L-Lampe


L-Lampe
Leuchtstofflampen in verschiedenen Ausführungsformen

Die Leuchtstofflampe ist eine Niederdruck-Gasentladungslampe, die innen mit einem fluoreszierenden Leuchtstoff beschichtet ist. Sie besitzt im Gegensatz zur Leuchtröhre bzw. zur Kaltkathoden-Fluoreszenzröhre heiße Kathoden, die Elektronen durch Glühemission emittieren.

Als Gasfüllung dient Quecksilberdampf zur Emission von Ultraviolettstrahlung und zusätzlich meist Argon. Die Ultraviolettstrahlung wird von der Leuchtstoff-Beschichtung in sichtbares Licht umgewandelt (siehe Abschnitt Lichtfarbe).

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Der erste Vorläufer der modernen Leuchtstofflampe ist die sogenannte 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 Leuchtröhren und hatte vor, alle Haushalte mit Leuchtstofflampen 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 war bei der damaligen Schwarzweißfotografie noch von geringer Bedeutung. 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. Insbesondere bei der Wohnraumbeleuchtung werden Leuchtstofflampen und Kompaktleuchtstofflampen gerne eingesetzt.

Funktion

Gasentladung

Beim Starten ist nach dem Vorheizen der Kathoden eine Zündspannung erforderlich, um die Gasfüllung der Leuchtstofflampen zu ionisieren. Dadurch wird das Gas elektrisch leitend. Es entsteht ein Niederdruck-Plasma, das so lange erhalten bleibt, wie die u. a. von der Lampenlänge 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 Lampe 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 Lampe, 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 Lampe problematisch, man benötigt daher einen Inverter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Seit den 1990er Jahren werden Leuchtstofflampen 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 Leuchtstofflampe), 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 Lampe weitgehend absorbiert, so dass nur unbedenklich wenig gesundheitsschädliche UV-Strahlung aus der Lampe 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 sogenannten 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 Leuchtstofflampen angeboten. Schwarzlichtröhren sind ebenfalls mit einem Leuchtstoff beschichtet, der gefährliche UV-B-Strahlen in den UV-A-Bereich wandelt. Außerdem ist der 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.

Lichtfarbe

Spektrum einer Leuchtstofflampe. Die Zahlen geben die Wellenlänge der Spektrallinien des Quecksilbers an. Angeregt durch die UV-Strahlung des Quecksilbers emittieren die Leuchtstoffe bei mehreren Farben im sichtbaren Bereich.

Hauptartikel: Lichtfarbe, Farbwiedergabeindex

Vielleicht der größte Nachteil von Leuchtstofflampen 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 Leuchtstofflampen in warmweiß (engl. warm white), neutral-/kaltweiß (engl. cool white) und tageslichtweiß (engl. 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 (sogenannte 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 sogenannten 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 sogenannte 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 Leuchtstofflampen 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 zugrundeliegenden Wirtsgittersystems unterschiedliche Farben erzeugen. Diese Farben ergeben additiv die Leuchtfarbe der Lampe. Die Standardleuchtstoffe basieren auf dem System des sogenannten 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 Leuchtstofflampen 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 Leuchtstofflampe sendet mehr infrarotes Licht aus. Für Anwendungen im Außenbereich und in Kühlanlagen gibt es spezielle Leuchtstofflampen für niedrige Umgebungstemperaturen. Bei großer Kälte (um −25 °C) ist bei Leuchtstofflampen-Straßenbeleuchtung eine reduzierte Helligkeit 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:

Abkürzung Bezeichnung Farbtemperatur Anwendung
ww Warmweiß / warm white < 3300 K Konferenz- u. Büroräume, Gasträume, Wohnräume
nw Neutralweiß / cool white 3300 … 5300 K Schulen, Büros, Werkstätten, Ausstellungsräume
tw Tageslicht / day light > 5300 K Tageslichtersatz in geschlossenen Räumen und für technische Anwendungen

Die Farbe „nw“ wird am häufigsten ausgewählt. In einem Raum sollte stets die gleiche Lichtfarbe eingesetzt werden. Die Hersteller nutzen ein Farbnummernsystem mit 3-stelligen Zahlen, bei denen die erste Ziffer die Farbwiedergabequalität angibt. Eine 8 bedeutet einen Ra-Wert von 80 bis 89, 9 bedeutet Ra-Wert von 90 bis 100. Die beiden letzten Ziffern bezeichnen – wenn man sie um zwei 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 ist und entsprechend mehr blaues Licht enthält.

