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Leuchtstoffröhre

Die Leuchtstoffröhre ist eine Niederdruck-Gasentladungslampe, die innen mit einem fluoreszierenden Leuchtstoff beschichtet ist.

Beschreibung

Bei einer Leuchtstoffröhre dient als Gasfüllung eine Quecksilberdampf (Emission von Ultraviolettstrahlung) und zusätzlich meist Argon. Die Ultraviolettstrahlung wird von der Leuchtstoff-Beschichtung in sichtbares Licht umgewandelt.

Geschichte:
Der erste Vorläufer der modernen Leuchtstoffröhre ist die so genannte Geißlersche Röhre (benannt nach Heinrich Geißler, der sie 1857 erfand). Die Geißlersche Röhre 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 befüllt. 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 die ersten Leuchtstoffröhren und hatte vor, alle Haushalte mit Leuchtstoffröhren auszustatten, die in Anwesenheit des elektromagnetischen Wechselfelds einer Teslaspule 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 spielte bei der damaligen Schwarzweißfotografie noch keine besondere Rolle.

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 große Verbreitung erfahren, 70 % des künstlichen Lichtes werden mit ihnen erzeugt.

Funktion:
Gasentladung:
Beim Starten ist eine Zündspannung erforderlich, um die Gasfüllung der Leuchtstoffröhren zu ionisieren. Dadurch wird das Gas elektrisch leitend. Es entsteht ein Niederdruck-Plasma, das so lange erhalten bleibt, wie die u. a. von der Röhrenlänge und dem Gasdruck abhängige Brennspannung aufrechterhalten bleibt. Das trifft auf alle Gasentladungslampen zu.

Das Plasma weist aufgrund der Stoßionisation einen negativen differentiellen Innenwiderstand auf. Prägt man der Röhre mehr Strom auf, sinkt der Spannungsabfall an ihr. Das bedeutet andererseits, dass der Strom bei Erhöhung über die Brennspannung extrem stark ansteigt, der Betriebspunkt ist somit unzureichend stabil, die Lampe würde ohne Strombegrenzung zerstört. Deshalb müssen Leuchtstofflampen, wie auch alle anderen Gasentladungslampen, mit einem Vorschaltgerät betrieben werden. Dieses besteht aus einer Induktivität (Drossel) in Reihe zur Röhre, die mit Wechselstrom betrieben wird. Der direkte Betrieb an Gleichstrom, der mit einem Vorwiderstand als Strombegrenzer prinzipiell denkbar wäre, ist aufgrund von Entmischungsvorgängen der Ionenarten in der Röhre problematisch, man benötigt daher einen Inverter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Seit den 1990er Jahren werden Leuchtstoffröhren vorteilhaft an elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) betrieben.

Das Plasma strahlt Licht aus, wenn die Hüllenelektronen des Quecksilbers von den beschleunigten freien Elektronen angeregt werden, und dann wieder auf ein niedrigeres Energieniveau zurückfallen. Im Falle von Quecksilbergas wird überwiegend UV-Strahlung emittiert. Der Anteil an sichtbarem Licht ist eher gering. Beobachtbar ist das, wenn die Beschichtung nicht ganz bis zur Endkappe reicht oder durch Erschütterung abgefallen ist.

Leuchtstoff:
Um die Ausbeute an sichtbarem Licht zu erhöhen, wird das Entladungsgefäß von innen mit einem Leuchtstoff beschichtet (daher der Name Leuchtstoffröhre), der im sichtbaren Spektrum zu leuchten beginnt, sobald er mit UV-Licht bestrahlt wird, in diesem Fall von innen. Der Leuchtstoff setzt einen Großteil der UV-Strahlung in sichtbares Fluoreszenzlicht um. Der Rest der ultravioletten Strahlung wird durch das Glas der Röhre weitgehend absorbiert, so dass nur unbedenklich wenig gesundheitsschädliche UV-Strahlung aus der Röhre dringt.

Der eingesetzte Leuchtstoff ist entsprechend der Lampenfarbe aus verschiedenen Leuchtstoffen zusammengesetzt. Durch das Mischungsverhältnis kann die Lichtfarbe eingestellt werden. Eine besonders gute Farbwiedergabe wird mit den so genannten Fünfbanden-Leuchtstoffen erreicht. Hierbei treten nicht nur einzelne Farben (Wellenlängen) auf, um den Lichteindruck "weiß" zu erzeugen, sondern es sind breitere, aneinandergrenzende Bereiche pro Leuchtstoff, so dass keine Farbe fehlt. Leuchtstoffe mit 1/100 s Abklingzeit der Fluoreszenz verringern das 100 Hz-Flackern (doppelte Netzfrequenz), längeres Nachleuchten (> 1 s) ist hingegen unerwünscht.

Zu Dekorations- und Werbezwecken werden auch einfarbige Leuchtstoffröhren angeboten. Schwarzlichtlampen kommen ohne Leuchtstoff aus, haben dunkles Glas, das sichtbares Licht (bis auf einen violetten Schimmer) ausfiltert, und dienen zur Effektbeleuchtung mit Ultraviolett (UV).

