mini|Kohlefadenlampe, E27-Sockel, 220 Volt, ca. 30 Watt, links betrieben an 100 Volt Die Kohlefadenlampe (auch Kohlenfadenlampe) war die erste elektrische Glühlampe, deren Haltbarkeit, Energieverbrauch und Lichtausbeute für den praktischen Einsatz zu alltäglichen Beleuchtungszwecken ausreichend war. Mit diesem Lampentyp wurde das früher übliche Gaslicht verdrängt.
Als temperaturbeständiger elektrischer Leiter wird ein meist ungewendelter Faden aus Kohle benutzt, der durch Verkohlung eines Nähfadens oder von Pflanzenfasern gewonnen wurde.
Eigenschaften und Verwendung mini|Kohlefaden-Glühlampe mit rot eingefärbtem Glaskolben in einer Rotlichtlampe Da ein Kohlefaden nur bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen betrieben werden kann, liegt das Strahlungsmaximum von Kohlefadenlampen noch weiter im infraroten Bereich als dies bei heutigen Glühlampen mit Wolfram-Glühwendel der Fall ist.
Die spezielle Farbtemperatur ähnelt jedoch derjenigen von Gaslicht, was die Akzeptanz des neuen Elektrolichts bei der Einführung der Kohlefadenlampen förderte.
Diverse Glühlampenhersteller bieten auch heute noch Kohlefadenlampen an, da es wegen der Farbtemperatur und der sanft ansteigenden Helligkeit beim Einschalten eine Nachfrage danach gibt. Verwendung finden sie für Dekorationszwecke und als stimmungsvolle Beleuchtung.
Heute werden Kohlefadenlampen gelegentlich auch als Quellen für Wärmestrahlung verwendet, z. B. für Brutapparate oder Terrarien.
Kohlefadenlampen sind erschütterungsempfindlicher als heute übliche Glühlampen mit Wolframfaden. Sie verursachen keinen Einschaltstromstoß wie jene, da Kohlenstoff ein Heißleiter ist.
Der Sublimationspunkt von Kohlenstoff liegt zwar bei Normaldruck mit 3820 K höher als der Schmelzpunkt von Wolfram, aber im Vakuum setzt schon bei Temperaturen über 2000 °C eine starke, den Kohlefaden zerstörende, Sublimation ein.
Geschichtliche Bedeutung der Kohlefadenlampen mini|hochkant|Detailzeichnung aus US-Patent 244.277 von 1881. Der Chefentwickler der United States Electric Lighting Co., Hiram S. Maxim, gab dem Karbonglühmaterial seiner Konstruktionen die Form eines „M“. Die Kohlefadenlampen waren in den 1880er Jahren die ersten elektrischen Produkte, die in Privathaushalten benutzt wurden. Damit einher ging der Bau der elektrischen Energieversorgungsnetze.
Diese Produkte markieren mithin den Beginn der umfassenden Elektrifizierung in der kulturellen Entwicklung der Menschheit.
Gaslampenhersteller und Gasversorger verloren damals ihre Märkte, während um die Verteilung des neu entstehenden Elektromarktes hart gekämpft wurde.
Im Jahr 1879 konstruierte Thomas Alva Edison eine Kohlenfadenlampe.Paul Diepgen, Heinz Goerke: Aschoff/Diepgen/Goerke: Kurze Übersichtstabelle zur Geschichte der Medizin. 7., neubearbeitete Auflage. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960, S. 45.Karl Wurm, A. M. Walter: Infektionskrankheiten. 1961, S. 41. Die in den 1880er Jahren geführten Patentprozesse um die Kohlefadenglühlampe in Europa und in den USA gehören zu den umfangreichsten jemals geführten Patentprozessen. Der Patentprozess der Edison Electric Light Co. gegen die United States Electric Lighting Co. z. B. dauerte von 1885 bis 1892 und soll ca. 6500 Aktenseiten umfassen. Nach Angaben der Edison-Biografen Dyer und Martin wurden allein in den USA zwischen 80 und 90 Patentprozesse um die Glühlampenpatente geführt und weitere mindestens 125 Patentprozesse um die mit der Glühlampe verbundenen Erfindungen in der elektrotechnischen Infrastruktur. 1889 musste Edison einen eigenen Unternehmensbereich für die Steuerung und Administration der Verfahren gründen.Frank Lewis Dyer, Thomas Commerford Martin: Edison, His Life and Inventions. Harper Brothers, 1929, S. 841 (kostenfreie Online-Ausgabe bei gutenberg.org). Der Aktenumfang und die lange Dauer dieser Patentrechtsstreite ist durch Prozessverschleppungsstrategien der Patentverletzer begründet. Im schwebenden Verfahren konnten sie weiterproduzieren und offenbar die Rechtskosten ausgleichende hohe Gewinne abschöpfen. 1893 stand der aus Deutschland stammende Heinrich Göbel im Mittelpunkt von Patentprozessen in den USA um die Kohlefadenlampe.