Leuchtstofflampen mit einer Farbwiedergabe unter 80 sollten – in der Regel – als veraltet angesehen und nicht mehr eingesetzt werden. Folgende Farbtöne sind erhältlich:

Code Bezeichnung Eigenschaften Anwendung
530 Basic warmweiß / warm white Warmes Licht mit schlechter Farbwiedergabe. Objekte erscheinen bräunlich und wenig kontrastiert. Mäßige Lichtausbeute. Garagen, Küchen. Eher seltener geworden – zu Gunsten der Farben 827 und 830.
640/740 Basic neutralweiß / cool white Kühleres Arbeitslicht mit mäßiger Farbwiedergabe. Mäßige Lichtausbeute. Sehr häufig eingesetzt. Büros, Arbeitsräume, Bahnhöfe, Außenbeleuchtung. Sollte durch 840-Lampen ersetzt werden.
765 Basic Tageslicht / daylight Bläulicher Tageslichtersatz mit mäßiger Farbwiedergabe und schlechter Lichtausbeute. Vor allem in Büros oder hinter Werbeplakaten. Sollte durch 865-Lampen ersetzt werden.
827 Lumilux interna Glühlampenähnliches Licht mit guter Farbwiedergabe und guter Lichtausbeute. Wohnräume, Schlafzimmer, Kinderzimmer.
830 Lumilux warmweiß / warm white Halogenlampenähnliches Licht mit guter Farbwiedergabe und guter Lichtausbeute. Annähernd wie 827, etwas mehr Blauanteile.
840 Lumilux neutralweiß / cool white Weißes Arbeitslicht mit sehr guter Farbwiedergabe (ca. 87) und Lichtausbeute. Büros und öffentliche Gebäude, Außenbeleuchtung. Wird in Nordeuropa von vielen Menschen als zu kühl für Wohnräume empfunden.
865 Lumilux Tageslicht / daylight Tageslichtersatz mit sehr guter Farbwiedergabe und mäßiger Lichtausbeute. Angeblich leistungssteigerndes Arbeitslicht. Büros und Außenbeleuchtung.
880 Lumilux skywhite Blaues Licht, das einem wolkenlosen Himmel entspricht. Gute Farbwiedergabe.
930 Lumilux Deluxe warmweiß / warm white Warmes Licht mit hervorragender Farbwiedergabe und schlechter Lichtausbeute. Wohnräume, in denen farblich akzentuiert werden soll.
940 Lumilux Deluxe neutralweiß / cool white Kühles Arbeitslicht mit hervorragender Farbwiedergabe und mäßig-schlechter Lichtausbeute. Arbeitsplätze, an denen Farbakzente wichtig sind. Museen, Galerien.
954, 965 Lumilux Deluxe Tageslicht / daylight Tageslichtersatz mit Vollspektrum-Farbwiedergabe (98) und mäßiger Lichtausbeute. Museen, Galerien, Aquarienbeleuchtung.

Zu beachten ist, dass eine Leuchtstofflampe mit der Voraussetzung einer Farbwiedergabe über 90 (Klasse 1A) im niedrigeren Kelvin-Bereich noch deutlich mehr Lichtausbeute einbüßt als im höheren. Eine Lampe mit Dreibanden-Leuchtstoffen der Farbe 840 und 15 Watt Leistung erreicht einen Lichtstrom von ca. 900 Lumen. Die Lampe der Farbe 950 erreicht 750 Lumen, die Lampe der Farbe 940 etwa 700 Lumen, und diejenige der Farbe 930 nur noch rund 600 Lumen.

Farbige Leuchtstofflampen

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 sogenannten „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.

