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Glühlampe

COPYRIGHT TEXT & BILDER: Michael Bockhorst

Bei diesem Energiewandler, der Licht aus elektrischem Strom erzeugt, wird ein Metalldraht oder besser ein Metallfaden zum Glühen gebracht. Glühlampen stellen die älteste Methode der Lichterzeugung aus elektrischem Strom dar.

ParameterWert [Einheit]
Wirkungsgrad, typ:1-3 %
Wirkungsgrad, Halogen:2-5 %
Wirkungsgrad, Halogen + IRC:4-7 %
Lebensdauer, typ:ca. 1000 Stunden
Lebensd. Halogen, typ:2000--4000 Stunden
Lebensd. Halogen+IRC, typ:4000--5000 Stunden
Leistungen:0.1 W ... 10000 W
Kosten:0.02 Euro/Watt

Funktionsweise und Lichtqualität von Glühlampen

Das menschliche Auge ist auf Licht eingestellt, welches einem bei einer Temperatur von 6000 Grad Celsius (ca. 5700 Kelvin) glühenden Material entspricht: Dies ist die Oberflächentemperatur unserer Sonne, auf die unser Auge - wie auch die Augen vieler tagaktiver Säugetiere - im Laufe der Evolution optimal angepaßt wurde.

Bisher bekannte Werkstoffe können höchstenfalls Temperaturen von etwa 3000 Grad Celsius (ca. 2700 Kelvin) widerstehen, beispielsweise die Metalle Wolfram oder Osmium. Glühlampen leuchten daher am stärksten im orangen Bereich, während die Lichtintensität zum blauen Teil des Spektrums stark abnimmt, resultierend in einem gelblich-weißen Licht. Der größte Anteil der Energie wird allerdings im infraroten Spektralbereich als Wärmestrahlung abgegeben, daher der geringe Wirkungsgrad normaler Glühlampen von 1-2%. Zur Erklärung des geringen Wirkungsgrades siehe das untenstehende Bild, Teilbild (1).

Von allen heute verwendeten künstlichen Lichtquellen kommt die Glühlampe dem Sonnenspektrum am nächsten, weil sie ein kontinuierliches Spektrum liefert. D.h., alle Wellenlängen des Lichtes sind - wie beim Sonnenlicht - vorhanden. Ähnliche Spektren erzeugen nur sehr hochwertige Leuchtdioden bzw. Leuchtstofflampen, die i.a. nicht im regulären Handel erhältlich sind.

Lebensdauer von Glühlampen

Der Glaskolben von Glühlampen ist evakuiert oder mit einem Edelgas gefüllt - an der (sauerstoffhaltigen) Luft würden die Metallfäden zu ihren Oxiden umgewandelt und damit zerstört.

Der Effekt, daß dennoch im Laufe des Betriebs einer Glühlampe einzelne Metallatome aus dem Glühfaden abgelöst werden und sich an dem Glaskolben niederlassen, führt zu lokalen Überhitzungen des Glühfadens, bei der Überschreitung einer kritischen Temperatur zu einem plötzlichen Aufschmelzen und Durchbrennens des Glühfadens an der dünnsten und damit heißesten Stelle.

Halogenlampen als optimierte Glühlampe

In Halogenlampen werden dem Edelgas Halogenverbindungen - Halogene sind zum Beispiel die Elemente Chlor, Brom, Jod - beigemischt: In einem Kreislauf werden Metallatome aus dem Glühfaden ausgelöst, schlagen sich an dem Glaskolben nieder, werden dort zu Metallhallogenverbindungen umgewandelt, die sich wieder von dem Glaskolben lösen. Wenn ein solches Metallhalogenid-Molekül in die Nähe des Glühfadens gelangt, wird es wieder aufgetrennt, das Metallatom wieder in den Glühfaden integriert, das Halogenatom steht dann wieder zur Verfügung. Die Lebensdauer kann dabei trotz der erhöhten Glühdrahttemperaturen im Vergleich zu normalen Glühlampen um den Faktor 1.5-2 erhöht werden, der Wirkungsgrad ist 20-30 Prozent höher, daß Spektrum etwas näher am Sonnenspektrum, also weniger gelblich.

Weiteres Entwicklungspotential

Der geringe Wirkungsgrad der Glühlampen ist naturgesetzlich bedingt: Die starken Strahlungsverluste im Infraroten gehen als Energie für die Lichterzeugung verloren (s. folgendes Bild, (1)).

Gelänge es, die Infrarotstrahlung zum Glühfaden zurückzubringen, aber das Licht dennoch aus der Lampe herauszulassen, könnte der Wirkungsgrad theoretisch an die 100 Prozent betragen. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung selektiver Spiegel oder Absorber: Diese lassen Licht durch, können aber Infrarot-Strahlung reflektieren oder absorbieren.

Gelänge es, einen Glühfaden mit einem Infrarot-Absorber zu beschichten, könnte der Wirkungsgrad erheblich gesteigert werden. Glühlampen mit Infrarot-Reflektierenden Außenkolben werden bereits bei hochwertigen Halogenlampen eingesetzt und erhöhen den Wirkungsqrad um etwa 30-50 Prozent (s. untenstehendes Bild, (2)).

Geringer Wirkungsgrad einer Gluehlampe - Effizienzverbesserung - Hocheffizienz-Gluehlampen

Durch in vielen Staaten ausgesprochene "Glühlampenverbote" ist die Innovation in diesem Bereich jedoch deutlich gehemmt worden. Hocheffiziente Glühlampen könnten nur dann langfristig eine Rolle spielen, wenn vergleichbarer Wirkungsgrade erreicht würde, wie er bei Leuchtdioden und Leuchtstofflampen üblich ist.

2010-10-17: ADD Entwicklungspotential, UPD
1999-06-12: INIT


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