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Wer hat’s erfunden?

2. Dezember 2011 Kategorie: Allgemein, Wissenswertes Tags: , , ,

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Mit dem Glühlicht hat alles begonnen – elektrisches Licht für jedermann. Wir geben den Blick frei auf die Geschichte…

Die LED hat in den letzten fünf bis zehn Jahren einen unvergleichbaren Siegeszug in der Lichttechnik vollzogen. Bei all dem Hype und Rummel, der um immer hellere LEDs gemacht wurde und wird, könnte man fast vergessen, dass auch heute noch herkömmliches Glühlicht eine reale Daseinsberechtigung hat.

Es mag etwas an die Grabenkämpfe zwischen Verfechtern analoger und digitaler Signalverarbeitung in der Audiotechnik erinnern, wenn Glühlampen als Pendant zur Analogtechnik „wärmeres“ Licht zugesprochen und die LED hingegen als „kalt“ gebrandmarkt wird. Ebenso gilt die Glühlampe mit einer Lichtausbeute von 5 bis maximal 30 Lumen je Watt oder einem Wirkungsgrad von meist weniger als 10 % aber als ineffizient und somit nicht umweltfreundlich. Aus Haushalten in Australien und der EU wurde sie deshalb bereits teilweise verbannt, was weniger der LED als der Energiesparlampe genutzt hat, die ebenfalls nicht gerade umweltfreundlich ist.

Für die Veranstaltungstechnik bringt die große Auswahl verschiedener Leuchtmittel nur Vorteile: Der Praktiker hat heute eine Vielzahl an Werkzeugen zur Verfügung, die er für die Lösung einer lichttechnischen Aufgabe einsetzen kann. Entscheidet er sich letztendlich für das klassische Glühlicht, so muss er immer noch zwischen Leuchtmitteln mit oder ohne Halogenbeimischung wählen. Halogenlampen halten länger und sind bei gleicher Wattage etwas heller – aber was gibt es eigentlich noch für Unterschiede? Und was waren die wichtigsten Schritte in der Entwicklung der Glühlichtes?

GlühlampeDie Geschichte der Glühlampe reicht mittlerweile mehr als 200 Jahre zurück. Der Engländer Sir Humphry Davy experimentierte ab 1802 mit der erst kurz zuvor erfundenen Batterie sowie Platinfäden, er ist heute aber eher für die Entwicklung der Kohlebogenlampe bekannt. Für das frühe 19. Jahrhundert gibt es außerdem umstrittene Belege einer Glühlampe durch einen De la Rue oder De la Rive. Bis heute konnten weder der Urheber selbst, noch seine Herkunft oder eine genaue Jahreszahl zweifelsfrei eruiert werden. Die Quellen sprechen von einer Erfindung um 1820 oder sogar noch früher, aus dieser Zeit selbst gibt es aber keine Belege. 1835 führte der Schotte James Bowman Lindsay öffentlich eine Glühlampe vor, verfolgte diese Erfindung jedoch anschließend nicht weiter. 1841 erhielt Frederick de Moleyns ein erstes Patent auf eine Glühlampe mit Platinfaden und Vakuumkolben. Weitere Patente anderer Forscher folgten in den 1840er und 1850er Jahren. Da Platin jedoch einen Schmelzpunkt von etwa 1770° C hat, war die Lichtausbeute eher gering und eine Massenfertigung fand nicht statt. Die hohen Materialkosten trugen ebenfalls zum Scheitern bei.

Thomas_Alva_Edison_kAls eigentlicher Erfinder der praktisch einsetzbaren Glühlampe gilt heute Thomas Alva Edison, dem um 1880 der technische Durchbruch mit verkohlten Bambusfäden als Filament gelang. Verglichen mit Platin konnte bei Kohle mit einer gut doppelt so hohen Temperatur gearbeitet werden. Aber auch in Bezug auf den Kohlefaden konnte Edison bereits auf einige frühere Errungenschaften zurückgreifen. Die Legende, es hätte schon 1854 eine funktionstüchtige Kohlefaden-Glühlampe des Deutschen Heinrich Göbel gegeben, ist nach derzeitiger Quellenlage hingegen nicht haltbar und wurde vermutlich nur aufgrund von Patentstreitigkeiten mit Edison in die Welt gesetzt.

Patent Light_bulb_EdisonDer Kohlefaden wurde schnell durch Materialien wie Osmium und Tantal verdrängt, die zur Jahrhundertwende erstmals verarbeitet werden konnten. Das noch heute verwendete Wolfram mit einem Schmelzpunkt bei 3400° C konnte erst etwas später durch Beiträge von Carl Auer von Welsbach, Gründer von OSRAM (zusammengesetzt aus Osmium und Wolfram) sowie durch andere Forscher praktikabel eingesetzt werden. Doch es war wiederum Edisons Firma, nun General Electric (GE), die ab 1911 die Glühlampe mit Wolfram-Glühdraht in ihrer heutigen Form auf den Markt brachte. Der Erfolg von General Electric zeigt seine Wirkung bis heute, denn die meisten Haushaltslampen verfügen immer noch über einen Sockel mit Edisongewinde (E14, E27, seltener E40). Weitere Verbesserungen wurden durch die Zugabe von Edelgasen sowie spiralförmigen Glühwendeln erreicht.

