Lampenforschung

Was befindet sich außer dem Glühdraht noch in einer Glühlampe? Ist sie luftleer, oder mit Gas gefüllt? Das fragte sich Tine. Eine kaputte Lampe war auch gerade da. Und ein Brenner...

und eine kleine Beule mit einem Loch entsteht. Also war ein Gas in der Lampe, das sich ausgedehnt hat und das weiche Glas herausdrückte.

Und noch ein Trick: Tine machte an der anderen Seite ein Fenster im Milchglas. Einfach die Flamme draufhalten, dann wird alles schön glatt und durchsichtig.

Wozu braucht man überhaupt Gas in der Lampe? Dies klärt der folgende Versuch. Zufällig war eine zerbrochene kleine Lampe da, deren Wolfram-Glühfaden noch ganz war. Schließlich wirft man so eine Kostbarkeit ja nicht gleich weg!

Die Lampe konnte sogar noch einmal leuchten. Aber nur ganz kurz! Nach einer Sekunde war der Glühdraht verbrannt. Man sah eine kleine weiße Wolke aufsteigen. Das war aber nicht die Seele der Lampe, sondern verbranntes Wolfram. Der Luftsauerstoff tut der Lampe eben gar nicht gut. Deshalb braucht man ein Schutzgas, zum Beispiel Argon.

Warum fliegt oft die Sicherung raus, wenn eine Glühlampe durchbrennt?

Dieses ungelöste Problem der neueren Physik hat mich schon immer beschäftigt. Es ist doch eigentlich unlogisch: Der Stromkreis wird unterbrochen, also geht die Stromstärke auf Null zurück. Warum also fliegt die Sicherung raus?

Noch eine Beobachtung. Manchmal entsteht im Moment des Durchbrennens ein heller Lichtblitz. Ein paar mal hätte ich schwören können, dass ein Funke durch das Glas nach außen geflogen ist. Aber das muss wohl eine optische Täuschung gewesen sein, denn ein Loch im Glas war nie zu finden.

Eine mögliche Erklärung: Wenn der Glühfaden bricht, entsteht an der Bruchstelle ein Lichtbogen oder eine Gasentladung. Die Entladung breitet sich bis zur anderen Seite aus und verursacht einen Kurschluss. Die Lampenindustrie weiß anscheinend auch davon, denn in den 230-V-Glühlampen findet man eine Art Sicherung aus dünnem Draht. In älteren Lampen gab es ein dünnes Röhrchen mit einem eingeschmolzenen Draht. Das ganze konnte man ausbauen und als Sicherung verwenden. In neueren Lampen haben die Verbindungsdrähte zum Sockel einfach eine dünne Stelle. Wenn man genau hinsieht, erkennt man oft, dass sie bei einer defekten Lampe völlig durchgebrannt sind. Am Glas sieht man dunkle Flecken (1 und 2 im Bild).

Falls jemand diese Seite sieht und mehr darüber weiß, was im Moment des Durchbrennens passiert, dann würde ich mich über eine Nachricht freuen.

Als Antwort auf diese Frage schickte mir Hans-Jürgen Regl folgende Informationen:

Tatsächlich kann beim Durchbrennen ein Lichtbogen entstehen und tut's auch recht oft! Ursache hierfür ist der gewendelte Glühdraht, der als Induktivität wirkt: Der Strom reißt beim Durchbrennen plötzlich ab und die brave Spule versucht das zu verhindern -> ein hoher Spannungsstoß tritt auf, der mit Leichtigkeit die entstandene Lücke überbrückt. Dieser Lichtbogen wandert in kürzester Zeit zu den dickeren Stromzuführungs- und Haltedrähten und bringht im Allgemeinen die Haussicherung zum Ansprechen.

... Der Kurzschluß beim Durchbrennen der Glühbirne hatte mir keine Ruhe gelassen. Dabei habe ich festgestellt, dass der Kurzschluss besonders gerne auftritt, wenn die Glühbirne nach unten zeigt. Besonders häufig tritt er auf, wenn die Birne im 45°-Winkel nach unten zeigt.

Die Sache mit dem Lichtbogen kann ich bestätigen, da wir im Fotolabor mal umfangreiche Experimente gemacht haben. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera haben wir das Durchbrennen einer Glühbirne aufgezeichnet. Dazu haben wir eine Glühbirne beschädigt und mit normaler Luft gefüllt. Auf dem Film kann man sehen, wie der Faden aufglüht, in Flammen aufgeht und durchbrennt. Der durchgebrannt Faden war einige ms mit einem Lichtbogen verbunden...

