Beschreibung des Leuchtens einer Neonröhre
Was ist eine Neonlampe?
Eine mit dem Edelgas Neon gefüllte Niederdruck-Entladungsröhre ist die klassische Neonröhre, eine Lampe, die über ihre gesamte Länge ein gleichmäßiges orange-rotes Neonlicht erzeugt. Zu den Edelgasen, die in Beleuchtungsanlagen verwendet werden, gehören Helium, Xenon, Argon und Krypton, die jedoch unterschiedliche Leuchtspektren aufweisen, so dass sie kombiniert werden können und verschiedene Farben entstehen.
Neon unterscheidet sich strukturell nicht von anderen Entladungslampen, einschließlich Leuchtstofflampen. Zum Einschalten des Geräts wird ein Strom von 0,1-1 Milliampere benötigt. Diese Empfindlichkeit hat es ermöglicht, Neonlampen in Netzspannungsanzeigern zu verwenden, sofern ein Abschwächungswiderstand zum Schutz vor Stromschlägen eingesetzt wird.
Gleichzeitig kann die Zündspannung je nach Länge, Durchmesser und Gasfüllung des Kolbens bis zu 12.000 Volt betragen. Daher ist für den Start und die Wartung des Geräts ein Wechselrichter im Stromkreis erforderlich. In Europa und den USA wird Neonlicht hauptsächlich in der Werbung und in der Unterhaltung eingesetzt. In Russland verbreitete sich diese Mode mit einer Verzögerung von zehn bis fünfzehn Jahren, obwohl die Glimmentladungs- und Anzeigentechnologie in industriellen Geräten bereits seit den 50er Jahren eingesetzt wurde.
Woher kommt das Neon?
Das erste Neon wurde 1910 von Georges Claude hergestellt, aber für seine Erfindung nutzte er die Arbeit von Maurice Travers und William Ramsay, britischen Chemikern, die Neon gewannen, indem sie es als Nebenprodukt aus der Luft entfernten. In atmosphärischer Luft erreicht die maximale Konzentration von Ne 0,00182 %. Dies ist im globalen Maßstab sehr wenig, aber ausreichend, um es in industriellem Maßstab zu gewinnen.
Zur Herstellung von Neon werden alle schweren Bestandteile der Luft verflüssigt, so dass eine unverflüssigte Restkomponente, das Helium-Neon-Gemisch, übrig bleibt. Zur Trennung von Helium und Neon werden drei Methoden angewandt:
- Neonadsorption durch gekühlte Aktivkohle;
- Gefrieren mit flüssigem Wasserstoff;
- Doppeldestillation in einem Verdampferkondensator;
- Kaltrektifikation der komprimierten Mischung.
Mit der letztgenannten Technologie wird Gas mit einem Reinheitsgrad von 99,9 % im industriellen Maßstab hergestellt.
Video: Neon - das INERTeste Gas der Welt
Arten von Neon
Jede leuchtende farbige Röhre, die manchmal entsprechend gebogen ist, wird fälschlicherweise als Neon bezeichnet. In ihrer klassischen Form besteht eine solche Lampe jedoch aus einem mit inertem Neon gefüllten Glaskolben, an dessen Enden sich zwei oder drei Elektroden befinden. Anzeigelampen sind kleiner als das LED-Element, und die Entladungsröhren sind bis zu zehn Meter lang und haben einen Durchmesser von 20 mm.
Die Glühbirne wird durch Erhitzen des Glases auf einer Gasfackel geformt, die mit Neon gefüllt ist und der einige Tropfen Quecksilber hinzugefügt werden, um das Glühen zu verstärken. Das Gerät ist mechanisch instabil und die Entsorgung erfordert aufgrund der Toxizität des Quecksilberdampfes besondere Sicherheitsmaßnahmen. Aufgrund der Einfachheit des Geräts ist seine Langlebigkeit jedoch auf die Unversehrtheit des Lampenkolbens, die Zusammensetzung der Elektroden und die Wartbarkeit der Auslöseelemente beschränkt. In einer klassischen Neonröhre gibt es buchstäblich nichts, was durchbrennen könnte, so dass sie bis zu 80.000 Stunden im Dauerbetrieb halten kann.
