Leuchtstofflampe – Leuchtstoffröhre WIKI

Die Leuchtstofflampe ist eine Niederdruck-Gasentladungsröhre oder spezieller: Metalldampflampe, die innen mit einem fluoreszierenden Leuchtstoff beschichtet ist. Sie besitzt im Gegensatz zur Leuchtröhre bzw. zur Kaltkathoden-Fluoreszenzröhre heiße Kathoden, die die Elektronen durch den Edison-Richardson-Effekt (Glühemission) abgeben.

Als Gasfüllung dient Quecksilberdampf zur Emission von Ultraviolettstrahlung und zusätzlich meist das Edelgas Argon. Die Ultraviolettstrahlung wird von der Leuchtstoffbeschichtung in sichtbares Licht umgewandelt.

Geschichte

Der erste Vorläufer der modernen Leuchtstofflampe ist die Geißlerröhre (benannt nach Heinrich Geißler, der sie 1857 erfand). Die Geißlerröhre besteht aus einer evakuierten Glasröhre mit jeweils einer Elektrode an den Enden. Die Röhre ist mit einem Gas (z. B. Neon, Argon oder auch einfach nur Luft) unter niedrigem Druck gefüllt. Legt man eine Hochspannung an die beiden Elektroden an, so beginnt das Gas im Inneren zu leuchten. In den 1880er Jahren wurde diese Röhre in größeren Stückzahlen produziert. Sie diente vorwiegend der Unterhaltung, da sie für Beleuchtungszwecke nicht hell genug war. Nikola Tesla verwendete in seinem Labor Leuchtröhren und hatte vor, alle Haushalte mit Leuchtstofflampen auszustatten, die in Anwesenheit des elektromagnetischen Wechselfelds eines Tesla-Transformators drahtlos leuchten.

1901 erfand Peter Cooper-Hewitt die Quecksilberdampflampe, die blaugrünes Licht ausstrahlt. Diese Lampe wurde aufgrund ihrer hohen Effizienz in der Fotografie genutzt. Die Lichtfarbe war bei der damaligen Schwarzweißfotografie noch von geringer Bedeutung. 1913 entwickelte Philipp Siedler Leuchtstoffröhren mit Edelgasfüllung.^[1] Edmund Germer schlug 1926 vor, den Druck innerhalb der Röhre zu erhöhen und die Röhre mit einem Leuchtstoff zu beschichten, der ultraviolette Strahlung in sichtbares Licht umwandelt. Die Firma General Electric kaufte später Germers Patent und produzierte ab 1938 Leuchtstofflampen mit kommerziellem Erfolg.

Seither haben Leuchtstofflampen insbesondere in der Arbeitsplatzbeleuchtung große Verbreitung erfahren. Seit etwa 1980 gibt es sie auch als Kompaktleuchtstofflampen, welche – in der Ausführung mit integriertem Vorschaltgerät und E14- oder E27-Lampensockel – im Haushaltsbereich mehr und mehr die Glühlampe ersetzten. Neuerdings übernehmen immer öfter LED-Leuchtmittel diese Funktion.

Funktion

Gasentladung

Zum Zünden der Lampe ist eine hohe Zündspannung erforderlich, denn erst, nachdem die Gasfüllung der Leuchtstofflampen ionisiert wurde, kann der Strom fließen. Der Wert der benötigten Zündspannung kann durch Vorheizen der Elektroden reduziert werden. Nach dem Zünden wird das Gas elektrisch leitend und es bildet sich ein Niederdruckplasma, das so lange erhalten bleibt, wie der u. a. vom Gasdruck abhängige Mindeststrom überschritten ist. Auch bei dessen Unterschreiten braucht das Plasma eine kurze Zeit, um zu rekombinieren, so dass es bei Betrieb der Lampe mit Wechselstrom auch bei der Stromrichtungsumkehr erhalten bleibt. Das trifft auf alle Gasentladungsröhren zu.

