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Sehr geehrte Damen und Herren,

ich möchte das Interesse Ihrer Zeitung, deren abonnierter Leser ich seit etwa 15 Jahren bin, auf ein Thema lenken, das mich seit einigen Monaten beschäftigt.
Das Thema lautet:

1.Einleitung
Glühbirnen interessieren mich zeitlebens, die Bewunderung für die Erfinder und Hersteller des Glühfadens als Wolfram-Doppelwendel ist ungebrochen. Doch auch die Überlegenheit einer Niedervoltglühbirne in Bezug auf Helligkeit und Lichtausbeute habe ich früh erfahren.
Autoscheinwerfer (6 oder 12 Volt) oder Projektorlampen (8 Volt) sind für mich noch heute der 
Beweis für die bessere Lichtökonomie der Niedervoltglühbirne.
Der wesentlich dickere Glühfaden ist weniger empfindlich gegen Erschütterungen und ermöglicht durch höhere Temperaturen  höhere Lichtausbeuten bei besserer oder gleicher Lebensdauer.
Die Erfindung der Niedervolt-Halogenlampen erschien mir als logische Folge der Entwicklung.

Ihre Vorteile gegenüber der normalen 220 V Glühbirne sind:
doppelte Lichtbeute von ca. 25 Lumen /Watt,
doppelte Lebensdauer von ca. 2000 Stunden,
keine Kolbenschwärzung durch verdampfendes Wolfram.

Ihre Nachteile sind:
  Ein Transformator von 220 V auf 12 V ist notwendig,
  grelleres Licht mit UV-Gehalt,
  der Quarzglaskolben ist heiß.

Da meines Erachtens die ökonomischen Vorteile die technischen Nachteile überwiegen, betreibe ich in meinem Haushalt und in meinem Verein Niedervoltlampen, wo es sinnvoll ist. Die übrige Beleuchtung wird mit Energiesparlampen oder Neonröhren realisiert.

2. Aktuelles Problem
Seit einiger Zeit finde ich in Baumärkten und bei  Discountern, wie Aldi, Lidl u. a., überwiegend  mehrflammige Leuchten, bestückt mit sogenannten Hochvolt-Halogenlampen, zu sehr günstigen 
Preisen. Nachfragen beim Verkaufspersonal ergeben unisono: „ Da brauchen Sie keinen 
Transformator mehr!“.
Daraufhin kaufte ich versuchsweise 2 Hochvolt-Halogenlampen , E 14, 20 W, 220 V, mit Reflektor 
und Schutzglas. Ich erwartete ein ähnlich weißes Licht wie in meiner 12 Volt-20 Watt- Schreibtischlampe und wurde bitter enttäuscht: Das Licht ist gelblich und nicht heller als eine 
normale Glühlampe mit 220 Volt und 20 Watt.
Präzise Nachfragen bei verschiedenen Verkäufern und Nachforschungen in Internetforen ergeben folgendes Bild:
Die Hochvolt-Halogenlampe hat gegenüber einer Niedervolt-Halogenlampe etwa den doppelten Preis, die halbe Lebensdauer und die halbe Lichtausbeute.

Über diesen Unterschied informiert das Verkaufspersonal meist nicht ungefragt. Der Käufer lässt 
sich durch das Attribut „Hochvolt“ täuschen und kauft die Leuchte, denn „hoch“ muss ja „besser“ sein.  Bei dem ersten Nachkauf einer Ersatzlampe gehen ihm langsam die Augen auf, aber er kauft sicher noch einige Ersatzlampen, ehe er sich von dieser Lampe trennt.
Gewinner ist die Glühlampenindustrie, deren Umsatz steigt.

3. Untersuchung

Bild 1.  20 Watt Hochvoltlampe (links)  und  20 Watt Niedervoltlampe (rechts)

Die Hochvoltlampe ist mit 77 mm Länge und 50g Gewicht deutlich größer und schwerer als die Niedervoltlampe, die bei 50 mm Länge nur 34 g auf die Waage bringt.

Danach zerlegte ich eine 20 Watt Hochvoltlampe in der Annahme, eine mir unbekannte technische Innovation zu finden. Augenscheinlich fand ich sie nicht. Die Fassung der Hochvoltlampe ist aufwendiger, enthält jedoch nur Leitungen.  Im Lampeninneren fällt der deutlich längere Glühfaden auf, der 3 Stützen benötigt und 2 Stromzuführungen. So sehen herkömmliche Glühlampen auch aus.  Dann folgen die für Quarzglas unvermeid- lichen Molybdänfahnen.  Die Niedervoltlampe enthält nur den Glühfaden, der keine Stützen benötigt und unmittelbar an die Molybdänfahnen anschließt. Der Unterschied besteht also offensichtlich im Glühfaden, was physikalisch plausibel ist. Alles deutet bei der Hochvoltvariante auf einen Glühfaden mit Doppelwendel hin.