In Deutschland kam es anders als in den USA und Großbritannien nicht zu umfangreichen Patentprozessen, da die bedeutenden Elektrounternehmen Deutsche Edison Gesellschaft (später AEG) und Siemens & Halske 1883 ein Produktions- und Preisabkommen zur Glühlampenvermarktung schlossen und den Markt unter sich aufteilten.Firmenprospekt 100 Jahre Osram, S. 15, 2006
Glühlampen waren in jener Zeit ein teures Luxusprodukt für Hotels, Büros, Theater und wohlhabende Schichten in den Großstädten.
Die Hersteller von Glühlampen wie die Edison Electric Light Co. erlaubten häufig nur den Betrieb der von ihnen gefertigten Glühlampen an bestimmten Stromversorgungsnetzen und sicherten sich so auch diesen Markt. Mitarbeiter der Glühlampenhersteller recherchierten in Hotels, Büros usw. nach Stromgeneratoren und veranlassten Klagen bei Benutzung von Glühlampen mit nichtlizenzierter Stromversorgung.siehe etwa Incandescent Lamp Proceedings In: The Electrical World, Vol. XXII, No. 17, 5. August 1893, S. 94
Kohlefadenlampen wurden nach 1900 durch Glühlampen mit Tantal-Glühfaden und später Wolfram-Glühfaden ersetzt.
Erfinder und Erfindungsjahr der Kohlefadenlampe mini|Thomas Alva Edison mini|Joseph Wilson Swan mini|Glühlampe von A. Lodygin (1874) mini|Zeichnung der frühen Glühlampenkonstruktionen von Edison, Maxim und Swan
Kohle wurde erstmals 1845 in einem englischen Patent der Erfinder King und Starr als geeignetes Brennmaterial für elektrische Lampen genannt. In der Folge wurde von verschiedenen Erfindern immer wieder mit Kohle experimentiert. Das spröde Material wurde dabei in Form von Stiften verwendet.
Da es weder eine Definition des Begriffes Kohlefaden noch eine genaue Dokumentation über Material und Beschaffenheit des Karbonbrennmaterials aller Entwicklungen vor 1880 gibt, ist schwer zu bestimmen, wann Kohlefadenlampen erstmals hergestellt wurden. In Patentprozessen der 1880er und 1890er Jahre wurde ein Querschnitt von 0,25 mm² und kleiner als Faden angesehen. Wahrscheinlich konnten die Entwickler vor 1878 nur Karbonbrennelemente mit einem Querschnitt im Quadratmillimeterbereich herstellen und verarbeiten. Im Jahr 1874 erhielt Alexander Lodygin ein russisches Patent für eine Glühlampe, bei der es sich um eine Kohlefadenlampe handeln soll.Lodygin-Museum in Tambow, (russisch) Die Fachliteratur beschreibt das von Lodygin 1874 verwendete Glühmaterial jedoch als Karbonstäbe mit in der Mitte vermindertem Querschnitt (rods of carbon diminishing the section at the point of the luminous focus). Die Entwicklungen vor 1878 hatten experimentellen Charakter. Die Haltbarkeit der Glühlampen lag im Allgemeinen unter zehn Stunden.
Als Erfinder der ersten wettbewerbsfähigen Elektrobeleuchtung gilt Thomas Alva Edison. Das Patent 223.898 wurde am 27. Januar 1880 ausgestellt. Da Edison bereits im Oktober 1879 Lampenpräsentationen mit folgender umfangreicher Berichterstattung in der internationalen Presse durchführte, gilt 1879 als das Erfindungsjahr dieses Lampentyps.
Da es der Beginn der Entwicklung von Glühlampen für alltägliche Beleuchtungszwecke war, wird die Erfindung häufig als Erfindung der Glühlampe schlechthin gesehen. Das ist jedoch unzutreffend. Zahlreiche Patente wurden seit 1841 für verschiedene Konstruktionen erteilt, die allerdings in Herstellungskosten, Lichtausbeute und Energiekosten noch nicht mit dem Gaslicht wettbewerbsfähig waren. Sowohl Glühlampen mit Glühfaden als auch speziell solche mit Kohleglühfaden waren bekannt und bereits patentiert.
