Glühlampe

Glühlampe mit E27-Sockel 230 V, 100 W, Energieeffizienzklasse G

Halogen-Xenon-Glühlampe mit E27-Sockel 230 V, 105 W, Energieeffizienzklasse C (konform zur seit 1. September 2009 gültigen Ökodesign-Norm der EU-Verordnung 244/2009)^[1]

Schaltsymbol Lichtquelle

Die Glühlampe oder Glühfadenlampe (früher Glühlicht) ist eine künstliche Lichtquelle. Umgangssprachlich werden Glühlampen auch als Glühbirnen bezeichnet. In der Glühlampe wird ein elektrischer Leiter durch elektrischen Strom aufgeheizt und dadurch zum Leuchten angeregt. Die weit verbreitete Bauform der Glühlampe mit Schraubsockel wird fachsprachlich als Allgebrauchslampe bezeichnet (abgekürzt A-Lampe oder AGL).

Sie wird heute sehr oft noch zur Wohnraumbeleuchtung eingesetzt. In der Europäischen Union, der Schweiz, Australien und einigen anderen Ländern ist aus Energiespargründen ein Herstellungs- und Vertriebsverbot von Glühlampen mit geringer Energieeffizienz (Energielabel E, F und G) geplant, schon beschlossen oder bereits in Kraft.

Funktionsprinzip

Doppelwendel einer 200-Watt-Glühlampe mit Stromzuführung und zwei stromlosen Haltedrähten (Mitte)

In einer Glühlampe wird ein elektrischer Leiter (meist ein hochschmelzendes Metall) in Form einer Glühwendel (Glühfaden) durch einen Stromfluss, mithin joulescher Wärme, so stark erhitzt, dass er glüht. Die Temperatur der Glühwendel beträgt je nach Bauform ca. 1500–3000 °C, so dass 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 Gitterschwingungen im Glühfaden hervorgerufen.

Die aufgenommene elektrische Leistung wird jedoch nur zu einem geringeren Teil in Form von sichtbarem Licht abgestrahlt. Der größte Teil wird im Infraroten (oft als Wärmestrahlung bezeichnet) abgestrahlt, mittels Wärmeleitung und -konvektion an das Füllgas und den Glaskolben sowie an die Zuleitungs- und Haltedrähte der Glühwendel abgegeben. Der Anteil des sichtbaren Lichts erreicht maximal 5 %.

Aufbau

Glühlampe für 230 V mit 40 Watt Leistungsaufnahme, klarem Glaskolben und einem Edisonsockel E14

Glühlampe mit E40-Sockel und großem Glaskolben für 235 V mit 500 Watt Leistungsaufnahme. Gebraucht, funktionsfähig, Standzeit ca. 5 Jahre, kleine E27-Sockel-Glühbirne zum Vergleich.

Die Glühlampe besteht aus einem Befestigungssockel 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^[2].

Befestigungssockel

→ Hauptartikel: Lampensockel

Als Befestigungssockel, Lampensockel oder Lampenfassung wird die mechanische Halterung von Glühlampen bezeichnet, die auch den elektrischen Kontakt herstellt. Die technische Ausführung der Fassung (z. B. aus Bakelit) kann die zulässige Leistung der einzusetzenden Glühlampe beschränken (z. B. auf 60 Watt).

Glaskolben

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 einschränkt.

Schutzgas

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.

Glühfaden

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 wird 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 pro Watt 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 Langmuirschicht (Irving Langmuir, Nobelpreis 1932) diese Wärmekonvektion zu begrenzen.

Elektrische Eigenschaften

Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes einer Glühlampe von der angelegten Spannung

Darstellung des (max.) Wirkungsgrades einer Glühlampe in einem Sankey-Diagramm

Aufgrund der positiven Temperatur-Widerstands-Charakteristik (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. Manche Glühlampen für Netzspannung sind daher im Sockel mit einer Schmelzsicherung versehen.

Der hohe Einschaltstrom von Metalldrahtglühlampen belastet das Energieversorgungssystem des Leuchtmittels. In Kühlräumen ist das Verwenden von Halogenlampen ohne entsprechende Strombegrenzungen wegen der hohen Einschaltströme bei tiefen Temperaturen problematisch.

Optische Eigenschaften

Lichtausbeute

Fast die gesamte der Lampe zugeführte Energie wird in Strahlung umgesetzt, die Verluste durch Wärmeleitung und -konvektion sind gering. Aber nur ein kleiner Wellenlängenbereich der Strahlung ist für das menschliche Auge sichtbar. Der Hauptanteil liegt im unsichtbaren Infrarotbereich und wird als Wärme abgestrahlt.

Verlauf der Glühdrahttemperatur (obere Kurve) und der relativen Helligkeit (untere Kurve) einer Glühlampe 12 V/60 W in Abhängigkeit von der Betriebsspannung

Der Glühfaden strahlt mit einer Wellenlängenverteilung entsprechend dem planckschen Strahlungsgesetz. Das Lichtspektrum ist im Gegensatz zu vielen anderen Lichtquellen kontinuierlich. Das Strahlungsmaximum der Strahlung verschiebt sich mit steigender Temperatur gemäß dem Wienschen Verschiebungsgesetz zu kleineren Wellenlängen hin. Zugleich erhöht sich das Maximum. Die Helligkeit einer Glühlampe hängt daher stark überproportional von der Temperatur und der Betriebsspannung ab.

Um eine möglichst hohe Lichtausbeute zu erhalten, strebt man danach, das Strahlungsmaximum durch Temperaturerhöhung aus dem Bereich der langwelligen Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) in den Bereich des sichtbaren Lichtes zu verschieben.

Die Lichtausbeute (Anteil sichtbaren Lichts) erreicht bei einer Glühfadentemperatur von etwa 2700 K einen Anteil von etwa 3 %. Erhöht man die Temperatur auf 3400 K, so beträgt die Ausbeute 5 %. Die dazu erforderliche höhere Betriebsspannung (siehe dort) führt jedoch zu einer verkürzten Lebensdauer.

Die Höchsttemperatur wird allerdings durch die Eigenschaften des Glühfadenmaterials begrenzt. Um möglichst hohe Temperaturen zu ermöglichen, verwendet man heute für Glühfäden das hochschmelzende Metall Wolfram (Schmelztemperatur 3422 ± 15 °C), früher auch Osmium oder Kohle. Allerdings lässt sich auch mit diesem Material die für tageslichtähnliches Licht wünschenswerte Farbtemperatur von etwa 6200 K nicht erreichen, da Wolfram bei dieser Temperatur sogar bereits gasförmig (Siedetemperatur 5660 °C) ist. Selbst wenn das gelänge, betrüge die Lichtausbeute aufgrund des breiten emittierten Wellenlängenbandes nur weniger als 15 %.

Siehe auch: Lichtquelle

Lichtspektrum und Farbtemperatur

Glühlampen geben mit Farbtemperaturen von etwa 2300 K bis 2900 K ein Licht ab, das deutlich gelb-rötlicher als das natürliche Tageslicht ist. Je nach Sonnenschein liegt Tageslicht bei 5000 K bis 7000 K. Andere Lichtquellen mit dieser typischen Farbtemperatur von Glühlampen (Energiesparlampen, Leuchtstofflampen und LED-Lampen) werden als „Warmton“ angeboten, haben aber im Gegensatz zu Glühlampen kein kontinuierliches Lichtspektrum, weshalb sie dennoch nicht denselben starken Rot- und Gelbanteil bieten.

