Licht und Lichtschutz im Museum

• Einführung: Licht und das menschliche Auge
• Lichtschäden
• Lichtquellen

1. Glühlampen, Halogenlampen
2. Leuchtstofflampen, Kompaktleuchtstofflampen
3. Entladungslampen, LEDs, Schwefellampen, Elektrolumineszenz

• Beleuchtung im Museum
• Lichtschutz
• Lichtmessung
• Reflexion und Entspiegelung
• Lichttechnische Begriffe und Einheiten
• Bibliographie und Links

Leuchtstofflampen

In einer Leuchtstoffröhre befindet sich bei sehr niedrigem Druck etwas Quecksilberdampf und ein Edelgas - meist Argon oder eine Mischung aus Argon und Neon. An den Rohrenden befinden sich Kathoden aus Wolframdraht. Beim herkömmlichen Startprozess erhitzt eine hohe Spannung kurzfristig die Kathoden so weit, bis sie Elektronen aussenden und dadurch das Gas elektrisch aufladen (ionisieren). Das ionisierte Gas wird elektrisch leitend und es kommt zu einem starken Elektronenfluss durch die Röhre.

Die Elektronen kollidieren auf ihrem Weg mit den Quecksilberatomen. Die Quecksilberatome werden dadurch angeregt und senden bei der Rückkehr in den Normalzustand daraufhin hauptsächlich UV-B Strahlung mit der Wellenlänge 254 nm aus (diese Energie wird frei, wenn Quecksilber von seinem untersten angeregten Zustand in den Grundzustand zurückkehrt). Damit sichtbares Licht entsteht, wird die UV-Strahlung durch die phosphorhaltigen Leuchtstoffe auf der Innenseite der Röhre in sichtbares Licht umgewandelt (Fluoreszenz).

Funktionsprinzip einer herkömmlichen Leuchtstoffröhre mit Vorheizung der Kathoden, aus: www.popularmechanics.com

Ein nicht unerheblicher Teil der UV-Strahlung gelangt durch die Leuchtstoffschicht und die Glasröhre hindurch nach außen (typisch: 50 µW/lm UV-A), darunter auch ein kleiner Teil UV-B Strahlung  (ca. 10 µW/lm). In Museen sollten Leuchtstofflampen daher immer eine UV-Filterung erhalten. 

Eine Leuchtstoffröhre benötigt ein Vorschaltgerät und einen Starter. Diese liefern die Glühspannung für die Kathoden sowie die kurzzeitig hohe Zündspannung. Während des weiteren Betriebs regeln Sie den Stromfluss. Nach einigen Augenblicken schaltet der Starter ab und die Elektroden bleiben durch das Auftreffen der Elektronen genügend warm, um die Gasentladung aufrechtzuerhalten. Falls dies beim ersten Mal nicht der Fall ist, startet der Starter einen zweiten Versuch - daher blinken Lampen beim Start bisweilen einige Male auf. Ist die Gasentladung einmal in Gang gekommen, würde der Stromfluss sofort unkontrolliert stark ansteigen. Die Vorschaltgeräte sorgen daher für einen weitgehend konstanten Stromfluss von einer Umpolung des Wechselstroms bis zur nächsten. Bei herkömmlichen Vorschaltgeräten geschieht dies durch eine Magnetspule, bei elektronischen durch transistorartige Schaltungen  Bei manchen Vorschaltgeräten sind beide Funktionen in einem Gerät vereint. Bei Sofortstart-Vorschaltgeräten geschieht die Zündung anstatt über das Vorheizen der Elektroden über eine sehr hohe Zündspannung.

Elektronische Vorschaltgeräte arbeiten bei 20 -50 kHz. Sie beseitigen jegliches Flimmern und erhöhen die Wirtschaftlichkeit (bis zu 30%) und die Lebensdauer (bis 50%) der Lampen erheblich (xternet), da die Ladungsträger praktisch ständig zur Verfügung stehen. Der Wechselstrom aus dem Netz wird zunächst in Gleichstrom verwandelt, weshalb sich diese Systeme auch mit Gleichstrom betreiben lassen. Bei defekter Lampe schalten sie automatisch ab. 

Mit speziellen Vorschaltgeräten (Phasenabschnittdimmung, z.B. Osram Quicktronic de luxe dimmbar) lassen sich Leuchtstofflampen auch dimmen: bis auf 1% der Lichtleistung und ohne spürbare Veränderung der Lichtfarbe. Dies ist besonders für die Raum- und Vitrinenbeleuchtung von enormem Vorteil. Sie eignen sich auch für die tageslichtabhängige Lichtsteuerung. Allerdings lassen sich derzeit nur die dickeren Röhren ab 16 mm und einige Kompaktleuchtstoffröhren dimmen, wobei die Röhren mit der besten Farbwiedergabe oft nicht dimmbar sind (????).    