Erstens musste ich mir von einem Chemielehrer sagen lassen: Solche Experimente macht man nicht ohne Schutzbrille!!!

Und zweites habe ich im Internet auf der Seite eines Lampenherstellers gelesen, dass kleine 15-Watt-Lampen nicht mit Schutzgas gefüllt werden, sondern luftleer gepumpt werden. Da gerade solch eine Lampe durchgebrannt war, wurde der erste Versuch wiederholt. Und tatsächlich: Diesmal platzte die Lampe mit einem lauten Knall und einem schönen Trichter nach innen. Das Vakuum in der Lampe hat einen Vorteil: Es kann keinen Lichtbogen geben, also auch keinen Kurzschluss beim Durchbrennen. Aber es gibt auch einen Nachteil: Das Wolfram des Glühfadens kann leichter verdampfen und schlägt sich als dunkler Film im Glaskolben nieder. Bei Niedervolt-Glühlampen kann es sogar zu einer inneren Verspiegelung kommen. Die meisten enthalten wohl auch ein Vakuum. Übrigens, so einen Versuch kann man auch mit Radioröhren machen. Aber Dietrich Drahtlos ist dagegen, denn alte Röhren soll ja bekanntlich niemand zerstören.

Rolf Suessbrich schrieb: Wie das Leben so spielt, geht gestern hier eine normale Glühlampe kaputt, und ich musste natürlich auch mal Lampernforschung betreiben, und meinen kleinen Lötbrenner draufhalten: Und, siehe da, Versuch macht kluch (klug), die Welt sieht hier etwas anders aus. Der Versuch lief mit einer Philips-Classictone 230V/40W:
1) Die Lampe hat ein in der Masse getrübtes Glas, also echtes Milchglas. Dieses wird NICHT durchsichtig durch Erwärmen. Das, was Sie beobachtet haben, geht wohl nur bei der von innen gefrosteten Lampen, die aus Klarglas bestehen, und die innen aufgeraut sind (chemisch oder vielleicht mit Sandstrahlen oder sowas).
2) Natürlich bin ich bei dem Versuch, die Trübung 'wegzuschmelzen', vorsichtig rangegangen, und stellte dann fest, dass das Glas weich wurde und die Beule nach innen ging! Also kein Gas in der Lampe, zumindest nicht unter Überdruck. Auch an einer zweiten Stelle dasselbe Verhalten.

3) Beim 3. Versuch hatte ich plötzlich auch die Beule nach außen! Was war geschehen? Ich hatte noch etwas kräftiger auf eine Stelle gehalten! Und dann war sicher erstmalig das Glas so warm geworden, dass es ein winziges Loch gab. Der in der Lampe befindliche Unterdruck wurde sofort durch einströmende Luft und Brennerabgase ausgeglichen, und dann hat die Flamme und das angewärmte Glas die Luft erwärmt und Überdruck erzeugt, der das weiche Glas nach außen drückte. Das sieht nun aus wie der Vulkan vom kleinen Prinzen. Mit diesem Versuch belegt man also, wie schnell sich Gas durch Erwärmung ausdehnen kann.

Nachtrag von Karl Prodinger: Zweiter Lichtbogen

Beim Durchbrennen von normalen 230-V-Glühbirnen gibt es immer wieder einen Funkenregen nach außen, weil die Kontakte an die Gewindefläche des Sockels bei manchen Fabrikaten sehr schlecht gelötet bzw. geklemmt sind. Kommt es beim Durchbrennen zu den bekannten Effekten mit dem Lichtbogen, dann setzt in der Regel eine noch kaum beachtete Kettenreaktion ein: Die dünnen Zuleitungen in den Glaskolben, die als Sicherungen dienen, brennen ebenfalls, wie geplant, durch. Sie machen dabei allerdings einen zweiten Lichtbogen im Lampensockel! Nachdem beide Drähte weniger als 6 mm nebeneinander liegen, reicht dieser zweite Lichtbogen aus, um auf den anderen, noch intakten Draht zu zünden, womit ein unkontrollierter Kurzschluß im Sockel entsteht. Das Ende der Kettenreaktion ist - nicht selten - das Ausbrennen der Lötstelle am Gewinde, womit die Funken fliegen. Gelegentlich entstehen bei diesem zweiten Lichtbogen so hohe Drücke, dass der Glassockel aus der Verkittung mit dem Schraubsockel gelöst wird. In drei Fällen konnte ich feststellen, dass das Ausbrennen der Lötstelle auch gleich den Glaskolben abgesprengt hat. (Diese Glühbirnen durfte immer ich wechseln...)

