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Geschichte der Glühlampe

Die Anfänge der Glühlampe

Es war das Jahr 1801, als Louis Jaques Thénard erstmals öffentlich zeigte, dass man Metalldrähte zu einer hellen Glut bringen kann. Dies gelang ihm mit Hilfe des galvanischen Stroms. Danach geschah viele Jahre erstmal nichts. Erst im Jahr 1835 veröffentlichte der Schotte James Bowman Lindsay eine Glühlampe. Im Jahr 1840 veröffentlichte William Robert Grove eine weitere Glühlampe, die mit Hilfe von Platindrähten arbeitete.

Das erste konstante Licht

Im Jahr 1835 war es der Schotte James Bowman Lindsay, der bei einem Meeting in Dundee ein konstantes elektrisches Licht präsentierte. Lindsay gab an, er „könne ein Buch in einem Abstand von eineinhalb Fuß lesen“. Er wandte sich jedoch relativ zeitnah von seiner Erfindung ab, nachdem er sie zu seiner eigenen Zufriedenheit weiterentwickelte. Anschließend kümmerte er sich um die Problematik drahtloser Telegraphie.

Die ersten Patente auf die Glühlampe

1841 erhielt Frederick de Moleyns das erste bekannte Patent, das für eine Glühlampe vergeben wurde. Dabei verwendete er Kohlepulver, dass zwischen Platindrähten und unter einer luftleeren Glaskolbe verwendet wurde.

John Wellington Starr, ein berühmter Amerikaner, erhielt im Jahr 1845 durch Edward Augustin King in London auch ein Patent für eine Glühlampe. Dieses unterschied sich jedoch im Verfahren von de Moleyns Technik. Das Patent besagte, dass Karbonstifte als optimales Glühmaterial für helles Licht sind.

William Robert Grove veröffentlichte ebenfalls im Jahr 1845 eine Glühlampe mit einem Platinglühfaden. Dieser Glühfaden unterschied sich jedoch, da er in einer speziellen Spiralform konstruiert wurde. Die Konstruktion hatte Grove jedoch bereits im Jahr 1840 entwickelt.

Ab den 50er Jahren des achtzehnten Jahrhunderts wurden dem Patentamt weitere zahlreiche Patente für Glühlampen gemeldet. Zunächst einmal scheiterten jedoch viele Entwickler bei der Herstellung länger haltendender Glühlampen, aufgrund der Vakuumtechnik.

Neuartige Verfahren

Nach dem die Vakuumpumpe erfolgreich erfunden und verbreitet wurde, intensivierten die Entwickler in den 70er Jahren die Anstrengungen für die Konstruktionen in den verschiedensten Ländern. Dies hatte zur Folge, dass weitere zahlreiche Patente angemeldet wurde. Die Problematik der Brenndauer bei diesen Konstruktionen bestand jedoch weiter. Die Brenndauer lag trotz zahlreicher neuer Konstruktionen noch immer bei unter 10 Stunden. Ein weiterer Schwerpunkt zu diesem Zeitpunkt war neben der Haltbarkeit auch der Energieverbrauch.

Im Jahr 1874 erhielt Alexander Nikolajewitsch Lodygin ein Patent in Russland für eine Glühlampe die ein neuartiges Verfahren verwendete. Lodygin setzte auf eine Glühlampe, die mit einem Kohlefaden oder einem dünnen Kohlestift in arbeitete. Der Glaskolben war hierbei allerdings nicht luftleer, sondern mit Stickstoff gefüllt.

