Die Entwicklung der Halogenlampe - von den Anfängen der Halogentechnik bis heute

Der Anfang

Thénard zeigte im Jahre 1801 erstmals öffentlich, wie man mit Hilfe von Metalldrähten eine Helle Glut erreichen konnte. Möglich machte dies die Nutzung des galvanischen Stroms, die er sich zu Nutzen machte. In den folgenden Jahren passierte anschließend nicht sehr viel im Bereich der Entwicklung und so war es der Schotte Lindsay, der 1835 eine erste Form der Glühlampe präsentierte. Mit Hilfe von Platindrähten gelang es William Robert Grove im Jahr 1840, eine weitere Glühlampe zu entwickeln. Dies waren somit die ersten Anfänge, im Bereich der Entwicklung der Lampen.

Das erste konstante Licht

Der Schotte James Bowman Lindsay war es, der ein erstes konstant wirkendes Licht präsentierte. Er betonte auf einem Meeting, er könne ein Buch lesen und dabei einen Abstand von eineinhalb Fuß einhalten. Nach der Entwicklung zog Lindsay sich jedoch zurück, da er zufrieden mit der Entwicklung war und seine Stärken in anderen Bereichen sah. Fortan wandte er sich der Telegraphie zu und entwickelte dort weiter.

Die ersten Patente

Nachdem Lindsay sich aus der Entwicklung zurückgezogen hatte, übernahmen andere die Entwicklung und so kam es nach und nach zu den ersten Patenten. Frederick de Moleyns erhielt 1841 das erste Patent, das jemals für eine Glühlampe vergeben wurde. Er schaffte es mit seiner Konstruktion für ein konstantes Licht zu sorgen, indem er Kohlepulver einsetzte.

Der berühmte Amerikaner Starr nutzte ein anderes Verfahren und erhielt 1845 ebenfalls ein Patent für eine Glühlampe. Starr setzte jedoch auf Karbonstifte, da er dieses Material als Optimal für helles Licht ansah.

Ebenfalls 1845 gelang es Grove, eine spezielle Form der Glühlampe zu veröffentlichen. Er nutzte eine spezielle Spiralform und schaffte es, Licht mit einem Platinglühfaden zu erhalten.

In den 50er Jahren wurden weitere Patente für Glühlampen gemeldet, diese waren jedoch nicht sehr langhaltig konstruiert. Die meisten Entwickler scheiterten bei dem Versuch eine langlebigere Lampe zu entwickeln, da sie die Vakuumtechnik nicht kannten oder nicht optimal nutzen konnten.

Neuartige Verfahren

In der Folgezeit gelang es endlich, die Vakuumpumpe erfolgreich zu erfinden und auch zu verbreiten und so gelangen folgerichtig auch neuartige Verfahren für die Glühlampe. Allerdings bestand das Problem der Langlebigkeit auch bei den neuartigen Konstruktionen weiter und betrug keine 10 Stunden. Neben der Brenndauer und der Haltbarkeit bestand zu dieser Zeit aber auch das Problem des hohen Energieverbrauches. Im Jahr 1874 gelang es dem Russen Lodygin zwar ein neuartiges Verfahren, aber auch diese Konstruktion hatte mit der Problematik der bekannten Themen zu kämpfen.

Die Modernisierung

1878 gelang es dem britischen Physiker und Chemiker Joseph Wilson Swan, eine der wichtigsten Verfahren und Entwicklungen auf den Markt zu bringen. Diese Form der Glühlampe setzte auf verkohltes Papier in einem luftleeren Glaskolben und unterscheid sich somit deutlich von den bisher bekannten Entwicklungen. Für diese Entwicklung erhielt er auch ein Patent und war somit 2 Jahre schneller als der Amerikaner Edison, der 1880 in den USA ein vergleichbares Patent anmeldete. Der Unterschied bei Swan war jedoch, dass die Fassung speziell entwickelt wurde und nicht aus Schraubgewinden bestand. Im Jahr 1883 gründeten Swan und Edison in London eine gemeinsame Firma, nachdem sie sich anfänglich über die Patente stritten. Swan und Edison gelten bis heute als wichtigste Personen in der Entwicklung der Halogenlampe und so war dies einer der bedeutendsten Meilensteine in der Geschichte.

