Alternative Beleuchtung

Plasmalicht bietet eine lange Lebensdauer

11.03.13 | Autor / Redakteur: Klaus Wammes * / Hendrik Härter

Kundenspezifische Embedded-Lösungen: Die e³-Leuchtmittel haben einen Durchmesser von 3 mm und können in unterschiedlichen Formen produziert werden
Kundenspezifische Embedded-Lösungen: Die e³-Leuchtmittel haben einen Durchmesser von 3 mm und können in unterschiedlichen Formen produziert werden (Wammes)

Plasmalicht ist eine weniger bekannte Beleuchtungsform: Neben gleichbleibender Helligkeit und einem kompakten Aufbau spielt bei der Technologie die Lebensdauer eine entscheidende Rolle.

Plasmalicht erreicht in Bezug auf Energieeffizienz ähnlich gute Werte wie LEDs. Doch erst ein Langzeittest zeigt, wie zuverlässig die Beleuchtungslösung ist. Das Lichttechnologieunternehmen Wammes & Partner hatte die seltene Gelegeheit, noch funktionierende Beleuchtungseinheiten nach mehreren Jahren des Einsatzes im Freien zu testen. Das Ergebnis war durchaus positiv: Die patentierten Plasmalichtmodule konnten ihre spezifizierten Werte deutlich übertreffen.

Ergänzendes zum Thema
 
Die Vorteile des Plasma-Lichtes

Die Wammes-Gruppe beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit Lichttechnologien und hat für bestimmte Märkte von Industriedisplays im Maschinenbau über Optosensorik bis Digital Signage eine eigene Lichttechnologie entwickelt. Diese plasmabasierende Technologie mit dem Namen e³, was für Energy Efficient Excitation steht und auf Deutsch mit energieeffizienter Anregung übersetzt werden kann, findet seit Jahrzehnten einen bewährten und dokumentierten Einsatz in Investitionsgütern. Im Investitionsgütermarkt sind neben dem weltweiten Einsatz im Outdoor-Bereich auch weitere Anforderungen von zentraler Bedeutung: lange Lebensdauer, Verfügbarkeit, erweiterter Temperaturbereich, Dimmung, Farbtreue, Farbwiedergabe, Abstrahlcharakteristik, Effizienz, Recyclingfähigkeit sowie langfristige Verfügbarkeit. Hier ist es wichtig zu verstehen, dass es im Feld nicht immer nur auf eine dieser Eigenschaften ankommt, sondern auf die Kombinatorik.

Weiterentwicklung der Leuchtstoffröhren – das Plasmalicht

Plasmalicht mit e³-Lampen: Die Grafik veranschaulicht das Funktionsprinzip der energieeffizienten Anregung
Plasmalicht mit e³-Lampen: Die Grafik veranschaulicht das Funktionsprinzip der energieeffizienten Anregung (Wammes)

Die Forschung von Wammes & Partner im Bereich der Niederdruckplasma-Lampen, zunächst ab 1993 für Display-Hinterleuchtungen, zeigte sehr früh die weitreichenden Potenziale dieser Technologie auf. Daher wurde nicht die Entwicklung eines bestimmten Lampentyps forciert, sondern eine offene Technologieplattform geschaffen, die auf dem patentierten Verfahren der energieeffizienten Anregung basiert und sich ständig weiterentwickelt. Auf Basis dieses modularen „Licht-Baukastens“ vermarktet das Unternehmen heute keine leuchtenden Objekte, sondern lichttechnisches Knowhow in Form von Consulting für Technologieunternehmen mit einem konkreten, am Markt nicht erfüllbaren Bedarf sowie kundenindividuell entwickelte und gefertigte Embedded-Lichtlösungen für Investitionsgüter.

