De uitvinding van de gloeilamp

Is de gloeilamp uitgevonden door één enkele persoon? Er zijn goede redenen om Edison aan te wijzen als uitvinder, maar in feite klopt dat niet helemaal. De gloeilamp is eigenlijk voortgekomen uit een ontwikkelingsproces, waarbij de verbeteringen en aanpassingen elkaar razendsnel opvolgden, terwijl concurrenten elkaar bestreden met patenten en claims. Daarmee heeft de gloeilamp een heel eigen ontstaansgeschiedenis gekregen, welke vooral draaide om het vinden van de juiste gloeidraad. Artikelindeling (interne links)

• De eerste experimenten
• De officiële uitvinding van de gloeilamp: een gloeidraad van koolstof
• Andere materialen voor de gloeidraad
• Gloeidraden van metaal
• Wolfraam: de definitieve gloeidraad
• Een zo lang mogelijke draad en andere verbeteringen

De eerste experimenten

Het verhaal begon halverwege de 19de eeuw toen verschillende uitvinders, onafhankelijk van elkaar, het basisprincipe van de gloeilamp bedachten en daarmee experimenten uitvoerden. Dit basisprincipe betrof het idee van twee elektrodes met daartussen een gloeidraad, ook filament genoemd, welke opgloeit als hij onder stroom wordt gezet.

De eerste experimenten draaiden, net als de latere ontwikkeling van de gloeilamp, vooral om de vraag van welk materiaal de gloeidraad het beste gemaakt kon worden om een zo sterk mogelijk licht te verkrijgen.
Helaas liepen deze vroege experimenten op weinig uit. Dat had twee redenen:

• Men kon de gloeilamp niet afdoende vacuüm krijgen, waardoor deze maar heel kort brandde.
• De beschikbare elektriciteit was nog te beperkt om gloeilampen op grotere schaal van stroom te kunnen voorzien.

Dit alles was vooral zuur voor Heinrich Göbel, een van oorsprong Duitse Amerikaan, die in 1854 al een werkende gloeilamp maakte, maar deze niet op de markt kon brengen. Later heeft hij via rechtzaken nog lang geprobeerd om als werkelijke uitvinder van de gloeilamp te worden erkend, maar het mocht niet baten.

De officiële uitvinding van de gloeilamp: een gloeidraad van koolstof

In 1875 werd de vacuümpomp uitgevonden door Hermann Sprengel. Daardoor kreeg de gloeilamp nieuwe kansen en kon er een redelijk werkende lamp worden gemaakt.

Dat gebeurde als eerste door de Engelse schei- en natuurkundige Joseph Swan. In februari 1879 demonstreerde hij op een lezing in Newcastle een lamp met een gloeidraad van koolstof, de kooldraadlamp. Deze draad kon door het vacuüm binnen de glazen bol niet meer verbranden. Swan kreeg daarop het Britse patent.

Slechts een dik half jaar later, in oktober 1879 toonde Thomas Alva Edison in de Verenigde Staten zijn eerste werkende gloeilamp. Hij deed dit door zijn hele huis in New York vol te hangen met brandende gloeilampen, iets dat groot enthousiasme teweeg bracht bij de Amerikaanse bevolking. Ook deze lampen hadden een gloeidraad van koolstof.
In de Verenigde Staten kreeg Edison het patent, maar niet in Groot-Brittannië, want daar had Swan het al. Een kwestie die zou leiden tot jarenlang juridisch gesteggel tussen beide heren.

Het verschil met de lamp van Swan was dat die van Edison al geschikt was voor grootschalig gebruik, terwijl Swan slechts een werkende eenling had geproduceerd. Vandaar dat Edison meestal toch wordt aangewezen als de uitvinder van de eerste, echt bruikbare gloeilamp. Al moge het duidelijk zijn dat men daar in Groot-Brittannië, tot op de dag van vandaag, niets van wil weten. Voor de Britten telt Swan onbetwistbaar als de uitvinder van de gloeilamp.

In 1881 richtten zowel Swan als Edison een eigen bedrijf op om hun respectievelijke kooldraadlampen in productie te nemen. Dat zou beiden commercieel succes brengen. Edison pakte de zaken wel een stuk grondiger aan, want behlave de lampen leverde hij ook de bijbehorende elektrische infrastructuur.

De kooldraadlamp was echter verre van ideaal. Hij gaf maar zwak licht en had een levensduur van slechts honderd uur. Vandaar dat men door bleef zoeken naar betere oplossingen.

