Freitag, Dezember 06, 2019
   
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Funktionsprinzip einer Leuchtstofflampe mit konventionellem Vorschaltgerät

Funktionsprinzip einer Leuchtstofflampe mit konventionellem Vorschaltgerät - oder:
Wieso die Röhre ohne Starter leuchtet...

Wenn man eine Spule mit Strom versorgt, dann baut sich um die Wicklung und Eisenkern ein Magnetfeld auf.
Nun wird der Stromkreis unterbrochen: das Magnetfeld bricht zusammen und erzeugt dabei eine hohe Spannungsspitze*.
Dies ist auch das Funktionsprinzip eines "konventionellen" Vorschaltgerätes.

Diese unterscheiden sich deutlich in der Funktionsweise von elektronischen Vorschaltgeräten, die keine Starter benötigen.
Bei LED-Lampen werden weder Starter noch Vorschaltgerät benötigt, aber da gibt es zwei verschiedene Ausführungen: Direktanschluss oder Betrieb über vorhandenes Vorschaltgerät mit Starter-Dummy (Drahtbrücke statt Bimetall), bei Austauch von Leuchtstoff- durch LED-Lampe.

 

Sieht man sich eine L-Lampe an (liegt quer vor einem), dann ist oben links und rechts je ein Kontaktpin, und unten links und rechts je ein Kontaktpin, also insgesmt 4 Kontaktstifte.
Die beiden linken Kontakte sind mit einer Glühwendel**, im Bild Elektroden genannt, (ähnlich wie in einem Lämpchen) verbunden, ebenso die beiden rechten Kontakte.
Zwischen der linken und rechtem Glühwendel befindet sich in dem Glaskolben ein Gasgemisch, das unter normalen Bedingungen nicht leitend ist. Jedoch wird es, wenn es mit hoher Spannung "beschossen" wird, leitend, es zündet durch. Danach reicht eine geringere Spannung, um das Gas am leuchten zu halten.

Wie funktioniert das nun mit der Lampe?
Grob vereinfacht gesagt:

Wenn die Lampe in der Fassung steckt, dann befindet an Pin 1 die vom Vorschaltgerät (Bild: Drossel) ankommende Spannung, also L oder Phase, wie auch immer dazu der Sprachgebrauch des Lesers ist.
An Pin 3 liegt N, der Null- oder Neutralleiter, an.

Also hätte man schon einen geschlossen Stromkreis - wenn das Gas bereits leitend wäre. Ist es aber noch nicht.
Jetzt kommen die beiden anderen Pins (2 / 4) in´s Spiel: zwischen den Beiden befindet sich der Starter. Der wiederum hat einen kleinen Glaskolben, in dem befinden sich zwei thermisch empfindliche Kontakte (Bimetallschalter) und ein Gasgemisch, ähnlich wie in einem Glimmlämpchen, wie man es vielleicht aus einem "Phasenprüfer" oder dem Treppenhauslichtschalter kennt.

Leuchtstoffroehre startvorgang1

Leuchtstoffroehre_startvorgang1.png
Leuchtstoffroehre_startvorgang1.png (7.02 KiB) 11-mal betrachtet

 

Der Stromlaufplan ist nun folgender:
unterer linker Kontakt vom Vorschaltgerät kommend L, dann Glühwendel, oberer linker Kontakt zum Starter, am Starter die noch offenen! Bimetallkontakte mit dem Glimmlämpchen, dann von dort zu dem oberen rechten Kontakt, durch die Heizwendel, zum unteren rechten Kontakt, und von dort zum Nulleiter. Noch soweit klar? ;o)

Jetzt passiert folgendes:
Am Starter liegt die Netzspannung an, siehe Stromlaufplan oben. Das in dem Glimmlampe- / Bimetallkolben befindliche Gas fängt zum Leuchten an.
Der darin befindlich Bimetallkontakt erwärmt sich durch die entstehende Wärme des leuchtenden Gases, und schliesst sich.

Nun hat man etwas elektrisch Spannendes****: Eigentlich entsteht ja jetzt ein voller Kurzschluss zwischen L und N. ABER: das Vorschaltgerät mit seiner Spulenwicklung bildet einen Widerstand, sodass der Kurzschlussstrom hierdurch begrenzt wird. Auch die beiden Heizwendeln erwärmen sich, und begrenzen den Strom etwas mit. Es löst also z. B. die Haussicherung nicht aus.

Aber was hat das für Auswirkungen auf den Starter?
Da der Strom nun direkt über den geschlossenen Bimetallschalter fliesst, und nicht mehr das Glimmlämpchen zum Leuchten bringt (das hat nun im Vergleich zum Bimetallschalter einen wesentlich höheren Widerstand - der Strom ist ein fauler Hund und sucht sich immer den Weg des gerinsten Widerstandes), kühlt sich das Metall am Bimetallschalter wieder ab, und der Kontakt öffnet sich.
Der Stromfluss wird jäh unterbrochen - und wie weiter oben beschrieben bricht jetzt auch das Magnetfeld um das Vorschaltgerät in sich zusammen - und es bildet sich eine hohe Induktionsspannung, die schon gut bis 2.000V betragen kann.
Durch diese hohe Spannung, die an Pin 1 und über die Glühwendel auch an Pin 2 anliegt, werden Elektronen in das Gas geschossen, dieses ionisiert, zündet durch zu Pin 3 und 4 (N-Leiter), und die Lampe leuchtet***!

