Hallo Expertenteam
Ich würde gerne wissen,was genau passiert, wenn eine Leuchtstoffröhre defekt ist. Das Licht geht nicht an, genau - aber was passiert physikalisch?
Hintergrund der Frage ist, dass ich gerade versuche eine Plasmakugel zu verstehen. Die kann ja auch eine defekte Röhre zum Leuchten bringen, wie tut sie das?
Dank
Tobias
Hallo,
was meinst du mit „defekt“? Sie leuchtet gar nicht, glimmt nur an den Enden, flackert, schaltet dauernd ein und aus?
Je nach Szenario kann es unterschiedliche Fehlerursachen geben. Es kann sich um einen Fehler an der Röhre selbst handeln, am Starter, an der Drossel, am Netz, usw.
Gerhard
Hallo Tobias,
Ich würde gerne wissen,was genau passiert, wenn eine
Leuchtstoffröhre defekt ist. Das Licht geht nicht an, genau -
aber was passiert physikalisch?
Es dürfte 2 Hauptursachen geben
Hintergrund der Frage ist, dass ich gerade versuche eine
Plasmakugel zu verstehen. Die kann ja auch eine defekte Röhre
zum Leuchten bringen, wie tut sie das?
Durch die hochfrequenten elektrischen Felder der Kugel wird das Gas der Röhre direkt ionisiert und zum Leuchten angeregt. Das funktioniert wegen der hohen Spannungen in der Kugel auch dann noch, wenn einer der beiden o.a. Fehler aufgetreten ist und der Gasinnendruck der Röhre noch nicht so stark angestiegen ist.
Jörg
Vielen Dank euch beiden
nun, ein konkretes defektes Beispiel habe ich nicht: in Informationen zur Plasmakugel hieß es nur, der Effekt funktioniere auch mit einer defekten Röhre.
Normalerweise kann man ja den Starter einfach austauschen wenn´s Licht nicht mehr angeht, aber manchmal muss man ja auch die Röhre auswechseln - daher vermute ich, dass wenn eine Röhre kaputt geht, wohl „normalerweise“ Ursache 2 von Jörg zutrifft:
Glaskolben undicht -> Gasinnendruck steigt ->
Zündspannung steigt und Quecksilber verdampft nicht mehr richtig
-> Lampe zündet nicht mehr und/oder Lichtausbeute sinkt.
Nur dazu zwei neue Fragen, mein Physiklehrer möge mir vergeben:
Wenn der Kolben undicht ist, warum steigt der Druck dann nicht sondern sinkt? Und warum ist eine steigende Zündspannung problematisch; Die Spannung der Plasmakugel ist doch auch hochfrequent?
nun, ein konkretes defektes Beispiel habe ich nicht: in
Informationen zur Plasmakugel hieß es nur, der Effekt
funktioniere auch mit einer defekten Röhre.
Aber nur solange der Glaskolben noch intakt ist.
Normalerweise kann man ja den Starter einfach austauschen
wenn´s Licht nicht mehr angeht, aber manchmal muss man ja auch
die Röhre auswechseln - daher vermute ich, dass wenn eine
Röhre kaputt geht, wohl „normalerweise“ Ursache 2 von Jörg
zutrifft:
Würde ich nicht sagen. Insbesondere bei Billigröhren brennen die Heizwendeln sehr häufig durch.
Glaskolben undicht -> Gasinnendruck steigt ->
Zündspannung steigt und Quecksilber verdampft nicht mehr richtig
-> Lampe zündet nicht mehr und/oder Lichtausbeute sinkt.Nur dazu zwei neue Fragen, mein Physiklehrer möge mir
vergeben:
Wenn der Kolben undicht ist, warum steigt der Druck dann nicht
sondern sinkt?
Hmmm…??? Ich schrieb doch, dass der Druck steigt, was auch klar ist, wenn man bedenkt, dass der Innendruck im Bereich um 10 mBar liegt. Bei einem Außendruck um 1000 mBar dringt die Luft natürlich von außen nach innen und erhöht den Innendruck.
