Leuchtstofflampe

Entladungslampe

Das Licht wird nicht durch Wärme erzeugt. Es handelt sich daher auch nicht um einen Temperaturstrahler sondern um eine sogenannte Entladungslampe.
Als Entladungslampen werden alle Lichtquellen bezeichnet bei welchen Strom durch ein Gas oder einen Metalldampf fließt und dadurch Lichterzeugt wird.
Dabei ist egal ob diese Lichterzeugung direkt oder indirekt sichtbar wird.
Bei der Leuchtstofflampe geschieht dies beispielsweise indirekt, später dazu mehr.
Ein Beispiel für eine weitere Entladungslampe wäre die sogenannte Glimmlampe.

Die Neonröhre wird oft als synonym zur Leuchtstofflampe verwendet, das ist aber falsch.
Es handelt sich hier um ein anderes eigenständiges Leuchtmittel. Die Neonröhre leuchtet rötlich und enthalten ist das namensgebende Neongas.
In diesem Video möchte ich mich jedoch speziell mit der Leuchtstofflampe beschäftigen.

Aufbau

Um die Funktion der Leuchtstofflampe besser zu verstehen zeige ich zunächst mal den Aufbau dieser.

Der Grundkörper der Leuchtstofflampe besteht üblicherweise aus einer hohlen, luftdichten, Glasröhre. An den Enden der Röhre befindet sich jeweils 2 Kontakt. Diese führen zu den sogenannten Elektroden. Einmal die Kathode und einmal die Anode. Einfach ausgedrückt sind das Elektronenleiter.
Also an der Anode gibt es einen Elektronenmangel und an der Kathode einen Elektronenüberschuss.

-> Elektroden

Des weiteren gibt es außerhalb der Leuchtstofflampe eine Elektrische Schaltung mit dem sogenannten Starter und der Drossel auf diese gehe ich aber später noch näher ein. Die Innenseite der Glasröhre ist mit dem sogenannten Leuchtstoff beschichtet. Außerdem befindet sich in der Röhre ein Gas.
Je nach dem welches Gas und welcher Leuchtstoff eingesetzt werden leuchtet die Leuchtstofflampe in einer anderen Farbe. Als Gas wird ein Edelgas eingesetzt hierbei handelt es sich meist um Argon. Zusätzlich befindet sich meistens auch noch Quecksilberdampf in der Lampe.

-> Welches Gas bzw. welcher Leuchtstoff erzeugt welche Farbe?

Funktion

In der Röhre befindet sich wie gesagt ein Gas. Dieses Gas ist anfangs nichtleitend. Legt man also die Betriebsspannung an die Elektroden an passiert nichts.
Damit das Gas leitend wird benötigt man den Starter und die Drossel welche das Gas dann ionisieren darauf gehe ich aber später noch näher ein.
Nachdem das Gas dann ionisiert wurde, wird das Gas elektrisch-leitend wodurch nun ein Strom zwischen Kathode und Anode fließen kann.
Das bedeutet genauer gesagt Elektronen bewegen sich von der Kathode zur Anode.
Nun gibt, wie gesagt, innerhalb der Röhre Gas und somit Gasatome welche hier grün dargestellt sind. In der Röhre stoßen die, sich schnell bewegenden, Elektronen mit den Gasatomen zusammen. Das führt dazu das den Elektronen der Gasatome Energie zugeführt wird. Diese Energie wird dann in sogenannte UV-C Strahlung umgewandelt. Diese UV-C-Strahlung trifft dann auf den Leuchtstoff welcher, wie zuvor beschrieben, sich an der Innenseite der Röhre befindet. Der Leuchtstoff wandelt dann die UV-C-Strahlung in Wellen um welche langwelliger sind z.B. in UV-A oder UV-B Strahlung.
Diese ganze Physik bzw Chemie bei diesem Zusammenstoßen, bezeichnet man als Stoßionisation.
Man Ordnet die Leuchtstofflampe, wie schon gesagt, den Entladungslampen zu und dort gehören sie zu der Gruppe der sogenannten Metalldampflampen.
Lampen welche durch diese Stoßvorgänge mit Elektronen eine Energie erzeugt wird welche in Form von Licht abgeben wird, als Metalldampflampen bezeichnet.

-> Metalldampflampen

Starter und Drossel

Jetzt komme ich zum Starter und zur Drossel. Wie gesagt ist das Gas in der Leuchtstoffröhre anfangs nichtleitend. D.h. würden wir unsere Betriebspannung zwischen Kathode und Anode legen würde schlicht und ergreifend nichts passieren. Man muss die Leuchtstoffröhre zünden. D.h. man muss die Leuchtstoffröhre leitend machen. Zum einen muss hierfür eine sehr hohe Spannung zwischen Kathode und Anode geschaltet werden. Diese Aufgabe übernimmt wie zuvor schon erwähnt das Vorschaltgerät und der Starter. Diese haben die Aufgabe das Gas zu Ionisieren damit das Gas entsprechend elektrisch leitend wird.
Hier gezeigt ist ein Stromlaufplan des Aufbaus. Wir sehen: Das Vorschaltgerät ist in Reihe zur Leuchtstofflampe geschaltet und parallel zur Leuchtstofflampe liegt der Starter. Zudem liegt parallel zum Starter noch ein Kondensator dessen Hauptaufgabe in der Funkenentstörung liegt. Das Vorschaltgerät zündet in Kombination mit dem Starter die Leuchtstofflampe. Zudem hat das Vorschaltgerät die Aufgabe der Strom nach dem Zünden zu drosseln.