Lichtfarbe:
Vielleicht der größte Nachteil von Leuchtstoffröhren ist, dass sie im Gegensatz zur Glühlampe kein kontinuierliches Farbspektrum aufweisen. Dass der Kunde die Wahl zwischen etwa einem Dutzend Farben hat, davon viele unterschiedliche Varianten von Weiß, macht ihm die Auswahl nicht einfacher. Grob teilt man die weißen Leuchtstoffröhren in warmweiß (warm white), neutral-/kaltweiß (cool white) und tageslichtweiß (day light) ein. In vielen Anwendungsfällen bilden die neutral weißen Lampen einen guten Kompromiss, die kaltweißen oder tageslichtähnlichen haben Vorteile bei gleichzeitigem Tageslichteinfall, wogegen die warmweißen sich mit Glühlampenlicht besser vertragen. Leuchtstofflampen mit Standardleuchtstoffen (so genannte 'Halophosphate') haben neben dem Vorteil eines günstigen Preises aber den großen Nachteil einer schlechten Farbwiedergabe bei relativ geringer Lichtausbeute. Deutlich verbessert im Hinblick auf die Farbwiedergabe und den erzielten Lichtstrom sind die so genannten 'Drei-Banden-Leuchtstofflampen'. Hierbei besteht die Leuchtstoffbeschichtung aus einer Mischung von drei Leuchtstoffen, die im roten, grünen, und blauen Bereich des sichtbaren Spektrums relativ scharfbandige Emissionen zeigen und deren Spektren sich entsprechend dem Prinzip der additiven Farbmischung in der Lampe zu weißem Licht addieren. Die beste Farbwiedergabe haben so genannte Vollspektrum-Leuchtstofflampen - hier treten die geringsten Farbverfälschungen auf. Das Spektrum ist tageslichtähnlich und fast ebenso kontinuierlich. Dies wird durch Einsatz von mindestens vier unterschiedlichen Leuchtstoffen erreicht ('Fünf-Banden-Leuchtstofflampen').

Die Farbwiedergabe von Lampen wird durch den Farbwiedergabeindex Ra beschrieben.

Die farbliche Zusammensetzung des Lichtes wird bei Leuchtstoffröhren wesentlich durch die Zusammensetzung der Beschichtung des Glases, zu einem Teil aber auch durch die primären Emissionslinien der Gasfüllung und deren Hindurchtreten durch den Leuchtstoff und das Glas bestimmt. Die Leuchtstoffbeschichtung besteht aus kristallinen Pulvern (vorwiegend anorganische Oxide), die im Falle von 3-Banden-Leuchtstoffen Spuren von zwei- oder dreiwertigen Lanthanoid-Kationen enthalten, welche je nach eingesetztem Lanthanoid und des zugrunde liegenden Wirtsgittersystems unterschiedliche Farben erzeugen. Diese Farben ergeben additiv die Leuchtfarbe der Röhre. Die Standardleuchtstoffe basieren auf dem System des so genannten Calciumhalophosphats der allgemeinen Formel Ca10(PO4)6(F,Cl):Sb,Mn, wobei die unterschiedliche Farbtemperatur durch Variationen in der Konzentration der beiden Dotierelemente Mangan (Mn) und Antimon (Sb) erzielt wird.

Die Farbtemperatur ist auch abhängig von der Raumtemperatur. Gewöhnliche Leuchtstoffröhren sind für eine Raumtemperatur von etwa 20 °C ausgelegt, bei dieser Raumtemperatur erwärmen sie sich auf knapp 35 °C. Wird diese Temperatur wesentlich unterschritten, beginnt das Argon stärker zu leuchten, und die Leuchtstoffröhre sendet mehr infrarotes Licht aus. Für Anwendungen im Außenbereich und in Kühlanlagen gibt es spezielle Leuchtstoffröhren für niedrige Umgebungstemperaturen. Bei großer Kälte (um -25 °C) ist reduzierte Helligkeit von Leuchtstoffröhren-Straßenbeleuchtung wahrnehmbar.

Die Lichtfarbe der Lampen ist für die Raumqualität mit von Bedeutung. Auch die Lichtfarben sind den verschiedenen Arbeitsaufgaben bzw. Arbeitsstätten zugeordnet. Weißes Licht ist gemäß DIN 5035 in drei Farbtemperaturbereiche eingeteilt:

Die Hersteller Osram und Philips nutzen ein Farbnummernsystem mit 3stelligen Zahlen, bei denen die erste die Farbwiedergabequalität angibt. Eine 8 bedeutet Ra=80-89. Eine 9 bedeutet Ra=90-100. Die beiden letzten Ziffern bezeichnen - wenn man sie um 2 Nullen verlängert - die Farbtemperatur in Kelvin. Für den Wohnbereich kann z. B. die Farbnummer 827 oder 930 gewählt werden. Im Büro ist 840 üblich, wobei 854, 865 oder gar 880 laut einiger Studien zu gesteigerter Leistungsfähigkeit führen sollen, da tageslichtähnlicher und mit entsprechend mehr Blau-Anteil. Folgende Farbtöne sind etwa bei Osram standardmäßig erhältlich:

Die fast ideale Wohnzimmer-Farbe 927 wird von Osram (noch) nicht angeboten. Zu beachten ist, dass eine Leuchtstoffröhre mit der Voraussetzung einer Farbwiedergabe über 90 (Klasse 1A) im niedrigeren Kelvin-Bereich noch deutlich mehr Lichtausbeute einbüßt als im höheren. Eine Röhre mit Dreibanden-Leuchtstoffen der Farbe 840 und 15 Watt Leistung erreicht einen Lichtstrom von ca. 900 Lumen. Die Röhre der Farbe 950 erreicht 750 Lumen, die Röhre der Farbe 940 etwa 700 Lumen, und diejenige der Farbe 930 nur noch rund 600 Lumen. Die Zahlen legen nahe, dass eine Leuchtstoffröhre der Farbstufe 927 mit einer geringeren Lichtausbeute zwar die ideale Wohnzimmerfarbe hat, dafür jedoch entsprechend mehr Leistung für eine helle Ausleuchtung benötigen würde.

Farbige Leuchtstofflampen und Leuchtröhren:
Leuchtstofflampen und Energiesparlampen werden u. a. zu Dekorationszwecken auch einfarbig (rot, gelb, grün, blau) angeboten. Das wird durch Variationen des fluoreszierenden Leuchtstoffes erreicht. Siehe auch: LHGL-Wanne.

Auch die so genannten Schwarzlichtlampen arbeiten mit einem Leuchtstoff (Europium-dotiertes Strontium-Fluoroborat oder -Tetraborat für 370 nm bzw. Blei-dotiertes Bariumsilikat für 350 nm), um die in UV-B liegende Quecksilberlinie in den UV-A-Bereich zu konvertieren. Diese Lampen haben ein mit Nickeloxid dotiertes Glasrohr, um sichtbares Licht >400 nm zu absorbieren.