Und warum ist eine steigende Zündspannung
problematisch;
Weil Leuchtstofflampen mit relativ geringer Spannung gezündet werden müssen. Bei konventionellen Vorschaltdrosseln mit Glimmstarter stehen nur 230V~ + eventuelle induktive Spannungsspitzen der Drossel zur Verfügung. Bei ansteigender Zündspannung ist das irgendwann zu wenig.
Die Spannung der Plasmakugel ist doch auch
hochfrequent?
und es sind dazu noch einige tausend Volt
Jörg
Hallo Tobias,
Ich würde gerne wissen,was genau passiert, wenn eine
Leuchtstoffröhre defekt ist. Das Licht geht nicht an, genau -
aber was passiert physikalisch?
Bei den klassischen Leuchtstofflampen wird zuerst vorgeheizt um die Zündspannung herabzusetzen.
Dazu werden die Beiden Heizwendel mit der Drossel durch den Starter in serie geschaltet. Der Starter ist im Prinzip eine Glimmlampe mit zwei Elektroden aus Bimetal. Die Brennspannung beträgt etwa 1V/cm. DerStarter ist so ausgelegt, dass er bei anliegen der normalen Wechsel, glimmt. Dadurch werden die Bimetalelektroden erwärmt und schliessen die Glimmlampe kurz. Beim Öffnen des Starters ensteht, durch induktion in der Vorschaltdrossel, die Zündspannung, danach dient die Drossel nur noch der Strombegrenzung durch die Röhre.
Beim Vorheizen ensteht eine Elektonen-Wolke um die Heizwendel, wodurch die Zündspannung herabgesetzt wird. Damit der Heizwendel die Elektronen besser emmitieren kann, ist er mit einer speziellen Beschichtung versehen. Diese, und der Wendel selbst, verdampfen mit der Zeit, wodurch eine Schwärzung an den Enden der Röhre bildet.
Der Hauptgrund für einen Ausfall bildet der Verlust der Wendelbeschichtung, das erkennt man auch daran, dass die Röhren nur noch an den Enden glühen und nicht mehr zünden. Ist der Wendel gebrochen kann er auch nicht mehr zun Glühen gebracht werden.
Hintergrund der Frage ist, dass ich gerade versuche eine
Plasmakugel zu verstehen. Die kann ja auch eine defekte Röhre
zum Leuchten bringen, wie tut sie das?
Die Leuchtstoffröhre ist mit Quecksilberdamp gefüllt. Durch den Stromfluss werden die Quecksilber Atome angeregt (Einige Elektronen werden auf ein höheres Energieniveau befördert und wenn sie auf das ursprüngliche Niveau zurück fallen, geben sie ein Photon ab). Quecksilber erzeugt UV-Licht. Um sichtbares Licht zu erhalten ist an der Innenseite der Röhre eine Flureszenzschicht aufgebracht.
Atome lassen sich auch durch Hochfrequenz anregen und dieses Verfahren wendet die Plasmakugel an. Das funktioniert auch neben einem Radio- oder Fernsehsender.
MfG Peter(TOO)
Hallo Peter,
Bei den klassischen Leuchtstofflampen wird zuerst vorgeheizt
um die Zündspannung herabzusetzen.
Dazu werden die Beiden Heizwendel mit der Drossel durch den
Starter in serie geschaltet. Der Starter ist im Prinzip eine
Glimmlampe mit zwei Elektroden aus Bimetal. Die Brennspannung
beträgt etwa 1V/cm. DerStarter ist so ausgelegt, dass er bei
anliegen der normalen Wechsel, glimmt. Dadurch werden die
Bimetalelektroden erwärmt und schliessen die Glimmlampe kurz.
Beim Öffnen des Starters ensteht, durch induktion in der
Vorschaltdrossel, die Zündspannung, danach dient die Drossel
nur noch der Strombegrenzung durch die Röhre.
