Glühbirne
Die Glühbirne oder auch Glühlampe
Die Glühbirne, die umgangssprachlich auch Glühlicht bezeichnet wird, ist das derzeit noch häufigste Element zur Wohnraumbeleuchtung in Deutschland und er EU. In den meisten Fällen hat die Glühlampe die Form einer Birne, wodurch der Name Glühbirne sehr gebräuchlich ist.
Das Funktionsprinzip der Glühlampe
Glühlampe
Innerhalb der Glühlampe befindet sich ein elektrischer Leiter, der durch den durchfließenden Strom aufgeheizt wird. Durch die Hitze glüht der Draht, wodurch Licht erzeugt wird. Dieses Licht ist durch die sehr hohen Temperaturen, die im Inneren der Birne erreicht werden, im Bereich des gelblich-rötlichen, was im Allgemeinen als warmer und angenehmer Farbton bezeichnet wird. Das Tageslicht hingegen ist eher weiß. Durch die Bau- und Funktionsweise der Glühlampe wird jedoch nur sehr wenig der aufgenommenen elektrischen Leistung in Strom umgewandelt. Der Anteil hierbei beträgt nur etwa fünf Prozent. Der größere Teil hingegen wird als Wärme an die Umwelt wieder abgegeben. Glühlampen gelten daher heute als Stromfresser und sollten nach Möglichkeit von Energiesparlampen oder anderen Leuchtstofflampen, deren Energiebedarf niedriger ist, ersetzt werden. Für Verbraucher bedeutet ein solcher Austausch die Reduzierung der Stromkosten.
Der Aufbau der Glühbirne
Glühbirne
Jede im Handel erhältliche Glühlampe besteht sowohl aus einem Befestigungssockel, der die Stromzufuhr beinhaltet, als auch aus einem Glaskolben. Hierin sind der Glühfaden sowie dessen Halterung eingebaut, die so vor der Außenwelt abgeschirmt werden. Ohne diesen Glaskolben würde der Glühfaden sofort zu Pulver verbrennen, denn die Temperaturen, die hier erzeugt werden, sind sehr hoch. Die Größe des Glaskolbens richtet sich in erster Linie nach der Größe des Kolbens, denn während des Betriebs verdampft stetig etwas Metall des Glühfadens. Um die Transparenz des Glaskolbens zu erhalten, sind Birnen mit hoher Leistung mit einem großen Glaskolben ausgestattet. Die Glaskolben selbst sind mit einem Schutzgas gefüllt, wodurch der Wärmeverlust der Glühlampe eingeschränkt werden soll. Der Glühfaden im Inneren des Glaskolbens ist eines der wichtigsten Elemente der Glühlampe.
Wurde dieser Glühfaden in den ersten Entwicklungen aus Platin gefertigt, setzte sich in den Folgejahren zunehmend Kohle durch. Für das Material des Glühfadens ist es besonders wichtig, dass es eine hohe Schmelztemperatur aufweist, denn nur so kann die notwendige Lichtausbeute erreicht werden. Heute wird fast ausschließlich das Material Wolfram verwendet. Die Glassockel können sehr unterschiedlich gestaltet sein. Für konventionelle Glühlampen, die zur Beleuchtung eingesetzt werden, kommt heute noch der so genannte Edison-Sockel zum Einsatz. Das Schraubgewinde ist hierbei unterschiedlich groß, so dass sie in unterschiedlichen Lampen eingesetzt werden können. Für die Beleuchtung von Maschinen oder in Kraftfahrzeugen kommen hingegen Bajonettsockel zum Einsatz, bei denen das Lösen in Folge von Schwingungen in den Geräten verhindert werden soll. Bei Glühlampen, die in Lichterketten oder als Instrumentenlampen eingesetzt werden, findet man häufig den Quetschsockel, der durch Einrasten einer Feder in der jeweiligen Fassung verankert wird.
Lichtausbeute der Glühlampe und Lebensdauer
Die Energie, die der Glühlampe zugeführt wird, wird nahezu vollständig in Strahlung umgewandelt. Leistungsverluste sind eher gering. Allerdings liegt mehr als 90% des erzeugten Lichts im Infrarotbereich, welches vom menschlichen Auge als Licht nicht wahrgenommen werden kann. Daher beträgt die Lichtausbeute einer Glühbirne nur etwa 5%. Um die Lichtausbeute zu erhöhen, kann praktisch die Temperatur des Glühfadens erhöht werden. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass sich somit auch die Lebensdauer der Lampe reduziert. Erhöht man die Betriebsspannung beispielsweise um 20%, erhöht sich die Helligkeit etwa um das Doppelte.
Gleichzeitig wird die Lebensdauer aber um 95% reduziert. Ein Beispiel hierfür sind Projektor-Lampen, deren Lebensdauer oft nur zwischen 50-100 Stunden beträgt. Es ist daher wichtig, dass die Glühlampe optimal abgestimmt ist, um einen guten Kompromiss zwischen Lichtausbeute und Lebensdauer zu erreichen. Standard-Glühlampen bieten heute eine Lebensdauer von etwa 1.000 Stunden, die jedoch nach Art der Anwendung und auch des Herstellers variieren kann. Die Hersteller sind bereits dazu übergegangen, die Lebensdauer Lampen, die nur schwer auswechselbar sind, durch eine Verringerung der Lichtausbeute zu erhöhen. Die Lebensdauer kann so auf bis zu 6.000 Stunden erhöht werden.
Halogenglühlampen
Eine Weiterentwicklung der Glühlampen stellen Halogenglühlampen dar, die eine Lebensdauer von 2.000 – 4.000 Stunden aufweisen. Durch Zugabe der Halogene Brod oder Ion verhindert bei hohen Temperaturen, dass sich das Metall Wolfram an den Glaskolben ansetzt. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise, wodurch die Lebensdauer erhöht wird. Hierfür wird jedoch eine sehr hohe Betriebstemperatur der Lampe benötigt, wodurch die Lampen eher klein gebaut werden müssen, zudem muss der Kolben aus Quarzglas gefertigt werden. Halogenglühlampen können derzeit etwa 30% Energie im Vergleich zur Nutzung herkömmlicher Glühlampen einsparen. Dies ermöglicht einem Haushalt, angemessen auf den heute hohen Strompreis zu reagieren. Neben dem Einsatz von Halogenglühlampen ist es aber auch möglich, durch einen Wechsel vom Stromanbieter einige Hundert Euro Stromkosten pro Jahr zu sparen. Ein Stromvergleich mit integriertem Stromrechner zeigt die jeweiligen Preise der Stromanbieter und die Einsparpotenziale in Abhängigkeit vom Verbrauch.
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