Farbige Leuchtröhren werden wie Leuchtstofflampen angeregt. Es gibt sowohl Kaltkathoden- als auch Heißkathodenröhren für verschiedene Farben. Die Farben werden durch die Gasfüllung, meist jedoch durch unterschiedliche Leuchtstoffe wie bei einer Leuchtstoffröhre erreicht.

Die Neonröhre arbeitet im Gegensatz zu Leuchtstofflampen mit einer Neon-Füllung und leuchtet rot-orange. Sie ist daher keine Leuchtstoffröhre, sondern hat einen unbeschichteten klaren oder rot getönten Glaskolben. Neonröhren werden zum Beispiel in der Lichtwerbung (Leuchtreklame) und zur Befeuerung hoher Bauwerke verwendet.

Einteilung:
Man unterscheidet zwischen so genannten Heißkathodenröhren (Leuchtstofflampen im engeren Sinne) und Kaltkathodenröhren (Leuchtstoffröhren oder CCFL von engl. cold cathode fluorescent lamp).

Heißkathodenröhren:
Bei den Heißkathodenröhren (Leuchtstofflampen, Energiesparlampen) ist an den Enden jeweils ein Heizdraht eingebaut. Eine geeignete Beschichtung reduziert die Austrittsarbeit der Elektronen, damit der Heizdraht bei moderaten Temperaturen genügend Elektronen emittiert. Beim Startvorgang werden zunächst beide Elektroden von Strom durchflossen, um sie zu heizen. Dann wird durch die Starteinrichtung zwischen den Elektroden die eigentliche Betriebsspannung freigegeben. Es ist eine Wechselspannung, daher wirken beide Elektroden jeweils eine halbe Periode lang abwechselnd als Anode (Positive Elektrode) bzw. Kathode.

Diese Entladungsspannung beschleunigt die Elektronen, die sich um den Kathodenheizdraht angesammelt haben, im elektrischen Feld in Richtung Anode. Bei ihrem Flug durch die Röhre stoßen die Elektronen mit den Quecksilberatomen zusammen. Dabei wird das Gas ionisiert (Stoßionisation), und es entsteht ein Plasma innerhalb der Glasröhre.

Durch Ionen- und Elektronenbeschuss der Elektroden wird nun die Erwärmung der Kathoden durch den Entladungsstrom selbst aufrechterhalten, und der Heizstrom durch die Kathoden ist nicht weiter erforderlich.

Heißkathodenröhren ohne Leuchtstoff werden vorwiegend zur Entkeimung von künstlich angelegten Gewässern und Trinkwasser verwendet, da sich die UV-Strahlung besonders gut zum Abtöten von Kleinstlebewesen eignet. Dazu muss die Röhre aus Quarzglas gefertigt sein. Eine weitere Anwendung ist das Löschen von EPROMs. Für die Verwendung in Solarien oder in Diskotheken werden Glassorten eingesetzt, welche die Emission des krebserregenden UV-B- und UV-C-Anteils auf ein zulässiges Minimum reduzieren.

So genannte Schwarzlichtröhren sind außerdem mit Nickeloxid beschichtet, welches den sichtbaren Teil des Quecksilber-Spektrums absorbiert und nur den Ultraviolettanteil (UV-A) spezieller Leuchtstoffe austreten lässt (Verwendung in Diskotheken, in der Mineralogie und im Schwarzen Theater).

Auch Kompaktleuchtstofflampen bzw. so genannte Energiesparlampen sind Heißkathodenröhren.

Niederdruck-Natriumdampflampen sind ähnlich wie Heißkathoden-Leuchtstoffröhren aufgebaut, jedoch ohne Leuchtstoff und mit Natrium statt des Quecksilbers. Sie haben eine noch höhere Lichtausbeute als Leuchtstofflampen, jedoch wegen des hohen Gelb-Anteils eine sehr schlechte Farbwiedergabe.

Zündung und Betrieb mit konventionellem Vorschaltgerät (KVG):
KVG bestehen aus einer Netz-Drossel (Drosselspule für 50 Hz), zusätzlich ist ein Starter erforderlich. Er ist nahe der Lampe oder bei manchen Kompaktleuchtstofflampen in dieser integriert.

Drossel:
Die Leuchtstoffröhre selbst arbeitet mit etwa 55 V Betriebsspannung und benötigt einen Vorwiderstand, um im Betrieb den durch die Röhre fließenden Strom zu begrenzen. Sie besitzt eine "fallende" Kennlinie. Das heißt, die Spannung wird geringer, wenn der Strom steigt. Ohne Vorwiderstand steigt dieser zu weit und die Röhre explodiert. Bei Wechselspannung sollte man auf jeden Fall entweder einen Kondensator oder eine Spule mit passendem Blindwiderstand verwenden, um unnötige Wärmeentwicklung zu vermeiden. Eine Drossel, in Reihe zur Röhre geschaltet, kann auch die zur Zündung der Röhre erforderliche Spannung erzeugen. Bei einem Kondensator sind kompliziertere Schaltungen notwendig. Die Drosselspule wird auch als "Konventionelles Vorschaltgerät" (KVG) bezeichnet. Sie hat bei einer 58-W-Röhre eine Verlustleistung von ca. 12 W. "Verlustarme Vorschaltgeräte" (VVG) sind eine (selten anzutreffende) Weiterentwicklung mit ca. 5 W Verlustleistung. Kondensatoren verursachen kaum Verlustleistung und werden deshalb in Stablampen verwendet.

Starter:
Der Starter leitet die Zündung der Lampe ein. Er ist parallel zur Röhre angeschlossen und enthält in seiner traditionellen Ausführung eine Glimmlampe, deren Elektroden als Bimetallstreifen ausgeführt sind und sich durch das Brennen der Glimmentladung erwärmen. Die Zündspannung der Glimmlampe ist so bemessen, dass sie oberhalb der Betriebsspannung der Leuchtstoffröhre(50-110V, s.u.) liegt. Parallel zur Glimmlampe liegt ein Entstörkondensator, im Bild rechts neben der Glimmlampe zu sehen. Er begrenzt beim Öffnen der Kontakte die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit und sorgt auch bei gezündeter Lampe für eine Verminderung der Störemissionen der Gasentladung der Lampe.

