Glimmlampe

Glimmlampe
Glimmlampe in Bauform NE-2 wie sie als Signallampe Anwendung findet.

Die Glimmlampe ist eine Gasentladungsröhre, welche zur Erzeugung eines schwachen, so genannten Glimmlichtes die Glimmentladung nutzt.

Der Glaskolben einer Glimmlampe ist mit einem Gas mit niedrigem Druck gefüllt. Üblicherweise wird das Edelgas Neon verwendet, welches eine orange-rote Farbe ergibt. In den Glaskolben sind des Weiteren zwei nicht beheizte, kalt bleibende Elektroden eingelassen. Das Glimmlicht entsteht an der Kathode, bei Betrieb mit Wechselspannung leuchten abwechselnd beide Elektroden. Da Glimmlampen meist mit dem Edelgas Neon gefüllt sind, zählen sie in dieser Bauform zu den Neonlampen. Im englischsprachigen Raum werden Glimmlampen, auch wenn sie nicht mit dem Edelgas Neon gefüllt sind, als neon lamp bezeichnet.

Inhaltsverzeichnis

Anwendungen

Glimmlampen dienen vor allem als Signallampe in verschiedenen, meist mit Netzspannung betriebenen Elektrogeräten, um den Betriebszustand anzuzeigen. Beispielsweise finden sie sich in elektrische Haushaltsgeräten wie Bügeleisen, Kaffeemaschinen oder in beleuchteten Netzschaltern von Mehrfachsteckdosen. Auch in technischen Anwendungen wie dem Phasenprüfer findet die Glimmlampe Anwendung. Die Glimmlampe ist kostengünstig herstellbar, wird aber zunehmend durch Leuchtdioden (LED) abgelöst. Eine technische Weiterentwicklung des Prinzips stellen monochrome Plasmabildschirme dar.

Weitere Anwendung, allerdings nicht als Lampe sondern als Art Schalter, liegt als zentrales Element in konventionellen Startern für Leuchtstofflampen ohne elektronisches Vorschaltgerät. Weiters in besonders einfachen Oszillatorschaltungen wie den Kippschwinger zur Erzeugung von Schwingungen. In beiden Fällen wird die besondere Kennlinie der Glimmlampe funktionell ausgenutzt.

Technik

Kennlinie einer Glimmlampe

Zum Zünden der Glimmentladung ist eine elektrische Spannung von mehr als 100 V notwendig, wie in der nebenstehenden Kennlinie einer Glimmlampe dargestellt. Die konkrete Spannung hängt unter anderem vom Gasdruck, dem Elektrodenmaterial und der Art der Gasfüllung ab. Bei handelsüblichen mit Neon gefüllten Glaskolben, Eisenelektroden und einem Gasdruck von 1 mbar ergibt sich eine Zündspannung von ungefähr 180 V. Diese Zündspannung, im Diagramm als Punkt A markiert, muss erreicht werden, um die Glimmentladung einzuleiten. Das Zünden wird durch Zusatz geringster Mengen Quecksilber erleichtert.

Durch die einsetzende Glimmentladung kommt es zu einem Stromfluss und zu einem Absinken der Spannung an der Lampe. Bei Unterschreitung der Haltespannung im Punkt B erlischt die Lampe. Der negative Kennlinienverlauf zwischen den Punkten A und B ist Folge des so genannten Kathodenfalls (siehe Glimmentladung) und stellt einen negativen differentiellen Widerstand dar. Dieses Verhalten kann auch zur Schwingungserzeugung (Kippschwingung) genutzt werden.

Bei kleinen Glimmlampen wie dem zu Anzeigezwecken verwendeten Typ NE-2 liegen die Ströme um mehr als einer Zehnerpotenz unter den im Diagramm angegebenen Werten.

Bei kleinen Innenwiderständen der speisenden Spannungsquelle kommt es nach dem Zünden zu einem starken Stromanstieg, wobei die Glimmentladung in eine Bogenentladung – gekennzeichnet durch eine hohe Lichtbogentemperatur – übergeht und zur thermischen Zerstörung der Lampe führt. Aus diesem Grund müssen Glimmlampen bei Betrieb an Spannungsquellen immer mit einem Vorwiderstand zur Strombegrenzung versehen werden, welcher so dimensioniert sein muss, dass der Betriebspunkt in der Kennlinie zwischen den Punkten B und C zu liegen kommt.

