Confronto tra i tipi di lampadine

Quali tipi di lampadine sono disponibili?

In elettronica, c'è una vasta gamma di lampade che vengono utilizzate per la segnalazione ottica. I diversi illuminanti differiscono in termini di consumo di energia, l'efficienza luminosa richiesta o l'angolo del fascio desiderato.

I seguenti illuminanti sono installati nei dispositivi di segnalazione ottica di Auer Signal:

• LED
• Lampada flash allo xeno
• Lampada a incandescenza
• Lampada alogena

Le fonti di luce LED sono tra le più moderne di tutte le fonti di luce. Nel corso del tempo, si sono affermati come tecnologia iluminante all'avanguardia. I tipi di lampadine di Auer Signal utilizzano principalmente la più recente tecnologia LED con una luminosità particolarmente elevata e una lunga durata.

La luce allo xeno si trova in alcuni lampeggianti di Auer Signal. Il tubo flash allo xeno genera un elevato effetto di segnalazione attraverso intensi impulsi di luc.

La lampada a incandescenza convenzionale è usata molto raramente per la segnalazione ottica al giorno d'oggi. A causa della sua debole efficacia iluminante e della bassa resistenza, questa sorgente luminosa non è adatta alla maggior parte delle applicazioni rispetto ad altre tecnologie di illuminazione, come la tecnologia LED.

Le lampade alogene funzionano in modo simile alle lampade a incandescenza, ma poiché sono riempite di alogeni, hanno una temperatura di combustione più alta e quindi una migliore efficienza. I dispositivi di segnalazione con lampade alogene si trovano negli apparecchi a lampeggio permanente e a specchio rotante della serie M di Auer Signal.

Puoi trovare un confronto di tutte le lampade a colpo d'occhio nella nostra tabella di confronto.

COME È NATO L'APPARECCHIO A LED?

Il primo LED commerciale è stato lanciato nel 1962 da Nick Holonyak. A quel tempo, il diodo emettitore di luce poteva emettere solo luce rossa ed era molto costoso rispetto ad altre fonti di luce. Grazie ai continui sviluppi, la fonte di luce LED si è affermata come una fonte di luce iluminante economica, efficiente e di lunga durata per molti settori diversi. I cristalli semiconduttori utilizzati nel diodo emettitore di luce raggiungono un'efficacia luminosa sempre maggiore e anche lo spettro di colori dei LED è stato ampliato.

Una pietra miliare è stato lo sviluppo del LED bianco da parte della società giapponese Nichia nel 1996. Con l'aiuto di convertitori di colore, la luce di un chip LED blu potrebbe essere convertita in bianco. Il capo della ricerca di Nichia all'epoca, il signor Shuji Nakamura, ha ricevuto il premio Nobel per la fisica insieme ad altri ricercatori nel 2014 per una "invenzione per il maggior beneficio dell'umanità".

I LED di Auer Signal sono disponibili in una varietà di colori. I colori standard includono: rosso, giallo, verde, blu, trasparente, arancione e giallo. Gli apparecchi multicolore della serie R producono anche i colori turchese e magenta.

LA STRUTTURA DI UN TIPO DI LAMPADINE A LED

Una lampada a LED di solito è composta da 6 elementi:

• Chip LED
• Anodo (+)
• Catodo (-)
• Pozzo riflettore
• Incapsulamento
• Filo d'oro

Il chip LED è montato sul trogolo del riflettore. Questo pozzo riflettente si trova sul catodo. Per permettere il flusso di corrente tra catodo e anodo, un filo d'oro (chiamato anche filo di collegamento) collega l'anodo con il chip LED sul catodo. Questo costrutto è protetto da una lente di plastica o di resina epossidica.

COME FUNZIONA UN LED?

Il chip di un LED è un elemento semiconduttore. Un semiconduttore consiste in due cristalli di silicio, ognuno dei quali è mescolato (drogato) con altri atomi estranei. Se questi cristalli diversamente drogati sono uniti insieme, si verifica una "pn-giunzione" al loro strato di confine, per cui una delle parti del cristallo ha successivamente un eccesso di elettroni (cristallo n), mentre l'altra parte ha una carenza di elettroni (cristallo p). Gli atomi con un elettrone mancante per questo motivo sono chiamati elettroni difettosi o "buchi". Lo strato n è collegato al catodo, lo strato p all'anodo.

Per creare un flusso di corrente tra il catodo (-) e l'anodo (+), devono essere eccitati. Questo crea un flusso di corrente attraverso il filo d'oro dallo strato n allo strato p. Gli elettroni dello strato con l'eccesso di elettroni fluiscono nello strato con la mancanza di elettroni, dove si ricombinano con i "buchi".

