Leuchtstofflampe - Fluorescent lamp

Lineare Leuchtstofflampen, die einen Fußgängertunnel beleuchten
Oben: zwei nicht integrierte Kompaktleuchtstofflampen . Unten: zwei Leuchtstoffröhrenlampen. Beide Typen benötigen ein Vorschaltgerät in der Leuchte . Ein Streichholz links wird zur Skalierung angezeigt.
Typische F71T12 100-W- Bi-Pin-Lampe, die in Solarien verwendet wird. Das (Hg)-Symbol zeigt an, dass diese Lampe Quecksilber enthält . In den USA ist dieses Symbol jetzt auf allen quecksilberhaltigen Leuchtstofflampen vorgeschrieben.
Eine Lampenfassung im "Grabstein"-Stil für T12- und T8 -Leuchtstofflampen mit zwei Stiften
Im Lampenende einer vorheizenden Bi-Pin-Lampe. In dieser Lampe wird das Filament durch eine längliche Metall umgeben Kathodenabschirmung, das Lampenende Verdunkelung reduzieren hilft.

Eine Leuchtstofflampe oder Leuchtstoffröhre ist eine Niederdruck-Quecksilberdampf -Gasentladungslampe , die Fluoreszenz verwendet , um sichtbares Licht zu erzeugen. Ein elektrischer Strom im Gas regt Quecksilberdampf an, der kurzwelliges ultraviolettes Licht erzeugt, das dann eine Phosphorschicht auf der Innenseite der Lampe zum Leuchten bringt . Eine Leuchtstofflampe wandelt elektrische Energie wesentlich effizienter in Nutzlicht um als Glühlampen. Die typische Lichtausbeute von Leuchtstoffröhren beträgt 50–100 Lumen pro Watt, ein Vielfaches der Lichtausbeute von Glühlampen mit vergleichbarer Lichtleistung. Im Vergleich dazu beträgt die Lichtausbeute einer Glühbirne nur 16 Lumen pro Watt.

Leuchtstofflampen sind teurer als Glühlampen, da sie ein Vorschaltgerät benötigen , um den Strom durch die Lampe zu regulieren , aber die niedrigeren Energiekosten gleichen normalerweise die höheren Anschaffungskosten aus. Kompaktleuchtstofflampen sind mittlerweile in den gleichen gängigen Größen wie Glühlampen erhältlich und werden als energiesparende Alternative im Haushalt eingesetzt.

Viele Leuchtstofflampen sind aufgrund ihres Quecksilbergehalts als Sondermüll eingestuft . Die US-Umweltschutzbehörde empfiehlt, Leuchtstofflampen zum Recycling oder zur sicheren Entsorgung vom allgemeinen Abfall zu trennen , und einige Gerichtsbarkeiten verlangen das Recycling von ihnen.

Geschichte

Physische Entdeckungen

Die Fluoreszenz bestimmter Gesteine ​​und anderer Substanzen wurde Hunderte von Jahren beobachtet, bevor ihre Natur verstanden wurde. Mitte des 19. Jahrhunderts hatten Experimentatoren ein strahlendes Leuchten beobachtet, das von teilweise evakuierten Glasgefäßen ausging, durch die ein elektrischer Strom floss. Einer der ersten, der dies erklärte, war der irische Wissenschaftler Sir George Stokes von der Universität Cambridge im Jahr 1852, der das Phänomen "Fluoreszenz" nach Fluorit benannte , einem Mineral, dessen Proben aufgrund von Verunreinigungen stark leuchten. Die Erklärung stützte sich auf die Natur der Elektrizitäts- und Lichtphänomene, wie sie von den britischen Wissenschaftlern Michael Faraday in den 1840er Jahren und James Clerk Maxwell in den 1860er Jahren entwickelt wurden.

Mit diesem Phänomen wurde wenig mehr getan, bis der deutsche Glasbläser Heinrich Geissler 1856 eine Quecksilber-Vakuumpumpe entwickelte , die ein Glasrohr in einem zuvor nicht möglichen Ausmaß evakuierte. Geissler erfand die erste Gasentladungslampe, das Geissler Rohr , bestehend aus einem teilweise evakuierten Glasrohr mit einer Metallelektrode an jedem Ende. Beim Anlegen einer Hochspannung zwischen den Elektroden leuchtete das Innere der Röhre mit einer Glimmentladung auf . Durch das Einbringen verschiedener Chemikalien konnten die Tuben in einer Vielzahl von Farben hergestellt werden, und aufwendige Geissler-Tuben wurden zur Unterhaltung verkauft. Wichtiger jedoch war sein Beitrag zur wissenschaftlichen Forschung. Einer der ersten Wissenschaftler, der mit einer Geißler-Röhre experimentierte, war Julius Plücker, der 1858 systematisch die Lumineszenzeffekte beschrieb, die in einer Geißler-Röhre auftraten. Er machte auch die wichtige Beobachtung, dass sich das Glühen in der Röhre in der Nähe eines elektromagnetischen Feldes verlagerte . Alexandre Edmond Becquerel beobachtete 1859, dass bestimmte Substanzen Licht abgeben, wenn sie in eine Geissler-Röhre gegeben werden. Er fuhr fort, dünne Beschichtungen von Leuchtstoffen auf die Oberflächen dieser Röhren aufzubringen. Fluoreszenz trat auf, aber die Röhren waren sehr ineffizient und hatten eine kurze Lebensdauer.

Die Anfragen, die mit dem Geissler-Rohr begannen, wurden fortgesetzt, als noch bessere Vakuums hergestellt wurden. Das berühmteste war die Vakuumröhre, die von William Crookes für wissenschaftliche Forschungen verwendet wurde . Diese Röhre wurde von der hocheffektiven Quecksilber- Vakuumpumpe von Hermann Sprengel evakuiert . Forschungen von Crookes und anderen führten schließlich zur Entdeckung des Elektrons im Jahr 1897 durch JJ Thomson und Röntgenstrahlen im Jahr 1895 durch Wilhelm Roentgen . Aber die sogenannte Crookes-Röhre erzeugte wenig Licht, weil das Vakuum darin zu gut war und somit die Gasspuren fehlten, die für die elektrisch stimulierte Lumineszenz benötigt werden .

Frühentladungslampen

Eine der ersten Quecksilberdampflampen , die 1903 von Peter Cooper Hewitt erfunden wurde. Sie ähnelte einer Leuchtstofflampe ohne die fluoreszierende Beschichtung auf der Röhre und erzeugte grünliches Licht. Das runde Gerät unter der Lampe ist das Vorschaltgerät .

Thomas Edison verfolgte kurzzeitig Leuchtstofflampen wegen ihres kommerziellen Potenzials. Er erfand 1896 eine Leuchtstofflampe, die eine Beschichtung aus Kalziumwolframat als fluoreszierende Substanz verwendete, die durch Röntgenstrahlen angeregt wurde. Obwohl sie 1907 ein Patent erhielt, wurde sie nicht in Produktion genommen. Wie bei einigen anderen Versuchen, Geissler-Röhren zur Beleuchtung zu verwenden, hatte sie eine kurze Lebensdauer, und angesichts des Erfolgs der Glühlampe hatte Edison wenig Anlass, eine alternative Methode der elektrischen Beleuchtung zu verfolgen. Nikola Tesla machte in den 1890er Jahren ähnliche Experimente und entwickelte hochfrequenzbetriebene Leuchtstofflampen, die ein helles grünliches Licht gaben, aber wie bei Edisons Geräten wurde kein kommerzieller Erfolg erzielt.

Einer von Edisons ehemaligen Mitarbeitern entwickelte eine Gasentladungslampe, die einen gewissen kommerziellen Erfolg erzielte. 1895 demonstrierte Daniel McFarlan Moore Lampen mit einer Länge von 2 bis 3 Metern, die Kohlendioxid oder Stickstoff verwendeten , um weißes bzw. rosa Licht zu emittieren. Sie waren wesentlich komplizierter als eine Glühbirne und benötigten sowohl eine Hochspannungsversorgung als auch eine Druckregelanlage für das Füllgas.

Moore erfand ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil, das einen konstanten Gasdruck in der Röhre aufrechterhielt, um die Lebensdauer zu verlängern. Obwohl Moores Lampe kompliziert und teuer war und sehr hohe Spannungen benötigte, war sie wesentlich effizienter als Glühlampen und erzeugte eine größere Annäherung an das natürliche Tageslicht als zeitgenössische Glühlampen. Ab 1904 wurde Moores Beleuchtungssystem in einer Reihe von Geschäften und Büros installiert. Sein Erfolg trug zur Motivation von General Electric bei, die Glühlampe, insbesondere ihren Glühfaden, zu verbessern. Die Bemühungen von GE kamen mit der Erfindung eines Wolfram- basierten Glühfadens zum Tragen . Die verlängerte Lebensdauer und die verbesserte Wirksamkeit von Glühbirnen machten einen der Hauptvorteile der Moore-Lampe zunichte, aber GE erwarb 1912 die entsprechenden Patente. Diese Patente und die erfinderischen Bemühungen, die sie unterstützten, waren von beträchtlichem Wert, als das Unternehmen die Leuchtstoffröhrenbeleuchtung aufnahm mehr als zwei Jahrzehnte später.

Ungefähr zur gleichen Zeit, als Moore sein Beleuchtungssystem entwickelte, erfand Peter Cooper Hewitt die 1901 patentierte Quecksilberdampflampe ( US 682692  ). Hewitts Lampe leuchtete, wenn ein elektrischer Strom bei niedrigem Druck durch Quecksilberdampf geleitet wurde. Im Gegensatz zu Moores Lampen wurden Hewitts in standardisierten Größen hergestellt und mit Niederspannung betrieben. Die Quecksilberdampflampe war den damaligen Glühlampen in puncto Energieeffizienz überlegen, aber das von ihr erzeugte blaugrüne Licht schränkte ihre Anwendung ein. Es wurde jedoch für die Fotografie und einige industrielle Prozesse verwendet.

Quecksilberdampflampen wurden vor allem in Europa nur langsam entwickelt und wurden Anfang der 1930er Jahre nur noch eingeschränkt für die großflächige Beleuchtung verwendet. Einige von ihnen verwendeten fluoreszierende Beschichtungen, aber diese wurden hauptsächlich zur Farbkorrektur und nicht zur Verbesserung der Lichtleistung verwendet. Quecksilberdampflampen nahmen auch die Leuchtstofflampe in ihrem Einbau eines Vorschaltgeräts vorweg, um einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten.

