Glühlampe
Eine Glühlampe, auch Glühfadenlampe oder allgemeinsprachlich Glühbirne genannt, ist eine künstliche Lichtquelle. In der Glühlampe wird ein elektrischer Leiter durch elektrischen Strom aufgeheizt und dadurch zum Leuchten angeregt und erzeugt damit das elektrische Glühlicht. Die weit verbreitete Bauform der Glühlampe mit Schraubsockel wird fachsprachlich als Allgebrauchslampe bezeichnet (abgekürzt A-Lampe oder AGL).
Glühlampen wurden oft zur Wohnraumbeleuchtung eingesetzt. Da sie jedoch sehr ineffizient sind (etwa 10–22 lm/W verglichen mit 61–140 lm/W für weiße LEDs[2]), wurde unter anderem in der Europäischen Union, der Schweiz, der Volksrepublik China und Australien die Herstellung und der Vertrieb von Glühlampen mit geringer Energieeffizienz verboten, um so Energie einzusparen.
In einer Glühlampe lässt man einen elektrischen Strom durch einen dünnen, aus einem leitenden Material (Leiter) (meist ein Metall) bestehenden Faden fließen. Dank geeignet gewähltem Material, z. B. Wolfram, schmilzt dieses nicht. Der Metallfaden hat die Form einer Glühwendel (Glühfaden). Fließt ein ausreichend starker elektrischer Strom durch den Faden, wird dieser so stark erhitzt (joulesche Wärme), dass er glüht. Die Temperatur der Glühwendel beträgt je nach Bauform ca. 1500–3000 °C, sodass sie gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz elektromagnetische Strahlung emittiert, die vor allem im Bereich der Infrarotstrahlung und des sichtbaren Lichts liegt. Das Aussenden von Photonen (Lichtteilchen) wird dabei durch Relaxation der thermisch angeregten Elektronen im Glühfaden hervorgerufen.
Die aufgenommene elektrische Leistung wird jedoch nur zu einem sehr geringen Teil in Form von sichtbarem Licht abgestrahlt, da bei gewöhnlichen Glühlampen nur ca. 2,2 % der elektrischen Energie in Licht gewandelt wird.[3] Der bei weitem größte Teil der Energie wird hingegen im infraroten Bereich als Wärmestrahlung abgestrahlt. Ein Rest wird mittels Wärmeleitung und -konvektion an das Füllgas und den Glaskolben sowie an die Zuleitungs- und Haltedrähte der Glühwendel abgegeben.
Unten: Allgebrauchs-Glühlampe mit E27-Sockel zum Vergleich
Die Glühlampe besteht aus einem Sockel einschließlich der elektrischen Stromzuführungen im Quetschfuß und einem Glaskolben, der den Glühfaden und dessen Halterung vor der Außenumgebung abschirmt. Die unterschiedlichen Bauformen und Leistungsformen werden meist durch das Lampenbezeichnungssystem ILCOS charakterisiert und sind dort näher beschrieben.[4]
Der Sockel einer Glühlampe dient dazu, sie in einer Lampenfassung zu fixieren und elektrisch zu kontaktieren. Die Ausführung der Fassung beschränkt die zulässige Leistung und Stromaufnahme der darin betreibbaren Glühlampe. Leuchtenfassungen für E27-Allgebrauchslampen sind oft auf 60 W begrenzt.
Sockellose Lampen besitzen nur Anschlussdrähte oder einen Quetschfuß ohne Stutzen zum Einstecken. Stecksockellampen tragen lediglich verstärkte Stifte am Quetschfuß. Traditionelle Glühlampen besitzen aus Blech gefertigte Edisonsockel, in die der Lampenkolben eingekittet ist. Bei Projektionslampen (außer Halogen), Signallampen und solchen für Fahrzeugscheinwerfer ist der Sockel gegenüber dem Glühdraht exakt justiert. Die exakte Lage des Glühdrahtes erfordert die Verwendung von Bajonettsockeln. Im Sockel von Allgebrauchslampen höherer Leistung (ab 40 oder 60 W) befindet sich eine Schmelzsicherung oder ein dafür geeignetes dünnes Drahtstück, um zu vermeiden, dass der beim Durchbrennen möglicherweise im Inneren der Lampe zündende Lichtbogen zum Auslösen der vorgeordneten Sicherung oder zum Bersten des Glaskolbens führt.