Die Drossel dient ausschließlich der Strombegrenzung. Die Induktionsspannung nach dem Öffnen der Bimetallkontakte entsteht zwar theoretisch, hat für den Zündvorgang aber keine Bedeutung. Erstens wird die Induktionsspannung durch die Glimmlampe, die ja immer parallel zur Röhre liegt, auf unter 300 V begrenzt und zweitens muß die Röhre auch nach jedem Nulldurchgang des Wechselstromes neu zünden. Da dann ja keine Induktionsspannung mehr entsteht, geht das nur über permanent glühenden Elektroden.
Beim Vorheizen ensteht eine Elektonen-Wolke um die Heizwendel,
wodurch die Zündspannung herabgesetzt wird.
Nicht nur dann, sondern auch im laufenden Betrieb muß die Wendel glühend bleiben. Beim Vorheizen macht das der Heizstrom durch die Wendel und im Dauerbetrieb der Entladungsstrom der Röhre.
Damit der
Heizwendel die Elektronen besser emmitieren kann, ist er mit
einer speziellen Beschichtung versehen. Diese, und der Wendel
selbst, verdampfen mit der Zeit, wodurch eine Schwärzung an
den Enden der Röhre bildet.
Beschichten tut man eigentlich nur Kathoden von Elektronenröhren, um bei möglichst niedrigen Temperaturen möglichst hohe Elektronenemissionen zu erreichen. Bei Gasentladungslampen ist das nicht nötig, da die Elektronen nur der Initialzündung für die Stossionisation dienen. Die Temperatur der Heizwendel dürfte auch viel zu hoch sein, als dass sich da irgendeine Beschichtung über nennenswerte Zeiträume halten könnte. Wenn selbst das Wolfram verdampft, was sollte da noch standhalten ?
Der Hauptgrund für einen Ausfall bildet der Verlust der
Wendelbeschichtung, das erkennt man auch daran, dass die
Röhren nur noch an den Enden glühen und nicht mehr zünden.
Das halte ich für ein Gerücht. Wenn die Enden permanent glühen, ist der Starter defekt. Wenn die Röhre trotz Startversuch nicht oder nicht richtig zündet, kann das eigentlich nur daran liegen, dass der Gasdruck und/oder die Zusammensetzung nicht mehr stimmt.
Ist
der Wendel gebrochen kann er auch nicht mehr zun Glühen
gebracht werden.
Im Notfall kann man die Röhre auch mit einer Wendel zünden, indem man die gebrochene überbrückt.
Die Leuchtstoffröhre ist mit Quecksilberdamp gefüllt. Durch
den Stromfluss werden die Quecksilber Atome angeregt (Einige
Elektronen werden auf ein höheres Energieniveau befördert und
wenn sie auf das ursprüngliche Niveau zurück fallen, geben sie
ein Photon ab). Quecksilber erzeugt UV-Licht. Um sichtbares
Licht zu erhalten ist an der Innenseite der Röhre eine
Flureszenzschicht aufgebracht.
Das stimmt so auch nicht. Quecksilberdampf erzeugt neben UV-Licht auch grüne und blaue Lichtanteile. Der Leuchtstoff wandelt des UV-Licht in rotes Licht um, das zusammen mit den grünen und blauen primär emitierten Lichtanteilen weiss ergibt.
Jörg
Hallo Jörg,
Die Drossel dient ausschließlich der Strombegrenzung.
Die Induktionsspannung nach dem Öffnen der Bimetallkontakte
entsteht zwar theoretisch, hat für den Zündvorgang aber keine
Bedeutung. Erstens wird die Induktionsspannung durch die
Glimmlampe, die ja immer parallel zur Röhre liegt, auf unter
300 V begrenzt und zweitens muß die Röhre auch nach jedem
Nulldurchgang des Wechselstromes neu zünden. Da dann ja keine
Induktionsspannung mehr entsteht, geht das nur über permanent
glühenden Elektroden.