Cooper-Hewitt war nicht der erste gewesen, der Quecksilberdampf zur Beleuchtung verwendet hatte, da frühere Bemühungen von Way, Rapieff, Arons, Bastian und Salisbury unternommen worden waren. Von besonderer Bedeutung war die von Küch und Retschinsky in Deutschland erfundene Quecksilberdampflampe . Die Lampe verwendete einen Kolben mit kleinerer Bohrung und einen höheren Strom, der bei höheren Drücken betrieben wurde. Als Folge des Stroms arbeitete die Glühbirne mit einer höheren Temperatur, was die Verwendung einer Quarzbirne erforderte. Obwohl ihre Lichtleistung im Verhältnis zum Stromverbrauch besser war als die anderer Lichtquellen, war das von ihr erzeugte Licht ähnlich dem der Cooper-Hewitt-Lampe, da ihr der rote Anteil des Spektrums fehlte, was sie für normale Beleuchtung ungeeignet machte. Aufgrund von Schwierigkeiten beim Abdichten der Elektroden an den Quarz hatte die Lampe eine sehr kurze Lebensdauer.

Neonlampen

Der nächste Schritt in der gasbasierten Beleuchtung machte sich die lumineszierenden Eigenschaften von Neon zunutze , einem Edelgas, das 1898 durch Isolierung von der Atmosphäre entdeckt worden war. Neon leuchtete leuchtend rot, wenn es in Geissler-Röhren verwendet wurde. 1910 erhielt Georges Claude , ein Franzose, der eine Technologie und ein erfolgreiches Geschäft für die Luftverflüssigung entwickelt hatte, genügend Neon als Nebenprodukt, um eine Neonbeleuchtungsindustrie zu unterstützen. Während in Frankreich um 1930 Neonbeleuchtung zur Allgemeinbeleuchtung eingesetzt wurde, war sie nicht energieeffizienter als herkömmliche Glühlampen. Neonröhrenbeleuchtung, die auch die Verwendung von Argon und Quecksilberdampf als Alternativgase beinhaltet, wurde vor allem für aufmerksamkeitsstarke Schilder und Werbung verwendet. Neonbeleuchtung war jedoch für die Entwicklung von Leuchtstofflampen relevant, da Claudes verbesserte Elektrode (Patent 1915) das "Sputtern" überwand, eine Hauptquelle der Elektrodenverschlechterung. Sputtern trat auf, wenn ionisierte Partikel auf eine Elektrode trafen und Metallstücke abrissen. Obwohl Claudes Erfindung Elektroden mit einer großen Oberfläche erforderte , zeigte sie, dass ein großes Hindernis für gasbasierte Beleuchtung überwunden werden konnte.

Die Entwicklung des Neonlichts war auch für das letzte Schlüsselelement der Leuchtstofflampe, ihre fluoreszierende Beschichtung, von Bedeutung. 1926 erhielt Jacques Risler ein französisches Patent für das Aufbringen fluoreszierender Beschichtungen auf Neonröhren. Die Hauptverwendung dieser Lampen, die als die ersten kommerziell erfolgreichen Leuchtstoffröhren gelten können, war die Werbung, nicht die allgemeine Beleuchtung. Dies war jedoch nicht der erste Einsatz von fluoreszierenden Beschichtungen; Becquerel hatte die Idee schon früher verwendet und Edison verwendete Calciumwolframat für seine erfolglose Lampe. Andere Anstrengungen waren unternommen worden, aber alle waren von geringer Effizienz und verschiedenen technischen Problemen geplagt. Von besonderer Bedeutung war 1927 die Erfindung einer Niederspannungs-„Metalldampflampe“ durch Friedrich Meyer, Hans-Joachim Spanner und Edmund Germer , die Angestellte einer deutschen Firma in Berlin waren . Ein deutsches Patent wurde erteilt, aber die Lampe ging nie in die kommerzielle Produktion.

Kommerzialisierung von Leuchtstofflampen

Ende der 1920er Jahre waren alle wesentlichen Merkmale der Leuchtstoffröhrenbeleuchtung vorhanden. Jahrzehntelange Erfindung und Entwicklung lieferten die Schlüsselkomponenten von Leuchtstofflampen: wirtschaftlich hergestellte Glasröhren, Edelgase zum Füllen der Röhren, elektrische Vorschaltgeräte, langlebige Elektroden, Quecksilberdampf als Lumineszenzquelle, wirksame Mittel zur zuverlässigen elektrischen Entladung und fluoreszierende Beschichtungen, die durch ultraviolettes Licht angeregt werden könnten. Zu diesem Zeitpunkt war intensive Entwicklung wichtiger als Grundlagenforschung.

1934 berichtete Arthur Compton , ein renommierter Physiker und GE-Berater, der Lampenabteilung von GE über erfolgreiche Experimente mit Leuchtstofflampen bei General Electric Co., Ltd. in Großbritannien (ohne Bezug zu General Electric in den Vereinigten Staaten). Angeregt durch diesen Bericht, und mit allen wichtigen Elementen zur Verfügung, ein Team unter der Leitung von George E. Inman baute einen Prototyp Leuchtstofflampe im Jahr 1934 bei General Electric ‚s Nela Park (Ohio) Engineering - Labor. Dies war keine triviale Übung; wie Arthur A. Bright feststellte: "Es musste viel experimentiert werden in Bezug auf Lampengrößen und -formen, Kathodenkonstruktion, Gasdruck von Argon und Quecksilberdampf, Farben von fluoreszierenden Pulvern, Methoden zu ihrer Befestigung an der Innenseite des" Röhre und andere Details der Lampe und ihrer Hilfsstoffe, bevor das neue Gerät für die Öffentlichkeit bereit war."

General Electric verfügte nicht nur über Ingenieure und Techniker sowie Einrichtungen für F&E-Arbeiten an Leuchtstofflampen, sondern kontrollierte auch die seiner Ansicht nach wichtigsten Patente für Leuchtstofflampen, einschließlich der ursprünglich an Hewitt, Moore und Küch erteilten Patente. Wichtiger als diese war ein Patent für eine Elektrode , die bei den schließlich in Leuchtstofflampen verwendeten Gasdrücken nicht zerfiel. Albert W. Hull vom Schenectady Research Laboratory von GE meldete 1927 ein Patent auf diese Erfindung an, das 1931 erteilt wurde. General Electric nutzte seine Kontrolle über die Patente, um Konkurrenz mit seinen Glühlampen zu verhindern, und verzögerte wahrscheinlich die Einführung von Leuchtstofflampen um 20 Jahre. Schließlich erforderte die Kriegsproduktion 24-Stunden-Fabriken mit sparsamer Beleuchtung und Leuchtstoffröhren wurden verfügbar.

Während GE mit dem Hull-Patent die Grundlage für die Geltendmachung von Rechtsansprüchen an der Leuchtstofflampe verschaffte, erfuhr die Firma wenige Monate nach Produktionsanlauf der Lampe von einer 1927 eingereichten US-Patentanmeldung für die oben erwähnte "Metalldampflampe" aus dem Jahr Deutschland von Meyer, Spanner und Germer. In der Patentanmeldung wurde angegeben, dass die Lampe als überlegenes Mittel zur Erzeugung von ultraviolettem Licht entwickelt wurde, aber die Anmeldung enthielt auch einige Aussagen zur Fluoreszenzbeleuchtung. Die Bemühungen, ein US-Patent zu erhalten, hatten zahlreiche Verzögerungen zur Folge, aber wenn es erteilt worden wäre, hätte das Patent für GE möglicherweise ernsthafte Schwierigkeiten bereitet. Zunächst versuchte GE, die Erteilung eines Patents zu blockieren, indem er behauptete, die Priorität sollte einem ihrer Mitarbeiter, Leroy J. Buttolph, zufallen, der laut ihrer Behauptung 1919 eine Leuchtstofflampe erfunden hatte und dessen Patentanmeldung noch anhängig war. Auch GE hatte 1936 in Inmans Namen eine Patentanmeldung eingereicht, um die „Verbesserungen“ seiner Gruppe abzudecken. 1939 entschied GE, dass die Behauptung von Meyer, Spanner und Germer einige Berechtigung hatte und dass ein langes Einmischungsverfahren auf jeden Fall nicht in ihrem besten Interesse war. Sie ließen daher die Buttolph-Klage fallen und zahlten 180.000 US-Dollar, um die Meyer et al. Anmeldung, die zu diesem Zeitpunkt im Besitz einer Firma namens Electrons, Inc. war. Das Patent wurde ordnungsgemäß im Dezember 1939 erteilt. Dieses Patent, zusammen mit dem Hull-Patent, stellte GE auf eine scheinbar feste rechtliche Grundlage, obwohl es noch Jahre dauerte der Klagen von Sylvania Electric Products , Inc., die eine Verletzung von Patenten behauptete , die sie hielt.

Auch wenn die Patentfrage viele Jahre lang nicht vollständig gelöst war, verschaffte General Electric aufgrund seiner Stärke in der Herstellung und im Marketing eine herausragende Position auf dem aufstrebenden Markt für Leuchtstofflampen. Der Verkauf von "Leuchtstofflampen" begann 1938, als vier verschiedene Röhrengrößen auf den Markt kamen. Sie wurden in Leuchten verwendet, die von drei führenden Unternehmen hergestellt wurden, Lightolier , Artcraft Fluorescent Lighting Corporation und Globe Lighting. Die öffentliche Einführung des Slimline-Leuchtstoffröhren-Vorschaltgeräts im Jahr 1946 erfolgte durch Westinghouse und General Electric und Showcase/Vitrinen-Leuchten wurden 1946 von der Artcraft Fluorescent Lighting Corporation eingeführt . Im folgenden Jahr machten GE und Westinghouse die neuen Leuchten durch Ausstellungen auf der New Yorker Weltausstellung bekannt und die Golden Gate International Exposition in San Francisco. Fluoreszierende Beleuchtungssysteme verbreiteten sich während des Zweiten Weltkriegs schnell, da die Produktion in Kriegszeiten die Nachfrage nach Beleuchtung erhöhte. Bis 1951 wurde in den Vereinigten Staaten mehr Licht von Leuchtstofflampen als von Glühlampen erzeugt.

Als grünlicher Leuchtstoff wurde in den ersten Jahren Zinkorthosilikat mit unterschiedlichem Berylliumgehalt verwendet. Kleine Zugaben von Magnesiumwolframat verbesserten den blauen Teil des Spektrums und ergaben akzeptables Weiß. Nachdem entdeckt wurde, dass Beryllium toxisch ist , übernahmen Leuchtstoffe auf Halophosphat-Basis die Oberhand.

Funktionsprinzipien

Der grundlegende Mechanismus für die Umwandlung von elektrischer Energie in Licht ist die Emission eines Photons, wenn ein Elektron in einem Quecksilberatom aus einem angeregten Zustand in ein niedrigeres Energieniveau fällt . Im Lichtbogen fließende Elektronen kollidieren mit den Quecksilberatomen. Wenn das einfallende Elektron genug kinetische Energie hat , überträgt es Energie auf das äußere Elektron des Atoms, wodurch dieses Elektron vorübergehend auf ein höheres Energieniveau springt, das nicht stabil ist. Das Atom emittiert ein ultraviolettes Photon, wenn das Elektron des Atoms auf ein niedrigeres, stabileres Energieniveau zurückkehrt. Die meisten Photonen, die von den Quecksilberatomen freigesetzt werden, haben Wellenlängen im ultravioletten (UV) Bereich des Spektrums, überwiegend bei Wellenlängen von 253,7 und 185 Nanometer (nm). Diese sind für das menschliche Auge nicht sichtbar, daher wird ultraviolette Energie durch die Fluoreszenz der inneren Phosphorbeschichtung in sichtbares Licht umgewandelt . Der Energieunterschied zwischen dem absorbierten ultravioletten Photon und dem emittierten Photon des sichtbaren Lichts geht zum Erwärmen der Leuchtstoffbeschichtung.

