Leuchtstofflampe – alles Wissenswerte über Leuchtstoffröhren

Die Leuchtstofflampe ist noch heute vor allem in Röhrenform in vielen Rasterleuchten in Büros zu finden. Sie zählt zu den Niederdruck-Gasentladungslampen und wird genau genommen den Metalldampflampen zugerechnet. Im Inneren ist die Leuchtstofflampe unter geringem Druck gefüllt mit einem Gasgemisch aus Quecksilberdampf und meist Argon. Der Glaskolben ist mit einem weißen, fluoreszierenden Leuchtstoff beschichtet – woher auch ihr Name rührt.

Zwei eigentliche Phänomene sind verantwortlich für die Lichterzeugung bei einer Leuchtstofflampe: die Gasentladung und die Fluoreszenz des Leuchtstoffs. Durch das Anlegen einer ausreichend hohen Zündspannung wird die Gasfüllung im Kolben ionisiert. Erst hierdurch wird sie elektrisch leitend. Jetzt kommt es zur Gasentladung und ein Niederdruckplasma entsteht. Dieser Zustand regt die Atome im Quecksilberdampf an, eine überwiegend ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) auszusenden. Nach dem Prinzip der Fluoreszenz absorbiert nun der Leuchtstoff die UV-Strahlung und wandelt sie gleichzeitig in weißes, sichtbares Licht um. Für den stabilen Betrieb ist ein (elektronisches) Vorschaltgerät zwingend notwendig.

Leuchtstoffröhren werden umgangssprachlich auch oft als Neonröhren bezeichnet. Dies ist jedoch falsch. Eine Neonröhre ist, wie es der Name vermuten lässt, mit Neon gefüllt. Sie sendet orange-rötliches Licht aus und wird für Leuchtreklame oder Dekorationszwecke genutzt. Leuchtröhren, die mit den ungiftigen Edelgasen Neon, Helium, Krypton oder Xenon gefüllt sind, zählen zu den sogenannten Kaltkathodenlampen. Hier werden die Elektroden nicht geheizt. Bei Heißkathodenlampen, zu denen die hier beschriebenen Leuchtstofflampen zählen, müssen sie hingegen geheizt werden.

Das enthaltene Quecksilber ist zwar giftig für Mensch und Umwelt, wurde aber im Laufe der Jahre in seiner Menge immer weiter reduziert. Heute sind nur noch wenige Milligramm in den Leuchtmitteln enthalten. Die Gefährdung, die bei einem Bruch der Lampe auftritt, ist weitaus geringer als viele Menschen glauben mögen. Dennoch müssen Leuchtstofflampen mit Vorsicht benutzt werden – während und nach ihrer Lebensdauer. Die Leuchtmittel dürfen nicht im Restmüll entsorgt, sondern müssen dem Altlampen-Recycling zugeführt werden.

Verschiedene Baugrößen und Sockel

Die Mehrzahl von Leuchtstofflampen besitzen die Form einer geraden Röhre. Neben diesen stabförmigen gibt es aber auch ringförmige und U-förmige Ausführungen. Die Baugröße der Röhren ist standardisiert und wird durch den Buchstaben T (für tube =Röhre) und einer Zahl für den Durchmesser angegeben. Um den genauen Röhrendurchmesser zu ermitteln, muss die Zahl mit 1/8 Zoll multipliziert werden.

Nicht nur die Baugröße, auch die Längen der geraden Röhren als auch die Lampensockel für Leuchtstoffröhren allgemein sind genormt.

Die gängigsten Röhrentypen sind T5 (Durchmesser 16 mm, G5-Sockel) und T8 (Durchmesser 26 mm, G13-Sockel). Typische Leistungen für jeweilige Röhrenlängen bei T8-Röhren zeigt die folgende Tabelle:

Leistung [W]	15	18	30	36	58
Röhrenlänge [mm]	438	590	895	1200	1500

Besonders kompakt gebaute Leuchtstoffröhren mit integriertem Vorschaltgerät werden als Kompaktleuchtstofflampe bzw. Energiesparlampe bezeichnet. Sie sind mit den Sockeln E14 und E27 erhältlich und haben äußerlich oft die Form typischer Glühbirnen.

