HMI Licht

Was bedeutet HMI ?

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Tageslichtleuchten verfügen, wie der Name schon sagt, über ein Farbspektrum, welches sehr nah an das Tageslicht kommt. Die Farbtemperatur liegt bei 5500 bis 6000 Kelvin.

Metalldampflampen werden von diversen Herstellern, darunter Osram (HMI) Phillips (MSR) KOTO, Wolfram, Radium etc. angeboten. Je nach Hersteller werden unterschiedliche Bezeichnungen für den gleichen Lampentyp verwendet. Der Erfinder dieser Technik, Osram, hat den Namen HMI 1970 eingeführt, (engl. Hydrargym Medium Arc Length Iodide) eine Bezeichnung, die sich inzwischen als Synonym für Tageslichtlampen eingebürgert hat. Ihren ersten großen Einsatz hatten die neuen Lichtquellen übrigens 1972 bei den olympischen Spielen in München.

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Tageslichtleuchten - auch HMI-Leuchten genannt

 

Wichtige Vorzüge sind:

  1. Tageslicht-Farbtemperatur
  2. Stabile Farbtemperatur fast über die komplette Lebensdauer
  3. Hohe Lichtausbeute
  4. Kleine Bauform, besonders bei einseitig gesockelten Brennern

 

Technischer Hintergrund

Die Brenner sind entweder Zylinder- oder Elypsenförmig und aus temperaturstabilen Glas gefertigt. Im Gegensatz zu Halogen-Leuchten, bei denen Glühfäden oder Drähte im Glaskolben sind (Kunstlicht-Farbtemperatur), haben diese einen Lichtbogen zwischen zwei Elektroden. Tageslichtleuchten haben einen sehr hohen UV-Anteil und dürfen deshalb nur mit UV-Filter-Schutzglas betrieben werden. Viele Scheinwerfer haben sogar einen integrierten Sicherheitsschalter, der den Betrieb ohne eingesetzten UV-Glasfilter unmöglich macht.

Derzeitig gibt es HMI- Brenner von 20Watt bis zu 18.000 Watt Leistung. Verglichen mit Halogenbrennern, haben HMI-Brenner die vierfache Lichtausbeute bei gleichem Stromverbrauch. Deshalb sind sie auch besonders gut geeignet, wenn man an Drehorten mit gering abgesicherten Stromkreisen (z.B. Altbauwohnungen) und ohne zusätzlichen Drehstromanschluss oder Stromaggregat drehen muss. Hier kann eine 250 Watt Tageslichtleuchte mehr Lichtausbeute bringen, als eine 800 Watt Halogenleuchte. Die Lebensdauer liegt bei etwa 1000 Stunden, die Kosten für HMI-Brenner sind um ein vielfaches höher als für Halogenbrenner.

Während Halogenleuchten einfach mit 220 Volt direkt betrieben werden können, benötigen HMI- Tageslichtleuchten Vorschaltgeräte um die Spannung zu stabilisieren, den Strom zu begrenzen und die Brenner zu zünden. Sie sind auch nicht sofort nach dem Einschalten bereits einsatzbereit, sie müssen erst hochbrennen, ein Vorgang der gut eine Minute in Anspruch nehmen kann. Erst dann haben sie ihre maximale Lichtleistung und eine stabile Farbtemperatur erreicht. Ältere Scheinwerfer dürfen nicht nach dem Ausschalten sofort wieder gezündet werden, sie müssen erst abkühlen. Moderne, mit elektronischen Vorschaltgeräten versehene Scheinwerfer können meist auch warm wieder gezündet werden.

 

Was tun gegen Lichtflackern?

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Sinuskurve der Stromspannung. Die gelben Punkte symbolisieren die Lichtblitze

In der Anfangszeit dieser Lampentechnologie wurden die Scheinwerfer ausschließlich mit Drossel-Vorschaltgeräten betrieben. Sie bestanden im wesentlichen aus einer Drossel und einem Kondensator sowie Zeitsteuerung und einem Zündgerät. Man kann sich die HMI-Scheinwerfer auch wie Blitzgeräte vorstellen, die in einer raschen Abfolge Lichtblitze abgeben. Die Zahl der Blitze pro Sekunde ist so hoch, dass wir diese als kontinuierliches Licht wahrnehmen.

Die Zündfrequenz wird bei diesen Geräten durch die Netzfrequenz von 50 Hz vorgegeben, Schwankungen im Stromnetz oder durch ungenaue Stromgeneratoren werden durch die Geräte nicht kompensiert. Daraus resultiert ein hoher Flickeranteil im Licht. Das Licht wird entsprechend der Netzfrequenz jeweils bei der positiven und der negativen Stromspitze am hellsten. Aus diesem Grund ist die Flickerfrequenz in 50Hz- Stromnetzen doppelt so hoch wie die Netzfrequenz, also 100 Hz.