Einteilung

Schaltzeichen einer Leuchtstofflampe mit den vier Anschlüssen für die Glühkathoden

Man unterscheidet zwischen so genannten Heißkathodenlampen (Leuchtstofflampen im engeren Sinne) und Kaltkathodenlampen (CCFL von engl. cold cathode fluorescent lamp und einige Leuchtröhren).

Heißkathodenlampen

Heißkathode einer Ultraviolett-Lampe (ohne Leuchtstoff)
Kompaktleuchtstofflampe 18 Watt mit integriertem Starter zum Betrieb an einem externen Vorschaltgerät

Bei den Heißkathodenlampen (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 zuerst die Zündspannung (siehe unten), anschließend die eigentliche Betriebsspannung freigegeben. Diese ist eine Wechselspannung, daher wirken beide Elektroden jeweils eine halbe Periode lang abwechselnd als Anode (positiv geladene 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 Lampe stoßen die Elektronen mit den Quecksilberatomen zusammen. Dabei wird das Gas ionisiert (Stoßionisation), und es entsteht ein Plasma innerhalb des Glaskolbens.

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.

Heißkathodenlampen 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 Lampe 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.

Sogenannte Schwarzlichtlampen sind außerdem mit Nickeloxid beschichtet, das 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. sogenannte „Energiesparlampen“ sind Heißkathodenlampen.

Niederdruck-Natriumdampflampen sind ähnlich wie Heißkathoden-Leuchtstofflampen 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)

Fluorescent lamp-electronic ballast-sound ANr°0001.ogg
Typisches Geräusch beim einschalten einer Leuchtstofflampe. Zu hören: Brummen: Geräusch der Drossel, Klicken od. Blinken: Geräusch des Starters

Ein KVG besteht 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
Beispiel für eine Drossel für Leuchtstofflampen

Die Leuchtstofflampe selbst arbeitet – je nach Typ – mit etwa 40 V bis 110 V Brennspannung (Spannungsabfall über der Entladungsstrecke) und benötigt einen Vorwiderstand, um im Betrieb den durch die Lampe 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, es entsteht ein Lichtbogen und die Lampe explodiert. Bei 230 V Netzspannung wird man auf jeden Fall entweder einen Kondensator oder eine Spule mit passendem Blindwiderstand verwenden, um unnötige Wärmeentwicklung zu vermeiden. Zur Berechnung des induktiven Widerstandes siehe hier.

Eine Drossel, in Reihe zur Lampe geschaltet, kann auch die zur Zündung der Lampe erforderliche Spannung erzeugen. Bei einem Kondensator sind kompliziertere Schaltungen notwendig. Die Drosselspule wird auch als „Konventionelles Vorschaltgerät“ (KVG) bezeichnet. Sie hat bei einer 58-Watt-Lampe eine Verlustleistung von etwa 13 Watt. „Verlustarme Vorschaltgeräte“ (VVG) sind eine (selten anzutreffende) Weiterentwicklung mit ca. 8 Watt Verlustleistung.

Starter
Geöffneter Starter.
So funktioniert ein Starter
Fluorescent lamp-electronic ballast starter-movie VNr°0001.ogv
Typisches (mehrfaches) Aufleuchten eines Starters beim Einschalten der Lampe
Typisches Aufleuchten eines Starters vor dem Durchzünden der Lampe