Die Glühfadentemperatur entspricht nicht der Farbtemperatur des abgestrahlten Lichts, da Wolfram kein idealer Schwarzer Körper ist; Die Farbtemperatur ist um etwa 60 bis 80 Kelvin höher als die Glühfadentemperatur (im Temperaturbereich üblicher Glühlampen).^[3]

Die Bevorzugung von „Warmton“ als Beleuchtung mit starken Rot- und Gelbanteilen ist eine kulturelle Eigenart nördlicher Länder. Im Mittelmeerraum und in den Tropen werden kältere Lichtfarben mit höheren Blau- und Grünanteilen bevorzugt, was die Akzeptanz von Energiesparlampen erleichtert. Bei Energiesparlampen erzeugen meistens Leuchtstoffe aus Ultraviolettstrahlung sichtbares Licht. Auch bei einer Zusammensetzung der Leuchtstoffe für „warmweißes“ Licht wird nicht jede Nuance des Farbspektrums zwischen Rot und Blau erzeugt. Menschen nehmen das veränderte Aussehen farblich abgestimmter Accessoires in ihrer Wohnung wahr, was zu einer Ablehnung von Energiesparlampen führen kann. Eine bessere Abdeckung des Farbspektrums durch die Leuchtstoffe führt beim derzeitigen Stand der Technik zu einer geringeren Lichtausbeute, was den beabsichtigten Energiespareffekt reduziert.^[4]

Leuchtdichte

Die Leuchtdichte des Glühdrahtes einer Glühlampe beträgt 5 bis 36 Mcd/m^2[5], wird aber von anderen künstlichen Lichtquellen (zum Beispiel Hochdruck-Gasentladungslampen, Kohlebogenlampen, LEDs) übertroffen. Glühlampen eignen sich daher gut für Anwendungen, bei denen das Licht gebündelt werden muss, was z. B. für Projektoren und Scheinwerfer zutrifft. Die wirksame Leuchtdichte lässt sich durch die Gestaltung des Glühfadens (Doppelwendel, Flachwendel) weiter erhöhen. Generell besitzen dicke Glühdrähte (für niedrige Betriebsspannungen) höhere wirksame Leuchtdichten als dünne Glühdrähte.

Lichtmodulation

Aufgrund der thermischen Trägheit des Glühfadens weisen auch an netz- bzw. niederfrequenter Wechselspannung betriebene Glühlampen nur geringe Schwankungen der Helligkeit auf. Die Helligkeitsmodulation mit der doppelten Betriebsfrequenz ist umso stärker, je dünner der Glühfaden ist. Sie ist also besonders bei Lampen geringer Leistung für Netzspannung ausgeprägt und beträgt bei einer Glühlampe 15 W/230 V etwa 30 %.

Insbesondere Niederspannungsglühlampen gelten aufgrund ihrer dicken, thermisch trägen Glühdrähte als flimmerfrei – ein Vorteil bei der Beleuchtung von rotierenden Maschinen. Glühlampen mit sehr dünnem Glühfaden für Betriebsströme von weniger als 0,1 A können mit Frequenzen bis zu einigen 100 Hz moduliert werden und wurden früher in Bastelprojekten zur Sprachübertragung verwendet.

Die langsame Helligkeitszunahme geschalteter Niederspannungsglühlampen ist zwar beim Einsatz als Beleuchtung angenehm, gilt aber bei sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Verkehrsampeln oder Bremsleuchten gegenüber den hier zunehmend eingesetzten Leuchtdioden als nachteilig.

Lebensdauer

Lebensdauer und Helligkeit in Abhängigkeit von der Betriebsspannung (nicht gültig für Halogenlampen)

Die Lebensdauer einer Glühlampe fällt mit steigender Lichtausbeute durch die höhere Glühfadentemperatur drastisch ab. Bei 2700 K erreichen konventionelle Glühlampen eine Standzeit von etwa 1000 Stunden, bei 3400 K (Studiolampen) von nur wenigen Stunden. Wie das Diagramm zeigt, verdoppelt sich die Helligkeit, wenn man die Betriebsspannung um 20 % erhöht. Gleichzeitig reduziert sich die Lebensdauer um 95 %. Eine Halbierung der Betriebsspannung (zum Beispiel durch Reihenschaltung zweier gleichartiger Glühlampen) verringert demnach zwar den Wirkungsgrad, verlängert aber die Lebensdauer um mehr als das Tausendfache.

Sind die Kosten für das Auswechseln einer Lampe hoch, so kann zu Gunsten einer höheren Lebensdauer auf eine hohe Lichtausbeute verzichtet und die Betriebsspannung abgesenkt werden. In Geräten eingebaute Lampen sind meist umständlich zu wechseln. Hier sollte für die Glühlampen eine deutlich niedrigere Betriebsspannung als die Nennspannung der Lampen angesetzt werden.

Technischer Hintergrund

Die Lebensdauer einer Glühlampe wird meist nicht durch gleichmäßiges Abdampfen von Wendelmaterial bestimmt, sondern durch das Durchbrennen an einer Stelle. Grund ist eine Instabilität, die mit der Zunahme des elektrischen Widerstandes mit der Temperatur zusammenhängt: Stellen des Glühfadens, die nur wenig dünner sind und sich beim Einschalten zunächst nur aufgrund der höheren Stromdichte schneller aufheizen, haben dann auch noch aufgrund ihrer Übertemperatur einen höheren Widerstand, heizen sich kurzzeitig extrem auf und verlieren dabei etwas Material durch Verdampfen. Beim nächsten Einschalten verschärft sich das Problem. Beim letzten Einschalten kann von der Unterbrechungsstelle sogar eine Bogenentladung im Füllgas ausgehen.

Um Überströme durch solche Bogenentladungen gerade durchgebrannter oder anders innen kurzgeschlossener Glühlampen zu limitieren, haben viele 230-Volt-Glühlampen – im Glasfuß sichtbar – eine Schmelzsicherung im dünnen Glasröhrchen eingebaut. Der duroplastische Kitt zwischen Birnenglas und Metallgewindefuß ist porös und ausreichend hitzebeständig. Das Lot zur Kontaktierung beider Pole an einen billigeren Schraubsockel aus Aluminium- statt Messingblech verlangt nach einer besonderen Lotlegierung.

Eine Möglichkeit, die Lebensdauer zu verlängern, ist daher die Begrenzung des Einschaltstroms oder die in der Veranstaltungstechnik häufig angewandte Vorheizung (engl. Pre Heat) durch einen permanenten Stromfluss knapp unterhalb der Leuchtschwelle. Die Ausfallwahrscheinlichkeit von Glühlampen lässt sich durch eine Exponentialverteilung oder, mit Berücksichtigung der Historie, durch eine Weibullverteilung beschreiben.

Kompromiss zwischen Lebensdauer und Lichtausbeute

Die Dimensionierung von Glühlampen bei gegebener Betriebsspannung ist ein Kompromiss zwischen Lebensdauer und Lichtausbeute und ergibt sich neben den technologischen Fähigkeiten der verschiedenen Hersteller wesentlich aus der vorgesehenen Anwendung.

Heute unterscheidet sich die angegebene Lebensdauer von Allgebrauchsglühlampen verschiedener Hersteller wenig. Es werden Lampen für 1000 und für 2000 Stunden angeboten. Halogenglühlampen werden für 2000 bis 6000 Stunden angeboten. Bei gleicher Leistung haben Glühlampen für geringere Nennspannung einen dickeren Glühfaden und damit eine höhere Lebensdauer. Die tatsächlich erreichte Lebensdauer hängt jedoch deutlich von den Einsatzparametern ab:

• genaue Einhaltung der Nennspannung (die möglichen 15 % Netzüberspannung haben eine wesentliche Lebensdauerverkürzung zur Folge)
• Erschütterungen im Betrieb
• Umgebungstemperatur
• häufiges Aus- und Einschalten: der dünn gewordene Bereich des Glühfadens wird aufgrund des Kaltleiterverhaltens meist beim Anschalten durchbrennen, da durch den geringeren Widerstand des kalten Glühfadens im ersten Moment eine hohe Leistung abfällt.

Für Anwendungen, bei denen das Auswechseln aufwendig oder eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist, gibt es Glühlampen, die eine lange Lebensdauer durch eine ähnlich geringe Lichtausbeute wie frühe Glühlampen erreichen: Sogenannte Sig-Lampen haben eine Lebensdauer von bis zu 6000 Stunden.

Die Lebensdauer von Projektor-Glühlampen beträgt hingegen aufgrund der hohen Glühfadentemperaturen (hohe Effizienz und Leuchtdichte) oft nur 50 bis zu wenigen 100 Stunden. Für Fotoaufnahmen und Belichtung von Fotomaterial gibt es Spezialglühlampen (z.B. OSRAM Nitraphot S), die eine für Glühlampen sehr hohe Farbtemperatur von 3400 K erreichen. Diese Lampen haben eine Lichtausbeute von 7500 lm bei 250 W, also das Fünffache einer Allgebrauchsglühlampe. Erkauft wird das durch eine sehr geringe Lebensdauer von nur wenigen Stunden, außerdem darf die Lampe nur wenige Minuten am Stück betrieben werden, da sonst der Glühfaden schmilzt.