Die Modernisierung der Glühlampe

Joseph Wilson Swan, der britische Physiker und Chemiker, entwickelte im Jahr 1860 ebenfalls eine Glühlampe. Die Glühlampe verwendete jedoch keinen typischen Glühfaden, sondern setzte auf verkohltes Papier in einem luftleeren Glaskolben. Die Herstellung einer technisch funktionierenden und brauchbaren elektrischen Glühlampe gelang Swan jedoch erst im Jahr 1878. Swan erwarb damit sein Patent in England 1878 und mithin somit zwei Jahr früher als der Amerikaner Edison sein vergleichbares Patent in den USA. Er stattete seine Glühlampen mit einer ganz speziellen Fassung aus, der sogenannten Swanfassung, die er selbst entwickelt hatte. Diese unterschied sich deutlich von den Schraubgewinden bei den Glühlampen von Edison. Dadurch hatte Swan den Vorteil, dass seine Glühlampen sich bei Erschütterung nicht lösten. Nachdem Swan und Edison sich anfänglich über die Patente stritten, einigten sie sich doch noch und gründeten nach den anfänglichen Problemen eine gemeinsame Firma in London. Dies war im Jahre 1883 und war ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Glühlampe.

Weitere Verbesserungen

Eine der bedeutendsten Entwicklung gelang Edison im Jahr 1980 mit der Verbesserung der Glühlampe. Er erhielt dafür das Basispatent für seine Entwicklungen in den USA. Die Glühlampe bestand, nach dem er sie verbessert hatte, aus einem neu konzipierten und evakuierten Glaskolben mit einem Kohleglühfaden aus verkohlten Bambusfasern. Weitere zahlreiche Verbesserung führten zu Glühlampen, mit denen Edison den Wettbewerb gegen die üblichen Glaslampen damals sehr erfolgreich aufnehmen konnte. Somit konnte er relativ zügig seinen Marktanteil vergrößern. Insbesondere bei der Präzisionsherstellung des Glühfadens überzeugten die Glühlampen von Edison. Die weiteren Vorteile der Glühlampe sind schnell aufgezählt. Die Glühlampe war deutlich haltbarer, hatte eine bessere Lichtausbeute und auch bei den Energiekosten war die Lampe ein Vorreiter in der damaligen Zeit. Edisons Glühlampen waren zudem mit hochohmigen Glühfäden ausgestattet. Diese waren zwar zunächst einmal schwieriger herzustellen, vereinfachten jedoch den Einsatz in den elektrischen Netzen ungemein und vereinfachten zudem den Ablauf und verbilligten die Kosten. Die Lampen von Swan konnten dagegen nicht mithalten.

Die elektrische Energie konnte bei hoher Spannung für hochohmige Verbraucher deutlich einfacher transportiert werden. Außerdem konnten durch die möglichen geringeren Kabelquerschnitte erhebliche Mengen an Kupfer eingespart werden. Dadurch wurden einerseits die Netze für Gaslampen wettbewerbsfähig und zudem wurde das Energieversorgungsnetz für Elektrizität technisch machbar, Weiterhin konnte Edison mit den hochohmigen Lampen auch das Problem der Teilbarkeit des Lichts lösen. Aus diesem Grund wird die Erfindung der praktisch nutzbaren Glühlampe gemeinhin Edison zugeschrieben. Edison seine Konstruktion war zudem die aller erste Glühlampe, die nicht nur in geringen Stückzahlen in kleinen Werkstätten hergestellt wurde, sondern in seiner eigens errichteten Fabrik in Serienfertigung ging. Damit war er ebenfalls der Erste.

Die 80er Jahre - der Höhepunkt traditioneller Glühlampen

In den 80er Jahren ging die Modernisierung und Weiterentwicklung weiter. Die Benutzung von Kohlefadenglühlampen in vielen privaten Haushalten ging einher mit dem Aufbau von Versorgungsnetzen für elektrische Energie.

Diese Produkte waren der Beginn der durchdringenden Elektrifizierung in der kulturellen Entwicklung. In Deutschland gilt bis heute das Café Bauer in Berlin als das erste Mit Glühlampen beleuchtete Gebäude. Dieses wurde im Jahr 1884 von Emil Rathenau gefertigt.

Ebenfalls in den 80er Jahren wurde um die Verteilung des neu entstehenden Elektromarktes hart gekämpft. Insbesondere um das Schlüsselprodukt der zukünftigen Elektrifizierung.

Heinrich Göbel war es, der im Jahr 1983 in Patentprozessen angab, dass er in den frühen 50er Jahren mit Kohlefadenglühlampen experimentiert habe. Dies konnte jedoch vor Gericht nicht bewiesen werden.

