Wikijunior Wie Dinge funktionieren/ Leuchtstoffröhre

Eine Leuchtstoffröhre ist eine Form der Lampe, die sehr energieeffizient Licht erzeugt. Energieeffizient heißt, dass sie aus weniger Strom mehr Licht macht, als eine normale Glühlampe. Es gibt Leuchtstoffröhren in unterschiedlichsten Formen, Größen und Farben. Leuchtstoffröhren gehören zu einer ganzen Gruppe von Lampen, die wir Gasentladungslampen nennen, von denen wir verschiedene Typen noch unten kennen lernen werden.

Eine bunte Zeichnung von Geißler Röhren, die wahrscheinlich die ersten Gasentladungslampen der Welt waren.

Wer ist der Erfinder?

Obwohl der Deutsche Heinrich Geißler bereits mit leuchtenden Röhren experimentiert hatte, waren diese Lampen allerdings noch zu dunkel, um als Beleuchtung eingesetzt zu werden. Wir können Peter Cooper Hewitt (Sprich: Piter Kuper Chuitt) als Vater der modernen Leuchtstoffröhren ansehen. Er war der erste der eine Quecksilberdampflampe baute. Quecksilber ist auch heute noch in unseren Leuchtstoffröhren enthalten. Die Lampen von ihm wurden in der Industrie und Fotostudios eingesetzt. Nach vielen Weiterentwicklungen gelang es als erstes der Firma General Electric (Sprich: Dschenerel Elektrik) mit einer Entwicklergruppe unter Leitung von George Inman eine funktionierende Leuchtstofflampe für den täglichen Gebrauch herzustellen. Diese Lampen wuden 1939 auf der Weltausstellung in New York gezeigt.

Wie funktioniert sie?

Und so geht eine Leuchtstoffröhre an. Wir benötigen dafür den sogenannten Starter. Durch den kann zu Anfang der Strom fließen, bevor die Leuchtstoffröhre gezündet hat und der Strom auch durch das Gas fließen kann.

Eine alte Energiesparlampe mit Spezialanschluss. Unten kannst du sehen, wie sie aufgebaut ist. Die Elektrode (das „Cathode Filament“, sprich: Katod Filament) ist der Teil der Lampe, die Elektronen abgibt und das Hg-Ar Gas zum Leuchten bringt. Der „Fluorescent Layer“ (Sprich: Fluressent Läia), der Leuchtstoff, wandelt die UV-Strahlung dann in Licht um.

Eine Leuchtstoffröhre funktioniert durch Elektrizität. Diese wird aber nicht durch einen Draht geleitet, wie bei der Glühlampe, sondern durch ein Gas. Geißler nutzte dafür noch verschiedene Arten von Gas, wodurch die hübschen Lichteffekte zustande kamen. Erst mit der Lampe von General Electric entstand die Lampe in ihrer heutigen Form mit Quecksilbergas und Leuchtstoffbeschichtung am Glas.

Damit der Strom durch das Gas fließen kann, sind in den Glaskörper der Lampe sogenannte Elektroden eingebaut. Diese Elektroden geben Elektronen ab, wenn Strom durch sie hindurch fließt. Diese Elektronen regen dann das Gas im Inneren der Lampe zum Leuchten an.

Bei diesem Leuchten entsteht auch eine ganze Menge Strahlung, die wir nicht sehen können, sogenanntes ultraviolettes Licht (oder auch Schwarzlicht). Damit wir das als Lampe benutzten können ist die Leuchtstoffröhre von innen mit einem Leuchtstoff beschichtet, der die ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung, das ist der Anteil des Lichts, von dem du auch einen Sonnenbrand bekommst) in sichtbares Licht umwandelt. Daher kommt der Name. Die Leuchtstoffe sind andere chemische Elemente, meistens Phosphorverbindungen.

Wir brauchen außerdem noch einen sogenannten Starter. Energiesparlampen haben den bereits eingebaut. Mithilfe des Starters und einer geschickten elektronischen Schaltung erhöhen wir beim Einschalten kurz die Spannung an der eigentlichen Leuchtröhre, sodass diese zündet und das Glühen von allein aufrecht erhalten kann.

Ist sie gefährlich?

Eine Leuchtstoffröhre, die UV-Strahlung abgibt. Eine sogenannte Schwarzlichtlampe.

Solange eine Leuchtstoffröhre nicht zerbricht ist sie nicht gefährlich. Sie wird ein wenig warm, besonders an den Enden. Allerdings nicht so warm, dass man sich daran verbrennen könnte, wie bei einer Glühlampe.

Es gibt auf Leuchstoffröhren, die nur UV-Strahlung abgeben, diese leuchten dunkel und haben eine blaue Farbe. In ihrem Licht siehst du Fussel auf deinem Pulli stark leuchten, oder ein weißes Blatt Papier scheint sehr hell zu sein, obwohl alles andere sehr dunkel ist. UV-Strahlung kann deine Haut und deine Augen beschädigen, daher solltest du dich nicht zu lange in diesem Licht aufhalten.

