Leuchtröhre
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Leuchtröhren sind dünne, mit Gas niedrigen Drucks gefüllte Glasrohre, in deren Enden in der Regel ungeheizte Elektroden eingelassen sind. Beim Anlegen einer hohen Spannung wird das Gas zum Leuchten (Niederdruck-Gasentladung bzw. Niederdruck-Plasma) angeregt. Sie nutzen dabei die Leuchterscheinung der sogenannten positiven Säule aus. Sie unterscheiden sich darin von Glimmlampen. Die ersten praktisch einsetzbaren Leuchtröhren wurden um 1910 von dem Franzosen Georges Claude entwickelt.
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[Bearbeiten] Bezeichnungen
Sind die Elektroden ungeheizt, spricht man von Kaltkathodenröhren (KK), englisch Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL). Es gibt sowohl mit Leuchtstoff beschichtete als auch unbeschichtete Kaltkathodenröhren bzw. Leuchtröhren.
Die Leuchtstofflampen haben geheizte Elektroden. Sie können ebenfalls farbig gefertigt werden und für Leuchteffekte Verwendung finden; sie haben einen höheren Wirkungsgrad, jedoch eine geringere Lebensdauer.
[Bearbeiten] Funktionsweise
Geheizte Elektroden (Glühkathoden) von Leuchtstofflampen und Kompaktleuchtstofflampen ermöglichen niedrige Betriebsspannungen von ca. 200 V, was einen Betrieb an Netzspannung mit einer einfachen Drossel erlaubt.
Ungeheizt liegt die Betriebsspannung jedoch aufgrund des Kathodenfalls mindestens doppelt so hoch. Sie beträgt ca. 400 Volt pro Meter bei Röhren mit 30 mm Durchmesser, bis zu 1000 V/m bei ca. 8 mm Durchmesser. VDE-Vorschriften begrenzen die zulässige Spannung (und damit die Länge der Röhren) auf 7,5 kV.
Als Vorschaltgerät verwendet man daher einen Streufeldtransformator oder elektronische Schaltnetzteile bzw. Inverter. Im Leerlauf liefert das Vorschaltgerät eine hohe Zündspannung, die im Betrieb auf ca. 30 % abfällt. Die Leistungsaufnahme von Leuchtröhren liegt bei ca. 30 W/m, die Lichtausbeute bei 30-100 lm/W. Unbeschichtete Kaltkathodenlampen haben, je nach Füllgas, eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren. Sie ist unabhängig von Ein- und Ausschaltvorgängen; eine Eigenschaft, die für blinkende Leuchtreklame vorteilhaft ist.
Für Kaltkathodenlampen zur Hintergrundbeleuchtung von großen LCD- und TFT-Displays werden Inverter (Wechselrichter + Transformator) verwendet, welche die zum Betrieb der Leuchtröhren benötigte hohe Wechselspannung aus einer kleinen Gleichspannung erzeugen können. Sie funktionieren ähnlich wie das elektronische Vorschaltgerät (EVG) bei Leuchtstoffröhren, benötigen jedoch einen Transformator.
Sie sind schaltungstechnisch meist als Resonanzgegentaktwandler ausgeführt, der zwei Bipolartransistoren als Schaltelemente verwendet.
Da Gasentladungslampen einen negativen differentiellen Widerstand besitzen (je mehr Strom durch die Röhre fließt, desto weniger Spannung fällt an ihr ab), müssen bei Kaltkathodeninvertern Maßnahmen getroffen werden, welche den Ausgangsstrom begrenzen. Kaltkathodeninverter sind daher kurzschlussfest. Der Betrieb eines solchen Inverters ohne ausreichende Last kann jedoch zu dessen Zerstörung führen.
Die vom Inverter erzeugte Wechselspannung hat eine hohe Frequenz von 30…100 Kilohertz, häufig ist ein Wert von <50 kHz, da hier die Störabstrahlung der dritten Harmonischen unter 150 kHz liegt (untere Grenze von EMV-Messungen). Die elektrischen Zuleitungen zwischen Inverter und Kaltkathode dürfen daher nicht zu lang oder über leitfähige Flächen (zum Beispiel das Computergehäuse) geführt werden, ansonsten geht durch die hohe Kapazität ein Teil der Inverterleistung verloren und die Röhre wird dunkler, erlischt oder leuchtet nicht mehr auf voller Länge.
Die Leitungen und die Lampenenden haben eine hochspannungsfeste Isolierung (meist Silikongummi), die nicht verletzt sein darf.
Streufeldtransformatoren und Inverter stellen meist eine zum Erdpotential symmetrische, gleichstrommäßig potentialfreie Wechselspannung zur Verfügung; Vorschaltgeräte von Leuchreklamen können auf diese Weise Masseschlüsse feststellen. Zusätzlich wird dadurch die Störabstrahlung verringert.
[Bearbeiten] Farben
Die Farbe der Leuchtröhre ist abhängig von der Art des eingefüllten Gases (alterungsanfällige Nicht-Edelgase in Klammern):
- Neon: orangerot
- Neon mit Quecksilber in grüngelbem Rohr: grün
- Helium: weißrosa
- Helium in gelbem Rohr: gelb
- (Stickstoff: gelbrosa)
- (Kohlenstoffdioxid: bläulichweiß)
- Krypton: weiß
- Argon: blau (intensiver durch Beifügen von Quecksilber)
- Quecksilber (+ Argon): ultraviolett + weiß sowie weitere Farben durch Innenbeschichtung
mit Leuchtstoffen
Die ersten Leuchtröhren waren mit Neon gefüllt. Umgangssprachlich werden noch heute, unabhängig von der Farbe, Leuchtstoffröhren oder Kaltkathoden als Neonröhren bezeichnet.
 Leuchtröhre, gefüllt mit Neon. |
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[Bearbeiten] Anwendungen von Kaltkathodenröhren
Das Hauptanwendungsgebiet von Leuchtröhren ist traditionell die Leuchtreklame. Schriftzüge werden durch entsprechend gebogene Röhren gebildet, die zwischen den Buchstaben schwarz lackiert sind. An einem Vorschaltgerät können mehrere Röhren hintereinandergeschaltet (in Reihe) betrieben werden.
Kaltkathodenröhren beleuchten in Scannern und Faxgeräten die Vorlagen.
Sie werden zur Hintergrundbeleuchtung für LCD- oder TFT-Flachbildschirme eingesetzt. In einem Notebook sind in der Regel zwei CCFL eingebaut, die eine Lebensdauererwartung von rund 15000 Stunden haben. Nach dieser Zeit fallen sie nicht aus, sondern strahlen nur noch mit geringerer Helligkeit - das Lebensdauerende ist durch die halbe Helligkeit definiert. Weder im Inverter noch in der Röhre gibt es prinzipielle Ausfallursachen, die diese Lebensdauer begrenzen. Höhere Ausfallwahrscheinlichkeiten beruhen vermutlich auf mangelhafter Isolation der sehr hohen Spannungen.
Häufig werden Kaltkathoden auch zur individuellen Gestaltung von Computergehäusen (Case-Modding) verwendet. Beim modden („modifizieren“ im Sinne von „aufmotzen“) eines Rechners dienen sie zur Innenbeleuchtung des Gehäuses. Außerdem werden Kaltkathoden auch häufig beim Fahrzeugtuning im Innenraum als Erweiterung oder als Ersatz der Standardbeleuchtung eingesetzt.