Hierzu eine Ergänzung von H. Stuber.
Den Funkenflug könnte man sich durch den Lichtbogen ja einbilden, aber was ist dann, wenn der "eingebildete" Funken ne kleinere Brandwunde verursacht?
Genau das ist mir mit einer Leselampe über dem Kopfende des Bettes mit Reflektor Birnen passiert. Mehrmals wenn eine Birne durchbrannte flogen mir Funken an den Hals bzw in den Kragen. Und zwar so häufig, dass ich deshalb umgestellt habe auf Energiesparlampen.

Nachtrag von Roland Stark (www.starkelektronik.de): Plasmakanal

Ich habe mich aus anderen Gründen mit dieser Thematik lange beschäftigt. Der Kurzschluss entsteht tatsächlich ganz profan durch einen Lichtbogen. Die Induktivität der Wendel spielt keine Rolle, da der Plasmakanal alleine durch das Auseinanderziehen der Wendel schon vorhanden ist, und nicht mehr extra gezündet werden muss. Beim Abreißen des Glühfadens wird der Lichtbogen durch die Federwirkung der Wendel auseinandergezogen. Wie z.B. in einer Xenon Entladungs-Blitzröhre oder einer Funkenstrecke hat dieser Lichtbogen eine bestimmte Brennspannung. Da aber das 230 Volt Netz eine extrem niedrige Impedanz hat, kann die Betriebsspannung nicht auf die Brennspannung zusammenbrechen und stellt einen Kurzschluss dar.

Anmerkungen von Peter Krüger: Gasableiter
Durch den Glühfadenbruch bekommt die Glühlampe die Funktiopn eines Gasableiters mit einem Innenwiderstand von wenigen Ohm, deshalb wird auch der 220-V-Schütz aktiviert. Gasableiter werden z. B. als Blitzschutz in analogen Telefonanlagen eingesetzt und haben mir schon einmal das Leben gerettet.
Betr. Glimmlampen: Glimmlampen-Kontrollanzeigen z.B. in Steckerleisten haben normalerweise einen Serienwiderstand von etwa 150 k. Falls die Glimmlampe ohne diesen Vorwiderstand an das 220-V-Haushaltsstromnetz angeschlossen wird, entsteht ein Kurzschluss und der 50-A-Schütz tritt in Aktion. In meinem Falle überstand die Glimmlampe den Kurzschluss schadlos. Bei einem Versuch bitte eine Schutzbrille tragen und an die die evt. tödlichen Folgen durch einen elektrischen Stromschlag der 220 V Spannung denken!

Nachtrag: Lichtbogen in einer 15-W-Lampe

Eigentlich sollte das ja nicht passieren, weil solche kleinen Lampen keine Gasfüllung haben. Aber bei dieser 15-W-Lampe im Wohnzimmerschrank meiner Mutter gab es beim Durchbrennen einen Lichtbogen mit hellem Blitz und herausgeflogener Sicherung. Einer der beiden Haltedrähte ist halb weggeschmolzen. Das flüssige Metall hat sich als kleine Kugel in das Glas geschmolzen. Sie wusste gleich, dass das ein interessanter Fall ist und hat mir die kaputte Lampe aufgehoben. Ist da wirklich kein Gas in der Lampe? Ein Test mit einem Hochspannungsgenerator zeigte keine Glimmentladung, also vermutlich tatsächlich ein Vakuum. Der Lichtbogen muss sich in diesem Fall wohl im Metalldampf gebildet haben.

Nachtrag: Vakuum in der Halogenlampe

Was ist eigentlich zwischen dem inneren und dem äußeren Glaskolben einer 230-V-Halogenlampe? Wenn da ein Vakuum wäre, hätte das den Vorteil einer besseren Wärmeisolierung. Der innere Quarzglaskolben darf ja sehr heiß werden. Also wie testet man das am besten? Mit einem Gasbrenner (Schutzbrille!). Und tatsächlich, es bildet sich ein Trichter nach innen: Das Vakuum ist bewiesen.

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