Die Lebensdauer einer Glühlampe ist begrenzt, weil sich an besonders heißen Stellen Atome aus der Glühwendel herauslösen und am kühleren Glaskolben absetzen. Durch einen großen Kolben kann der Niederschlag großräumig verteilt werden und somit einer Trübung des Glases während der Lebensdauer etwas entgegengewirkt werden. Die Zahl der Atome, die sich aus der Wendel herauslösen, hängt wiederum sehr stark von der angelegten Spannung und somit von der erreichten Temperatur ab. Eine Erhöhung der Betriebsspannung um 20 % verdoppelt zwar die Helligkeit, reduziert die Lebensdauer aber auch um 95 %. Bereits 5 % mehr Spannung verringern die Lebensdauer um die Hälfte. Der nötige Kompromiss zwischen Helligkeit bzw. Lichtausbeute auf der einen Seite und Lebensdauer auf der anderen führte in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts zur Bildung eines illegalen Kartells, innerhalb dessen sich alle großen Hersteller wie General Electric, Osram und Philips miteinander absprachen. Noch heute gibt es Verschwörungstheorien darüber, dass Hersteller die Lebensdauer von Glühlampen künstlich beschränken würden.

Durch Zugabe von Edelgasen wie Xenon, Argon oder Krypton kann das Verdampfen von Wolframatomen der Glühwendel verringert werden. Außerdem ermöglichen die Edelgase eine höhere Temperatur der Wendel und folglich eine verbesserte Lichtausbeute. Dies lässt sich durch eine Steigerung des Innendrucks des Kolbens optimieren, doch hängt der maximale Innendruck von der Belastbarkeit des Glaskolbens ab.

Die Entwicklung von Halogenleuchtmitteln brachte Mitte des 20. Jahrhunderts mehrere wesentliche Verbesserungen: Ein zugegebenes Halogen wie Jod reagiert mit dem verdampften Wolfram und stabilisiert im Kolben eine wolframhaltige Atmosphäre. Das Wolframkondensat setzt sich anschließend nicht auf dem Glas ab, sondern wieder auf der Glühwendel. Da das Wolfram aber eher zu den dickeren Stellen der Wendel wandert, die kälter sind als die dünnen, wird dadurch die Lebensdauer nicht nennenswert verlängert. Stattdessen ermöglicht das Halogen wesentlich kompaktere Glaskolben, durch die wiederum ein deutlich höherer Innendruck realisierbar ist. Zudem verringert ein kleiner Kolben die Kosten für die Füllung mit teuren Edelgasen. Der entscheidende Punkt für die höhere Lebensdauer von Halogenleuchtmitteln ist also nicht wie oftmals angenommen der Wolfram-Halogen-Kreisprozess selbst, sondern der durch ihn ermöglichte, besonders hohe Innendruck des Füllgases. Einen weiteren Beitrag hierzu leistete die Erfindung von besonders robustem und hitzebeständigem Quarzglas.

Irgendwann brennt jedoch auch bei einem Halogenleuchtmittel der Glühfaden durch, denn Edelgase und Halogene können nicht auf Dauer verhindern, dass Glühwendel an manchen Stellen dünner werden und letztendlich durchbrennen. Zumeist geschieht dies in der kritischen Situation des Einschaltens, wenn ein sehr hoher Strom durch die Lampe fließt. An dieser Stelle sei auf die Pre-Heat-Funktion („Vorheizung“) vieler Dimmer und Lichtpulte hingewiesen, die Leuchtmittel knapp unterhalb der Leuchtschwelle mit Spannung versorgt und somit die Einschaltströme drastisch reduzieren kann.

Ein weiterer Vorteil der Halogenleuchtmittel ist die wesentlich höhere Lichtausbeute gerade im Niedervoltbereich. Halogenleuchtmittel können so im Haushalt sinnvoll an Schutzkleinspannung betrieben werden.
Wieso sollte man aber als Lichttechniker überhaupt noch zu Glühlampen ohne Halogenbeimischung greifen, wenn die Vorteile so eindeutig bei Halogen liegen?

Neben dem Preisunterschied der beiden Varianten spielt in manchen Bereichen auch die Farbtemperatur des Lichtes sowie dessen Spektrum eine entscheidende Rolle. Selbst Kohlefadenlampen erfreuen sich noch einer gewissen Beliebtheit, da sie einen eigenen Charakter hinsichtlich Farbtemperatur und Einschaltverhalten besitzen. Halogenleuchtmittel erreichen eine Farbtemperatur von 3000 bis 3400 Kelvin, bei „normalen“ Glühlampen sind es abhängig von der Bemessungsleistung und der Füllung etwa 2200 bis 2800 Kelvin.

Farbspektrum Tageslicht

Farbspektrum Tageslicht

Farbspektrum Gluehlampe

Farbspektrum Gluehlampe

Farbspektrum Halogen

Farbspektrum Halogen

In künstlerisch anspruchsvollen Umgebungen kann es also durchaus sinnvoll sein, Glühlampen ohne Halogenbeimischung zu verwenden. Halogenlampen haben zudem den Nachteil, dass sie geringe Mengen UV-Licht ausstrahlen, das beim Menschen Sonnenbrand verursachen sowie farbige Oberflächen ausbleichen kann.

Quellen:

Max Keller: Faszination Licht

Carl-Friedrich Baumann: Licht im Theater

Mit Licht Atmosphäre schaffen

16. Mai 2011 Kategorie: EUROLITE Tags: , , , , ,

Lounge

Lichteffekte können die Stimmung stark steuern. In einer Lounge sollte anderes Licht leuchten als auf der Tanzfläche…

Man muss kein ausgemachter Lichtexperte oder -designer sein, um Lichteffekte gezielt einsetzen zu können. Es ist für uns logisch, keinen Audience Blinder oder ein Stroboskop in einer Chillout-Lounge zu installieren. Schließlich wollen sich die Leute vom bunten Treiben erholen oder einfach nur stilvollere Untermalung, ähnlich einer Backgroundmusik.

Eurolite bietet natürlich Effekte, die stilvolles Ambiente schnell und einfach schaffen können –  egal ob für Lounges, Bars oder Partykeller. Weiterlesen »