Man unterscheidet zwischen Startern für Einzelbetrieb (Einzelröhren von 4 - 65/80 Watt) und Startern für den so genannten Tandembetrieb (Zweifachleuchten mit meist 2 Röhren a 18 Watt, die mit einer 36 Watt-Drossel in Reihe geschaltet werden). Ein Starter für Einzelbetrieb kann nicht in einer Tandemleuchte betrieben werden - die Glimmlampenkontakte schließen erst nach mehreren Minuten oder gar nicht. Ein Tandemstarter kann jedoch in Einzelröhren bis zu 20 Watt Stärke eingesetzt werden. Röhren mit höheren Wattagen können nicht zuverlässig gezündet werden - es ergibt sich ein dauerhaftes Flackern der Röhre. Es kann jedoch auch sein, dass sie für einige Sekunden lang zündet, um dann wieder zu erlöschen, weil die Glimmlampe für niedrigere Spannungen bzw. Stromstärken ausgelegt ist und die Gasentladung nicht aufrechterhalten kann

Lässt sich eine defekte Röhre nicht mehr zünden, so kommt es bei Glimmstartern aufgrund der fehlenden Sicherung dauerhaft zur Glimmentladung. Die Kontakte der Glimmlampe schließen, und nach einem erfolglosen Zündversuch öffnen sie kurz, um dann erneut zu schließen. Auch das führt zu dauerhaftem Flackern der Leuchtstoffröhre. Es endet erst, wenn in der Röhre ein Heizdraht durchbrennt. Der Starter altert dabei rapide. Gealterte Starter erreichen mit der Zeit einen Punkt, an dem sie nicht mehr oder kaum noch nutzbar sind. Es gibt bei einem Starter drei Möglichkeiten des Defektes. Zum einen kann der Entstörkondensator durchschlagen. Der Starter gibt dabei ein relativ lautes Geräusch von sich und zündet anschließend nicht mehr, da ein oder mehrere Kontakte beschädigt wurden. Obwohl die Glimmlampe an sich oft unversehrt ist, muss er ausgetauscht werden. Zum zweiten können die Elektroden der Glimmlampe verschweißen. In diesem Fall ergibt sich ein dauerhaft geschlossener Stromkreis, als hätte man an die Stelle des Starters einen simplen Verbindungsdraht gesetzt. Die Leuchtstoffröhre wird ständig beheizt, und die leuchtenden Elektroden an ihren Enden altern erheblich. Auch ein solcher Starter muss ausgetauscht werden. Ein dritter möglicher Defekt ist der, dass die Gasfüllung innen im Glaskörper ganz oder teilweise durch abgesputtertes Metall adsorbiert worden ist. Solche Starter brauchen entweder eine sehr lange Zeit, um den Kontakt in der Glimmlampe zu schließen (sehr langes "Leuchten" des Starters, bevor die Drossel zu brummen anfängt), oder aber die Zündimpulse werden sehr schwach oder selten, so dass Röhren mit hohen Wattzahlen nicht mehr gezündet werden können.

Wird eine noch nutzbare Röhre durch einen defekten Starter mehrere Stunden lang beheizt, verliert sie dadurch einen guten Teil ihrer restlichen Lebensdauer (erkennbar an den verrußten Enden). Eine solche Röhre ist oft noch zündbar, jedoch nimmt der Zündvorgang über die belasteten Elektroden relativ viel Zeit in Anspruch. Auch gibt sie kurz nach dem Zündvorgang wesentlich weniger Licht ab als ein intaktes Leuchtmittel und flackert stärker (deutlich erkennbar bei Dreibandenlampen mit hohen Wattagen >= 36 Watt). Da sich die Röhre nach einer Weile von den Enden her erwärmt, leuchten diese oft deutlich heller als die Mitte, in der sich eine Art "Lichtstrom-Loch" ergibt. Eine solche Röhre erreicht ihren vollen Lichtstrom, wenn überhaupt, erst nach längerer Zeit.

Sicherungsschnellstarter (Osram ST171, ST172, Philips SiS10, Sylvania COP-11) lösen nach mehreren erfolglosen Zündversuchen (ca. eine Minute) eine integrierte thermisch-mechanische Sicherung (zweiter Bimetallschalter) aus, so dass keine weiteren Startversuche unternommen werden. Dadurch flackert die Röhre am Ende ihrer Lebensdauer nicht ständig weiter, wie es bei einem konventionellen Starter der Fall ist. Durch Drücken eines (meist roten) Knopfes kann die Sicherung wieder zurückgestellt werden.

Elektronische Starter sind zuverlässiger, müssen nicht rückgestellt werden und verlängern teilweise die Lebensdauer der Lampe erheblich. Deren Schaltung sorgt für einen schonenden Startvorgang und eine Deaktivierung bei Defekt. Der Startvorgang eines elektronischen Starters kann auf verschiedene Weise ablaufen:

Das Vorheizen der Kathoden erfolgt durch Wechselstrom wie bei konventionellen Startern. Die Kathoden glühen dabei leicht auf. Nach einer kurzen Zeit von 1-3 Sekunden (abhängig vom Modell) öffnet der Starter (idealerweise im Strommaximum), wodurch eine hohe Induktionsspannung in der Drossel entsteht, welche die Röhre zündet.
Der Drosselstrom wird gleichgerichtet, dadurch ist er aufgrund der Sättigung der Drossel gegenüber konventionellen Startern höher. Die Lampe wird dadurch innerhalb weniger als einer halben Sekunde gezündet. Ein Nachteil dieser Methode ist das Geräusch der Drossel: Ist diese auf Metall montiert, so ist während der Startphase ein sehr lautes Brummen zu hören.
Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) bewerkstelligen den Startvorgang selbst.