Wenn eine Leuchtstofflampe zerbricht wird das darin enthaltene Gas frei und das enthält bei allen Leuchtstoffröhren mit denen du normalerweise in Kontakt kommst Quecksilber. Quecksilber ist sehr giftig. Wenn dir also eine Leuchtstoffröhre zerbricht, öffne möglichst schnell die Fenster, so weit wie möglich und verlasse danach schnell den Raum, bis der Dampf aus den Röhren sich verzogen hat. Es gibt einige wenige Menschen, die reagieren so heftig auf das Gas mit dem Quecksilber, dass sie eine lebensbedrohende Allergie bekommen können. Also halte besser die Luft an, bis du wieder in einem Bereich mit frischer Luft bist. Sei danach dann vorsichtig, wenn du die Glasscherben auffegst, an denen du dich schneiden kannst.

Welche Varianten gibt es?

Auch Leuchtstoffröhren können unterschiedlich weiß sein.

Es gibt ganz viele verschiedene Arten von Gasentladungslampen. Die Leuchtstoffröhre ist nur eine Form davon und selbst von dieser kennen wir unterschiedliche: als lange Röhre mit jeweils zwei Kontakten an den Enden. Diese benötigen eine besondere Fassung und Elektronik, um die Lampe zu starten. Oder als sogenannte Kompaktleuchtstoffröhre, die wir dann Energiesparlampe nennen und die sich in eine normale Lampenfassung schrauben lässt. Alle notwendige Elektronik ist in diese Lampe bereits eingebaut. Natürlich können diese Lampen unterschiedliche Farben haben, sogar unterschiedliches Weiß.

Darüber hinaus gibt es noch mehr Leuchtröhren, die wir uns hier kurz anschauen wollen. Dabei trennen wir die Varianten in der Art ihrer Elektrode und in der Art des Gases in ihnen. Es gibt heiß- und kalt-Kathoden Lampen. Die Kathode ist der Endpunkt eines Leiters durch den ein elektrischer Strom fließt. Die Leuchtstoffröhre ist eine Heißkathodenlampe, weil der Endpunkt des Leiters, an dem der Storm durch die Lampe fließt, heiß ist. Bei kalt-Kathoden Lampen lösen sich auch schon Elektronen von der Kathode, wenn sie noch nicht heiß ist.

Typische Neonreklame in einem Geschäft.

Die sogenannte Neonreklame, die du aus Städten kennst, ist eine sogenannte Kaltkathodenlampe. Auch die Hintergrundbeleuchtung eines Flachbildschirms wurde früher mit Kaltkathodenlampen realisiert. Dieser Typ Lampe wird aber an vielen Stellen heute durch LED-Beleuchtung verdrängt. Man verspricht sich hierbei einen Vorteil in Energieverbrauch und Lebensdauer, was aber nicht immer der Fall sein muss. Daher haben wir nach wie vor den Beruf des Leuchtstoffröhrenglasbläsers, der aus dünnen Glasröhren kunstvolle Schriftzüge anfertigen und beleuchten kann.

Zwei Natriumdampflampen, einmal in Niederdruckausführung (oben) und einmal ein Hochdruckausführung (unten). Fällt dir auf, wie unterschiedlich die Lichtfarbe ist?

Außerdem unterscheiden wir, wieviel Druck im inneren des Leuchtkörpers herrscht. Wir kennen Niedrig-, Mittel-, Hoch- und Höchstdrucklampen. In Niedrigdrucklampen herrscht fast Vakuum, außer einem bißchen Leuchtgas befindet sich nichts in diesen Lampen. Je mehr Gas man in die Lampen füllt desto höher wird der Druck in ihnen.

Als Beispiel schauen wir uns hier Natriumdampflampen an. Diese gibt es zum Beispiel in zwei Ausführungen; in einer Hochdruckversion und einer Niederdruckversion. Sie haben noch einige andere Besonderheiten:

• Das Licht ist direkt bereits sichtbar, deshalb brauchen sie keine Beschichtung des Glases.
• Das Gas in ihnen entsteht erst im Betrieb. Es ist festes Material, wenn sie aus sind.
• Die Niederdruckvariante macht ein sehr gelbes Licht und alle beleuchteten Objekte erscheinen nur gelb.
• Die Hochdruckversion beinhaltet auch etwas Quecksilber und gibt zusätzlich noch andere Lichtfarben ab. Das lässt angeleuchtete Objekte natürlicher erscheinen als bei der Niederdrucklampe.

Brennt auch eine Leuchtstoffröhre durch?

Eine kaputte Leuchtstoffröhre.

Leuchtstofflampen halten eigentlich ziemlich lange. Länger als eine normale handelsübliche Glühbirne. Aber auch Leuchtstoffröhren brennen einmal durch. Entweder geht ein Teil der Elektronik kaputt, der Leuchtstoff in der Lampe entweicht, oder der Leuchtstoff wird so verschmutzt, dass er den Strom, den er zum Leuchten braucht, nicht mehr leiten kann. Wenn eine Leuchtstofflampe kaputt geht, glimmt die Lampe nur noch dunkel oder blitzt ständig auf.

Wie hat die Leuchtstoffröhre die Welt verändert?

Mit der Leuchtstoffröhre wurde es möglich, viel energieeffizienter Licht zu machen.

Welche Entwicklungen musste es vorher geben?

Für die Leuchtstoffröhre musste es die Entwicklungen geben, die du in dem Kapitel über die Glühlampe nachlesen kannst. Allerdings mussten wir zusätzlich noch lernen, wie wir mit dem „Leuchtstoff“ umgehen.