Lichtqualität bei Leuchtstofflampen

Bei der Lichtqualität von Leuchtstofflampen, so bspw. bei der Lichtfarbe und besonders beim Farbwiedergabeindex R_a (50 bis 90) gibt es z.T. große Unterschiede. Verantwortlich dafür ist die Zusammensetzung des ausgesendeten Lichtspektrums. Denn dieses ist hier stark strukturiert und nicht so gleichmäßig und kontinuierlich wie bei Glühlampen, welche eine sehr gute Farbwiedergabe besitzen (R_a bis 100). Das heißt, einige Spektralfarben des Lichts von Leuchtstofflampen sind in ihrer Intensität recht stark vertreten und manche fast gar nicht.

Den größten Einfluss auf das Lichtspektrum einer Leuchtstofflampe hat der verwendete Leuchtstoff selbst. Je nachdem, wie viele Stoffe verwendet werden und wie deren Mischungsverhältnis ausfällt, wird zwischen drei Lampenarten unterschieden:

Zweibandenröhren (2-Banden-Röhren): dies sind die billigsten Lampen mit Standardleuchtstoffen. Sie besitzen eine schlechte Farbwiedergabe (Ra > 50) und eine geringe Lichtausbeute.
Dreibandenröhren (3-Banden-Röhren): hier werden drei Leuchtstoffe gemischt. Die Farbwiedergabe ist besser (R_a 80 bis 89) und die Energieeffizienz vergleichsweise am höchsten.
Fünfbandenröhren (5-Banden-Röhren): diese werden auch als Vollspektrumleuchtstofflampen bezeichnet und besitzen mindestens vier unterschiedliche Leuchtstoffe. Die Farbwiedergabe ist sehr gut (R_a 90 bis 99), da sie ein annähernd kontinuierliches Lichtspektrum aussenden. Jedoch ist die Energieeffizienz wiederum schlechter.

Die Hersteller nutzen ein standarisiertes 3-stelliges Farbnummernsystem, um die Lichtfarbe als auch die Farbwiedergabe R_a anzugeben. Ein empfohlener Farbcode für ein Leuchtmittel für die Beleuchtung am Arbeitsplatz (Büro) ist z.B. die 840.

Die erste Ziffer 8 steht für den Farbwiedergabeindex R_a von 80 bis 89 – bedeutet normalerweise, dass es sich um eine Dreibandenröhre handelt
Die zweite und dritte Ziffer 40 wird mit zwei Nullen ergänzt und steht für die Farbtemperatur 4000 Kelvin

Leuchtstofflampen sind in den üblichen Varianten von Weiß (Warmweiß, Neutralweiß/ Kaltweiß und Tageslichtweiß), aber auch in wenigen anderen Lichtfarben erhältlich.

LED-Röhren als Ersatz für Leuchtstoffröhren

Nachdem es bei den LED-Leuchtmitteln in den letzten Jahren enorme technische Fortschritte gab , sind mittlerweile auch sogenannte Retrofits (Austauschlampen) für Leuchtstoffröhren erhältlich. Diese LED-Röhren werden in denselben Bauformen und -größen angeboten. Jedoch sind sie nicht ohne Weiteres austauschkompatibel. Das heißt, die technischen Voraussetzungen für den Betrieb der LED-Röhren sind etwas andere als die für herkömmliche Leuchtstoffröhren.

Um eine Kompatibilität herzustellen, muss entsprechend der Leuchten- und Schaltungsart ein Umbau durchgeführt werden.

