffusion oder Konvektion in Temperaturgebiete (< 1400°K) nahe der Glaskolbenwand, wo sich stabile Halogenverbindungen bilden. Mit der thermischen Strömung gelangen diese Verbindungen wieder in die Nähe der heißen Wendel und zerfallen dort wieder. Ein Teil des Wolframs wird wieder auf die Wendel zurücktransportiert, allerdings nicht an seine Herkunftsstelle
Die Halogene - früher Iod, heute häufig Brom, verhindern somit nicht das Verdampfen des Wolframs sondern nur die Schwärzung des Glaskolbens. Die Lebensdauer von 2000 - 3000 h endet mit der Wendelunterbrechung an entstehenden "hot spots". Dimmen von Halogenlampen erhöht die Lebensdauer und führt zu einer Verschiebung der Farbtemperatur. Dimmen führt zeitweilig zu einer leichten Schwärzung des Kolbens, die jedoch bei Volllast wieder verschwindet.
Durch die höhere Temperatur der Glühwendel ist das Spektrum der Halogenlampen gegenüber den Glühlampen etwas in den kürzerwelligen Bereich verschoben und im Uhrzeigersinn gekippt. Es enthält einen geringeren Infrarotanteil, einen höheren UV- und Blauanteil. Auch die Wellenlängen der UV-Strahlung verschieben sich in Richtung der gefährlicheren kurzwelligen UV-Strahlung So erklärt es sich, dass Halogenlampen zwar, in µW/lumen gemessen, zwar nur etwa 50% mehr UV-Strahlung aussenden als Glühlampen, die Lichtschäden aufgrund die kurzwelligeren Strahlen jedoch viermal so stark sind wie bei Glühlampen (Michalski 1987).
Die Lichtausbeute (d.h. die hauptsächlich im Gelbgrünbereich pro Watt abgegebene Strahlung) liegt mit 15 - 25 lm/W dadurch ca. 100 % höher als bei Glühlampen. Die Farbwiedergabequalität liegt je nach Art des Reflektors in der Gegend von ca. 94 - 97 (???, DIN 5053)).
 |
Halogenlampen mit
IR-Beschichtung verfügen über eine um ca. 30% höhere Lichtausbeute. Die IR-reflektierende
Beschichtung reflektiert die abgegebene IR-Strahlung großenteils auf die Wendel
zurück, die dort zum Teil absorbiert wird. Dies bewirkt eine Erhöhung der
Wendeltemperatur, wodurch die Zufuhr elektrischer Energie reduziert werden kann.
Die Lichtausbeute steigt an.
(Bild und Info: Osram) |
Es ist zu unterscheiden zwischen Hochvolt (230V)-und Niedervolt (12V)-Lampen und zwischen Hochdruck- und Niederdruck- Halogenlampen. Nur Niederdruck-Lampen dürfen in freibrennendem Betrieb eingesetzt werden.
Neben den kleinen Stiftsockellampen sind vor allem die kleinen Reflektorlampen üblich, die in Lampen ohne Reflektor eingesetzt werden. Bei den heutigen Qualitäten ist meist eine Schutzscheibe aus Borosilikat integriert. Bei explodierfähigen Lampen hält die vorgesetzte Schutzscheibe zum einen die UV-B Strahlung zurück und verhindert zum anderen Staubverschmorungen auf der heißen Kolbenoberfläche."
Reflektorlampen werden in 20-50 Watt, in Abstrahlwinkeln von 8 -60° und verschiedenen Sockelweiten angeboten. Die Farbtemperatur liegt bei 29.. - 4000°K und lässt sich durch Dimmen beeinflussen. Die Lampen um 5 % zu dimmen, erhöht die Lebensdauer bereits erheblich. Starkes Dimmen führt allerdings zunehmend zu einer gelblichen Lichttünche, wie sie uns von vielen lichtreduzierten Ausstellungen vertaut ist. Die richtige Beleuchtungsstärke sollte daher eher durch Verwendung passender Wattzahlen und Abstrahlwinkel erzielt werden als durch exzessives Dimmen.
 |
Bei Kaltlichtreflektorlampen ("Cool-Beam") ist
die Reflektor für Infrarotstrahlung durchlässig, sodass zwei Drittel der Wärmestrahlung nach
hinten abgegeben und damit nicht auf das Exponat geleitet wird. Die
Wärmeentwicklung im Raum bleibt insgesamt unverändert, doch die Leuchten oder
Decken werden stark erwärmt. Die Glaskalotte ist mit 19 Lagen verschiedener
Metalloxyde beschichtet, die durch Interferenz nur IR-Licht durchlassen. Alu- und Goldreflektoren lenken die IR-Strahlung dagegen nahezu vollständig aufs Exponat. (Bild und Info: Osram) |
Titan-Halogenlampen erreichen die doppelte Lebensdauer. Ihr Licht ist etwas kälter (bläulicher) als das anderer Halogenlampen (3100°K).
"UV-Stop" Halogenlampen filtern einen Großteil der UV-B und -C, sowie etwa die Hälfte der UV-A Strahlung aus. Die Ausbleichwirkung reduziert sich dadurch um bis zu 80% (Katalog Osram). Der Quarzglaskolben ist hierbei mit UV-absorbierenden Substanzen dotiert
Die hohen Oberflächentemperaturen führen zu Staubverschmorungen.
Der Lichtkreis der Reflektorlampen gleicher Wattzahl und gleichen Abstrahlwinkels kann je nach Hersteller unterschiedlich sein: entweder am Rand verflliessend oder scharf begrenzt. Eine Facettierung der Glaskalotte bewirkt am Rand ein fächerförmiges Schattenmuster (siehe Bartl 1993). Im Zentrum des Lichtkreises befindet sich in der Regel ein wesentlich hellerer Bereich, der sich deutlich vom übrigen, nach außen dunkler werdenden Lichtkreis absetzt.
| In Museen werden Kaltlichtreflektorlampen nur selten ohne Leuchten eingesetzt, wohl hauptsächlich aufgrund des Blendungseffekts. Zum anderen strahlen die üblichen dichroischen Kaltlichtlampen einen Teil des sichtbaren Lichts nach hinten ab, was ein genaues Lichtdesign unmöglich macht. |  |
Alulite Blendschutzraster, zum Aufschnappen auf
Kaltslichtspiegellampen
aus: www.lampenexpress.de |
Niedervolt-Halogenlampen sind in eine Vielzahl von Leuchten einsetzbar, auch in spezielle Leuchten für 230V-Stromschienen (s.u.). Durch die kleinen Abmessungen der Glühwendel ist ihr Licht gut zu fokussieren. Sie werden daher gerne als Leuchtmittel für Glasfasertechnik eingesetzt. (s.u.)