Elektrischer Strom fließt durch das Rohr in einer Niederdruck - Bogenentladung . Elektronen kollidieren mit Edelgasatomen und ionisieren diese innerhalb des den Glühfaden umgebenden Kolbens, um durch den Prozess der Stoßionisation ein Plasma zu bilden . Als Ergebnis der Lawinenionisation der Leitfähigkeit des ionisierten Gases schnell ansteigt, so dass höhere Ströme durch die Lampe fließen.

Das Füllgas trägt zur Bestimmung der elektrischen Eigenschaften der Lampe bei, gibt aber selbst kein Licht ab. Das Füllgas erhöht effektiv die Entfernung, die Elektronen durch die Röhre zurücklegen, wodurch ein Elektron eine größere Chance hat, mit einem Quecksilberatom zu interagieren. Darüber hinaus können Argonatome, die durch den Aufprall eines Elektrons in einen metastabilen Zustand angeregt werden, einem Quecksilberatom Energie verleihen und es ionisieren, was als Penning-Effekt bezeichnet wird . Dies senkt die Durchbruchs- und Betriebsspannung der Lampe im Vergleich zu anderen möglichen Füllgasen wie Krypton.

Konstruktion

Nahaufnahme der Kathoden einer keimtötenden Lampe (ein im Wesentlichen ähnliches Design, das keinen Leuchtstoff verwendet, sodass die Elektroden sichtbar sind)

Eine Leuchtstoffröhre ist mit einer Mischung aus Argon , Xenon , Neon oder Krypton und Quecksilberdampf gefüllt . Der Druck im Inneren der Lampe beträgt etwa 0,3% des Atmosphärendrucks. Allein der Partialdruck des Quecksilberdampfes beträgt in einer T12 40-Watt-Lampe etwa 0,8 Pa (8 Millionstel des Atmosphärendrucks). Die Innenfläche der Lampe ist mit einer fluoreszierenden Beschichtung aus verschiedenen Mischungen von metallischen und seltenen Erden- Phosphorsalzen beschichtet . Die Elektroden der Lampe bestehen typischerweise aus gewendeltem Wolfram und sind mit einer Mischung aus Barium-, Strontium- und Calciumoxiden beschichtet, um die thermionische Emission zu verbessern .

Eine keimtötende Lampe verwendet eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Glimmentladung, die mit der einer Leuchtstofflampe identisch ist, aber die unbeschichtete Quarzglashülle lässt ultraviolette Strahlung durch.

Leuchtstofflampenröhren sind oft gerade und haben eine Länge von etwa 100 Millimeter (3,9 Zoll) für Miniaturlampen bis 2,43 Meter (8,0 Fuß) für Hochleistungslampen. Bei einigen Lampen ist die Röhre zu einem Kreis gebogen, die für Tischlampen oder andere Orte verwendet wird, an denen eine kompaktere Lichtquelle gewünscht wird. Größere U-förmige Lampen werden verwendet, um die gleiche Lichtmenge auf einer kompakteren Fläche bereitzustellen, und werden für besondere architektonische Zwecke verwendet. Kompaktleuchtstofflampen haben mehrere Röhren mit kleinem Durchmesser, die zu einem Bündel von zwei, vier oder sechs verbunden sind, oder eine Röhre mit kleinem Durchmesser, die zu einer Helix gewickelt ist, um eine hohe Lichtleistung bei geringem Volumen zu liefern.

Auf die Innenseite der Röhre werden lichtemittierende Leuchtstoffe als lackähnliche Beschichtung aufgebracht. Die organischen Lösungsmittel werden verdunsten gelassen, dann wird die Röhre fast bis zum Schmelzpunkt von Glas erhitzt, um verbleibende organische Verbindungen auszutreiben und die Beschichtung mit der Lampenröhre zu verschmelzen. Eine sorgfältige Kontrolle der Korngröße der suspendierten Leuchtstoffe ist erforderlich; große Körner führen zu schwachen Beschichtungen und kleine Partikel führen zu einer schlechten Lichtbeständigkeit und Effizienz. Die meisten Leuchtstoffe funktionieren am besten mit einer Partikelgröße von etwa 10 Mikrometern. Die Beschichtung muss dick genug sein, um das gesamte vom Quecksilberbogen erzeugte ultraviolette Licht einzufangen, aber nicht so dick, dass die Phosphorbeschichtung zu viel sichtbares Licht absorbiert. Die ersten Leuchtstoffe waren synthetische Versionen natürlich vorkommender fluoreszierender Mineralien, denen geringe Mengen an Metallen als Aktivatoren zugesetzt wurden. Später wurden andere Verbindungen entdeckt, die die Herstellung unterschiedlicher Farben von Lampen ermöglichten.

Vorschaltgeräte

Verschiedene Vorschaltgeräte für Leuchtstoff- und Entladungslampen

Leuchtstofflampen sind Geräte mit negativem Differenzwiderstand. Wenn mehr Strom durch sie fließt, sinkt der elektrische Widerstand der Leuchtstofflampe, sodass noch mehr Strom fließen kann. Direkt an ein Konstantspannungsnetzteil angeschlossen , würde sich eine Leuchtstofflampe aufgrund des unkontrollierten Stromflusses schnell selbst zerstören. Um dies zu verhindern, müssen Leuchtstofflampen ein Vorschaltgerät verwenden , um den Stromfluss durch die Lampe zu regulieren.

Die Klemmenspannung einer Operationslampe variiert je nach Lichtbogenstrom , Röhrendurchmesser, Temperatur und Füllgas. Eine 48-Zoll (1.219 mm) T12-Lampe für Allgemeinbeleuchtung wird mit 430 mA und einem Spannungsabfall von 100 Volt betrieben. Hochleistungslampen arbeiten mit 800 mA und einige Typen arbeiten mit bis zu 1,5 A. Der Leistungspegel variiert von 33 bis 82 Watt pro Meter Röhrenlänge (10 bis 25 W/ft) für T12-Lampen.

Das einfachste Vorschaltgerät für die Verwendung mit Wechselstrom (AC) ist eine in Reihe geschaltete Induktivität , die aus einer Wicklung auf einem laminierten Magnetkern besteht. Die Induktivität dieser Wicklung begrenzt den Wechselstromfluss. Diese Art von Vorschaltgerät ist in 220-240V-Ländern üblich (und in Nordamerika bis zu 20W-Lampen). Vorschaltgeräte sind für die Größe der Lampe und die Netzfrequenz ausgelegt. In Nordamerika reicht die Wechselspannung nicht aus, um lange Leuchtstofflampen zu starten, daher ist das Vorschaltgerät oft ein Aufwärts- Spartransformator mit erheblicher Streuinduktivität (um den Stromfluss zu begrenzen). Jede Form von induktivem Vorschaltgerät kann auch einen Kondensator zur Leistungsfaktorkorrektur enthalten .

230 V Vorschaltgerät für 18–20 W

Leuchtstofflampen können direkt von einer Gleichstromquelle (DC) mit ausreichender Spannung betrieben werden, um einen Lichtbogen zu zünden. Das Vorschaltgerät muss widerstandsbehaftet sein und würde ungefähr so ​​viel Strom verbrauchen wie die Lampe. Beim Betrieb mit Gleichstrom ist der Startschalter oft so angeordnet, dass er die Polarität der Versorgung der Lampe bei jedem Start umkehrt; andernfalls sammelt sich das Quecksilber an einem Ende der Röhre an. Leuchtstofflampen werden aus diesen Gründen (fast) nie direkt mit Gleichstrom betrieben. Stattdessen wandelt ein Wechselrichter den Gleichstrom in Wechselstrom um und stellt die Strombegrenzungsfunktion bereit, wie unten für elektronische Vorschaltgeräte beschrieben.

Einfluss der Temperatur

Wärmebild einer spiralförmigen Leuchtstofflampe.

Die Leistung von Leuchtstofflampen wird entscheidend von der Temperatur der Kolbenwand und ihrem Einfluss auf den Partialdruck des Quecksilberdampfes innerhalb der Lampe beeinflusst. Da Quecksilber an der kühlsten Stelle der Lampe kondensiert, ist eine sorgfältige Konstruktion erforderlich, um diese Stelle auf der optimalen Temperatur von etwa 40 °C (104 °F) zu halten.

Die Verwendung eines Amalgams mit einem anderen Metall verringert den Dampfdruck und erweitert den optimalen Temperaturbereich nach oben; jedoch muss die Temperatur der "kalten Stelle" der Kolbenwand noch kontrolliert werden, um eine Kondensation zu verhindern. Hochleistungs-Leuchtstofflampen verfügen über Merkmale wie eine verformte Röhre oder interne Kühlkörper zur Steuerung der Kaltpunkttemperatur und der Quecksilberverteilung. Stark belastete kleine Lampen, wie Kompaktleuchtstofflampen, enthalten auch Kühlkörperbereiche in der Röhre, um den Quecksilberdampfdruck auf dem optimalen Wert zu halten.

Verluste

Ein Sankey-Diagramm der Energieverluste in einer Leuchtstofflampe. In modernen Designs ist der größte Verlust die Quanteneffizienz der Umwandlung hochenergetischer UV-Photonen in energieärmere Photonen des sichtbaren Lichts.

Nur ein Bruchteil der elektrischen Energie, die einer Lampe zugeführt wird, wird in Nutzlicht umgewandelt. Das Vorschaltgerät führt etwas Wärme ab; elektronische Vorschaltgeräte können einen Wirkungsgrad von etwa 90 % haben. An den Elektroden entsteht ein fester Spannungsabfall, der auch Wärme erzeugt. Ein Teil der Energie in der Quecksilberdampfsäule wird ebenfalls dissipiert, aber etwa 85 % werden in sichtbares und ultraviolettes Licht umgewandelt.

Nicht die gesamte auf die Leuchtstoffbeschichtung auftreffende UV-Strahlung wird in sichtbares Licht umgewandelt; etwas Energie geht verloren. Der größte Einzelverlust bei modernen Lampen ist auf die niedrigere Energie jedes Photons des sichtbaren Lichts im Vergleich zur Energie der UV-Photonen zurückzuführen, die sie erzeugt haben (ein Phänomen, das als Stokes-Verschiebung bezeichnet wird ). Einfallende Photonen haben eine Energie von 5,5 Elektronenvolt, erzeugen jedoch sichtbare Lichtphotonen mit einer Energie von etwa 2,5 Elektronenvolt, sodass nur 45% der UV-Energie verwendet wird; der Rest wird als Wärme abgeführt.

