Unterschiedliche Glühbirnen
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09.07.2018 Fachinformation 530 0

Die Lichtrevolution

Die Lichttechnik wird seit der Patentierung der ersten Glühbirne im späten 19. Jahrhundert kontinuierlich neu erfunden.

Die Anfänge

IEC-Logo

Von Catherine Bischofberger

Die Erfindung der Glühbirne hatte erhebliche Auswirkungen auf das Leben der Menschen im 20. Jahrhundert. Über all die Jahre ist die Weiterentwicklung der Lichttechnik niemals zum Stillstand gekommen. Die diversen Meilensteine, die auf diesem langen Weg erreicht wurden, fallen mit einigen wichtigen Daten in der Geschichte der IEC zusammen.

Eine der ersten Glühlampen ließ Thomas Edison im Jahr 1878 patentieren. Edison profitierte von der Arbeit von Forschern, die bereits vor ihm verschiedene Arten von Glühlampen produziert und teilweise auch Patente angemeldet hatten. Die meisten dieser Erfindungen waren jedoch noch nicht tauglich für eine Vermarktung, da die Lampen zu viel Strom benötigten. Edison stellte als Erster fest, dass eine energieeffizientere Glühlampe notwendig war. Sein Patent erhielt er für eine elektrische Lampe, die mit Kohlefaden oder Kohledraht funktionierte, welche gewickelt und mit Platindrähten verbunden waren.

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Im Jahr 1904 wurden die Lampen mit Wolfram-Glühwendel als erstes von einer ungarischen Firma vermarktet. Die Lichteffizienz, Qualität und Langlebigkeit von Lampen mit Wolfram-Glühwendel waren erheblich besser als die von Kohlefadenlampen, die zu dieser Zeit der Standard waren. Laut Aufzeichnungen der Firma erreichte „das Produktionsvolumen 25 000 bis 30 000 Stück pro Tag im Geschäftsjahr 1905/1906“.

Neue Technische Komitees der IEC

Das Technische Komitee (TC) 6: „Lamp sockets and caps“ der IEC wurde 1919 gegründet und begann mit der Herstellung der ersten Glühwendel-Lampe in den 1920ern. Darauffolgende Modelle mit Doppelwendel hatten die Länge des Filaments in der Glühlampe stark reduziert, dabei helleres Licht produziert und waren effizienter als gerade, einfache Glühwendel-Lampen. Das TC wurde später aufgelöst und seine Arbeit vom IEC TC 23 Electrical accessories, das 1934 gegründet wurde, übernommen.

IEC TC 34: Lamps and related equipment, war das erste TC, das nach dem Zweiten Weltkrieg ins Leben gerufen wurde. „Ingenieure der Lichtindustrie aus unterschiedlichen Ländern haben immer miteinander kommuniziert. Dieser Kooperationsgeist hat den Krieg überlebt. Den meisten von ihnen war klar, dass sie nach den schrecklichen Ereignissen, die sie durchlebt hatten, ihre Zusammenarbeit offizieller machen müssen. Dies führte zur Gründung des IEC TC 34 im Jahr 1948“, erklärt Horst Porembski, der das Technische Komitee von 2003 bis 2005 leitete.

Moderne Zeiten

Die erste Leuchtstofflampe wurde in den 1890ern erfunden, doch die modernen Kompaktleuchtstofflampen (CFLs) wurden erst seit den 1980ern vermarktet. Den Anstoß für ihre Entwicklung gab die Energiekrise in den 1970ern. Eine niederländische Firma stellte den ersten erfolgreichen einschraubbaren CFL-Ersatz für eine Glühlampe im Jahr 1980 vor. CFLs nutzen zwischen einem Fünftel und einem Drittel des elektrischen Stroms im Vergleich zu Glühlampen und halten acht- bis fünfzehnmal länger. Doch CFLs sind schwierig zu entsorgen, da sie Quecksilber enthalten. Ein elektrischer Strom wird durch eine Röhre geleitet, die Argon und eine kleine Menge Quecksilberdampf enthält. Dies generiert unsichtbares ultraviolettes Licht, das eine fluoreszierende Beschichtung (Phosphor) innerhalb der Röhre anregt, die dann sichtbares Licht ausstrahlt. Im Laufe der 1990er veröffentlichte das IEC TC 34 mehrere Normen in Bezug auf CFLs; diese werden seitdem regelmäßig aktualisiert.

LEDs treten in den Wettbewerb ein

Die Entstehung der LED-Lampe kann bis ins Jahr 1962 zurückverfolgt werden. Zu dieser Zeit waren Leuchtdioden sehr teuer in der Herstellung und verfügten nur über eine geringe Infrarot-Lichtausbeute. Forscher arbeiteten während der 1990er Jahre an der Verbesserung der Effizienz von LEDs. Als in den frühen 2000ern die ersten LED-Lampen auf den Markt kamen, hielten sie deutlich länger als Glühlampen, waren aber auch teurer. Mit steigendem Produktionsvolumen sanken die Preise allmählich. IEC TC 34 hat mehrere Normen veröffentlicht, die für die LEDs aus den 2000ern relevant sind, darunter die IEC 62031, welche die Sicherheitsbestimmungen für LEDs festlegt und im Februar 2018 herausgegeben wurde.