Das Bild rechts zeigt einen geöffneten Glimmstarter, links das Gehäuse, rechts ein Streichholz zum Größenvergleich. Der Starter leitet die Zündung der Lampe ein. Er ist parallel zur Lampe angeschlossen und enthält in seiner traditionellen Ausführung eine Glimmlampe, deren Elektroden als Bimetallstreifen (siehe Bild rechts) ausgeführt sind und sich durch die Glimmentladung erwärmen. Die Zündspannung der Glimmlampe ist so bemessen, dass sie oberhalb der Betriebsspannung der Leuchtstofflampe (50 V bis 110 V, 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 (Einzellampen von 4 bis 65/80 W) und Startern für den sogenannten Tandembetrieb (Zweifachleuchten mit meist zwei Lampen à 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 Einzelleuchten bis zu einer Stärke von 22 Watt eingesetzt werden. Lampen höherer Leistungen können in Tandemschaltung nicht zuverlässig gezündet werden, wenn die Summe ihrer Brennspannungen deutlich über der halben Netzspannung liegt – es ergäbe sich ein dauerhaftes Flackern der Lampen. Lässt sich eine defekte Lampe 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 Leuchtstofflampe. Es endet erst, wenn in der Lampe ein Heizdraht (eine Elektrode) 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 der defekte Kondensator ihn kurzschließt. Es ergibt sich ein dauerhaft geschlossener Stromkreis, als hätte man an die Stelle des Starters einen simplen Verbindungsdraht gesetzt. Obwohl die Glimmlampe an sich oft unversehrt ist, muss er ausgetauscht werden. Zum zweiten können die Elektroden der Glimmlampe verschweißen. Auch in diesem Fall ergibt sich ein dauerhaft geschlossener Stromkreis. Die Leuchtstofflampe 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 Lampen nicht mehr zuverlässig gezündet werden können.

Durch Dauerbeheizung stark geschädigte Röhre (58 Watt / 827).

Wird eine noch nutzbare Lampe durch einen defekten Starter mehrere Stunden oder tagelang beheizt, verliert sie dadurch einen guten Teil ihrer restlichen Lebensdauer (erkennbar an den geschwärzten Enden durch abgedampftes Elektrodenmaterial). Eine solche Lampe ist oft noch zündbar, jedoch verändert sich durch das Abdampfen von Elektrodenmaterial die Zusammensetzung des Füllgases, so dass sich auch die technischen Eigenschaften der Lampe ändern. Einige derart geschädigte Lampen geben kurz nach dem Zündvorgang wesentlich weniger Licht ab als ein intaktes Leuchtmittel und flimmern stärker (deutlich erkennbar bei Dreibandenlampen mit hohen Leistungen ≥ 36 W). Da sich die gezündete Lampe nach kurzer Brenndauer von den Enden her erwärmt, leuchten diese oft deutlich heller als die Mitte, in der sich eine Art „Lichtstrom-Loch“ ergibt. Es verschwindet erst bei erreichter Betriebstemperatur (meist nach mehreren Minuten) langsam wieder, da sich nun die gesamte Lampe erwärmt hat. Eine solche Lampe erreicht ihren vollen Lichtstrom, wenn überhaupt, erst nach längerer Zeit – am ehesten noch bei höheren Umgebungstemperaturen.

Sicherungsschnellstarter 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 Lampe 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 bis 3 s, abhängig vom Modell, öffnet der Starter idealerweise im Strommaximum, wodurch eine hohe Induktionsspannung in der Drossel entsteht, welche die Lampe 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. Sofern durch einen Defekt im elektronischen Starter dieser Art die Vorheizung nicht wie vorgesehen sehr schnell wieder beendet wird, wird die Leuchtstofflampe in kürzester Zeit schwer geschädigt. Bei Vorheizung über mehrere Minuten und länger verbrennt die Drossel, was u.a. zu starker Rauchentwicklung führt.

Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) bewerkstelligen den Startvorgang selbst.

Hat eine Lampe 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, so dass der Starter bei der nun höheren Spannung während jeweils einer Halbwelle erneut zündet, da die Lampe durch das Ausfallen von meist nur einer Elektrode einen Gleichrichtereffekt aufweist.

Startvorgang
Startvorgang als Animation
  • Bild 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Leuchtstofflampe, angeschlossen an einen Bimetallstarter und eine Drosselspule. Der Startvorgang geht hier wie folgt vor sich: Nach dem Einschalten liegt, da durch die Lampe noch kein Strom fließt, die volle Netzspannung am Starter an.
  • Bild 2 Die Glimmlampe des Starters zündet.
  • Bild 3 Der Bimetallstreifen erwärmt und verbiegt sich, so dass beide Kontakte kurzgeschlossen werden. Nun fließt ein großer Strom durch die Heizwendeln in der Leuchtstofflampe und die Drosselspule. Die Wendeln beginnen zu glühen und senden Elektronen aus, die das Gas in der Lampe mit Ladungsträgern anreichern.
  • Bild 4 Die nun fehlende Glimmentladung im Starter lässt das Bimetall abkühlen, wodurch sich der Bimetallkontakt wieder öffnet. Da die Glimmlampe und die noch nicht gezündete Leuchtstofflampe 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 Lampe zündet. Der Strom fließt nun durch das ionisierte Gas in der Lampe.