Kaltkathoden-Leuchtstofflampen

Eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe von einem Notausgangsschild. Die Lampe wird mit einer viel höheren Spannung als andere Leuchtstoffröhren betrieben und erzeugt eine Glimmentladung mit niedriger Stromstärke anstelle eines Lichtbogens, ähnlich wie bei Neonlicht . Ohne direkten Anschluss an die Netzspannung wird der Strom allein durch den Transformator begrenzt, sodass kein Vorschaltgerät erforderlich ist.

Die meisten Leuchtstofflampen verwenden Elektroden, die durch Wärme Elektronen in die Röhre emittieren, sogenannte Heißkathoden. Jedoch Kaltkathoden haben Röhren Kathoden Elektronen emit dass nur aufgrund der großen Spannung zwischen den Elektroden. Die Kathoden werden durch den durch sie fließenden Strom erwärmt, sind aber für eine signifikante thermionische Emission nicht heiß genug . Da Kaltkathodenlampen keine thermionische Emissionsbeschichtung haben, die sich abnutzen kann, können sie eine viel längere Lebensdauer als Heißkathodenröhren haben . Dies macht sie für langlebige Anwendungen (wie Hintergrundbeleuchtungen in Flüssigkristallanzeigen ) wünschenswert . Es kann immer noch zu einem Sputtern der Elektrode kommen, aber Elektroden können geformt werden (z. B. zu einem Innenzylinder), um den größten Teil des gesputterten Materials einzufangen, damit es nicht von der Elektrode verloren geht.

Kaltkathodenlampen sind im Allgemeinen weniger effizient als Glühlampenemissionslampen, da die Kathodenabfallspannung viel höher ist. Die Verlustleistung der Kathodenabfallspannung trägt nicht zur Lichtleistung bei. Dies ist jedoch bei längeren Röhren weniger signifikant. Die erhöhte Verlustleistung an den Röhrenenden bedeutet auch normalerweise, dass Kaltkathodenröhren mit einer geringeren Belastung betrieben werden müssen als ihre thermionischen Emissionsäquivalente. Aufgrund der ohnehin erforderlichen höheren Röhrenspannung können diese Röhren leicht lang gemacht und sogar als Reihenstränge betrieben werden. Sie eignen sich besser zum Biegen in Sonderformen für Beschriftungen und Beschilderungen und lassen sich auch sofort ein- oder ausschalten.

Beginnend

Das in der Leuchtstoffröhre verwendete Gas muss ionisiert werden, bevor der Lichtbogen „zünden“ kann. Bei kleinen Lampen braucht es nicht viel Spannung, um den Lichtbogen zu zünden, und das Zünden der Lampe stellt kein Problem dar, aber größere Röhren erfordern eine beträchtliche Spannung (im Bereich von tausend Volt). Viele verschiedene Startschaltungen wurden verwendet. Die Wahl der Schaltung basiert auf Kosten, Wechselspannung, Röhrenlänge, sofortigem oder nicht sofortigem Start, Temperaturbereichen und Teileverfügbarkeit.

Vorwärmen

Eine Vorheiz - Leuchtstofflampe Schaltung einen automatischen Startschalter. A: Leuchtstoffröhre, B: Strom (+220 Volt), C: Anlasser, D: Schalter (Bimetall-Thermostat), E: Kondensator, F: Filamente, G: Vorschaltgerät
Starten einer Vorheizlampe. Der Startautomatikschalter blinkt bei jedem Versuch, die Lampe zu starten, orange.

Diese Technik verwendet eine kombinierte GlühwendelKathode an jedem Ende der Lampe in Verbindung mit einem mechanischen oder automatischen (Bimetall-) Schalter (siehe Schaltplan rechts), der die Glühwendel zunächst in Reihe mit dem Vorschaltgerät verbindet, um sie vorzuheizen; nach kurzer Vorheizzeit öffnet der Startschalter. Bei richtiger zeitlicher Abstimmung in Bezug auf die Netzversorgung bewirkt dies, dass das Vorschaltgerät eine Spannung über der Röhre induziert, die hoch genug ist, um den Zündlichtbogen zu initiieren. Dieses System wird als beschrieben vorheizen in einigen Ländern und switchstart in anderen. Diese Systeme gehören in 200–240 V Ländern zur Standardausrüstung (und für 100–120 V Lampen bis ca. 30 Watt).

Eine vorheizende Leuchtstofflampe "Starter" (automatischer Startschalter)

Vor den 1960er Jahren wurden vierpolige Thermostarter und Handschalter verwendet. Ein Glimmschalterstarter heizt die Lampenkathoden automatisch vor. Es besteht aus einem normalerweise offenen Bimetallschalter in einer kleinen abgedichteten Gasentladungslampe mit Inertgas (Neon oder Argon). Der Glühschalter erwärmt die Glühfäden zyklisch und leitet eine Impulsspannung ein, um den Lichtbogen zu zünden; der Vorgang wiederholt sich, bis die Lampe leuchtet. Sobald die Röhre auftrifft, hält die auftreffende Hauptentladung die Kathoden heiß und ermöglicht eine fortgesetzte Elektronenemission. Der Anlasserschalter schließt nicht wieder, da die Spannung an der brennenden Röhre nicht ausreicht, um eine Glimmentladung im Anlasser zu starten.

Elektronische Leuchtstofflampenstarter

Bei Glühschalterstartern wird ein ausgefallenes Rohr wiederholt durchlaufen. Einige Startersysteme verwendeten einen thermischen Überstromauslöser, um wiederholte Startversuche zu erkennen und den Stromkreis bis zum manuellen Zurücksetzen zu deaktivieren.

Ein Kondensator zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC) zieht voreilenden Strom aus dem Netz, um den vom Lampenstromkreis gezogenen nacheilenden Strom zu kompensieren.

Elektronische Starter verwenden eine andere Methode, um die Kathoden vorzuheizen. Sie können mit Glühzündern austauschbar sein. Sie verwenden einen Halbleiterschalter und "sanften" die Lampe, indem sie die Kathoden vorheizen, bevor ein Zündimpuls angelegt wird, der zum ersten Mal ohne Flackern auf die Lampe trifft; Dadurch wird beim Starten eine minimale Materialmenge von den Kathoden abgelöst, was zu einer längeren Lampenlebensdauer führt. Dadurch soll die Lampenlebensdauer bei einer im Haushalt häufig eingeschalteten Lampe um das typische 3- bis 4-fache verlängert und die für Leuchtstoffröhren typische Schwärzung der Lampenenden reduziert werden. Die Schaltung ist typischerweise komplex, aber die Komplexität ist in den IC eingebaut. Elektronische Starter können für einen schnellen Start (typische Startzeit von 0,3 Sekunden) oder für höchst zuverlässigen Start auch bei niedrigen Temperaturen und mit niedrigen Versorgungsspannungen mit einer Startzeit von 2–4 Sekunden optimiert werden. Die schneller startenden Einheiten können beim Starten hörbare Geräusche erzeugen.

Elektronische Starter versuchen nur für kurze Zeit, eine Lampe zu starten, wenn Spannung angelegt wird, und versuchen nicht wiederholt, eine Lampe, die tot ist und keinen Lichtbogen aufrechtzuerhalten, erneut zu zünden; einige schalten eine ausgefallene Lampe automatisch aus. Dadurch entfällt das Wiederzünden einer Lampe und das ständige Flackern einer ausgefallenen Lampe bei einem Glimmstarter. Elektronische Anlasser unterliegen keinem Verschleiß und müssen nicht regelmäßig ausgetauscht werden, obwohl sie wie jede andere elektronische Schaltung ausfallen können. Hersteller geben in der Regel eine Lebensdauer von 20 Jahren oder so lange wie die Leuchte an.

Sofortstart

T12 Leuchtstoffröhren. Die ersten beiden sind Schnellstarter (für "Grabstein"- bzw. Fassungshalter), während die dritte eine Sofortstartlampe ist. Der Sofortstart verfügt über einen charakteristischen, abgerundeten Einzelstift zum Einstecken in die federbelasteten Buchsenhalter.

Instant-Start- Leuchtstoffröhren wurden 1944 erfunden. Instant-Start verwendet einfach eine ausreichend hohe Spannung, um die Gassäule zu durchbrechen und dadurch die Lichtbogenleitung zu starten. Sobald der Hochspannungsfunke den Lichtbogen "zündet", wird der Strom verstärkt, bis sich eine Glimmentladung bildet. Wenn sich die Lampe erwärmt und der Druck ansteigt, steigt der Strom weiter an und sowohl der Widerstand als auch die Spannung sinken, bis die Netz- oder Netzspannung übernimmt und die Entladung zu einem Lichtbogen wird. Diese Röhren haben keine Glühfäden und können an jedem Ende der Röhre durch einen einzelnen Stift identifiziert werden (für gewöhnliche Lampen; kompakte Kaltkathodenlampen können auch einen einzelnen Stift haben, aber mit einem Transformator und nicht mit einem Vorschaltgerät betrieben werden). Die Lampenfassungen haben am Niederspannungsende eine "Trenn"-Buchse, die beim Entfernen der Röhre das Vorschaltgerät trennt, um einen elektrischen Schlag zu vermeiden . Instant-Start-Lampen sind etwas energieeffizienter als Schnellstarter, da sie während des Betriebs nicht ständig einen Heizstrom an die Kathoden senden, sondern die hohe Startspannung das Sputtern erhöht und sie viel länger brauchen, um von einer Glimmentladung zu einen Lichtbogen während des Aufwärmens, daher beträgt die Lebensdauer in der Regel etwa die Hälfte der Lebensdauer vergleichbarer Schnellstartlampen.

Schnellstart

Da die Bildung eines Lichtbogens die thermionische Emission großer Elektronenmengen von der Kathode erfordert , stellen Schnellstart- Vorschaltgeräte-Designs Wicklungen innerhalb des Vorschaltgeräts bereit, die die Kathodenfilamente kontinuierlich erwärmen. Betrieb normalerweise mit einer niedrigeren Lichtbogenspannung als die Instant-Start-Ausführung; Beim Zünden wird keine induktive Spannungsspitze erzeugt, daher müssen die Lampen in der Nähe eines geerdeten (geerdeten) Reflektors montiert werden, damit sich die Glimmentladung durch die Röhre ausbreiten und die Bogenentladung über kapazitive Kopplung initiieren kann . Bei einigen Lampen ist außen am Lampenglas ein geerdeter "Starthilfe"-Streifen angebracht. Dieser Vorschaltgerätetyp ist nicht mit den europäischen Energiesparlampen T8-Leuchtstofflampen kompatibel, da diese Lampen eine höhere Startspannung benötigen als die Leerlaufspannung von Schnellstart-Vorschaltgeräten.

Ein schnellstartendes "Eisen" (magnetisches) Vorschaltgerät heizt die Kathoden an den Enden der Lampen kontinuierlich auf. Dieses Vorschaltgerät betreibt zwei F40T12-Lampen in Reihe.