Durante questo completamento dell'atomo, l'energia viene rilasciata sotto forma di un'onda elettromagnetica (fotone). L'energia e quindi la lunghezza d'onda di questa onda elettromagnetica è determinata dal tipo di drogaggio. Con l'impostazione corretta, la lunghezza d'onda è nella gamma visibile dell'occhio umano, per cui è anche possibile impostare diversi colori, poiché la percezione del colore dell'occhio umano avviene attraverso la lunghezza d'onda della luce (=radiazione elettromagnetica).

La luce raggiunge la metà superiore del diodo ad emissione luminante attraverso il trogolo del riflettore. L'incapsulamento protegge il semiconduttore, assicura un buon angolo di radiazione e migliora l'efficienza dell'emissione luminosa. Forme speciali dell'incapsulamento o delle lenti di plastica attaccate possono influenzare l'angolo del fascio. Grazie al design compatto, la sorgente luminosa a LED è resistente agli urti e alle vibrazioni.

LA DURATA DI VITA DEI LED

La durata di vita dei LED è molto lunga ed è generalmente indicata in oltre 100.000 ore. Questo corrisponde a un periodo di illuminazione ininterrotta di dodici anni. Dopo di che, il diodo che emette luce non è "buio", ma scende al di sotto del normale flusso luminoso di circa il 30%. L'emissione di luce diminuisce semplicemente. La durata dipende dalle condizioni di utilizzo, in particolare dalla temperatura ambiente. Di regola, i LED con una potenza maggiore hanno anche una durata di vita un po' più breve (almeno 30.000h o 50.000h).

Oltre alla durata di vita, i principali argomenti a favore dell'utilizzo di sorgenti luminose a LED sono che non richiedono manutenzione, sono resistenti alle vibrazioni e agli urti e consumano pochissima energia.

QUALI SONO L'ANGOLO DEL FASCIO E L'EFFICIENZA CIA LUMINOSA DELLE LAMPADE A LED?

L'angolo del fascio indica la dimensione del cono di luce prodotto da una sorgente luminosa. L'angolo del fascio è dato in gradi.
I LED sono sorgenti luminose puntiformi e i cosiddetti radiatori lambertiani. Non emettono quindi una luce uniforme come le lampade a incandescenza, per esempio. Ci sono varie tecniche per rendere la luce dei LED uniforme, per esempio, per creare un apparecchio con un'intensità luminosa uniforme tutto intorno o per sfumare il carattere puntiforme dei LED. Per esempio, i LED possono essere semplicemente disposti in un cerchio.

Le lenti poste sui LED possono influenzare positivamente l'angolo del fascio. Le nervature sulle cupole degli apparecchi di illuminazione deviano deliberatamente la luce in diverse direzioni per creare uniformità. Allo stesso tempo, lo spot luminoso di un LED si divide in un numero qualsiasi di spot più piccoli. Uno strato diffuso, per esempio come una lamina, può rifrangere la luce o un materiale diffuso a cupola è usato per ottenere i migliori risultati per una superficie a cupola uniformemente illuminata.

Specialmente con gli apparecchi di segnalazione, un effetto direzionale è abbastanza desiderabile. Gli apparecchi hanno spesso una visibilità preferenziale. Per esempio, i semafori sono fortemente focalizzati sulla parte anteriore, gli apparecchi ai cancelli o alle colonne di segnalazione dovrebbero essere visti bene di lato, mentre gli apparecchi sulle gru o per il montaggio in alto dovrebbero avere una forte visibilità assiale.

QUANTO È ALTA L'EFFICIENZA LUMINOSA DELLE LAMPADE A LED?

L'efficienza luminosa fornisce informazioni sull'efficienza di una fonte di luce. Quando la luce viene generata con sorgenti luminose come i LED, le lampadine a incandescenza o una lampada a scarica di xeno, la potenza elettrica viene convertita. A seconda dell'illuminante, una parte della potenza elettrica viene convertita in calore. Più la potenza elettrica può essere convertita in luce, maggiore è l'efficacia luminosa. Un'alta efficacia luminosa è sinonimo di alta efficienza. L'efficacia luminosa è espressa in lumen per watt (lm/W).

I LED di Auer Signal emettono fino a 200 lumen per watt, i LED standard fino a 50 lumen per watt. In confronto, l'efficacia luminante delle lampade a incandescenza è di 10 lm/W, quella delle lampade alogene 25 lm/W e quella dei tubi flash allo xeno 100 lm/W. Le sorgenti luminose a LED sono quindi tra le più efficienti ed ecologiche disponibili sul mercato.

Cos'è un tubo flash allo xeno?