Bild 2. Lampeninneres, links die Hochvoltlampe

In Bild 3  ist im realen Größenverhältnis oben ein Stück des Glühfadens der Hochvoltlampe zu sehen, darunter der Glühdraht der Niedervoltlampe. Das Mikroskop löst das Rätsel, wie Bild 4 zeigt. Der Glühfaden der Hochvoltlampe ist ein Doppelwendel, denn nur so ist der für 230 Volt nötige lange und dünne Draht unterzubringen.  Das ist sicher eine technische Leistung, aber keine Innovation.  Bild 5 zeigt als Montage eine Gegenüberstellung von Hochvolt- und Niedervoltwendel. Das Verhältnis der Drahtdurchmesser ist ca. 1 : 6 .

Bild 3.  Vergleich der Glühfäden

4. Theoretische Überlegungen

Die Glühlampe besteht hauptsächlich aus der Lampenfassung mit Stromzuführung und Stützdrähten, dem Glühfaden aus Wolfram und einem Glaskolben, der mit Schutzgas gefüllt ist.
Der Glühfaden befindet sich im thermischen Gleichgewicht, er gibt soviel Strahlungsenergie ab, wie Elektroenergie zugeführt wird. Die Wärmekonvektion durch das Füllgas wird üblicherweise mit Edelgasen gemindert.
Länge l und Dicke ddes Glühfadens sind durch die elektrische Leistung P, den spezifischen Widerstand  (rho) und die gewünschte Fadentemperatur T bestimmt.

Die elektrische Leistung ergibt sich aus:
           ( 1 )
Der spezifische Widerstand  von Wolfram ist bei T = 3000 ° K angenähert 0,75 ·mm²/ m .
 Die abgestrahlte Leistung ist  durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz gegeben:
               ( 2 )
 A ist die Drahtoberfläche und  (sigma) = 5.77 ·10^-8[ W / (m^{2 .} K⁴ )] die Strahlungskonstante, wobei vereinfachend angenommen wird, dass die Umgebungstemperatur sehr klein gegenüber T ist.

Die Gleichungen (1) und (2) genügen, um die Unbekannten  d (Drahtlänge) und l ( Drahtdurchmesser) zu bestimmen,

die Drahtlänge                     ( 3 )

Der Drahtdurchmesser          ( 4 )
Die Ergebnisse der Rechenbeispiele Beispiele sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
 

Lampentyp	Hochvolt	Niedervolt
Leistung           P    [ Watt]	20 Watt	20 Watt
Spannung        U    [ Volt ]	230 Volt	12 Volt
Temperatur      T   [ ° K  ]	3100 ° Kelvin	3100 ° Kelvin
Drahtlänge        l    [ cm   ]	15,81 cm	2,21 cm
Durchmesser    d    [  m ]	7,558 Mikrometer	54,1 Mikrometer

Die Ergebnisse stimmen annähernd mit der Untersuchung unter Punkt 3. überein.

5. Diskussion der Ergebnisse
Zur Lebensdauer:Die Lebensdauer der Glühlampe wird durch die Sublimation des Wolframs begrenzt. Da die Struktur des Wolframdrahtes nicht homogen ist, erfolgt die Verdampfung über die Drahtlänge ungleichmäßig. Es entstehen Schwachstellen, die dann wegen des höheren elektrischen Widerstandes heißer glühen. Wenn ein kritischer Wert erreicht ist, brennt die Schwachstelle durch. Das geschieht in der Regel beim Einschalten, wenn der Strom wegen der höheren Leitfähigkeit im kalten Zustand kurzzeitig das Fünf- bis über Zehnfache des Nennstromes erreicht.  Bei den wesentlich dünneren Glühfäden der Halogenhochvoltlampen wird dieser Zustand fast ebenso schnell erreicht wie bei gewöhnlichen Glühlampen. Andererseits wird bei Halogenlampen durch den kleinen Quarzkolben eine Befüllung mit schwerem Edelgas wirtschaftlich. Gleichzeitig wird ein höherer Betriebsdruck möglich, der die Verdampfungsrate senkt und die Lebensdauer erhöht, so dass Hochvolthalogenlampen einen Vorteil gegenüber gewöhnlichen Glühlampen erlangen.
Angaben eines Herstellers zur Lebensdauer: Glühlampe     ca. 1000 h
      Hochvolthalogenlampe ca. 2500 h
      Niedervolthalogenlampe ca. 5000 h  .