Schnellstart

Schnellstart-Vorschaltgeräte verwenden einen kleinen Spartransformator, um die Filamente zu erwärmen, wenn der Strom zum ersten Mal angelegt wird. Wenn ein Lichtbogen zündet, wird die Heizleistung des Filaments reduziert und die Röhre startet innerhalb einer halben Sekunde. Der Spartransformator ist entweder mit dem Vorschaltgerät kombiniert oder kann eine separate Einheit sein. Röhren müssen in der Nähe eines geerdeten Metallreflektors montiert werden, damit sie zünden. Schnellstart-Vorschaltgeräte sind aufgrund der geringeren Wartungskosten in gewerblichen Installationen häufiger anzutreffen. Ein Schnellstart-Vorschaltgerät macht einen Starterschalter überflüssig, eine häufige Ursache für Lampenausfälle. Nichtsdestotrotz werden Schnellstart-Vorschaltgeräte aufgrund der wünschenswerten Eigenschaft, dass eine Schnellstart-Vorschaltgerät-Leuchte fast unmittelbar nach dem Anlegen der Stromversorgung (beim Einschalten eines Schalters) aufleuchtet, auch in Hausinstallationen (Wohnanlagen) verwendet. Schnellstart-Vorschaltgeräte werden nur in 240-V-Stromkreisen verwendet und sind für die Verwendung mit den älteren, weniger effizienten T12-Röhren ausgelegt.

Halbresonanter Start

Eine 65-Watt-Leuchtstofflampe, die auf einem halbresonanten Startkreis startet
Ein halbresonanter Start-Schaltplan

Die halbresonante Startschaltung wurde von Thorn Lighting für den Einsatz mit T12- Leuchtstoffröhren erfunden . Dieses Verfahren verwendet einen doppelt gewickelten Transformator und einen Kondensator. Ohne Lichtbogenstrom schwingen der Transformator und der Kondensator bei Netzfrequenz und erzeugen etwa die doppelte Versorgungsspannung an der Röhre sowie einen kleinen Elektrodenheizstrom. Diese Röhrenspannung ist zu niedrig, um den Lichtbogen mit kalten Elektroden zu zünden, aber wenn sich die Elektroden auf die thermionische Emissionstemperatur aufheizen, fällt die Röhrenzündspannung unter die Überschwingspannung und der Lichtbogen zündet. Während sich die Elektroden erwärmen, erreicht die Lampe langsam über drei bis fünf Sekunden die volle Helligkeit. Wenn der Lichtbogenstrom ansteigt und die Röhrenspannung abfällt, bietet die Schaltung eine Strombegrenzung.

Semiresonante Startschaltungen sind aufgrund der höheren Anschaffungskosten der Schaltungskomponenten hauptsächlich auf die Verwendung in kommerziellen Installationen beschränkt. Es müssen jedoch keine Starterschalter ausgetauscht werden, und Kathodenschäden werden während des Startvorgangs reduziert, wodurch die Lampenlebensdauer verlängert und die Wartungskosten gesenkt werden. Aufgrund der hohen Röhrenleerspannung eignet sich diese Startmethode besonders gut zum Starten von Röhren an kalten Orten. Darüber hinaus beträgt der Leistungsfaktor der Schaltung fast 1,0 und in der Beleuchtungsanlage ist keine zusätzliche Leistungsfaktorkorrektur erforderlich. Da die Konstruktion erfordert, dass die doppelte Versorgungsspannung niedriger sein muss als die Zündspannung der Kaltkathode (sonst würden die Röhren fälschlicherweise sofort starten), kann diese Konstruktion nicht mit 240-Volt- Wechselstrom verwendet werden, es sei denn, die Röhren sind mindestens 1,2 m (3 .) lang ft 11 Zoll) Länge. Halbresonanzstarter sind im Allgemeinen nicht mit energiesparenden T8-Retrofit-Röhren kompatibel, da solche Röhren eine höhere Startspannung als T12-Lampen haben und insbesondere bei niedrigen Temperaturen nicht zuverlässig starten. Jüngste Vorschläge in einigen Ländern, T12-Röhren auslaufen zu lassen, werden die Anwendung dieser Startmethode reduzieren.

Elektronische Vorschaltgeräte

Leuchtstofflampe mit elektronischem Vorschaltgerät.
Elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampe, 2×58 W
Elektronische Vorschaltgeräte und verschiedene Kompaktleuchtstofflampen

Elektronische Vorschaltgeräte verwenden Transistoren , um die Versorgungsfrequenz in hochfrequenten Wechselstrom umzuwandeln und gleichzeitig den Stromfluss in der Lampe zu regulieren. Diese Vorschaltgeräte nutzen den höheren Wirkungsgrad von Lampen, der bei 10 kHz um fast 10 % im Vergleich zum Wirkungsgrad bei normaler Netzfrequenz ansteigt . Wenn die Wechselstromperiode kürzer ist als die Relaxationszeit, um Quecksilberatome in der Entladungssäule zu entionisieren, bleibt die Entladung näher am optimalen Betriebszustand. Elektronische Vorschaltgeräte wandeln Wechselstrom mit Netzfrequenz in Wechselstrom mit variabler Frequenz um. Die Umwandlung kann die Modulation der Lampenhelligkeit bei der doppelten Netzfrequenz reduzieren.

Kostengünstige Vorschaltgeräte enthalten nur einen einfachen Oszillator und eine Reihenresonanz-LC-Schaltung. Dieses Prinzip wird Strom-Resonanz-Inverter- Schaltung genannt. Nach kurzer Zeit erreicht die Spannung an der Lampe etwa 1 kV und die Lampe startet sofort im Kaltkathodenmodus. Die Kathodenwendeln dienen weiterhin zum Schutz des Vorschaltgeräts vor Überhitzung, wenn die Lampe nicht zündet. Einige Hersteller verwenden Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) , um den sofortigen Start zu deaktivieren und etwas Zeit zum Vorwärmen der Filamente zu geben.

Komplexere elektronische Vorschaltgeräte verwenden einen programmierten Start. Die Ausgangsfrequenz wird oberhalb der Resonanzfrequenz des Ausgangskreises des Vorschaltgeräts gestartet; und nachdem die Filamente erhitzt sind, wird die Frequenz schnell verringert. Nähert sich die Frequenz der Resonanzfrequenz des Vorschaltgeräts, steigt die Ausgangsspannung so stark an, dass die Lampe zündet. Wenn die Lampe nicht zündet, stoppt eine elektronische Schaltung den Betrieb des Vorschaltgeräts.

Viele elektronische Vorschaltgeräte werden von einem Mikrocontroller gesteuert , und diese werden manchmal als digitale Vorschaltgeräte bezeichnet. Digitale Vorschaltgeräte können eine recht komplexe Logik auf das Starten und den Betrieb von Lampen anwenden. Dies ermöglicht Funktionen wie das Testen auf gebrochene Elektroden und fehlende Schläuche vor dem Startversuch, die Erkennung von Schlauchaustausch und die Erkennung des Schlauchtyps, sodass ein einzelnes Vorschaltgerät mit mehreren verschiedenen Schläuchen verwendet werden kann. Funktionen wie das Dimmen können in die eingebettete Mikrocontroller-Software integriert werden und sind in den Produkten verschiedener Hersteller zu finden.

Seit der Einführung in den 1990er Jahren werden Hochfrequenz-Vorschaltgeräte in Allgemeinbeleuchtungskörpern entweder mit Schnellstart- oder Vorheizlampen verwendet. Diese Vorschaltgeräte wandeln die eingehende Leistung in eine Ausgangsfrequenz von über 20 kHz um . Dies erhöht die Lampeneffizienz. Diese Vorschaltgeräte arbeiten mit Spannungen, die fast 600 Volt betragen können, was einige Überlegungen bei der Gehäusekonstruktion erfordert und eine geringfügige Begrenzung der Länge der Drahtleitungen vom Vorschaltgerät zu den Lampenenden verursachen kann.

Ende des Lebens

Die Lebensdauer einer Leuchtstofflampe wird hauptsächlich durch die Lebensdauer der Kathodenelektroden begrenzt. Um eine ausreichende Stromstärke aufrechtzuerhalten, sind die Elektroden mit einem Emissionsgemisch aus Metalloxiden beschichtet. Jedes Mal , wenn die Lampe gestartet wird , und während des Betriebes, eine kleine Menge der Kathodenbeschichtung wird zerstäubt , die Elektroden durch den Aufprall von Elektronen und schweren Ionen in der Röhre ab. Das zerstäubte Material sammelt sich an den Wänden der Röhre und verdunkelt sie. Das Startverfahren und die Frequenz beeinflussen das Kathodenzerstäuben. Ein Glühfaden kann auch brechen und die Lampe deaktivieren.

Diese Röhre, die regelmäßig ein- und ausgeschaltet wurde, konnte nicht mehr starten, nachdem genügend thermionische Emissionsmischung von den Kathoden gesputtert war. Das verdampfte Material haftet an dem die Elektroden umgebenden Glas, wodurch es dunkel und schwarz wird.
Nahaufnahme des Glühfadens einer Niederdruck-Quecksilber-Gasentladungslampe mit weißer thermionischer Emissionsmischungsbeschichtung auf dem mittleren Teil der Spule, die als heiße Kathode fungiert . die Beschichtung wird bei jedem Lampenstart weggesputtert, was zum Ausfall der Lampe führt.

Lampen mit niedrigem Quecksilbergehalt können versagen, wenn Quecksilber von der Glasröhre, dem Leuchtstoff und den internen Komponenten absorbiert wird und nicht mehr im Füllgas verdampfen kann. Der Verlust von Quecksilber führt zunächst zu einer verlängerten Aufwärmzeit bis zur vollen Lichtleistung und führt schließlich dazu, dass die Lampe ein schwaches Rosa leuchtet, wenn das Argongas die Primärentladung übernimmt.

Wird die Röhre einem asymmetrischen Stromfluss ausgesetzt, wird sie effektiv unter einer DC-Vorspannung betrieben und verursacht eine asymmetrische Verteilung von Quecksilberionen entlang der Röhre. Die lokalisierte Verminderung des Quecksilberdampfdrucks manifestiert sich als rosa Lumineszenz des Basisgases in der Nähe einer der Elektroden, und die Betriebslebensdauer der Lampe kann dramatisch verkürzt werden. Dies kann bei einigen schlecht konstruierten Wechselrichtern ein Problem sein .

Auch die Leuchtstoffe, die die Lampe auskleiden, werden mit der Zeit abgebaut, bis eine Lampe keinen akzeptablen Bruchteil ihrer anfänglichen Lichtleistung mehr erzeugt.

Auch der Ausfall des integrierten elektronischen Vorschaltgeräts einer Kompaktleuchtstofflampe beendet deren Nutzungsdauer.


Kompaktleuchtstofflampe, die aufgrund von Quecksilberadsorption das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat. Licht wird nur durch die Basis-Argonfüllung erzeugt.

Leuchtstoffe und das Spektrum des emittierten Lichts

Das von einer CD reflektierte Licht einer Leuchtstoffröhre zeigt die einzelnen Farbbänder.

