Leuchtmittel Teil 7: Induktionslampen - berührungsloses Leuchten

Lange Jahre war es einfach: Wenn eine Glühbirne kaputt war, kaufte man eben eine neue. Und heute? Die EU hat das Verbot von Glühbirnen beschlossen. Immer neue Leuchtmittel finden den Weg in die tägliche Anwendung: Bei IKEA gibt es Energiesparlampen, der Autoverkäufer wirbt mit Xenon-Licht, im Supermarkt liegen LED-Taschenlampen aus. Wir stellen die wichtigsten Leuchtmittel vor:

• Teil 1: Glühbirnen - Licht durch Wärme
• Teil 2: Halogenlampen - „getunete“ Glühbirnen
• Teil 3: Leuchtstoffröhren - der Büro-Klassiker
• Teil 4: Energiesparlampen - kühle Effizienz
• Teil 5: Metalldampf-Lampen - langsam, aber gewaltig
• Teil 6: Xenonlicht - Tageslicht für Autos und Kino
• Teil 7: Induktionslampen - berührungsloses Leuchten
• Teil 8: LEDs - Licht aus Halbleitern
• Teil 9: Laser - synchrone Lichtstrahlen
• Teil 10: Die Sonne - Kernfusion als Maß der Dinge

Teil 7: Induktionslampen - berührungsloses Leuchten

Grundlagen

Induktionslampen sind Niederdruck-Gasentladungslampen: Wie in Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen fließt hier elektrischer Strom durch ein Gas (und nicht durch einen Metalldraht wie bei Glüh- oder Halogenlampen) und regt es zum Leuchten an.

Die Elektronen, aus denen der elektrische Strom besteht, stoßen auf ihrem Weg durch die Entladungskammer gegen die Gasatome darin. Dabei wird ein Teil ihrer Bewegungsenergie auf die Gasatome übertragen (genauer: auf die äußeren Elektronen der Gasatome. Man spricht dann von angeregten Atomen). Die Gasatome geben diese Energie praktisch sofort wieder ab - und zwar in Form von Licht.

In einer Leuchtstoffröhre wird durch das Leuchtgas zunächst UV-Licht (ultraviolettes Licht) erzeugt. Es ist unsichtbar und energiereicher als sichtbares Licht (bekannt als Verursacher von Sonnenbrand). Das UV-Licht wird nun mit Hilfe eines Leuchtstoffes in sichtbares Licht aller Farben umgewandelt - und erscheint als weißes Licht an der Außenseite der Leuchtstoffröhre.

Im Unterschied zu Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen wird bei einer Induktionslampe der Stromfluss durch das Leuchtgas jedoch nicht über Elektroden in das Gas eingeleitet. Statt dessen werden über einen Sender elektromagnetische Wechselfelder im Leuchtkörper erzeugt. Diese elektromagnetischen Felder beschleunigen die Elektronen des Leuchtgases berührungslos. Man spricht in solchen Fällen von „induziertem Strom“ oder „Induktionsstrom“ - daher der Name Induktionslampen.

Da so mechanische und verschleißintensive Bauteile im Leuchtkörper entfallen, erreichen Induktionslampen extrem lange Lebensdauern: Sie leuchten viele Jahre ununterbrochen. Ihre Leuchtkraft lässt lediglich durch Verschmutzung und Eintrübung des Leuchtkörpers mit den Jahren nach - um etwa 30 % in 7 Jahren. In der Praxis wird die Lebensdauer meist durch einen Ausfall der elektronischen Bauteile (Sender und zugehöriges Vorschaltgerät) nach einigen Jahren begrenzt.

Deshalb kommen Induktionslampen in erster Linie an Orten zum Einsatz, wo der Wechsel eines kaputten Leuchtmittels sehr teuer oder aufwändig ist: in Industrie- und Sporthallen, Tunneln, großen Hotel- und Verkaufshallen, Bahnhöfen und Flughäfen, im Untertagebau und auf Bohrinseln.

Technische Umsetzung

Die häufigsten beiden Bauformen von Induktionslampen sind die Ringform und die Kolbenform.