Hat eine Röhre nach dem Startvorgang nicht gezündet, ist sie oftmals defekt. Meist ist eine der Kathoden taub, es fließt während einer Halbwelle kein Strom durch die Lampe, sodass der Starter bei der nun höheren Spannung erneut zündet.
Der Bimetallstreifen erwärmt und verbiegt sich, so dass beide Kontakte kurzgeschlossen werden. Nun fließt ein großer Strom durch die Heizwendeln in der Leuchtstoffröhre und die Drosselspule. Die Wendeln beginnen zu glühen und senden Elektronen aus, die das Gas in der Röhre mit Ladungsträgern anreichern.

Die nun fehlende Glimmentladung im Starter lässt das Bimetall abkühlen, wodurch sich der Bimetallkontakt wieder öffnet. Da die Glimmlampe und die noch nicht gezündete Leuchtstoffröhre einen hohen Widerstand besitzen, fällt der Strom in der Drosselspule schnell ab, und durch Selbstinduktion entsteht kurzzeitig eine hohe Spannung, die das mit Ladungsträgern angereicherte Gas in der Röhre zündet. Der Strom fließt nun durch das ionisierte Gas in der Röhre.

Da die Röhre mit Wechselstrom betrieben wird, kann es geschehen, dass beim Öffnen des Bimetallkontakts der momentane Strom in der Drossel zu niedrig ist, um die nötige Zündspannung aufzubauen. Dann beginnt der Startprozess von vorn, indem die Glimmentladung wieder zündet und den Bimetall erwärmt. Deshalb verläuft der Start meist etwas unregelmäßig, und die Röhre flackert oft ein- oder zweimal auf, bevor sie startet.

Nach der Zündung teilt sich die Betriebsspannung an Röhre und Drossel so auf, dass eine ausreichende Spannung (zwischen 50 V und 110 V) erhalten bleibt, um die Röhre am Leuchten zu halten. Für die Glimmlampe im Starter ist sie zu niedrig, eine weitere Zündung unterbleibt. Diese Spannung reicht nun aus, um nach jeder Richtungsumkehr des Stroms einen weiteren Zündvorgang auszulösen, da das Gas genügend ionisiert ist und die Elektroden erwärmt sind.

Betrieb mit elektronischem Vorschaltgerät (EVG):
Die Anordnung aus konventionellem Vorschaltgerät und Starter kann durch ein elektronisches Vorschaltgerät ersetzt werden. Das Bild zeigt den Aufbau für eine Kompaktleuchtstofflampe (Energiesparlampe). Zusammen mit dem Siebkondensator (Elektrolytkondensator, großer aufrecht stehender Zylinder) erzeugt der Gleichrichter (kleines schwarzes Bauteil mit dem Aufdruck "+ -" über dem Kondensator) eine Gleichspannung. Die beiden aufrecht stehenden Bipolartransistoren links vom Siebkondensator wandeln sie in eine hochfrequente Wechselspannung von etwa 40 kHz um, die einen LC-Reihenschwingkreis (Drossel mit dem Aufdruck "3.5 mH" und einer der Kondensatoren in den rechteckförmigen Plastikgehäusen) mit der Leuchtstofflampe als Last treibt. Der kleine Transformator, bestehend aus einem Ferritkern mit 2x3 und 1x5 Windungen, dient zur Steuerung der Halbbrücke aus den beiden Transistoren. Ins Lampengehäuse integrierte EVGs enthalten üblicherweise eine eingebaute Sicherung.

Die Zündung der Leuchtstofflampe erfolgt nach vorheriger Vorheizung durch die Einstellung der Taktfrequenz der Halbbrücke auf einen Wert, der den Reihenschwingkreis in dessen Resonanz steuert, was zu einer hohen Spannung über der Lampe führt, die die Leuchtstofflampe schließlich durchzünden lässt. Nach der Zündung fällt die Impedanz der Lampe auf ihren Betriebswert, wodurch sich an der Lampe Betriebsspannung einstellt.

Als Vorteile gegenüber dem konventionellen Vorschaltgerät ergeben sich, je nach Bauform:
- fast keine Blindleistung (Geräte mit Leistungsfaktorkorrektur)
- geringere Verlustleistung in Vorschaltgerät und Lampe (Ersparnis bis zu 30 %)
zuverlässiger und schneller Start
- flimmerfreier Betrieb ohne Stroboskopeffekt, daher auch an rotierenden Maschinen einsetzbar
- Fehlererkennung und Abschaltung bei defekter Lampe
- geringere Geräuschentwicklung (kein Netzbrummen)
- adaptive Spannungsanpassung, z. B. 154?254 V DC bei Notstrombetrieb und 220?240 V AC bei normaler Netzverfügbarkeit.
- Betrieb mit Niedervolt-Gleichstrom (zum Beispiel 24 oder 12 V). Diese EVG können auch an Akkumulatoren betrieben werden und sind daher für den Einsatz in Fahrzeugen, auf Booten oder etwa im Kleingarten geeignet.

Die Wirkverlustleistung eines EVG für eine 58-Watt-Leuchtstofflampe beträgt ca. 4?6 W, also wesentlich weniger als diejenige eines KVG (50-Hz-Drossel; ca. 8?12W). Der Preis eines EVG ist im Vergleich zum konventionellen Vorschaltgerät höher. Energieeinsparung wird weiterhin dadurch erzielt, dass die hohe Frequenz der Wechselspannung (zwischen 10 und 100 kHz) den ionisierten Atomen weniger Zeit lässt, um mit den freien Elektronen zu rekombinieren. Die Leitfähigkeit des Plasmas nimmt daher in den Pausen während des Nulldurchgangs der Spannung weniger stark ab, als bei den 50 Hz Netzfrequenz der konventionellen Vorschaltgeräte. Dieser Effekt wird als HF-Gewinn bezeichnet. Das Nachleuchten der fluoreszierenden Leuchtstoffschicht trägt ebenfalls dazu bei, die Dunkelphase beim Nulldurchgang der Spannung zu reduzieren.