Weiterentwicklung der Leuchtstoffröhren

Das komplexe Funktionsprinzip der e³-Technologie basiert auf der Erzeugung eines Plasmas, also auf der Ionisierung verdampfter beziehungsweise gasförmiger Teilchen, und ist damit eine grundlegende Weiterentwicklung der lange bekannten Leuchtstoffröhren. Durch entsprechende Kontrolle der Vorgänge bilden sich kurzzeitig Cluster (Exciplexe), die ultraviolettes, sichtbares und/oder infrarotes Licht erzeugen. Eine entsprechende Kombination daraus ergibt das gewünschte Lichtspektrum, das auch als Lichtfarbe bekannt ist. Die Regelung und Steuerung der Prozesse erfolgt nach einem patentierten Verfahren mithilfe einer kleinen Menge an extrem langwelligem Licht, das ebenfalls von den Plasmaprozessen erzeugt wird. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung entsteht ein elektrisches Feld, das Elektronen und andere Teilchen innerhalb der Glasröhre beschleunigt, was zwangsläufig zu Kollisionen führt. Die hierbei als leuchtende Photonen ausgesendeten Elektronen werden beispielsweise in einer Keramikschicht aufbereitet – durch Filterung und/oder Konversion von hochenergetischen Photonen mit 3 bis 6 eV in solche mit niedriger Energie – um die jeweils gewünschte Lichtfarbe zu liefern.

Die Lebensdauer traditioneller Plasma-Fluoreszenzlampen wird sehr stark durch das Sputtern – also den ungewollten Materialabtrag von den Elektroden – reduziert. Die e³-Leuchtmittel beweisen, dass dieser Effekt nicht, wie lange Zeit angenommen, unvermeidlich ist: Durch die Kontrolle der komplexen physikalischen Vorgänge in der Entladung, eine intelligente Ansteuerung und die Verwendung spezieller Materialien bei der Herstellung sind die e³-Lampen praktisch frei von Sputter-Problemen.

Ein Blick auf die Lebensdauer der Plasma-Fluoreszenzlampen

Aufgrund der Erfahrung aus nunmehr rund zwei Jahrzehnten Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf dem Gebiet dieser Technologie geht man bei Wammes & Partner davon aus, dass bei vielen anderen Parametern, bei denen e³-Plasmalampen nicht nur traditionelle Lichtquellen, sondern teilweise auch LEDs heute schon überlegen sind, nach wie vor noch Spielraum für Technologiesprünge besteht (siehe Bild oben).

Display-Hinterleuchtungen und Beleuchtungsmodule für den Outdoor-Bereich bilden nach wie vor einen wichtigen Anteil der entwickelten Lösungen. Mit i-sft widmet sich eine eigene Tochterfirma dem Design und der Herstellung von kundenspezifischen Modulen für spezielle Anwendungsbereiche mit hohen Anforderungen bezüglich der Resistenz gegen extreme Temperaturen, Vibrationen und Schocks. Stark vertreten sind Beleuchtungseinheiten in oder besser vor Bankfilialen in aller Welt. In rund 70 Ländern rund um den Globus sind nämlich weit über 500.000 Module im Einsatz, um das Bedienfeld und das Logo von Geldautomaten rund um die Uhr zu beleuchten.

Hohe Helligkeit im kompakten System – ein Fall von Effizienz

Beispiel für eine Anwendung: Eine der eingesetzten Beleuchtungseinheiten von Wammes & Partner
Beispiel für eine Anwendung: Eine der eingesetzten Beleuchtungseinheiten von Wammes & Partner (Wammes)

Da der Hersteller der Automaten die Lichteinheiten in allen seinen Zielmärkten von den Tropen bis zu nördlichen Regionen einsetzt, sind die zugelieferten Lichtsysteme für Umgebungstemperaturbereiche von minus 35 bis weit über 50 Grad Celsius spezifiziert. Die Einheit muss dabei kompakt genug sein, um auf begrenztem Raum verbaut werden zu können, darf nie ausfallen und muss auch bei hellem Umgebungslicht ausreichend hohe Helligkeiten zur Verfügung stellen, damit das Display ablesbar bleibt. Hohe Helligkeiten bedeuten jedoch viel Energie in einem kompakten System. Deswegen spielt die Effizienz eine übergeordnete Rolle, da eine zu hohe Erwärmung des Displays die Ablesbarkeit nicht mehr gewährleistet und bei kalten Umgebungstemperaturen zu unerwünschter Bildung von Kondenswasser führen kann. In solchen Fällen ist der Lichtquellenhersteller in der Lage, bis auf Materialebene eine komplette Lichtquelle speziell für den Anwendungsfall zu entwickeln, die sich im Einsatz auch bewährt.

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