Kraftfahrzeug-Glühlampen sind statt für ihre Nennspannung von 12 oder 24 V für die 14 oder 28 V des Bordnetzes ausgelegt. Die Betriebsspannung von Niedervolt-Halogen-Anlagen für Halogenglühlampen einer Nennspannung von 12 V beträgt demgegenüber oft nur 11,5 V. Zum Kompromiss zwischen Lebensdauer und Lichtausbeute bei Allgebrauchslampen siehe auch Phöbuskartell.

Beispiele für längere Lebensdauer

Das Centennial Light (englisch hundertjähriges Licht) leuchtet seit 1901 fast ununterbrochen in der Feuerwache von Livermore im US-Bundesstaat Kalifornien. Die 4-Watt-Kohlefadenlampe gilt damit als dienstälteste Glühbirne der Welt.^[6]

Bereits 1928 fanden Bauarbeiter in einem Theater in Glasgow hinter einer vermauerten Tür einen Raum, von dem niemand etwas wusste, mit einer brennenden Glühbirne und einem Kalender aus dem Jahr 1906. Sie war 22 Jahre am Strom angeschlossen. Unter dem Pseudonym Michael Gesell schrieb Otto Ernst Hesse am 7. Juni 1928 in der Vossischen Zeitung:

„Der Verbrauchsanspruch dieser Wunderlampe scheint in diesen Jahren nicht besonders gestiegen zu sein. Sonst hätte – nach den Theorien der Elektrotechniker – das Theater gewiß mittlerweile wegen zu hoher Elektrizitätsrechnungen Pleite gemacht^[7]“

Sonderformen

Halogenglühlampen (Wolfram-Halogen-Kreisprozess)

Halogenglühlampe

• 

  Glühwendel einer Halogenlampe im Betrieb.

• 

  Glühwendel einer Kfz-H1-Lampe nach mehreren hundert Stunden Betriebsdauer. Die Wolframrekristallisationen sind deutlich zu sehen.

Durch Verwendung eines kompakten Quarzglaskolbens und Zugabe des Halogens Iod 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 haben ein weißeres Licht und Lichtausbeuten von 10 lm/W bis 19,5 lm/W (herkömmlicher Glühlampe: 12–15 lm/W, Energiesparlampe 40–60 lm/W). Höhere Werte weisen spezielle Foto-Halogen-Lampen mit bis zu 35 lm/W – allerdings bei 1 bis 2 kW Leistungsaufnahme und 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.^[8] Ein interessanter Nebeneffekt dieser Überlegung hätte darin bestanden, dass sich der Glühfaden an den dünnsten Stellen selbst reparieren würde. In Wirklichkeit findet die Kondensation von Wolframatomen jedoch an den kältesten Stellen der Wendel statt – es entstehen Whisker.^[9] 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 den Niederschlag von Wolfram auf dem Glaskolben. Aufgrund der nicht vorhandenen Kolbenschwärzung kann der Glaskolben einer Halogenlampe sehr kompakt gefertigt werden. Das kleine Volumen ermöglicht einen höheren Betriebsdruck, der wiederum die Abdampfrate des Glühdrahtes vermindert. Daraus ergibt sich der lebensverlängernde Effekt bei Halogenlampen. Jedoch wird der Halogenprozess durch Dimmung der Halogenleuchte vermindert, da die dafür notwendige Temperatur nicht mehr erreicht wird.

Das kleine Volumen ermöglicht zur Reduktion der Wärmeleitung die Befüllung mit schweren Edelgasen zu vertretbaren Kosten. Verunreinigungen auf dem Kolben (zum Beispiel Fingerabdrücke durch Anfassen des Glases) verkohlen im Betrieb und führen zu lokalen Temperaturerhöhungen, die zum Platzen des Glaskolbens führen können. Daher sollte eine Halogenlampe nach dem Berühren immer sorgfältig abgewischt werden. Zurückbleibende Salze können auch als Kristallisationskeime zur Entglasung beitragen und so Schäden verursachen.

Die erforderliche hohe Glaskolbentemperatur erzwingt eine kleine Bauform, um die Wärmeabgabe an die Umgebungsluft zu reduzieren, und den Einsatz von Kieselglas (Quarzglas), das der hohen Temperatur standhält. Gasdichte 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 Wärmestrahlung auf die Glühwendel zurück 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 ca. 10 % weniger Helligkeit) und können diese überall ersetzen, wo Energiesparlampen wegen der Aufwärmzeit nicht praktikabel sind. Diese Lampen erreichen damit zwar nicht die Effizienz von Kompaktleuchtstofflampen, sie können jedoch durch das Erreichen der Energieeffizienzklasse C die klassische Glühlampe nach Inkrafttreten der ersten Stufe der EU-Energiesparlampenrichtlinie im Jahr 2009 ersetzen. Halogenlampen können wie klassische Glühlampen nach Gebrauch über den Restmüll entsorgt werden und erreichen eine ebenso gute Farbwiedergabe.

Weitere Varianten

• 

  Halogen-Glühlampe 230 V mit Standardsockel E27

• 

  H4 Bilux-Halogenglühlampe mit Glühwendeln für Fernlicht (Mitte) und Abblendlicht (rechts in der Blechblende)

• 

  Blinkende Glühlampe mit Bimetallschalter (die Animation in Zeitlupe zeigt den Augenblick, in dem der Schalter öffnet)

Neben besonderen Kolbenformen, dem verwendeten Material (zum Beispiel mattiert oder aus Opalglas gefertigt) und der gewählten Einfärbungen gibt es folgende Sonderformen:

• Bilux-Lampen: Sie werden in Fahrzeugscheinwerfern verwendet und besitzen einen freien (Fernlicht) und einen mit einer Blende (Abblendlicht) versehenen Glühfaden mit ähnlicher Leistungsaufnahme.
• Glühlampen mit zwei Glühwendeln unterschiedlicher Leistung (Zweifadenlampen, zum Beispiel als Kombination Rücklicht/Bremslicht)
• Glühlampen mit Innenreflektor
  • Projektionslampen mit Wendel im Brennpunkt einer Innenverspiegelung
  • sogenannte Kuppelspiegellampen oder Kopfspiegellampen (KSL) mit Glühwendel im Mittelpunkt einer spiegelnden Halbkugelschale
• Wolframbandlampen: Sie besitzen ein Band statt einer Glühwendel; Einsatz als Strahlungsnormal oder in älteren Pyrometern (visueller Vergleich der Leuchtdichte und der Farbtemperatur mit der des Messobjektes)
• Hochtemperatur-Heizstrahler: Glühwendel mit relativ niedriger Betriebstemperatur, angeordnet in einem oft teilweise verspiegelten Glaskolben, der in Abstrahlrichtung vorrangig den Infrarot-Anteil passieren lässt (Rotlicht)
• Glühlampen zu Heizzwecken: zum Beispiel stabförmige Halogen-Glühlampen in der Fixierwalze von Xerox-Kopierern und Laserdruckern
• stabförmige Halogen-Glühlampen mit beidseitigen Anschlusskontakten („Halogenstab“) mit Leistungen von 300 Watt bis mehrere Kilowatt: Eine gestreckte Einfach- oder Doppelwendel befindet sich mit Abstandshaltern in einem Quarzglas-Rohr, Einsatz in Lichtstrahlern auf Baustellen oder in Deckenflutern.
• Kaltlichtspiegellampen: Sie besitzen einen externen dichroitischen Reflektor, der nur sichtbares Licht reflektiert, Infrarot jedoch passieren lässt (Anwendung: Niedervolt- und Hochvolt-Halogenglühlampen, Projektionslampen).
• Linienlampen sind im Prinzip große Soffittenlampen für Netzspannung aus langgezogenen Glasröhren mit einem Glühfaden über die ganze Länge. Linienlampen haben entweder eine Steckfassung in der Mitte der Röhre oder zwei Steckfassungen an den beiden Enden. Oftmals werden sie mit Leuchtstoffröhren verwechselt, der Grund ist die annähernd gleiche Form.