Ringform-Induktionslampen (siehe Foto) bestehen aus einer geschlossenen, ringförmigen Leuchtstoffröhre, die mit Quecksilbergas bei Unterdruck gefüllt ist. Um sie herum sind ein oder mehrere Ringe gelegt, die als Sender fungieren. Die Ringe bestehen aus einem Ferrit - einem keramik-artigen Werkstoff, der hohe Sendeleistungen bei geringen Wärmeverlusten ermöglicht.

Über die Ferrit-Ringe wird von außen ein elektromagnetisches Wechselfeld (mit Frequenzen im 100-Kilohertz-Bereich) in der Leuchtstoffröhre erzeugt. Es induziert einen elektrischen Wechselstrom entlang des Rings, der die Gasatome zum Leuchten anregt.

Bei Kolbenform-Induktionslampen befindet sich der Sender innerhalb der Lampe, die aussieht wie eine normale, große Glühbirne. Er generiert ein kugelförmiges Wechselfeld (mit Frequenzen im Megahertz-Bereich) im Innern des Leucht-Kolbens.

Auf die Außenhülle des Leuchtkolbens kann eine dünne, elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht werden, um die Abstrahlung des Induktionsfeldes nach außen gering zu halten.

Eher ein Nischendasein führen daneben Schwefel-Induktionslampen. Bei diesem sehr selten verbauten Lampentyp wird eine Schwefel-Argon-Mischung als Leuchtgas eingesetzt. Der elektrische Strom wird durch Mikrowellen induziert - eine vergleichsweise aufwändige Technik. Der Vorteil: Schwefellampen sind extrem leuchtstarke, dimmbare Leuchtmittel mit tageslicht-ähnlicher Lichtqualität. Sie werden z.B. in Fernsehstudios eingesetzt.

Vorteile

• Extrem lange Lebensdauer: Bis zu 100.000 Betriebsstunden werden erreicht (100-mal so lang wie eine Glühbirne, 15-mal so lang wie eine Energiesparlampe).
• In Induktionslampen werden ca. 20 % der aufgenommenen Energie in sichtbares Licht umgewandelt, und damit 4- bis 5-mal so viel wie in Glühbirnen. (Die Lichtausbeute liegt bei 65-100 Lumen/Watt). Damit zählen sie derzeit zu den effizientesten Leuchtmitteln, die ein recht natürliches Lichtspektrum liefern.
• Durch Auswahl der Leuchtstoffe können fast beliebige Farben und Spektren erzeugt werden.
• Bis auf ca. 30% der Maximal-Lichtstärke dimmbar.
• Schneller, flimmerfreier Start.
• Hohe Wirtschaftlichkeit durch kleinen Wartungsaufwand und geringen Energieverbrauch.

Nachteile

• Hohe Anschaffungskosten durch geringe Stückzahlen ("Skalen-Effekte"), komplexe Leuchtmittel und elektronische Bauteile.
• Die Quecksilberfüllung und die Leuchtstoffe sind giftig und daher bei Bruch und Entsorgung der Lampen problematisch. Leuchtstoffröhren sollten daher nur an sicheren Stellen angebracht werden. Außerdem müssen sie nach Gebrauch zum Recycling zu den zuständigen Sammelstellen gebracht oder dort zurückgegeben werden, wo sie gekauft wurden. (Dies ist in der EU-WEEE-Richtlinie geregelt.)
• Vor allem bei billigen und/oder alten Induktionslampen wird ein Teil des elektromagnetischen Induktionsfeldes in die Umgebung abgestrahlt, was z.B. Störungen anderer elektrischer Geräte verursachen kann.

Fazit

Induktionslampen sind so effizient wie Energiesparlampen und herkömmlichen Leuchtstoffröhren. Ihr großer Vorteil gegenüber diesen ist die extrem lange Lebensdauer. Die hat jedoch ihren Preis. Für viele Anwendungsbereiche - zum Beispiel an hohen Decken und schwer erreichbaren Stellen - sind Induktionslampen die wirtschaftlichsten Leuchtmittel. Im Hausgebrauch, wo zum Lampenwechsel meist ein Stuhl oder eine kleine Leiter reicht, werden sie wohl nur dann flächendeckend Einzug halten, wenn die Anschaffungspreise weiter sinken.

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