Da die Lampe 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 Lampe flackert oft ein- oder zweimal auf, bevor sie startet.

Nach der Zündung teilt sich die Betriebsspannung an Lampe und Drossel so auf, dass eine ausreichende Spannung (zwischen 50 Volt und 110 Volt) erhalten bleibt, um die Lampe 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 und die Elektroden erwärmt sind.

Betrieb mit elektronischem Vorschaltgerät (EVG)

Elektronisches Betriebsgerät einer Kompaktleuchtstofflampe
Elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für T8-Leuchtstoffröhren im geöffneten Zustand
Endstufe des Inverters mit Resonanztransformator
Endstufe des Inverters mit Resonanztransformator

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 Resonanztransformator (Drossel mit dem Aufdruck „3.5 mH“ und einer der Kondensatoren (4,7 nF) 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 die Resonanz steuert, was zu einer hohen Spannung von etwa 1000 V über der Lampe führt, die die Leuchtstofflampe zündet. Nach der Zündung fällt die Impedanz der Lampe auf ihren Betriebswert, wodurch sich an der Lampe die 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 bis 254 V= bei Notstrombetrieb und 220 bis 240 V~ bei normaler Netzverfügbarkeit.
  • Betrieb mit Kleinspannung (zum Beispiel 24 V 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 bis 6 Watt, also wesentlich weniger als diejenige eines KVG (50-Hz-Drossel; ca. 8 bis 13 Watt). 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 gleichermaßen niedriger, wodurch dimmbare EVG unter Umständen in die EEI-Klasse „A1“ eingeteilt werden können.

Aufsteck-EVG

Leuchten mit KVG für T8-Leuchtstofflampen lassen sich mit Aufsteck-EVG auf kürzere T5-Lampen kleinerer Leistung umrüsten. Diese EVG werden als Adapter-Set beidseitig zwischen Lampe und alte Leuchtenfassung gesteckt. Sie liefern flimmerfreien Betrieb der T5-Lampen und sparen bis 50 % der Stromkosten. In kalten Räumen hat die T5-Lampe 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 deutlich verringert. Der Starter der konventionellen Leuchte wird bei der Umrüstung durch einen Überbrücker (Gleiche Bauform, jedoch kurzgeschlossene Anschlüsse, teilweise mit Feinsicherung) ersetzt. Bei einigen auf dem Markt angebotenen Modellen traten wiederholt technische Probleme auf, die mehrfach zu Vertriebsverboten durch die Bundesnetzagentur oder zu Untersagungsverfügungen durch Behörden geführt haben.[1][2]

Kaltkathodenlampen

Kaltkathodenlampen (auch CCFL von eng. cold cathode fluorescent lamp) sind keine Leuchtstofflampen im üblichen deutschen Sprachgebrauch – sie zählen zu den Leuchtröhren. Kaltkathodenlampen sind prinzipiell aufgebaut wie die Heißkathodenlampen, nur dass hier keine Heizdrähte vorhanden sind – die Elektroden bestehen stattdessen aus Blechhülsen.

Ohne Vorheizung kann bei diesen Lampen 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 Heißkathodenlampen zu einem geringeren Wirkungsgrad, vermeidet jedoch die Heizung und Beschichtung der Elektroden und ermögliche so eine einfachere, kostengünstigere Herstellung. Die Lebensdauer ist zudem erheblich höher, da der Verschleiß der Elektroden die Funktion im Gegensatz zur Heißkathodenlampe nicht beeinträchtigt.

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

Vorschaltgerät

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

Heute und bei Gleichstrombetrieb (z. B. Notebook) werden Inverter (Wechselrichter und Resonanztransformatoren) 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.