Bei blinkenden Glühlampen ist manchmal in Serie mit dem Glühfaden ein Bimetallschalter angeordnet. Diese Ausführung ist zum Beispiel in älteren Warnlampen oder Leuchtstäben zum Martinstag anzutreffen. Im kalten Zustand ist dieser Schalter geschlossen. Durch die Wärmeeinwirkung des Glühfadens und der Wärmekapazität des Bimetalls verbiegt sich das Schaltelement und öffnet eine Kontaktstelle. Der Stromfluss wird unterbrochen und die Glühlampe erlischt. Nach ausreichender Abkühlung schließt der Kontakt wieder, der Glühfaden leuchtet wieder und erwärmt dadurch erneut das Schaltelement, der Vorgang beginnt von vorne, die Lampe blinkt.

Geschichte

Thomas Alva Edison, mit einer Glühlampe in der Hand

Glühlampe von C. H. F. Müller, wie auf der Weltausstellung Paris 1878 vorgestellt

Kohlefadenlampe, E27-Sockel, 220 Volt, etwa 30 Watt, links an 100 Volt

Edisons Glühlampe, Abb. aus Meyers Konversationslexikon 1888

Es existieren Belege für eine frühe Glühlampe mit Platinfaden unter einer evakuierten (luftleeren) Glasglocke aus der Zeit um 1820. Herkunft und Datierung der als „De-la-Rue-Lampe“ oder auch „De-la-Rive-Lampe“ bezeichneten Lampe sind unklar.^[10] 1860 erfand Joseph Wilson Swan eine Glühlampe, bei der er als Glühfaden verkohltes Papier in einem luftleeren Glaskolben benutzte. Später benutzte man wegen des höheren Schmelzpunktes und besserer Lichtausbeute zunächst Kohlestifte und dann Kohlefäden, wobei von Edison 1881 patentierte verkohlte Bambusfäden besonders gut geeignet waren.^[11]

Am 25. Juli 1835 führte der Schotte James Bowman Lindsay bei einem öffentlichen Meeting in Dundee ein konstantes elektrisches Licht vor. Er gab an, dass er „ein Buch in einem Abstand von eineinhalb Fuß lesen“ könne. Lindsay vervollkommnete die Vorrichtung zu seiner eigenen Zufriedenheit, wandte sich danach jedoch von seiner Erfindung ab und dem Problem drahtloser Telegraphie zu. Frederick de Moleyns erhielt 1841 das erste bekannte Patent auf eine Glühlampe. Er verwendete Kohlepulver zwischen Platindrähten unter einem luftleeren Glaskolben. Der Amerikaner John Wellington Starr erhielt 1845 durch Edward Augustin King in London ebenfalls ein Patent auf eine Glühlampe. In diesem Patent werden Karbonstifte als geeignetes Glühmaterial für helles Licht genannt. Ebenfalls 1845 veröffentlichte der Engländer William Robert Grove die Konstruktion einer von ihm 1840 entwickelten Glühlampe mit Platinglühfaden in Spiralform.^[12]

Zahlreiche Patente für Glühlampen wurden ab den 1850er Jahren angemeldet. Die Entwickler scheiterten mit der Herstellung länger haltender Glühlampen zunächst an der Vakuumtechnik. Nach Erfindung und Verbreitung der Vakuumpumpe intensivierten sich in den 1870er Jahren die Konstruktionsanstrengungen in verschiedenen Ländern mit der Folge zahlreicher Patentanmeldungen. Die Brenndauer der Konstruktionen lag jedoch bei unter 10 Stunden. Neben der Haltbarkeit der Lampen wurde das Problem des Energieverbrauchs ein Schwerpunkt der Bemühungen. 1874 erhielt Alexander Nikolajewitsch Lodygin in Russland ein Patent auf eine Glühlampe mit einem Kohlefaden oder einem dünnen Kohlestift in einem mit Stickstoff gefüllten Glaskolben.

Der britische Physiker und Chemiker Joseph Wilson Swan entwickelte 1860 ebenfalls eine Glühlampe, bei der er als Glühfaden verkohltes Papier in einem luftleeren Glaskolben benutzte. Erst 1878 gelang ihm die Herstellung einer praktisch brauchbaren elektrischen Glühlampe. Er erwarb sein Patent in England 1878 mithin zwei Jahre früher als Edison sein vergleichbares Patent in den USA. Er stattete seine Glühlampen mit einer speziellen Fassung, der Swanfassung aus, die sich im Gegensatz zu den Schraubgewinden der Edisonglühlampen bei Erschütterung, zum Beispiel in Fahrzeugen, nicht lösten. Nach anfänglichen Patentrechtsstreitigkeiten einigten sich Edison und Swan und gründeten schließlich 1883 in London eine gemeinsam betriebene Firma.

Thomas Alva Edison verbesserte die Glühlampe und erhielt am 27. Januar 1880 das Basispatent Nummer 223898^[13] für seine Entwicklungen in den USA, das in tradierten Darstellungen verbreitete Erfindungsdatum 21. Oktober 1879 gilt nach Ergebnissen der neueren Quellenforschung indes als Legende. Seine Glühlampe bestand aus einem evakuierten Glaskolben mit einem Kohleglühfaden aus verkohlten Bambusfasern. Zahlreiche Verbesserungen insbesondere bei der Präzisionsherstellung des Glühfadens führten zu Glühlampen, mit denen Edison den Wettbewerb gegen die damals üblichen Gaslampen erfolgreich aufnahm. Haltbarkeit, Lichtausbeute und Energiekosten spielten dabei eine Rolle. Edisons Glühlampen waren im Unterschied zu Swans Lampen mit hochohmigen Glühfäden ausgestattet, die zwar schwierig herzustellen waren, den Einsatz in elektrischen Netzen jedoch wesentlich vereinfachten und verbilligten. Bei hoher Spannung für hochohmige Verbraucher konnte elektrische Energie einfacher transportiert werden und die möglichen geringeren Kabelquerschnitte sparten erhebliche Kupfermengen. Dadurch wurde ein Energieversorgungsnetz für Elektrizität technisch machbar und mit Netzen für Gaslampen wettbewerbsfähig. Insbesondere konnte Edison mit seinen hochohmigen Lampen auch das Problem der Teilbarkeit des Lichts lösen; alle vorherigen Lösungen erforderten für wenige Lampen jeweils eine eigene Stromquelle. Deswegen wird die Erfindung der praktisch nutzbaren Glühlampe gemeinhin Thomas Alva Edison zugeschrieben. Edisons Konstruktion war die erste Glühlampe, die nicht nur in geringer Stückzahl in Werkstätten hergestellt wurde, sondern in einer eigens errichteten Fabrik in Serienfertigung ging.

Die Benutzung von Kohlefadenglühlampen in privaten Haushalten in den 1880er Jahren ging einher mit dem Aufbau von Versorgungsnetzen für elektrische Energie. Diese Produkte markieren mithin den Beginn der durchdringenden Elektrifizierung in der kulturellen Entwicklung. In Deutschland gilt das Café Bauer (Berlin) als erstes mit Glühlampen beleuchtetes Gebäude im Jahr 1884, die von Emil Rathenau nach Edison-Patenten gefertigt wurden.^[14]

Um die Verteilung des neu entstehenden Elektromarktes wurde in den 1880er-Jahren hart gekämpft, wobei insbesondere zahlreiche Patentprozesse um das Schlüsselprodukt der Elektrifizierung, die Glühlampe mit hochohmigem Kohlefaden, geführt wurden. Heinrich Göbel gab 1893 in Patentprozessen zwischen der Edison Electric Light Co. und anderen amerikanischen Glühlampenherstellern an, bereits ab den frühen 1850er-Jahren mit Kohlefadenglühlampen experimentiert zu haben, konnte seine Behauptung der Antizipation der Edison-Erfindung aber vor Gericht nicht beweisen.^[15] Er galt dennoch im 20. Jahrhundert in Deutschland als Erfinder der Kohlefadenglühlampe. Die erste deutsche Glühlampe soll 1883 in Stützerbach (Thüringen) hergestellt worden sein. Diesbezügliche Quellen stehen allerdings im Widerspruch zur älteren oben abgebildeten Glühlampe vom C. H. F. Müller.

