Leuchtstofflampen

Aufgabenstellung:


Enstehung und Zündvorgang bei Leuchtstoffröhren

In einer Leuchtstoffröhre befindet sich bei sehr niedrigem Druck etwas Quecksilberdampf und ein Edelgas (Argon oder Neon). An den Enden der Röhre befinden sich Kathoden aus Wolframdraht. Beim herkömmlichen Startprozess erhitzt eine hohe Spannung kurzfristig die Kathoden so weit, bis sie Elektronen aussenden und dadurch das Gas ionisieren. Das ionisierte Gas wird elektrisch leitend und es kommt zu einem starken Elektronenfluss durch die Röhre.


Die Elektronen stoßen auf ihrem Weg mit den Quecksilberatomen zusammen. Die Quecksilberatome werden dadurch angeregt und senden bei der Rückkehr in den Normalzustand daraufhin hauptsächlich UV-B Strahlung mit der Wellenlänge 254 nm aus. Damit sichtbares Licht entsteht, wird die UV-Strahlung durch die phosphorhaltigen Leuchtstoffe auf der Innenseite der Röhre in sichtbares Licht umgewandelt.

Eine Leuchtstoffröhre benötigt ein Vorschaltgerät und einen Starter. Diese liefern die Glühspannung für die Kathode sowie die kurzzeitig hohe Zündspannung. Nach einigen Augenblicken schaltet der Starter ab und die Elektroden bleiben durch das Auftreffen der Elektronen genügend warm, um die Gasentladung aufrechtzuerhalten. Ist die Gasentladung einmal in Gang gekommen, würde der Stromfluss sofort unkontrolliert stark ansteigen. Die Vorschaltgeräte sorgen daher für einen weitgehend konstanten Stromfluss von einer Umpolung des Wechselstroms bis zur nächsten. Bei Sofortstart-Vorschaltgeräten geschieht die Zündung anstatt über das Vorheizen der Elektroden über eine sehr hohe Zündspannung.

Elektronische Vorschaltgeräte arbeiten bei 20 -50 kHz. Sie beseitigen jegliches Flimmern und erhöhen die Wirtschaftlichkeit (bis zu 30%) und die Lebensdauer (bis 50%) der Lampen erheblich da die Ladungsträger praktisch ständig zur Verfügung stehen. Der Wechselstrom aus dem Netz wird zunächst in Gleichstrom verwandelt, weshalb sich diese Systeme auch mit Gleichstrom betreiben lassen. Bei defekter Lampe schalten sie automatisch ab.
Bei den Leuchtstoffen handelt es sich unter anderem um Phosphorverbindungen, Aluminate und Borate, zum Teil mit seltenen Erden.



Farbtemperatur

Die Lichtfarbe von Leuchtstofflampen verändert sich im Laufe der Lebensdauer ins Gelbliche, wodurch störende farbliche Unterschiede zwischen alten und neuen Röhren entstehen.
Der hohe Peak im Bereich Grüngelb ist charakteristisch für das Lichtspektrum von Leuchtstofflampen. Er beruht auf dem Emissionsspektrum des in allen Leuchtstoffröhren enthaltenen Phosphors und zeigt sich besonders ausgeprägt bei billigen Leuchtstoffröhren. Da er im Bereich Gelb-Grün liegt, erzeugt er einen starken Helligkeitseindruck - mit anderen Worten, er sorgt für eine hohe Lichtausbeute.


Sogenannte Vollspektrum-Leuchtstoffröhren enthalten neben dem sichtbaren Licht auch einen extra hohen UV-Anteil.

Durch die hohe Spannung beim Einschalten verbrauchen sich die Elektroden vergleichsweise besonders schnell. Wird die Leuchtstofflampe nur für 1 Minute ausgeschaltet, wird die Stromersparnis durch die verkürzte Lebensdauer wieder aufgewogen, erst ab einer Ausschaltdauer von 10 Minuten überwiegt in jedem Fall die Stromersparnis.

Die Lichtausbeute hängt zudem stark von der Umgebungstemperatur der Lampe ab. Normalerweise liefern die Röhren zwischen 20°C und 30°C am meisten Licht. Der Druck in einer Leuchtstoffröhre liegt normalerweise bei ca. 1/1000 Atmosphären, weshalb Leuchtstoffröhren implodieren und nicht explodieren. Durch den Quecksilberanteil von ca. 0,5 mg pro kg Lampe gehören verbrauchte Leuchtstoffröhren zum Sondermüll.

Der größte Nachteil von Leuchtstofflampen ist, dass sie im Gegensatz zur Glühlampe kein kontinuierliches Farbspektrum aufweisen.



Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad einer Lampe gibt an, wie viel Prozent der aufgenommenen Leistung (Watt) in Licht gewandelt wird. Leuchtstofflampen haben Wirkungsgrade zwischen 11% und 15%, sind demnach gut geeignet.