Induktionslampe

Siehe unter Induktionslampe

Effizienz

Leuchtstofflampen erreichen eine Lichtausbeute von etwa 45 bis 100 Lumen pro Watt (zum Vergleich: normale Glühlampe: ca. 10–15 lm/W) und haben somit eine hohe Energieeffizienz, die nur von Natriumdampflampen – allerdings bei schlechterem Farbwiedergabeindex – übertroffen wird.

Leuchtstofflampen sparen somit gegenüber Glühlampen etwa 70 bis 85 % Energie ein. In Messeinrichtungen werden neue Leuchtstofflampen 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 Leuchtengehäuse bleibt die Leuchtstärke von Leuchtstofflampen zum Teil wesentlich geringer als bei Raumtemperatur. Aus diesem Grund werden für Beleutungen im Aussenbereich oder in Kühlräumen spezielle Leuchtstoffröhren verwendet, die auch bei Betriebstemperaturen unter etwa 25 °C eine akzeptable Lichtausbeute liefern, wobei allerdings die maximale und die typische Ausbeute deutlich unter der normaler, hocheffizienter Leuchtstoffröhren liegt. Ähnliche Effekte gibt es bei Vollspektrumleuchtstoffröhren; deren besondere Leuchtstoffzusammensetzung ermöglicht – zu Lasten der Effizienz − ein einem thermischen Strahler angenähertes Spektrum.

Der etwa 4-fach bis 6-fach höheren Lichtausbeute von Leuchtstofflampen im Vergleich mit Glühlampen stehen ein erheblich höhere Anschaffungspreise, eine schlechtere Farbwiedergabe, bei manchen Exemplaren je nach Vorschaltgerät Brumm- oder Pfeifgeräusche und das verzögerte Erreichen der vollen Helligkeit gegenüber.

Der Vergleich lässt sich besonders gut bei Energiesparlampen anstellen, die direkt in eine Glühlampenfassung geschraubt 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 einem Euro liegt, muss man für die Energiesparlampe ca. 1,50 bis 5,00 Euro ausgeben.

Bei 10.000 Betriebsstunden würde eine 60-Watt-Glühlampe eine Energie von 600 kWh verbrauchen. Bei einem Stromtarif von 0,20 Euro/kWh sind das Stromkosten von 120 Euro. Für diese Betriebsdauer müssen zehn Glühlampen zu 1 Euro angeschafft werden, ausgehend von einer durchschnittlichen Lebensdauer von 1000 Betriebsstunden für eine Glühlampe. Als Gesamtkosten fallen also 120 + 10 = 130 Euro an.

Die vergleichbare 11-Watt-Energiesparlampe verbraucht in der gleichen Zeit nur eine Energie von 110 kWh, was 22 Euro Stromkosten entspricht. Wegen der weit höheren Lebensdauer braucht für die gesamte Betriebsdauer von 10000 Stunden nur eine Energiesparlampe zu etwa 5 Euro angeschafft zu werden. Als Gesamtkosten entstehen rund 27 Euro.

Der Betrieb einer Energiesparlampe spart also etwa 103 Euro. Bei höherem Stromtarif fällt das Ergebnis noch günstiger für die Energiesparlampe aus, erreicht diese jedoch nicht die angesetzte Betriebsdauer, wird es ungünstiger.

Wenn das Wechseln der Lampen durch Fachpersonal erfolgt, muss noch der Lohn dafür gerechnet werden. Bei 1/10 Lebensdauer der Glühlampen wären das 9 × 10 Minuten = 1,5 Stunden, also mindestens ca. 15 Euro. Die Energiesparlampe spart dann 118 Euro.

