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Lampen und Leuchtmittel

 

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Die Glühlampe

Die Glühlampe, auch Glühbirne oder Glühfadenbirne genannt, gehört als die erste elektrische Lichtquelle zu den spektakulärsten Erfindungen des letzten Jahrtausends. Ihr Erfinder, Thomas Alva Edison, stellte 1840 die erste Glühlampe her, in der ein Kohlefaden durch die Zufuhr von elektrischem Strom erhitzt und so zum Glühen gebracht wurde, weshalb die ersten Glühlampen auch Kohlefadenlampen genannt wurden. Später wurden als Glühfäden Platin, Tantal, Zirkoniumoxid und Osmium verwendet, in den noch heute verwendeten Glühlampen leuchten fast ausschließlich Drahtwendel aus Wolfram.

Da alle verwendeten Glühfäden erst kurz vor dem Schmelzpunkt eine akzeptable Lichtbeute erreichen, wird der größte Teil der elektrischen Energie (ca. 95 %) nicht in sichtbares Licht, sondern in als Wärme empfundenes und nicht sichtbares Infrarotlicht umgewandelt. Trotz der geringen Effizienz und ihrer geringen Lebensdauer war die Glühlampe über 150 Jahre die gängigste künstliche Lichtquelle, nach und nach wird sie durch energiesparendere Varianten wie LED-Lampen, Halogenglühlampen, Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen abgelöst.

Aufbau und Funktion der Glühlampe

Die Glühlampe besteht aus einem birnenförmigen Glaskolben – daher auch die Bezeichnung Glühbirne – in dem der Glühfaden und dessen Halterungen durch einen Befestigungssockel luftdicht abgeschlossen werden. Die Stromzuführung erfolgt durch den Sockel, an dessen Schaub- oder Bajonett-Halterung sich die Kontakte befinden. Heute findet man vorwiegend 2 Gewindegrößen im Handel: E 14 und E 27. Kleinere Glühbirnen, z. B. für Lichterketten, sind auch mit einer Steckhalterung ausgestattet.

Die Länge des Leuchtfadens bestimmt die Lichtausbeute der Glühlampe und auch die Größe des Glaskolbens. Während des Betriebes verdampft ständig Metall vom Glühfaden, das sich dann als Niederschlag im Glaskolben verteilt. Die sogenannte Sublimation beeinträchtigt die Transparenz der Lampe, so dass Glühlampen mit einer höheren Leistung auch einen größeren Glaskolben haben.

Um die Herstellung zu vereinfachen und die Sublimationsrate zu senken, werden heute die Glaskolben mit einem Schutzgas gefüllt. Dazu werden vor allem schwere Gasgemische aus Stickstoff-Argon oder auch Krypton und Xenon verwendet, um den Wärmeverlust durch Wärmeleitung und Konvektion einzugrenzen.

Durch die Stromzufuhr wird nun der Glühfaden erhitzt und zum Glühen gebracht. Dabei entstehen langwellige Infrarotstrahlungen und die sichtbaren kurzwelligen weißen Lichtstrahlungen. Je höher die Temperatur, desto mehr weißes Licht wird erzeugt, weshalb starke Glühlampen am Kolben, der Halterung und den Glühdrähten auch heißer werden als schwächere, kleinere Glühlampen. Mit einer Schmelztemperatur von über 3400 °C ist Wolfram der ideale Werkstoff für Glühdrähte. Bei einer Temperatur von 2300 bis 2900 °C beträgt die Lichtausbeute weniger als  10 % der investierten Energie, ähnelt aber längst noch nicht dem hellen Tageslicht, sondern eher dem warmen gelben Licht. Dieser warme Lichtton wird für die Beleuchtung von Wohnräumen als angenehmer empfunden als das kalte weiße Licht, weshalb auch alle anderen Lampen wie Leuchtstofflampen und Energiesparlampen mit dem glühlampentypischen Warmton hergestellt werden.

Lebensdauer von Glühlampen

Konventionelle Glühlampen haben eine durchschnittliche Betriebs- bzw. Lebensdauer von 1000 Stunden. Schon durch eine kleine Erhöhung der Spannung um 20% würde sich die Lichtausbeute zwar verdoppeln, gleichzeitig aber die Lebendauer um 95 % reduzieren. Umgekehrt würde eine Halbierung der Spannung das Leben der Glühlampe um mehr als das Tausendfache verlängern, was allerdings aufgrund der ungenügenden Lichtleistung keinen Sinn ergäbe.

Glühlampen, die häufig an- und ausgeschaltet werden, haben eine vergleichsweise kürzere Lebensdauer als Glühbirnen, die ständig brennen. Woran liegt das? Beim Einschalten einer Glühlampe fließt durch den kalten Glühwenden ein hoher Einschaltstrom, was dazu führt, dass durch die extrem schnelle Erhitzung das Metall ungleichmäßig abdampft. So werden manche Stellen im Glühwendel bei jedem Einschalten immer dünner, bis sie schließlich reisen. Deshalb gehen die meisten Glühbirnen auch während des Einschaltens und weniger während des Betriebes kaputt.

Durch die Zugabe von Halogenen wir Brom oder Iod erreicht man ein weniger verschleißintensives Abdampfen des Wolframglühwendels. Mit einer Lebensdauer von  bis zu 4000 Stunden sind deshalb Halogenglühlampen eine gute Alternative zu normalen Glühlampen.