Nachdem der Starterkontakt geöffnet ist und die Stromelektronen über das ionisierte Leuchtgas fliessen, wirkt das Vorschaltgerät in Verbindung mit der Leuchtstofflampe jetzt als Widerstand (daher auch vermutlich der Name "Drossel").
Die Spannung ist nun nicht mehr hoch genug, um das Gas im Starter zum Leuchten zu bringen, der Bimetallschalter erwärmt sich nicht mehr, und der Starterkontakt bleibt offen.

Wenn die Netzspannung unterbrochen wird, so wiederholt sich das Ganze einfach erneut.

Ist der Starter defekt (Bimetall öffnet nicht mehr), so kann man die Lampe durchaus zum Leuchten bringen, indem man diese bei Betrieb! so aus der Fassung dreht, daß nur die beiden Pins zum Vorschaltgerät und N Kontakt haben. Dies simuliert das Öffnen des Bimetallschalters.
Diese Prozedur muss natürlich nach jedem "Netz Aus / Ein" wiederholt werden.

Ein paar Anmerkungen noch:

+ Die oben beschriebene Wirkweise bezieht sich auf den Betrieb einer L-Lampe, mit einem Vorschaltgerät und einem Starter, Einzel- oder Singelbetrieb genannt.
Die Funktion bei 1 Vorschaltgerät mit 2 L-Lampen und 2 Starten ähnelt dem Ganzen zwar, aber die elektrischen Werte sind anders. Daher ist auf die Wahl des richtigen Starters zu achten (Singel oder Duo)! Diese beiden Startertypen sind Universalstarter, meist mit einer Leistung von 4-65 Watt.
Sonst gibt es noch ein paar Spezialstarter: für höhere Leistungen, automatische Abschaltstarter und elektronische Starter.

+ Durch den Bimetallschalter fliesst während des Startvorganges ein sehr hoher Strom (Kurzschluss!). Dadurch "korrodiert" der Kontakt mit der Zeit - der Startvorgang kann länger bis unmöglich werden. Auch das Glimmlämpchen verliert mit der Zeit seine wärmende Wirkung. Der Starter ist defekt und muss ausgetauscht werden.

+ Die Schraubkontakte (bei älteren Vorschaltgeräten) können gerne mal ein wenig locker werden - der Stromfluss ist unterbrochen.

+ Die Kontakte an den Lampensockeln können mit der Zeit ermüden und nicht mehr richtig an den Kontaktstiften der L-Lampe anliegen. Meiner Erfahrung nach tritt das aber sehr selten auf.

+ Je älter eine L-Lampe ist, desto verbrauchter und empfindlicher werden die Heiz- bzw. Glühwendeln. Es ist also durchaus möglich, das die Wendel bei Erschütterungen bricht. Ähnlich wie bei gebrauchten "Glühbirnchen".

+ L-Lampen können mit der Zeit ausgasen, und zünden dann nicht mehr durch.
Das kann durchaus mal auch bei einer neuen Lampe der Fall sein (sehr selten).

+ Meine Erfahrung:
wird der Starter getauscht - die Lampe mittauschen, und:
wird die Lampe getauscht - den Starter mittauschen!

*Wichtig zu Wissen, wenn grosse Relais oder z. B. Auszahlspulen betätigt werden. Da tritt dieses Phänomen auch auf - darum sind dort auch Entstörglieder verbaut, die die Spannungsspitzen eliminiren, um Schäden von anderen Bauteilen oder der Steuerung fernzuhalten. Auch der Starter hat einen Entstörkondensator - parallel zum Bimetallglaskolben (zwecks Abreissfunken). Auch die ganze Leuchtstofflampe sollte einen Entstörfilter (oder einfacher Entstörkondensator) verbaut haben.

** Eigentlich Heizwendel. Es werden bei warmer Elektrode Elektronen abgegeben, die das Gasgemisch in der L-Lampe ionisieren. So ähnlich arbeiten Rundfunkverstärkerröhren, unsere beliebten Nixie-Röhren und: dIe gute, alte Fernsehröhre.

*** Eigentlich treffen bestimmte Elektronen auf die in der Glasröhre angebrachte Leuchtschicht, und diese gibt dann Licht ab. Wie bei der Fernsehröhre...

**** Voll der Wortwitz: Vorsicht Spannung!!! Hähä...

 

Genau nachlesen kann man es hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtstofflampe

Und von dort ist auch das Bild geklaut.

Vielen Dank an Uli (hab_noch_dm)

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