Glühlampe
Vortrag Glühlampe
Gliederung:
· Allgemein
· Geschichte
· Aufbau, Funktion
· Warum Glühlampen gasgefüllt sind
· Betriebsverhalten
· Lebensdauer einer Glühlampe
1. Allgemein
Die Glühlampe dient als künstliche elektrische Lichtquelle, die beliebig ein- und ausschaltbar ist. Sie findet Anwendung in sämtlichen Bereichen der Innen- und auch der Außenbeleuchtung, von Wohnräumen und Schaufenstern, Verkehrsanlagen und Sportplätzen. Manchmal wird sie aber auch als Spezialbeleuchtung, wie z.B. als Studio- und Bühnenbeleuchtung, in der Foto-Optik und als Verkehrs- und Signallampe eingesetzt.
2. Geschichte
Wer an den Erfinder der Glühbirne denkt, wird vermutlich den Universalerfinder Thomas Alva Edison (1847-1931) als Vater der Glühbirne nennen. Doch es war der nach Amerika ausgewanderte deutsche Uhrmacher Heinrich Goebel (1818-1893) aus Springe, der 1854 die erste brennende Glühbirne konstruierte - damals war Edison erst 7 Jahre alt.
Zur Zeit der Revolution 1848 wanderte Heinrich Goebel, ein Feinmechaniker aus Hannover, nach Amerika aus. Er ließ sich in New York mit einer Optiker- und Uhrmacherwerkstatt nieder und beschäftigte sich nebenbei aus Begeisterung mit dem elektrischen Licht.
Goebel brauchte in seiner Werkstatt gutes Licht.
Also schmolz er zunächst einen verkohlten Bambusfaden in eine luftleere Glasglocke ein und versorgte diese mit Strom aus einer Batterie - fertig war die erste Glühbirne! Allerdings entwickelte Goebel seine Erfindung nicht weiter, weil ihm damals keine zuverlässige Stromquelle zur Verfügung stand. Offenbar hat die Batterie nur unregelmäßig Strom abgegeben, so dass seine Lampe nur flackerte.
1854 baute Heinrich Goebel die erste dauerhaft brennende Glühlampe. Er verwendete verkohlte Bambusfasern als Glühfaden und evakuierte den Glaskolben, indem er ihn mit Quecksilber füllte, dieses dann ausfließen ließ und den Kolben dann zuschmolz. Als Stromversorgung war er auf galvanische Elemente, also Batterien angewiesen.
Warum der erste Anlauf scheiterte.
Warum verbreitete sich diese Erfindung nicht? Wenn man heute lapidar sagt "der Strom kommt doch aus der Steckdose", so galt das für diese Zeit eben noch nicht. Stromleitungen in die Wohnhäuser waren noch in weiter Ferne, der Strom aus den Batterien zu unpraktisch. Goebel beleuchtete mit seinen Glühlampen sein Schaufenster. Ansonsten blieb seine Erfindung eine Kuriosität am Rande. Sie wäre vielleicht sogar vollkommen vergessen worden, aber 1893 strengte eine Firma in Konkurrenz zu Edison einen Prozess an, um dessen Patente auf die Kohlefadenglühlampen zu Fall zu bringen. Und hier trat der dann 75jährige Goebel noch einmal auf und stellte unter Beweis, dass bereits er funktionsfähige Kohlefadenlampen herstellen konnte.
Thomas Alva Edison
Auch genannt, Der Zauberer von Menlo Park
Das elektrische Glühlicht sei kurz vor der Einführungsreife, meldete Thomas Alva Edison an die Presse, ohne eine wirklich brauchbare Glühlampe in den Händen zu halten. Damit wollte er Geldgeber ködern, die er für sein Entwicklungsziel brauchte.
Edison erkannte, dass durchaus nach einer Alternative zum Gaslicht Bedarf bestand. Geradezu generalstabsmäßig ging er die Sache an. Er und seine Mitarbeiter erforschten Glühfadenmaterialien, Glaskolben und die weiteren Bestandteile. Sie rechneten die physikalischen Eigenschaften, welche die Lampe haben sollte, genau durch.