Die Eignung von Osmium, Tantal oder Wolfram für Glühfäden war wegen des hohen Schmelzpunktes dieser Metalle bekannt. Aber erst technische Entwicklungen in der Pulvermetallurgie wie die Sintertechnik ermöglichten die wirtschaftliche Verarbeitbarkeit von Wolfram. Osmium und Tantal sind seltene und mithin teure Rohstoffe. Bei dem sehr harten und spröden Wolfram waren die zu lösenden Verarbeitungsprobleme am größten. Der österreichische Chemiker und Gründer von OSRAM Carl Auer von Welsbach leistete einen wichtigen Beitrag zu der Erfindung der Glühlampe, indem er ein Verfahren zur Herstellung von Drähten aus Osmium (Patent 1890) und Wolfram entwickelte, die damals als Metalle mit den höchsten Schmelzpunkten galten.

1897 erfand der Physikochemiker Walther Nernst in Göttingen die nach ihm benannte Nernstlampe, die von der AEG und von Westinghouse (Nernst Lamp Company) produziert wurde. Bei dieser Glühlampe dient ein dünnes Stäbchen (Nernststift) aus einem Festkörper-Elektrolyt (überwiegend Zirconiumoxid mit Zusätzen) statt eines Kohle- oder Metallfadens als Glühkörper. Der Nernststift benötigt kein Schutzgas, sondern kann in normaler Umgebungsluft betrieben werden.

Im Jahre 1903 erfand Willis Whitnew einen Glühfaden, der die Innenseite einer Glühlampe nicht schwärzte. Es war ein metallummantelter Kohlefaden. Bereits ein Jahr zuvor (1902) erkannte der deutsche Chemiker Werner von Bolton mit dem Schweizer Physiker Otto Feuerlein das chemische Element Tantal (Ta) als geeignetes Material zur Herstellung von metallischen Glühfäden. 1905 wurden die ersten Glühlampen mit Tantalfäden ausgeliefert und ersetzten allmählich die bisherigen Kohlefadenlampen. Die Tantallampe war zwar eine kurze Episode in der Geschichte der Glühlampe im Vorfeld der Entwicklungen zur heute verwendeten Wolframlampe, aber bis zum Ausbruch des Ersten Weltkriegs konnten weltweit über 50 Millionen Tantallampen nach Bolton und Feuerleins Verfahren hergestellt und verkauft werden.

Im Jahre 1906 wurden von der General Electric Company Patente für Wolframglühfäden als Basis für eigene Forschungs- und Weiterentwicklungsarbeiten gekauft. Diverse Quellen nennen Alexander Nikolajewitsch Lodygin als Patentinhaber, der schon in den 1890er Jahren mit Wolfram experimentiert hatte und auf der Weltausstellung 1900 eine solche Lampe vorführte. In jener Zeit experimentierten viele Entwickler, u.a. auch der Kroate Franjo Hannaman aus Zagreb, an der Entwicklung einer praktisch einsetzbaren Wolframglühfadenlampe. Glühfäden aus mittels Sintern gewonnenen Metall waren extrem spröde, die Verarbeitung zu Spiralen oder Schlaufen war für eine Massenproduktion unmöglich. Im Jahre 1910 erfand der für General Electric arbeitende William David Coolidge eine Methode zur Herstellung mechanisch stabiler Wolframglühfäden. General Electric begann 1911 mit der kommerziellen Herstellung der heute noch üblichen Glühlampen mit Wolframglühfaden. Dieser Lampentyp verbesserte das Verhältnis von Lichtausbeute zu Energieverbrauch erheblich. General Electric gewann die nach Auslauf der Edison-Patente verlorene Dominanz auf dem Glühlampensektor zurück.^[16]

Im Jahre 1911 entdeckte Irving Langmuir, dass durch die Verwendung eines Argon-Stickstoff-Gemischs in einer Glühlampe die Lebensdauer des Wolfram-Glühfadens verlängert wird. Seit 1936 wird Krypton als Füllgas benutzt, seit 1958 erstmals auch Xenon für Hochleistungslampen. 1931 beantragte die Chemikerin Mary B. Andrews in den USA ein Patent für eine elektrische Glühlampe, welches mit der Nummer 2019331 im Jahr 1935 erteilt wurde. Eine frühere Patenterteilung an eine Frau in der Glühlampentechnologie ist zur Zeit nicht bekannt.

Der Berliner Erfinder Dieter Binninger entwickelte für seine Berlin-Uhr eine langlebige (150.000 h) „Ewigkeitsglühbirne“, die, wie auch die sogenannten SIG-Lampen (6000 h) besonders für Anwendungen gedacht war, bei denen ständig hohe Auswechselkosten entstehen, wie etwa bei Verkehrsampeln oder seiner Mengenlehreuhr. Seine zwischen 1980 und 1982 eingereichten Patente zur „Verlängerung der Lebensdauer von Allgebrauchsglühlampen“ beruhen jedoch im Wesentlichen auf einer veränderten Wendelgeometrie und dem Betrieb mit Unterspannung mittels einer vorgeschalteten Diode.

Umweltaspekte

Energieeffizienzklassen von Glühlampen

Grenzen der Energieeffizienzklassen für Leuchtmittel

→ Hauptartikel: Energielabel

Haushaltslampen werden in der Europäischen Union in Energieeffizienzklassen eingestuft, wobei die Skala von A (sehr effizient) bis G (weniger effizient) reicht. Herkömmliche Glühlampen erreichen die Effizienzklassen D, E, F und G. Niedervolt-Halogenlampen, die mit typisch 12 Volt betrieben werden, liegen oft in den Effizienzklassen C, D und E, müssen aber offiziell nicht in Effizienzklassen eingeteilt werden. Hochvolt-Halogenlampen, die direkt mit 230 V betrieben werden, erreichen heute ebenfalls die Effizienzklasse C^[17] und eignen sich daher neben Energiesparlampen nach 2012 als Ersatz für herkömmliche Glühlampen. Messungen der Stiftung Warentest ergaben jedoch, dass Halogenlampen die deklarierten Energieeffizienzklassen oft nicht erreichen.^[18]

Vertriebsverbot von Glühlampen geringer Energieeffizienz

Seit etwa 2005 werden Herstellung und Vertrieb von Glühlampen geringer Energieeffizienzklasse in einigen Ländern verboten oder es werden solche Verbote geplant, um Energie zu sparen. Glühlampen müssen durch Energiesparlampen besserer Energieeffizienzklassen ersetzt werden.

Australien

Australien kündigte als erster Staat im Februar 2007 an, ab 2010 herkömmliche Glühlampen zu verbieten. Die Regierung geht davon aus, dass durch diese Maßnahme jährlich vier Millionen Tonnen Treibhausgase weniger in die Luft ausgestoßen werden.^[19]

Europäische Union

Die EU-Kommission gab im Dezember 2008 bekannt, dass auf der Basis der Ökodesign-Richtlinie 2005/32/EG stufenweise Herstellungs- und Vertriebsverbote von Lampen geringer Energieeffizienz in den Mitgliedsländern umgesetzt werden.^[20] Der Verkauf bereits in Verkehr gebrachter Glühlampen bleibt aber weiterhin erlaubt. Mitte April 2009 ist die entsprechende EG-Verordnung 244/2009^[21] in Kraft getreten. Zuvor wurden die Anforderungen wegen umfangreicher Kritik erneut beraten; der Umweltausschuss des EU-Parlaments beschloss am 17. Februar 2009 mit 44:14 Stimmen, daran festzuhalten.^[22] Irland plante als erster Staat der EU, bereits den Vertrieb von Glühlampen geringer Energieeffizienz ab Januar 2009 zu verbieten.^[23]

Bereits auf dem Markt befindliche betroffene Produkte dürfen auch nach den genannten Terminen noch verkauft und gehandelt werden, es dürfen jedoch keine verbotenen Produkte mehr innerhalb der EU in Verkehr gebracht werden und an Handel oder Endverbraucher geliefert werden. Die Herstellung von Glühlampen ohne Erfüllung der Norm für den Export in Länder außerhalb der EU ist weiter erlaubt. Der Zoll soll seit September 2009 Paketsendungen auf verbotene Leuchtmittel kontrollieren.^[24]

Lampen mit mattiertem Glas müssen bereits seit der ersten Stufe der Anforderungen (seit September 2009) die Energieeffizienzklasse A haben; das bedeutete ein Herstellungs- und Vertriebsverbot für mattierte Glühlampen. Da mattierte Lampen keine Punktlichtquelle wie die klaren Lampen darstellen, lassen sie sich in ihrer Funktion nach Auffassung der EU-Kommission durch verfügbare Energiesparlampen direkt ersetzen.

