Halogenglühlampen (Wolfram-Halogen-Kreisprozess)
Durch Verwendung eines kompakten Quarzglaskolbens und Zugabe des Halogens Iod (früher auch Brom) lassen sich Glühlampen konstruieren, die auch bei erhöhten Betriebstemperaturen von 2800 bis 3100 K eine Lebensdauer von 2000 bis 5000 Stunden haben. Diese sogenannten Halogenglühlampen (früher auch Jodlampen genannt)[1][2] haben ein weißeres Licht und Lichtausbeuten von beispielsweise bis 22 lm/W[3] (Allgebrauchs-Glühlampe 12–15 lm/W, Kompaktleuchtstofflampe 40–60 lm/W, LED-Lampen bis über 100 lm/W).
Höhere Werte weisen Halogenlampen für Foto-, Film- und Studiozwecke mit bis zu 35 lm/W auf – allerdings mit wenigen Stunden Betriebsdauer.
Das Iod reagiert (zusammen mit Restsauerstoff) mit den vom Glühdraht verdampften Wolframatomen und stabilisiert eine wolframhaltige Atmosphäre. Der Prozess ist reversibel: Bei hohen Temperaturen zerfällt die Verbindung wieder in ihre Elemente – Wolframatome schlagen sich auf der Glühwendel nieder. Kleine Temperaturdifferenzen entlang der Wendel spielen für die Zersetzung nur eine untergeordnete Rolle. Die Vorstellung, dass sich Wolfram ausschließlich an den dünnen überhitzten Bereichen der Wendel niederschlage, ist falsch.[4] In Wirklichkeit findet die Kondensation von Wolframatomen jedoch an den kältesten Stellen der Wendel statt[5] – es entstehen Kristalle und unter Umständen Whisker. Das Prinzip ist der chemische Transport, welcher sich in ähnlicher Weise auch beim Van-Arkel-de-Boer-Verfahren findet.
Der Halogenzusatz verhindert bei einer Glastemperatur von mehr als 250 °C auch den Niederschlag von Wolfram auf dem Glaskolben; aufgrund der deshalb nicht vorhandenen Kolbenschwärzung kann der Glaskolben einer Halogenlampe sehr kompakt gefertigt werden. Das kleine Volumen ermöglicht zudem einen höheren Betriebsdruck, der wiederum die Abdampfrate des Glühdrahtes vermindert. Aus all dem ergibt sich in der Summe der lebensverlängernde Effekt bei Halogenlampen. Bei Dimmung der Halogenleuchte wird der Halogenprozess jedoch vermindert, da die dafür notwendige Temperatur nicht mehr erreicht wird, was dann doch zu einer Schwärzung des Glaskolbens führen kann. Die Schwärzung kann jedoch durch kurzzeitigen Betrieb mit voller Leistung wieder rückgängig gemacht werden.[6]
Das geringe Volumen ermöglicht zur Reduktion der Wärmeleitung die Befüllung mit schweren Edelgasen zu vertretbaren Kosten.
Verunreinigungen auf dem Kolben (zum Beispiel durch Anfassen) können zu einer Eintrübung des Quarzglases führen, indem zurückbleibende Salze als Kristallisationskeime zur Entglasung beitragen und so Schäden verursachen. Daher sollte eine Halogenlampe nie mit bloßen Fingern angefasst werden oder muss anschließend gereinigt werden. Die weit verbreitete Annahme, dass sich Fette von der Haut in das Glas einbrennen, trifft hingegen nicht zu.[7]
Die für den Halogenprozess nötige hohe Innenwandtemperatur des Glaskolbens wird durch geringen Abstand des Kolbens zum Glühfaden – also eine viel kleinere Bauform im Vergleich zu Normalglühlampen gleicher Wärmeleistung – erzielt und macht die Verwendung von Kieselglas (Quarzglas) nötig. Typisch sind höhere Wandstärken von etwa 1 mm, um Druckfestigkeit gegen die Gasausdehnung bei hoher Temperatur zu bieten. Stabförmige Halogenglühlampen müssen hinter einem Schutzglas betrieben werden, das die Splitter eines zerspringenden Kolbens abfangen kann. Reflektorlampen besitzen um den Innenkolben herum den Reflektor aus Pressglas mit einer Glasplatte vorn. Diese sowie auch nichtreflektierende Überkolben senken die Oberflächentemperatur des Leuchtmittels und dienen dem Schutz vor Brand und Verbrennung.