Die Verbesserung

Eine weitere sehr wichtige und bedeutsame Entwicklung gelang Edison in den 80er Jahren mit der weiteren Verbesserung der Glühlampe. Durch weitere Verbesserungen der Glühlampe, gelang es Edison den Wettbewerb in den folgenden Jahren zu dominieren. Die Glühlampe Edisons war so präzise hergestellt, dass sie deutlich haltbarer war, eine bessere Lichtausbeute besaß und energiesparender war. Heute allerdings ist die Halogenlampe bereits veraltet. Die weitaus bessere LED hat diese Beleuchtungstechnik abgelöst. Sei es im Energiesparsektor als auch in der Lichtausbeute. Zu der Lichtfarbe kann man sagen, entspricht eine LED mit 2700K in etwa einer damals üblichen Halogenlampe. Aber das nur nebenbei bemerkt.

Die 80er Jahre

Durch die Modernisierung zahlreicher Weiterentwicklungen konnten viele Haushalte bereits in den 80er Jahren mit Kohlefadenglühlampen ausgestattet werden. Zur selben Zeit wuchs der Aufbau von Versorgungsnetzen für elektrische Energie an.

Für die kulturelle Weiterentwicklung waren diese Produkte gleichbedeutend mit einem riesigen Fortschritt. 1884 wurde in Deutschland das erste Gebäude mit Glühlampen ausgestattet und in den folgenden Jahren wurde um die Anteile des Elektromarktes hart gekämpft.

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.

Osmium, Tantal und Wolfram

Für die Entwicklung in den folgenden Jahren war die Bedeutung von Osmium, Tantal oder auch Wolfram zwar bewusst, allerdings wurde die technische Entwicklung mit dem Metallen erst mit der Sintertechnik möglich. Osmium und Tantel galten zwar als sehr seltene und teuer in der Anschaffung, allerdings gab es bei Wolfram das Problem der Verarbeitung. Einen enormen und wichtigen Beitrag zur Erfindung der Glühlampe leistete von Welsbach, der als Gründer von Osram galt und ein Verfahren zur Herstellung von Drähten aus Osmium und Wolfram entwickelte. Folglich meldete er im Jahr 1890 auch ein Patent für diese hervorragende Entwicklung an, die bis heute als eine der wichtigsten Meilensteine gilt.

Die Nernstlampe

Im Jahr 1897 gelang es Walter Nernst in Göttingen, ein neuartiges Verfahren und folglich eine neue Lampe zu entwickeln. Die als bekannte Nernstlampe wurde von Herstellern wie AEG oder Westinghouse produziert und war mit einem dünnen Stäbchen versehen, dass als Elektrolyt auftrat. Somit war die Verwendung von Kohle- oder Metallfaden nicht mehr nötig und ein Vorteil dieser Methode war künftig, dass kein Schutzgas für den Nernststift benötigt wurde.

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.

Zusammen mit dem Schweizer Feuerlein erkannt Werner von Bolton im Jahr 1902, das chemische Element Tantal. Bereits damals galt Tantal als das optimale Material zur Herstellung von metallischen Glühfäden. 4 Jahre später im Jahr 1906 wurden die ersten Glühlampen aus Tantal ausgeliefert und ersetzten mit der Zeit die bisherige Kohlefadenlampe. In der gesamten Geschichte der Halogenlampe war die Tantal Lampe zwar nur kurzweilig vertreten, allerdings wurden in der Zeit bis zum ersten Weltkrieg über 50 Millionen Stück hergestellt und vertrieben.

Die General Electric Company

Um auf dem Markt eine Rolle zu spielen, entschied sich die General Electric Company im Jahr 1906 für Lampen aus Wolframglühfaden und meldeten zu dieser Zeit auch Patente für die Forschung an. Patentinhaber war Lodygin, der bereits in den frühen 90er Jahren mit Wolfram experimentiert und im Jahr 1900 bereits eine solche Lampe vorgeführt hatte.

Eine neue Methode

In der Folgezeit experimentierten sehr viele Entwickler mit Wolfram, so auch der Kroate Hannaman. Er investierte eine Menge Zeit in die Entwicklung einer technisch versierteren Wolframglühfadenlampe.

General Electric in Form von William David Collidge erfand im Jahr 1910 eine neue Methode, um eine praktikablere Lampe herzustellen. Diese waren mechanischer und besaßen stabilere Glühfäden und so konnte General Electric im Jahr 1911 mit der Serienfertigung beginnen. Somit gelang dem Unternehmen womöglich der entscheidende Moment in der Geschichte der Halogenlampe. Diese Erfindung verbesserte zum einen die Lichtausbeute und den Energieverbrauch, sodass das gesamte Verhältnis optimiert wurde und die Lampen zudem haltbarer wurden. Nebenher, die heutige LED besitzt eine weitaus höhere Lebensdauer und auch ein umfassenderes Spektrum an Lichtfarben. Aber, durch diese eben erwähnte Erfindung konnte General Electric nach dem Auslaufen der Patente von Edison, die Dominanz auf dem Elektromarkt zurückgewinnen und sogar noch ausbauen.