Das von einer Leuchtstofflampe emittierte Lichtspektrum ist die Kombination aus Licht, das direkt vom Quecksilberdampf emittiert wird, und Licht, das von der phosphoreszierenden Beschichtung emittiert wird. Die Spektrallinien der Quecksilberemission und des Phosphoreszenzeffekts ergeben eine kombinierte spektrale Lichtverteilung, die sich von denen unterscheidet, die von Glühlampen erzeugt werden. Die relative Intensität des Lichts, das in jedem schmalen Wellenlängenband über das sichtbare Spektrum emittiert wird, weist im Vergleich zu einer Glühlampe unterschiedliche Proportionen auf. Farbige Objekte werden unter Lichtquellen mit unterschiedlichen Spektralverteilungen unterschiedlich wahrgenommen. Manche Leute empfinden beispielsweise die Farbwiedergabe einiger Leuchtstofflampen als hart und unangenehm. Eine gesunde Person kann manchmal unter fluoreszierendem Licht einen ungesunden Hautton haben. Das Ausmaß, in dem dieses Phänomen auftritt, hängt von der spektralen Zusammensetzung des Lichts ab und kann anhand seines Farbwiedergabeindex (CRI) gemessen werden .

Farbtemperatur

Die Farbtemperatur verschiedener elektrischer Lampen

Die korrelierte Farbtemperatur (CCT) ist ein Maß für den "Schatten" des Weißgrades einer Lichtquelle im Vergleich zu einem schwarzen Körper. Typische Glühlampenbeleuchtung ist 2700 K, was gelblich-weiß ist. Halogenbeleuchtung ist 3000 K. Leuchtstofflampen werden nach einem ausgewählten CCT hergestellt, indem die Mischung der Leuchtstoffe im Inneren der Röhre verändert wird. Warmweiße Leuchtstoffröhren haben einen CCT von 2700 K und sind beliebt für die Wohnraumbeleuchtung. Neutralweiße Leuchtstoffröhren haben einen CCT von 3000 K oder 3500 K. Kaltweiße Leuchtstoffröhren haben einen CCT von 4100 K und werden gerne für die Bürobeleuchtung verwendet. Tageslichtleuchtstofflampen haben einen CCT von 5000 K bis 6500 K, was bläulich-weiß ist.

Eine hohe CCT-Beleuchtung erfordert im Allgemeinen höhere Lichtniveaus. Bei dunkleren Beleuchtungsstärken empfindet das menschliche Auge niedrigere Farbtemperaturen als angenehmer, wie durch die Kruithof-Kurve . So wirkt eine gedimmte 2700 K-Glühlampe angenehm und eine helle 5000 K-Lampe wirkt auch natürlich, eine gedimmte 5000 K-Leuchtstofflampe hingegen zu blass. Tageslicht-Leuchtstoffe sehen nur dann natürlich aus, wenn sie sehr hell sind.

Farbwiedergabeindex

Eine spiralförmige kaltweiße Leuchtstofflampe, die in einem Beugungsgitter reflektiert wird, zeigt die verschiedenen Spektrallinien, aus denen das Licht besteht.
Fluoreszenzspektren im Vergleich zu anderen Beleuchtungsformen. Im Uhrzeigersinn von oben links: Leuchtstofflampe, Glühbirne , Kerzenflamme und LED-Beleuchtung .

Der Farbwiedergabeindex (CRI) ist ein Maß dafür, wie gut Farben mit Licht von einer Quelle im Vergleich zu Licht von einer Referenzquelle wie Tageslicht oder einem schwarzen Körper derselben Farbtemperatur wahrgenommen werden können . Per Definition hat eine Glühlampe einen CRI von 100. Reale Leuchtstoffröhren erreichen CRIs von 50 bis 98. Leuchtstofflampen mit niedrigem CRI haben Phosphor, der zu wenig rotes Licht emittiert. Die Haut erscheint weniger rosa und daher "ungesund" im Vergleich zu Glühlampenlicht. Farbige Objekte erscheinen stumm. Beispielsweise lässt eine Halophosphat-Röhre mit niedrigem CRI von 6800 K (ein extremes Beispiel) Rottöne matt rot oder sogar braun erscheinen. Da das Auge rotes Licht relativ weniger effizient erkennt, kann eine Verbesserung des Farbwiedergabeindex mit erhöhter Energie im roten Teil des Spektrums die Gesamtlichtausbeute verringern.

Beleuchtungsanordnungen verwenden Leuchtstoffröhren in verschiedenen Weißtönen. Das Mischen von Rohrtypen innerhalb von Fittings kann die Farbwiedergabe von Rohren geringerer Qualität verbessern.

Leuchtstoffzusammensetzung

Einige der dest angenehmes Licht kommt von Röhrchen , die die älteren, Halogenphosphat-Typ - Leuchtstoffe (chemische Formel Ca 5 ( P O 4 ) 3 ( F , Cl ): Sb 3+ , Mn 2+ ). Dieser Leuchtstoff emittiert hauptsächlich gelbes und blaues Licht und relativ wenig Grün und Rot. Ohne Referenz erscheint diese Mischung für das Auge weiß, aber das Licht hat ein unvollständiges Spektrum . Der Farbwiedergabeindex (CRI) solcher Lampen liegt bei etwa 60.

Seit den 1990er Jahren verwenden höherwertige Leuchtstofflampen Triphosphor- Mischungen auf Basis von Europium- und Terbium- Ionen, deren Emissionsbanden gleichmäßiger über das Spektrum des sichtbaren Lichts verteilt sind. Triphosphor-Röhren verleihen dem menschlichen Auge eine natürlichere Farbwiedergabe. Der CRI solcher Lampen beträgt typischerweise 85.

Leuchtstofflampenspektren
Typische Leuchtstofflampe mit Seltenerd- Phosphor Peaks des fluoreszierenden Beleuchtungsspektrums, die mit farbigen Peaks gekennzeichnet sind, hinzugefügt.png Eine typische "kaltweiße" Fluoreszenzlampe, die zwei seltenerddotierte Leuchtstoffe verwendet, Tb 3+ , Ce 3+ : La PO 4 für grüne und blaue Emission und Eu : Y 2 O 3 für Rot. Für eine Erklärung zur Herkunft der einzelnen Peaks klicken Sie auf das Bild. Mehrere der spektralen Peaks werden direkt aus dem Quecksilberbogen erzeugt. Dies ist wahrscheinlich der heute am häufigsten verwendete Leuchtstofflampentyp.
Eine Halophosphat-Phosphor-Leuchtstofflampe älterer Bauart Spektrum der Halogenphosphat-Leuchtstofflampe (f30t12 ww rs).png Halophosphat-Leuchtstoffe in diesen Lampen bestehen normalerweise aus trivalentem Antimon- und divalentem Mangan- dotiertem Calciumhalogenphosphat (Ca 5 (PO 4 ) 3 ( Cl , F ):Sb 3+ , Mn 2+ ). Die Farbe der Lichtausgabe kann durch Ändern des Verhältnisses des blau emittierenden Antimon-Dotiermittels und des orange emittierenden Mangan-Dotiermittels eingestellt werden. Die Farbwiedergabefähigkeit dieser Lampen älterer Bauart ist ziemlich schlecht. Halophosphat-Leuchtstoffe wurden von AH McKeag et al. 1942.
Leuchtstofflampe "Natürlicher Sonnenschein" Spectra-Philips 32T8 natürliches Sonnenlicht fluoreszierendes Licht.svg Spitzen mit Sternen sind Quecksilberlinien .
Gelbe Leuchtstoffröhren Gelbes fluoreszierendes Lichtspektrum.png Das Spektrum ist fast identisch mit dem einer normalen Leuchtstofflampe, abgesehen von einem fast vollständigen Lichtmangel von weniger als 500 Nanometern. Dieser Effekt kann entweder durch die Verwendung eines speziellen Leuchtstoffs oder häufiger durch die Verwendung eines einfachen Gelblichtfilters erreicht werden. Diese Lampen werden häufig als Beleuchtung für photolithographische Arbeiten in Reinräumen und als "insektenabweisende" Außenbeleuchtung (deren Wirksamkeit fraglich ist) verwendet.
Spektrum einer " Schwarzlicht "-Lampe Fluoreszierendes Schwarzlichtspektrum mit Peaks beschriftet.gif Es ist in der Regel nur ein Leuchtstoff in einer Schwarzlicht - Lampe, in der Regel bestehend aus Europium dotierten Strontium - Fluorborat , das in einer Hülle enthalten ist , von Wood-Glas .

Anwendungen

Leuchtstofflampen gibt es in vielen Formen und Größen. Die Kompaktleuchtstofflampe (CFL) wird immer beliebter. Viele Kompaktleuchtstofflampen integrieren die Zusatzelektronik in den Lampensockel, sodass sie in eine normale Glühbirnenfassung passen.

In US-Wohnungen sind Leuchtstofflampen meist in Küchen , Kellern oder Garagen zu finden , aber Schulen und Unternehmen finden die Kosteneinsparungen durch Leuchtstofflampen erheblich und verwenden selten Glühlampen. Stromkosten, Steueranreize und Bauvorschriften führen in Orten wie Kalifornien zu einem höheren Verbrauch . Die Verwendung von Leuchtstoffröhren nimmt ab, da LED-Beleuchtung, die energieeffizienter ist und kein Quecksilber enthält, Leuchtstoffröhren ersetzt.

In anderen Ländern variiert die Verwendung von Leuchtstofflampen in Wohngebäuden je nach Energiepreis, finanziellen und ökologischen Bedenken der lokalen Bevölkerung und Akzeptanz der Lichtleistung. In Ost und Südostasien ist es sehr selten zu sehen Glühlampen Glühbirnen in Gebäuden überall.

Viele Länder fördern die schrittweise Abschaffung von Glühbirnen und den Ersatz von Glühlampen durch Leuchtstofflampen oder LED und andere Arten von energieeffizienten Lampen.

Neben der Allgemeinbeleuchtung werden in der Bühnenbeleuchtung für Film- und Videoproduktionen häufig spezielle Leuchtstofflampen eingesetzt . Sie sind kühler als herkömmliche Halogenlichtquellen und verwenden Hochfrequenz-Vorschaltgeräte, um Videoflimmern zu verhindern, und Lampen mit hohem Farbwiedergabeindex, um die Tageslicht-Farbtemperaturen anzunähern.

Vergleich zu Glühlampen

Lichtausbeute

Leuchtstofflampen wandeln einen größeren Teil der Eingangsleistung in sichtbares Licht um als Glühlampen. Eine typische 100-Watt-Wolfram-Glühlampe kann nur 5 % ihrer Leistungsaufnahme in sichtbares weißes Licht (Wellenlänge 400–700 nm) umwandeln, während typische Leuchtstofflampen etwa 22 % der Leistungsaufnahme in sichtbares weißes Licht umwandeln.