Da die Filmkamera durch den Wechsel von Belichtung und Transport ebenfalls eine eigene Frequenz hat, können unter ungünstigen Bedingungen, Helligkeitsschwankungen entstehen. Wenn nämlich die Filmkamera nicht genau an den jeweiligen positiven und negativen Stromspitzen (den hellsten Zeitpunkten des HMI-Lichts) belichtet, so erfolgen auf dem Film dunklere Belichtungen.

Rein statistisch gesehen, ist die Wahrscheinlichkeit, dass man bei quarzgenauer Kamerageschwindigkeit von 25 Bildern in der Sekunde jeweils eine der 100 Helligkeitsspitzen erwischt, sehr hoch. Probleme tauchen meist erst auf, wenn man mit anderen Kamerageschwindigkeiten arbeitet. Diese können teilweise durch Verstellen der Sektorenblende (Umlaufblende) oder bei Videokameras durch verändern des Shutters korrigiert werden. Dabei müssen die Einstellungen sehr genau eingehalten werden.

Die Berechnung der genauen Einstellung für die Sektorenblende (Umlaufblende in der Filmkamera) geschieht nach folgender Formel:

(360° x  Bildfrequenz) : Netzfrequenz = Öffnung der Sektorenblende

Wenn wir beispielsweise bei 50 Herz Stromnetz drehen und die Kamera mit 25 Bilder in der Sekunde aufnimmt, ergibt unsere Formel:

360° multipliziert mit 25 (B/sek) und geteilt durch 50 (Netzfrequenz) ergibt einen Öffnungswinkel von 180° für die Sektorenblende.

Manche Filmkameras lassen sich auch auf das Stromnetz synchronisieren. Dann erfolgt die Belichtung entsprechend der Netzfrequenz, Flicker wird damit ausgeschlossen. Ungenauigkeiten im Stromnetz oder Instabilität des Stromgenerators können ebenfalls Probleme verursachen. Extrem schwierig aber wird es, wenn

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Elektronisches Vorschaltgerät für HMI-Leuchten

man, wie für bestimmte Effekte erforderlich, bei laufender Kamera die Geschwindigkeit verändert (Ramping). Hier sind HMI´s mit Drosselvorschaltgerät absolut ungeeignet.

 

Elektronische Vorschaltgeräte für HMI

Weitaus angenehmer ist es, wenn man den vorgenannten Aufwand vermeiden kann und die Flickerfrequenz der Scheinwerfer selbst optimiert. Zu diesem Zweck wurden elektronische Vorschaltgeräte entwickelt, sogenannte Flicker-Free Geräte.

Statt sehr hoher Sinusfrequenzen (Hochfrequenztechnik), die viele technische Probleme wie Störgeräusche etc. aufwerfen, arbeiten viele Hersteller vorzugsweise mit einem anderen Kurvenverlauf des Stroms. So wird die Spannung als Rechteck aufbereitet und der Wechsel von plus zu minus in möglichst kurzer Zeit (10-20 ys) vollzogen. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Lichtwirkung erzeugt.

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Rechteckiger Kurvenverlauf der Stromspannung. Wegen der hohen Frequenz sind keine Helligkeitsschwankungen mehr zu erkennen

In der Grafik sieht man keine Helligkeitsschwankungen mehr, nur noch die kleinen winzigen Einbrüche beim Wechsel der Polarität. Derartige Scheinwerfer können selbst bei Zeitlupenaufnahmen mit Hochgeschwindigkeitskameras Bildwechselfrequenzen bis 10.000 Bildern in der Sekunde bewältigen.

Elektronische Vorschaltgeräte erlauben zudem, die Leistung zu dimmen, je nach Gerätetyp zwischen 40 und 80%.

Einige Scheinwerfer erzeugen besonders beim Zünden aber auch beim Betrieb Störgeräusche. Das wird vor allem durch die Rechteckspannung verursacht. Hier bieten einige Hersteller die Umschaltung auf Sinusförmige Spannung an, und selbstverständlich spielt auch die Qualität des Produktes eine Rolle.

Neben der Flickerfreiheit und der Dimmbarkeit haben elektronische Vorschaltgeräte weitere Vorteile. Etwa eine erhöhte Lichtausbeute, höhere Lebensdauer für die Brenner, weniger Gewicht, weniger Hitzeentwicklung und Unabhängigkeit von Netzschwankungen.

Als Abwandlung dieses Prinzips sind moderne Keramik-Leuchten inzwischen sogar in der Lage, durch Wechseln des Brenners auf Kunstlicht-Farbtemperatur umgebaut zu werden.

 

Fazit

Alle großen Scheinwerfer-Hersteller haben Daylight-HMI-Lampen im Programm. So ist es in den meisten Fällen lediglich der Kauf- oder Mietpreis, der bei der Auswahl der Scheinwerfer für oder gegen diese modernen Lichtquellen spricht. Für Kameraleute und Beleuchter stellen die Tageslichtscheinwerfer jedenfalls eine große Arbeitserleichterung und eine Erweiterung der Gestaltungsmöglichkeiten dar.