Bei den Leuchtstoffen handelt es sich unter anderem um Phosphorverbindungen, Aluminate und Borate, z.T. mit seltenen Erden (Calciumhalophosphat, Calciumsilikat, Magnesiumfluorogermanat, Strontium-Magnesiumphosphat und Calcium-Strontium Phosphat. Diese Kristalle enthalten Verunreinigungen wie Antimon, Mangan, Zinn oder Blei, die ihnen gestatten, sichtbares Licht zu fluoreszieren (Bloomfield, näheres siehe Hentschel 1994 S. 125f). Die Leuchtstoffe werden in der Regel im Schlämmverfahren aufgebracht (bei Leuchtreklamen auch im Perlverfahren).

Leuchtstofflampen sind in den Lichtfarben tageslichtweiß (>5000 K), neutralweiß (4000 K) und warmweiß (<3300 K) erhältlich. Letzteres ist zu empfehlen, wenn Leuchtstofflampen mit gewöhnlichen Halogenlampen oder Glühlampen kombiniert auftreten. Warmweiß ist für die Exponate am wenigsten schädlich und wird bei niedrigen Beleuchtungsstärken am angenehmsten empfunden (s.o). Neutralweiß ist ein guter Kompromiss, wenn Leuchtstofflampenlicht in Kombination mit Tageslicht auftritt. Auch Titan-Halogenlampen (4000 K) harmonieren sehr gut mit dieser Lichtfarbe. 

Die Lichtfarbe von Leuchtstofflampen verändert sich im Laufe der Lebensdauer ins Gelbliche, wodurch störende farbliche Unterschiede zwischen alten und neuen Röhren entstehen. Teilweise wurden neue Leuchtstofflampen vor Gebrauch 1000 h vorgebrannt. Heutzutage nimmt die Lichtleistung von hochwertigen Leuchtstoffröhren im Laufe ihrer Lebensdauer nur um ca. 10% ab, bei billigen Qualitäten u.U. bis 30% und mehr.

Lichtspektren von Leuchtstofflampen  Der hohe Peak im Bereich Grüngelb ist charakteristisch für das Lichtspektrum von Leuchtstofflampen. Er beruht auf dem Emissionsspektrum des in allen Leuchtstoffröhren enthaltenen Phosphors und zeigt sich besonders ausgeprägt bei billigen Leuchtstoffröhren. Da er im Bereich Gelb-Grün liegt, erzeugt er einen starken Helligkeitseindruck -  mit anderen Worten, er sorgt für eine hohe Lichtausbeute. Zum Fotografieren sind diese billigen Lampen denkbar ungeeignet - die Bilder werden stark grünstichig. Durch Mischung mehrerer (3 - 5, bisweilen 7 - 9) Leuchtstoffe und Gase versuchte man, die Farbwiedergabe zu verbessern. Sogenannte 3-Banden Strahler erreichen die Farbwiedergabestufe 1B und sind für viele Anwendungen im Museum bereits brauchbar.		Spektrum einer billigen Leuchtstofflampe, aus www.radium.de
		Spektrum der Osram Lumilux de luxe tageslichtweiß (Ra 98), aus www.osram.de

Die besten Farbwiedergabewerte  erreichen 5-Banden-Strahler wie Osram Lumilux de luxe tageslichtweiß und Philips Tageslicht de luxe (R_a 98),  Warmton-Leuchtstoffröhren "de luxe" sind unwesentlich schlechter. Die Lichtausbeute ist notgedrungen geringer als die billigerer Röhren. Sie werden als 16 mm oder 26 mm-Röhren angeboten. Sogenannte Vollspektrum-Leuchtstoffröhren (Osram Biolux) enthalten neben dem sichtbaren Licht auch einen extra hohen UV-Anteil. Sie mögen für Pflanzen geeignet sein und werden bisweilen zum Retuschieren empfohlen. Sofern die Exponate im Museum dann UV-gefiltert präsentiert werden, entbehrt letzteres jedoch jeglicher Begründung. 

Die Lichtausbeute liegt bei manchen 16 mm - Leuchtstoffröhren und bei Einsatz eines elektronischen Vorschaltgeräts z.T. über 100 lm/W, bei Röhren mit sehr guter Farbwiedergabe liegt sie etwa zwischen 60 und 70. Die Lebensdauer ist mit bis über 10 000 h sehr hoch. Sie hängt zum großen Teil davon ab, wie häufig die Röhre eingeschaltet wird: Durch die hohe Spannung beim Einschalten verbrauchen sich die Elektroden vergleichsweise besonders schnell. Wird die Leuchtstofflampe nur für 1 Minute ausgeschaltet, wird die Stromersparnis durch die verkürzte Lebensdauer wieder aufgewogen, erst ab einer Ausschaltdauer von 10 Minuten überwiegt in jedem Fall die Stromersparnis. Die Lichtausbeute hängt zudem stark von der Umgebungstemperatur der Lampe ab. Normalerweise liefern die Röhren zwischen 20°C und 30°C am meisten Licht. Außerhalb dieses Bereichs wird der Quecksilberdruck zu groß oder zu klein. Es gibt jedoch auch Spezialröhren für tiefe oder hohe Temperaturen (Radium).