Im Jahr 2015 hat das IEC Quality Assessment System for Electronic Components (IECQ) das IECQ-Schema für LED-Beleuchtung erarbeitet. Das IECQ kann zur Zertifizierung von Herstellern und Lieferanten der elektronischen Bauteile, Komponenten und Baugruppen angewendet werden, die in der Produktion von LED-Gehäusen, -Engines, -Lampen, -Leuchten und den damit verbundenen LED-Vorschaltgeräten/-Treibern genutzt werden. Es liefert ein standardisiertes Vorgehen für die Bewertung von Lieferanten und agiert als ein starkes Management-Tool für die Lieferkette zum Beurteilen und Überwachen der diversen Tier-Level-Lieferanten. Es gibt Verbrauchern die Sicherheit, dass Zulieferer, die in diesem Schema erfasst sind, Produkte herstellen, die bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit und Kosteneffizienz den jeweiligen Normen entsprechen.

Der derzeitige Vorsitzende des IEC TC 34, Andreas Scholtz, betont ausdrücklich den fundamentalen Wandel, der durch die Einführung des LED-Lichts stattfand. „LED ist eine Revolution, die mit der Erfindung der ersten Glühlampe gleichbedeutend ist. Es hat auch einen großen Einfluss auf die Arbeit des TC 34. In der Vergangenheit haben eine begrenzte Anzahl von Beteiligten die Normen für Lampen, Leuchten, Sockel und Fassungen sowie die Betriebsgeräte erarbeitet. Doch mit der Einführung von LED-Beleuchtung und allen damit einhergehenden Möglichkeiten ist eine neue Art, das TC zu führen, notwendig. Lichttechnologie ist nun mit dem Internet der Dinge, Gebäudeautomation, IT-Anwendungen und Künstlicher Intelligenz verbunden. Diese beschleunigte Technologiekonvergenz, gepaart mit einer erhöhten Anzahl an Stakeholdern aus verschiedenen Industrien, ändert die Art, auf die wir gesehen werden sollten. Das TC muss als ein Kompetenzzentrum für die Normung von Beleuchtungsprodukten angesehen werden. Dies bedeutet, dass wir bestehende Kontakte vertiefen und neue Partnerschaften schließen müssen“, sagt er.

Smart Lights für Smart Cities und Smart Homes

Intelligente öffentliche Beleuchtungssysteme sind bereits in mehreren Städten weltweit in Nutzung. Da der UN zufolge erwartet wird, dass der Anteil der Weltbevölkerung, die in Stadtwohnungen lebt, bis 2050 auf 66 % steigt, werden diese Systeme zunehmend sinnvoller, weil sie beträchtliche Energieeinsparungen ermöglichen. Smart Lights können sich selbst anschalten, wenn Menschen unterwegs sind, oder ausschalten, wenn die Straßen verlassen sind. Sie erfüllen eine steigende Anzahl an Aufgaben, wie zum Beispiel Autofahrer zum nächsten freien Parkplatz zu leiten. Auch im Wohnbereich werden sie immer häufiger genutzt. Sie können aus der Distanz sprachgesteuert und zur Übermittlung von Informationen genutzt werden.

Li-Fi ist ein sichtbares Licht-Kommunikationssystem, das LED-Licht verwendet. Es kann Daten sowohl über das sichtbare Lichtspektrum als auch über den ultravioletten oder infraroten Wellenbereich bei hohen Geschwindigkeiten übermitteln. Li-Fi ist vergleichbar mit Wi-Fi, nutzt zur Datenübertragung aber Licht anstelle von Hochfrequenzen. Diese Technologie hat gegenüber dem Wi-Fi zahlreiche Vorteile, darunter auch die wegfallenden elektromagnetischen Störungen. Zudem ist es hundertmal schneller.

OLEDS und Laser

OLEDs nutzen eine organische Verbindung als Halbleiter, der als Reaktion auf elektrischen Strom Licht abstrahlt. OLED-Bildschirme können auf flexiblen Kunststoffsubstraten hergestellt werden. Sie werden bereits für Fahrzeugleuchten, Displays von Mobiltelefonen und sogar Fernsehbildschirme genutzt. Im Subcommittee (SC) 34A wurde die Working Group 3 aufgestellt, um Normen für OLED-Lichtquellen auszuarbeiten und zu pflegen.

Forscher, die sich mit Laserbeleuchtung beschäftigen, glauben, dass dies der nächste große Durchbruch sein könnte. Steven DenBaars, Leiter des Zentrums für Festkörper-Beleuchtung und Energieelektronik an der University of California in Santa Barbara führte Forschungen darüber durch, wie Laserbeleuchtung durch Glasfaserkabel geleitet werden kann. Laut Andreas Scholtz hat das IEC TC 34 noch Arbeit in Vorbereitung, die sich mit Lasertechnologie befasst. „Normen sind notwendig, weil es Bedenken bezüglich der Sicherheit von Laserbeleuchtung gibt und darüber, wie sie das Sehvermögen der Menschen beeinträchtigen könnte. Wir müssen sicherstellen, dass zukünftige Produkte ungefährlich sind und die Öffentlichkeit von der Sicherheit überzeugen.“

Redaktionelle Hinweise:

Der englischsprachige Originalartikel erschien erstmals im IEC-Newsletter Ausgabe 03/2018.
Zu finden unter: https://iecetech.org/issue/2018-03/The-lighting-revolution

Die im Text aufgeführten Normen können Sie im VDE-Verlag käuflich erwerben:
https://www.vde-verlag.de/iec-normen/suchen.html

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Home & Building hat sich in den letzten Jahren als Begriff für Technologien in Wohnräumen und -gebäuden durchgesetzt, bei denen vernetzte Geräte und Systeme die Qualität des Wohnens, die Sicherheit und die effiziente Energienutzung verbessern. Gängige alternative Bezeichnungen für Home & Building sind „Smart Home“ sind „Intelligentes Wohnen“, „eHome“ oder auch „Smart Living“.

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