Lebensdauer

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

Herkömmliche Leuchtstofflampen (T8) haben eine echte Nutzlebensdauer von 6000 bis 8000 Stunden an einem konventionellem Vorschaltgerät. Eine moderne Leuchtstofflampe erreicht eine Nutzleuchtdauer von 15.000 am VVG und bis 25.000 Stunden am EVG, Spezialversionen sogar bis zu 80.000 Stunden.[3] Eine Kompaktleuchtstofflampe erreicht eine Nutzleuchtdauer von meist zwischen 5000 und 15.000 h (zum Vergleich: konventionelle Glühlampen haben eine Lebensdauer von etwa 1000 Stunden). Nach dieser Zeit sollten die Lampen ausgetauscht werden, da sie weniger als 80% des ursprünglichen Lichtstromes aussenden. In dieser Zeit haben sie sich allerdings durch die reduzierten Stromkosten mehrfach bezahlt gemacht. Neuere Leuchtstoffe erlauben einen Betrieb bis zum Versagen der Kathoden, da sie auch dann noch 80 % des ursprünglichen Lichtstromes liefern.

Um die angestrebte Lebensdauer zu erreichen, sollten möglichste wenig Schaltvorgänge stattfinden und bei jedem Einschaltvorgang die Kathoden Vorheizen (Warmstart), da ein Kaltstart die Lebensdauer stark verringert. Zusätzlich sollte eine gute Netzfilterung vorhanden sein, die sich aus dem VDE-Prüfzertifikat des EVG ergibt.

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. [4] [5]

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

„Flimmern“ und Stroboskopeffekt

Bedingt durch die Netzfrequenz (50 bzw 60 Hz) erlischt das Lampenlicht bei konventionellen Vorschaltgeräten im Bereich eines jeden Nulldurchganges. Es entstehen Hell-Dunkel-Phasen im 100- bzw. 120-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 möglicherweise 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-Lampen kleinerer Leistung angeboten werden) liefern nahezu flimmerfreies Licht, da sie die Lampe 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 Leuchtstofflampen ist giftig für Mensch und Umwelt, die Beschichtung der Lampe ebenfalls. Zudem sind die verwendeten Werkstoffe (Seltene Erden, Zinn, Kupfer) relativ teuer und können zurückgewonnen werden, weshalb ausgediente Leuchtstofflampen nicht über Hausmüll oder Altglas entsorgt werden dürfen. Innerhalb der EU ist das Recycling von Leuchtstofflampen und anderen Leuchtmitteln durch die WEEE-Richtlinie geregelt. Leuchtstofflampen aus Privathaushalten müssen bei einer Sammelstelle (Recyclinghof) abgegeben werden. Die Regelung für Leuchtstofflampen aus dem gewerblichen Bereich ist in den einzelnen EU-Mitgliedsstaaten unterschiedlich. 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 Leuchtstofflampen 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. Generell muss berücksichtigt werden, dass konventionelle Glühlampen vergleichbarer Lichtleistung durch ihre erheblich höhere elektrische Leistung in den Kabeln der Stromversorgung auch ein entsprechend höheres magnetisches Feld generieren. Dieses folgt aus der Proportionalität zwischen elektrischem Strom und der magnetischen Feldstärke.

Die nachfolgend aufgelisteten Störungen sind möglich:

  • Leuchtstofflampen 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 Leuchtstofflampen 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 der Fernbedienung von Geräten der Unterhaltungselektronik, da deren Arbeitsfrequenzen ähnlich sind.

Elektrosmog ist ein umgangssprachlicher 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.
Die Auswirkungen von Elektrosmog auf die Gesundheit sind stark umstritten.

Standardisierung

Der Kolbendurchmesser von Leuchtstofflampen ist standardisiert. Die Zahl nach dem Buchstaben „T“ steht dabei für Achtel Zoll (1/8⋅25,4 mm = 3,18 mm). Eine T5-Röhre hat beispielsweise einen Durchmesser von 5/8 Zoll, das entspricht etwa 16 mm.

Typ T2 T3 T4 T5 T8 T9 T12
d in mm (ca.) 7 9 13 16 26 30 38

Die Längen sind für die gerade Bauform von Leuchtstofflampen ebenfalls genormt:

Typ T5 T8
Leistung in W 8 14 24 21 39 28 54 35 49 80 18 30 36 58 70
Länge in mm 288 549 849 1149 1449 589,8 895 1199,4 1500 1800

Die relevanten Normen sind:

  • DIN EN 60081 – Zweiseitig gesockelte Leuchtstofflampen[6]
  • DIN EN 60901 – Einseitig gesockelte Leuchtstofflampen[7]

Neben den oben beschriebenen Zollangaben, sind auch Millimeterangaben üblich.[8] Die gebräuchlichen Zahlangaben T5 und T8 werden so zu (siehe Tabelle oben) T16 bzw. T26.

