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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Warum verwendet man keine Kaltkathodenröhren für Energiesparlampen?


Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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Hallo,

Die als "Energiesparlampen" verkauften Leuchtmittel bestehen ja im 
Prinzip nur aus einer entsprechend gebogenen Leuchtstoffröhre und einem 
elektronischen Vorschaltgerät einfachster Bauweise.
Damit haben sie auch die Nachteile von Leuchtstoffröhren:
- Volle Leuchtkraft wird erst nach einigen 10s bie mehreren Minuten 
erreicht
- Häufiges Ein/Ausschalten nutzt die Glühkathoden stark ab und reduziert 
die Lebensdauer ganz erheblich

Kaltkathodenröhren haben diese Nachteile nicht. Sie werden ja auch für 
blinkende Leuchtreklame eingesetzt. Häufiges Ein- und Ausschalten 
schadet ihnen nicht. Und es gibt sie auch mit weißer Lichtfarbe, z.B. 
werden als Hintergrundbeleuchtung von TFT-Monitoren und -Fernsehern 
meist Kaltkathodenlampen eingesetzt.
Die Lebensdauer dieser Röhren ist normalerweise >15000 Stunden, also 
deutlich länger als bei Energiesparlampen.

So, nun stellt sich die Frage, warum es keine Energiesparlampen mit 
Kaltkathodenröhren zu kaufen gibt (ich meine welche, die ein 
integriertes Vorschaltgerät haben und die man z.B. direkt anstelle einer 
Glühlampe in einen E27-Sockel schrauben kann).
Na gut, Kaltkathodenlampen sind etwas ineffizienter als 
Leuchtstoffröhren. Aber mal ehrlich: Es ist doch fast egal, ob die Lampe 
nachher 11W oder 16W verbraucht. Viel sparsamer als eine 60W-Glühbirne 
ist sie allemal.
Sicher müsste das Vorschaltgerät etwas aufwändiger als bei "normalen" 
ESLs ausfallen (es muss ja ca. 3kV Leerlaufspannung liefern, und die 
Spannung muss nach der Zündung auf ca. 800...1000V zusammenbrechen). 
Aber so viel teurer als normles Vorschaltgerät, was in jeder 
Energiesparlampe steckt, wäre es wohl auch nicht.
Außerdem enthalten die weiße Kaltkathodenlampen - soweit ich weiß - kein 
Quecksilber. Das stärktste Argumet der Energiesparlampen-Gegner würde 
damit auch nicht mehr ziehen.

Mich wundert deshalb, dass solche Lampen noch nirgends angeboten werden.
Oder gibt es irgendwelche prinzipiellen Probleme, die Kaltkathodenlampen 
als normales Leuchtmittel ungeeignet machen?

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Schau mal bei den besseren Energiesparlampen (Nicht den Schrott aus dem 
Supermarkt).
Da gibts genau das:

Nach dem Einschalten läuft die Lampe im Kaltkathodenbetrieb damit sofort 
Licht da ist, und schaltet danach auf normalen "beheizten" Betriebn um, 
sobald es ihr etwas wärmer geworden ist, und hat dann den besseren 
Wirkungsgrad.

Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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Εrnst B✶ schrieb:
> Nach dem Einschalten läuft die Lampe im Kaltkathodenbetrieb damit sofort
> Licht da ist, und schaltet danach auf normalen "beheizten" Betriebn um,
> sobald es ihr etwas wärmer geworden ist, und hat dann den besseren
> Wirkungsgrad.

Dann müsste da aber die Röhre - ohne vorheriges Vorheizen - mit einem 
Hochspannungs-Impuls gezündet werden.
Angeblich soll aber genau das sehr schädlich für die Röhren sein, weil 
durch die hohen Feldstärken um die recht dünnen Kathoden durch die dort 
einschlagenden Ionen der Gasfüllung Atome aus den Kathoden geschlagen 
werden (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Sputtern). Damit sollen die 
recht dünnen Kathoden angeblich auf Dauer erheblich geschädigt werden.

Ob das aber wirklich stimmt weiß ich nicht. Aber auf alle Fälle sind die 
Kathoden in Kaltkathoden-Lampen - vielleicht genau aus diesem Grund - 
deutlich massiver als die in Leuchtstofflampen.

Autor: Mitlesender (Gast)
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Markus F. schrieb:
> So, nun stellt sich die Frage, warum es keine Energiesparlampen mit
> Kaltkathodenröhren zu kaufen gibt

Ich vermute mal, wegen der höheren Störabstrahlung.

TFT: Beleuchtung von Abschirmblech umgeben
Moddinglampen: Betrieb nur im Computergehäuse statthaft

Autor: Peter R. (pnu)
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Das langsame Hochlaufen der Helligkeit hängt nicht mit den Kathoden 
zusammen, sondern mit dem Gasdruck des Quecksilberdampfes.

Damit nicht zu viel Quecksilber eingesetzt wird, ist nur eine kleine 
Menge Hg, in Form von Amalgam gebunden, in der Röhre.

Bei abgekühlter Röhre ist der Hg-Dampfdruck daher gering und die 
Gasentladung liefert nur wenig UV-Strahlung, die den Leuchtstoff 
anregt.Erst nach einigen Minuten ist dann durch die Erwärmung der 
richtige Dampfdruck und damit die richtige Helligkeit erreicht.

Für den Start von Kaltkathodenröhren ist immer ein erhebliches Maß an 
Überspannung notwendig, die kann von  elektronischen Spannungswandlern 
zwar erzeugt werden, allerdings ist der "Startstress" recht hoch und 
auch der Aufwand für die Elektronik ist wegen der notwendigen 
Spannungsüberhöhung größer.