Die weiteren Entwicklungen

Die Lebensdauer konnte im Jahr 1911 dank Langmuir nochmals optimiert werden, sodass die Glühlampe eine verbesserte Rolle einnehmen konnte. Langmuir gelang es zudem, mit Argon-Stickstoff ein neues Gemisch zu nutzen.

In den weiteren Jahren gelang es den Entwicklern, als Füllgas Krypton und Xenon nutzen zu können.

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.

Die Halogenlampe wird mit einem kompakten Quarzglaskolben und der Zugabe von Halogen Iod konstruiert und erhält so bei erhöhter Temperatur eine, für damalige Verhältnisse, außerordentlich hohe Lebensdauer.

So sind die meisten Halogenlampen genauso konstruiert und haben bei einer Temperatur von 2800 bis 3100 K 2000 bis 5000 Stunden.

Dabei reagiert das Iod auf die vom Glühdraht verdampften Wolframatomen und sorgt so dafür, dass eine wolframhaltige Atmosphäre geschaffen wird. Durch diese Reaktion entsteht ein Prozess, der reversibel ist und so zerfällt die Verbindung wieder in ihre einzelnen Elemente – Genauer gesagt gelangen die Wolframatome sich auf der Glühwendel nieder. Dabei findet die Kondensation der Wolframatome an den kältesten Stellen der Wendel statt und es entstehet dabei ein chemischer Transport.

Für eine Verhinderung des Wolframs auf dem Glaskolben sorgt der Halogenzusatz, der für Schutz bei einer Glastemperatur von mehr als 250 °C sorgt. Dadurch das ohne Kolbenschwärzung gearbeitet wird, können die Glaskolben sehr kompakt und schnell gefertigt werden. Ein Vorteil der hierdurch entsteht ist, dass der Glaskolben ein kleineres Volumen erhält und so ein höherer Betriebsdruck und eine verminderte Abdampfrate ermöglicht wird.

Durch diese Produktionsweise erhalten die Halogenlampen eine verbesserte Haltbarkeit und die Lebensdauer steigt. Das kleine Volumen des Glaskolbens sorgt zudem dafür, dass eine Reduktion der Wärmeleitung ermöglicht und somit die Befüllung deutlich günstiger wird. Die für den Halogenprozess benötige Innenwandtemperatur wird durch die Verwendung von Kieselglas und einen kleinen Abstand des Kolbens zum eigentlichen Glühfaden erreicht. Um für eine gewisse Sicherheit zu sorgen, werden die stabförmigen Halogenstäbe zumeist hinter einem Schutzglas verwendet um mögliche Splitter abzufangen.

Preise

Halogenglühlampen gibt es in den verschiedensten Formen und Bauweisen. Dabei sind die Lampen zumeist zwischen 1 Euro und 8 Euro erhältlich. Es gibt aber auch besonders leistungsstarke Lampen, die bis zu 25 Euro kosten können.

Erster Einsatz als Raumbeleuchtung

Halogenglühlampen hatten ihren großen Auftritt während der Jahrtausendwende, speziell ab dem Verkaufsverbot der Glühlampe. Die ersten Einsätze gehen allerdings noch ein Stück weiter zurück, genauer gesagt in die 80er Jahre. Halogenlampen gibt es entweder als Niedervoltlampe oder als Hochvoltlampe. Niedervoltlampen sind dabei mit 12 Volt oder mit 24 Volt erhältlich, während Hochvoltlampen mit einer Netzspannung von 230 Volt betrieben werden.

Vorteile von Halogenglühlampen

Halogenglühlampen besitzen den Vorteil, dass sie sofort hell sind und ihr Licht neutral ist. Zudem harmonieren die Lampen hervorragend mit Farben und sind zudem universell einsetzbar. Durch die kompakte Bauart und den verschiedenen Formen, nehmen sie nur wenig Platz ein und geben nicht zuletzt ein natürliches und sehr intensives Licht ab. Dies ähnelt zumeist dem Tageslicht und wird daher von vielen als sehr warm und angenehm empfunden. Zu beachten ist, daß die LED hier natürlich weitaus bessere Werte aufweisen kann, aber im Gegensatz zu herkömmlichen Glühbirnen, die ab dem 1. September 2012 nicht mehr hergestellt und verkauft werden dürfen -ausgenommen der Abverkauf von Lagerbeständen, war das damals eine Verbesserung. Aber nicht nur das intensive Licht ist ein Vorteil von Halogenlampen. Dank der äußerst kompakten Bauweise sind Halogenlampen als Stiftsockellampe wie auch als Glühbirne mit herkömmlichen Sockel erhältlich.