Zur Beurteilung des Energieverbrauchs werden EVG wie andere elektrische Verbraucher in Energieeffizienzklassen des Energie-Effizienz-Index (EEI) eingeteilt. Der EEI berücksichtigt sowohl die Leistungsaufnahme des EVG als auch die Lichtausbeute der Lampe. Innerhalb dieser Klassifizierung erreichen gute EVG die Klasse "A2". Der Wirkungsgrad eines EVG kann bis zu 95 % erreichen.

Dimmbare EVG können den Lampenstrom variieren, um so eine Helligkeitsregelung (z. B. 3 % bis 100 % Helligkeit) der Lampe zu erreichen. Bei geringerer Helligkeit ist die Leistungsaufnahme des EVG gleichsam niedriger, wodurch dimmbare EVG unter Umständen in die EEI-Klasse "A1" eingeteilt werden können.

Aufsteck-EVG:
Leuchten mit KVG für T8-Röhren lassen sich mit Aufsteck-EVG auf kürzere T5-Röhren kleinerer Leistung umrüsten. Diese EVG werden als Adapter-Set beidseitig zwischen Röhre und alte Leuchten-Fassung gesteckt. Sie liefern flimmerfreien Betrieb der T5-Röhren und sparen bis 50 % der Stromkosten. Die T5-Lampe hat allerdings einen ca. 30% niedrigeren Lichtstrom, so dass auch die Beleuchtungsstärke entsprechend abnimmt. Durch Verwendung hochwertiger Spiegelreflektoren kann dieser Verlust aber unter Umständen ausgeglichen werden. Bei der Umrüstung bleibt die konventionelle Vorschaltdrossel im Stromkreis, was den Wirkungsgrad gegenüber Lampen mit fest eingebautem EVG etwas verringert. Der Starter der konventionellen Leuchte wird bei der Umrüstung durch einen Überbrücker (Gleiche Bauform, jedoch kurzgeschlossene Anschlüsse, teilweise mit Feinsicherung) ersetzt. Bei den am Markt angebotenen Modellen traten wiederholt Probleme technischer Art auf, die auch mehrfach zu Vertriebsverboten durch die Bundesnetzagentur oder zu Untersagungsverfügungen durch Behörden geführt haben. Außerdem sind die Aufsteck-EVG in der Regel nicht nach der Norm EN60929, die den korrekten Start und Betrieb von Leuchtstofflampen mit EVG beschreibt, geprüft. Es sind daher auch Fälle von stark verkürzter Lampenlebensdauer, sowie von nur begrenzter Lebensdauer des Aufsteck-EVG selbst, aufgetreten.

Auch Aufsteck-EVG sind teilweise dimmbar.

Kaltkathodenröhren:
Kaltkathodenröhren (auch CCFL von eng. cold cathode fluorescent lamp) sind prinzipiell genauso aufgebaut wie die Heißkathodenröhren, nur dass hier keine Heizdrähte vorhanden sind - die Elektroden bestehen stattdessen aus Blechhülsen.

Bei diesen Röhren kann der Elektronenfluss zwischen Kathode und Anode nur durch eine gegenüber Heißkathodenlampen höhere Spannung erreicht werden. Auch die Zündspannung ist höher. Grund ist der sog. Kathodenfall - unmittelbar an den Kathoden ist eine hohe Feldstärke nötig, um Elektronen daraus zu lösen. Das führt gegenüber Leuchtstofflampen zu einem geringeren Wirkungsgrad, vermeidet jedoch die Heizung und Beschichtung der Elektroden, wodurch die Lebensdauer erheblich höher ist. Siehe auch Kaltkathode.

Kaltkathodenröhren werden für Leuchtreklame und als Hintergrundbeleuchtung (backlight) von Flüssigkristallbildschirmen (LCD) eingesetzt.

Vorschaltgerät:
Kaltkathodenröhren für Netzbetrieb wurden früher mit Streufeldtransformatoren betrieben, die einerseits die hohen erforderlichen Betriebsspannungen (5-10 kV) zum Betrieb oft mehrerer, in Reihe geschalteter Röhren erzeugten und andererseits durch deren Streuinduktivität ähnlich einer Drossel den Betriebsstrom begrenzten.

Heute und bei Gleichstrombetrieb (z. B. Notebook) werden Inverter eingesetzt, die die hohen Spannungen auf elektronischem Wege erzeugen. Es gibt Inverter mit Ferrit-Transformator und solche mit Piezo"transformatoren". Letztere arbeiten nach dem Piezoeffekt und sind für Notebooks entwickelt worden.

Effizienz:
Leuchtstoffröhren erreichen eine Lichtausbeute von etwa 50 bis 100 Lumen pro Watt (zum Vergleich: normale Glühlampe: ca. 15 lm/W) und haben somit eine hohe Energieeffizienz, die nur von Natriumdampflampen - allerdings bei schlechterem Farbwiedergabeindex - übertroffen wird.
Leuchtstofflampen sparen somit gegenüber Glühlampen 75 bis 80% Energie ein. In Messeinrichtungen werden neue Leuchtstoffröhren erst 100 - 200 Stunden gealtert, die eigentliche Messung erfolgt erst nach etwa 10-20 Minuten (je nach Typ) nach dem Einschalten.

Alle Leuchtstofflampen erreichen erst einige Zeit nach dem Einschalten ihre volle Leuchtkraft. Besonders deutlich ist dieser Effekt bei Kompaktleuchtstofflampen (z. B. Energiesparlampen) zu beobachten, da diese ihren höheren Betriebsdruck erst nach Erwärmung erreichen. Insbesondere bei sehr niedriger Umgebungstemperatur und ohne ein umgebendes Lampengehäuse bleibt die Leuchtstärke von Leuchtstofflampen zum Teil wesentlich geringer als bei Raumtemperatur.