In normaler Umgebungsluft würde der Glühfaden aufgrund des Sauerstoffs und der hohen Betriebstemperaturen sofort zu Wolframoxid verbrennen, deshalb wird er durch den Glaskolben von der Umgebungsluft abgeschirmt. Da während des Betriebs ständig Metall vom Glühfaden abdampft, richtet sich die Größe des Kolbens im Wesentlichen nach der Sublimationsrate des Drahtmaterials. Konventionelle Glühlampen bzw. Glühlampen mit hoher Leistung benötigen einen großen Glaskolben, damit sich der Niederschlag auf einer größeren Fläche verteilen kann und die Transparenz des Glaskolbens während der Lebensdauer der Lampe nicht allzu sehr eingeschränkt wird. Der Glaskolben kann innen partiell verspiegelt, mattiert (innen aufgeraut) oder aus opakem Glas (Milchglas) gefertigt sein. Farbige Glühlampen werden selten durch gefärbtes Glas, öfter durch lackierte Kolben realisiert.
Glühlampen-Glaskolben besitzen fertigungsbedingt einen Pumpstutzen (Abpumpen der Luft und Befüllen mit Schutzgas), der abgeschmolzen ist. Bei älteren Glühlampen und bei Halogen-Glühlampen sitzt er an der Spitze des Kolbens, unter anderem bei Allgebrauchslampen geschützt im Sockel. An die Glasart werden nur bei kompakteren Bauformen besondere Anforderungen gestellt; sie ist teilweise aus hitzebeständigem Glas oder – bei Halogenglühlampen – aus Quarzglas.
Früher wurde der Glaskolben evakuiert. Heute sind die Glühlampen mit einem Schutzgas gefüllt. Das vereinfacht die Herstellung und reduziert die Sublimationsrate. Die bei einer Gasfüllung auftretenden Wärmeverluste durch Wärmeleitung und Konvektion begrenzt man durch die Wahl von möglichst schweren Inertgasmolekülen oder -atomen. Stickstoff-Argon-Gemische sind ein Zugeständnis an die Herstellungskosten. Teure Glühlampen enthalten Krypton oder Xenon, was eine stärkere Erwärmung ermöglicht.
Die ersten patentierten Glühlampen in den 1840er Jahren hatten Glühfäden aus Platin. Aus diesen Entwicklungen wurde allerdings kein Produkt. Erst bei Temperaturen knapp unter dem Schmelzpunkt von Platin von 1772 °C wurde eine akzeptable Lichtausbeute erzielt. Die exakte Temperatursteuerung für haltbare Glühfäden erwies sich als zu schwierig. Thomas Alva Edison gab diesen Technikansatz auf.
Die ersten kommerziell hergestellten Glühlampen enthielten einen Faden aus Kohle mit einem Sublimationspunkt von 3550 °C. Die Verkohlung von natürlichen dünnen Fasern schnellwachsender tropischer Pflanzen wie Bambus war geeignet. Der Herstellungsprozess ist wesentlich komplexer als die Herstellung dünner Fäden aus Platin. Ferner erfordert der Betrieb von Kohlefäden ein stärkeres Vakuum im Glaskolben. Kohlenfadenlampen sind heute noch erhältlich. Das leicht rötliche Licht und das sanfte Ansteigen der Helligkeit beim Einschalten werden oft als angenehm empfunden.
Vor allem um die Helligkeit zu erhöhen, wurde weiterhin an Metallglühfäden geforscht. Gemäß dem schon damals bekannten Wienschen Strahlungsgesetz ist dazu eine höhere Temperatur des Glühfadens erforderlich, als mit einem Kohlefaden erreichbar ist. Ein wichtiger Zwischenschritt waren Glühfäden aus Osmium. Durch den hohen Schmelzpunkt war eine große Helligkeit bei relativ niedriger Wärmeentwicklung möglich. Nachteilig ist, dass Osmium so spröde ist, dass es sich überhaupt nicht zu Drähten formen lässt, sondern mit einem Bindemittel zu einer metallpulverhaltigen Paste verarbeitet und dann zu Fäden gespritzt werden muss. Die so erhaltenen Glühfäden sind noch empfindlicher gegen Erschütterung als Kohlefäden. Außerdem sind sie relativ dick und leiten sehr gut, bedingen also bei kleinen Leistungen sehr geringe Spannungen, wie sie in den damals üblichen Gleichstromnetzen nur schwer bereitzustellen waren. Wegen dieser Nachteile wurden die Osmiumglühfäden sehr schnell von solchen aus Tantal verdrängt. Ab dem Jahr 1903 war es möglich, das ebenfalls hochschmelzende Tantal sehr rein und damit zu feinen Drähten verformbar herzustellen. Die Tantalglühfäden lösten in der darauffolgenden Zeit die Kohlefäden in den meisten Anwendungen ab. Ab 1910 wurden Glühfäden aus Wolfram üblich, nachdem man Methoden gefunden hatte, um dieses noch höher als Osmium schmelzende Metall zu dünnen Metalldrähten zu formen.