Für Lampen mit klarem Glas, also Punktlichtquellen, gelten in Abhängigkeit von ihrer Leistungsaufnahme folgende Mindestanforderungen:

• seit September 2009: ab 100 Watt Energieeffizienzklasse C; unter 100 Watt Energieeffizienzklasse E
• seit September 2010: ab 75 Watt Energieeffizienzklasse C; unter 75 Watt Energieeffizienzklasse E
• seit September 2011: ab 60 Watt Energieeffizienzklasse C; unter 60 Watt Energieeffizienzklasse E
• ab September 2012: Energieeffizienzklasse C für alle
• 2014 wird die gesamte Regelung auf dem Prüfstand stehen, um die Erfahrungen auszuwerten und neue technische Entwicklungstrends zu berücksichtigen.
• ab September 2016: Energieeffizienzklasse B für alle; Ausnahmen für einige Halogenlampen mit Effizienzklasse C, für die es derzeit noch keinen geeigneten Ersatz gibt.

Derzeit sind herkömmliche Glühlampen in den Effizienzklassen D, E und F verfügbar; Halogenlampen (230 Volt) erreichen teilweise die Effizienzklasse C. Niedervolt-Halogenlampen werden nicht in Energieeffizienzklassen eingeteilt. Neben den Anforderungen an die Energieeffizienz gelten bereits ab der ersten Stufe auch strengere Qualitätsanforderungen an die weiteren Betriebseigenschaften, wie die Lebensdauer, den Lichtstromrückgang, die Schaltfestigkeit, die Anlaufzeit (bis 60% des Lichtstroms erreicht sind) sowie Anforderungen an die Produktinformationen auf Verpackungen und Katalogen.

Die Energieberatung der Verbraucherzentrale hat zum „Glühbirnenausstieg“ Fragen und Antworten zusammengestellt.^[25]

Speziallampen, beispielsweise zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, in der Fahrradbeleuchtung, in Kühlschränken, Backöfen oder der Medizin^[26], sind von den Verboten nicht betroffen; ebenso Lampen besonders kleiner und großer Leistung (Lichtstrom unter 60 Lumen oder über 12.000 Lumen). Ebenfalls nicht betroffen sind Reflektorlampen, die einen gebündelten Lichtstrahl abgeben, da es zu diesen Lampen bisher keine ausreichend verbreiteten Alternativen gibt. Für Leuchtstofflampen und Hochdruckentladungslampen gilt die EG-Verordnung 245/2009.^[27]

Neuseeland

In Neuseeland sollten Glühlampen geringer Energieeffizienz ab Oktober 2009 verboten werden.^[28] Diese Pläne wurden inzwischen wieder aufgegeben und sollen durch effizientere Einsparmöglichkeiten ersetzt werden.^[29]

Kuba

Am 17. November 2005 forderte Fidel Castro die Kubaner auf, Glühlampen durch Energiesparlampen zu ersetzen. Hintergrund ist die Energieknappheit in Kuba.

Schweiz

In der Schweiz ist seit 2009 der Verkauf von Glühlampen, die nicht mindestens der Energieeffizienzklasse E entsprechen, verboten.^[30]

Vereinigte Staaten von Amerika

In den USA wurde in dem im Jahre 2007 verabschiedeten Energy Independence and Security Act eine schrittweise Verschärfung der Vorschriften zur Energieeffizienz von Glühlampen zwischen 2012 und 2014 beschlossen. Abgesehen von den beschlossenen Ausnahmen, beispielsweise für farbige Glühlampen, werden durch diesen Act herkömmliche Glühlampen verboten.^[31] Die letzte große Fabrik für herkömmliche Glühlampen in den USA wurde im September 2010 geschlossen.^[32]

Volksrepublik China

Im November 2011 wurde bekannt, dass auch in China Glühlampen mittelfristig verboten werden. Demnach sei ab Oktober 2012 der Verkauf von Glühlampen mit über 100 Watt verboten, bis 2016 werde die Leistung der erlaubten Glühlampen stufenweise abgesenkt, sodass ab Oktober 2016 nur noch Birnen mit unter 15 Watt Leistung erlaubt seien. Ersetzt werden sollen die Glühlampen durch LED-Technik.^[33] Damit sollen 48 TWh Strom eingespart werden.^[34]

Kritik an Verboten

Glühlampenverbote eignen sich nach Meinung mancher Kritiker nicht zur CO₂-Einsparung, da nur der Emissionshandel letztlich den Kohlendioxidausstoß mit Kosten belege. Die durch das Glühlampenverbot eingesparten Energiemengen können daher anderweitig verkauft werden, ohne dass zusätzliche Emissionszertifikate erworben werden müssten. Alternativ können auch die nicht benötigten Zertifikate von den Energieerzeugern an andere Industrien verkauft werden. Die Wirkung eines Glühlampenverbotes auf den CO₂-Ausstoß sei daher allenfalls mittelbar wirksam. Ein sinnvolleres Steuerinstrument zur Erreichung der umstrittenen Klimaziele sei daher die direkte Begrenzung der Emissionsmenge von Kohlendioxid.^[35]

Ein Vorteil der Glühlampe sei, dass sie stufenlos gedimmt werden kann. Die meisten Energiesparlampen sind nicht dimmbar; einige sind stufenweise dimmbar; stufenlos dimmbare Energiesparlampen sind deutlich teurer. Ein weiterer Vorteil sei die sofortige Bereitstellung der vollen Lichtleistung, während die meisten Energiesparlampen erst langsam hochfahren würden. Das erfordere den Einsatz spezieller Energiesparlampen (Osram-Facility- oder Hybridlampen) zum Beispiel für die Treppenhausbeleuchtung.

Glühlampen funktionieren mit jeder gängigen Frequenz einschließlich Gleichstrom aus akkugespeisten Notstromversorgungsanlagen. Einige Energiesparlampentypen funktionieren aufgrund ihres elektronischen Vorschaltgerätes nur mit der Frequenz, für die sie gebaut wurden, zum Beispiel 50 Hz, nicht jedoch mit Gleichstrom. Für batteriegespeiste Sicherheitsbeleuchtungsanlagen gibt es spezielle Energiesparlampentypen, die vom Hersteller für den Betrieb an Wechsel- und Gleichspannung vorgesehen sind. In den meisten Fällen funktionieren gewöhnliche Energiesparlampen auch an Gleichspannung, da übliche elektronische Vorschaltgeräte die Netzwechselspannung ohnehin gleichrichten. Auch die Hochfrequenzabstrahlung der Vorschaltgeräte ist in die Kritik geraten. Gütesiegel für besonders strahlungsarme Lampen sind in Vorbereitung.

Nach einer Studie der EU-Kommission amortisieren sich Energiesparlampen je nach Annahme des Kaufpreises der Lampe und des Strompreises nach 1500 bis 2500 Stunden Nutzungszeit gegenüber der Glühlampe. Kritiker bemängeln den sich ergebenden langen Zeitraum von 30 Jahren bei wenig genutzten Lampen wie in Abstellräumen mit zirka einer Stunde Leuchtdauer je Woche.^[36] Bislang nicht untersucht ist die Auswirkung eines eventuell veränderten Benutzerverhaltens bei Einsatz von Energiesparlampen auf die Energieeinsparung. Unnötig lange Leuchtzeiten wegen der geringeren Kosten und Umweltauswirkungen sind denkbar (→Reboundeffekt).