Der Druck in einer Leuchtstoffröhre liegt normalerweise bei ca. 1/1000 Atmosphären, weshalb Leuchtstoffröhren implodieren und nicht explodieren. Die Bruchgefahr der Röhren, deren Folgeschäden im Museum durchaus beträchtlich sein können, werden durch folienbeschichtete "UV- und Splitterschutzröhren" vermindert. Diese sind derzeit nur in der Lichtfarbe neutralweiß (coolwhite) in guter Farbwiedergabestufe erhältlich (Osram). Die UV-Schutzschicht beeinträchtigt die Wärmeableitung und verkürzt damit u.U. die Lebensdauer der Röhre. Dies gilt insbesondere, wenn Leuchtstoffröhren durch UV-Schutzschläuche oder -röhren ummantelt werden. 

Leuchtstoffröhren werden nur in wenigen Standardlängen und -dicken angeboten, von den sehr zierlichen 7 mm Röhren (31 - 103 cm) bis zu den 16 oder 26 mm Röhren (43,8 - 150 cm). Die lieferbaren Längen sind bei der Konstruktion von Schaukästen zu berücksichtigen.

Durch den Quecksilberanteil von ca. 0,5 mg pro kg Lampe gehören verbrauchte Leuchtstoffröhren zum Sondermüll.

Kompakt-Leuchtstofflampen,

aus: Osram, siehe auch Delleske, Prospekt Osram

Kompakt-Leuchtstofflampen erschienen etwa 1980 auf dem Markt als eine energieeffiziente Alternative zu den herkömmlichen Glühlampen. Sie liefern konzentrierteres Licht als die Leuchtstoffröhren, das Licht lässt sich dennoch weit weniger gut bündeln als bei Glühlampen oder Halogenlampen. Zur Spotbeleuchtung sind sie daher weniger gut geeignet, auch wenn sie z.T. mit integriertem Reflektor angeboten werden (Bild rechts). Kompakt-Leuchtstoffröhren sind entweder mit Zwei- oder Vierstiftsockel (mit oder ohne eingebauten Starter) oder mit Schraubsockel und integriertem Vorschaltgerät erhältlich

Die Helligkeit nimmt bei geringen Temperaturen ab. Die Temperatur an der kühlsten Stelle der Röhre (häufig an den Ecken) ist ausschlaggebend für den Gasdruck und damit für die Helligkeit. Aus diesem Grund entscheidet die Brennlage mit über den Lichtstrom. Besonders bei niedrigen Umgebungstemperaturen macht es einen enormen Unterschied, ob eine Kompakt-Leuchtstoffröhre stehend (18% geringerer Lichtstrom bei -10°C) oder hängend bzw. waagerecht eingesetzt ist (80% geringerer Lichtstrom bei -10°C, für Osram Dulux L).

Elektronische Kompakt-Leuchtstofflampen bzw. Vorschaltgeräte sind wiederum wirtschaftlicher als konventionelle. Elektronische Systeme können bei Wechselstrom wie bei Gleichstrom betrieben werden und eignen sich daher auch für Notstrombeleuchtung. Die Lampe sollte bei vielen Typen vor dem Wiedereinschalten abgekühlt sein (bei Dulux EL spielt das keine Rolle). Häufiges Wiedereinschalten in warmem Zustand verkürzt oft die Lebensdauer, die 8000 - 15 000 h beträgt (bei Billigmarken z.T. weit weniger). Die Helligkeit nimmt im Laufe der Lebenszeit etwas ab, auf ca. 87% nach 8000 h. Einige Typen sind dimmbar, sogar mit konventionellen Glühlampendimmern (Osram Dulux EL). Die Dulux EL Vario lassen sich sogar mit gewöhlichen Schaltern dimmen. Andere Typen sind mit entsprechenden Vorschaltgeräten dimmbar (z.B. Osram Dulux L). Die Lichtausbeute liegt etwas niedriger als bei langen Leuchtstoffröhren. Die Farbwiedergabequalität entspricht normalerweise der Stufe 1B, einige Typen ohne integriertes Vorschaltgerät sind auch in der Stufe 1 A erhältlich (Osram Dulux L lumilux de luxe).

weiter     zurück    Bibliographie