Autor: Peter R. (pnu)
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Weitere Gründe gegen Kaltkathodenröhren:

Sie sind als dünne, gerade Röhren ausgeführt, deren Länge proportional 
zur Leistung ist.
Wie würde eine 15-W Röhre in einem E27-Sockel aussehen?

Die Röhre kann nicht gebogen oder geformt werden, da bei ihrem geringen 
Durchmesser die Innenbeschichtung mit Leuchtstoff nicht mehr zu machen 
ist.
30 cm lange, gerade, passt hinter eine LCD prima, aber nicht in eine 
normale Leuchte.

Der geringere Wirkungsgrad ist gerade bei Massenanwendung wie 
Raumbeleuchtung das entscheidenede Argument, bei der edlen Anwendung 
LCD-Hintergrund kommt es auf einige -zig Prozent mehr Leistung nicht an.

Die Flächenbelastung des Leuchtstoffs ist erheblich, längere Lebensdauer 
gegenüber der normalen Leuchtstoffröhre wird nur durch großen 
Fertigungsaufwand erreicht.

Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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Peter R. schrieb:

> Die Röhre kann nicht gebogen oder geformt werden, da bei ihrem geringen
> Durchmesser die Innenbeschichtung mit Leuchtstoff nicht mehr zu machen
> ist.

Na gut, man könnte ein ESL-ähnliches Gebilde aus geraden Röhren 
zusammensetzen. Ist aber aufwändig und hässlich, weil man die Röhren 
"oben" mit Drähren verbinden und diese Kontaktstellen gut isolieren 
müsste.


> Für den Start von Kaltkathodenröhren ist immer ein erhebliches Maß an
> Überspannung notwendig, die kann von  elektronischen Spannungswandlern
> zwar erzeugt werden, allerdings ist der "Startstress" recht hoch und
> auch der Aufwand für die Elektronik ist wegen der notwendigen
> Spannungsüberhöhung größer.

Der "Startstress" für die Elektronik oder für die Röhre?
Für die Röhre kann es eigentlich nicht so schlimm sein, schließlich 
halten die ja auch in blinkender Leuchtreklame eine Weile.
Für die Elektronik ist es eher ein Problem: 3000V bei Hochfrequenz auf 
kleinem Raum zu isolieren ist problematisch. Hochfrequenz durchschlägt 
nämlich Plastik-Isolierfolien sehr viel leichter als Gleichspannung.
Nicht umsonst werden auch im Leuchtreklame-Bereich immer noch häufig 
50Hz-Trafos benutzt.

Ok, ich merke schon, es gibt einige Argumente, die gegen 
Kaltkathodenlampen sprechen.
Ganz nebenbei: Ich glaube aber eh, dass die "Energiesparlampen" nur eine 
Übergangslösung sind. Langfristig läuft es meiner Meinung nach auf Glüh- 
oder Halogenlampen (weil billig) für selten genutzte und auf LEDs (weil 
sehr effizient) für häufig genutzte Beleuchtungen raus.

Autor: Peter R. (pnu)
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Glüh- oder Halogenlampen haben wegen der thermischen Erzeugung einen 
unnötig breiten Spektralbereich bis weit ins Infrarote hinein, deshalb 
ist der Wirkungsgrad für Lichterzeugung von vornherein schlecht. Besser 
als jetzt wird er kaum gemacht werden können.

Gasentladung, die zunächst UV erzeugt, hat einen hohen Wirkungsgrad, 
durch gute Leuchtstoffe kann man die Umwandlung auf den Bereich des 
sichtbaren Lichts einschränken. Deshalb haben die Leuchtstoffröhren 
einen erheblichen Wirkungsgradvorsprung.

Bei LED's dürfte noch sehr viel Wasser den Rhein oder die Donau 
runterfließen, bis die für Raumbeleuchtung sinnvolle Lösungen bringen. 
Hier ist eines der größten Probleme, dass bei größeren Leistungen die 
Wärme in einem viel zu kleinen Volumen entsteht.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Peter R. schrieb:

> Die Röhre kann nicht gebogen oder geformt werden, da bei ihrem geringen
> Durchmesser die Innenbeschichtung mit Leuchtstoff nicht mehr zu machen
> ist.

Ich habe hier eine Lampe mit Vorschaltgerät im E-27-Sockel und einer 
aufgewickelten CCFL (ca. 3mm) als Leuchtmittel. Ich benutze sie z.Zt. 
nicht, da zu dunkel. Biegen ist aber offensichtlich kein Problem.

Jörg

Autor: Holm Tiffe (holm)
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Ich habe in einem TFT Display auch schon abgewinkelte CCFL gefunden, 
halte die Notwendigkeit der Geradlinikeit demzufolge für ein Gerücht.

BTW Startstreß:

In einer Kaufhalle (neudeutsch Supermarkt) wurden zu DDR Zeiten 
sämtliche Leuchtstoffröhren (40W) ausgewechselt und ich hatte mich bei 
den ausgebauten bedient. Die ausgebauten Lampen hatten nur noch eine 
geringe Lichtleistung aber nicht eine einzige zeigte das Phänomen der 
zusammenbrechenden Entladung,
also dem Flackern alter Röhren.

Der Aufbau der Katoden war damals noch etwas anders, vor dem Glühfaden 
in richtung Entladungssäule war ein kleiner Blechnapf, ähnlich einem 
Kronkorken angebracht, der wohl dazu gedacht war, das Ionenbombardement 
auf die Katoden zu verhindern. Erst seit der einzige DDR Hersteller von 
Leuchtstoffröhren umstellte auf die heute übliche Form des blank 
liegenden Heizdrahtes kenne ich dieses Flackerphänomen mit schwarzen 
Enden alter Röhren.

Augenscheinlich hielt die alte Konstruktion zu lange..

Gruß,

Holm

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