In Deutschland galt er dennoch im 20. Jahrhundert als Erfinder der Kohlefadenglühlampe. Die erste deutsche Glühlampe soll 1883 in Thüringen hergestellt worden sein, konnte aber nicht eindeutig belegt werden.

Osmium, Tantal und Wolfram

Wegen des sehr hohen Schmelzpunktes dieser Metalle war die Eignung von Osmium, Tantal oder auch Wolfram für die Glühfäden durchaus bekannt. Allerdings wurde die technische Entwicklung erst möglich, nachdem die Pulvermetallurgie die Sintertechnik ermöglicht. Zudem galt Osmium und Tantal als sehr seltene und dazu noch sehr teure Rohstoffe. Die größten Verarbeitungsprobleme, die es zu lösen galt, waren bei dem Rohstoff Wolfram. Wolfram galt als sehr hart und dazu noch äußerst spröde.

Carl Auer von Welsbach, der österreichische Chemiker und Gründer von Osram leistete einen enormen und essentiell wichtigen Beitrag zur Erfindung der Glühlampe. Er entwickelte ein Verfahren zur Herstellung von Drähten aus Osmium und Wolfram. Im Jahr 1890 meldete er für diese Entwicklung zudem ein Patent an.

Die Nernstlampe

Der Physikochemiker Walter Nernst erfand im Jahr 1897 in Göttingen eine neue Lampe. Die nach ihm benannte Nernstlampe wurde von den großen Herstellern AEG und Westinghouse produziert. Ein Merkmal dieser Glühlampe war das dünne Stäbchen, das aus einem Festkörper Elektrolyt als Glühkörper besteht und nicht aus einem Kohle- oder Metallfaden. Ein Vorteil dieser Methode war, dass der Nernststift kein Schutzgas benötigt, sondern ganz normal in der Umgebungsluft betrieben werden kann.

Willis Whitnew erfand im Jahre 1903 einen Glühfaden, bei dem die Innenseite der Glühlampe nicht schwärzte, da ein metallummantelter Kohlefaden verwendet wurde. Dies war ein weiterer wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Glühlampe.

Der deutsche Chemiker Werner von Bolton erkannte zusammen mit dem Schweizer Physiker Otto Feuerlein bereits ein Jahr zuvor, im Jahr 1902, das chemische Element Tantal. Tantal galt damals als geeignetes und optimales Material zur Herstellung von metallischen Glühfäden.

Im Jahr 1906 wurden bereits die ersten Glühlampen ausgeliefert, die aus Tantal Fäden ausgestattet waren. Sie ersetzten mit der Zeit die bisherigen Kohlefadenlampen. Die Tantal Lampe war in der gesamten Geschichte der Glühlampe zwar nur sehr kurz vertreten, wurde aber bis zum Beginn des ersten Weltkrieges weltweit über 50 Millionen Mal nach dem Verfahren von Bolton und Feuerlein hergestellt und auch verkauft.

Die General Electric Company

Die General Electric Company kaufte im Jahr 1906 Patente für Wolframglühfäden und nutzte diese als eine Art Basis für zukünftige Forschungs- und Weiterentwicklungsarbeiten. Laut diversen Quellen galt Alexander Nikolajewitsch Lodygin als Patentinhaber für Glühlampen, die mit Wolfram arbeiteten. Er hatte bereits in den 90er Jahren mit Wolfram experimentiert und auch auf der Weltausstellung im Jahr 1900 eine solche Lampe vorgeführt.