Zur Kolbenschwärzung: Die Schwärzung des Glaskolbens gewöhnlicher Glühlampen ist eine Folge der Wolframsublimation. Bei gewöhnlichen Glühlampen bekämpft man den Effekt durch große Lampenkolben, wodurch sich das Wolfram auf eine größere Fläche verteilt. Eine Füllung mit  Edelgasen behindert den Metalldampftransport ebenfalls erfolgreich, jedoch sind die wegen ihres hohen Atomgewichtes besonders wirksamen Gase Xenon und Krypton besonders teuer. Der Zusatz von Jod oder Brom verhindert zwar durch den Halogenid-Kreislaufprozess die Schwärzung des Lampenkolbens, erfordert aber eine höhere Wandtemperatur, was wiederum nur mit kleinen Lampenkolben aus Quarzglas zu realisieren ist . Quarzglas ist wiederum durchlässig für UV-Licht und erfordert gegebenenfalls UV-Filter.

Zur Lichtausbeute:
Die Licht ausbeute von Hochvolthalogenlampen liegt etwa bei der Hälfte ihrer Niedervoltpendants. Ihr Licht ist ebenso gelb wie das gewöhnlicher Glühlampen., was auf eine deutlich niedrigere Fadentemperatur hinweist. Das ist wohl anders kaum möglich, um die Lebensdauer in vertretbaren Grenzen zu halten.
Angaben von Herstellern zur Lichtausbeute: Glühlampe     ca. 13      lm / w
       Hochvolthalogenlampe ca. 14-16 lm / w
       Niedervolthalogenlampe ca. 26 -31 lm / w  .
Zu weiteren Entwicklungen:
Die seit kurzem auf dem Markt befindlichen IRC-Halogenlampen besitzen einen das infrarote Licht reflektierenden Überzug, der Energieeinsparungen bis zu 45 % ermöglichen soll. IRC ist noch vorwiegend auf Niedervoltlampen beschränkt.

Zur Lampenqualität:
Die Qualität der Hochstromhalogenlampen scheint stark zu streuen. Die sehr engagierte Besitzerin eines Lampengeschäftes in meiner Stadt  konnte mir auf Anhieb sagen, welche Lampen gut oder welche mittelmäßig sind. Sie selber betreibt Hochstromhalogenlampen (ohne Reflektor) eines namhaften Herstellers seit längerer Zeit als Deckenleuchten und ist zufrieden.

6. Schlussfolgerungen
Eine Prüfung und Bewertung des Angebotes von Halogenlampen ist dringend geboten.
Ich hoffe, Sie mit meinem Exkurs von dieser Aufgabe überzeugt zu haben.

Mit freundlichen Grüßen
 

Dr.-Ing. Dieter Schäfer
 

Dr.-Ing. Dieter Schäfer
Philipp-Müller-Str. 1706886 Lutherstadt Wittenberg
Tel /Fax:  03491-660638
E-Mail:  Name@xxx.de
 Wittenberg, den 13.03.2008

Stiftung Warentest. Lützowplatz 11-13
Postfach 3041 41 , 10724 Berlin
 

Betr.: Halogen-Glühlampen

Sehr geehrter Herr Dr-Ing. Schick 

Am 06.06.2007 habe ich Ihnen einen Aufsatz zum Thema Halogen-Glühlampen geschickt, verbunden mit der Bitte, 
diese Lampen in Ihr Testprogramm aufzunehmen. Sie haben mir am 12.06.2007 im wesentlichen zustimmend geantwortet und einen Test zu einem späteren Zeitpunkt in Aussicht gestellt.
 Dieser Test ist bis heute nicht in Ihrer Zeitschrift erschienen. 
Ich bitte Sie dringend, mir einen Termin für einen Veröffentlichung zu nennen.
Ich weise Sie darauf hin, dass ich mehrere Homepages betreibe, z.B. www.umweltlaboratorium.de .
Den Vorgang habe ich als Anhang beigefügt.

Ihrer Antwort entgegensehend verbleibe ich 
mit freundlichen Grüßen

Dr.-Ing. Dieter Schäfer

Die folgende Grafik verdeutlicht den offensichtlichen Unterschied am Lebensdauerende zwischen OSRAM Halogenhochvoltlampen (z.B. HALOPIN®  DECOPIN® HALOPAR® ) mit integrierter – von OSRAM entwickelten und patentierten – Sicherung und einer Halogenlampe mit konventionellem Design ohne Sicherung: Bei der OSRAM Lampe erlischt der Lichtbogen im Lampenkörper ganz schnell  und ungefährlich durch einen Ausblaseffekt. Die andere Lampe dagegen pulsiert heftig und platzt schließlich ungehemmt an der Quetschung – und kann somit erheblichen Schaden mit den heißen Glassplittern anrichten. 

Konventionelles Design ohne Sicherung :	Beginn der Lichtbogenbildung	Lichtbogen pulsiert		Lebensdauerende - die Lampe explodiert
OSRAM Halogenhochvoltlampe mit integrierter Sicherung :	Beginn der Lichtbogenbildung	Lebensdauerende - die Lampe erlischt sicher und ungefährlich