Un tubo flash allo xeno è una lampada a scarica di gas in cui un tubo di vetro è riempito con il gas nobile xeno e produce un'intensa luce flash sotto alta tensione. Una lampada a scarica di xeno è utilizzata ovunque siano richiesti i segnali luminosi più brillanti. Nessun altro tipi di lampadine può produrre un'intensità luminosa così alta in poco tempo.

In termini di percezione particolarmente buona, sia la fonte di luce iluminante X e quella LED possono essere paragonate. La minore potenza luminosa dei LED può essere compensata con una sequenza più veloce di impulsi luminosi.

LA STRUTTURA DI UN TUBO FLASH ALLO XENO

Il tubo flash allo xeno consiste in un bulbo di vetro fatto di quarzo, che è riempito con il gas nobile xeno. Oltre al gas, il bulbo di vetro è arricchito con una piccola quantità di mercurio e alogenuri metallici. Gli alogenuri metallici sono necessari per la tonalità di colore della luce.

Due elettrodi di tungsteno sono fusi all'interno del tubo flash. Il catodo è saldato su un sottile perno di tungsteno, l'anodo è di forma cilindrica. Per innescare l'accensione, c'è anche un elettrodo di accensione, che in alcuni tubi è depositato a vapore o avvolto intorno al tubo come un semplice filo.

COME FUNZIONA UNA LUCE ILUMINANTE ALLO XENO?

Tra l'anodo e il catodo viene applicata una tensione continua di diverse centinaia di volt, già fornita da un condensatore collegato in parallelo. Se un impulso di accensione di diversi kV viene commutato sull'elettrodo di accensione, il gas all'interno del tubo si ionizza e diventa possibile un flusso di corrente tra anodo e catodo. L'energia elettrica nel condensatore collegato in parallelo può scaricarsi bruscamente attraverso la lampada flash allo xeno. Questo produce correnti di diverse centinaia di ampere. La luminanza è corrispondentemente alta, ma anche molto corta. La scarica avviene in pochi millisecondi.

Le luci lampeggianti allo xeno sono azionate al segnale Auer con una frequenza di lampeggio da 1Hz a 1,4Hz, per cui il condensatore si carica durante le pause. Di conseguenza, il primo impulso dopo l'accensione della luce è ritardato perché il condensatore viene caricato per la prima volta.

Cosa si intende per tipi di lampadine a incandescenza?

Una lampada a incandescenza è una fonte di luce iluminante in cui un sottile filo di metallo, di solito fatto di tungsteno, viene fatto brillare. A causa della sua forma, la lampada a incandescenza è anche chiamata lampadina.
Per molto tempo, le lampade a incandescenza sono state considerate la fonte di luce standard per molte applicazioni. Molte persone conoscono ancora la lampadina a incandescenza come mezzo di illuminazione per il soggiorno. A causa del loro elevato consumo di energia, tutte le lampade a incandescenza che non hanno almeno la classe di efficienza energetica B sono ora vietate nell'Unione europea e in alcuni altri paesi. Sono escluse da questo regolamento le lampade speciali il cui scopo primario della luce non è l'illuminazione. Questo include gli apparecchi per la segnalazione (Regolamento UE 2015/1428).

L'ORIGINE DELLA LAMPADA A INCANDESCENZA

Le prime lampade a incandescenza sono state sviluppate a metà del XIX secolo. Particolarmente decisiva nello sviluppo fu l'invenzione della base a vite da parte di Thomas Alva Edison. Questo filo, chiamato anche filo di Edison, assomiglia ancora oggi al filo di lamiera di una lampadina tradizionale. Un'altra pietra miliare nello sviluppo della lampada ad incandescenza fu la lavorazione del filo di tungsteno al posto dei fili di carbonio precedentemente usati, fatti di legno e fibre vegetali. Il filo di tungsteno era molte volte più resistente al calore degli altri filamenti.
Un ulteriore sviluppo della lampadina negli anni '60 ha portato allo sviluppo delle lampadine alogene. Aggiungendo l'alogeno all'interno della lampada, il bulbo di vetro non si scolorisce più e la parete del bulbo rimane chiara. L'efficienza luminosa delle lampade alogene è quindi maggiore di quella delle lampade a incandescenza.

LA STRUTTURA DI UNA LAMPADINA

Una lampadina è composta da tre parti principali:

• Base
• Lampadina di vetro
• Filamento

La base di una lampadina è costituita da un filo di lamiera. Si usa per mettere in contatto la lampadina con la tensione elettrica.
Il bulbo di vetro non solo protegge il filamento al suo interno, ma è anche pieno di gas inerte (di solito una miscela di argon e azoto). La miscela di gas è necessaria per evitare l'evaporazione prematura del filamento.
Il filamento, o il filo incandescente, è fatto di tungsteno. Il tungsteno è un materiale molto resistente al calore. Raggiunge il suo punto di fusione a 3.422 °C ed evapora solo molto lentamente alle alte temperature.