Bei Leuchten mit integriertem Starter reicht es meist, diesen gegen ein ähnliches Bauteil mit einer eingebauten Kurzschlussbrücke auszutauschen.
Ist ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) verbaut, muss dieses entfernt und die Leuchte intern umverdrahtet werden. Dies sollte nur von einer Elektrofachkraft durchgeführt werden!

Wichtig ist, Änderungen und Umbauten zu kennzeichnen, da dann hinterher keine Standard-Leuchtstofflampen mehr eingesetzt werden darf.

LED-Röhren besitzen eine vergleichsweise wesentlich höhere Energieeffizienz. Einerseits, weil der Wirkungsgrad von LEDs besser ist und andererseits, weil das Licht von LED-Röhren gerichteter abstrahlt. Es gibt also weniger Streuverluste.

Typische Leistungswerte bei entsprechender Röhrenlänge von T8 LED-Retrofits.

Leistung [W]	7	8	12	18	24
Röhrenlänge [mm]	438	590	895	1200	1500

Ein weiterer Vorteil bei LED-Röhren ist, dass das Licht beim Einschalten sofort hell ist. Es ist keine Phase der Zündung und des Druckaufbaus notwendig. Hinzu kommt, dass sie eine wesentlich höhere Lebensdauer und Schaltfestigkeit haben. Außerdem wird kein umwelt- und gesundheitsschädliches Quecksilber für den Betrieb benötigt. Viele Gründe also, die heute für eine LED-Röhre als Ersatz für eine Leuchtstofflampe sprechen.

Vor- und Nachteile von Leuchtstofflampen

Vorteile

Hohe Lichtausbeute (45 bis 100 lm/W)
Die Energieeffizienz einer Leuchtstofflampe im Vergleich zu einer Glühlampe ist hoch. So lassen sich bis zu 85% der elektrischen Energie einsparen.
Hohe Lebensdauer (bis zu 25.000 h)
Moderne Leuchtstoffröhren (T5, T8 Dreibandenlampen) mit elektronischen Vorschaltgeräten erreichen eine Nutzleuchtdauer von bis zu 25.000 Stunden. Nach dieser Zeit sind die Leuchtmitteln nicht zwangsläufig defekt, sie strahlen aber nur noch weniger als 80% des ursprünglichen Lichtstromes aus.
Großflächige, gleichmäßige Lichtabgabe
Die relativ großen und langen Bauformen der röhrenförmigen Lampen sendet das Licht sehr gleichmäßig ab. Eine solche Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke hat Vorteile in Bezug auf die Blendwirkung.