Der Brite Joseph Wilson Swan hatte bereits ein Jahr vor Edison eine Kohlefadenlampe zum Patent angemeldet und ein Landhaus komplett elektrisch beleuchtet. Da seine Lösung jedoch ein niederohmiger Kohlefaden war, wird die bahnbrechende Erfindung Thomas Alva Edison zugeschrieben.American History über Joseph Wilson Swan Niederohmige Kohlefäden sind zwar einfacher herstellbar, in elektrischen Netzwerken müssen für deren Betrieb mit hohen Strömen bei niedriger Spannung jedoch sehr dicke Kupferkabel verlegt werden. Die Probleme der Stabilität eines Stromversorgungsnetzes beim Ein- und Ausschalten von Verbrauchern konnte Thomas Alva Edison mit den hochohmigen Glühlampen ebenfalls überzeugender lösen, da es zu keinem Flackern und keinen Helligkeitsveränderungen brennender Glühlampen kam.
Ein weiterer Brite, St. George Lane Fox-Pitt, arbeitete parallel zu Edison an der Kohlefadenlampe. Er kannte wie Edison die genauen Anforderungen an Glühlampen für deren Betrieb in elektrischen Netzwerken und erwarb früher als Edison im Jahr 1878 Patente für parallel einsetzbare Glühlampen. Er stellte hochohmige Glühfäden aus Gräsern her. St. George Lane Fox-Pitt war auch Philosoph und nur wenige Jahre mit Glühlampentechnik beschäftigt. Er erkannte später an, dass Edison mit der Entdeckung und Lösung des Problems von im Karbonmaterial eingeschlossener Gase einen wesentlichen Beitrag auf dem Weg zu praktisch einsetzbaren Glühlampen mit langer Nutzungsdauer geleistet hatte.
Andere Erfinder und Inhaber von Glühlampenpatenten wie William S. Sawyer oder Hiram S. Maxim reklamierten eine ungenaue Abgrenzung des Durchmessers von Kohlefäden und Kohlestiften und mithin eine unzureichende Neuerungsschwelle. Unter Berufung auf Kohlestift-Patente wurden tatsächlich Kohlefadenlampen produziert. Die United States Electric Lighting Co. wurde offenkundig vor der Edison-Gesellschaft gegründet und kam nahezu zeitgleich mit Kohlefadenlampen auf den Markt. Deren Chefentwickler Hiram S. Maxim meldete zahlreiche Patente für Glühlampentechnik an. Die Gerichte sahen jedoch in der hochohmigen, für elektrische Netze geeigneten Lösung von Edison und der Bewältigung der Schwierigkeiten der Herstellung und Handhabung fragiler Kohlefäden eine grundlegende Neuerung in der Kunst der Lampenherstellung.Edisons patent upheld. In: The New York Times. 15. Juli 1891 sowie 5. Oktober 1892.
Das Patent 223.898 „Electric Lamp“, welches als eines der wirtschaftlich und technisch wichtigsten des 19. Jahrhunderts gilt, ist dennoch ein Kuriosum, da man nach diesem Patent ungeachtet einiger elementarer Neuerungen keine dauerhaft nutzbare Glühlampe herstellen kann, denn alle angegebenen Materialien zur Herstellung von Glühfäden sind untauglich. Edison konnte bei den erreichten Nutzungsdauern Präsentationsveranstaltungen durchführen, die Stabilität eines Netzwerkes demonstrieren und die Öffentlichkeit vom beginnenden Zeitalter der Elektrobeleuchtung überzeugen. Damit konnte er Investoren und Unterstützer gewinnen und sein Projekt der Elektrifizierung New Yorks angehen. Das in tradierten Darstellungen genannte Erfindungsdatum 21. Oktober 1879 mit dem Durchbruch zu 40 Stunden Nutzungsdauer kann die neuere Quellenforschung nicht bestätigen. Lediglich 14,5 Stunden Brenndauer einer Lampe verzeichnen die Laborbücher am 23. Oktober 1879 einer am 21. Oktober begonnenen Testreihe.Kathleen McAuliffe: The Undiscovered World of Thomas Edison. in The Atlantic Monthly, Dezember 1995, S. 86. Zitiert wird Paul Israel, ein leitender Mitarbeiter des Quellenforschungsprojektes The Papers of Thomas Edison. Die gesamte Heureka-Geschichte sei eine Legende. Er vermutet, dass die Erwartungen der Presse nach Heldengeschichten und einem konkreten Erfindungsdatum befriedigt wurden.Keith A. Near, Paul Israel (Hrsg.) u. a.: The Papers of Thomas A. Edison. Band 5: Research to Development at Menlo Park (January 1879 – March 1881). The Johns Hopkins University Press, Baltimore, 2004, ISBN 978-0-8018-3104-1, S. 447–448.