Eine neue Methode

Zu dieser Zeit experimentierten sehr viele Entwickler mit Wolfram, so auch der Kroate Franjo Hannaman. Hannaman lebte in Zagreb und investierte viel Zeit in die Entwicklung einer praktisch und technisch nutzbaren Wolframglühfadenlampe. Die Problematik bestand allerdings darin, dass die Glühfäden aus Sintern gewonnen Metall waren und dieser Rohstoff extrem spröde war, sodass die Verarbeitung für Spiralen oder auch Schlaufen für eine Massenproduktion unmöglich war. William David Coolidge, der für General Electric arbeitete, erfand im Jahre 1910 eine neue Methode zur Herstellung technisch praktikabler Wolframglühfäden. Diese waren durch die neue Methode auch mechanischer und zudem stabiler als die alten Glühfäden. Im Jahr 1911 war es dann soweit – General Electric begann mit der Serienfertigung der heute noch gebräuchlichen Glühlampen, die aus Wolframglühfäden bestehen. Die kommerzielle Herstellung war somit geglückt und dies war eine der wichtigsten Momente in der Entwicklung und Geschichte der Glühfadenlampe. Dieser Lampentyp verbesserte einerseits die Lichtausbeute enorm, andererseits wurde der Energieverbrauch deutlich gesunken, sodass das Verhältnis essentiell verbessert wurde.

Somit gewann das Unternehmen General Electric nach dem Auslauf der Patente von Edison die Dominanz auf dem Markt der Glühlampen zurück.

Die weiteren Entwicklungen

Ebenfalls im Jahre 1911 war es Irving Langmuir, der durch die Verwendung eines neu entwickelten Argon-Stickstoff-Gemisches, die Lebensdauer der Wolfram-Glühfäden in der Glühlampe verlängerte. Seit dem Jahr 1936 wird als Füllgas Krypton benutzt und seit dem Jahr 1958 wurden für Hochleistungslampen auch Xenon benutzt.

Die amerikanische Chemikerin Mary B. Andrews war es, die im Jahr 1931 in den USA ein Patent für eine elektrische Glühlampe anmeldete. Dieses Patent wurde im Jahr 1935 dann auch erteilt. Dies war zugleich auch das erste erteilte Patent, dass eine Frau im Glühlampensektor erhielt. Der Berliner Dieter Binninger entwickelte für seine eigens konstruierte „Berlin-Uhr“ eine langlebige Ewigkeitsglühbirne. Diese Birne hielt 150.000 h und war besonders für Produkte oder Anwendungen konzipiert, die temporär hohe Auswechselkosten haben. Für dieses Verfahren reichte er zwischen 1980 und 1982 ein Patent ein.

Beschreibung der Glühlampe

Bei einer Glühlampe wird elektrischer Strom mit Hilfe von einem dünnen, aus einem leitenden Material bestehenden Faden produziert. Dabei ist es essentiell, das Materialien verwendet werden, die nicht schmelzen. Hierzu eignet sich Wolfram sehr gut. Die Form des Metallfadens besteht hierbei aus einer Glühwendel. Sobald ausreichend genug elektrischer Strom durch den Faden fließt, erhitzt sich dieser so stark, dass er anfängt zu glühen. Je nach Bauform beträgt die Temperatur bei der Glühwendel zwischen 1500 und 3000 °C. Äußerst wichtig ist zudem, dass das Aussenden von Lichtteilchen durch die Relaxation der thermisch angeregten Elektronen im Glühfaden hervorgerufen wird.

Allerdings wird die elektrische Leistung, die hierbei aufgenommen wird nur zu einem äußerst geringen Teil in sichtbares Licht abgestrahlt. Gewöhnliche Glühlampen haben den Nachteil, dass nur ca. 2,2% der elektrischen Energie abgewandelt wird. Der erheblich größere Teil der Energie wird hingegen im infraroten Bereich als Wärmestrahlung abgestrahlt. Der Rest der Energie wird mittels der Wärmeleitung und -konvektion an das Füllglas, den Glaskolben und außerdem noch an die Zuleitungs- und Haltedrähte abgegeben. Dieser Rest ist allerdings nur ein äußerst kleiner Teil.

Alternative: LED Lampe

Die ersten LEDs

Bei den LEDs fing die Entwicklung schon im Jahr 1876 statt. Es dauerte allerdings weitere 60 Jahre bis die Entwicklung fortgesetzt wurde. In den Anfängen der 1970er Jahre wurde die Entwicklung von LEDs vorangetrieben.
Einige Quellen behaupten, dass Nick Holonyak die Leuchtiode erfunden hat. Diese wurden auf das Jahr 1962 datiert.
Zum ersten Mal im Einsatz als Raumbeleuchtungsmittel kamen LEDs im Jahre 2007 auf den Markt.