COME FUNZIONA UNA LAMPADA A INCANDESCENZA?

La corrente elettrica scorre attraverso la lampada a incandescenza. Il flusso di corrente riscalda il filo di tungsteno a temperature molto alte, superiori ai 2000 °C. Questo fa sì che l'energia venga irradiata su un'ampia gamma di lunghezze d'onda. La maggior parte dell'energia elettrica viene convertita in calore, il resto in luce. Un grande svantaggio delle lampade a incandescenza è che solo una parte molto piccola (circa il 2,2%) dell'energia è convertita in luce.
Quando il filamento di tungsteno è evaporato, la vita della lampadina è finita. In media, una lampadina a incandescenza ha una vita di 1.000 ore.
L'efficacia luminosa di una lampada a incandescenza è di circa 10 lm/W a una temperatura del filamento di 2800 K (Kelvin). A temperature più alte del filo di tungsteno, l'efficienza luminosa aumenta, ma questo ha un effetto negativo sulla durata di vita della lampadina.

Cos'è una lampada alogena?

Una lampada alogena utilizza fondamentalmente la stessa tecnologia iluminante della lampada ad incandescenza, ed è per questo che le lampade alogene sono anche chiamate lampade alogene al tungsteno. Tuttavia, gli alogeni sono aggiunti al gas di riempimento. Questi alogeni permettono una temperatura di combustione più alta del filo di tungsteno, che migliora l'efficienza. Inoltre, il bulbo di vetro può essere reso più compatto.
Le lampade alogene devono essere distinte dalle lampade ad alogenuri metallici. La luce iluminante di una lampada ad alogenuri metallici è prodotta da una scarica di gas e quindi non utilizza lo stesso principio funzionale di una lampada alogena.

STRUTTURA DI UNA LAMPADA ALOGENA

Simile a una lampada a incandescenza, una lampada alogena consiste negli stessi tre componenti: una base, una lampadina di vetro e il filamento.
A differenza delle lampade ad incandescenza, la base delle lampade alogene è di solito una base a perno e non una base filettata. Il piccolo bulbo di quarzo è riempito con il gas bromo. A causa delle sue piccole dimensioni, si riscalda molto rapidamente e quindi favorisce la circolazione del gas con il bromuro di tungsteno. All'interno della lampadina di vetro di quarzo c'è un filamento di tungsteno, che si combina con il bromo per formare bromuro di tungsteno.
A seconda della tensione elettrica, è necessario un trasformatore o un reattore elettronico.

COME FUNZIONANO LE LAMPADE ALOGENE

Per quanto riguarda il loro funzionamento, le lampade alogene e le lampade a incandescenza difficilmente differiscono l'una dall'altra. Tuttavia, c'è una differenza importante che distingue le due fonti di luce l'una dall'altra: Le lampade alogene sono arricchite di bromo all'interno del bulbo di quarzo. Il bromo, gas di riempimento, appartiene al gruppo chimico degli alogeni. È da qui che deriva il nome di lampada alogena.
Il vantaggio del bromo è che questo gas contrasta la breve durata del filo di tungsteno. Proprio come nelle lampade a incandescenza, il filo di tungsteno viene eccitato, convertendo l'energia elettrica in calore e luce.

LAMPADA ALOGENA E LAMPADA A INCANDESCENZA A CONFRONTO

Nelle lampade a incandescenza, una piccola quantità di tungsteno vaporizza sempre sul filo di tungsteno incandescente. Con il tempo, questo porta ad un assottigliamento del filo di tungsteno. Questo effetto è la ragione della vita relativamente breve delle lampade a incandescenza. Il tungsteno vaporizzato si deposita sul bulbo di vetro delle normali lampade a incandescenza, il che spiega il loro annerimento. Più alta è la temperatura del filo di tungsteno, più il tungsteno evapora. Ecco perché la temperatura di combustione del filo di tungsteno è limitata nelle normali lampade a incandescenza, il che mantiene bassa l'efficienza.
Nelle lampade alogene, invece, il bromo si combina con il tungsteno che evapora per formare bromuro di tungsteno, che non si deposita sul bulbo di vetro. L'alta temperatura di combustione del filo di tungsteno decompone nuovamente il bromuro di tungsteno, con il tungsteno rilasciato che precipita sul filo di tungsteno. Questo significa che il filo di tungsteno non si assottiglia. Per questo motivo, le lampade alogene possono essere fatte funzionare a una temperatura di combustione più alta. Questo migliora la loro efficienza rispetto alle normali lampade a incandescenza senza influire negativamente sulla loro durata. Di regola, le lampade alogene hanno almeno il doppio della durata di vita nelle stesse condizioni di funzionamento delle tradizionali lampade a incandescenza.