Neben der möglichen Erhöhung der Temperatur und damit der Lichtausbeute bezogen zur Leistung besitzen die Metallfäden auch noch einen weiteren Vorteil: Sie können zu kleinen Wendeln geformt werden, wodurch sich die Leistungsdichte erhöht – die Glühlampe wird bei gleicher Lichtabgabe kleiner. Neben dem verringerten Platzbedarf lässt sich das Licht dadurch auch besser bündeln. Zudem kann bei gleicher elektrischer Leistung nochmals eine höhere Temperatur erreicht werden, weil die Wärmequelle eine geringere Ausdehnung hat und somit nicht so viel Wärme an die Umgebung verliert. Bei Lampen großer Leistung ist der Draht oft doppelt gewendelt, um durch eine kleine Langmuir-Schicht diese Wärmekonvektion zu begrenzen und/oder bei hohen Betriebsspannungen viel Draht auf kleinem Volumen unterzubringen.
Wendeln und Doppelwendeln werden hergestellt, indem Wolframdraht auf Molybdändraht größeren Durchmessers gewickelt wird, dieser – bei Doppelwendeln – wiederum auf einen weiteren dickeren Draht. Die Hilfsdrähte werden weggeätzt.
Lange Wendeln müssen durch Stützdrähte gehalten werden. An Fahrzeuglampen werden besondere Anforderungen hinsichtlich Erschütterungsempfindlichkeit gestellt.
Aufgrund des positiven Temperaturkoeffizienten (Kaltleiter) fließt beim Einschalten einer Metalldraht-Glühlampe ein sehr hoher Einschaltstrom (das Fünf- bis Fünfzehnfache des Nennstromes), der die Glühwendel schnell auf die Betriebstemperatur aufheizt. Mit der Zunahme des elektrischen Widerstands bei steigender Temperatur sinkt der Strom auf den Nennwert. Die früher gebräuchlichen Kohlenfadenlampen zeigten dagegen eine sanfte Zunahme des Stromes beim Einschalten, da erst mit steigender Temperatur genügend Ladungsträger für den Stromtransport freigesetzt werden (Kohle ist ein Heißleiter).
Der hohe Einschaltstrom ist die Ursache für Ausfälle von Glühlampen unmittelbar beim Einschalten (siehe unten). Dabei kann (bei höheren Betriebsspannungen) ein Lichtbogen zünden, was zum Auslösen der Sicherung und/oder zum Bersten des Glaskolbens führen kann. Glühlampen für Netzspannung sind daher im Sockel mit einer Schmelzsicherung in Form eines dünnen Anschlussdrahtes versehen.
Der hohe Einschaltstrom von Metalldrahtglühlampen belastet das Energieversorgungssystem des Leuchtmittels.
Die Bauformen von Glühlampen sind standardisiert. Als Bezeichnung werden in der Regel ein bis drei Buchstaben für die Bauform genutzt, gefolgt von zwei Ziffern für den Durchmesser. So entspricht die „klassische Glühlampe“ in Form einer „Birne“ mit 60 Millimeter Durchmesser der Bauform A60. Bei Spots wird der Durchmesser in Achtel Zoll angegeben. Die Bauform MR16 entspricht daher einem Multi-facettierten Reflektor mit 16/8 Zoll Durchmesser.
Wichtige Standards für die Bauform einer Glühlampe sind ANSI C79.1-2002, JIS C 7710:1988 und IS 14897:2000.[5]
s. Glühbirne Optische Eigenschaften
| Hersteller | Typen- name |
Technologie | Betriebs- spannung |
Leistungs- aufnahme |
Licht- strom |
Markt- einführung |
Sockel | Lebens- dauer |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Shelby Electrics Company |
Centennial Light |
Kohlenfadenlampe | 110–120 V | 60 W (4 W jetzt) |
ca. 1890 | 1 034 000 h (118 Jahre) | ||
| Osram | CLAS A FR 60 | Wolframfadenlampe | 230 V | 60 W | 710 lm | E27 | ||
| Osram | 64440 | Niedervolt-Halogenlampe | 12 V | 50 W | 910 lm | GY6.35 | 2000 h[6] | |
| AEG | EVZ-066 | Nernstlampe | 95 V | 47,5 W | 1900 | E27 | 700 h | |
| Osram | SIG 1541LL SIG 1543LL SIG 1546LL |
Hochvolt-Kryptonlampe | 235 V | 60 W 75 W 100 W |
380 lm 540 lm 780 lm |
E27 | 14 000 h[7] |
s. Halogenglühlampen (Wolfram-Halogen-Kreisprozess)
s. Glühlampe Umweltaspekte und Verbote
s. Glühlampe (Zukunft)
s. Glühlampe In Kunst und Kultur
- Zwischen 1909 und 1993 wurde in Deutschland auf Glühlampen die Leuchtmittelsteuer erhoben.