Vorteile von LEDs

Bei den LED-Leuchtmitteln gibt es viele Vorteile gegenüber den normalen Glühlampen. Einerseits sind LED Lampen ohne Quecksilber ausgestattet und haben auch keine anderen gesundheitsgefährdenden Stoffe. Somit sind die LED Lampen nicht so schädlich wie die üblichen Glühlampen. Andererseits haben LEDs eine sehr hohe Lichtausbeute sowie einen sechs Mal geringeren Stromverbrauch. Ein leichter Austausch bei den LED Lampen wird garantiert, da die Modelle über eine einheitliche Fassung verfügen. Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Haltbarkeit. Die LED-Lampen besitzen eine Lebensdauer von bis zu 50.000 Stunden und sind somit deutlich langlebiger als handelsübliche Glühbirnen. Und nicht zuletzt haben diese keine Einschaltverzögerung und sind in der Entsorgung leichter zu handhaben, da sie nicht als Sondermüll gelten.

Nachteile von LEDs

Die Nachteile bei den LEDs sind relativ schnell erklärt. In der Anschaffung sind sie relativ teuer, und nicht so stark wie Halogen Lampen. Preiswerte LED Lampen verlieren zudem sehr schnell an Lichtstärke.

Vergleich LED Lampe vs. Glühlampe

Vorteile von LEDs zur Glühlampe

LED Lampen benötigen im Vergleich zur Glühlampe bei der gleichen Lichtleistung, nur in etwa 10 Prozent des Stroms. Je nach Nutzungsdauer und effektiver Nutzung, können mit LEDs pro Jahr 10 bis 30 Euro an Stromkosten gespart werden. Im Gegensatz zur Glühlampe geben LEDs ein gleichmäßiges Licht ab und sind um ein Vielfaches besser im Bereich der Haltbarkeit. Glühlampen unterlagen bis zum Verbot einer bestimmten Bauform. Bei den LEDs ist dies anders und so sind diese an keinerlei Bauformen gebunden und somit deutlich platzsparender. Mit LEDs sind sehr flexible Gestaltungsvarianten möglich. LED-Lampen können in den verschiedensten Farben angeboten werden, während dies bei der Glühlampe nur durch farbige Gläser möglich wird. Nicht zuletzt haben LED-Lampen den Vorteil, dass sie weniger Wärme abgeben und damit die Räume nicht unnötig aufheizen. Glühlampen besaßen demgegenüber die Vorteile, dass sie dem Tageslicht sehr ähnlich waren und ein kontinuierliches Lichtspektrum boten. Im Bereich der Anschaffung war, eine Glühlampe deutlich günstiger als es die LED-Lampen sind und nicht zuletzt sorgten Glühlampen für eine angenehme Wärme und ein attraktives Lichtbild.

Nachteile von LEDs zur Glühlampe

LEDs sind im Bereich der Anschaffungskosten sehr teuer und die Lichtfarbe wird zumeist als sehr kalt empfunden und die Lichtstärke wird als zu dunkel empfunden. Möchte man helleres Licht haben, so steigen logischerweise auch die Preise. Die Nachteile der Glühbirne sind die geringe Haltbarkeit, die niedrige Effizienz und die Abwärme, die zu sehr hohen Kosten geführt hat.

Angenehmeres Lichtspektrum einer Glühlampe

Bei Glühlampen ist es so, dass sie mit Farbtemperaturen im Bereich von 2300 K bis 2900 K ein Licht abgeben, dass sich deutlich vom natürlichen Tageslicht unterscheidet. Dies liegt im Bereich von 5000 K bis 7000 K. Durch die Farbtemperaturen erscheint das Licht bei den Glühlampen eher gelb-rötlich.