Bin teilweise überzeugt – obwohl ich in allen mir zur Verfügung stehenden Lehrbüchern von einer durch die Drossel induzierten Zündspannung lesen kann.
Wenn Deine These stimmt, müsste ich eigentlich auch mit einem ohmschen Vorwiderstand die Lampe zum Leuchten bringen können.
Beschichten tut man eigentlich nur Kathoden von
Elektronenröhren, um bei möglichst niedrigen Temperaturen
möglichst hohe Elektronenemissionen zu erreichen. Bei
Gasentladungslampen ist das nicht nötig, da die Elektronen nur
der Initialzündung für die Stossionisation dienen. Die
Temperatur der Heizwendel dürfte auch viel zu hoch sein, als
dass sich da irgendeine Beschichtung über nennenswerte
Zeiträume halten könnte. Wenn selbst das Wolfram verdampft,
was sollte da noch standhalten ?
Auch hier las ich in einem Lehrbuch etwas von Bariumschicht auf der Heizwendel.
Gruß
Dieter
Ich meinte natürlich ‚Bariumoxid‘, nicht Barium.
Gruß
Dieter
Hallo Dieter,
ich habe nochmal nachgeforscht.
Bin teilweise überzeugt – obwohl ich in allen mir zur
Verfügung stehenden Lehrbüchern von einer durch die Drossel
induzierten Zündspannung lesen kann.
in einem meiner Bücher steht es auch so drin, aber das muß ja nichts heißen. Schließlich schreibt da meistens einer vom Anderen ab 
Wenn Deine These stimmt, müsste ich eigentlich auch mit einem
ohmschen Vorwiderstand die Lampe zum Leuchten bringen können.
richtig, bei kleinen Arbeitsleuchten mit Widerstands-Netzkabel funktioniert das auch genau so. Bei sehr langen Röhren allerdings nicht mehr - fragt sich nur warum. Die Zündspannung des Glimmzünders muß niedriger sein als der Scheitelwert der Netzspannung und die Induktionsspannung kann nicht über diese Zündspannung ansteigen. Also müßte die Röhre auch ohne Induktionsspannung spätestens im nächsten Scheitelwert der Netzspannung zünden. Versuche haben gezeigt, dass sie tatsächlich zündet, jedoch sofort wieder verlöscht. Hier scheint die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung eine wesentliche Rolle zu spielen. Im Stromnulldurchgang verlöscht die Glimmentladung in der Röhre. Da der Momentanwert der Netzspannung im Stromnulldurchgang aber recht hoch ist, bildet sich an der Röhre augenblicklich wieder eine so hohe (Netz)Spannung, dass die Röhre sofort wieder gezündet wird. Mit einem Vorwiderstand statt Drossel ist im Stromnulldurchgang erstmal Schluß, bis die Netzspannung auf null gesunken und schließlich wieder mit entgegengesetzter Polarität bis zur Zündspannung angestiegen ist. In dieser Zeit hat sich das Plasma wieder zu stark abgekühlt. Die Drossel arbeitet sozusagen als unterbrechungsfreie Stromversorgung.
Auch hier las ich in einem Lehrbuch etwas von Bariumschicht
auf der Heizwendel.
Habe ich auch gelesen, allerdings wurde es mit der Herabsetzung des Kathodenfalles zwecks besserer Lichtausbeute begründet. Ich kann mir höchstens vorstellen, dass es die Zündung einer Glimmentladung im Bereich der Heizwendel durch die Heizspannung während der Heizphase begünstigt. Die findet tatsächlich statt und läßt sich gut beobachten. Ein schneller Spannungsanstieg nach dem Öffnen des Bimetallkontaktes könnte dann mit Hilfe des bereits vorhandenen Plasmas an den Röhrenenden eine Entladung über die ganze Länge der Röhre einleiten.
Jörg