- Dieter Frank: Von der Glühlampe zur Lichtwurflampe. Eine Evolutionsgeschichte. In: Die Vierte Wand. Organ der Initiative TheaterMuseum Berlin. Ausgabe 009. Berlin 2019, S. 164–175; Textarchiv – Internet Archive.
- Roland Heinz, Andreas Schulz (Vorwort): Grundlagen der Lichterzeugung. Von der Glühlampe bis zum Laser. 3. Auflage. Highlight, Rüthen 2008, ISBN 978-3-937873-01-5.
- Andreas Holzinger: Von der Wachskerze zur Glühlampe. (= Deutsch Taschenbücher. Band 95). Harri Deutsch, Thun / Frankfurt am Main 1998, ISBN 3-8171-1566-0.
- Noe Lazar Müller: Die Fabrikation und Eigenschaften der Metalldrahtlampen. Knapp, Halle a. S. 1914; archive.org.
- Hans Christian Rohde: Die Göbel-Legende. Der Kampf um die Erfindung der Glühlampe. Zu Klampen, Springe 2007, ISBN 978-3-86674-006-8. (Zugleich Dissertation an der Universität Hannover 2006)
- Hans-Jürgen Wulf, BAG Turgi Electronics (Hrsg.): Die Geschichte der elektrischen Glühlampenbeleuchtung. Marbach & Marbach, Eich, Luzern 1998, DNB 958095167.
- Wohlig warmes Licht im klirrend kalten Winter. In: Wiener Zeitung, 17. November 2011, Beilage „ProgrammPunkte“, S. 7
- Literatur von und über Glühlampe im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
- Energiesparlampen. In: energieagentur.nrw.de. Archiviert vom (nicht mehr online verfügbar) am 29. September 2009 (Energiesparlampen Auswahlassistent).
- Andreas Morawietz: Tipps zur effizienten Beleuchtung - Vergleich verschiedener Lampentypen. In: energie-bewusstsein.de. 8. März 2015 (Vergleichstabelle für alle üblichen Leuchtmittel).
- Helmut Höge: Hier spricht der Aushilfshausmeister! In: taz.de. 6. August 2006 (über geplanten Verschleiß bei Glühlampen).
- Ralph Quinke: Glühbirnen-Aus wird zur Farce. In: Spiegel Online. 23. August 2009 (Kritischer Bericht zum EU-Verbot).
- Bye bye Glühbirne! Abschied vom Auslaufmodell. In: umweltbundesamt.de. 13. Mai 2009.
- ↑
Thomas Edison and Menlo Park. Edison Memorial Tower Corporation, abgerufen am 16. September 2018 (englisch).
Referenzfehler: Das in
<references>definierte<ref>-Element mit dem Namen „memtowcorp“ wird im vorausgehenden Text nicht verwendet. - ↑ Classic Eco Superstar A. (Memento vom 14. August 2012 im Internet Archive) osram.de; abgerufen am 3. Juli 2014.
- ↑ Lighting Basics. In: Energy.gov. Office of Energy Efficiency & Renewable Energy, archiviert vom (nicht mehr online verfügbar) am 24. August 2016; abgerufen am 30. Januar 2016 (englisch).
- ↑ Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science, 2011, 4, S. 3193–3222, S. 3213, doi:10.1039/c1ee01249e.
- ↑ Beispiele finden sich im Fachbericht zur IEC 1231. (Memento vom 22. Februar 2012 im Internet Archive; PDF) Verband der Elektro- und Digitalindustrie.
- ↑ IS 14897: Glass Bulb Designation System for Lamps — Guide. Bureau of Indian Standards, New Delhi 2000, S. 1, 4; archive.org.
- ↑ Osram HALOSTAR ST 50 W 12 V GY6.35 (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven)
- ↑ Osram Hochvolt-Kryptonlampen (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven)