Verkaufszahlen von Glühlampen

Seit Jahren sind die Verkaufszahlen für Glühlampen stark rückläufig. Und seit dem Jahr 2012 gilt für die meisten Glühlampen ein Verkaufsverbot. Seitdem stiegen die Verkaufszahlen bei den LED-Lampen stark an und sind eindeutig Marktführer, was die Zahlen bestätigen.

Die Verkaufszahlen bei den LED-Lampen im Jahr 2014 sahen wie folgt aus:

Phillips, der größte Anbieter setzte 4,5 Milliarden Euro um. Auf Platz zwei folgte Nichia Corporation mit einem Umsatz von rund 2,9 Milliarden Euro. Auf den weiteren Plätzen folgten die Unternehmen Osram mit einem Umsatz von 1,4 Milliarden Euro und LG mit rund 900 Millionen Euro.

Marken von LEDs

Als Anbieter von LEDs sind die Marken Phillips, Nichia Corporation, Osram und LG die größten Hersteller. Sie dominieren seit Jahren den Markt und konnten zudem die Marktanteile sowie die Umsätze deutlich steigern. Dabei sind Marken wie Phillips oder auch LG durchaus auch noch in anderen Marktbranchen wiederzufinden.

Phillips: Das Unternehmen Phillips ist einer der weltweit größten Elektronikkonzerne mit heutigem Sitz in Amsterdam. Das Unternehmen Phillips beschäftigt weltweit rund 113.000 Mitarbeiter und konnte im Geschäftsjahr 2015 einen Umsatz von 24 Milliarden Euro erzielen. Seit 2014 ist das Unternehmen zudem in zwei börsennotierte Gesellschaften aufgespaltet.

Nichia Corporation: Der Japanische Halbleiterkonzern Nichia Corporation hat seinen Firmensitz im japanischen Anan. Das Unternehmen verfügt weltweit über weitere Tochtergesellschaften und hat sich auf die Produktion und den Vertrieb von Leuchtmitteln spezialisiert. Das Unternehmen beschäftigt rund 8.400 Mitarbeiter und konnte zuletzt einen Umsatz von knapp 3 Milliarden Euro erwirtschaften.

Osram: Das deutsche Unternehmen Osram Licht AG mit Sitz im bayrischen München, ist heutzutage weltweit tätig und besitzt 33 Werke in über 14 Ländern. Das Unternehmen ist aktiengeführt und beschäftigt knapp 33.000 Mitarbeiter. Im Jahr 2014 konnte das Unternehmen einen Umsatz von rund 5 Milliarden Euro erzielen.

LG: Bei dem südkoreanischen Konzern LG handelt es sich um einen Mischkonzern, der seinen Firmensitz in Seoul hat. Das Unternehmen konnte zuletzt 226.000 Mitarbeiter beschäftigen und dabei einen Umsatz in Höhe von 145 Billionen Euro erzielen. In Deutschland und Österreich kennt man das Tochterunternehmen LG Electronics.

Zukunftsaussichten der LEDs

Die Zukunftsaussichten für LED Lampen sehen durchaus rosig aus. So wird im Jahr 2016 mit einem Umsatz von 9 Milliarden Euro und bis zum Jahr 2020 mit einem Umsatz von 14 Milliarden Euro gerechnet.

Zudem gelten die LED-Lampen als zukunftsträchtig und auch sehr vielfältig, da sie an allen gängigen Orten eingesetzt werden können. Die Formen und Farben sind flexibel und haben eine einheitliche und kompakte Größe. Außerdem sind LED-Lampen frei von Schadstoffen wie zum Beispiel Quecksilber.

Des Weiteren ist die Energiebilanz bei den LED-Lampen äußerst gut und auch die Lichtleistung kann sich sehen lassen. So ist die Leistung bei LED-Lampen vergleichbar mit Energiesparlampen. Und da die technischen Möglichkeiten bei Weitem noch nicht ausgeschöpft sind, ist in den kommenden Jahren eine deutlich bessere Lichtausbeute zu erwarten und dementsprechend werden auch die Umsätze deutlich steigen.

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