Außer den hier behandelten geraden Leuchtstoffröhren findet man auch runde und U-förmige Ausführungen.

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. Die Bezeichnung ist daher unzutreffend. Neonröhren zählen demgegenüber zu den Leuchtröhren, sind tatsächlich mit Neon gefüllt, besitzen keinen Leuchtstoff und leuchten rot-orange.

Eine ebenso verbreitete unzutreffende Annahme ist, dass Leuchtstofflampen beim Einschalten viel Energie verbrauchen würden. Richtig ist, dass kurzzeitig ein Einschaltstrom fließt, der etwa 10 bis 50 % höher ist als im Betrieb. Der Energieinhalt ist jedoch unbedeutend, weil der Startvorgang nur Sekundenbruchteile dauert und die aufgenommene Wirkleistung dabei oft sogar geringer ist als im Betrieb.

Früher galt, dass man eine Leuchtstofflampe nicht unter 20 bis 30 min. ausschalten solle, um ihre Lebensdauer durch den Startvorgang nicht übermäßig zu verkürzen. Ausschaltzeiten unter ca. 10 Minuten wiegen vor allem bei billigen bzw. 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.

Energieeffizienzklassen

Neben der lichtemittierenden Röhre ist das Vorschaltgerät ein weiterer Verbraucher im Gesamtsystem, das in die Energiebilanz mit eingerechnet werden muss. Konventionelle Vorschaltgeräte (KVG), also die klassische Spule, verheizen circa 1/3 der aufgenommen Leistung. Derartig aufgebaute Lampensysteme finden sich in der CELMA-Energieklassifizierung unter 'C' bzw. 'D' wieder. Vorschaltspulen mit massiverem Kupferanteil oder optimiertem Eisenkern gelten als 'Verlustarme Vorschaltgeräte' (VVG) und können in die Energieeffizienzklasse 'B1' bzw. 'B2' eingeordnet werden. Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) hingegen schaffen es, mit ihrem geringen Eigenverbrauch von circa einem Watt, als Geräte der Klassen 'A1', 'A2' bzw. 'A3' zu gelten.

Laut der EU-Richtlinie 2000/55/EG dürfen Leuchtstofflampen mit der Energieeffizienzklassifizierung 'C' bzw. 'D' seit November 2005 nicht mehr in den freien Handel gebracht werden.

Literatur

Fachbücher

  • A. Senner: Fachkunde Elektrotechnik. 4. Auflage. Verlag-Europa Lehrmittel, Wuppertal 1965.
  • Hans R. Ris: Beleuchtungstechnik für den Praktiker. 2. erweiterte Auflage, VDE-Verlags GmbH, Berlin/Offenbach 1997, ISBN 3-8007-2163-5.
  • Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18.Auflage, Verlag-Europa Lehrmittel, Wuppertal 1989, ISBN 3-8085-3018-9.
  • Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher: Elektrotechnik Fachbildung Industrieelektronik. Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig 1998, ISBN 3-14-221730-4.

Einzelnachweise

  1. Untersagungsverfügung für einen Leuchtstofflampenadapter durch die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin
  2. Studie im Auftrag des Schweizer Bundesamtes für Energie, Forschungsprogramm Elektrizität zur Qualität und Wirtschaftlichkeit von T5-Lampenadaptern
  3. Philips Katalog
  4. Megaman: Produktseite der ingenium-Technologie. abgerufen am 13. Jan. 2009.
  5. Osram: Produktseite der Osram Dulux EL Facility. abgerufen am 13. Jan. 2009.
  6. DIN EN 60081 (2006-05). Beuth Verlag, 2006.
  7. DIN EN 60901 (2008-09). Beuth Verlag, 2008.
  8. Ratgeber Licht der Stadt Hamburg, Seite 3

Siehe auch

Weblinks


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