Edison wendete sich ab vom zuerst verwendeten Platindraht und erkannte, dass ein sehr dünner Kohlefaden geeignet sein müsste. Nach unterschiedlichsten Versuchen, einen solchen Faden herzustellen, hatte er schließlich am 19.10.1879 mit verkohltem Baumwollgarn Erfolg.
In Deutschland wurden die Erfolgsmeldungen Edisons sehr zurückhaltend aufgenommen, wie ein Bericht von 1880 zeigt:"Dass die von Herrn Edison neuerdings beliebte Sensationsnachricht mit obligatem Gasactienfallen auf soliderer Basis beruht, darf aus mehreren Gründen nicht ohne weiteres angenommen werden. .
.. Wie die Neue Frankfurter Presse mitteilt, hat sich ein großes Wiener Haus telegraphisch nach New York gewendet, um eine wahrheitsgetreue Auskunft über die vielbesprochene Edison'sche Lampe zu erhalten. Diese Antwort per Kabel liegt uns nun vor; sie lautet: Bis jetzt ist Edison's neue Lampe öffentlich noch nicht angewendet worden. Er selbst ist jedoch sanguinisch und hält die durchgeführten Privatversuche für entscheidend. Männer der Wissenschaft zweifeln an einem praktischen Endresultat".
(Zeitschrift für angewandte Elektrizitätslehre 2, 1880, S. 102).
Edison unterschied sich von den anderen Experimentatoren, die das Glühlicht erforschten, und von den meisten anderen Wissenschaftlern seiner Zeit: Er hatte die wirtschaftliche Verwertung seiner Erfindungen klar vor Augen. Und ihm war klar, dass sich die Glühlampe gegen die Konkurrenz der etablierten Gaslampe nur durchsetzen konnte, wenn er die notwendige Ausstattung ebenfalls anbieten konnte.
Dazu gehörten Stromleitungen, Schalter, Lampenfassungen und Verteiler ebenso wie geeignete Dynamomaschinen. All diese Dinge waren ja noch nirgendwo verfügbar zu dieser Zeit.
Außerdem musste dies alles praxistauglich ausgereift sein.Das Herstellungsverfahren der Glühlampe musste so verbessert werden, dass das elektrische Licht höchstens gleich teuer, besser noch, günstiger war als das Gaslicht. Planmäßig arbeitete er an all diese Fragen. So schuf er z. B. Schalter, bei denen man durch Drehen wie bei einem Hahn den Strom an- und abschalten konnte.
Oder ein Schraubgewinde für den Glühlampensockel, das sich genau in dieser Form bis zu unseren heutigen Glühlampen erhalten hat.
Edison hatte sich in den Kopf gesetzt, gegen die übermächtige Konkurrenz des Gaslichts sein elektrisches Glühlicht am Markt durchzusetzen und damit auch noch Geld zu verdienen.Zunächst einmal war er nicht verlegen, mit spektakulären Inszenierungen sein Glühlicht in der Öffentlichkeit bekannt zu machen. Bereits Silvester 1879 gab er im Städtchen Menlo Park, wo er ein großes langgestrecktes Gebäude als sein Laboratorium eingerichtet hatte, eine Präsentation des neuen Lichts, die tausende von Schaulustigen anlockte.Die Presse, die ohnehin immer eifrig über die Aktivitäten des "Zauberers von Menlo Park" berichtete, tat ihr Übriges, um auf "Edisons Licht" hinzuweisen.Ein Eisenbahnchef verschaffte Edison den Auftrag, den neuen großen Überseedampfer "S.
S. Columbia" mit dem neuen elektrischen Licht auszurüsten. So konnte er eindrucksvoll und mit Erfolg eine komplette Anlage mit mehreren auf dem Schiff installierten Dynamomaschinen aufbauen. 1881 auf der Pariser Weltausstellung für Elektrizität zeigte Edison eine Installation von Tausend seiner Lampen. Hunderte von Besuchern standen an, um an einer Glühlampe einmal selbst mit dem hahnenförmigen Schalter das Licht an- und auszudrehen.