Die Effizienz von Leuchtstoffröhren reicht von etwa 16 Lumen pro Watt für eine 4-Watt-Röhre mit einem gewöhnlichen Vorschaltgerät bis über 100 Lumen pro Watt mit einem modernen elektronischen Vorschaltgerät, üblicherweise im Durchschnitt 50 bis 67 lm/W insgesamt. Der Ballastverlust kann bei magnetischen Vorschaltgeräten etwa 25 % der Lampenleistung betragen, bei elektronischen Vorschaltgeräten etwa 10 %.

Die Effizienz der Leuchtstofflampe hängt von der Lampentemperatur an der kältesten Stelle der Lampe ab. Bei T8-Lampen befindet sich dieser in der Mitte der Röhre. Bei T5-Lampen befindet sich dies am Ende der Röhre mit dem eingeprägten Text. Die ideale Temperatur für eine T8-Lampe beträgt 25 °C (77 °F), während die T5-Lampe idealerweise bei 35 °C (95 °F) liegt.

Leben

Typischerweise hält eine Leuchtstofflampe 10 bis 20 mal so lange wie eine gleichwertige Glühlampe, wenn sie mehrere Stunden gleichzeitig betrieben wird. Unter Standardtestbedingungen halten Leuchtstofflampen 6.000 bis 80.000 Stunden (2 bis 27 Jahre bei 8 Stunden pro Tag).

Die höheren Anschaffungskosten einer Leuchtstofflampe im Vergleich zu einer Glühlampe werden in der Regel durch einen geringeren Energieverbrauch über die Lebensdauer kompensiert.

Geringere Leuchtdichte

Im Vergleich zu einer Glühlampe ist eine Leuchtstoffröhre eine diffusere und physikalisch größere Lichtquelle. Bei geeignet konstruierten Lampen kann das Licht ohne punktförmige Blendquelle, wie von einem nicht diffundierten Glühfaden gesehen, gleichmäßiger verteilt werden; die Lampe ist groß im Vergleich zum typischen Abstand zwischen Lampe und beleuchteten Flächen.

Unterhitze

Leuchtstofflampen geben etwa ein Fünftel der Wärme von gleichwertigen Glühlampen ab. Dies reduziert die Größe, die Kosten und den Energieverbrauch für die Klimatisierung von Bürogebäuden, die normalerweise viele Lichter und wenige Fenster haben, erheblich.

Nachteile

Häufiges Umschalten

Häufiges Umschalten (mehr als alle 3 Stunden) verkürzt die Lebensdauer der Lampen. Jeder Startzyklus erodiert leicht die Elektronen emittierende Oberfläche der Kathoden; Wenn das gesamte Emissionsmaterial aufgebraucht ist, kann die Lampe nicht mit der verfügbaren Ballastspannung starten. Leuchten für Blitzlichter (wie für Werbung) verwenden ein Vorschaltgerät, das die Kathodentemperatur bei ausgeschaltetem Lichtbogen aufrechterhält und so die Lebensdauer der Lampe erhält.

Die zusätzliche Energie, die zum Starten einer Leuchtstofflampe aufgewendet wird, entspricht einigen Sekunden des normalen Betriebs; Energiesparender ist es, Lampen auszuschalten, wenn sie mehrere Minuten nicht benötigt werden.

Quecksilbergehalt

Wenn eine Leuchtstofflampe kaputt geht, kann eine sehr kleine Menge Quecksilber die Umgebung kontaminieren. Etwa 99% des Quecksilbers sind typischerweise im Leuchtstoff enthalten, insbesondere bei Lampen, die sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähern. Zerbrochene Lampen können Quecksilber freisetzen, wenn sie nicht mit den richtigen Methoden gereinigt werden.

Wegen des Quecksilbergehalts müssen ausrangierte Leuchtstofflampen als Sondermüll behandelt werden. Für Großverbraucher von Leuchtstofflampen stehen in einigen Gebieten Recyclingdienste zur Verfügung, die möglicherweise gesetzlich vorgeschrieben sind. In einigen Bereichen steht den Verbrauchern auch Recycling zur Verfügung.

Ultraviolette Emission

Leuchtstofflampen emittieren eine geringe Menge ultraviolettes (UV) Licht. Eine Studie aus dem Jahr 1993 in den USA ergab, dass die UV-Exposition durch achtstündiges Sitzen unter Leuchtstoffröhren einer Minute Sonneneinstrahlung entspricht. Ultraviolette Strahlung von Kompaktleuchtstofflampen kann die Symptome bei lichtempfindlichen Personen verschlimmern.

Museumsgegenstände müssen möglicherweise vor UV-Licht geschützt werden, um den Abbau von Pigmenten oder Textilien zu verhindern.

Ballast

Magnetische Vorschaltgeräte haben einen niedrigen Leistungsfaktor , wenn sie ohne Kondensator verwendet werden, was die Stromaufnahme des Beleuchtungskörpers erhöht.

Leuchtstofflampen benötigen ein Vorschaltgerät , um den Strom durch die Lampe zu stabilisieren und um die anfängliche Zündspannung bereitzustellen, die zum Starten der Bogenentladung erforderlich ist. Oft wird ein Vorschaltgerät von zwei oder mehr Lampen geteilt. Elektromagnetische Vorschaltgeräte können ein hörbares Brummen oder Summen erzeugen. In Nordamerika werden magnetische Vorschaltgeräte üblicherweise mit einer teerähnlichen Vergussmasse gefüllt , um emittierte Geräusche zu reduzieren. Bei Lampen mit einem hochfrequenten elektronischen Vorschaltgerät wird Brummen eliminiert. Der Energieverlust in magnetischen Vorschaltgeräten beträgt nach der GE-Literatur von 1978 etwa 10 % der Lampeneingangsleistung. Elektronische Vorschaltgeräte reduzieren diesen Verlust.

Stromqualität und Funkstörungen

Einfache induktive Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen haben einen Leistungsfaktor von weniger als eins. Induktive Vorschaltgeräte enthalten Kondensatoren zur Korrektur des Leistungsfaktors. Einfache elektronische Vorschaltgeräte können aufgrund ihrer Gleichrichtereingangsstufe auch einen geringen Leistungsfaktor aufweisen.

Leuchtstofflampen sind eine nichtlineare Last und erzeugen Oberwellenströme in der Stromversorgung. Der Lichtbogen in der Lampe kann Hochfrequenzrauschen erzeugen, das durch die Stromkabel geleitet werden kann. Unterdrückung von Funkstörungen ist möglich. Eine sehr gute Unterdrückung ist möglich, erhöht jedoch die Kosten der Leuchtstofflampen.

Leuchtstofflampen kurz vor dem Ende ihrer Lebensdauer können eine ernsthafte Gefahr durch Hochfrequenzstörungen darstellen. Aus dem negativen Differenzwiderstand des Lichtbogens werden Schwingungen erzeugt, und der Stromfluss durch die Röhre kann einen Schwingkreis bilden, dessen Frequenz von der Weglänge abhängt.

Betriebstemperatur

Leuchtstofflampen funktionieren am besten bei Raumtemperatur. Bei niedrigeren oder höheren Temperaturen nimmt die Wirksamkeit ab. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt können Standardlampen nicht starten. Für den zuverlässigen Einsatz im Freien bei kaltem Wetter können spezielle Lampen eingesetzt werden.

Lampenform

Leuchtstoffröhren sind im Vergleich zu Hochdruckbogenlampen, Glühlampen und LEDs lange Lichtquellen mit geringer Leuchtdichte. Eine geringe Lichtstärke der emittierenden Fläche ist jedoch sinnvoll, da sie Blendung reduziert . Das Lampendesign muss das Licht von einer langen Röhre anstelle einer kompakten Kugel steuern. Die Kompaktleuchtstofflampe (CFL) ersetzt herkömmliche Glühbirnen in vielen Leuchten, wo es der Platz zulässt.

Flackern

Leuchtstofflampen mit magnetischen Vorschaltgeräten flackern mit einer normalerweise nicht wahrnehmbaren Frequenz von 100 oder 120 Hz und dieses Flackern kann für einige Personen mit Lichtempfindlichkeit Probleme bereiten ; sie werden für einige Personen mit Autismus , Epilepsie , Lupus , chronischem Müdigkeitssyndrom , Borreliose und Schwindel als problematisch eingestuft .

Das Problem des "Beat-Effekts", das beim Aufnehmen von Fotos unter Standardleuchtstofflampen entsteht

Ein stroboskopischer Effekt kann beobachtet werden, bei dem etwas, das sich mit genau der richtigen Geschwindigkeit dreht, stationär erscheinen kann, wenn es nur von einer einzigen Leuchtstofflampe beleuchtet wird. Dieser Effekt wird durch gepaarte Lampen eliminiert, die an einem Lead-Lag-Vorschaltgerät betrieben werden. Im Gegensatz zu einer echten Stroboskoplampe sinkt die Lichtstärke in merklicher Zeit und so wäre ein erhebliches "Unschärfen" des beweglichen Teils offensichtlich.

Leuchtstofflampen können bei der Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) ein Flimmern erzeugen, das von mehr Personen wahrgenommen wird. Dies geschieht, wenn eine beschädigte oder ausgefallene Kathode zu einer leichten Gleichrichtung und einer ungleichmäßigen Lichtausgabe in positiv und negativ gehenden Wechselstromzyklen führt. Netzfrequenzflimmern kann von den Enden der Röhren emittiert werden, wenn jede Röhrenelektrode bei jeder Halbwelle ein etwas anderes Lichtausgabemuster erzeugt. Flimmern bei Netzfrequenz ist im peripheren Sehen stärker wahrnehmbar als bei direkter Betrachtung.

Am Ende ihrer Lebensdauer können Leuchtstofflampen mit einer niedrigeren Frequenz als der Netzfrequenz zu flackern beginnen. Dies ist auf die Instabilität des negativen Widerstands der Bogenentladung zurückzuführen, die von einer schlechten Lampe oder einem schlechten Vorschaltgerät oder einer schlechten Verbindung herrühren kann.

Neue Leuchtstofflampen können in einem Teil der Lampe ein spiralförmiges Lichtmuster aufweisen. Dieser Effekt ist auf loses Kathodenmaterial zurückzuführen und verschwindet in der Regel nach wenigen Betriebsstunden.

Das Problem des "Beat-Effekts", das beim Aufnehmen von Filmen unter Standardleuchtstofflampen entsteht

Elektromagnetische Vorschaltgeräte kann auch zu Problemen führen , wie für die Videoaufzeichnung kann es sein , sogenannte Schwebungseffekt zwischen der Videobildrate und der Schwankungen in der Intensität der Leuchtstofflampe.

Leuchtstofflampen mit elektronischen Vorschaltgeräten flackern nicht, da oberhalb von etwa 5 kHz die Halbwertszeit des angeregten Elektronenzustands länger als ein Halbzyklus ist und die Lichterzeugung kontinuierlich wird. Die Betriebsfrequenzen elektronischer Vorschaltgeräte werden so gewählt, dass Interferenzen mit Infrarot-Fernbedienungen vermieden werden. Schlechte Qualität oder fehlerhafte elektronische Vorschaltgeräte können eine erhebliche 100/120 Hz Modulation des Lichts aufweisen.