Der etwa 4-fach bis 6-fach höheren Lichtausbeute der Leuchtstoffröhre gegenüber der Glühlampe steht ein erheblich höherer Anschaffungspreis gegenüber.
Der Vergleich lässt sich besonders gut bei Energiesparlampen anstellen, die direkt in eine Glühlampenfassung hineingeschraubt werden können. Dabei kann für gleichen Lichtstrom eine 60 Watt Glühbirne durch eine 12 Watt Energiesparlampe ersetzt werden. Während der Anschaffungspreis für eine Glühbirne bei unter 1 Euro liegt, muss man für die Energiesparlampe ca. 1,50 - 5,00 Euro ausgeben.

Bei 10.000 Betriebsstunden würde eine 60 Watt Glühlampe eine Energie von 600 kWh verbrauchen. Bei einem Stromtarif von 0,17 Euro/kWh sind das Stromkosten von 102 Euro. Für diese Betriebsdauer müssen 10 Glühlampen zu 1 Euro angeschafft werden, ausgegangen von einer durchschnittlichen Lebensdauer von 1000 Betriebsstunden für eine Glühlampe. Als Gesamtkosten fallen also 102 + 10 = 112 Euro an.

Die vergleichbare 12 Watt Energiesparlampe verbraucht in der gleichen Zeit nur eine Energie von 120 kWh oder 20,40 Euro Stromkosten. Wegen der weit höheren Lebensdauer braucht für die gesamte Betriebsdauer von 10000 Stunden nur eine Energiesparlampe zu etwa 1,50 Euro angeschafft zu werden. Als Gesamtkosten entstehen rund 21,90 Euro. Die Energiesparlampe amortisiert sich gegenüber 60 Watt Glühlampen zu 1 Euro bereits nach 490 Betriebsstunden. Bei höherem Stromtarif fallen die Relationen für die Energiesparlampe noch günstiger aus.

Lebensdauer:
Leuchtstoffröhren zeichnen sich durch eine sehr lange Lebensdauer aus, die durch die Adsorption des Quecksilbers an den Lampenkomponenten, durch Degradation des Leuchtstoffes und - bei Heißkathodenröhren - durch die Lebensdauer der Glühkathoden begrenzt ist.

Herkömmliche Leuchtstofflampen (T8) haben eine echte Nutzlebensdauer von 3-4000 Stunden, also rund ein Jahr. Eine moderne Leuchtstofflampe (Osram Lumilux T5, 14-80 W) mit EVG erreicht eine Nutzleuchtdauer von 18.000 Stunden. Eine Kompaktleuchtstofflampe erreicht eine Nutzleuchtdauer von meist zwischen 5.000 und 15.000 h (zum Vergleich: konventionelle Glühlampen haben eine Lebensdauer von etwa 1.000 Stunden). Nach dieser Zeit sollten die Röhren ausgetauscht werden, da sie weniger als 80% des ursprünglichen Lichtstromes aussenden. In dieser Zeit haben sich diese Lampen allerdings durch die reduzierten Stromkosten mehrfach bezahlt gemacht. Neuere Leuchtstoffe erlauben einen Betrieb bis zum Versagen der Kathoden, da sie dann noch 80 % des ursprünglichen Lichtstromes liefern.

Wichtig für die Lebensdauer von Leuchtstofflampen sind: - möglichst wenige Schaltvorgänge - beidseitiger Warmstart vor dem Einschaltvorgang (einseitig begrenzt die Lebensdauer stark) - gute Netzfilterung (ergibt sich aus dem VDE Prüfzertifikat des EVG)

Leuchtstofflampen (heiße Kathode) eignen sich nur bedingt für wiederholte Schaltvorgänge und kurze Brenndauern unter 10 Minuten, eine solche Betriebsweise verschleißt die Kathoden. Eine Ausnahme bilden neuere Typen von Energiesparlampen, die durch eine Steuerung der Vorheizphase statt für wenige 10.000 für mehrere 100.000 Schaltvorgänge ausgelegt sind.

Kompaktleuchtstofflampen mit integriertem Vorschaltgerät (sog. Energiesparlampen) versagen häufig durch Ausfälle des elektronischen Vorschaltgerätes; dieses ist sehr empfindlich gegenüber erhöhten Umgebungstemperaturen, was besonders in geschlossenen Leuchten zu Frühausfällen führt.

Flimmern und Stroboskopeffekt:
Bedingt durch die 50 Hz Wechselspannung erlischt das Lampenlicht bei konventionellen Vorschaltgeräten im Bereich eines jeden Nulldurchganges. Es entstehen Hell-Dunkel-Phasen im 100-Hz-Rhythmus (Flimmern), die Stroboskopeffekte hervorrufen können, welche sich bei schnellen Bewegungen bemerkbar machen oder bei rotierenden Arbeitsmaschinen eine langsame oder stehende Maschine vortäuschen können.

Das menschliche Auge ermüdet durch das Flimmern nachweislich schneller.

Abhilfe bietet die Duoschaltung oder bei großen Anlagen die Versorgung mit 3-Phasen-Wechselstrom (Drehstrom), wodurch mehrere Lampen ihr Licht phasenverschoben abgeben.

Elektronische Vorschaltgeräte (auch die Aufsteck EVG-s, die zum Umrüsten von T8-Leuchten mit konventionellem Vorschaltgerät auf T5-Röhren kleinerer Leistung angeboten werden) liefern nahezu flimmerfreies Licht, da sie die Röhre mit Wechselstrom einer höheren Frequenz betreiben, um den Stroboskopeffekt zu vermindern und die Baugröße der Drossel zu verringern.

Energiesparlampen haben heute normalerweise ein elektronisches Vorschaltgerät integriert und flimmern daher kaum.