Nachteile

Vorschaltgerät notwendig
Leuchtstofflampen können nicht direkt an eine Gleich- oder Wechselspannung angeschlossen werden. Sie benötigen zwangsläufig ein Vorschaltgerät (konventionell oder elektronisch). Ein solches verbraucht ebenfalls Energie und mindert deshalb den Gesamtwirkungsgrad der Leuchte.
Einschaltverzögerung
Nach dem Einschalten des Lichts kommt es aufgrund des Prinzips der Lichterzeugung zu einer gewissen Einschaltverzögerung. Außerdem kann es einige Sekunden bis Minuten dauern, bis die volle Helligkeit erreicht ist. Denn hierfür muss erst der notwendige Betriebsdruck im Innern des Glaskolbens aufgebaut werden.
Flimmern – wahrnehmbare Hell-Dunkel-Phasen im 100 bzw. 120 Hz Rhythmus
Besonders bei der Verwendung von konventionellen Vorschaltgeräten (alte Leuchten mit KVGs) kann es zu einem 100-Hz-Flimmern (bzw. 120-Hz-Flimmern) kommen. Dies ist der Netzfrequenz von 50 bzw. 60 Hz geschuldet, wodurch das Licht immer im Nulldurchgang erlischt. Auf diese Weise kann es zu einem Stroboskopeffekt kommen, der jedoch im Büro weniger relevant ist.
Durch die Verwendung hochwertiger elektronischer Vorschaltgeräte kann nahezu flimmerfreies Licht erzeugt werden. Bei solchen EVGs wird der Wechselstrom auf eine wesentlich höhere Frequenz transformiert (typischerweise 45 kHz = 45.000 Hz). Die dadurch entstehende hochfrequente Helligkeitsschwankung (90.000 Hz) ist vom menschlichen Auge nicht mehr wahrnehmbar. Außerdem werden die Schwankungen auch durch das Nachleuchten des verwendeten Leuchtstoffs gedämpft.
Dimmbar nur mit speziellem EVG
Herkömmliche Dimmer für Glühlampen funktionieren bei Leuchtstofflampen nicht. Hierfür werden spezielle, dimmbare elektronische Vorschaltgeräte benötigt.
Für eine möglichst lange Lebensdauer ist es notwendig, für den Dimmbetrieb geeignete Leuchtstoffröhren vor dem Dimmen mind. 100 Stunden lang bei voller Leistung einzubrennen. Nur so ist ein anschließender stabiler, dimmbarer Lampenbetrieb gewährleistet. Andernfalls kann es zum Flackern und einer vorzeitigen Lampenschwärzung kommen.
Teilweise schlechte Farbwiedergabe
Die Farbwiedergabe ist abhängig von den verwendeten Leuchtstoffen, die als Beschichtung im Inneren des Glaskolbens aufgebracht sind. Aufgrund des stark strukturierten Lichtspektrums von Leuchtstofflampen, kann bei solchen Beleuchtungsanlagen die Farbwahrnehmung verfälscht sein. An Arbeitsplätzen, wo Farben exakt erkannt werden müssen, sollten Lampen mit dem Farbcode 940 (R_a von 90 bis 100, Lichtfarbe 4000 K) eingesetzt werden. In Büros sind Lampen mit dem Farbcode 840 ausreichend.
Streuverluste durch den Abstrahlwinkel von 360°
Leuchtstofflampen strahlen ihr Licht rundum, also in einem Abstrahlwinkel von 360° ab. Für die indirekte Beleuchtung ist dies optimal. Soll das Licht jedoch gerichtet werden, entstehen immer Streuverluste (so z.B. bei Rasterleuchten).
Empfindlich gegen häufiges und schnelles Ein- und Ausschalten
Die Schaltfestigkeit einer Leuchtstofflampe ist mangelhaft. Je öfter eine Leuchtstofflampe ein- und ausgeschalten wird, desto kürzer wird ihre Lebensdauer. Sie lohnt sich deshalb nicht für Räume, in denen das Licht immer nur für kurze Zeit angemacht wird. Hier spielen bspw. Austauschlampen in Form von LED-Tubes ihre Vorteile aus, die eine wesentlich höhere Schaltfestigkeit aufweisen.
Enthält giftiges Quecksilber
Das Schwermetall Quecksilber ist hochgiftig und kann zu schädlichen Auswirkungen auf das Hirn- und Nervensystem führen. Deshalb wurde in einem völkerrechtlichen Vertrag, dem Minimata-Übereinkommen (auch Quecksilber-Konvention) festgelegt, dass die Emission von Quecksilber schrittweise eingedämmt werden soll. Da Leuchtstofflampen Quecksilber enthalten, sind auch sie davon betroffen. Mit der Verordnung (EU) 2017/852 wurden bestimmte Kriterien festgelegt, wodurch einige dieser Leuchtmittel in der EU seit 31.12.2018 nicht mehr ein-, ausgeführt oder hergestellt werden dürfen.
Auch wenn quecksilberhaltige Leuchtmittel in den nächsten Jahren stark abnehmen werden und bestenfalls durch LED-Röhren ersetzt werden, bleiben noch einige Zeit viele in Büros und sonstigen Arbeitsräumen bestehen. Die DGUV stellt hierfür wichtige Informationen für den Umgang und die Entsorgung bereit – DGUV Information 231-732.