Was ist eine Glühwendel?
Eine Glühwendel ist der lichtemittierende Teil einer Beleuchtungseinrichtung wie z. B. einer weißen Glühbirne.
Sie ist ein Widerstandselement, das sich im Inneren des Glaskolbens befindet und die Form eines langen, dünnen Drahtes hat. Deine Glühwendel gibt Licht ab, wenn er durch elektrischen Strom erhitzt wird.
In den Anfängen ihrer Erfindung wurde die Glühwendel als Kohlebirne bezeichnet, weil das verwendete Material verkohltes Papier war. Die Glühwendel brannte jedoch bereits nach etwa einer Minute Leuchtdauer durch und war nicht alltagstauglich.
Deshalb wird heute fast ausschließlich das Metall Wolfram verwendet.
Anwendungen von Glühwendeln
Glühwendeln werden als Lichtquellen in Glühbirnen verwendet.
1. Glühbirnen
Glühlampen sind als Hauptverwendung von Glühbirnen bekannt. Die Glühwendel besteht aus einem gewickelten dünnen Wolframdraht. Viele moderne Glühlampen für die Allgemeinbeleuchtung verwenden jedoch einen doppelt gewickelten Glühwendeln, um den Wärmeverlust zu verringern.
Es gibt verschiedene Arten von Glühlampen, darunter Halogenglühlampen, Mini-Krypton-Glühlampen und Leuchtstofflampen. Das Innere des Glaskolbens ist mit einem Inertgas gefüllt, um zu verhindern, dass die Glühwendeln verdampft (z. B. Argon, Stickstoff, Krypton, Xenon).
Es gibt auch Glühbirnen mit einem Vakuum im Inneren. Je nach Gasart erzeugen Glühbirnen unterschiedliche Farben und Lichtstärken. In den letzten Jahren wurden einige Glühbirnen außer Halogen- und Mini-Krypton-Glühbirnen aus dem Verkehr gezogen, weil sie nicht energieeffizient sind.
Auch wegen dieser Energieeffizienz werden heutzutage zunehmend lichtemittierende Dioden, so genannte LEDs (Light Emission Diodes), eingesetzt.
2. Glühwendel-LED-Glühbirnen
Glühwendel-LED-Glühbirnen sind Glühbirnen, bei denen die Glühwendel durch eine LED nachgebildet wird. Glühwendel-LED-Glühbirnen zeichnen sich durch ihre geringe Helligkeit aus.
Der Grund dafür ist, dass sie lange, dünne, fadenförmige LEDs verwenden. Außerdem verfügen viele Modelle nicht über ein wärmeableitendes Teil, einen so genannten Kühlkörper. Dies ist eine konstruktive Einschränkung, die den Einsatz von LEDs mit sehr hoher Leistung verhindert. Ihr Haupteinsatzgebiet ist die ergänzende oder gemeinsame Beleuchtung.
Andererseits können allgemeine LED-Glühbirnen größere LED-Chips verwenden und sind daher oft heller als Glühwendel-LED-Glühbirnen.
Glühwendel-LED-Glühbirnen haben eine längere Lebensdauer als Glühbirnen oder Leuchtstoffröhren, aber eine kürzere als allgemeine LED-Glühbirnen. Sie beträgt etwa 15 000 Stunden. Da eine typische LED-Glühbirne 30 000-40 000 Stunden hält, ist dies etwa die Hälfte der Lebensdauer einer typischen LED-Glühbirne.
Funktionsweise der Glühwendel
Glühbirnen nutzen das Prinzip der Joule-Wärme, die entsteht, wenn elektrischer Strom durch einen Glühwendel fließt, der Wärme abstrahlt und Licht aussendet. Joule-Wärme ist die Wärmeenergie, die erzeugt wird, wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt.
Damit die Glühbirne lange genutzt werden kann, muss die Glühwendel daher aus einem Material mit hohem Widerstand und hoher Wärmebeständigkeit bestehen. Andernfalls kann die Glühwendel selbst der Hitze nicht standhalten und verbrennt, wodurch er als Lichtquelle unbrauchbar wird.
Wolfram hat einen extrem hohen Schmelzpunkt von 3 653 K (3 379 °C), den höchsten aller metallischen Elemente. Daher schmilzt es auch bei hohen Temperaturen aufgrund der Jouleschen Wärme nicht. Aus diesem Grund wird Wolfram häufig in Glühwendeln verwendet.
Das Innere der Glühbirne ist mit einem Edelgas gefüllt, das eine lange Lebensdauer der Birne gewährleistet. Allerdings entzieht das Edelgas der Glühwendel auch Wärme (Wärmeverlust), und zwar durch Wärmeleitung und Konvektion im Gas selbst.
Weitere Informationen zu Glühfäden
1. Bambusglühfaden
1879 erfand Edison die praktische Glühbirne. Das damals verwendete Glühfadenmaterial war japanischer Bambus. Bambus eignete sich aufgrund seiner dicken Fasern, seiner Festigkeit und seiner Langlebigkeit als Glühfadenmaterial.
Bei der Entwicklung der Glühbirne verwendete Edison einen Glühwendel aus Baumwollfäden, die mit Ruß und Teer bestrichen und verkohlt waren, und es gelang ihm, die Glühbirne 40 Stunden lang kontinuierlich leuchten zu lassen. Für praktische Zwecke war es jedoch unerlässlich, eine Glühbirne zu entwickeln, die viel länger leuchtet.
Deshalb wiederholten wir die Experimente, um die Leuchtdauer zu untersuchen, indem wir verschiedene bekannte Materialien wie Papier und Faden als Glühwendel verwendeten. Dabei fanden sie einen Souvenirfächer aus Japan und bauten eine Glühbirne aus dem als Glühfaden verwendeten Bambus.
Als er mit dieser Glühbirne Beleuchtungsexperimente durchführte, stellte er fest, dass die Glühbirne ein praktisches Niveau erreichte und eine längere Leuchtdauer als die vorherigen Materialien aufwies. Edison führte daraufhin Beleuchtungsversuche mit verschiedenen Bambusarten aus der ganzen Welt durch, um den besten Bambus für die Glühwendel zu finden.
Er fand heraus, dass die Lampe bei Verwendung von Hachiman-Bambus aus Kyoto, Japan, im Durchschnitt mehr als 1 000 Stunden lang leuchtete, was zu ihrer praktischen Anwendung führte.
2. Filament und gesponnenes Garn
Das Wort Filament bezeichnet den Teil einer Glühbirne, der als Lichtquelle dient, und lange, ununterbrochene Fasern, wie Seide, werden als Filamentgarn bezeichnet.
Filament ist ein englisches Wort, das ursprünglich faserig bedeutet. Gesponnenes Garn hingegen wird hergestellt, indem man kurze Fasern parallel zueinander ausrichtet, wie z. B. Baumwollgarn, und sie zu einem einzigen Strang verdreht.
Es gibt zwei Arten von Filamentgarn: Monofilament und Multifilament. Ersteres bezieht sich auf einen einzelnen langen Garnstrang, wie z. B. Angelschnur. Bei Multifilamenten handelt es sich um einen einzelnen Faden, der aus Dutzenden von Fäden zusammengedreht wird. Bei den Naturfasern fällt der Seidenfaden in diese Kategorie. Rohseide wird durch Aufspinnen der von den Seidenraupen ausgeatmeten Kokons gewonnen, während Seidengarn durch Reinigung der Kokons hergestellt wird.
Es gibt keine speziellen Arten von gesponnenem Garn. Die meisten Naturfasern wie Baumwolle und Hanf fallen unter diese Kategorie.