Glühlampen tragen zur Erwärmung von geschlossenen Räumen bei. Bei der Verwendung von Glühlampen in Räumen mit Heizbedarf müssen diese weniger durch andere Energiequellen geheizt werden. Dieser sogenannte heat replacement effect („Wärmeersatzeffekt“) kann dabei die Gesamtenergiekosten beeinflussen, bei Energiesparlampen ist dieser Effekt deutlich geringer.^[37] Es muss jedoch beachtet werden, dass der Wirkungsgrad einer solchen elektrischen Heizung auf Grund von Verlusten in Kraftwerken und Leitungen unter der von Primärenergieheizungen etwa auf Gas-, Kohle- oder Holzbasis liegt. Deshalb ist es auch etwa viermal so teuer mit Glühlampen als mit Gas zu heizen.^[38] Umgekehrt reduziert der Einsatz von Energiesparlampen in klimatisierten Räumen nicht nur den Energieverbrauch der Beleuchtung sondern auch den der Kühlung.

Quecksilber-Emission

Oft wird die Quecksilberbelastung als Argument gegen die energieeffizienteren Kompaktleuchtstofflampen genannt. Gegen dieses Argument sprechen Berechnungen einiger Institute, wie z. B. der Deutschen Umwelthilfe: Denn durch die Stromerzeugung aus Steinkohle würden in Deutschland nach Berechnungen des Öko-Instituts pro Kilowattstunde Strom durchschnittlich 14,7 Mikrogramm Quecksilber freigesetzt, allerdings überwiegend nicht in elementarer Form. Die vermiedenen Quecksilberemissionen durch Stromeinsparung wären damit größer als der gesamte Quecksilbergehalt der Energiesparlampen.^[39] Die Zeitschrift Öko-Test kommt aber auf Basis der gleichen Daten zum Ergebnis, dass die Quecksilberbilanz bei einem Drittel der untersuchten Kompaktleuchtstofflampen schlechter ist als bei Glühlampen.^[40] Außerdem muss beachtet werden, dass sich diese Berechnungen auf Deutschland beziehen: In Österreich beispielsweise wird Strom zu einem erheblich Teil mit Wasserkraft erzeugt, was die Quecksilberbilanz der herkömmlichen Glühlampen verbessert.^[41]

Entsorgung

Sogenannte Allgebrauchs- und auch Halogenglühlampen enthalten keine umweltbelastenden Inhaltsstoffe und können als Hausmüll oder hausmüllähnlicher Gewerbeabfall entsorgt werden. Die geringen Halogenmengen in Halogenglühlampen können als unschädlich angesehen werden. Anders ist es bei Entladungslampen wie Leuchtstofflampen, Energiesparlampen und Hochdruck-Entladungslampen, in denen Quecksilber für die Lichterzeugung verwendet wird. Diese sind nach dem amtlichen Abfallkatalog Sondermüll. Die Entsorgung von Entladungslampen aus dem Privathaushalt übernehmen die kommunalen Sonderabfall-Sammelstellen. Wichtig ist, dass die Lampen unbeschädigt dort abgegeben werden; sie können dann entsprechenden Recyclingunternehmen zugeführt werden.

Im Abfallgesetz ist festgelegt, dass der Besitzer von Abfällen zu deren Entsorgung verpflichtet ist und dass die Wiederverwertung Vorrang vor sonstiger Entsorgung (Deponierung, Verbrennung) hat. Der Wolfram- und Buntmetallanteil von Glühlampen wird bisher kaum wiederverwendet, lediglich die Edisonsockel können von automatischen Trenn- und Sortieranlagen mit Magnetscheidern erfasst werden.

Alternativen zur Glühlampe

Leuchtdioden in einer E27-Fassung für 230 Volt

Elektrische Lichtquellen

Lichtquellen mit besseren Wirkungsgraden oder einer höheren Lichtausbeute sind zum Beispiel Gasentladungslampen (Halogen-Metalldampflampen, Leuchtstofflampen, Quecksilberdampflampen, Natriumdampflampen, Halogenmetalldampflampen). Diese haben zwar ebenfalls häufig Edisonsockel, benötigen jedoch Vorschaltgeräte zum Betrieb und sind daher nicht direkt im Austausch gegen Glühlampen verwendbar.

Leuchtstofflampen sind auch in kompakten Formen als sogenannte Kompaktleuchtstofflampen mit im Sockel integrierten Vorschaltgerät gebräuchlich. Diese können daher direkt im Austausch gegen Edison-Glühlampen verwendet werden.

Bereits für die meisten Anwendungsbereiche verfügbar sind Lichtquellen mit hoher Lichtausbeute auf Basis von Leuchtdioden. Sie bieten hohe Wartungsfreiheit, lange Lebensdauer und geringen Energieverbrauch. Besonders interessant ist die Anwendung von Leuchtdioden in Kraftfahrzeugen, weil die Stromerzeugung dort aufgrund des niedrigen Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors ineffizient ist.

An der Entwicklung von organischen Leuchtdioden wird ebenfalls geforscht.

Nichtelektrische Lichtquellen

Nichtelektrische Lichtquellen sind nur dann eine Alternative zu Glühlampen, wenn kein Stromanschluss zur Verfügung steht. Lichtquellen von geringer Lebensdauer und Helligkeit, jedoch ohne externe Energiequelle sind die sogenannten Knicklichter, die auf Chemolumineszenz beruhen. Tritiumgaslichtquellen haben eine Lebensdauer von einigen Jahren und benötigen wie die Knicklichter ebenfalls keine externe Energiequelle. Sie werden hauptsächlich als Notfallbeleuchtung für Notausgänge etc. eingesetzt und beruhen wie Leuchtstofflampen auf Fluoreszenz, angeregt jedoch durch die Betastrahlung des radioaktiven Tritiums. Ihre Helligkeit ist sehr gering. Beide Lichtquellen werden nur als Notlicht eingesetzt.

Gaslaternen haben hauptsächlich historische Bedeutung, ihre Energieeffizienz ist vergleichbar mit Langlebensdauerglühlampen; sie können wie auch Camping-Gasleuchten oder die mit Petroleum betriebenen Starklichtlampen Gas (Erdgas, Stadtgas, Flüssiggas) oder Petroleumdampf statt Strom nutzen. Die gegenüber Petroleumlampen wesentlich höhere Effizienz erreichen diese Leuchten durch einen Glühstrumpf.

Die Glühlampe in Kunst und Literatur

• Pablo Picasso gestaltete in seinem monumentalen Bild Guernica eine Glühlampe an Stelle der Sonne. Sie deutet vermutlich auf die von Flugzeugen abgeworfene Bomben, worauf auch das im Spanischen offensichtliche Wortspiel „la bombilla/la bomba“ (bombilla „Glühbirne“) hinweist.^[42]
• Ingo Maurer schuf eine überdimensionierte Glühlampe aus Glas mit einer gewöhnlichen Glühlampe im Inneren mit Namen Bulb für das Museum of Modern Art in New York.^[43]
• Joseph Beuys zeigt in seinem Multiple mit Namen Capri-Batterie eine gelbe Glühlampe und deren Stromversorgung durch eine Zitrone.^[44]
• Lewis Latimer, ein Sohn amerikanischer Sklaven und später der einzige Afroamerikaner im engeren Mitarbeiterstab von Thomas Alva Edison, verfasste Lyrik und schrieb über die Glühlampe:

„Like the light of the sun, it beautifies all things on which it shines, and is no less welcome in the palace than in the humblest home.“

(Wie das Licht der Sonne macht sie alle Dinge auf die sie scheint schöner, und ist in Palästen nicht weniger willkommen als im bescheidensten Haus.)

• Günter Grass lässt in seinem Roman Die Blechtrommel die Hauptfigur Oskar Matzerath über dessen Geburt den Satz sagen:

„Ich erblickte das Licht dieser Welt in Gestalt zweier Sechzig-Watt-Glühlampen.“

Siehe auch

• Dunkelbirne, wissenschaftlicher Witz, entsprechend der Tag-Nacht-Lampe von Korf
• Heatball, alternative Bezeichnung für Glühlampen im Rahmen eines satirischen Projektes
• Linienlampe, Glühlampe in Röhrenform (sieht wie eine Leuchtstoffröhre aus, hat jedoch zwei radial herausstehende Sockel)

Literatur

• Roland Heinz, Andreas Schulz (Vorwort): Grundlage der Lichterzeugung: Von der Glühlampe bis zum Laser. Highlight, Rüthen 2004, ISBN 3-937873-00-7.
• Andreas Holzinger: Von der Wachskerze zur Glühlampe. In: Deutsch Taschenbücher. Band 95, Harri Deutsch, Thun/Frankfurt am Main 1998, ISBN 3-8171-1566-0.
• Hans Christian Rohde: Die Göbel-Legende: Der Kampf um die Erfindung der Glühlampe. Zu Klampen, Springe 2007, ISBN 3-8667-4006-9 (Zugleich Dissertation an der Universität Hannover 2006).
• Hans-Jürgen Wulf, BAG Turgi Electronics (Hrsg.): Die Geschichte der elektrischen Glühlampenbeleuchtung. Marbach & Marbach, Eich, Luzern 1998 (ohne ISBN).