1908 stellte der US-Amerikaner William D.
Coolidge schließlich die Wolframdraht-Glühlampe vor
1912 wurde die Wolframlampe mit Einführung von Gasfüllung und Drahtwendel noch einmal wesentlich verbessert. Sie verbrauchte so nur die halbe Leistung gegenüber nicht gewendelten Lampen.
1934 konnte man mit der Doppelwendel den Stromverbrauch noch einmal um 20% senken. Damit war aber im Wesentlichen die Bauform gefunden, welche die Glühlampe heute noch hat. Lediglich die Produktionsweise konnte jetzt noch verbessert werden, weiter auf dem Weg der mechanisierten Massenproduktion.
3.
Aufbau und Funktion
Die Glühlampe besteht auf den ersten Blick aus einem Glaskolben und einem Gewinde. Die Glühwendel besteht aus einem schwer schmelzbaren Metall, aus Wolfram. Dieser wird in einem mit Gas (Edelgas-Stickstoff-Gemisch) gefüllten Glaskolben durch einen hindurchfließenden elektrischen Strom zum Glühen und damit zur Lichtemission gebracht (Temperatur 2.500 °C bis 3.000 °C). Sein Schmelzpunkt liegt bei 3400°C.
Der Glühdraht wird doppelt gewendelt, weil die entstehende Wärme so auf engem Raum zusammengehalten wird. So heizen sich die gewendelten Drähte gegenseitig auf und die Glühlampe leuchtet heller als bei normalen Wendeln, weil sie um so heller leuchtet, je höher ihre Temperaturen sind. Der Strom wird über den Gewindesockel- und den Fußkontakt zugeführt. Nur etwa 5 % der zugeführten elektrischen Leistung werden in Lichtleistung umgewandelt, die restlichen 95 % erwärmen die Umgebung der Lampe. Die Lichtausbeute der Glühlampe beträgt je nach Größe und Bauart etwa 8 bis 20 lm/W (lm = Lumen, Einheit des Lichtstroms). Die Lebensdauer der üblichen Glühlampen beträgt etwa 1.
000 Stunden.
4. Warum Glühlampen gasgefüllt sind
Der Glühfaden in den Glühlampen wird vor Oxidation geschützt, indem der Glaskolben entweder luftleer gepumpt wird oder mit einem Gas gefüllt ist, das auch bei diesen hohen Temperaturen nicht mit dem Glühfaden reagiert.
· Pumpt man den Glaskolben luftleer, so geht die Glühlampe trotzdem schnell kaputt, weil das Metall des heißen Glühfadens langsam verdampft. Bei der nahe des Schmelzpunktes des Drahtmaterials befindlichen Temperatur des weiß glühenden Glühfadens können einzelne Atome aus der Drahtoberfläche austreten. Einzelne Atome schlagen sich zum Teil an der Innenseite des Glaskolben als dünne, dunkle Schicht nieder.
Dadurch wird der Draht aber immer dünner und reißt dann an einer Stelle durch.
· Befindet sich ein Gas mit einem gewissen Druck um den Draht herum, wird das Austreten der Metallatome aus der Drahtoberfläche gehemmt und die Verdampfung ist geringer. Heute verwendet man Edelgase mit etwas erhöhtem Druck mit einem Stickstoffzusatz (z.B. Argon mit rd. 10 % Stickstoff).
5. Betriebsverhalten
Die Leistungen von Glühlampen variieren von 0,1 W bis 20000 W. Die Betriebsspannungen von 1 V bis 220 V und darüber.
6. Lebensdauer einer Glühlampe
In der heutigen Bauweise sind Glühlampen für eine Lebensdauer von 1000 Stunden ausgelegt. Dies ist ein Kompromiss, da man sich zwischen niedriger Temperatur - also geringerer Lichtausbeute und langer Lebensdauer - oder höherer Temperatur - also größerer Lichtausbeute aber kürzerer Lebensdauer - entscheiden muss.
Speziallampen, z. B. für Projektoren, haben meist eine niedrigere Lebensdauer.
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