Andere materialen voor de gloeidraad

Datgene dat vooral van belang is voor een gloeidraad is dat deze zo dun mogelijk is. Hoe dunner de draad, hoe hoger de spanning die een lamp kan verdragen en hoe hoger de spanning, hoe meer licht de lamp geeft. Vandaar dat de zoektocht gericht was op het vinden van een geschikt materiaal dat dunner was dan koolstof.

In 1883 was het Swan die als eerste met een geheel nieuw idee kwam: een gloeidraad van cellulose. Dat is een deegachtige substantie waardoor men er een bijzonder dunne draad van kon maken.
Het resultaat was echter nog steeds matig. De lichtsterkte van deze lamp bleef relatief zwak en de levensduur kort.

Edison had ondertussen meer moeite om de koolstofdraad los te laten. Hij deed vooral pogingen om deze verder te perfectioneren. Uiteindelijk ging hij ze maken van gecarboniseerde bamboevezels. Ondanks het feit dat de celluslose van Swan beter werkte, zou hij nog lang aan dit procédé vasthouden.

Dat nam echter niet weg dat Edison en Swan hun geschillen bijlegden en hun bedrijven zelfs samenvoegden onder de naam Ediswan. Later zou dit bedrijf opgaan in General Electric. Dat was het moment waarop ook Edison overstapte op gloeidraden van cellulose.

Gloeidraden van metaal

In 1902 brak een nieuw tijdperk aan voor de gloeilamp, omdat men zicht kreeg op gloeidraden van metaal. Omdat metaal smeltbaar is, konden draden hiervan erg dun worden gemaakt.

De eerste metalen gloeidraad die in productie werd genomen was gemaakt van osmium. Deze draad was gevonden door de Oostenrijker Carl Auer Welsbach en hij gaf beter licht dan die van celluslose. Wel was osmium een kostbaar metaal, wat de lampen duur maakte. Daardoor konden mensen deze, nadat de draad was doorgebrand, tegen statiegeld inleveren.

Wolfraam: de definitieve gloeidraad

In 1907 werden er voor het eerst lampen gemaakt met een gloeidraad van het relatief onbekende metaal wolfraam. Dat bleek ideaal materiaal. Het heeft een zeer hoog smeltpunt en je kunt het veel dunner kunt maken dan welk metaal ook. Dat dit toch niet eerder was gelukt kwam omdat het ook een erg kwetsbaar en bros metaal is. Er moest dus eerst een proces worden gevonden waarbij het wolfraam niet zou breken. Dit was nu gelukt, zij het nog steeds maar matig, waardoor het toch niet meteen een doorslaand succes werd.

In 1910 wist Siemens de stevigheid van het wolfraam te verbeteren door er een legering van nikkel aan toe te voegen. Zijn lamp zou bekend worden als de Wotanlamp.

Kort hierna werd het probleem echter definitief opgelost door William Coolidge. Hij wist een gloeidraad te trekken van gesinterd wolfraam. Dit bracht een draad van zuiver wolfraam, die een veel hogere temperatuur aankon dan welk ander materiaal ook. In 1911 ging deze lamp in productie.
Hierna was het snel gedaan met de dure osmiumlamp. De lichtopbrengst van de lamp met wolfraam was veel groter. Twee keer zo groot zelfs als die van de kooldraadlamp.

Een zo lang mogelijke draad en andere verbeteringen

Nu het ideale materiaal was gevonden, ging men zich meer richten op andere verbeteringen aan de gloeilamp en -draad. Zo kwamen er in 1913 voor het eerst gloelampen op de markt die waren gevuld met gas dat het verdampen van de gloeidraad tegenging.

Daarmee was alle aandacht voor de gloeidraad echter nog niet voorbij, want het kon nog steeds beter. De nieuwe uitdaging bestond eruit de gloeidraad zo lang mogelijk te maken. Een langere gloeidraad doet de lichtsterkte namelijk nog beduidend toenemen. Om te zorgen dat zo'n lange draad nog wel in de glazen bol paste, wond men hem op tot een spiraal. Daarmee kreeg men de enkel gespiraliseerde gloeilamp. Deze gaf wel 20% meer licht en drukte alle andere lampen meteen uit de markt.

In 1933 kwam er een laatste belangrijke vernieuwing. Men wist de draad nu zozeer uit te rekken en op te draaien dat er een dubbel gespiraliseerde gloeilamp mogelijk werd.

En daarmee was het basismodel van de gloeilamp, zoals hij nog een kleine eeuw dienst zou doen, eindelijk af.

Lees verder

• De booglamp, de eerste elektrische verlichting
• Geschiedenis van de straatlantaarn
• Straatverlichting door de eeuwen heen