Das Plasma weist aufgrund der Stoßionisation einen negativen differentiellen Widerstand auf. Prägt man der Lampe einen größeren Strom auf, sinkt der Spannungsabfall zwischen den Elektroden. Der Betriebspunkt ist somit nicht stabil und bei zu geringem Vorwiderstand zur Strombegrenzung wird die Lampe zerstört. Deshalb müssen Leuchtstofflampen, wie auch alle anderen Gasentladungslampen, mit einem Vorschaltgerät betrieben werden. Bei Betrieb mit Wechselstrom verwendet man eine Induktivität in Reihenschaltung zur Lampe. Der direkte Betrieb an Gleichstrom, der mit einem Vorwiderstand als Strombegrenzer oder per Konstantstromquelle prinzipiell denkbar wäre, ist aufgrund von Entmischungsvorgängen der Ionenarten in der Lampe problematisch, erheblich günstiger ist ein Wechselrichter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Seit den 1990er Jahren werden Leuchtstofflampen vorteilhaft mit derartigen elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) betrieben, die Wechselspannung von 32 kHz bis über 40 kHz erzeugen.

Das Plasma strahlt Licht aus, wenn die Quecksilberatome von den beschleunigten freien Elektronen angeregt werden und dann wieder auf ein niedrigeres Energieniveau zurückfallen. Im Falle von Quecksilbergas wird überwiegend Ultraviolettstrahlung mit nur geringem Anteil an sichtbarem Licht emittiert. Das wird sichtbar, wenn die Leuchtstoffbeschichtung einer Lampe nicht ganz bis zur Endkappe reicht oder durch Erschütterung abgefallen ist.

Leuchtstoff

Um die Ausbeute an sichtbarem Licht zu erhöhen, wird die Innenseite des Entladungsgefäßes mit einem Leuchtstoff beschichtet (daher der Name Leuchtstofflampe), der im sichtbaren Spektrum zu fluoreszieren beginnt, sobald er mit UV-Strahlung bestrahlt wird. Der Leuchtstoff setzt einen Großteil der UV-Strahlung in sichtbares Fluoreszenzlicht um. Der Rest der ultravioletten Strahlung wird durch das Glas der Lampe weitgehend absorbiert, so dass nur unbedenklich wenig gesundheitsschädliche UV-Strahlung aus der Lampe dringt.

Der eingesetzte Leuchtstoff ist entsprechend der Lampenfarbe eine Mischung aus verschiedenen Leuchtstoffen. Durch das Mischungsverhältnis kann die Lichtfarbe eingestellt werden. Früher war Halophosphat gängig, die aktuelle Technik ist Triphosphor. Eine besonders gute Farbwiedergabe wird mit den sogenannten Fünfbandenleuchtstoffen erreicht. Hierbei treten nicht nur einzelne Lichtwellenlängen auf, die sich zu „weißem“ Licht mischen, sondern es sind breitere, aneinandergrenzende Bereiche, so dass ein annähernd kontinuierliches Spektrum entsteht, was zu einer besseren Farbwiedergabe führt. Leuchtstoffe mit einer Abklingzeit der Fluoreszenz von mindestens 1/100 Sekunde verringern das 100-Hertz-Flimmern (doppelte Netzfrequenz), wesentlich längeres Nachleuchten (> 1 s) ist hingegen unerwünscht. Es gibt aber auch Ausführungen mit einer Nachleuchtzeit von einigen Minuten, etwa um bei Stromausfall die Zeit bis zum Einsetzen der Notbeleuchtung zu überbrücken.

Zu Dekorations- und Werbezwecken werden auch einfarbige Leuchtstofflampen angeboten. Sogenannte Schwarzlichtlampen, die nur im UV-Bereich strahlen, sind ebenfalls mit einem Leuchtstoff beschichtet, der gefährliche UV-B-Strahlen in den UV-A-Bereich wandelt. Außerdem ist deren Glaskolben so gefertigt, dass er sichtbares Licht zum größten Teil absorbiert, außer dem leichten Violettschimmer, welcher durch die schwache Wahrnehmbarkeit von langwelligem UV-Licht entsteht.

Leuchtstoff

Um die Ausbeute an sichtbarem Licht zu erhöhen, wird die Innenseite des Entladungsgefäßes mit einem Leuchtstoff beschichtet (daher der Name Leuchtstofflampe), der im sichtbaren Spektrum zu fluoreszieren beginnt, sobald er mit UV-Strahlung bestrahlt wird. Der Leuchtstoff setzt einen Großteil der UV-Strahlung in sichtbares Fluoreszenzlicht um. Der Rest der ultravioletten Strahlung wird durch das Glas der Lampe weitgehend absorbiert, so dass nur unbedenklich wenig gesundheitsschädliche UV-Strahlung aus der Lampe dringt.