Neben der Gasfüllung Neon mit orange-roter Farbe können durch den Einsatz anderer Füllgase auch unterschiedliche Farben erzielt werden, zum Beispiel weiß mit Krypton und blaugrün mit Argon. Siehe hierzu auch die Farben von Leuchtröhren.

Durch Glimmlampen in beleuchteten Tastern wie vom Typ NE-2 fließt ein elektrischer Strom von etwa 0,4…1 mA. Bei 230 V Netzspannung beträgt die Leistung damit rund 0,1…0,25 W. Das ergibt einen Energiebedarf von etwa 0,8 bis 2 kWh pro Jahr und Taster.

Geschichte

Bienenkorbglimmlampe, 2–3 Watt

Große Glimmlampen wurden etwa im Zweiten Weltkrieg während bestehender Verdunkelungspflicht zu Beleuchtungszwecken in Gebäuden eingesetzt. Ihre Elektroden bestanden aus einer nach oben konisch zulaufenden Typ 1-Doppelhelix, die in einen gewöhnlichen, heute noch üblichen Allgebrauchslampen-Glaskolben mit E27-Edisonsockel eingeschmolzen war. Im Sockel befand sich der Vorwiderstand. Der Form der Elektroden verdankt sie die Bezeichnung Bienenkorbglimmlampe. Ihre Leistung betrug zwischen zwei und vier Watt einschließlich Vorwiderstand. Sie wurden noch bis in die 1980er Jahre hergestellt und finden sich noch vereinzelt in schulischen Physiksammlungen.

Ende der 1930er Jahre wurde mit der Glimmlampe auch als Gleichrichter experimentiert.[1] Die Gleichrichterwirkung basiert auf einer unsymmetrischen Formung der beiden Entladungselektroden oder auch mit Elektrodenbeschichtungen zur Reduktion des Kathodenfalles. Der Glimmgleichrichter konnte sich in der Praxis allerdings wegen seines recht schlechten Verhältnisses von Durchlass- zu Sperrstrom (< 100:1) nicht durchsetzen.

In den 1950er Jahren wurden unter Ausnutzung des negativen differentiellen Widerstands mit Hilfe kleiner Glimmlampen verschiedene Oszillatorschaltungen entwickelt und in Kombination mit Zählschaltungen, Frequenzteilern in den damals aufkommenden ersten elektronischen Orgeln eingesetzt.[2][3][4][5] Weitere Anwendungen waren einfache Schaltungen als Zündgenerator in Stroboskoplampen.

In röhrenbestückten Mess- und Laborgeräten wurden Glimmlampen auch als Spannungstabilisatoren im Bereich von etwa 80 bis 500 V verwendet. Diese Glimmstabilisatoren sind als Shuntregler geschaltet und enthielten teilweise mehrere Entladungsstrecken.

Weitere Anwendungen waren Ziffernanzeigeröhren – die sogenannten Nixie-Röhren –, Zählröhren, Abstimm- und Matrixanzeigen. In diesem Bereichen wurden Glimmlampen fast vollständig durch andere Techniken wie Leuchtdioden oder Vakuum-Fluoreszenz-Displays ersetzt.

Bauformen

Eine spezielle Bauform mit kerzenähnlichen Elektroden sind als Flackerkerze bekannt.

Literatur

Einzelnachweise

  1. Nentwig, Geffcken, Richter: Die Glimmröhre in der Technik. Deutsch-Literarisches Institut J. Schneider, Berlin-Tempelhof 1939, S. 110 ff.
  2. A.A. Vuylsteke: Neon lamp flip-flop and binary counter. In: Electronics, Bd. 26, S. 248 (April 1953).
  3. M.S. Raphael, A.S. Robinson: Digital storage using neon tubes. In: Electronics, Bd. 29, S. 162–165 (Juli 1956).
  4. J.C. Manley, E.F. Buckley: Neon diode ring counter. In: Electronics, Bd. 23, S. 84–87 (Januar 1950).
  5. C.E. Hendrix, R.B. Purcell: Neon lamp logic gates play tic-tac-toe. In: Electronics, Bd. 31, S. 68–69 (20. Juni 1958).

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