Vereinfacht kann man es sich wie ein belasteten Spannungsteiler vorstellen. Wie gesagt ist die Leuchtstoffröhre an sich zu Anfang nichtleitend. D.h der hier markierte Widerstand besitzt ein hohen Widerstand, nahe unendlich.
Auf Grund dessen könnte man sich die Leuchtstoffröhre zunächst mal wegdenken deshalb hier gestrichelt dargestellt.
Der gesamte Strom fließt jetzt idealerweise über das Vorschaltgerät und den Starter.

Schauen wir uns nun mal den Starter genauer an: Dieser besteht aus der sogenannten Glimmlampe und Bimetall-Kontakten. Diese sind, wie hier gezeigt, parallel zueinander verschaltet. Da die Bimetall-Kontakte kalt sind, sind sie offen. Somit fließt der Strom durch die Glimmlampe. Dadurch kommt es zur sogenannten Glimmentladung. Durch diese Glimmentladung erwärmen sich die Bimetall-Kontakte wodurch sich selbige schließen.
Dadurch wird wiederum die Glimmlampe kurzgeschlossen und erlischt. Der Widerstand des Starters beträgt nun ideal 0 Ohm.
Hier eingeblendet das Ersatzschaltbild der gesamten Schaltung.
Fügen wir dort noch unsere Starter Schaltung ein, wird klar ein Kurzschluss parallel zur Leuchtstofflampe liegt. Dadurch sinkt der gesamt Widerstand wodurch der Strom stark ansteigt. Dieser hohe Strom fließt über das Vorschaltgerät, über die erste Elektrode dann über den Starter und über die zweite Elektrode. Im Vorschaltgerät befindet sich eine Spule. Durch den hohen Strom baut diese ein Magnetfeld auf. Gleichzeitig fließt, wie gesagt, durch die Elektroden ein sehr hoher Strom. Dieser hohe Strom erwärmt die Lampe (und setzt Elektronen bei den Elektroden frei).
Wie gesagt ist die Glimmlampe im Starter aus. Dadurch kühlen auch die Bimetall-Kontakte ab. Das hat zur Folge das sich die Bimetall-Kontakte wieder öffnen. Dadurch steigt wieder der Widerstand im Starter und so auch in der Gesamtschaltung. Deshalb sinkt auch wieder die Strom ab. Im Vorschaltgerät baut sich nun das Magnetfeld ab. Durch die Selbstinduktion wird nun eine sehr hohe Spannung von ungefähr 1000V erzeugt. Diese hohe Spannung geht nun an die Elektrode und beschleunigt die Elektronen in der Leuchtstofflampe auf eine hohe Geschwindigkeit. Das Gas in der Leuchtstofflampe wird leitend. Die Lampe zündet. Der Strom durch die Lampe steigt an. Die Lampe leuchtet. Das Vorschaltgerät wirkt nun wie eine Strombegrenzung. Die Spule im Vorschaltgerät wirkt nun als Drosselspule. Die zuvor hohe Spannung an der Leuchtstoffröhre sinkt nun ab. Die Spannung ist so niedrig das auch nicht mehr die Glimmlampe leuchtet.

Der Zündvorgang funktioniert selten auf Anhieb normalerweise versucht eine Leuchtstofflampe mehrmals zu zünden. Daher kommt es auch beim einschalten zum flackern.

Lebensdauer

Die Lebensdauer einer Leutstofflampe beträgt ungefähr zwischen 5000 und 20.000 Betriebsstunden.
Im Gegensatz zur Glühbirne ist dies auf jeden Fall mehr.
Die Lebensdauer der LED ist allerdings noch höher als die der Leuchtstofflampe.

Umwelt

Negativ bei der Leuchtstoffröhre ist die Umweltverträglichkeit bzw. auch die auf uns Menschen einwirkende Toxizität.
Das giftig in den Leuchtstofflampen ist das enthaltene Quecksilber und die Beschichtung.
Falls das Leuchtmittel kaputt geht wird sofort das Quecksilber und ein schadstoffhaltiger Staub frei. Atmet dies ein Mensch ein kann das zu bleibenden Schäden führen. Zudem hat, wie erwähnt, die Leuchtstoffröhre zwar eine lange Lebensdauer, muss jedoch dementsprechend auch irgendwann entsorgt werden. Bei Zersetzung oder Verbrennung des Leuchtmittels werden dann noch weit aus giftigere Stoffe frei. Aufgrund der toxischen Wirkung auf unsere Natur muss die Leuchtstofflampe in einen gesonderten Müll. Dabei ist meiner Meinung nach eventuell die Gefahr etwas gedämmt jedoch keines Falls behoben. Denn egal wo hin dieser Sondermüll gebracht wird, er befindet sich trotzdem auf unserem Planeten.
Wesentlich Empfehlenswerter sind deshalb meiner Meinung nach andere Leuchtmittel.

Farbspektrum und Farbtemperatur

Betrachten wir das von der Leuchtstofflampe abgestrahlte Licht. Weist dies ein Farbspektrum auf welches ungefähr wie hier aussehen kann.
Im Vergleich dazu das der Glühbirne eingeblendet.
Im Gegensatz zu dem der Glühbirne, ist das der Leuchtstoffröhre nicht kontinuierlich
Abhängig von dem enthaltenen Gas verhält sich die wiedergegebene Farbtemperatur.
Grob teilt man hier zwischen 3 Bereichen.
warmweiß, neutral- bzw. kaltweiß und tageslichtweiß

Lichtausbeute

Bei der Leuchtstofflampe kommt ein Lichtausbeute von 60 lm/W bis 75lm/W zustande.
Nähere Infos zur Lichtausbeute:
-> Lichtausbeute
(https://www.led-studien.de/helligkeit-konventioneller-lampen/)
(https://ledtipps.net/farbwiedergabeindex/)

Weitere Themen

Licht­strom ­(Lumen)

Glühbirne

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