Leuchtstofflampe

hochkant=1.5|mini|Leuchtstofflampen in verschiedenen Ausführungen

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

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

Geschichte mini|Historische Quecksilberdampf­lampe von Peter Cooper-Hewitt, 1903

Der erste Vorläufer der modernen Leuchtstofflampe ist die Geißlerröhre (benannt nach Heinrich Geißler, der sie 1857 erfand). Sie 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. Aufgrund ihrer hohen Effizienz wurde sie in der Fotografie genutzt. Die Lichtfarbe war bei der damaligen Schwarzweißfotografie noch von geringer Bedeutung. 1913 entwickelte Philipp Siedler Leuchtstoffröhren mit Edelgasfüllung.Geschichte, auf infrasite-griesheim.com (Memento vom 16. July 2018 im Internet Archive) 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. Das Unternehmen 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 instabil 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 oft mit elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) betrieben, die Wechselspannung von 32 kHz bis über 40 kHz erzeugen. Dadurch entfällt in der Regel das 100-Hz-Flimmern, das von manchen Menschen als störend empfunden wird.

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. Dabei 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. Schwarzlichtlampen, die fast 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. Zur Desinfektion und Entkeimung gibt es auch Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampen in Form solcher Leuchtstoffröhren. Sie haben klares Glas und leuchten auch im violetten Bereich, emittieren aber besonders viel UV-C-Strahlung um Keime abzutöten, sie können deshalb auch u. a. Menschen schädigen (Sonnenbrand und Bindehautentzündung) und dürfen deshalb nicht verwechselt und nie ohne Schutzabdeckung betrieben werden.

Sprachliche Unterscheidung der Neonröhren Leuchtstofflampen oder -röhren werden umgangssprachlich mitunter fälschlich als Neonröhren bezeichnet. Diese sind historisch als erster Leuchtröhrentyp entwickelt worden. Eine (fachsprachlich echte) Neonröhre ist in ihrer reinen Form nur mit Neon gefüllt, das orange-rot leuchtet, und weist im Gegensatz zu Leuchtstofflampen weder Leuchtstoff an der Glasinnenwand noch Quecksilberdampf auf. Das Glasrohr mit nur 1 bis 2 cm Durchmesser kann klar oder rot gefärbt sein, kommt nicht in Standardgrößen vor und wird wegen der hohen Betriebsspannung nicht von Nutzern selbst getauscht. Mit anderen Gasen, zumeist anderen Edelgasen und Gasmischungen, selten auch unter Beimischung von etwas Quecksilberdampf, mitunter auch unter Verwendung eines Leuchtstoffbelags, werden andere, insbesondere kräftige Farben, aber auch Weiß erzielt.

Standardisierte Baugrößen mini|Fassung für T8- und T12-Lampen

Der Röhrendurchmesser von Leuchtstofflampen ist standardisiert. Nach dem Buchstaben „T“ (für „tube“, engl. Röhre) steht der Durchmesser in Achtelzoll (25,4 mm / 8 = 3,175 mm). Eine T5-Röhre hat z. B. einen Durchmesser von etwa Zoll bzw. 16 mm. Neben den Zollangaben sind auch Millimeterangaben vorzufinden:Ratgeber Licht (PDF; 163 kB) der Stadt Hamburg, S. 3. T5 und T8 werden so zu T16 bzw. T26 (siehe Tabelle).

Im englischsprachigen Raum sind Bezeichnungen der Form FxxTy üblich, wobei xx entweder die Länge in Zoll oder die elektrische Leistung in Watt angibt und y wie oben beschrieben den Röhrendurchmesser in Zoll.

Bei Röhren der Hersteller Philips und Osram wird häufig die Farbe in Form eines zwei- oder dreistelligen Zahlencodes angegeben, der nicht mit Bauformangaben verwechselt werden sollte.

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, „“, oder FQ, „“) oder große Effizienz (HE, „“, oder FH, „“). 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 Lampensockel für Röhren sind genormt, ebenso die Stiftabstände der Lampensockel an beiden Enden der geraden Bauformen. Für unterschiedliche Röhrendurchmesser kommen 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.

Typ T2(Stabform) T4 T5 T8 T9 T10 T12 T5(einseitig gesockelt; Stab- o. U-Form) T8(U-Form) T5(Ringform) T4(Ringform) T9(Ringform) T6(Doppel­ringform) Durchm. (mm) 7 13 16 26 29 32 38 ca. 22 26 16 13 28 o. 30 20Länge bzw.Durchmesser(mm) 218320422523 206308408509913 s. u. s. u. s. u. sieheRöhren-sockel 120 bis 850 228300 122 203228279305406 190228 Sockel W4.3W4.3x8.5d WP4.5x8.5d G5 G13 G10q 2GX13 G10q

Die Längen sind für die gerade Bauform von Leuchtstofflampen ebenfalls genormt, mit Ausnahme der T4-Röhren mit G5-Sockel. Diese werden von den einzelnen Herstellern mit unterschiedlichen Längen angeboten, z. B. auch mit 849 mm, 1000 mm und 1149 mm. In folgenden Tabellen sind die Längen ohne Kontaktstifte angegeben:

Typ T4 Leistung (W) 6 8 12 16 20 24 30 Länge (mm) 205 325 355 454 552 641 751 Typ T5 Leistung (W) 4 6 8 13 14 HE 24 HO 21 HE 39 HO 25 HE 28 HE 50 HO 54 HO 32 HE 35 HE 49 HO 73 HO 80 HO Länge (mm) 136 212 288 517 549 849 1149 1449 Typ T8 (* = verbreitet) Leistung (W) 10 10 14 15* 16 18* 23 25 25 25 30* 36 36* 38 58* 70 Länge (mm) 330 470 361 438 720 590 970 691 742 818 895 970 1200 1047 1500 1764

Die relevanten Normen sind: DIN EN 60081 – Zweiseitig gesockelte LeuchtstofflampenDIN EN 60081 (2006-05). Beuth Verlag, 2006. DIN EN 60901 – Einseitig gesockelte LeuchtstofflampenDIN EN 60901 (2008-09). Beuth Verlag, 2008.

Typen mini|Schaltzeichen einer Leuchtstofflampe mit den vier Anschlüssen für die Glühkathoden. Der schwarze Punkt bedeutet, dass die Röhre gasgefüllt ist.

Man unterscheidet zwischen sogenannten Heißkathodenlampen (Leuchtstofflampen im engeren Sinne) und Kaltkathodenlampen (CCFL von engl. ). Der Begriff Kaltkathodenlampe wird auch gleichbedeutend mit Leuchtröhre gebraucht.

Lampen mit Glühkathode mini|Glühkathode in Form einer Wendel (Ultraviolettlampe, ohne Leuchtstoff)