Dimmen

Leuchtstofflampen können nicht an Dimmschalter für Glühlampen angeschlossen werden. Dafür sind zwei Effekte verantwortlich: Die Wellenform der von einem handelsüblichen Phasenanschnittdimmer abgegebenen Spannung interagiert mit vielen Vorschaltgeräten schlecht und es wird schwierig, bei geringer Leistung einen Lichtbogen in der Leuchtstoffröhre aufrechtzuerhalten. Dimm - Installationen erfordern einen kompatiblen Dimmer - Ballastschaltung . Einige Modelle von Kompaktleuchtstofflampen können gedimmt werden; in den Vereinigten Staaten werden solche Lampen als mit dem UL-Standard 1993 übereinstimmend identifiziert.

Lampengrößen und -bezeichnungen

Eine systematische Nomenklatur identifiziert Massenmarktlampen hinsichtlich allgemeiner Form, Nennleistung, Länge, Farbe und anderer elektrischer und leuchtender Eigenschaften.

In den Vereinigten Staaten und Kanada werden Lampen normalerweise durch einen Code wie FxxTy identifiziert, wobei F für Leuchtstoff steht, die erste Zahl (xx) entweder die Leistung in Watt oder die Länge in Zoll angibt, das T die Form der Glühbirne angibt ist röhrenförmig, und die letzte Zahl (y) ist der Durchmesser in Achtel Zoll (manchmal in Millimeter, auf den nächsten Millimeter aufgerundet). Typische Durchmesser sind T12 oder T38 (1+1⁄2 Zoll oder 38 mm) für Haushaltslampen, T8 oder T26 (1 Zoll oder 25 mm) für kommerzielle Energiesparlampen.

Übersteuern

Das Übersteuern einer Leuchtstofflampe ist eine Methode, um mehr Licht aus jeder Röhre zu bekommen, als unter Nennbedingungen erhalten wird. ODNO-Leuchtstoffröhren (Overdriven Normal Output) werden im Allgemeinen verwendet, wenn nicht genügend Platz vorhanden ist, um mehr Glühbirnen einzusetzen, um das Licht zu erhöhen. Die Methode ist effektiv, erzeugt jedoch einige zusätzliche Probleme. Diese Technik ist bei Wassergärtnern als kostengünstige Möglichkeit beliebt, ihren Aquarien mehr Licht zu verleihen. Die Übersteuerung erfolgt durch Umverdrahten der Lampenfassungen, um den Lampenstrom zu erhöhen; jedoch wird die Lampenlebensdauer verringert.

Andere Leuchtstofflampen

Schwarzlicht

Schwarzlichter sind eine Untergruppe von Leuchtstofflampen, die verwendet werden, um nahes ultraviolettes Licht (bei einer Wellenlänge von etwa 360 nm) bereitzustellen . Sie sind wie herkömmliche Leuchtstofflampen aufgebaut, aber die Glasröhre ist mit einem Leuchtstoff beschichtet, der das kurzwellige UV in der Röhre in langwelliges UV anstatt in sichtbares Licht umwandelt. Sie werden zu provozieren Fluoreszenz verwendet (um dramatische Effekte zu bieten mit schwarz helle Farbe und Materialien zu erkennen, wie Urin und bestimmte Farbstoffe , die im sichtbaren Licht unsichtbar wäre) sowie Insekten anzulocken Bug Besucher auf der Seite .

Sogenannte Blacklite Blue- Lampen werden auch aus teurerem tiefviolettem Glas hergestellt, das als Wood-Glas bekannt ist, und nicht aus klarem Glas. Das tiefviolette Glas filtert die meisten sichtbaren Lichtfarben, die direkt von der Quecksilberdampfentladung emittiert werden, und erzeugt proportional weniger sichtbares Licht im Vergleich zu UV-Licht. Dadurch kann die UV-induzierte Fluoreszenz leichter gesehen werden (wodurch Schwarzlichtplakate viel dramatischer erscheinen). Die bei Bugzappern verwendeten Schwarzlichtlampen benötigen diese Veredelung nicht, so dass aus Kostengründen meist darauf verzichtet wird; sie werden einfach Blacklite (und nicht Blacklite Blue) genannt.

Bräunungslampe

Die Lampen verwenden Solarien enthalten eine andere Leuchtstoffmischung (typischerweise 3 bis 5 oder mehr Phosphoren) , die sowohl UV - A- und UV - B aussendet, eine anregende Bräunungsreaktion in den meisten menschlichen Haut. Typischerweise wird die Ausgabe als 3–10 % UVB (5% am typischsten) bewertet, wobei die verbleibende UV als UVA bewertet wird. Dies sind hauptsächlich F71, F72 oder F73 HO (100 W) Lampen, obwohl 160 W VHO etwas üblich sind. Ein üblicher Leuchtstoff, der in diesen Lampen verwendet wird, ist bleiaktiviertes Bariumdisilikat, aber auch ein mit Europium aktiviertes Strontiumfluoroborat wird verwendet. Frühe Lampen verwendeten Thallium als Aktivator, aber die Thalliumemissionen während der Herstellung waren giftig.

Medizinische UVB-Lampen

Die in der Phototherapie verwendeten Lampen enthalten einen Phosphor, der nur UVB-UV-Licht emittiert. Es gibt zwei Arten: Breitband-UVB, das 290–320 Nanometer mit einer Spitzenwellenlänge von 306 nm ergibt, und Schmalband-UVB, das 311–313 Nanometer ergibt. Aufgrund der längeren Wellenlänge verursachen die Schmalband-UVB-Lampen keine Erythermie in der Haut wie die Breitband-Lampen. Sie erfordern eine 10-20-mal höhere Dosis für die Haut und sie erfordern mehr Zwiebeln und eine längere Einwirkungszeit. Das Schmalband ist gut bei Psoriasis, Ekzemen (atopische Dermatitis), Vitiligo, Lichen planus und einigen anderen Hautkrankheiten. Das Breitband ist besser, um Vitamin D3 im Körper zu erhöhen.

Wachslampe

Grow-Lampen enthalten Phosphormischungen, die die Photosynthese , das Wachstum oder die Blüte von Pflanzen, Algen, photosynthetischen Bakterien und anderen lichtabhängigen Organismen fördern . Diese emittieren oft vor allem Licht im roten und blauen Farbbereich, das von Chlorophyll absorbiert und zur Photosynthese in Pflanzen genutzt wird.

Infrarotlampen

Lampen können mit einem mit Eisen aktivierten Lithium-Metaluminat-Leuchtstoff hergestellt werden. Dieser Leuchtstoff hat Spitzenemissionen zwischen 675 und 875 Nanometern, mit geringeren Emissionen im tiefroten Teil des sichtbaren Spektrums.

Bilirubinlampen

Tiefblaues Licht, das von einem Europium- aktivierten Phosphor erzeugt wird, wird bei der Lichttherapie- Behandlung von Gelbsucht verwendet ; Licht dieser Farbe dringt in die Haut ein und hilft bei der Auflösung von überschüssigem Bilirubin .

Keimtötende Lampe

Keimtötende Lampen enthalten überhaupt keinen Phosphor und sind daher eher Quecksilberdampf-Gasentladungslampen als Leuchtstofflampen. Ihre Röhren bestehen aus Quarzglas , das für das von der Quecksilberentladung emittierte UVC-Licht transparent ist. Das von diesen Röhren emittierte 254 nm UVC tötet Keime ab und das 184,45 nm weite UV wird Sauerstoff zu Ozon ionisieren . Mit OF gekennzeichnete Lampen blockieren das 184,45 nm ferne UV und erzeugen kein signifikantes Ozon. Außerdem kann das UVC Augen- und Hautschäden verursachen. Sie werden manchmal von Geologen verwendet , um bestimmte Mineralarten anhand der Farbe ihrer Fluoreszenz zu identifizieren, wenn sie mit Filtern ausgestattet sind, die das kurzwellige UV-Licht durchlassen und das durch die Quecksilberentladung erzeugte sichtbare Licht blockieren. Sie werden auch in einigen EPROM- Löschern verwendet. Keimtötende Lampen haben Bezeichnungen, die mit G beginnen, zum Beispiel G30T8 für eine 30 Watt, 1 Zoll (2,5 cm) Durchmesser, 36 Zoll (91 cm) lange keimtötende Lampe (im Gegensatz zu einer F30T8, der Leuchtstofflampe von gleiche Größe und Bewertung).

Elektrodenlose Lampe

In elektrodenlosen (Induktions-)Lampen bewegt das Induktionsplasma Elektronen in einer kontinuierlichen Schleife, die ihnen im Allgemeinen eine kreisförmige Form verleiht.

Elektrodenlose Induktionslampen sind Leuchtstofflampen ohne Innenelektroden. Sie sind seit 1990 im Handel erhältlich. Mittels elektromagnetischer Induktion wird ein Strom in die Gassäule induziert . Da die Elektroden in der Regel das lebensdauerbegrenzende Element von Leuchtstofflampen sind, können solche elektrodenlosen Lampen eine sehr lange Lebensdauer aufweisen, haben aber auch einen höheren Anschaffungspreis.

Kaltkathoden-Leuchtstofflampe

Kaltkathoden-Leuchtstofflampen wurden als Hintergrundbeleuchtung für LCDs in Computermonitoren und Fernsehgeräten verwendet, bevor LCDs mit LED-Hintergrundbeleuchtung verwendet wurden . Sie sind in den letzten Jahren auch bei Computergehäuse- Moddern beliebt .

Wissenschaftsdemonstrationen

Durch kapazitive Kopplung mit Hochspannungsleitungen kann eine Lampe kontinuierlich mit geringer Intensität leuchten.
Durch kapazitive Kopplung mit Hochspannungsleitungen kann eine Lampe kontinuierlich mit geringer Intensität leuchten.

Leuchtstofflampen können auch mit anderen Mitteln als einem ordnungsgemäßen elektrischen Anschluss beleuchtet werden. Diese anderen Methoden führen jedoch zu einer sehr schwachen oder sehr kurzlebigen Beleuchtung und werden daher hauptsächlich bei wissenschaftlichen Demonstrationen beobachtet. Statische Elektrizität oder ein Van-de-Graaff-Generator lassen eine Lampe kurz aufblitzen, da sie eine Hochspannungskapazität entlädt. Eine Tesla-Spule leitet Hochfrequenzstrom durch die Röhre, und da sie auch eine hohe Spannung hat, werden die Gase in der Röhre ionisiert und emittieren Licht. Dies funktioniert auch mit Plasmakugeln. Durch kapazitive Kopplung mit Hochspannungsleitungen kann eine Lampe in Abhängigkeit von der Stärke des elektrischen Feldes kontinuierlich mit geringer Intensität leuchten.

Siehe auch

Verweise

Quellen

Weiterlesen

  • Emanuel Gluskin, „Der Leuchtstofflampenschaltkreis“, (Circuits & Systems Expositions)
  • IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I: Fundamental Theory and Applications 46(5), 1999 (529–544).

Externe Links