Die gasdichten Stromdurchführungen werden bei den Quarzglaskolben von Halogenglühlampen und auch bei Quarzglasbrennern von Gasentladungslampen mittels Molybdän-Folienbändern realisiert.
IRC-Halogenglühlampen (IRC steht hier für englisch infrared reflective coating, dt. Infrarot-reflektierende Beschichtung) haben eine spezielle Beschichtung des Glaskolbens, die Licht passieren lässt, aber die Wärmestrahlung auf die Glühwendel reflektiert, ein sogenannter Wärmespiegel. Dadurch wird der Wärmeverlust vermindert und folglich die Lichtausbeute erhöht. Nach Herstellerangaben kann so der Energieverbrauch zusammen mit Verwendung von Xenon als Füllgasbestandteil gegenüber Standard-Halogenlampen um bis zu 30 % vermindert werden, allerdings bezieht sich das auf ineffiziente Normvergleichslampen, real sind es etwa 20 %. Die Lichtausbeute liegt beispielsweise bei der 12 V/65 W Osram 64445 bei 26 lm/W.
Halogenlampen für 230 V in der Standardbauform mit E27-Sockel sparen durch diese IRC-Technik ca. 20 % Energie gegenüber normalen Glühlampen (zum Beispiel 42 W statt 60 W, 30 % Stromeinsparung bei etwa 10 % weniger Helligkeit) und können diese überall ersetzen. Diese Lampen erreichen damit zwar nicht die Effizienz von Kompaktleuchtstofflampen und noch weniger die von LED-Lampen, sie konnten jedoch durch das Erreichen der Energieeffizienzklasse C die klassische Glühlampe nach Inkrafttreten der ersten Stufe der Verordnung (EG) Nr. 244/2009 der Europäischen Kommission vom 18. März 2009[8] auf Grundlage der Ökodesign-Richtlinie[9] des Europäischen Parlaments ersetzen. Halogenlampen können wie klassische Glühlampen nach Gebrauch über den Restmüll entsorgt werden und erreichen einen ebenso guten Farbwiedergabeindex.
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Halogenlampe: Glühwendel im Betrieb -
H1-Lampe: Glühwendel nach mehreren hundert Stunden Betrieb. Kristalline Wolfram-Ablagerungen sind deutlich zu sehen. -
H7-Lampe: Glühwendel nach 1000–1200 Betriebsstunden mit sehr aufgerauter Oberfläche -
Dieselbe Lampe: Nadelförmige Kristalle an den Stützdrähten
- ↑ G. Spitzing: Die Jodlampe in der Filmbeleuchtungstechnik. In: Kino-Technik. Band 17. Verlag für Radio-Foto-Kinotechnik, 1963, S. 119 ("Jodlampe" eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ D. Fischer: Die Entwicklung der Lampen für Bühnen- und Studiobeleuchtung bis zur Jodlampe. In: Kino-Technik. Band 17. Verlag für Radio-Foto-Kinotechnik, 1963, S. 119 ("Jodlampe" eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Osram Halogenglühlampen Stabform 400 bis 2000 W, 2000 Stunden Lebensdauer, Farbtemperatur ca. 2900 K, Stand 2021
- ↑ Basic Physics of the Incandescent Lamp. (PDF; 275 kB) buffalostate.edu; abgerufen am 20. Oktober 2009.
- ↑ Chemie in Glühlampen (Memento vom 22. Juni 2012 im Internet Archive) didaktikchemie.uni-bayreuth.de; abgerufen am 2. Oktober 2012.
- ↑ Hintergrundwissen zur Technik von Lichtsystemen
- ↑ Robert Meinke: Stimmt’s? – Sensibles Glas. In: Die Zeit. Nr. 15, 2003 (zeit.de). „Schädlich für die Birnen ist beim Anfassen nicht das Fett, das sich auf der Haut befindet, sondern der Schweiß, genauer gesagt die Alkali-Verbindungen, die in ihm enthalten sind – unter anderem gewöhnliches Kochsalz. Diese Stoffe können sich regelrecht ins Glas einbrennen. Die Folge sind Verunreinigungen, die sich als Schlieren und Flecken bemerkbar machen. … Dass die Halogenlämpchen, die an der Oberfläche bis zu 600 Grad heiß werden und einen Innendruck von etwa 20 Bar aushalten müssen, wegen der Verunreinigung platzen, bezeichnet Rademacher allerdings als einen,Extremfall‘.“
- ↑ Verordnung (EG) Nr. 244/2009. In: EUR-Lex.
- ↑ Richtlinie 2005/32/EG In: Amtsblatt der Europäischen Union.