Halogenglühlampen (Wolfram-Halogen-Kreisprozess)

Durch Verwendung eines kompakten Quarzglaskolbens und Zugabe des Halogens Iod (früher auch Brom) lassen sich Glühlampen konstruieren, die auch bei erhöhten Betriebstemperaturen von 2800 bis 3100 K eine Lebensdauer von 2000 bis 5000 Stunden haben. Diese sogenannten Halogenglühlampen haben ein weißeres Licht und Lichtausbeuten von 10 lm/W bis 19,5 lm/W (herkömmliche Glühlampe 12–15 lm/W, Energiesparlampe 40–60 lm/W). Höhere Werte weisen spezielle Foto-Halogen-Lampen mit bis zu 35 lm/W auf – allerdings bei 1 bis 2 kW Leistungsaufnahme und wenigen Stunden Betriebsdauer.

Das Iod reagiert (zusammen mit Restsauerstoff) mit den vom Glühdraht verdampften Wolframatomen und stabilisiert eine wolframhaltige Atmosphäre. Der Prozess ist reversibel: Bei hohen Temperaturen zerfällt die Verbindung wieder in ihre Elemente – Wolframatome schlagen sich auf der Glühwendel nieder. Kleine Temperaturdifferenzen entlang der Wendel spielen für die Zersetzung nur eine untergeordnete Rolle. Die Vorstellung, dass sich Wolfram ausschließlich an den dünnen überhitzten Bereichen der Wendel niederschlage, ist falsch.[17] Ein interessanter Nebeneffekt dieser Überlegung hätte darin bestanden, dass sich der Glühfaden an den dünnsten Stellen selbst reparieren würde. In Wirklichkeit findet die Kondensation von Wolframatomen jedoch an den kältesten Stellen der Wendel statt[18] – es entstehen Whisker. Das Prinzip ist der chemische Transport, welcher sich in ähnlicher Weise auch beim Van-Arkel-de-Boer-Verfahren findet.

Der Halogenzusatz verhindert bei einer Glastemperatur von mehr als 250 °C den Niederschlag von Wolfram auf dem Glaskolben. Aufgrund der nicht vorhandenen Kolbenschwärzung kann der Glaskolben einer Halogenlampe sehr kompakt gefertigt werden. Das kleine Volumen ermöglicht einen höheren Betriebsdruck, der wiederum die Abdampfrate des Glühdrahtes vermindert. Daraus ergibt sich der lebensverlängernde Effekt bei Halogenlampen. Bei Dimmung der Halogenleuchte wird der Halogenprozess jedoch vermindert, da die dafür notwendige Temperatur nicht mehr erreicht wird.

Das kleine Volumen ermöglicht zur Reduktion der Wärmeleitung die Befüllung mit schweren Edelgasen zu vertretbaren Kosten. Verunreinigungen auf dem Kolben (zum Beispiel Fingerabdrücke durch Anfassen des Glases) verkohlen im Betrieb und führen zu lokalen Temperaturerhöhungen, die zum Platzen des Glaskolbens führen können. Daher sollte eine Halogenlampe nach dem Berühren immer sorgfältig mit einem fettlösenden Mittel (z. B. Spiritus) abgewischt werden. Zurückbleibende Salze können auch als Kristallisationskeime zur Entglasung beitragen und so Schäden verursachen.

Die für den Halogenprozess nötige hohe Innenwandtemperatur des Glaskolbens wird durch kleinen Abstand des Kolbens zum Glühfaden, also viel kleinere Bauform im Vergleich zu Normalglühlampen gleicher Wärmeleistung erzielt und macht die Verwendung von Kieselglas (Quarzglas) nötig. Typisch sind höhere Wandstärken von etwa 1 mm, um Druckfestigkeit gegen die Gasausdehnung bei hoher Temperatur zu bieten. Sicherheitshalber werden stabförmige Halogenstäbe in der Regel hinter Schutzglas betrieben, das die Splitter eines zerspringenden Kolbens abfangen soll. Um den Innenkolben können Reflektoren, aus Pressglas mit aufgeklebter planer Platte oder geblasenem Glas verbaut sein. Ebenso wie nichtreflektierende Überkolben senken sie alle die Oberflächentemperatur des Leuchtmittels außen und dienen dem Schutz vor Brandauslösung und Verbrennung der Hand. Gasdichte Stromdurchführungen werden bei den Quarzglaskolben von Halogenglühlampen und auch bei Quarzglasbrennern von Gasentladungslampen mittels Molybdän-Folienbändern realisiert.

IRC-Halogenglühlampen (IRC steht hier für englisch infrared reflective coating, dt. Infrarot-reflektierende Beschichtung) haben eine spezielle Beschichtung des Glaskolbens, die Licht passieren lässt, aber Wärmestrahlung auf die Glühwendel zurück reflektiert, ein sogenannter Wärmespiegel. Dadurch wird der Wärmeverlust vermindert und folglich die Lichtausbeute erhöht. Nach Herstellerangaben kann so der Energieverbrauch zusammen mit Verwendung von Xenon als Füllgasbestandteil gegenüber Standard-Halogenlampen um bis zu 30 % vermindert werden, allerdings bezieht sich das auf ineffiziente Normvergleichslampen, real sind es etwa 20 %. Die Lichtausbeute liegt beispielsweise bei der 12 V/65 W Osram 64445 bei 26 lm/W.

Halogenlampen für 230 V in der Standardbauform mit E27-Sockel sparen durch diese IRC-Technik ca. 20 % Energie gegenüber normalen Glühlampen (zum Beispiel 42 W statt 60 W, 30 % Stromeinsparung bei ca. 10 % weniger Helligkeit) und können diese überall ersetzen, wo Energiesparlampen wegen der Aufwärmzeit nicht praktikabel sind. Diese Lampen erreichen damit zwar nicht die Effizienz von Kompaktleuchtstofflampen, sie können jedoch durch das Erreichen der Energieeffizienzklasse C die klassische Glühlampe nach Inkrafttreten der ersten Stufe der EU-Energiesparlampenrichtlinie im Jahr 2009 ersetzen. Halogenlampen können wie klassische Glühlampen nach Gebrauch über den Restmüll entsorgt werden und erreichen einen ebenso guten Farbwiedergabeindex.