Glühbirne

Geschichte

In diesem Artikel möchte ich nun speziell auf den Aufbau und die genaue Funktionsweise dieser Allgebrauchslampe,
oder umgangssprachlich auch Glühbirne genannt, eingehen.
Die Geschichte der Glühlampe reicht weit in die Vergangenheit zurück und daher gibt natürlich auch eine Vielzahl von Bauformen und Arten,
die jedoch am häufigsten verbreitete und hier auch eingeblendete, Art ist die Allgebrauchslampe.
Das Prinzip dieser ist folgendes:
Strom wird durch einen Draht geleitet. Durch den Strom beginnt der Draht zu glühen. Durch das Glühen entsteht Licht.
Negativer Nebeneffekt ist hier viel Wärme.

Bei der Erfindung der Glühlampe trat das Problem auf das der Glühdraht immer zu schnell durchbrannte.
Zum einen wurde in Folge dessen der Glühdraht aus Wolfram gefertigt welcher deutlich länger hielt.
Ein weiterer Grund für das Durchbrennen ist natürlich zum einen der hohe Strom aber auch der Sauerstoff in der Luft.
D.h. entzieht man der Luft den Sauerstoff brennt der Draht nicht mehr durch. Daher wurde um den Draht ein Glaskolben gebaut in welchem die Luft entzogen wurde.
Teilweise wird aber auch ein Edelgas in den Glaskolben gegeben. Wichtig ist eben nur das sich hier kein Sauerstoff mehr befindet.
Würde man nur das Glas der Glühlampe zerstören und dann die Glühbirne unter Spannung setzen würde der Glühdraht durchbrennen.

Temperaturstrahler

Bei der Allgebrauchslampe handelt es sich, so wie bei allen Glühlampen, um einen Temperaturstrahler.
Als Temperaturstrahler werden alle Lichtquellen bezeichnet welche durch Wärme Licht erzeugen. Es wird je nach Temperatur Licht ausgestrahlt.
Weitere Temperaturstrahler sind beispielsweise die Sonne oder eine Kerze.
Neben den Temperaturstrahlern gibt es beispielsweise noch Entladungslampen. Unter diese Kategorie fällt beispielsweise die Leuchtstofflampe.
Siehe:
Temperaturstrahler

Aufbau (Genauer)

Doch schauen wir uns mal den Aufbau der Glühbirne genauer an.

Hierzu beginne ich mit dem Sockel.

Der Sockel der Lampe wird in die sogenannte Fassung gedreht oder gesteckt. Damit ein elektrischer Kontakt besteht muss ein Kontakt zwischen Sockel und Fassung bestehen. Damit das ganze allgemein problemlos funktioniert ist der Sockel und die Fassungen normiert. Sprich es gibt einheitliche Größen.
Eine Allgebrauchslampe hat per Definition immer einen Schraubsockel. Hierbei wird zumeist der sogenannte E27 Sockel verbaut. Es kann aber auch beispielsweise der E40 Sockel oder ein anderer Schraubsockel verbaut werden.
Siehe:
Sockel

Einher mit dem Sockel geht auch die Leistung. Je mehr Leistung desto mehr Licht erzeugt die Glühbirne. Um die Menge an abgegebenem Licht verschiedener Leuchtmittel miteinander zu vergleichen wurde der sogenannte Lichtstrom, welcher in Lumen angegeben wird, eingeführt. Die Lichtausbeute bei Allgebrauchslampen beträgt ungefähr 10-22 Lumen pro Watt.
Siehe:
Lichtstrom

Falls bei Allgebrauchslampen höhere Leistungen als 60 Watt gewünscht sind werden oft, zum Schutz, Schmelzsicherungen mit in den Sockel verbaut.
Grund dafür ist das bei niedrigeren Leistungen im Fehlerfall einfach der Glühdraht durchbrennt.
Bei hohen Leistungen brennt dann zwar auch der Glühdraht durch, die Spannung könnte jedoch einfach trotzdem überspringen. Daher werden, wie gesagt, bei Glühlampen höheren Leistungsverbrauchs zusätzlich Schmelzsicherungen verbaut.
Siehe:
Schmelzsicherung

So nun zurück zum Aufbau der normalen Glühbirne.
Zum Sockel. Bei diesem befindet sich der sogenannte Fußkontakt welcher direkten Kontakt nach Außen herstellt.
D.h. im Alltagsgebrauch wird hier ein L Leiter mit 230V angeschlossen. Der N-Leiter stellt Verbindung zum Sockel da.

Damit es keinen Kurzschluss gibt, gibt es noch eine Isolierung zwischen Fußkontakt und Gewindesockel.
Die Zuführungsdrähte führen quasi auf direktem Wege nach oben durch den sogenannten Quetschfuß.
Der – Zuführungsdraht ist mit Hilfe von einem Lötzinntropfen innen an das Gewinde angebracht, der sogenannte Sockelkontakt. Zudem befindet sich in dem Quetschfuß noch da sogenannte Pumprohr. Zu diesem Allerdings später mehr.
+ und – Zuführungsdraht werden mit dem sogenannten Wendel verbunden.

Dieser bringt die Glühbirne zum leuchten.
Er besteht zumeist aus Wolfram und wird gewickelt. Das Wickeln hat den Vorteil das sich dadurch die Leitungsdichte erhöht und somit die Lichtausbeute bei gleicher Glühbirnen Größe erhöht zudem lässt sich das Licht dadurch besser bündeln. Ein weiterer Punkt ist das weniger Wärme an die Umgebung abgegeben wird da der Glühwendel als Wärmequelle eine geringere Ausdehnung hat.
Fixiert wird der Glühwendel über zusätzliche Halterungen.