Recycling:
Das Quecksilber in Leuchtstoffröhren ist giftig für Mensch und Umwelt, die Beschichtung der Röhre ebenfalls. Zudem sind die verwendeten seltenen Elemente relativ teuer und können zurückgewonnen werden, weshalb ausgediente Leuchtstoffröhren keinesfalls über Hausmüll oder Altglas entsorgt werden sollten. Innerhalb der EU ist das Recycling von Leuchtstoffröhren und anderen Leuchtmitteln durch die WEEE-Richtlinie geregelt. Leuchtstoffröhren aus Privathaushalten müssen bei einer Sammelstellte (Recyclinghof) abgegeben werden. Die Regelung für Leuchtstoffröhren aus dem gewerblichen Bereich ist in den einzelnen EU Mitgliedsstaaten unterschliedlich. In Deutschland soll die Rücknahme durch den Hersteller erfolgen, haushaltsübliche Mengen können aber auch über die öffentlichen Sammelstellen entsorgt werden, geregelt wird das vom ElektroG

Elektrosmog und elektromagnetische Verträglichkeit:
Grundsätzlich müssen Leuchtstoffröhren und die für diese konstruierten Leuchten, wie alle anderen im Handel erhältlichen elektrischen Geräte, Grenzwerte der elektromagnetischen Verträglichkeit erfüllen. Dies wird durch das auf den Geräten angebrachte CE-Kennzeichen dokumentiert. Damit sind Störaussendungen auf ein Maß begrenzt, bei dem eine Beeinträchtigung anderer Geräte hinnehmbar (weil gering oder kurzzeitig) ist.

Die nachfolgend aufgelisteten Störungen sind möglich:
- Leuchtstoffröhren mit elektronischem Vorschaltgerät erzeugen durch den darin befindlichen Inverter breitbandige hochfrequente Strahlung, die von der Lampe und deren Zuleitungen abgestrahlt werden. Maßgeblich sind dabei die Arbeits-Frequenzen von meist knapp unterhalb 50 kHz sowie deren Oberwellen (Harmonische).
- Auch Leuchtstofflampen mit konventionellem Vorschaltgerät geben ein breitbandiges Störspektrum im Bereich des AM-Rundfunks ab. Gestört werden können unter anderem Rundfunkempfänger für Lang-, Mittel- und Kurzwelle.
- Störend kann sich der Startvorgang konventioneller Leuchstofflampen auch auf Audioanlagen auswirken - der generierte breitbandige Störimpuls breitet sich auf den Netzleitungen aus und gelangt meist kapazitiv auf verschiedenen Wegen in Signalzuleitungen und Verstärker. Die wirksamste Maßnahme dagegen und auch gegen die breitbandigen Störungen im Betrieb ist die sog. Nahentstörung in der Leuchte (Kondensator im Glimmstarter) oder ein Netzfilter vor der Leuchte oder den gestörten Verbrauchern.
- Durch das 50-Hz-Magnetfeld konventioneller Drossel-Vorschaltgeräte können Bildschirme mit Kathodenstrahlröhre (CRT) gestört werden.
- Gelegentlich stört EVG-erzeugtes Licht die IR-Empfänger (Fernsteuerung) von Unterhaltungsgeräten, da deren Arbeitsfrequenzen ähnlich sind.

Elektrosmog ist ein pseudowissenschaftlicher Begriff, der nichtionisierende Strahlung (Funkwellen) und elektrische sowie magnetische Felder und deren unterstellte gesundheitliche Beeinträchtigungen umfasst. Insbesondere konventionelle Vorschaltgeräte erzeugen ein magnetisches Streufeld mit einer Frequenz von 50 Hz.
Auswirkungen von Elektrosmog auf die Gesundheit sind sehr stark umstritten.

Standardisierung:
Der Röhrendurchmesser von Leuchtstofflampen ist standardisiert. Die Zahl nach dem Buchstaben "T" steht dabei für Achtel Zoll (engl. inch). Eine T5-Röhre hat beispielsweise einen Durchmesser von 5/8 Zoll, was etwa 16 mm entspricht.

Irrtümer:
Leuchtstofflampen werden im Volksmund oft als Neonröhren bezeichnet, obwohl sie kein Neon, sondern Quecksilberdampf und als Edelgas das wesentlich häufigere und billigere Argon enthalten. Neonlampen erzeugen normalerweise nur rotes Licht und werden vorzugsweise als Reklamebeleuchtung eingesetzt.

Eine ebenso verbreitete unzutreffende Annahme ist, dass Leuchtstofflampen beim Einschalten viel Energie verbrauchen würden. Richtig ist, dass kurzzeitig ein Einschaltstrom fließt, der bis zu 10% höher als im Betrieb ist. Der Energieinhalt ist jedoch unbedeutend, weil der Startvorgang nur Sekundenbruchteile dauert und die aufgenommene Wirkleistung dabei oft sogar geringer ist als im Betrieb. Bei Glühlampen sind die kalten Heizwendeln im Einschaltmoment niederohmig, so dass hier ebenfalls kurzzeitig ein hoher Strom fließt, der sich aber bei der sofortigen Erwärmung auf den normalen Wert einstellt. Diese Tatsache wird gerne beim Vergleich vergessen.

Früher galt, eine Leuchtstofflampe solle man nicht unter 20-30 min ausschalten, um deren Lebensdauer durch den Startvorgang nicht übermäßig zu verkürzen (Kosten durch häufigeren Neukauf). Ausschaltdauern unter ca. 10 Minuten wiegen vor allem bei billigen/älteren Energiesparlampen und Leuchten mit konventionellem Vorschaltgerät auch heute durch die dadurch auftretende Lebensdauerkürzung die eingesparten Energiekosten nicht auf. Neuere Energiesparlampen und EVG starten die Lampen jedoch derart schonend, dass laut Angaben mancher Hersteller häufiges kurzes Ausschalten keinen Einfluss auf die Lebensdauer hat. Die teilweise zur Vorheizsteuerung eingesetzten PTC-Widerstände legen jedoch nahe, dass dies nicht für Ausschaltzeiten unter ca. 1 min gilt - dann verursacht die thermische Trägheit der PTC eine unzureichende Vorheizung und einen Kathodenverschleiß.

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