Der eingesetzte Leuchtstoff ist entsprechend der Lampenfarbe eine Mischung aus verschiedenen Leuchtstoffen. Durch das Mischungsverhältnis kann die Lichtfarbe eingestellt werden. Früher war Halophosphat gängig, die aktuelle Technik ist Triphosphor. Eine besonders gute Farbwiedergabe wird mit den sogenannten Fünfbandenleuchtstoffen erreicht. Hierbei treten nicht nur einzelne Lichtwellenlängen auf, die sich zu „weißem“ Licht mischen, sondern es sind breitere, aneinandergrenzende Bereiche, so dass ein annähernd kontinuierliches Spektrum entsteht, was zu einer besseren Farbwiedergabe führt. Leuchtstoffe mit einer Abklingzeit der Fluoreszenz von mindestens 1/100 Sekunde verringern das 100-Hertz-Flimmern (doppelte Netzfrequenz), wesentlich längeres Nachleuchten (> 1 s) ist hingegen unerwünscht. Es gibt aber auch Ausführungen mit einer Nachleuchtzeit von einigen Minuten, etwa um bei Stromausfall die Zeit bis zum Einsetzen der Notbeleuchtung zu überbrücken.

Zu Dekorations- und Werbezwecken werden auch einfarbige Leuchtstofflampen angeboten. Sogenannte Schwarzlichtlampen, die nur im UV-Bereich strahlen, sind ebenfalls mit einem Leuchtstoff beschichtet, der gefährliche UV-B-Strahlen in den UV-A-Bereich wandelt. Außerdem ist deren Glaskolben so gefertigt, dass er sichtbares Licht zum größten Teil absorbiert, außer dem leichten Violettschimmer, welcher durch die schwache Wahrnehmbarkeit von langwelligem UV-Licht entsteht.

Standardisierte Baugrößen

Der Röhrendurchmesser von Leuchtstofflampen ist standardisiert. Nach dem Buchstaben „T“ (für „tube“, engl. Röhre) steht der Durchmesser in Achtel Zoll (25,4 mm / 8 = 3,175 mm). Eine T5-Röhre hat z. B. einen Durchmesser von etwa ⁵⁄₈ Zoll bzw. 16 mm. Neben den Zollangaben sind auch Millimeterangaben vorzufinden:^[2] T5 und T8 werden so zu T16 bzw. T26 (siehe Tabelle).

Die Entwicklung begann mit T12-Röhren und geht hin zu schlankeren Röhren, die weniger Material, Volumen bei Transport, Lagerung und Einbau benötigen und eine höhere Effizienz besitzen. Am verbreitetsten sind heute T8 und T5 sowie in platzsparenden Lichtleisten (etwa für Regale) auch T4. T5-Lampen sind in zwei Varianten verfügbar: Hohe Lichtleistung (Abkürzung HO, „High Output“, oder FQ, „Fluorescent Quintron“) oder große Effizienz (HE, „High Efficiency“, oder FH, „Fluorescent High Efficiency“). Die HO-Lampen sind bei vergleichbarer Leistung kürzer als HE-Lampen. Zusätzlich gibt es bei HO- und HE-Lampen einzelne Typen mit einer nochmals um etwa acht bis zehn Prozent geringeren elektrischen Leistung bei gleicher Lichtstärke.

Die Stiftabstände der Lampensockel an beiden Enden der geraden Bauformen sind ebenfalls genormt. Für unterschiedliche Röhrendurchmesser kommen hierbei zum Teil identische Sockel (gleicher Stiftabstand) zum Einsatz. Dadurch passen T8-Lampen in die Fassungen der älteren T12-Lampen und können diese ersetzen. Außer den geraden Leuchtstofflampen findet man auch ringförmige und U-förmige Ausführungen, letztere meist mit Sockel G13.

Die Längen sind für die gerade Bauform von Leuchtstofflampen ebenfalls genormt (Länge ohne Kontaktstifte):

Die relevanten Normen sind:

• DIN EN 60081 – Zweiseitig gesockelte Leuchtstofflampen^[3]
• DIN EN 60901 – Einseitig gesockelte Leuchtstofflampen^[4]

Quelle: Wikipedia