Weblinks

 Wiktionary: Glühlampe – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Commons: Glühlampe – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Story-of-The-Lamp (englisch, mit vielen Bildern)
• Die am längsten leuchtende Glühlampe – brennt bereits seit 1901 (Centennialbulb – longest burning light bulb in history) (englisch)
• Vergleichstabelle für alle üblichen Leuchtmittel
• Helmut Höge auf taz.de: Hier spricht der Aushilfshausmeister! über geplanten Verschleiß bei Glühlampen
• Kritischer Bericht zum EU-Verbot auf spiegel.de
• Auswahltabellen
• Mitteilung auf Umweltbundesamt
• Das Halogenleuchtmittel in der Veranstaltungstechnik

Einzelnachweise

1. ↑ Energy Saver Halogenleuchte 105 Watt (Lichtleistungsäquivalent Glühlampe 150 Watt klassisch) abgerufen am 20. Oktober 2009
2. ↑ Beispiele finden sich im [http://www.zvei.org/fileadmin/user_upload/Fachverbaende/Elektrische_Lampen/ueber_uns/Gremien/TCA/ILCOS_IEC_1231.pdf Fachbericht zur IEC 1231 des ZVEI
3. ↑ Osram: Technik und Anwendung: Halogen-Niedervoltlampen
4. ↑ Christopher Schrader: Die Techniker der Gemütlichkeit. In: Süddeutsche Zeitung, 24. Dezember 2008, S. 2
5. ↑ Gigahertz-Optik (Hrsg.): Leuchtmittel – Applikationen & Lichtmessung. 2008, S. 4.
6. ↑ Livermore's Centennial Light Live Cam
7. ↑ Artikel: „Bagatellen – Die Wunderlampe“. In: Vossische Zeitung, Nr. 265 des 7. Juni 1928
8. ↑ Basic Physics of the Incandescent Lamp abgerufen am 20. Oktober 2009
9. ↑ Chemie in Glühlampen abgerufen am 20. Oktober 2009
10. ↑ „E.Covington: Eine Lampe unbekannten Ursprungs.“, abgerufen 27. Februar 2007
11. ↑ Edison-Patent 251540 „carbon for electric lamps“
12. ↑ Groves Lamp of 1840 abgerufen am 31. Oktober 2010
13. ↑ United States Patent and Trademark Office
14. ↑ Die Glühlampe kommt nach Deutschland. ard.de, abgerufen am 9. August 2011
15. ↑ Hans-Christian Rohde: Die Göbel-Legende – Der Kampf um die Erfindung der Glühlampe. Zu Klampen, Springe 2007, ISBN 978-3-86674-006-8
16. ↑ The History of Electric Lighting. (engl.) abgerufen am 28. Oktober 2010
17. ↑ OSRAM Katalog 2009 http://catalogx.myosram.com Halogen Energy Saver Classic, Lampenleistung < 42 Watt – Energieeffizienzklasse C
18. ↑ Stiftung Warentest, Februar 2009: Halogenlampen – Bestenfalls befriedigend (Testergebnisse kostenpflichtig)
19. ↑ In Australien wird die Glühbirne verboten. Auf: ÖKO-TEST Online. Am: 20. Februar 2007. (Nachrichten-Meldung)
20. ↑ Phasing out incandescent bulbs in the EU, Dokument(PDF) auf ec.europe.eu, abgerufen am 15. Dezember 2008
21. ↑ VERORDNUNG (EG) Nr. 244/2009 […] umweltgerechte Gestaltung von Haushaltslampen mit ungebündeltem Licht. In: Amtsblatt der Europäischen Union. 24. März 2009 (Verkündungsdatum), S. L 76/3 – L 76/16, abgerufen am 20. Mai 2009 (deutsch). 
22. ↑ Die Glühlampe erlischt. In: Süddeutsche Zeitung, 18. Februar 2009, S. 8
23. ↑ Department of the Environment, Heritage and Local Government: Gormley Outlines Position on Plan to Introduce Minimum Energy Efficiency Standards for Light Bulbs, 10. Januar 2008
24. ↑ Zoll soll Glühbirnen abfangen, Wirtschaftswoche vom 16. Mai 2009
25. ↑ Fragen und Antworten zur Energiesparlampe der Energieberatung der Verbraucherzentrale
26. ↑ Deutschlandfunk, Sendung Marktplatz, 9. September 2010, 10:00 Uhr - 11:30
27. ↑ VERORDNUNG (EG) Nr. 245/2009 […] umweltgerechte Gestaltung von Leuchtstofflampen ohne eingebautes Vorschaltgerät, Hochdruckentladungslampen sowie Vorschaltgeräte und Leuchten zu ihrem Betrieb […]. In: Amtsblatt der Europäischen Union. 18. März 2009 (Verkündungsdatum), abgerufen am 16. Juli 2009 (deutsch). 
28. ↑ Welt.de: Neuseeland verbietet herkömmliche Glühbirnen, vom 17. Juni 2008, abgerufen am 8. Dezember 2008
29. ↑ Stuff.co.nz: National ditches light bulb phase-out vom 17. Dezember 2008, abgerufen am 26. August 2009
30. ↑ Edisons Glühlampe vor dem Erlöschen, NZZ vom 17. März 2008
31. ↑ U.S. Government Printing Office: Public Law 110 - 140 - Energy Independence and Security Act of 2007
32. ↑ The Miami Herald: Last major U.S. factory making incandescent light bulbs closes
33. ↑ Leuchdioden für das Reich der Mitte. Peking verbietet die Glühbirne. In: ntv.de, 5. November 2011. Abgerufen am 6. November 2011.
34. ↑ China unveils plans for incandescent lamp phase-out. In: http://www.ledsmagazine.com, 5. September 2011. Abgerufen am 6. September 2011.
35. ↑ Bodo Sturm: Das Glühlampenverbot bringt nichts. In: Süddeutsche Zeitung. 19./20. Juli 2008, S. 24.
36. ↑ Christopher Schrader: Das neue Licht. In: Süddeutsche Zeitung. 5. September 2009, S. 22
37. ↑ BNXS05: The Heat Replacement Effect. www.mtprog.com, Version 9.0 15. März 2010 (PDF).
38. ↑ Vattenfall Hamburg berechnet für Gas 5,19 Cent und für Strom 22,04 Cent je kWh. Standardtarife für Privathaushalte inklusive aller Steuern, Stand September 2011.
39. ↑ Aus für Stromfresser Glühbirne die tageszeitung 8. Dezember 2008
40. ↑ Keine Leuchten: „[…] gibt zumindest ein Drittel der Energiesparlampen im Test deutlich mehr Quecksilber in die Umwelt ab als die Glühbirne. Nach dem Dauertest kann sich das Ergebnis noch weiter zu Ungunsten der Energiesparlampen verschieben.“
41. ↑ Das Wolfram-Komplott: EU verbietet Glühbirnen auf Wunsch der Industrie: „[…] Auch bei der Energiegewinnung aus Braunkohle würde Quecksilber freigesetzt. Und weil Europa künftig weniger Elektrizität benötige, würde sich das schon irgendwie ausgleichen. Das ist reiner Unsinn, zumal aus österreichischer Sicht. Strom wird hierzulande zu einem erheblichen Teil aus Wasserkraft gewonnen.“
42. ↑ Foto des Bildes Guernica von Pablo Picasso, abgerufen am 25. Oktober 2009
43. ↑ Museum of Modern Art, Ingo Maurer Bulb, abgerufen am 25. Oktober 2009
44. ↑ Foto einer Variante von Capri-Batterie von Joseph Beuys, abgerufen am 25. Oktober 2009

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