Nachteile von Halogenglühlampen

Neben den Vorteilen, gibt es allerdings auch Nachteile bei Halogenlampen. So benötigen diese fast drei Mal so viel Energie wie Energiesparlampen und mehr als vier Mal so viel wie die modernsten LEDs. Im Vergleich zu den herkömmlichen Glühlampen können Halogenlampen mit bis zu 3000 Stunden zwar überzeugen, aber den Energiesparlampen oder LEDs sind sie deutlich unterliegen. Diese halten 10.000 und 25.000 Stunden. Zuletzt werden Halogenlampen sehr heiß und sollten daher nicht in der Nähe von Materialien verwendet werden, die brennbar sind. In Lavalampen, welche besonders in den 70-er Jahren beliebt waren, wurden diese daher verwendet, um das Wachs in der Leuchte oberhalb der Halogenlampe zu verflüssigen und in Bewegung zu bringen.

Lichtspektrum

Halogenlampen werden genau wie herkömmliche Glühbirnen, als sogenannte Temperaturstrahler bezeichnet. Durch Einschalten der Halogenglühlampe, entsteht ein Prozess des Leuchtens. Hierbei wird infrarote Wärmestrahlung erzeugt und von vielen als sehr warm und angenehm bezeichnet, da es dem Tageslicht sehr nah kommt. Häufig wird das Licht bei der Halogenlampe auch als weiß-warmes Licht definiert und das Farb- und Lichtspektrum eine sehr natürliche Wärme und Lichttemperatur abstrahlt.

Halogenlampen wurden bevorzugt an Orten eingesetzt, wo helles und natürliches Licht benötigt wird. Zu diesen Einsatzorten fällt beispielsweise die Küche oder das Badezimmer, wo in jedem Fall ein helles Licht benötigt wird. Auch bei Treppen oder Geländern wurden Halogenlampen gern verwendet, einfach um Stufen und Kanten sichtbar zu machen und Verletzungen vorzubeugen. Heute werden diese durch LED Lampen ersetzt.

Verkaufszahlen

Die Verkaufszahlen der Halogenlampe stiegen seit dem Jahr 2009 um das 4-Fache. Der Marktanteil der Halogenglühlampe lag 2016 noch immer bei über 40 %, wogegen LEDs nur auf über knapp 20 % kamen. Seit die LEDs aber weiter verbessert wurden und vor allem mit dem Verbot für Leuchtmittel der Energieeffizienzklasse C am 1. September 2018 - betroffen waren auch die meisten Halogenlampen, denn deren Mehrheit zählt zu Leuchtmitteln der Energieeffizienzklasse C - sanken die Zahlen gewaltig.

Marken

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.

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.

Zukunftsaussichten

Was die Zukunft der Halogenlampe betrifft, so kann diese nicht mit Energiesparlampen oder LEDs mithalten, da sie nicht effizent genug ist.

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 Halogenglühlampen.

Einerseits sind LED Lampen ohne Quecksilber ausgestattet und haben auch keine anderen gesundheitsgefährdenden Stoffe. Zudem haben LEDs eine sehr hohe Lichtausbeute sowie einen sechs Mal geringeren Stromverbrauch, sie sparen bis zu 90 % an Stromkosten in Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen. 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 sehr langlebig. 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 werden seltene Erden benötigt, und LED-Leuchten mit fest verbauten Leuchtmitteln müssen irgendwann komplett entsorgt werden, aber mittlerweile gibt es eine große Auswahl nicht fest verbauter LED Leuchtmittel.

Vorteile

LED Lampen benötigen im Vergleich zur Halogenlampe bei gleicher Leistung, deutlich weniger Strom und sind deutlich effektiver. Je nach Nutzungsdauer und Nutzung, können mit LEDs pro Jahr 10 bis 30 Euro an Stromkosten gespart werden. Im Gegensatz zur Halogenlampe geben LEDs ein gleichmäßiges Licht ab und sind um ein Vielfaches besser im Bereich der Haltbarkeit. 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.

Nachteile

Die Lichtfarbe von billig importierte LEDs wird zumeist als sehr kalt empfunden und die Lichtstärke wird als zu dunkel empfunden, aber auch diese Produkte werden immer besser. Möchte man helleres Licht haben, so steigen logischerweise auch die Preise. Dies ist bei anderen Leuchtmitteln aber nicht anders. Halogenlampen können im Bereich Haltbarkeit und Lebensdauer nicht mithalten und erreich gerade einmal ein Viertel von der Dauer einer LED und auch im Kriterium Kosten, ist die Halogenlampe erheblich teurer und ineffizienter als LEDs.

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