Leuchtröhre
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Leuchtröhren sind dünne, mit Gas niedrigen Drucks gefüllte Glasrohre, deren Enden mit Elektroden verschlossen sind. Beim Anlegen einer hohen Spannung wird das Gas zum Leuchten angeregt. Sie nutzen dabei die Leuchterscheinung der sogenannten positiven Säule aus. Sie unterscheidet sich darin von Glimmlampen oder Entladungslampen. Die ersten praktisch einsetzbaren Leuchtröhren wurden um 1910 von dem Franzosen Georges Claude entwickelt.
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[Bearbeiten] Bezeichnung
Sind die Elektroden ungeheizt, spricht man von Kaltkathodenröhren (KK), englisch Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL). Die sogenannten Leuchtstoffröhren sind ein Beispiel für Lampen mit geheizten Elektroden. Ihr Name ist unglücklich gewählt. Er bringt lediglich zum Ausdruck, dass die Glasinnenwände mit einem Leuchtstoff beschichtet sind, um die Lichtausbeute zu erhöhen. Genauso gibt es aber auch beschichtete Kaltkathodenlampen. Auch lassen sich Leuchtstoffröhren unbeheizt betreiben. Die Bezeichnung Kaltlichtkathode sollte man vermeiden. Zwar strahlen Leuchtröhren im Infrarotbereich nur wenig, sind aber zunächst keine Kaltlichtquellen.
[Bearbeiten] Funktionsweise
Mit geheizten Elektroden lassen sich Leuchtröhren bei Netzspannung von ca. 200V betreiben. Ungeheizt liegt die Betriebsspannung 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 einen Streufeldtransformator oder elektronische Schaltnetzteile. Im Leerlauf liefert das Vorschaltgerät eine hohe Zündspannung, die im Betrieb auf bis zu 30 % abfällt. Die Leistungsaufnahme von Leuchtröhren liegt bei ca. 30 W/m, die Lichtausbeute bei 30-100 lm/W. Unbeschichteten Kaltkathodenlampen haben, je nach Füllgas, eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahre. Sie ist unabhängig von Ein- und Ausschaltvorgängen; eine Eigenschaft, die für blinkende Leuchtreklame vorteilhaft ist.
Für die Verwendung von Kaltkathoden im Computerbereich eignen sich so genannte Kaltkathodeninverter ("Inverter" im Sinne von "Wechselrichter"), welche die zum Betrieb der Leuchtröhren benötigte hohe Wechselspannung aus einer kleinen Gleichspannung erzeugen können. Sie funktionieren ähnlich wie das elektronische Vorschaltgerät bei Leuchtstoffröhren und sind schaltungstechnisch meist als Resonanzgegentaktwandler ausgeführt, die zwei Bipolartransistoren als Schaltelemente verwenden. Da Gasentladungslampen einen negativen differentiellen Widerstand besitzen (je mehr Strom durch die Röhre fließt, desto weniger Spannung fällt an ihr ab), müssen bei der Entwicklung eines Kaltkathodeninverters Maßnahmen getroffen werden, welche den Ausgangsstrom des Inverters begrenzen. Kaltkathodeninverter sind daher kurzschlussfest. Der Betrieb eines solchen Inverters ohne ausreichende Last kann jedoch zur Zerstörung der Schaltung führen.
Da die durch einen Kaltkathodeninverter erzeugte Wechselspannung meist eine relativ hohe Frequenz besitzt (meist im Bereich 30 bis 100 kiloHertz, 50 kHz scheint ein recht üblicher Wert zu sein) muss beim Auswechseln oder Verlängern der elektrischen Leitungen zwischen Inverter und Kaltkathode beachtet werden, dass die Kabel nicht über zu weite Strecken eng aneinander oder über leitfähige Flächen (zum Beispiel das Computergehäuse) geführt werden. Ansonsten geht durch kapazitive Kriechströme ein Teil der Inverterleistung verloren und die Röhre wird dunkler, erlischt oder leuchtet nicht mehr auf voller Länge. Diese Beobachtung führte in der Case-Moddingszene zu der weit verbreiteten, falschen Annahme, die Zuleitungen zur Röhre würden durch ihren Ohm'schen Widerstand den Strom zur Kaltkathodenröhre begrenzen, sodass bei einer längeren Leitung mehr Leistung verloren geht. Tatsächlich ist der Ohm'sche Widerstand der Zuleitungen angesichts des Innenwiderstands der Leuchtröhren zu vernachlässigen. Der Brennstrom wird in der Praxis quasi einzig vom verwendeten Vorschaltgerät begrenzt.
[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
Kaltkathodenröhren beleuchten in Scannern die Vorlagen. Sie bilden die Hintergrundbeleuchtung für LCD- oder TFT-Flachbildschirme. In einem Notebook sind in der Regel zwei CCFL eingebaut, die eine Halbwertszeit von heute rund 15 000 Stunden aufweisen. Nach dieser Zeit fallen sie nicht aus, sondern strahlen nur noch mit der halben Helligkeit.
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.