Flexibel.
Die Schwierigkeit, Glühbirnen zu betreiben, hat zur Erfindung alternativer Technologien geführt, die die Neonbeleuchtung imitieren. Als Ersatz haben sich in PVC- oder Silikonstreifen eingebettete LED-Streifen durchgesetzt, die die Strahlen der Glühbirnen so streuen, dass das Licht gleichmäßig über die Oberfläche des Streifens verteilt wird. Das so genannte flexible Neon:
- einfach zu installieren - in speziellen Befestigungen oder Nuten mit einer Biegung von 180° und einem Biegedurchmesser von 10 mm angebracht;
- mechanisch stabil und dicht;
- erschwinglich;
- geringer Stromverbrauch - die 50 cm lange Leiste wird über einen Standard-USB-Anschluss mit 3 bis 4 Volt versorgt.
Kalt
Eine Vielzahl von flexiblen Neons, aber technisch anders ausgeführt. Als Lichtquelle wird ein Leuchtstoff verwendet, mit dem ein flexibler Kupferdraht beschichtet ist. Auf einer Phosphorschicht und einem transparenten Dielektrikum ist ein dünner Kupferdraht spiralförmig aufgewickelt. Die gesamte Konstruktion ist mit einem transparenten Kunststoffmantel versehen. Die Spule mit dem Stab funktioniert nach dem Prinzip einer Magnetspule, und es ist das Magnetfeld, das die Lumineszenz des Leuchtstoffs anregt.
Der Betrieb mit kalter Neonröhre ist möglich, wenn der Anschluss an das Stromnetz über spezielle Wechselrichter erfolgt, die Strom mit einer Frequenz von bis zu 6000 Hz erzeugen. Die Lampe selbst ist ein flexibles, robustes und versiegeltes Kabel mit verschiedenen Farben je nach Leuchtstofftyp.
Der Durchmesser der Schnur wird von den Herstellern oft nur durch die Dicke des Außenmantels geregelt, der innere Teil bleibt unverändert. Daher ist es nur dann sinnvoll, eine dickere Schnur zu nehmen, wenn dies durch die Größe des Bauschlitzes gerechtfertigt ist.
Ein charakteristisches Merkmal von kaltem Neon ist das völlige Fehlen einer Glühfadenerwärmung im Dauerbetrieb. Der einzige Nachteil der Technologie besteht darin, dass bei häufigen scharfen Biegungen in kleinen Durchmessern die Phosphorbeschichtung unterbrochen wird, was zur Bildung von verdunkelten Bereichen auf dem Draht führt.
Beispiele für die Verwendung von Neonlichtern mit Fotos
Die Eigenschaften von Neonröhren bestimmten ursprünglich ihre Verwendung im Bereich der Elektrotechnik als:
- Netzspannungsanzeigen in Elektrogeräten;
- Kontroll- und Anzeigegeräte zur Feststellung des Vorhandenseins von Spannung auf Leitern;
- Indikatoren für elektromagnetische Strahlung - im Balizor leuchtet Neon, wenn es einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist;
- eine Sicherung in Signalkreisen.
Neonlampen werden heute vor allem in den Bereichen Handel, Design und Unterhaltung eingesetzt.
Wie eine Neonlampe funktioniert
Die klassische Gasentladungsneonlampe nutzt die Fähigkeit des Neons, Lichtphotonen zu emittieren, wenn Gasmoleküle in einem entladenen Medium unter dem Einfluss von Elektrizität Energie austauschen. Wenn Wechselstrom angeschlossen wird, verteilt sich das Glühen gleichmäßig in der Glühbirne. Wenn der Strom konstant ist, konzentriert sich das Glühen um die Kathode.
Schaltplan
Die Anzeigelampen werden über einen Abwärtswiderstand gemäß dem folgenden Schaltplan angeschlossen.
So erfordern beispielsweise Beleuchtungskörper mit LED-Elementen eine komplexere Verbindung über ein Vorschaltgerät, wie in der nachstehenden Abbildung dargestellt.
Der Anschluss eines Gasentladungsneons bedeutet einen geeigneten Wechselrichter im Stromkreis.