Abgeschlossen wird die Allgebrauchslampe durch einen Glaskolben.
Innerhalb des Glaskolben darf sich kein Sauerstoff befinden da ansonsten der Glühdraht durchbrennen würde.
Nun gibt es hier 2 Möglichkeiten.
Entweder entzieht man einfach alle Luft also bildet ein Vakuum innerhalb des Glaskolbens oder
man füllt in den Glaskolben ein Edelgas welches allen Sauerstoff verdrängt.
Durch die genannte Pumpröhre kann dann entweder Edelgas zugeführt oder Luft entzogen werden.

Energieverbrauch + Kritik

Von der elektrisch eingespeisten Energie wird 95% in Wärme umgewandelt und lediglich 5% in Licht.
Das veranlasste die Regierung dazu ein Herstellungs- und Vertriebsverbot einzuführen.
Hier gibt es verschiedene Ansichten. Meiner Meinung nach ist das unglaublich Schwachsinnig. Klar es wird Strom gespart. Die alternativen Lichtquellen basieren aber zumeist auf giftigen Stoffen welche für die Umwelt, meiner Meinung nach, wesentlich schädlicher sind. Vermutlich steckt dahinter einfach Geldmacherei.
Nach und nach sollen somit Lampen mit geringer Energieeffizienzklasse abgeschafft werden.
Ein weiterer Kritikpunkt ist hierbei das die Abschaffung so schnell voran schreitet das mögliche sukzessive Verbesserungen an Lampen unterbunden werden.

Strom in der Zeit

Interessant ist auch den Strom in der Zeit zu betrachten. Da der Glühdraht zu Anfang kalt ist, ist der Widerstand gering. Infolge dessen ist der Strom im Moment des Einschaltens sehr hoch, wir haben einen sehr hohen Einschaltstrom. Der Glühdraht beginnt zu glühen und dadurch erhitzt er sich sehr schnell wodurch der Widerstand steigt und dadurch der Strom auf den Nennwert sinkt. Nun ist auch klar warum falls eine Glühbirne durchbrennen sollte dies zumeist im Einschaltmoment passiert, da hier der meiste Strom fließt.
Siehe:
Kaltleiter

Lebensdauer

Die Lebensdauer eine Allgebrauchslampe ist davon abhängig wie stark die jeweilige ist.
Also wie groß die jeweilige Lichtausbeute ist.
Genauer gesagt ist die Lebensdauer abhängig von Glühfadentemperatur.
Ist die Glühfadentemperatur und somit die Lichtausbeute hoch ist allerdings die Lebensdauer gering. Hier mal ein Beispiel:
Bei 2700 K hält die Glühbirne etwa 1000 Stunden durch.
Eine Studiolampe mit 3400 K hält nur wenige Stunden.

Farbtemperatur

Wie gesagt erzeugt jede Wellenlänge eine andere Lichtfarbe. Aufgrund der unterschiedlichen Lichtspektren von Leuchtmitteln erzeugt dementsprechend jedes Leuchtmittel auch eine andere resultierende Farbe.
Natürlich ist es nun schwer Leuchtmittel in Bezug auf diese abgestrahlte Farbe zu vergleichen da es unmöglich ist die resultierende Farbe auf einen Blick aus dem Lichtspektrum zu ermitteln. Deshalb wurde die sogenannte Farbtemperatur eingeführt. Mit dieser kann man einfach, wie schon gesagt, die resultierende Lichtfarbe ablesen. Bei einer Glühlampe liegt die Farbtemperatur ungefähr bei 2300 Kelvin bis 2900 Kelvin.
Hier nun eine Skala eingeblendet um ein besseres Gefühl für die Farbtemperatur zu bekommen.
[img]

Naheliegend ist die Vermutung das der Wert der Farbtemperatur der Temperatur des Glühwendels entspricht. Dem ist allerdings nicht so.
Dennoch besteht bei Temperaturstrahlern ein direkter Zusammenhang zwischen Temperatur des Körpers bzw. Glühwendels und der Farbtemperatur sowie der Helligkeit des Leuchtmittels.
Ein Temperaturstrahler strahlen ein kontinuierliches Lichtspektrum ab. Je nach Temperatur ändert sich das Verhältnis von blau und rot Anteil.
Wie oben erklärt beträgt die Farbtemperatur bei Allgebrauchslampen ungefähr 2300 Kelvin bis 2900 Kelvin.
Die Glühbirne hat also ein eher gelb-rötliches Licht.
Zum Vergleich: Das Tageslicht besitzt eine Farbtemperatur von ca. 5000K bis 7000K. Eine Kerze hat eine Farbtemperatur von 1600K.
Für uns Menschen ist das gelb-rötliche Licht der Glühbirne sehr angenehm und schafft eine gemütliche und behagliche Atmosphäre.
Siehe:
Farbtemperatur

Farbwiedergabeindex

Besonders gut ist bei der Allgebrauchslampe auch der sogenannte Farbwiedergabeindex.
Der Farbwiedergabeindex gibt darüber Auskunft in welcher Farbe Objekte erscheinen welche mit entsprechendem Leuchtmittel angestrahlt werden.
Die Allgebrauchslampe liefert einen Wert von nahezu 100 welches der bestmögliche Wert ist.
Siehe:
Farbwiedergabeindex

Weitere Themen

Licht­strom ­(Lumen)

Leuchtstofflampe

LED