Die erste Schaltung gilt als Standard. Die zweite reduziert die Länge der Leiter und wenn eine Seite des Stromkreises ausfällt, funktioniert die zweite weiter.
Je nach Länge und Durchmesser des Entladungsrohrs ist ein Aufwärtstransformator mit der in der Tabelle angegebenen Leistung erforderlich.
Der Anschluss von elektrischen Beleuchtungskörpern an Hochspannungsgeräte erfordert Kenntnisse in Elektrizität und Elektrotechnik. Bei falscher Berechnung kann die Entladung in einen Lichtbogen übergehen, der zum Bersten des Kolbens führt.
Kaltes Neon wird über einen Inverter an eine 12- oder 24-Volt-Stromversorgung angeschlossen, je nach Länge des Glühkabels.
Das LED-Neon wird ähnlich wie die LED-Streifen angeschlossen, aber alle Verbindungen werden über Steckverbinder hergestellt, gefolgt von der Versiegelung der Verbindungsstelle, wie im Video gezeigt.
Wie man ein anderes Lichtspektrum erhält
RGB-Bänder mit einem Controller sind in der Lage, die Farbe, den Modus und die Intensität der Beleuchtung des flexiblen Neons mit einer Simulation von Lichtern oder Stroboskopen zu ändern. In Entladungslampen werden verschiedene Edelgase oder Kombinationen von Gasen mit der Farbe des Glaskolbens verwendet, um unterschiedliche Farben zu erzeugen. Zum Beispiel wird blaues Xenon in eine gelbe Glühbirne gepumpt, um ein grünes Leuchten zu erzeugen.
Vorteile und Nachteile
Die Gasentladungsneonröhre gibt im Vergleich zu anderen Geräten ein weicheres und, wenn ich so sagen darf, analogeres Licht ab. Zu den Vorteilen dieser Lampen gehören:
- Gleichmäßigkeit der Lumineszenz sowie die Fähigkeit, das Licht bei Gleichstrom auf eine der Elektroden zu konzentrieren;
- Langlebigkeit - keine verbrauchbaren Elemente in der Konstruktion;
- Betrieb von kleinen Anzeigelampen direkt am 220-V-Netz;
- Möglichkeit der Herstellung verschiedener Glühbirnenformen und Kathoden;
Gleichzeitig ist das Design der Entladungslampen nicht ohne Nachteile und gilt aus folgenden Gründen als veraltet:
- Geräusche während des Betriebs vom Aufwärtstransformator;
- Die Zerbrechlichkeit des Glaskolbens;
- schwierig zu entsorgen, da sich giftige Quecksilberdämpfe im Inneren der Konstruktion befinden.
Hauptunterschiede zu LED-Streifen
Die Schnur, die nach dem Prinzip des Phosphorglühens unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Feldes funktioniert, strahlt wie die Entladungsröhre Licht in einem Winkel von 360° ab, biegt sich aber in alle Richtungen und verbraucht weniger Energie. Der flexible LED-Streifen strahlt das Licht um 180° nach einer Seite ab und biegt sich nur in einer Ebene. Der Vorteil eines flexiblen LED-Streifens, der eine Neonröhre simuliert, liegt in seiner mechanischen Stabilität, der einfachen Handhabung und der Möglichkeit, den Modus über einen Controller zu steuern.
Natürlich ist das RGB-System durch den Richtungs- und Biegeradius und den engen Leuchtvektor begrenzt, aber diese Nachteile werden durch die Möglichkeit ausgeglichen, einzigartige Lichtshows mit Hilfe von programmierbaren Steuerungen mit verschiedenen Betriebsmodi zu schaffen. Gleichzeitig ist das leuchtende Neongewinde dünner (bis zu 2 mm) und ermöglicht den Einbau in engen Fugen und Spalten, was für das Autotuning und die dekorative Aufwertung verschiedener Geräte wichtig ist.
Es sollte hinzugefügt werden, dass Retro, einschließlich Analog, jetzt ein Comeback erlebt, so dass die alten Gasentladungslampen in der Design- und Marketingarena nicht irrelevant sind. Preis und Raffinesse haben die klassischen Neonleuchten zur ersten Wahl für wohlhabende Käufer gemacht, die sich durch ihren Status und guten Geschmack auszeichnen wollen.